RU2600854C2 - Ophthalmic wave front sensor, operating in parallel sampling and synchronous detection mode - Google Patents

Ophthalmic wave front sensor, operating in parallel sampling and synchronous detection mode Download PDF

Info

Publication number
RU2600854C2
RU2600854C2 RU2014147974/14A RU2014147974A RU2600854C2 RU 2600854 C2 RU2600854 C2 RU 2600854C2 RU 2014147974/14 A RU2014147974/14 A RU 2014147974/14A RU 2014147974 A RU2014147974 A RU 2014147974A RU 2600854 C2 RU2600854 C2 RU 2600854C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wavefront
plane
eye
matrix
partial
Prior art date
Application number
RU2014147974/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014147974A (en
Inventor
Ян Чжоу
Уилльям ШИ
Фил БЕЙКЕР
Original Assignee
Клэрити Медикал Системз, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/459,914 external-priority patent/US8777413B2/en
Application filed by Клэрити Медикал Системз, Инк. filed Critical Клэрити Медикал Системз, Инк.
Publication of RU2014147974A publication Critical patent/RU2014147974A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2600854C2 publication Critical patent/RU2600854C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/1015Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for wavefront analysis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/103Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining refraction, e.g. refractometers, skiascopes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/12Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/13Ophthalmic microscopes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0414Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using plane or convex mirrors, parallel phase plates, or plane beam-splitters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0437Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using masks, aperture plates, spatial light modulators, spatial filters, e.g. reflective filters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: ophthalmic wave front sensor comprises: light source; first light-guiding element; first optical wave front relay system; matrix of two-dimensional position recording devices; and matrix of extraction partial wave front elements located before two-dimensional matrix of position registration devices. Each two-dimensional position recording device is configured to detect value of two-dimensional image spot centroid deviation from reference position and output measuring signal indicating value of two-dimensional deviation. Each element of selection in matrix elements of partial selection of wave front is made with possibility of partial selection of wave front of relay of wave front and focusing of selected partial wave front on corresponding two-dimensional device for recording position in matrix of two-dimensional position registration devices. At that, sampling elements partial wave front physically spaced apart so that each selected partial wave front of wave front, reflected from eye, is focused only on corresponding two-dimensional device for recording position corresponding to element of selection of partial wave front. Another version of ophthalmic wave front sensor package assumes scanner/deflector beam arranged along beam path, made with possibility of full capture and scanning beam relay wave front.
EFFECT: using given group of inventions will allow to continuously measure refraction eye conditions.
24 cl, 10 dwg

Description

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИRELATED APPLICATIONS

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по патентной заявке США 13/459,914 под названием «Ophthalmic Wavefront Sensor Operating in Parallel Sampling and Lock-In Detection Mode», поданной 30 апреля 2012 г., которая является частичным продолжением патентной заявки США 13/198,442 под названием «A Large Diopter Range Real Time Wavefront Sensor», поданной 4 августа 2011 г., которая является частичным продолжением заявки № 12/790,301 под названием «Adaptive Sequential Wavefront Sensor With Programmed Control», поданной 28 мая 2010 г., которая является заявкой, выделенной из заявки № 11/761,890 под названием «Adaptive Sequential Wavefront Sensor and its Applications», поданной 12 июня 2007 г., ныне патент США № 7,815,310, выданный 19 октября 2010 г., которая является частичным продолжением заявки № 11/335,980 под названием «Sequential Wavefront Sensor», поданной 20 января 2006 г., ныне патент США № 7,445,335, выданный 4 ноября 2008 г., и эта заявка также является частичным продолжением заявки № 13/154,293 под названием «A Compact Wavefront Sensor Module and Its Attachment to or Integration with an Ophthalmic Instrument», поданной 6 июня 2011 г., которые все включены в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.[0001] This application claims priority to US patent application 13 / 459,914 entitled "Ophthalmic Wavefront Sensor Operating in Parallel Sampling and Lock-In Detection Mode", filed April 30, 2012, which is a partial continuation of US patent application 13 / 198,442 under titled “A Large Diopter Range Real Time Wavefront Sensor”, filed August 4, 2011, which is a partial continuation of application No. 12 / 790,301, entitled “Adaptive Sequential Wavefront Sensor With Programmed Control,” filed May 28, 2010, which is the application , selected from application No. 11 / 761,890 under the name "Adaptive Sequential Wavefront Sensor and its Applications", filed June 12, 2 007, now US Patent No. 7,815,310, issued October 19, 2010, which is a partial continuation of patent application No. 11 / 335,980, entitled "Sequential Wavefront Sensor", filed January 20, 2006, now US Patent No. 7,445,335, issued November 4 2008, and this application is also a partial continuation of application No. 13 / 154,293, entitled "A Compact Wavefront Sensor Module and Its Attachment to or Integration with an Ophthalmic Instrument", filed June 6, 2011, which are all incorporated herein by links for all purposes.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

[0002] Один или более вариантов осуществления настоящего изобретения относятся, в целом, к датчикам волнового фронта для определения рефракционного состояния и аберраций волнового фронта глаза. В частности, изобретение предусматривает устройство для определения рефракционного состояния и аберраций волнового фронта глаза в ходе офтальмологической операции.[0002] One or more embodiments of the present invention relate, in general, to wavefront sensors for determining the refractive state and aberrations of the wavefront of the eye. In particular, the invention provides a device for determining the refractive state and aberrations of the wave front of the eye during an ophthalmic operation.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

[0003] Датчики волнового фронта представляют собой устройства, используемые для измерения формы волнового фронта света (см., например, US4141652 и US5164578). В большинстве случаев, датчик волнового фронта измеряет отклонение волнового фронта от опорного волнового фронта или идеального волнового фронта, например, плоского волнового фронта. Датчик волнового фронта можно использовать для измерения аберраций как низких порядков, так и высоких порядков различных оптических систем формирования изображений, например, человеческого глаза (см. например, US6595642; J. Liang, и др (1994) "Objective measurement of the wave aberrations of the human eye with the use of a Hartmann-Shack wave-front sensor," J. Opt. Soc. Am. A 11, 1949-1957; T. Dave (2004) “Wavefront aberrometry Part 1: Current theories and concepts” Optometry Today, 2004 Nov. 19, с. 41-45). Кроме того, датчик волнового фронта также можно использовать в адаптивной оптике, в которой искаженный волновой фронт можно измерять и компенсировать в реальном времени, с использованием, например, оптического устройства компенсации волнового фронта, например, деформируемого зеркала (см. например US6890076, US6910770 и US6964480 http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=6890076.PN.&OS=PN/6890076&RS=PN/6890076-h0#h0http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=6890076.PN.&OS=PN/6890076&RS=PN/6890076-h2#h2). В результате такой компенсации можно получить резкое изображение (см., например, US5777719).[0003] Wavefront sensors are devices used to measure the shape of the wavefront of light (see, for example, US4141652 and US5164578). In most cases, the wavefront sensor measures the deviation of the wavefront from the reference wavefront or an ideal wavefront, such as a plane wavefront. The wavefront sensor can be used to measure aberrations of both low orders and high orders of various optical imaging systems, for example, the human eye (see, for example, US6595642; J. Liang, et al. (1994) "Objective measurement of the wave aberrations of the human eye with the use of a Hartmann-Shack wave-front sensor, "J. Opt. Soc. Am. A 11, 1949-1957; T. Dave (2004)“ Wavefront aberrometry Part 1: Current theories and concepts ”Optometry Today, 2004 Nov. 19, pp. 41-45). In addition, the wavefront sensor can also be used in adaptive optics in which the distorted wavefront can be measured and compensated in real time, using, for example, an optical wavefront compensation device, for example, a deformable mirror (see, for example, US6890076, US6910770 and US6964480 http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=6890076.PN.&OS= = PN / 6890076-h0 # h0http: //patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser? Sect1 = PTO1 & Sect2 = HITOFF & d = PALL & p = 1 & u =% 2Fnetahtml% 2FPTO% 2Fsrchnum.htm & r = 1 & f = G & l76 PN. & OS = PN / 6890076 & RS = PN / 6890076-h2 # h2). As a result of such compensation, a sharp image can be obtained (see, for example, US5777719).

[0004] Термин “факичный глаз” означает глаз, включающий в себя его естественный хрусталик, термин “афакичный глаз” означает глаз, где его естественный хрусталик удален, и термин “псевдофакичный глаз” означает глаз с имплантированным искусственным хрусталиком. В настоящее время, большинство датчиков волнового фронта для измерения аберрации человеческого глаза позволяют охватывать лишь ограниченный диапазон оптической силы от около -20 дптр до +20 дптр для факичного или псевдофакичного глаза. Кроме того, они также предназначены для работы в относительно темном окружении, когда требуется измерить волновой фронт глаза.[0004] The term “phakic eye” means an eye including its natural lens, the term “aphakic eye” means an eye where its natural lens is removed, and the term “pseudophakic eye” means an eye with an implanted artificial lens. Currently, most wavefront sensors for measuring the aberration of the human eye allow you to cover only a limited range of optical power from about -20 diopters to +20 diopters for a phakic or pseudophakic eye. In addition, they are also designed to operate in a relatively dark environment when it is necessary to measure the wavefront of the eye.

[0005] В ходе офтальмологических операций, которые влияют на рефракцию, желательно знать рефракционное состояние глаза на протяжении всей операции для обеспечения непрерывной обратной связи с хирургом (см. например, US6793654, US7883505 и US7988291). Это особенно важно в случае операции по поводу катаракты, в которой естественный хрусталик глаза заменяется синтетическим хрусталиком. В таком случае, хирург предпочитает знать рефракционное состояние глаза на факичной, афакичной и псевдофакичной стадии для выбора синтетического хрусталика, для подтверждения, что его рефракционная способность соответствует требованиям после удаления естественного хрусталика, и также для подтверждения эмметропии или других намеченных значений оптической силы после имплантации синтетического хрусталика. Таким образом, существует потребность в датчике волнового фронта, способном охватывать более широкий диапазон измерения оптической силы и также позволяющем хирургу измерять рефракционное состояние глаза с заданной степенью точности, не только в факичном и псевдофакичном состоянии, но и в афакичном состоянии.[0005] During ophthalmic operations that affect refraction, it is desirable to know the refractive condition of the eye throughout the operation to provide continuous feedback to the surgeon (see, for example, US6793654, US7883505 and US7988291). This is especially important in the case of cataract surgery, in which the natural lens of the eye is replaced by a synthetic lens. In this case, the surgeon prefers to know the refractive state of the eye at the phakic, aphakic, and pseudophakic stage to select a synthetic lens, to confirm that its refractive ability meets the requirements after removing the natural lens, and also to confirm emmetropia or other intended values of optical power after synthetic implantation the lens. Thus, there is a need for a wavefront sensor capable of covering a wider range of measurement of optical power and also allowing the surgeon to measure the refractive state of the eye with a given degree of accuracy, not only in the phakic and pseudophakic state, but also in the aphakic state.

[0006] Кроме того, в ходе офтальмологической операции, глаз освещается неполяризованным широкополосным (белым) светом из хирургического микроскопа, чтобы хирург мог видеть глаз пациента через микроскоп. Этот освещающий свет также направляется в глаз пациента, рассеивается на сетчатке и возвращается в хирургический микроскоп. Датчик волнового фронта, подключенный к хирургическому микроскопу, принимает как предназначенный для него возвращенный свет измерения волнового фронта, так и широкополосное освещение из хирургического микроскопа. Источник света освещения микроскопа, в общем случае, не предназначен для создания на сетчатке достаточно малого эффективного источника света, который требуется для генерации волнового фронта, который выявляет рефракционное состояние пациента. По этой причине, любой свет освещения из хирургического микроскопа, воспринимаемый датчиком волнового фронта, может приводить к неверной информации о рефракционном состоянии пациента. Таким образом, существует также необходимость в офтальмологическом датчике волнового фронта, который не подвержен влиянию света освещения из хирургического микроскопа.[0006] In addition, during an ophthalmic operation, the eye is illuminated with unpolarized broadband (white) light from a surgical microscope so that the surgeon can see the patient’s eye through the microscope. This illuminating light is also directed into the patient’s eye, scattered on the retina and returned to the surgical microscope. The wavefront sensor connected to the surgical microscope receives both the returned wavefront measurement light intended for it and the broadband illumination from the surgical microscope. A microscope illumination light source is generally not intended to create a sufficiently small effective light source on the retina that is required to generate a wavefront that reveals the patient's refractive state. For this reason, any light from a surgical microscope, perceived by the wavefront sensor, can lead to incorrect information about the refractive condition of the patient. Thus, there is also a need for an ophthalmic wavefront sensor that is not affected by light from a surgical microscope.

[0007] Коммерчески доступные датчики волнового фронта для хирургии катаракты, например, интраоперационный аберрометр волнового фронта ORange от WaveTec Vision (см. например, US6736510), не обеспечивают непрерывную обратную связь, имеют ограниченный диапазон рефракционной оптической силы и также подвержены помехе в виде света освещения хирургического микроскопа. Фактически, чтобы получить достаточно точное и достоверное измерение рефракции с использованием датчика волнового фронта ORange, хирург должен приостановить хирургическую операцию, выключить свет освещения хирургического микроскопа и захватить множественные кадры данных, что приводит к дополнительному увеличению времени рефракционной хирургии катаракты на несколько минут.[0007] Commercially available wavefront sensors for cataract surgery, such as the WaveTec Vision intraoperative wavefront aberrometer from WaveTec Vision (see, for example, US6736510), do not provide continuous feedback, have a limited range of refractive power and are also subject to interference in the form of illumination light surgical microscope. In fact, in order to obtain a sufficiently accurate and reliable measurement of refraction using an ORange wavefront sensor, the surgeon must suspend the surgery, turn off the light of the surgical microscope and capture multiple data frames, which leads to an additional increase in cataract refractive surgery time by several minutes.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0008] Один вариант осуществления изобретения предусматривает офтальмологический датчик волнового фронта, содержащий источник света, выполненный с возможностью приема опорного сигнала, осциллирующего/пульсирующего на опорной частоте, и генерации пучка света, образованного импульсами света на опорной частоте, светонаправляющий элемент, выполненный с возможностью запуска пучка света от источника света в глаз пациента, и где часть пучка света, возвращающаяся из глаза пациента, образует объектный волновой фронт в форме импульсов света на опорной частоте, оптическую систему ретрансляции волнового фронта, выполненную с возможностью ретрансляции объектного волнового фронта из объектной плоскости, находящейся в передней части глаза пациента, в плоскость изображения волнового фронта вдоль пути пучка, которая может направлять пучок ретрансляции падающего волнового фронта, имеющего большой диапазон оптической силы на объектной плоскости, к плоскости изображения волнового фронта, матрицу устройств регистрации положения с высокочастотной характеристикой, причем каждое устройство регистрации положения, выполнено с возможностью детектирования величины отклонения центроида пятна изображения от опорного положения и вывода сигнала измерения, указывающего величину отклонения, матрицу элементов отбора частичного волнового фронта, расположенную до матрицы устройств регистрации положения с высокочастотной характеристикой и, по существу, в плоскости изображения волнового фронта, причем каждый элемент отбора в матрице элементов отбора частичного волнового фронта выполнен с возможностью отбора частичного волнового фронта ретранслированного волнового фронта и фокусировки отобранного частичного волнового фронта на соответствующее устройство регистрации положения с высокочастотной характеристикой в матрице устройств регистрации положения с высокочастотной характеристикой, где элементы отбора частичного волнового фронта физически разнесены друг от друга таким образом, что каждый отобранный частичный волновой фронт объектного волнового фронта с высоким диапазоном оптической силы фокусируется только на соответствующее устройство регистрации положения с высокочастотной характеристикой, соответствующее элементу отбора частичного волнового фронта, и электронную систему частотно-чувствительного детектирования, подключенную для приема опорного сигнала и сигнала измерения, причем электронная система частотно-чувствительного детектирования выполнена с возможностью указания только величины частотной составляющей сигнала измерения, близкой к опорной частоте, что позволяет, по существу, подавлять все шумовые сигналы, например, 1/f шум, на частотах, отличающихся от опорной частоты.[0008] One embodiment of the invention provides an ophthalmic wavefront sensor comprising a light source configured to receive a reference signal oscillating / pulsating at a reference frequency and generating a beam of light formed by light pulses at a reference frequency, a light guide element configured to start a light beam from a light source into the patient’s eye, and where the part of the light beam returning from the patient’s eye forms an object wavefront in the form of light pulses frequency, an optical wavefront relay system configured to relay an object wavefront from an object plane located in front of the patient’s eye to the image plane of the wavefront along a beam path that can direct a relay wave of an incident wavefront having a large optical power range on the object plane, to the plane of the wavefront image, a matrix of position recording devices with a high-frequency characteristic, and each device The position registration property is configured to detect the deviation of the centroid of the image spot from the reference position and output a measurement signal indicating the deviation, a matrix of partial wavefront selection elements located up to the matrix of position recording devices with a high-frequency characteristic and, essentially, in the image plane of the wave front, and each selection element in the matrix of elements of the selection of the partial wave front is configured to select the partial wave a new front of the relayed wavefront and focusing the selected partial wavefront on the corresponding position recording device with a high-frequency characteristic in the matrix of position recording devices with a high-frequency characteristic, where the partial wavefront selection elements are physically spaced from each other so that each selected partial wavefront of the object wave front with a high optical power range focuses only on the corresponding device reg position tracing with a high-frequency characteristic corresponding to a partial wavefront selection element and an electronic frequency-sensitive detection system connected to receive a reference signal and a measurement signal, the electronic frequency-sensitive detection system being configured to indicate only the magnitude of the frequency component of the measurement signal close to reference frequency, which allows you to essentially suppress all noise signals, for example, 1 / f noise, at frequencies different from the reference th frequency.

[0009] Один признак состоит в использовании двух каскадно соединенных ретрансляторов волнового фронта, причем второй ретранслятор имеет плоскость преобразования Фурье, где пучок ретрансляции волнового фронта ограничен определенным объемом пространства, когда волновой фронт из глаза изменяется в пределах большого диапазона оптической силы. Сканер/дефлектор пучка располагается в плоскости преобразования Фурье второго ретранслятора для осуществления углового сканирования пучка, чтобы ретранслированный волновой фронт в плоскости изображения окончательного волнового фронта мог поперечно сдвигаться относительно матрицы, содержащей некоторое количество элементов отбора частичного волнового фронта. Соответствующее количество PSD располагается позади элементов отбора волнового фронта для работы в режиме синхронного детектирования синхронно с импульсным источником света, которые генерируют волновой фронт из глаза. Поперечный сдвиг волнового фронта позволяет отбирать любую часть ретранслированного волнового фронта и также позволяет гибко управлять пространственным разрешением отбора волнового фронта.[0009] One feature is the use of two cascade-connected wavefront repeaters, the second repeater having a Fourier transform plane, where the wavefront relay beam is limited to a certain amount of space when the wavefront from the eye varies over a wide range of optical power. The beam scanner / deflector is located in the Fourier transform plane of the second repeater for angular scanning of the beam, so that the relayed wavefront in the image plane of the final wavefront can be laterally shifted relative to the matrix containing a number of partial wavefront selection elements. The corresponding number of PSDs is located behind the wavefront selection elements for operating in the synchronous detection mode synchronously with the pulsed light source, which generate the wavefront from the eye. The transverse shift of the wavefront allows you to select any part of the relayed wavefront and also allows you to flexibly control the spatial resolution of the selection of the wavefront.

[0010] Еще одним признаком для использования в ходе офтальмологической операции является источник света для генерации волнового фронта, выход которого изменяется между, по меньшей мере, двумя состояниями, причем волновой фронт, возвращающийся из глаза пациента, детектируется в каждом из “яркого” состояния и “темного” состояния, чтобы можно было отфильтровывать сигналы из света, отличного от измерительного света.[0010] Another sign for use during an ophthalmic operation is a light source for generating a wavefront, the output of which varies between at least two states, the wavefront returning from the patient’s eye is detected in each of the “bright” states and “Dark” state so that you can filter out signals from light other than the measuring light.

[0011] Еще одним признаком является параллельное детектирование частей волнового фронта с использованием некоторого количества быстродействующих PSD, которые все могут работать в режиме синхронного детектирования синхронно с источником света на частоте выше диапазона 1/f шума, чтобы можно было эффективно отфильтровывать фоновые шумы нулевой и низких частот.[0011] Another feature is the parallel detection of parts of the wavefront using a number of high-speed PSDs that can all work in synchronous detection mode synchronously with the light source at a frequency above the 1 / f noise range so that zero and low background noise can be effectively filtered out. frequencies.

[0012] Еще один признак состоит в осуществлении активного параллельного отбора волнового фронта. Элементами активного, параллельного отбора волнового фронта можно управлять в отношении их положения, размера апертуры отбора частичного волнового фронта, фокусирующей силы и состояния включения/отключения.[0012] Another feature is the implementation of active parallel selection of the wavefront. Elements of active, parallel wavefront selection can be controlled with respect to their position, size of the partial wavefront selection aperture, focusing force, and on / off state.

[0013] Еще один признак расширяет диапазон оптической силы за счет наличия элементов отбора частичного волнового фронта, разнесенных достаточно широко, чтобы исключить взаимные помехи между элементами отбора волнового фронта в большом диапазоне оптической силы измерения рефракционного нарушения. В другом примере, лишь определенное количество частичных волновых фронтов, достаточно отделенных друг от друга, отбираются путем активации поднабора элементов отбора частичного волнового фронта, и также благодаря тому, что лишь соответствующее количество устройств/детекторов регистрации положения (PSD) могут избегать взаимных помех. В еще одном примере, PSD и элементы отбора частичного волнового фронта можно активировать, чтобы соответственно изменять их продольную позицию и/или их фокусирующую силу в соответствии с рефракционным состоянием пациента, что позволяет динамически регулировать чувствительность каждого PSD к наклону частичного волнового фронта. Кроме того, можно регулировать поперечную позицию PSD в соответствии с рефракционным состоянием пациента, благодаря чему каждый PSD располагается в наилучшем поперечном положении для обеспечения оптимизированной характеристики положения центроида.[0013] Another feature extends the range of optical power due to the presence of partial wavefront sampling elements spaced wide enough to exclude mutual interference between wavefront sampling elements in a large optical power range for measuring refractive error. In another example, only a certain number of partial wavefronts, sufficiently separated from each other, are selected by activating a subset of the partial wavefront selection elements, and also because only the corresponding number of position recording devices / detectors (PSDs) can avoid mutual interference. In yet another example, PSDs and partial wavefront selection elements can be activated to accordingly change their longitudinal position and / or their focusing force in accordance with the refractive state of the patient, which allows you to dynamically adjust the sensitivity of each PSD to the slope of the partial wavefront. In addition, the transverse position of the PSD can be adjusted according to the refractive condition of the patient, so that each PSD is located in the best transverse position to provide an optimized characteristic of the centroid position.

[0014] Еще одним признаком является использование последовательного сканирования или сдвига волнового фронта как целого, чтобы можно было отбирать любую часть падающего волнового фронта, притом что элементы параллельного отбора частичного волнового фронта и устройства/детекторы регистрации положения (PSD) имеют фиксированное положение в пространстве. В другом аспекте, сканер/дефлектор отслеживает глаз и сдвигает волновой фронт, возвращающийся из глаза пациента, автоматически регулируя сдвиг таким образом, чтобы, в зависимости от размера зрачка, положения и значения оптической силы волнового фронта из глаза, отбирать лишь определенные желаемые части волнового фронта в зрачке пациента, например, в центральной области диаметром 3~4 мм.[0014] Another feature is the use of sequential scanning or shifting the wavefront as a whole so that any part of the incident wavefront can be selected, while the elements of the parallel selection of the partial wavefront and the device / detector position registration (PSD) have a fixed position in space. In another aspect, the scanner / deflector tracks the eye and shifts the wavefront returning from the patient’s eye, automatically adjusting the shift so that, depending on the size of the pupil, the position and the optical power of the wavefront from the eye, select only certain desired parts of the wavefront in the pupil of the patient, for example, in the central region with a diameter of 3 ~ 4 mm.

[0015] Еще одним признаком является использование регулярного предоставления отчета об измеренной рефракции глаза в том смысле, что существует малая задержка между любым изменением рефракционного состояния и отчетом о ней, предоставленным прибором. Это достигается путем усреднения данных детектированной аберрации волнового фронта по желаемому периоду и обновления результата качественного и/или количественного измерения, накладывающегося на оперативное изображение глаза с желаемой частотой обновления.[0015] Another feature is the use of regular reporting of measured eye refraction in the sense that there is a small delay between any change in refractive state and the report on it provided by the device. This is achieved by averaging the detected wavefront aberration data over the desired period and updating the result of the qualitative and / or quantitative measurement superimposed on the operative image of the eye with the desired refresh rate.

[0016] Еще один признак обеспечивает точные измерения в пределах большого диапазона оптической силы рефракционных нарушений, которые возникают в ходе офтальмологической операции, например, нарушений, которые возникают после удаления естественного хрусталика глаза, но до его замены искусственным хрусталиком. Этих точных измерений можно добиться различными способами. Одним примером является конструирование оптики для динамической регулировки чувствительности или наклона кривой характеристики наклона частичного волнового фронта путем активного изменения расстояния между элементами отбора частичного волнового фронта и устройствами/детекторами регистрации положения или путем активного изменения фокусного расстояния линз фокусировки частичного волнового фронта. Другим примером является динамическое смещение значения сферической рефракционной силы волнового фронта на сопряженной плоскости изображения промежуточного волнового фронта с использованием элемента смещения значения сферической оптической силы, например, линзы с переменным фокусным расстоянием.[0016] Another feature provides accurate measurements within a wide range of the optical power of refractive errors that occur during an ophthalmic operation, for example, disorders that occur after removal of the natural lens of the eye, but before it is replaced with an artificial lens. These accurate measurements can be achieved in various ways. One example is the construction of optics for dynamically adjusting the sensitivity or slope of the partial wavefront slope characteristic curve by actively changing the distance between the partial wavefront selection elements and position recording devices / detectors or by actively changing the focal length of the partial wavefront focusing lenses. Another example is the dynamic displacement of the value of the spherical refractive power of the wavefront on the conjugate plane of the image of the intermediate wavefront using the displacement element of the value of the spherical optical power, for example, a lens with a variable focal length.

[0017] Эти и другие признаки и преимущества иллюстративных вариантов осуществления станут более понятны специалистам в данной области техники по ознакомлении с нижеследующим подробным описанием предпочтительных вариантов осуществления, приведенным совместно с прилагаемыми чертежами. Каждый из этих признаков можно использовать по отдельности или совместно и с любым из описанных здесь вариантов осуществления.[0017] These and other features and advantages of illustrative embodiments will become more apparent to those skilled in the art upon reading the following detailed description of preferred embodiments given in conjunction with the accompanying drawings. Each of these features can be used individually or in conjunction with any of the embodiments described herein.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0018] Фиг. 1 - схема последовательного датчика волнового фронта, раскрытого в принадлежащем тому же правообладателю патенте US7445335.[0018] FIG. 1 is a diagram of a serial wavefront sensor disclosed in US7445335, owned by the same copyright holder.

[0019] Фиг. 2 - усовершенствованная оптическая конфигурация, раскрытая в принадлежащей тому же правообладателю заявке US20120026466.[0019] FIG. 2 is an improved optical configuration disclosed in US20120026466 belonging to the same copyright holder.

[0020] Фиг. 3a - один вариант осуществления иллюстративного датчика волнового фронта, в котором импульсный источник света синхронизирован с матрицей устройств/детекторов регистрации положения, чтобы датчик мог работать как в режиме параллельного отбора, так и в режиме синхронного детектирования.[0020] FIG. 3a is one embodiment of an exemplary wavefront sensor in which a pulsed light source is synchronized with an array of position recording devices / detectors so that the sensor can operate both in parallel sampling mode and in synchronous detection mode.

[0021] Фиг. 3b - матрица элементарных линз типичного датчика волнового фронта Шака-Хартмана с соответствующей матрицей устройств/детекторов регистрации положения и максимальным диапазоном измерения оптической силы, которого можно добиться без взаимных помех.[0021] FIG. 3b is an array of elementary lenses of a typical Shack-Hartman wavefront sensor with a corresponding array of position recording devices / detectors and a maximum range of optical power measurement that can be achieved without mutual interference.

[0022] Фиг. 3c - иллюстративная конфигурация элементов отбора частичного волнового фронта с соответствующей матрицей устройств/детекторов регистрации положения и максимальным диапазоном измерения оптической силы, которого можно добиться без взаимных помех.[0022] FIG. 3c is an illustrative configuration of partial wavefront sampling elements with a corresponding array of position recording devices / detectors and a maximum optical power measurement range that can be achieved without interference.

[0023] Фиг. 4 - блок-схема, демонстрирующая один иллюстративный вариант осуществления усилителя синхронного детектирования.[0023] FIG. 4 is a block diagram showing one illustrative embodiment of a synchronous detection amplifier.

[0024] Фиг. 5 - один пример последовательного поперечного сдвига или сканирования волнового фронта применительно к оптической конфигурации, показанной на фиг. 3a.[0024] FIG. 5 is one example of sequential transverse shear or wavefront scanning with respect to the optical configuration shown in FIG. 3a.

[0025] Фиг. 6 - другой вариант осуществления датчика волнового фронта, показанного на фиг. 3a, в котором конфигурация 8-f ретранслятора волнового фронта объединена с малым сканером пучка для обеспечения практического последовательного сканирования волнового фронта помимо параллельного отбора волнового фронта и синхронного детектирования.[0025] FIG. 6 is another embodiment of the wavefront sensor shown in FIG. 3a, in which the configuration of the 8-f wavefront repeater is combined with a small beam scanner to provide practical sequential scanning of the wavefront in addition to parallel wavefront selection and synchronous detection.

[0026] Фиг. 7 - один пример последовательного поперечного сдвига или сканирования волнового фронта применительно к оптической конфигурации, показанной на фиг. 6.[0026] FIG. 7 is one example of a sequential transverse shear or wavefront scan applied to the optical configuration shown in FIG. 6.

[0027] Фиг. 8 - пример включения источника света фиксации и датчика изображения глаза в конфигурацию, показанную на фиг. 6.[0027] FIG. 8 is an example of incorporating a fixation light source and an eye image sensor into the configuration shown in FIG. 6.

[0028] Фиг. 9 - пример интеграции раскрытого здесь датчика волнового фронта с хирургическим микроскопом.[0028] FIG. 9 is an example of integration of a wavefront sensor disclosed herein with a surgical microscope.

[0029] Фиг. 10 - пример интеграции раскрытого здесь датчика волнового фронта с биомикроскопом со щелевой лампой.[0029] FIG. 10 is an example of integration of a wavefront sensor disclosed herein with a slit lamp biomicroscope.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

[0030] Перейдем к рассмотрению различных иллюстративных вариантов осуществления, представленных в прилагаемых чертежах. Хотя нижеследующее описание приведено в связи с этими вариантами осуществления, следует понимать, что оно не призвано ограничивать изобретение каким-либо вариантом осуществления. Напротив, оно призвано охватывать альтернативы, модификации и эквиваленты, которые могут быть включены в сущность и объем изобретения, заданные нижеследующей формулой изобретения. В нижеследующем описании, многочисленные конкретные детали изложены для обеспечения полного понимания различных вариантов осуществления. Однако настоящее изобретение можно осуществлять на практике без некоторых или всех этих конкретных деталей. В других случаях, общеизвестные операции процесса подробно не описаны во избежание затруднения понимания настоящего изобретения из-за ненужных деталей. Кроме того, каждое появление выражения “иллюстративный вариант осуществления” в различных местах описания изобретения не обязательно относится к одному и тому же иллюстративному варианту осуществления.[0030] Turning to the discussion of various illustrative embodiments presented in the accompanying drawings. Although the following description is provided in connection with these embodiments, it should be understood that it is not intended to limit the invention to any embodiment. On the contrary, it is intended to cover alternatives, modifications and equivalents that may be included in the essence and scope of the invention defined by the following claims. In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of various embodiments. However, the present invention can be practiced without some or all of these specific details. In other cases, well-known process operations are not described in detail in order to avoid difficulty in understanding the present invention due to unnecessary details. In addition, each occurrence of the expression “exemplary embodiment” at various places in the description of the invention does not necessarily refer to the same illustrative embodiment.

[0031] Большинство традиционных офтальмологических датчиков волнового фронта для измерений волнового фронта человеческого глаза используют двухмерный датчик изображения на основе ПЗС или КМОП для сбора информации волнового фронта. Например, типичный датчик волнового фронта Хартмана-Шака (см. например, US5777719, 6199986 и 6530917) использует двухмерную матрицу элементарных линз и двухмерный датчик изображения на основе ПЗС или КМОП. Датчик волнового фронта Тшернинга (см. например, Mrochen et al., "Principles of Tscherning Aberrometry," J of Refractive Surgery, Vol. 16, September/October 2000) проецирует рисунок двухмерной точечной матрицы на сетчатку и использует двухмерный датчик изображения на основе ПЗС или КМОП для получения изображения двухмерного точечного рисунка, возвращаемого из глаза, для извлечения информации волнового фронта. Датчик волнового фронта Талбота использует кроссрешетку и датчик изображения на основе ПЗС или КМОП, расположенный на плоскости самоотображения кроссрешетки (см., например US6781681) для извлечения информации волнового фронта. Муаровый датчик волнового фронта Талбота (см., например, US6736510) использует пару кроссрешеток, повернутых относительно друг друга на некоторый угол, и датчик изображения на основе ПЗС или КМОП для получения изображения муаровой картины для извлечения информации волнового фронта. Датчик волнового фронта на основе разнесения по фазе (см., например US7554672 и US20090185132) использует элемент дифракционной линзы и двухмерный датчик изображения на основе ПЗС или КМОП для получения изображений, связанных с разными дифракционными порядками, для извлечения информации волнового фронта.[0031] Most conventional wavefront ophthalmic sensors for measuring the wavefront of the human eye use a two-dimensional CCD or CMOS image sensor to collect wavefront information. For example, a typical Hartman-Shack wavefront sensor (see, for example, US5777719, 6199986 and 6530917) uses a two-dimensional array of elementary lenses and a two-dimensional image sensor based on a CCD or CMOS. The Scherning wavefront sensor (see, for example, Mrochen et al., "Principles of Tscherning Aberrometry," J of Refractive Surgery, Vol. 16, September / October 2000) projects a two-dimensional dot matrix image onto the retina and uses a two-dimensional CCD-based image sensor or CMOS to obtain an image of a two-dimensional bitmap returned from the eye to extract wavefront information. The Talbot wavefront sensor uses a cross-grating and an CCD or CMOS image sensor located on the self-image plane of the cross-grating (see, for example, US6781681) to extract wavefront information. Talbot’s moiré wavefront sensor (see, for example, US6736510) uses a pair of cross-gratings rotated relative to each other at a certain angle, and a CCD or CMOS image sensor to obtain an image of the moire pattern to extract wavefront information. The phase-front wavefront sensor (see, for example, US7554672 and US20090185132) uses a diffractive lens element and a two-dimensional CCD or CMOS image sensor to obtain images associated with different diffraction orders to extract wavefront information.

[0032] В силу большого объема данных, которые должен собирать двухмерный датчик изображения, и ограничения по частоте кадров, обусловленного тактовой частотой и/или скоростью переноса данных по линии электронного переноса данных, например, кабелю USB, датчики изображения, используемые во всех этих традиционных устройствах датчика волнового фронта, могут работать только на сравнительно низкой частоте кадров (обычно от 25 до 30 кадров в секунду) и, следовательно, чувствительны к фоновому шуму нулевой или низкой частоты. В результате, эти традиционные датчики волнового фронта, в общем случае, могут функционировать только в относительно темном окружении для снижения шума от фонового/окружающего света нулевой или низкой частоты.[0032] Due to the large amount of data that a two-dimensional image sensor must collect, and the frame rate limitations due to the clock speed and / or data transfer speed of an electronic data transfer line, such as a USB cable, image sensors used in all of these traditional wavefront sensor devices can only operate at a relatively low frame rate (usually 25 to 30 frames per second) and, therefore, are sensitive to zero or low frequency background noise. As a result, these conventional wavefront sensors can, in general, only function in a relatively dark environment to reduce noise from background / ambient light of zero or low frequency.

[0033] Кроме того, диапазон измерения оптической силы этих офтальмологических датчиков волнового фронта, в целом, ограничен ±20 дптр, по большей части, в силу компромисса в разнесении или шаге фиксированной сетки элементов отбора волнового фронта, который определяет чувствительность к наклону волнового фронта, диапазон измерения оптической силы волнового фронта и пространственное разрешение измерения волнового фронта.[0033] In addition, the measurement range of the optical power of these ophthalmic wavefront sensors is generally limited to ± 20 diopters, for the most part, due to a compromise in the spacing or spacing of a fixed grid of wavefront selection elements that determines the sensitivity to wavefront tilt, the range of measurement of the optical power of the wavefront and the spatial resolution of the measurement of the wavefront.

[0034] Другая технология датчиков волнового фронта на основе трассировки лучей лазерного пучка (см., например US6409345 и US6932475) не требует непременно использовать двухмерный датчик изображения на основе ПЗС или КМОП для извлечения информации волнового фронта. Однако коммерческий продукт (iTrace от Tracey Technologies) имеет ограниченный диапазон измерения только ±15 дптр и по-прежнему требует темного окружения для измерения волнового фронта.[0034] Another wavefront sensor technology based on laser beam tracking (see, for example, US6409345 and US6932475) does not necessarily require the use of a two-dimensional CCD or CMOS image sensor to extract wavefront information. However, a commercial product (iTrace from Tracey Technologies) has a limited measurement range of only ± 15 diopters and still requires a dark environment to measure the wavefront.

[0035] В принадлежащем тому же заявителю документе US7445335 раскрыт последовательный датчик волнового фронта, который последовательно сдвигает весь волновой фронт, чтобы только желаемая часть волнового фронта могла проходить через апертуру отбора волнового фронта. Этот датчик волнового фронта применяет синхронное детектирование для удаления оптического или электронного шума нулевой или низкой частоты, например, из фонового света или электронных помех, обусловленных пульсацией источника света, используемого для генерации волнового фронта из глаза, и его синхронизации с устройством/детектором регистрации положения с высокочастотной характеристикой (например, квадратным детектором). Таким образом, этот датчик волнового фронта не требует темного окружения для измерения волнового фронта и весьма пригоден для непрерывной интраоперационной рефракционной хирургии в реальном времени, где свет освещения хирургического микроскопа всегда остается в состоянии “включено”. Последовательный отбор волнового фронта полностью снимает любые потенциальные проблемы взаимных помех, что, таким образом, обеспечивает возможность большого динамического диапазона измерения волнового фронта. Однако оптическая конфигурация, представленная в US7445335, не идеальна для охвата большого диапазона оптической силы, поскольку нуждается в сканере пучка с сравнительно большой областью перехвата пучка. В другой принадлежащей тому же заявителю патентной заявке США (US20120026466) раскрыты оптические конфигурации, усовершенствованные по сравнению с US7445335. Эти усовершенствованные конфигурации позволяют использовать сравнительно малый и коммерчески доступный световой сканер пучка (например, сканер на основе MEMS) для сканирования всего объектного пучка из глаза в пределах большого диапазона оптической силы (до ±30 дптр), и, следовательно, можно адекватно охватывать рефракцию глаза даже в афакичном состоянии. Благодаря гибкому сдвигу волнового фронта, можно отбирать любую часть волнового фронта и, таким образом, добиваться высокого пространственного разрешения.[0035] US7445335, which belongs to the same applicant, discloses a serial wavefront sensor that sequentially shifts the entire wavefront so that only the desired portion of the wavefront can pass through the wavefront selection aperture. This wavefront sensor employs synchronous detection to remove zero or low frequency optical or electronic noise, for example, from background light or electronic noise caused by the pulsation of the light source used to generate the wavefront from the eye, and synchronizing it with a position recording device / detector with high frequency response (e.g., square detector). Thus, this wavefront sensor does not require a dark environment for measuring the wavefront and is very suitable for continuous intraoperative refractive surgery in real time, where the light from the surgical microscope always remains “on”. Sequential selection of the wavefront completely removes any potential problems of mutual interference, which, thus, provides the possibility of a large dynamic range of measurement of the wavefront. However, the optical configuration presented in US7445335, is not ideal for covering a wide range of optical power, because it needs a beam scanner with a relatively large area of the interception of the beam. Another U.S. patent application (US20120026466) discloses optical configurations improved over US7445335. These advanced configurations allow the use of a relatively small and commercially available light beam scanner (for example, a MEMS-based scanner) to scan the entire object beam from the eye within a wide range of optical power (up to ± 30 diopters), and therefore it is possible to adequately capture eye refraction even in aphakic condition. Due to the flexible shift of the wavefront, it is possible to select any part of the wavefront and, thus, achieve high spatial resolution.

[0036] Однако, в силу требований к безопасности глаза, может быть установлен предел оптической энергии, которую можно доставлять за данное время в глаз пациента. Таким образом, даже при наличии пульсирующего источника света и использовании подхода синхронного детектирования для повышения отношения сигнал-шум, если требуется отбор большого количества пространственных частей волнового фронта, возвращаемого из глаза, частота обновления измерения волнового фронта может быть ограничена. С другой стороны, если требуется обеспечить высокую частоту обновления измерения волнового фронта, максимальное количество точек пространственного отбора может быть ограничено. Таким образом, необходимо дополнительно повысить производительность такого датчика волнового фронта, действующего в режиме синхронного детектирования.[0036] However, due to eye safety requirements, the limit of optical energy that can be delivered in a given time into the patient's eye can be set. Thus, even with a pulsating light source and using the synchronous detection approach to increase the signal-to-noise ratio, if a large number of spatial portions of the wavefront returned from the eye are required, the refresh rate of the wavefront measurement can be limited. On the other hand, if it is desired to ensure a high refresh rate of the wavefront measurement, the maximum number of spatial selection points may be limited. Thus, it is necessary to further increase the performance of such a wavefront sensor operating in the synchronous detection mode.

[0037] В соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения, некоторое количество элементов параллельного отбора волнового фронта объединяются с соответствующим количеством устройств/детекторов регистрации положения (PSD) изображения или светового пятна, которые все работают в режиме синхронного детектирования синхронно с пульсацией источника света на частоте выше диапазона частот 1/f шума. Каждый PSD имеет достаточно высокочастотную характеристику, чтобы шум, сгенерированный фоновым светом нулевой или низкой частоты, можно было, по существу, отфильтровывать и повышать отношение сигнал-шум.[0037] In accordance with one or more embodiments of the present invention, a number of parallel wavefront sampling elements are combined with a corresponding number of image position / light spot (PSD) devices / detectors that all operate in synchronous detection mode in synchronization with the pulsation of the light source at a frequency above the frequency range 1 / f noise. Each PSD has a high enough frequency response so that noise generated by zero or low frequency background light can essentially filter out and increase the signal-to-noise ratio.

[0038] Помимо параллельного отбора волнового фронта, физическое разнесение элементов параллельного отбора волнового фронта задается таким образом, чтобы в желаемом диапазоне оптической силы рефракционного нарушения глаза не было взаимных помех. Кроме того, для отбора любой части или сегмента волнового фронта, волновой фронт также можно последовательно сдвигать относительно элементов отбора волнового фронта с использованием подходов, аналогичных раскрытым в принадлежащим тому же заявителю патенте US7445335 и патентной заявке US20120026466.[0038] In addition to the parallel selection of the wavefront, the physical spacing of the elements of the parallel selection of the wavefront is set so that there is no mutual interference in the desired range of optical power of the refractive disturbance of the eye. In addition, to select any part or segment of the wavefront, the wavefront can also be sequentially shifted relative to the wavefront selection elements using approaches similar to those disclosed in US7445335 and US20120026466 belonging to the same applicant.

[0039] На фиг. 1 показана схема последовательного датчика волнового фронта, раскрытого в принадлежащем тому же заявителю документе US7445335. Узкий пучок света от источника 134 света направляется на сетчатку глаза 138 через светонаправляющий элемент 136, например светоделитель. Объектный пучок света, исходящий от сетчатки глаза, имеющий волновой фронт 102 при выходе из глаза, фокусируется первой линзой 104. Объектный пучок волнового фронта распространяется через поляризационный светоделитель (PBS) 106 размещенный таким образом, что его направление поляризации пропускания выровнено с желаемым направлением поляризации объектного светового пучка. В результате, линейно поляризованный объектный пучок будет проходить через PBS 106. Четвертьволновая пластинка 108 располагается позади PBS 106, причем ее ось наибольшей скорости распространения света ориентирована таким образом, чтобы после прохождения пучка через четвертьволновую пластинку 108 получался световой пучок круговой поляризации.[0039] FIG. 1 is a schematic diagram of a serial wavefront sensor disclosed in US7445335 belonging to the same applicant. A narrow beam of light from the light source 134 is directed to the retina of the eye 138 through the light guide element 136, for example a beam splitter. The object beam of light emanating from the retina of the eye, having a wavefront 102 when exiting the eye, is focused by the first lens 104. The object beam of the wavefront propagates through a polarizing beam splitter (PBS) 106 positioned in such a way that its transmission polarization direction is aligned with the desired polarization direction of the object light beam. As a result, the linearly polarized object beam will pass through the PBS 106. The quarter-wave plate 108 is located behind the PBS 106, and its axis of maximum speed of light propagation is oriented so that after the beam passes through the quarter-wave plate 108, a circularly polarized light beam is obtained.

[0040] Объектный световой пучок, который несет информацию волнового фронта из глаза, фокусируется на отражающей поверхности наклонного сканирующего зеркала 112, которое установлено на шпинделе 114 электродвигателя. Объектный световой пучок, отраженный зеркалом, приобретает направление, которое зависит от угла наклона сканирующего зеркала 112 и поворотного положения электродвигателя 114. Отраженный пучок все еще имеет круговую поляризацию, но круговая поляризация направление вращения изменяется с левостороннего на правостороннее или с правостороннего на левостороннее. Следовательно, вторично пройдя через четвертьволновую пластинку 108 на своем обратном пути, пучок снова становится линейно поляризованным, но его направление поляризации поворачивается на 90 градусов относительно направления исходного входящего объектного пучка. Таким образом, на поляризационном светоделителе 106, возвращаемый объектный пучок будет, по большей части, отражаться влево, как показано пунктирными световыми лучами на фиг. 1.[0040] An object light beam that carries wavefront information from the eye is focused on the reflective surface of the oblique scanning mirror 112, which is mounted on the motor spindle 114. The object light beam reflected by the mirror acquires a direction that depends on the angle of inclination of the scanning mirror 112 and the rotational position of the electric motor 114. The reflected beam still has circular polarization, but the circular polarization changes the direction of rotation from left to right or from right to left. Therefore, after passing through the quarter-wave plate 108 a second time on its return path, the beam again becomes linearly polarized, but its direction of polarization rotates 90 degrees relative to the direction of the original incoming object beam. Thus, on the polarization beam splitter 106, the returned object beam will, for the most part, be reflected to the left, as shown by the dashed light rays in FIG. one.

[0041] Вторая линза 116 располагается слева от PBS 106 для коллимации отраженного объектного пучка и для создания копии исходного входного волнового фронта (124) в плоскости апертуры 118 отбора волнового фронта. Вследствие наклона сканирующего зеркала, дублированный волновой фронт 124 сдвигается в поперечном направлении. Апертура 118 располагается перед линзой 120 фокусировки частичного волнового фронта для выбора малой части дублированного волнового фронта 124. Линза 120 фокусировки частичного волнового фронта фокусирует выбранный частичный волновой фронт на устройство/детектор 122 регистрации положения, которое используется для определения центроида сфокусированного светового пятна, сгенерированного из последовательно выбранных частичных волновых фронтов. Благодаря вращению электродвигателя 114 и изменению угла наклона сканирующего зеркала 112, величиной радиального и азимутального сдвига дублированного волнового фронта можно управлять таким образом, чтобы можно было выбрать любую часть дублированного волнового фронта для последовательного пропускания через апертуру 118. В результате, весь волновой фронт исходного входящего пучка можно характеризовать как в случае стандартного датчика волнового фронта Хратмана-Шака, за исключением того, что центроид каждого частичного волновоого фронта теперь получается последовательно, а не параллельно.[0041] A second lens 116 is located to the left of PBS 106 to collimate the reflected object beam and to create a copy of the original input wavefront (124) in the plane of the wavefront aperture 118. Due to the tilt of the scanning mirror, the duplicated wavefront 124 is shifted in the transverse direction. Aperture 118 is located in front of the partial wavefront focusing lens 120 to select a small portion of the duplicated wavefront 124. The partial wavefront focusing lens 120 focuses the selected partial wavefront onto a position recording device / detector 122, which is used to determine the centroid of the focused light spot generated from sequentially selected partial wave fronts. By rotating the motor 114 and changing the angle of the scanning mirror 112, the radial and azimuthal shift of the duplicated wavefront can be controlled so that any part of the duplicated wavefront can be selected for sequential transmission through aperture 118. As a result, the entire wavefront of the original incoming beam can be characterized as in the case of a standard Hratman-Shack wavefront sensor, except that the centroid of each partial wavefront Now it turns out sequentially, but not in parallel.

[0042] Как можно видеть на фиг. 1, управляя углом наклона сканирующего зеркала и частотой пульсации источника света, можно отбирать любую часть волнового фронта. Кроме того, электронная система управления и детектирования может синхронизировать работу источника 134 света, электродвигателя 114, апертуры 118 отбора волнового фронта, если она также активна, и детектора 122 регистрации положения для обеспечения синхронного детектирования. Таким образом, можно повысить отношение сигнал-шум и отфильтровать шум, сгенерированный фоновым светом нулевой или низкой частоты.[0042] As can be seen in FIG. 1, by controlling the angle of inclination of the scanning mirror and the pulsation frequency of the light source, any part of the wavefront can be selected. In addition, the electronic control and detection system can synchronize the operation of the light source 134, the motor 114, the wavefront selection aperture 118, if it is also active, and the position detection detector 122 to provide synchronous detection. Thus, it is possible to increase the signal-to-noise ratio and filter out the noise generated by the background light of zero or low frequency.

[0043] Однако, когда сдвиг волнового фронта осуществляется сканером пучка на оптической плоскости преобразования Фурье оптической системы 4-f ретрансляции волнового фронта, когда значение нарушения рефракционной оптической силы глаза пациента велико, размер объектного пучка в плоскости преобразования Фурье также будет сравнительно большим. Это означает, что для охвата большого диапазона оптической силы, сканеру пучка требуется относительно большая область перехвата пучка. В случае хирургии катаракты, где рабочее расстояние между глазом и входным портом велико, необходимый размер сканера пучка будет непрактичен в отношении стоимости и коммерческой доступности.[0043] However, when the wavefront shift is carried out by the beam scanner on the optical Fourier transform plane of the 4-f wavefront relay optical system, when the value of the disturbance of the refractive power of the patient’s eye is large, the size of the object beam in the Fourier transform plane will also be relatively large. This means that in order to cover a wide range of optical power, the beam scanner needs a relatively large area of beam capture. In the case of cataract surgery, where the working distance between the eye and the input port is large, the required size of the beam scanner will be impractical in terms of cost and commercial availability.

[0044] На фиг. 2 показана другая оптическая конфигурация, раскрытая в принадлежащей тому же заявителю патентной заявке США US20120026466, которая использует два каскадно соединенных 4-f ретранслятора имеющие первую и вторую плоскости преобразования Фурье, A и C соответственно, и первую и вторую плоскости изображения, B и D соответственно. Благодаря использованию двух каскадно соединенных 4-f ретрансляторов волнового фронта или 8-f ретранслятора волнового фронта, последовательного поперечного сдвига волнового фронта можно добиться угловым сканированием пучка волнового фронта на или вокруг второй плоскости C преобразования Фурье, где ширина пучка волнового фронта (по желаемому большому диапазону измерения нарушения рефракционной оптической силы) могут поддерживаться в определенном диапазоне физических размеров таким образом, чтобы сравнительно малый сканер 212 пучка мог полностью перехватывать объектный пучок.[0044] FIG. 2 shows another optical configuration disclosed in US patent application US20120026466, which uses two cascade-connected 4-f repeaters having first and second Fourier transform planes, A and C, respectively, and first and second image planes, B and D, respectively . By using two cascaded 4-f wavefront repeaters or an 8-f wavefront repeater, a consistent transverse shift of the wavefront can be achieved by angular scanning the wavefront beam on or around the second Fourier transform plane C, where the wavefront beam width (over the desired large range refractive errors) can be maintained in a certain range of physical dimensions so that a relatively small beam scanner 212 can completely intercept the object beam.

[0045] Как показано на фиг. 2, после первого ретранслятора волнового фронта в плоскости B изображения волнового фронта, ширина объектного пучка уменьшается вследствие различия в фокусном расстоянии между первой линзой 204 и второй линзой 216, хотя расхождение или схождение пучка увеличивается. Второй 4-f ретранслятор волнового фронта содержит третью линзу 240 и четвертую линзу 242, каждая из которых имеет сравнительно большую фокусирующую силу или малое фокусное расстояние и сравнительно большую числовую апертуру (NA) или угол конуса приема пучка. Ширина пучка на второй плоскости C преобразования Фурье теперь сравнительно мала. Угловое сканирование пучка на второй плоскости C преобразования Фурье позволяет поперечно сдвигать изображение волнового фронта на второй плоскости D изображения волнового фронта. Поперечно сдвинутый волновой фронт можно отбирать на второй плоскости D изображения волнового фронта с помощью апертуры 218 отбора волнового фронта и фокусировать с помощью линзы 220 фокусировки частичного волнового фронта на устройство/детектор 222 регистрации положения (PSD).[0045] As shown in FIG. 2, after the first wavefront repeater in the wavefront image plane B, the width of the object beam decreases due to the difference in focal length between the first lens 204 and the second lens 216, although the divergence or convergence of the beam increases. The second 4-f wavefront repeater comprises a third lens 240 and a fourth lens 242, each of which has a relatively large focusing power or small focal length and a relatively large numerical aperture (NA) or beam cone angle. The beam width in the second plane C of the Fourier transform is now relatively small. Angular scanning of the beam in the second plane C of the Fourier transform allows you to transversely shift the image of the wavefront in the second plane D of the image of the wavefront. A transversely shifted wavefront can be selected on the second plane D of the wavefront image using the wavefront selection aperture 218 and focused using a partial wavefront focusing lens 220 onto a position recording device / detector 222 (PSD).

[0046] Аналогично варианту осуществления, изображенному на фиг. 1, управляя сканером 212 пучка на второй плоскости C преобразования Фурье и регулируя временной режим пульсации источника света, можно отбирать любую часть волнового фронта. Опять же, электронная система управления и детектирования может синхронизировать работу источника 234 света, сканера 212, апертуры 218 (если это переменная апертура) и PSD 222 для обеспечения синхронного детектирования для повышения отношения сигнал-шум и отфильтровывания шума, генерируемого фоновым светом нулевой или низкой частоты.[0046] Similarly to the embodiment shown in FIG. 1, by controlling the beam scanner 212 in the second Fourier transform plane C and adjusting the temporal mode of the pulsation of the light source, any part of the wavefront can be selected. Again, the electronic control and detection system can synchronize the operation of the light source 234, scanner 212, aperture 218 (if it is a variable aperture) and PSD 222 to provide synchronous detection to increase the signal-to-noise ratio and filter out the noise generated by zero or low frequency background light .

[0047] Электронная система 236 управления, имеющая пользовательский интерфейс 238 управления, подключена к сканеру 212 пучка и переменной апертуре, позволяя управлять этими элементами для изменения шаблона сканирования или размера апертуры. В других вариантах осуществления электронная система 236 управления может быть подключена к другим управляемым элементам, что будет более подробно описано ниже. Пользовательский интерфейс 238 может быть выполнен в виде кнопок на приборе, графического пользовательского интерфейса (ГИП) на приборе или на компьютере, присоединенном к электронной системе 236 управления.[0047] An electronic control system 236 having a control user interface 238 is connected to a beam scanner 212 and a variable aperture, allowing these elements to be controlled to change the scan pattern or aperture size. In other embodiments, the electronic control system 236 may be connected to other controlled elements, which will be described in more detail below. The user interface 238 can be made in the form of buttons on the device, a graphical user interface (GUI) on the device or on a computer connected to the electronic control system 236.

[0048] Заметим, что на фиг. 1 и 2 показан только один элемент отбора волнового фронта и только одно устройство регистрации положения, и отбор волнового фронта осуществляется только последовательно. В этом случае отбирается только одна часть всего волнового фронта, что не позволяет эффективно использовать оптическую энергию, возвращаемую из глаза.[0048] Note that in FIG. 1 and 2, only one wavefront selection element and only one position recording device are shown, and wavefront selection is carried out only sequentially. In this case, only one part of the entire wavefront is selected, which does not allow the efficient use of the optical energy returned from the eye.

[0049] На фиг. 3a показан пример, где пучок света от источника света 334 (например, суперлюминесцентного диода или СЛД), действующего в импульсном и/или пакетном режиме, запускается через светонаправляющий элемент 306 (например, поляризационный светоделитель (PBS)) в глаз пациента для формирования сравнительно малого пятна изображения на сетчатке для генерации волнового фронта, который возвращается из глаза. Светонаправляющий элемент 306 должен иметь достаточно большой размер перехвата светового пучка чтобы гарантировать, что объектный пучок, несущий информацию волнового фронта из глаза в пределах желаемого диапазона измерения оптической силы глаза, полностью перехватывается, не испытывая возмущений на краю светонаправляющего элемента.[0049] FIG. 3a shows an example where a light beam from a light source 334 (e.g., a superluminescent diode or SLD) operating in a pulsed and / or burst mode is triggered through a light guide element 306 (e.g., a polarizing beam splitter (PBS)) into the patient's eye to form a relatively small spots on the retina to generate a wavefront that returns from the eye. The light guide element 306 must have a sufficiently large size of the interception of the light beam to ensure that an object beam that carries wavefront information from the eye within the desired measurement range of the optical power of the eye is completely intercepted without any disturbance at the edge of the light guide element.

[0050] Использование PBS может способствовать подавлению помехи в виде света, отраженного или рассеянного от других нежелательных оптических границ раздела глаза, например, роговицы и хрусталика. Дело в том, что относительно узкий входной световой пучок СЛД линейно поляризован в первом направлении поляризации, и свет, отраженный или рассеянный от роговицы и хрусталика, также, по большей части, линейно поляризован в первом направлении поляризации, тогда как свет, рассеянный на сетчатке, имеет большую составляющую, поляризованную перпендикулярно первому направлению поляризации. Таким образом, PBS, в качестве светонаправляющего элемента 306, выступает в роли как поляризатора для пучка СЛД, распространяющегося к глазу, так и анализатора, предназначенного для пропускания только объектного пучка, возвращаемого от сетчатки во втором ортогональном направлении поляризации.[0050] The use of PBS can help suppress interference in the form of light reflected or scattered from other undesirable optical interfaces of the eye, such as the cornea and lens. The fact is that the relatively narrow SLD input light beam is linearly polarized in the first direction of polarization, and the light reflected or scattered from the cornea and lens is also, for the most part, linearly polarized in the first direction of polarization, while the light scattered on the retina has a large component polarized perpendicular to the first direction of polarization. Thus, PBS, as the light guide element 306, acts as both a polarizer for the SLD beam propagating to the eye and an analyzer designed to transmit only the object beam returned from the retina in the second orthogonal direction of polarization.

[0051] Помимо необходимости отфильтровывать составляющую с определенной поляризацией, волновой фронт, покидающий глаз, также необходимо ретранслировать в плоскость отбора изображения волнового фронта. На фиг. 3a, это достигается с помощью оптической конфигурации 4-f ретранслятора волнового фронта, содержащей первую линзу 304 и вторую линзу 316. В плоскости B изображения волнового фронта, матрица элементов отбора частичного волнового фронта, содержащая, например, кольцевую матрицу апертур 318 отбора частичного волнового фронта и соответствующую кольцевую матрицу линз 320 фокусировки частичного волнового фронта, параллельно отбирает и фокусирует некоторое количество частей ретранслированного волнового фронта на плоскости B изображения волнового фронта. Соответствующая матрица устройств/детекторов 322 регистрации положения (PSD) (например, кольцевая матрица детекторов регистрации положения поперечного действия или квадрантных детекторов) размещена позади матрицы элементов отбора частичного волнового фронта для детектирования положения центроида пятна изображения каждого отобранного частичного волнового фронта.[0051] In addition to the need to filter out a component with a certain polarization, the wavefront leaving the eye also needs to be relayed to the image pickup plane of the wavefront. In FIG. 3a, this is achieved using the optical configuration of the 4-f wavefront repeater containing the first lens 304 and the second lens 316. In the plane B of the wavefront image, a matrix of partial wavefront selection elements, containing, for example, an annular matrix of partial wavefront selection apertures 318 and the corresponding annular matrix of lenses 320 focusing the partial wave front, in parallel selects and focuses a number of parts of the relayed wave front on the plane B of the image of the wave fr NTA. A corresponding matrix of position recording devices (PSDs) / detectors 322 (e.g., an annular matrix of lateral or quadrant detectors) is located behind the matrix of partial wavefront selection elements to detect the position of the centroid of the image spot of each selected partial wavefront.

[0052] Что подробно показать элементы отбора частичного волнового фронта и устройства/детекторы регистрации положения (PSD), на фиг. 3a в увеличенном виде показаны оптические элементы каскада отбора волнового фронта и детектирования центроида, причем кольцевая матрица апертур 318 отбора частичного волнового фронта умышленно отделена от кольцевой матрицы линз 320 фокусировки частичного волнового фронта, хотя на практике они обычно контактируют или располагаются в непосредственной близости друг от друга. В увеличенном чертеже, кольцевая матрица PSD 322 размещена вблизи задней фокальной плоскости линз 320 фокусировки частичного волнового фронта, чтобы обеспечивать сравнительно резко сфокусированное пятно изображения на PSD в случае плоского волнового фронта, однако, это не всегда имеет место, поскольку кольцевая матрица PSD 322 может размещаться до или после фокальной плоскости линз 320 фокусировки частичного волнового фронта. В иллюстративном варианте осуществления, благодаря отбору вокруг кольцевого кольца волнового фронта из глаза, можно определить сферическое и цилиндрическое рефракционное нарушение глаза и ось цилиндра. Однако шаблон элементов параллельного отбора частичного волнового фронта может принимать другие формы, например, шаблон спицы или форму двухмерной линейной матрицы.[0052] In detail, to show partial wavefront selection elements and position recording devices (PSDs), in FIG. 3a, an enlarged view shows the optical elements of the wavefront selection and centroid detection cascades, the ring matrix of partial wavefront selection apertures 318 being deliberately separated from the ring matrix of partial wavefront focusing lenses 320, although in practice they are usually in contact or located in close proximity to each other . In an enlarged drawing, the PSD 322 ring array is positioned near the rear focal plane of the partial wavefront focusing lens 320 to provide a relatively sharply focused image spot on the PSD in the case of a plane wavefront, however, this is not always the case since the PSD 322 ring matrix before or after the focal plane of the lenses 320 focusing the partial wavefront. In an illustrative embodiment, due to the selection around the annular ring of the wave front from the eye, it is possible to determine a spherical and cylindrical refractive disorder of the eye and the axis of the cylinder. However, the pattern of elements for parallel selection of the partial wave front can take other forms, for example, the pattern of the spokes or the shape of a two-dimensional linear matrix.

[0053] На фиг. 3a показан синхронный усилитель 343, подключенный для приема выходных сигналов от матрицы PSD 322, для шумоподавления. Дисплей 345 может быть подключен к электронной системе 336, которая принимает выходной сигнал синхронного усилителя 343. Работа синхронного усилителя 343 описана ниже со ссылкой на фиг. 4. Электронная система 336 имеет возможности обработки для обработки выходного сигнала синхронного усилителя 343, включающие в себя применение алгоритмов для определения рефракции, аберраций и других диагностических или клинических факторов. Дисплей 345 можно реализовать как индикатор текущих показаний, связанный с хирургическим микроскопом, или дисплей с большим экраном или дисплей задней проекции или как часть персонального компьютера или рабочей станции.[0053] FIG. 3a shows a synchronous amplifier 343 connected to receive output signals from a PSD matrix 322 for noise reduction. The display 345 may be connected to an electronic system 336 that receives the output of the synchronous amplifier 343. The operation of the synchronous amplifier 343 is described below with reference to FIG. 4. The electronic system 336 has processing capabilities for processing the output of the synchronous amplifier 343, including the use of algorithms to determine refraction, aberrations, and other diagnostic or clinical factors. The display 345 can be implemented as a current indicator associated with a surgical microscope, or a large-screen display or a rear projection display, or as part of a personal computer or workstation.

[0054] Заметим, что по сравнению с традиционными системами датчика волнового фронта, описанный здесь иллюстративный вариант осуществления имеет ряд признаков, которые, в той или иной комбинации, обеспечивают его преимущество для рефракционной хирургии глаза. Во-первых, элементы отбора частичного волнового фронта физически отделены друг от друга, благодаря чему, их плотность, в целом, меньше, чем плотность стандартной матрицы элементарных линз, используемой в типичном датчике волнового фронта Шака-Хартмана. Это достигается за счет увеличения расстояния между элементарными линзами или шага элементарных линз или увеличения диаметра каждой элементарной линзы по сравнению с диаметром элементарной линзы, используемой в типичном датчике волнового фронта Шака-Хартмана. Альтернативно, фокусное расстояние элементарных линз матрицы элементарных линз можно уменьшить по сравнению с фокусными расстояниями элементарных линз, используемых в типичном датчике волнового фронта Шака-Хартмана. В результате, можно охватить достаточно большой диапазон измерения оптической силы без взаимных помех, т.е. попадания пятна изображения отобранного частичного волнового фронта на несоответствующий PSD.[0054] Note that, compared to conventional wavefront sensor systems, the illustrative embodiment described herein has a number of features that, in one combination or another, provide its advantage for refractive eye surgery. Firstly, the partial wavefront selection elements are physically separated from each other, due to which, their density is generally lower than the density of the standard elementary lens matrix used in a typical Shack-Hartman wavefront sensor. This is achieved by increasing the distance between the elementary lenses or the pitch of the elementary lenses or by increasing the diameter of each elementary lens compared to the diameter of the elementary lens used in a typical Shack-Hartman wavefront sensor. Alternatively, the focal length of the elementary lenses of the matrix of elementary lenses can be reduced compared to the focal lengths of the elementary lenses used in a typical Shack-Hartman wavefront sensor. As a result, it is possible to cover a sufficiently large range of measurement of optical power without mutual interference, i.e. the image spot of the selected partial wavefront getting on an inappropriate PSD.

[0055] Чтобы проиллюстрировать это, на фиг. 3b показана матрица элементарных линз типичного датчика волнового фронта Шака-Хартмана с соответствующей матрицей устройств/детекторов регистрации положения и как достигается максимальный диапазон измерения оптической силы без взаимных помех. В настоящем описании, термин “взаимные помехи” означает условие, когда весь световой пучок или его часть, подлежащая фокусировке элементарной линзой на соответствующий детектор, фокусируется на соседний детектор.[0055] To illustrate this, in FIG. 3b shows a matrix of elementary lenses of a typical Shack-Hartman wavefront sensor with a corresponding matrix of position recording devices / detectors and how the maximum range of optical power measurement without mutual interference is achieved. In the present description, the term “mutual interference" means a condition where the entire light beam or part of it to be focused by an elementary lens on a corresponding detector is focused on an adjacent detector.

[0056] Матрица 342 элементарных линз типичного датчика волнового фронта Шака-Хартмана плотно упакована, то есть элементарные линзы размещены рядом друг с другом без каких-либо зазоров. В этом случае на единицу площади приходится большое количество элементарных линз, и плотность отбора для измерения волнового фронта высока. Исходя из того, что волновой фронт, подлежащий измерению, является, как показано, сферическим сходящимся волновым фронтом 344, максимальный средний наклон частичного волнового фронта, θm, который можно измерять без взаимных помех, будет ограничен радиусом r и фокусным расстоянием f каждой элементарной линзы, где θm=tan-1[r/f]. Фиг. 2 иллюстрирует, что кривизна волнового фронта возрастает для больших положительных или отрицательных значений оптической силы. Таким образом θm указывает максимальное значение диапазона измерения оптической силы.[0056] The array of 342 elementary lenses of a typical Shack-Hartmann wavefront sensor is densely packed, that is, elementary lenses are placed next to each other without any gaps. In this case, a large number of elementary lenses per unit area, and the selection density for measuring the wavefront is high. Based on the fact that the wavefront to be measured is, as shown, a spherical converging wavefront 344, the maximum average slope of the partial wavefront, θ m , which can be measured without interference, will be limited by the radius r and the focal length f of each elementary lens where θ m = tan -1 [r / f]. FIG. 2 illustrates that the wavefront curvature increases for large positive or negative optical power values. Thus, θ m indicates the maximum value of the measuring range of the optical power.

[0057] На фиг. 3b показано, что существует угловое распределение угла наклона частичного волнового фронта, и частичный волновой фронт, отобранный крайней слева элементарной линзой, будет фокусироваться этой крайней слева элементарной линзой для формирования светового пятна, которое попадает на правой границе PSD1 между PSD1 и PSD2. Как можно видеть, любое дополнительное увеличение схождения или абсолютного значения оптической силы сходящегося сферического волнового фронта приведет к тому, что угол наклона превысит θm, и к тому, что световое пятно, отобранное крайней слева элементарной линзой, выйдет за пределы границы между PSD1 и PSD2, в PSD2, тем самым, вызывая взаимных помех. Фактически, поскольку отобранный частичный волновой фронт является сходящимся, сфокусированное пятно фактически находится перед фокальной плоскостью 346, и, соответственно, соответствующее пятно изображения на фокальной плоскости 346 будет шире, чем пятно изображения в резком фокусе, поэтому диапазон измерения наклона частичного волнового фронта немного меньше θm. Аналогичная ситуация существует для крайней справа элементарной линзы и двух устройств/детекторов PSD8 и PSD7 регистрации положения.[0057] FIG. 3b it is shown that there is an angular distribution of the angle of inclination of the partial wavefront, and the partial wavefront selected by the leftmost elementary lens will be focused by this leftmost elementary lens to form a light spot that falls on the right boundary of PSD1 between PSD1 and PSD2. As you can see, any additional increase in the convergence or the absolute value of the optical power of the converging spherical wave front will cause the tilt angle to exceed θ m and cause the light spot selected by the elementary leftmost lens to go beyond the boundary between PSD1 and PSD2 , in PSD2, thereby causing mutual interference. In fact, since the selected partial wavefront is convergent, the focused spot is actually in front of the focal plane 346, and accordingly, the corresponding image spot on the focal plane 346 will be wider than the image spot in sharp focus, so the measurement range of the slope of the partial wavefront is slightly smaller than θ m . A similar situation exists for the elementary lens on the far right and two position recording devices / detectors PSD8 and PSD7.

[0058] С другой стороны, если волновой фронт является сферическим расходящимся волновым фронтом, резко сфокусированные пятна изображения, в общем случае, фактически будут располагаться позади фокальной плоскости 346, поэтому световое пятно на фокальной плоскости 346 также будет шире, чем пятно изображения в резком фокусе, и, соответственно, диапазон измерения наклона частичного волнового фронта снова будет немного меньше θm. Если волновой фронт не является сферическим, но имеет призматический наклон и/или астигматизм и/или даже другие аберрации высоких порядков, локальный наклон частичного волнового фронта, отобранного любой из элементарных линз, может превышать предельный угол наклона диапазон измерения θm.[0058] On the other hand, if the wavefront is a spherical diverging wavefront, sharply focused image spots will generally be located behind the focal plane 346, so the light spot on the focal plane 346 will also be wider than the sharp focus image spot , and, accordingly, the measuring range of the slope of the partial wave front will again be slightly less than θ m . If the wavefront is not spherical, but has a prismatic tilt and / or astigmatism and / or even other high-order aberrations, the local tilt of the partial wavefront selected by any of the elementary lenses may exceed the limiting tilt angle and the measurement range θ m .

[0059] Если же элементы параллельного отбора частичного волнового фронта не являются плотно упакованными, но разумно распределены, с надлежащим управлением межцентровым расстоянием между двумя элементами, то можно умышленно избегать взаимных помех и также достигать определенного желаемого достаточно большого диапазона измерения оптической силы.[0059] If the elements of the parallel partial wavefront selection are not densely packed, but reasonably distributed, with proper control of the center-to-center distance between the two elements, then mutual interference can be deliberately avoided and a certain desired sufficiently large measuring range of the optical power can be achieved.

[0060] На фиг. 3c показан иллюстративный вариант осуществления конфигурации элементов отбора частичного волнового фронта с соответствующей матрицей устройств/детекторов регистрации положения и иллюстрирует, что можно увеличить максимальный диапазон измерения оптической силы без взаимных помех. В иллюстрируемом примере, каждый элемент отбора частичного волнового фронта содержит элементарную линзу 352 и апертуру 359 перед соответствующей элементарной линзой. Другими словами, маска 358 шаблонированной матрицы апертур объединена с соответствующей матрицей 352 элементарных линз, чтобы действовать как матрица элементов параллельного отбора частичного волнового фронта. Исходя из того, что фокусное расстояние каждой элементарной линзы такое же, как показано на фиг. 3b, и представлено одним и тем же f, тогда как теперь расстояние от центра одной элементарной линзы до границы или средней точкой между двумя элементами отбора частичного волнового фронта равно d, как показано, максимальный средний наклон частичного волнового фронта, который можно измерять без взаимных помех, теперь будет βm=tan-1[d/f]. Поскольку d больше r, диапазон измерения локального наклона частичного волнового фронта, таким образом, увеличивается. Фактически, на фиг. 3c показан более сходящийся сферический волновой фронт 354, который отбирается, чем волновой фронт, изображенный на фиг. 3b, с ограничением, наложенным условием βm=tan-1[d/f]. Очевидно, абсолютное значение оптической силы сходящегося сферического волнового фронта 354, показанного на фиг. 3c, который может быть отобран без взаимных помех, выше, чем у волнового фронта 344, показанного фиг. 3b.[0060] FIG. 3c shows an illustrative embodiment of a configuration of partial wavefront sampling elements with a corresponding array of position recording devices / detectors, and illustrates that it is possible to increase the maximum optical power measurement range without interference. In the illustrated example, each partial wavefront selection element comprises an elementary lens 352 and an aperture 359 in front of the corresponding elementary lens. In other words, the masked aperture matrix mask 358 is combined with the corresponding array of elementary lenses 352 to act as a matrix of elements for parallel selection of the partial wavefront. Based on the fact that the focal length of each elementary lens is the same as shown in FIG. 3b, and is represented by the same f, whereas now the distance from the center of one elementary lens to the boundary or the midpoint between the two elements of the partial wavefront selection is d, as shown, the maximum average slope of the partial wavefront, which can be measured without mutual interference , now there will be β m = tan -1 [d / f]. Since d is greater than r, the measurement range of the local slope of the partial wavefront thus increases. In fact, in FIG. 3c shows a more convergent spherical wavefront 354, which is selected than the wavefront shown in FIG. 3b, with the restriction imposed by the condition β m = tan -1 [d / f]. Obviously, the absolute value of the optical power of the converging spherical wave front 354 shown in FIG. 3c, which can be selected without interference, is higher than that of the wavefront 344 shown in FIG. 3b.

[0061] На фиг. 3c значения ширины PSD увеличиваются по сравнению с шириной PSD на фиг. 3b, т.е. d больше r. Использование более широких PSD вместо узких PSD с увеличенными промежутками между ними позволяет гарантировать, что с увеличением наклона частичного волнового фронта световое пятно, попадающее на соответствующий PSD, может захватываться соответствующим PSD. В противном случае, если PSD имеет такой же меньший размер, как показанный на фиг. 3b, но с разнесением, то увеличение наклона частичного волнового фронта приведет к тому, что световое пятно частичного волнового фронта попадает в пространство между фоточувствительной областью PSD. Другими словами, световое пятно не будет захвачен PSD для выработки электрического сигнала.[0061] FIG. 3c, the PSD widths are increased compared to the PSD width in FIG. 3b, i.e. d is greater than r. The use of wider PSDs instead of narrow PSDs with longer gaps between them makes it possible to ensure that with an increase in the slope of the partial wavefront, the light spot incident on the corresponding PSD can be captured by the corresponding PSD. Otherwise, if the PSD is the same smaller size as shown in FIG. 3b, but with diversity, an increase in the slope of the partial wavefront will cause the light spot of the partial wavefront to fall into the space between the photosensitive region of the PSD. In other words, the light spot will not be captured by the PSD to generate an electrical signal.

[0062] Кроме того, на фиг. 3c элементарные линзы имеют увеличенный диаметр по сравнению с диаметром элементарных линз на фиг. 3b, но имеют одинаковое фокусное расстояние. Проектирование более крупной элементарной линзы с таким же фокусным расстоянием имеет преимущество в том, что при объединении такой элементарной линзы с переменной апертурой, изменение размера апертуры может обеспечивать гибкость в управлении размером частичного волнового фронта, подлежащего отбору, в увеличенном диапазоне размера отбора. Например, для измерения рефракционного нарушения, которое предусматривает только определение значений сферической и цилиндрической оптической силы и оси цилиндра, увеличенный размер отбора частичного волнового фронта может обеспечивать преимущество усреднения, а также снижения нагрузки обработки данных. Другими словами, высокая пространственная плотность отбора волнового фронта, которая нормально обеспечивалась бы стандартным датчиком волнового фронта Шака-Хартмана, может быть излишней для этого типа рефракционного измерения и может существенно увеличить время захвата, переноса и обработки данных, таким образом, замедляя работу датчика волнового фронта и делая ее слишком медленной для применений рефракционной хирургической операции в реальном времени.[0062] Furthermore, in FIG. 3c, the elementary lenses have an increased diameter compared to the diameter of the elementary lenses of FIG. 3b, but have the same focal length. The design of a larger elementary lens with the same focal length has the advantage that when combining such an elementary lens with a variable aperture, changing the size of the aperture can provide flexibility in controlling the size of the partial wavefront to be sampled in an increased range of selection size. For example, to measure refractive error, which involves only determining the values of the spherical and cylindrical optical forces and the axis of the cylinder, an increased sampling size of the partial wavefront can provide the advantage of averaging, as well as reducing the data processing load. In other words, the high spatial density of the wavefront sampling, which would normally be provided by a standard Shack-Hartman wavefront sensor, may be unnecessary for this type of refractive measurement and can significantly increase the time of capture, transfer and processing of data, thus slowing down the operation of the wavefront sensor and making it too slow for real-time refractive surgery applications.

[0063] С другой стороны, если необходимо оперировать лишь малую область роговицы с использованием, например, системы LASIK, размер пятна лазерной абляции на роговице, в целом, гораздо меньше, чем размер типичной элементарной линзы датчика волнового фронта Шака-Хартмана. В таком случае, апертуру, изображенную на фиг. 3c, можно сделать, соответственно, достаточно малой, и сканирование волнового фронта, как будет рассмотрено ниже, можно применять для обеспечения регистрации неусредненного волнового фронта на протяжении малой области роговицы таким образом, чтобы можно было добиться очень высокой точности измерения в отношении измерения аберрации волнового фронта высокого порядка. Фактически, в некоторых иллюстративных вариантах осуществления матрица апертур активируется в том смысле, что размером апертуры можно активно управлять. Следует отметить, что шаблонированная матрица апертур также может размещаться после шаблонированной матрицы элементарных линз и может не быть абсолютно необходимой, поскольку их функция может обслуживаться диаметром элементарной линзы.[0063] On the other hand, if it is necessary to operate on only a small area of the cornea using, for example, the LASIK system, the size of the laser ablation spot on the cornea is generally much smaller than the size of a typical elementary lens of a Shack-Hartman wavefront sensor. In this case, the aperture shown in FIG. 3c, respectively, can be made sufficiently small, and scanning the wavefront, as will be discussed below, can be used to ensure registration of the non-averaged wavefront over a small area of the cornea so that very high measurement accuracy can be achieved with respect to measuring wavefront aberration high order. In fact, in some illustrative embodiments, the aperture matrix is activated in the sense that the size of the aperture can be actively controlled. It should be noted that the template matrix of apertures can also be placed after the template matrix of elementary lenses and may not be absolutely necessary, since their function can be served by the diameter of the elementary lens.

[0064] Кроме того, из формулы для вычисления θm следует, что диапазон измерения наклона частичного волнового фронта без взаимных помех, θm, также можно увеличить, выбирая меньшее значение фокусного расстояния f. В таком случае, размер каждого PSD можно уменьшить, по-прежнему обеспечивая диапазон измерения наклона частичного волнового фронта. Однако чувствительность измерения наклона также будет снижаться, поскольку для той же величины изменения наклона частичного волнового фронта перемещение светового пятна на PSD будет меньше, что хорошо известно специалистам в данной области техники.[0064] Furthermore, it follows from the formula for calculating θ m that the measurement range of the slope of the partial wavefront without interference, θ m , can also be increased by choosing a smaller focal length f. In this case, the size of each PSD can be reduced, while still providing a measuring range for the slope of the partial wavefront. However, the sensitivity of the slope measurement will also decrease, since for the same amount of change in the slope of the partial wavefront, the movement of the light spot on the PSD will be less, which is well known to specialists in this field of technology.

[0065] Для обеспечения еще большей гибкости, некоторые иллюстративные варианты осуществления используют матрицу элементарных линз, имеющую переменное фокусное расстояние или матрицу элементарных линз с определенными подгруппами матрицы элементарных линз, имеющими разные фокусные расстояния. Подгруппа элементарных линз с увеличенным фокусным расстоянием может обеспечивать лучшую чувствительность, тогда как подгруппа элементарных линз с уменьшенным фокусным расстоянием может обеспечивать увеличенный динамический диапазон измерения наклона частичного волнового фронта. Может существовать две или три или более подгрупп элементарных линз и, соответственно, два или три или более наборов детекторов регистрации положения, размещенных на разных расстояниях от элементарных линз.[0065] To provide even more flexibility, some illustrative embodiments use an elementary lens matrix having a variable focal length or an elementary lens matrix with specific subgroups of an elementary lens matrix having different focal lengths. A subset of elementary lenses with an increased focal length can provide better sensitivity, while a subgroup of elementary lenses with a reduced focal length can provide an increased dynamic range for measuring the slope of a partial wavefront. There may be two or three or more subgroups of elementary lenses and, accordingly, two or three or more sets of position detection detectors located at different distances from the elementary lenses.

[0066] Значительная проблема с существующими датчиками волнового фронта, используемыми в операциях по коррекции зрения, состоит в том, что детектирование волнового фронта, возвращаемого из глаза осуществляется в присутствие оптического или электронного фонового шума. Примерами проблемных фоновых шумовых составляющих являются окружающий свет, падающий на детектор и 1/f шум, генерируемый самим детектором, и другие излученные или проведенные электронные шумы. Обе эти фоновые шумовые составляющие имеют значительные амплитуды на частоте кадров стандартных двухмерных датчиков изображения на основе ПЗС/КМОП.[0066] A significant problem with existing wavefront sensors used in vision correction operations is that the detection of the wavefront returned from the eye is carried out in the presence of optical or electronic background noise. Examples of problematic background noise components are ambient light incident on the detector and 1 / f noise generated by the detector itself, and other emitted or conducted electronic noise. Both of these background noise components have significant amplitudes at the frame rate of standard two-dimensional image sensors based on CCD / CMOS.

[0067] В некоторых иллюстративных вариантах осуществления источник света, используемый для создания объектного волнового фронта из глаза, работает в импульсном и/или пакетном режиме. Частота повторения импульсов или частота, превышающая типичную частоту кадров стандартного двухмерного датчика изображения на основе ПЗС/КМОП. Например, частота импульсов источника света в этом иллюстративном варианте осуществления может находиться в килогерцевом диапазоне или выше. Для датчика изображения на основе ПЗС/КМОП частота кадров обычно составляет от около 25 до около 30 кадров в секунду. PSD настоящего раскрытия являются двухмерными устройствами/детекторами регистрации положения (PSD), которые все имеют достаточно высокую временно-частотную характеристику, что позволяет им работать в режиме синхронного детектирования синхронно с импульсным источником света на частоте выше диапазона частот 1/f шума. Электронная система управления и детектирования подключена к, по меньшей мере, источнику света и матрице PSD и выполнена с возможностью синхронизации работы источника света и параллельных PSD. Электронная система управления и детектирования также может быть подключена к матрице переменных апертур отбора частичного волнового фронта для дополнительного управления размером апертуры отбора, если апертуры отбора активны.[0067] In some illustrative embodiments, the light source used to create an object wavefront from the eye operates in a pulsed and / or burst mode. The pulse repetition rate or a frequency exceeding the typical frame rate of a standard two-dimensional CCD / CMOS image sensor. For example, the pulse frequency of the light source in this illustrative embodiment may be in the kilohertz range or higher. For an CCD / CMOS image sensor, the frame rate is usually from about 25 to about 30 frames per second. The PSDs of the present disclosure are two-dimensional position recording devices / detectors (PSDs) that all have a sufficiently high time-frequency response, which allows them to operate in synchronous detection mode synchronously with a pulsed light source at a frequency above the 1 / f noise frequency range. An electronic control and detection system is connected to at least the light source and the PSD matrix and is configured to synchronize the operation of the light source and parallel PSDs. The electronic control and detection system can also be connected to a matrix of variable partial wavefront sampling apertures to further control the size of the sampling aperture if sampling apertures are active.

[0068] На фиг. 4 показана блок-схема, демонстрирующая один иллюстративный вариант осуществления усилителя 400 синхронного детектирования. Заметим, что синхронное детектирование, чувствительное к фазе, является мощным методом синхронного детектирования, хорошо известным специалистам в данной области техники для выявления слабых сигналов, которые могут маскироваться шумом, который гораздо сильнее сигнала, представляющего интерес. Смеситель 496 имеет первый вход, подключенный к выходу предусилителя 495, на вход которого поступает переменный сигнал от PSD. Смеситель 496 имеет второй вход, подключенный к выходу цепи 497 фазовой синхронизации, которая синхронизирована с опорным сигналом, который возбуждает и тактирует СЛД. Входные сигналы смешиваются (умножаются) смесителем 496 для формирования выходного сигнала смесителя. Выходной сигнал смесителя 496 проходит через фильтр 498 низких частот и усиливается выходным усилителем 499 для формирования выходного сигнала усилителя 400 синхронного детектирования.[0068] FIG. 4 is a block diagram showing one illustrative embodiment of a synchronous detection amplifier 400. Note that phase-sensitive synchronous detection is a powerful synchronous detection method well known to those skilled in the art for detecting weak signals that can be masked by noise, which is much stronger than the signal of interest. The mixer 496 has a first input connected to the output of the preamplifier 495, the input of which receives an alternating signal from the PSD. The mixer 496 has a second input connected to the output of the phase synchronization circuit 497, which is synchronized with a reference signal that drives and clocks the SLD. The input signals are mixed (multiplied) by the mixer 496 to form the output signal of the mixer. The output of mixer 496 passes through a low-pass filter 498 and is amplified by output amplifier 499 to generate the output of synchronous detection amplifier 400.

[0069] Теперь опишем работу усилителя синхронного детектирования. Сигнал от PSD, поступающий на предусилитель 495, включает в себя составляющую на опорной частоте, которая указывает отклонение частичного волнового фронта, измеренное детектором регистрации положения. Амплитуда этой составляющей является желаемым выходом усилителя синхронного детектирования. Входной сигнал от PSD также включает в себя шумовые сигналы на низкой частоте, например, частоте окружающего света и 1/f шума от детектора.[0069] Now we describe the operation of the synchronous detection amplifier. The signal from the PSD to the preamplifier 495 includes a component at a reference frequency that indicates the deviation of the partial wavefront measured by the position detection detector. The amplitude of this component is the desired output of the synchronous detection amplifier. The PSD input also includes noise signals at a low frequency, such as ambient light and 1 / f noise from the detector.

[0070] На вход цепи фазовой синхронизации (PLL) поступает сигнал, имеющий существенную амплитуду только на опорной частоте.[0070] At the input of the phase synchronization circuit (PLL), a signal having a substantial amplitude only at the reference frequency is supplied.

[0071] Амплитуды сигналов, поступающих на смеситель, перемножаются. Каждая частотная составляющая усиленного сигнала PSD преобразуется в первую выходную составляющую смесителя на частоте, равной сумме частоты частотной составляющей PSD и опорной частоты и вторую выходную составляющую смесителя на частоте, равной разности частоты частотной составляющей PSD и опорной частоты.[0071] The amplitudes of the signals supplied to the mixer are multiplied. Each frequency component of the amplified PSD signal is converted into a first output component of the mixer at a frequency equal to the sum of the frequency of the frequency component of the PSD and the reference frequency, and a second output component of the mixer at a frequency equal to the frequency difference between the frequency component of the PSD and the reference frequency.

[0072] Фильтр 498 низких частот пропускает сигналы, имеющие частоту, близкую к нулю (постоянные сигнал) и блокирует сигналы, имеющие частоты, заметно отличающиеся от нуля (переменные сигналы). Все шумовые составляющие на частотах, отличных от опорной частоты, блокируются, поскольку сумма и разность частот шума и опорного сигнала не равны нулю, поэтому обе выходные составляющие смесителя являются переменными сигналами и блокируются фильтром низких частот.[0072] A low-pass filter 498 passes signals having a frequency close to zero (constant signal) and blocks signals having frequencies markedly different from zero (variable signals). All noise components at frequencies other than the reference frequency are blocked, since the sum and difference of the frequencies of the noise and the reference signal are not equal to zero, therefore both output components of the mixer are variable signals and are blocked by a low-pass filter.

[0073] Частота первого выходного сигнала смесителя для частотной составляющей сигнала PSD на опорной частоте равна сумме опорной частоты с самой собой, которая вдвое больше опорной частоты и, таким образом, является переменным сигналом, который блокируется фильтром низких частот. Однако частота второго выходного сигнала смесителя для частотной составляющей PSD на опорной частоте равна разности опорной частоты и ее самой, которая равна нулю. Это постоянный сигнал, который пропускается фильтром низких частот.[0073] The frequency of the first mixer output for the frequency component of the PSD signal at the reference frequency is equal to the sum of the reference frequency with itself, which is twice the reference frequency and, thus, is an alternating signal that is blocked by the low-pass filter. However, the frequency of the second output signal of the mixer for the frequency component PSD at the reference frequency is equal to the difference between the reference frequency and itself, which is zero. This is a constant signal that is passed through a low-pass filter.

[0074] Соответственно, выходной сигнал синхронного усилителя является мерой только частотной составляющей сигнала PSD на опорной частоте. Все шумовые сигналы на разных частотах блокируются фильтром низких частот. Сигнал, прошедший через фильтр низких частот, может дополнительно усиливаться другим усилителем 499 для дальнейшего аналогово-цифрового (А/Ц) преобразования по пути сигнала.[0074] Accordingly, the output of the synchronous amplifier is a measure of only the frequency component of the PSD signal at the reference frequency. All noise signals at different frequencies are blocked by a low-pass filter. The signal passed through the low-pass filter can be further amplified by another amplifier 499 for further analog-to-digital (A / D) conversion along the signal path.

[0075] Следует отметить, что каждый PSD может иметь более чем одну фоточувствительную область (например, 4, как в случае квадратного детектора), соответствующую более чем одному фотодиоду или фотодетектору. При реализации параллельного синхронного детектирования необходимое количество каналов равно количеству параллельных PSD, умноженному на количество линий сигнала фотодетектирования каждого PSD. Благодаря параллельному отбору можно одновременно собирать некоторое количество выборок частичного волнового фронта на протяжении волнового фронта.[0075] It should be noted that each PSD may have more than one photosensitive region (for example, 4, as in the case of a square detector), corresponding to more than one photodiode or photodetector. When implementing parallel synchronous detection, the required number of channels is equal to the number of parallel PSDs multiplied by the number of lines of the photodetection signal of each PSD. Due to the parallel sampling, it is possible to simultaneously collect a certain number of samples of the partial wave front along the wave front.

[0076] На фиг. 4 не показан А/Ц преобразователь и остальные части электронного модуля детектирования и управления. Активация А/Ц преобразователя на той же частоте, как у сигнала, тактирующего СЛД, также может позволять сбор как темной, так и светлой выборок до и в ходе импульса СЛД для дополнительного устранения эффектов электромагнитной помехи, а также окружающего света из комнаты или микроскопа, на котором может быть смонтировано устройство.[0076] In FIG. 4, the A / D converter and other parts of the electronic detection and control module are not shown. Activating the A / D converter at the same frequency as the signal clocking the SLD can also allow the collection of both dark and light samples before and during the pulse of the SLD to further eliminate the effects of electromagnetic interference, as well as ambient light from the room or microscope, on which the device can be mounted.

[0077] Заметим, что традиционные датчики волнового фронта в целом не используют источник света в импульсном и/или пакетном режиме (по меньшей мере, в диапазоне частот выше области 1/f шума, т.е. вокруг и за пределами килогерцевого диапазона), поскольку, либо источник света для датчиков волнового фронта, используемых в астрономии, например, отдаленная звезда в пространстве, выходит из-под контроля (см., например, US6784408), либо отсутствует преимущество работы источника света в импульсном или пакетном режиме, поскольку типичный датчик изображения на основе ПЗС/КМОП не имеет достаточно высокой частоты кадров, чтобы работать в вышеупомянутом диапазоне частот 1/f шума.[0077] Note that traditional wavefront sensors generally do not use a light source in a pulsed and / or burst mode (at least in the frequency range above the 1 / f noise region, that is, around and outside the kilohertz range), because either the light source for wavefront sensors used in astronomy, for example, a distant star in space, gets out of control (see, for example, US6784408), or there is no advantage to the light source operating in pulsed or burst mode, since a typical sensor images on Snov CCD / CMOS is not sufficiently high frame rates to operate in the frequency range above 1 / f noise.

[0078] Датчик волнового фронта Хартмана-Шака может работать, избирательно блокируя некоторые из элементарных линз из матрицы элементарных линз Хартмана-Шака (см., например, US7414712) для охвата большого диапазона измерения оптической силы. Однако этот подход затратен и, тем не менее, страдает тем же ограничением, что используемый датчик изображения сканируется на низкой частоте кадров.[0078] The Hartman-Shack wavefront sensor can operate by selectively blocking some of the elementary lenses from the Hartman-Shack elementary lens array (see, for example, US7414712) to cover a wide range of optical power measurements. However, this approach is costly and, nevertheless, suffers from the same limitation that the image sensor used is scanned at a low frame rate.

[0079] Здесь описаны иллюстративные варианты осуществления, где элементы отбора частичного волнового фронта, предпочтительно, физически отделены друг от друга в плоскости B изображения волнового фронта, как показано в увеличенном виде на фиг. 3a. Заметим, что в иллюстративном варианте осуществления, представленном на фиг. 3a, каждый элемент отбора частичного волнового фронта содержит апертуру и фокусирующую элементарную линзу. Однако фокусирующую элементарную линзу можно либо непосредственно использовать в качестве апертуры или даже удалить. В последнем случае, пучок отобранного частичного волнового фронта не будет фокусироваться, но все же будет попадать в качестве светового пятна на соответствующий PSD с разными позициями центроида для разных наклонов частичного волнового фронта, хотя, в целом, размер апертуры должен быть меньше, чем размер PSD во избежание взаимных помех.[0079] Illustrative embodiments are described herein, where partial wavefront selection elements are preferably physically separated from each other in the wavefront image plane B, as shown in enlarged view in FIG. 3a. Note that in the illustrative embodiment shown in FIG. 3a, each partial wavefront selection element comprises an aperture and a focusing elementary lens. However, the focusing elementary lens can either be directly used as an aperture or even removed. In the latter case, the beam of the selected partial wavefront will not be focused, but will nevertheless fall as a light spot on the corresponding PSD with different centroid positions for different slopes of the partial wavefront, although, in general, the aperture size should be smaller than the size of the PSD to avoid mutual interference.

[0080] Чтобы отдельно показать матрицу апертур отбора частичного волнового фронта и матрица линз фокусировки частичного волнового фронта, на увеличенном чертеже фиг. 3a они умышленно отделены друг от друга. На практике, они обычно размещены в непосредственной близости друг к другу. Большой диапазон измерения оптической силы гарантируется путем физического проектирования разнесения элементов отбора частичного волнового фронта таким образом, что в спроектированном большом диапазоне оптической силы наклон любого отобранного частичного волнового фронта не будет фокусироваться, чтобы попадать на соседний PSD.[0080] In order to separately show the matrix of partial wavefront selection apertures and the matrix of focusing lenses of the partial wavefront, in an enlarged drawing of FIG. 3a they are deliberately separated from each other. In practice, they are usually located in close proximity to each other. A large measuring range of the optical power is guaranteed by physically designing the spacing of the partial wavefront selection elements so that in the designed large optical power range, the slope of any selected partial wavefront will not be focused to fall on the adjacent PSD.

[0081] В иллюстративных вариантах осуществления, можно добиться более высокого энергетического выхода, хотя, в то же время, 1/f шум можно существенно снижать, что позволяет эффективно отфильтровывать фоновый шум нулевой или низкой частоты, например, шум, генерируемый светом освещения хирургического микроскопа.[0081] In the illustrative embodiments, a higher energy output can be achieved, although at the same time, 1 / f noise can be significantly reduced, which allows you to effectively filter out background noise of zero or low frequency, for example, noise generated by the light of a surgical microscope .

[0082] Эти признаки делают описанный здесь иллюстративный датчик волнового фронта, когда он объединен с офтальмологическим хирургическим микроскопом или присоединен к нему, весьма пригоден для хирургической операции коррекции зрения, например, операции по поводу катаракты. Хирург, оперирующий катаракту, может проводить операцию, не останавливаясь на полпути, чтобы отключить свет освещения хирургического микроскопа и ждать захвата множественных кадров данных и обрабатывать данные для получения измерения рефракции.[0082] These features make the illustrative wavefront sensor described herein, when combined with or attached to an ophthalmic surgical microscope, highly suitable for surgery for correcting vision, such as cataract surgery. A cataract surgeon can perform an operation without stopping halfway to turn off the light of the surgical microscope and wait for the capture of multiple frames of data and process the data to obtain a refraction measurement.

[0083] Согласно настоящим иллюстративным вариантам осуществления, динамический диапазон измерения оптической силы можно сделать достаточно большим (например, до ±30 дптр), чтобы полностью охватить рефракционное состояние даже афакичного глаза. Кроме того, благодаря отбору лишь правильно выбранного количества частичных волновых фронтов вокруг кольцевого кольца волнового фронта из глаза пациента, можно получить значения сферической и цилиндрической оптической силы, а также ось цилиндра, которые необходимы для выбора интраокулярной линзы (ИОЛ) и для подтверждения, например, эмметропии или назначенного значения сферической оптической силы псевдофакичного глаза. Правильно выбирая количество выборок волнового фронта вокруг каждой кольцевой матрицы, можно существенно снизить необходимые скорость переноса данных и ресурсы обработки данных.[0083] According to these illustrative embodiments, the dynamic range of the measurement of optical power can be made large enough (for example, up to ± 30 diopters) to fully capture the refractive state of even the aphakic eye. In addition, by selecting only the correctly selected number of partial wave fronts around the annular wavefront ring from the patient’s eye, it is possible to obtain the values of the spherical and cylindrical optical forces, as well as the cylinder axis, which are necessary to select an intraocular lens (IOL) and to confirm, for example, emmetropia or the assigned value of the spherical optical power of the pseudophakic eye. By choosing the right number of wavefront samples around each ring matrix, you can significantly reduce the necessary data transfer speed and data processing resources.

[0084] Теперь опишем иллюстративные варианты осуществления, которые обеспечивают больше точек пространственного отбора и/или более высокое пространственное разрешение, чем обычно могут обеспечивать традиционные офтальмологические датчики волнового фронта, хотя это может абсолютно не требоваться для хирургии катаракты. Эти варианты осуществления также могут измерять аберрации более высокого порядка, а также, возможно, обеспечивать двухмерную карту волнового фронта. Эти иллюстративные варианты осуществления включают в себя устройство 312 углового сканирования светового пучка (например, пропускающий электрооптический или магнитооптический дефлектор пучка), который может размещаться в плоскости A преобразования Фурье 4-f ретранслятора, как показано на фиг. 3a, для поперечного сдвига или сканирования волнового фронта в плоскости B изображения волнового фронта относительно матрицы элементов отбора частичного волнового фронта. Таким образом, можно добиться субапертурного пространственного разрешения, что раскрыто в US6376819, и также отбирать эти части ретранслированного волнового фронта между апертурами отбора, если ретранслированный волновой фронт, напротив, статичен.[0084] We now describe illustrative embodiments that provide more spatial sampling points and / or higher spatial resolution than conventional ophthalmic wavefront sensors can normally provide, although this may not be absolutely necessary for cataract surgery. These embodiments may also measure higher order aberrations, and possibly also provide a two-dimensional wavefront map. These illustrative embodiments include a light beam angular scanning device 312 (e.g., an electro-optical or magneto-optical beam deflector) that can be placed in the Fourier transform plane 4-f of the repeater, as shown in FIG. 3a, for a transverse shift or scanning of the wavefront in the plane B of the wavefront image relative to the matrix of partial wavefront selection elements. Thus, it is possible to achieve sub-aperture spatial resolution, which is disclosed in US 6376819, and also to select these parts of the relayed wavefront between the sampling apertures, if the relayed wavefront, in contrast, is static.

[0085] На фиг. 5 показан один пример последовательного поперечного сдвига или сканирования волнового фронта применительно к оптической конфигурации, показанной на фиг. 3a. В этом примере, 8 элементарных линз 501 отбора частичного волнового фронта размещены в форме кольцевой матрицы в плоскости B изображения волнового фронта с достаточным разнесением между любыми двумя соседними элементарными линзами таким образом, чтобы не существовало взаимных помех в пределах назначенного диапазона измерения рефракционной оптической силы. Ретранслированный волновой фронт показан в виде круглого диска 502, причем 8 элементарных линз 501 отбирают 8 частей ретранслированного волнового фронта. В отсутствие какого-либо сдвига или сканирования волнового фронта, 8 отобранных частичных волновых фронтов обладают поворотной симметрией относительно изображения 502 волнового фронта.[0085] FIG. 5 shows one example of sequential transverse shear or wavefront scanning in relation to the optical configuration shown in FIG. 3a. In this example, 8 elementary partial wavefront selection lenses 501 are arranged in the form of an annular matrix in the wavefront image plane B with sufficient spacing between any two adjacent elementary lenses so that there is no mutual interference within the designated measuring range of refractive optical power. The relayed wavefront is shown as a circular disk 502, with 8 elementary lenses 501 taking 8 parts of the relayed wavefront. In the absence of any shift or scanning of the wavefront, 8 selected partial wavefronts have rotational symmetry with respect to the wavefront image 502.

[0086] Круги 502-520 представляют первую часть ретранслированного волнового фронта, которая падает на матрицу элементарных линз. Местоположение круга, т.е. первой части волнового фронта, сканируется в разные положения, как показано на различных чертежах, которые позволяют осуществлять отбор в подчасти первой части.[0086] Circles 502-520 represent the first portion of the relayed wavefront that falls onto an array of elementary lenses. The location of the circle, i.e. the first part of the wavefront, is scanned in different positions, as shown in various drawings, which allow selection in a subpart of the first part.

[0087] Из 4 рядов, показанных в правой части фиг. 5, два верхних ряда (503-510) демонстрируют один пример эффекта последовательного поперечного сдвига ретранслированного волнового фронта относительно 8 элементарных линз. Круги 503 - 510 демонстрируют, что ретранслированный волновой фронт последовательно сдвинут на одно и то же расстояние соответственно в направлениях вправо, вправо и вниз, вниз, вниз и влево, влево, влево и вверх, вверх и вверх и вправо.[0087] Of the 4 rows shown on the right side of FIG. 5, the two upper rows (503-510) show one example of the effect of a sequential transverse shift of a relayed wavefront with respect to 8 elementary lenses. Circles 503-510 demonstrate that the relayed wavefront is sequentially shifted by the same distance, respectively, in the directions to the right, right and down, down, down and left, left, left and up, up and up and right.

[0088] Два нижних ряда (513-520) демонстрируют эквивалентный результат перемещения матрицы элементарных линз относительно волнового фронта вместо перемещения волнового фронта относительно матрицы элементарных линз. 8 кругов, выполненных пунктирной линией, в каждом случае от 513 до 520, демонстрируют исходное положение отбора 8 элементарных линз относительно не сдвинутой первой части ретранслированного волнового фронта. 8 кругов, выполненных сплошной линией, от 513 до 520, демонстрируют эквивалентное относительное перемещение 8 элементарных линз относительно исходных положений элементарной линзы, если первая часть ретранслированного волнового фронта рассматривается как неподвижный. Полный шаблон 512 отбора, обусловленный сдвигом, изображенным в двух верхних рядах, показывает накопленный эффект отбора.[0088] The two lower rows (513-520) show the equivalent result of moving the matrix of elementary lenses relative to the wavefront instead of moving the wavefront relative to the matrix of elementary lenses. 8 circles made by a dashed line, in each case from 513 to 520, show the initial position of the selection of 8 elementary lenses relative to the unshifted first part of the relayed wavefront. 8 circles made by a solid line, from 513 to 520, demonstrate the equivalent relative displacement of 8 elementary lenses relative to the initial positions of the elementary lens, if the first part of the relayed wavefront is considered to be stationary. The full selection template 512, due to the shift depicted in the upper two rows, shows the accumulated selection effect.

[0089] Из полного шаблона 512 отбора, можно видеть, что в отсутствие сдвига волнового фронта будет отобрано лишь 8 исходных подчастей кольцевой матрицы волнового фронта, и что при наличии сдвига волнового фронта могут быть отобраны другие подчасти волнового фронта.[0089] From the full selection template 512, it can be seen that in the absence of a wavefront shift, only 8 source sub-parts of the wavefront ring matrix will be selected, and that in the presence of a wavefront shift, other wavefront sub-parts can be selected.

[0090] В иллюстрируемом примере, показаны перекрытия отбора, как можно видеть в полном шаблоне 512 отбора. Это указывает, что можно добиться пространственного разрешения отбора, которое меньше, чем размер апертуры отбора (который в этом проиллюстрированном примере равен диаметру элементарная линза). Фактически, можно управлять углом сканирования сканера 312 для достижения любого желаемого пространственного разрешения отбора при условии, что сканером пучка можно управлять с любой желаемой практически достижимой угловой точностью. Кроме того, полный шаблон 512 отбора также демонстрирует, что в результате поперечного сдвига ретранслированного волнового фронта можно отбирать не только части не сдвинутого волнового фронта между любыми двумя соседними элементарными линзами, но и части волнового фронта к центру и от центра не сдвинутого волнового фронта. В полном шаблоне 512 отбора уже можно видеть, что, при необходимости, можно отобрать три кольцевых кольца. Любую часть волнового фронта можно отбирать, управляя сдвигателем 312 пучка.[0090] In the illustrated example, overlapping selections are shown, as can be seen in the full selection template 512. This indicates that spatial resolution of the selection can be achieved, which is smaller than the size of the selection aperture (which in this illustrated example is equal to the diameter of an elementary lens). In fact, you can control the scanning angle of the scanner 312 to achieve any desired spatial resolution of the selection, provided that the beam scanner can be controlled with any desired practical achievable angular accuracy. In addition, the full selection template 512 also demonstrates that as a result of the transverse shift of the relayed wavefront, it is possible to select not only parts of the unshifted wavefront between any two adjacent elementary lenses, but also parts of the wavefront to the center and from the center of the unshifted wavefront. In the full selection template 512, one can already see that, if necessary, three ring rings can be selected. Any part of the wavefront can be selected by controlling the beam shifter 312.

[0091] Следует отметить, что матрица элементов отбора частичного волнового фронта не обязана иметь форму кольцевой матрицы, как показано на фиг. 3a. Например, она может иметь форму прямоугольной матрицы при условии, что ее элементы в достаточной степени физически отделены друг от друга, чтобы гарантировать охват достаточно большого динамического диапазона измерения нарушения рефракционной оптической силы без взаимных помех. Альтернативно, они могут располагаться более плотно при условии, что фокусное расстояние элементарной линзы позади каждой апертуры отбора частичного волнового фронта, соответственно, меньше, и что расстояние между элементарными линзами и PSD соответственно сокращено. Следует также заметить, что количество элементарных линз не обязано ограничиваться 8, и что они могут размещаться в любой форме и в любом количестве.[0091] It should be noted that the matrix of partial wavefront selection elements is not required to have the shape of an annular matrix, as shown in FIG. 3a. For example, it can be in the form of a rectangular matrix, provided that its elements are sufficiently physically separated from each other to ensure coverage of a sufficiently large dynamic range for measuring the violation of refractive power without mutual interference. Alternatively, they can be arranged more densely, provided that the focal length of the elementary lens behind each partial wavefront selection aperture is correspondingly smaller, and that the distance between the elementary lenses and PSD is correspondingly reduced. It should also be noted that the number of elementary lenses is not required to be limited to 8, and that they can be placed in any form and in any quantity.

[0092] Как рассмотрено выше, сравнивая конфигурации, показанные на фиг. 1 и фиг. 2, если сканирование осуществляется с помощью 4-f ретранслятора, то сканеру 312 пучка нужно иметь большой размер окна перехвата пучка. Чтобы преодолеть это ограничение и также обеспечить различные другие усовершенствования, на фиг. 6 показан другой иллюстративный вариант осуществления. Как можно видеть из фиг. 6, оптическая конфигурация, в некоторых аспектах, аналогична показанной на фиг. 2. Однако присутствует ряд новых признаков, которые можно реализовать либо по отдельности, либо совместно с другими.[0092] As discussed above, comparing the configurations shown in FIG. 1 and FIG. 2, if scanning is performed using a 4-f repeater, then the beam scanner 312 needs to have a large beam interception window size. In order to overcome this limitation and also provide various other improvements, FIG. 6 shows another illustrative embodiment. As can be seen from FIG. 6, the optical configuration, in some aspects, is similar to that shown in FIG. 2. However, there are a number of new features that can be implemented either individually or in conjunction with others.

[0093] В иллюстративном варианте осуществления, представленном на фиг. 6, относительно узкий пучок света от источника 634 света (например, суперлюминесцентного диода (СЛД)), действующего в импульсном и/или пакетном режиме, запускается через линзу 637 с регулируемым фокусом и направляется светонаправляющим элементом 606 (например, поляризационным светоделителем или PBS) в глаз пациента для генерации волнового фронта, возвращаемого из глаза. Изменение фокусировки от линзы 637 можно использовать, чтобы гарантировать, что размер пятна светового пучка при попадании на сетчатку сравнительно мал для различных рефракционных состояний глаза. Кроме того, сканирующее зеркало 680 для сканирования пучка СЛД может размещаться в заднем фокусе первой линзы 604 таким образом, чтобы сканер пучка СЛД располагался в положения, сопряженной с положением сетчатки эмметропического глаза. Таким образом, устройство 680 углового сканирования пучка СЛД будет вызывать поперечное сканирование пучка СЛД относительно плоскости роговицы, в то же время позволяя пучку СЛД попадать в одно и то же место сетчатки, если глаз является эмметропическим. Этот сканер можно использовать для сканирования пучка СЛД для сопровождения любого перемещения глаза, таким образом, чтобы пучок СЛД всегда мог входить в глаз из одного и того же места роговицы.[0093] In the illustrative embodiment shown in FIG. 6, a relatively narrow beam of light from a light source 634 (e.g., a superluminescent diode (SLD)) operating in a pulsed and / or burst mode is triggered through an adjustable focus lens 637 and is guided by a light guide member 606 (e.g., a polarizing beam splitter or PBS) to patient's eye to generate a wavefront returned from the eye. A change in focus from lens 637 can be used to ensure that the spot size of the light beam when it hits the retina is relatively small for various refractive conditions of the eye. In addition, the scanning mirror 680 for scanning the SLD beam can be placed in the back focus of the first lens 604 so that the SLD beam scanner is located in the position associated with the position of the retina of the emmetropic eye. Thus, the SLD beam angular scan device 680 will cause a transverse scanning of the SLD beam relative to the plane of the cornea, while allowing the SLD beam to fall into the same spot on the retina if the eye is emmetropic. This scanner can be used to scan the beam of SLD to accompany any movement of the eye, so that the beam of SLD can always enter the eye from the same place in the cornea.

[0094] Вместо того, чтобы использовать 4-f ретранслятор волнового фронта, как показано на фиг. 3a, система 8-f ретранслятора волнового фронта, содержащая первую линзу 604, вторую линзу 616, третью линзу 640 и четвертую линзу 642, используется для ретрансляции волнового фронта из плоскости зрачка или роговицы через плоскость B изображения промежуточного волнового фронта в плоскость отбора изображения окончательного волнового фронта D. Такой 8-f ретранслятор волнового фронта можно рассматривать как содержащий два каскадно соединенных 4-f ретранслятора. Первый ретранслятор включает в себя первую и вторую линзы, которые направляют пучок ретрансляции волнового фронта через плоскость A преобразования Фурье к плоскости B изображения промежуточного волнового фронта. Второй ретранслятор включает в себя третью и четвертую линзы, которые далее ретранслируют волновой фронт из плоскости B изображения промежуточного волнового фронта через плоскость C преобразования Фурье в плоскость D изображения окончательного волнового фронта. Преимущество такой оптической конфигурации 8-f ретранслятора волнового фронта было рассмотрено со ссылкой на фиг. 2, и дополнительные детали можно найти в принадлежащей тому же заявителю патентной заявке US20120026466.[0094] Instead of using a 4-f wavefront repeater, as shown in FIG. 3a, a wavefront relay system 8-f comprising a first lens 604, a second lens 616, a third lens 640, and a fourth lens 642 is used to relay the wavefront from the pupil or cornea plane through the intermediate wavefront image plane B to the final wavelength image acquisition plane front D. Such an 8-f wavefront repeater can be considered as containing two cascade-connected 4-f repeaters. The first repeater includes first and second lenses that direct the wavefront relay beam through the Fourier transform plane A to the intermediate wavefront image plane B. The second repeater includes a third and fourth lens, which further relay the wavefront from the intermediate wavefront image plane B through the Fourier transform plane C to the final wavefront image plane D. The advantage of such an optical configuration of the 8-f wavefront repeater has been discussed with reference to FIG. 2, and further details can be found in the patent application US20120026466 belonging to the same applicant.

[0095] Вместо того, чтобы использовать только один элемент отбора частичного волнового фронта и один PSD, как показано на фиг. 2, матрица элементов отбора частичного волнового фронта, содержащая, например, прямоугольную матрицу 618 апертур и соответствующую прямоугольную матрицу 620 элементарных линз фокусировки частичного волнового фронта, может располагаться, по существу, в плоскости D изображения окончательного волнового фронта для отбора и фокусировки желаемой матрицы частичных волновых фронтов. Опять же, элементы отбора частичного волнового фронта могут быть физически отделены друг от друга и/или фокусное расстояние матрицы элементарных линз можно надлежащим образом выбирать таким образом, чтобы большой диапазон измерения нарушения рефракционной оптической силы можно было охватить без взаимных помех.[0095] Instead of using only one partial wavefront selection element and one PSD, as shown in FIG. 2, a matrix of partial wavefront selection elements, comprising, for example, a rectangular matrix of 618 apertures and a corresponding rectangular matrix of 620 elementary focusing lenses of a partial wavefront, can be located essentially in the image plane D of the final wavefront to select and focus the desired partial wavefront matrix fronts. Again, the partial wavefront selection elements can be physically separated from each other and / or the focal length of the matrix of elementary lenses can be appropriately selected so that a large measurement range of the refractive power disturbance can be covered without interference.

[0096] Эти элементы могут быть объединены с соответствующей матрицей параллельных PSD для детектирования положений центроида пятна изображения отобранной матрицы частичных волновых фронтов и для достижения параллельного отбора волнового фронта с синхронным детектированием посредством синхронизации детекторов с импульсным источником света.[0096] These elements can be combined with an appropriate matrix of parallel PSDs to detect the centroid position of the image spot of the selected partial wavefront matrix and to achieve parallel wavefront selection with synchronous detection by synchronizing the detectors with a pulsed light source.

[0097] В порядке альтернативы непосредственному размещению PSD, по существу, на задней фокальной плоскости элементарных линз позади элементов отбора частичного волнового фронта, линзу 621 можно использовать для ретрансляции и также, предпочтительно, оптического увеличения пятен мнимого изображения, формируемых на мнимой плоскости 622a пятна изображения, как показано в увеличенном виде на фиг. 6, в новую плоскость действительных PSD 622, что хорошо известно специалистам в данной области техники (см., например, US6595642).[0097] As an alternative to directly placing the PSD substantially on the rear focal plane of the elementary lenses behind the partial wavefront selection elements, the lens 621 can be used for relaying and also preferably optical magnification of the imaginary image spots formed on the imaginary image spot plane 622a as shown in enlarged view in FIG. 6 into a new plane of valid PSD 622, which is well known to those skilled in the art (see, for example, US6595642).

[0098] Эта линза 621 особенно полезна, если для охвата желаемого большого диапазона оптической силы используется матрица элементарных линз относительно высокой плотности с уменьшенным фокусным расстоянием. Обычно такая матрица элементарных линз имеет сравнительно малый шаг, т.е. разнесение между центрами элементарных линз в этой матрице составляет, например, от 0,5 мм до 1,0 мм, тогда как каждый PSD может быть сравнительно большим (например, в случае квадратного детектора, около 5 мм в диаметре). Таким образом, для достижения взаимно-однозначного соответствия, пятна изображения, образованные матрицей элементарных линз, можно оптически увеличивать и ретранслировать с помощью линзы 621 в матрицу с увеличенным шагом для увеличения расстояния между двумя соседними PSD таким образом, чтобы PSD могли физически поместиться на подложке.[0098] This lens 621 is particularly useful if a relatively high density array of elementary lenses with a reduced focal length is used to cover the desired large range of optical power. Usually, such a matrix of elementary lenses has a relatively small step, i.e. the spacing between the centers of the elementary lenses in this matrix is, for example, from 0.5 mm to 1.0 mm, while each PSD can be relatively large (for example, in the case of a square detector, about 5 mm in diameter). Thus, in order to achieve a one-to-one correspondence, the spots of the image formed by the matrix of elementary lenses can be optically enlarged and relayed using the lens 621 to the matrix with an increased step to increase the distance between two adjacent PSDs so that the PSDs can physically fit on the substrate.

[0099] Как в случае фиг. 2, компактный сканер или дефлектор 612 пучка может размещаться на второй плоскости C преобразования Фурье, чтобы полностью осуществлять перехват и угловое сканирование всего объектного пучка, который несет информацию волнового фронта глаза, по желаемому большому диапазону нарушения рефракционной оптической силы. Однако, по сравнению с фиг. 2, необходимый диапазон углового сканирования или отклонения пучка теперь можно существенно уменьшить. Дело в том, что, благодаря использованию матрицы элементов отбора частичного волнового фронта, объектный пучок нужно сканировать только в таком угловом диапазоне, в котором поперечный сдвиг волнового фронта в плоскости D изображения окончательного волнового фронта равен шагу, т.е. расстоянию между центрами соседних PSD в матрице элементов отбора частичного волнового фронта в направлениях x и y. Таким образом, отбор можно проводить во всех частях волнового фронта, падающих между любыми двумя элементами отбора частичного волнового фронта, если ретранслированный волновой фронт иным образом не сканируется. Это позволяет использовать сканеры пучка различных типов помимо отражающего сканера на основе MEMS, например, пропускающего электрооптического или электромагнитного сканера, который, в целом, может охватывать лишь сравнительно малый угловой диапазон сканирования.[0099] As in the case of FIG. 2, a compact scanner or beam deflector 612 may be located on the second Fourier transform plane C to fully intercept and angularly scan the entire object beam that carries wavefront information of the eye over a desired large range of refractive error. However, compared to FIG. 2, the required range of angular scanning or beam deflection can now be significantly reduced. The fact is that, due to the use of a matrix of partial wavefront selection elements, the object beam needs to be scanned only in such an angular range in which the transverse shift of the wavefront in the image plane D of the final wavefront is equal to the step, i.e. the distance between the centers of neighboring PSDs in the matrix of partial wavefront selection elements in the x and y directions. Thus, the selection can be carried out in all parts of the wavefront incident between any two elements of the selection of the partial wavefront, if the relayed wavefront is not otherwise scanned. This allows the use of beam scanners of various types in addition to a reflective scanner based on MEMS, for example, a transmission electro-optical or electromagnetic scanner, which, in general, can cover only a relatively small angular scanning range.

[00100] По аналогии со случаем, показанным на фиг. 3a, синхронный усилитель 643 может быть подключен для приема выходных сигналов от матрицы PSD 622 для шумоподавления. Дисплей 645 может быть подключен к электронной системе 636, которая принимает выходной сигнал синхронного усилителя 643. Электронная система 636 имеет возможности обработки для обработки выходного сигнала синхронного усилителя 643, включающие в себя применение алгоритмов для определения рефракции, аберраций и других диагностических или клинических факторов. Дисплей 645 можно реализовать как индикатор текущих показаний, связанный с хирургическим микроскопом, или дисплей с большим экраном или дисплей задней проекции или как часть персонального компьютера или рабочей станции.[00100] By analogy with the case shown in FIG. 3a, a synchronous amplifier 643 may be connected to receive output signals from a PSD 622 matrix for noise reduction. The display 645 may be coupled to an electronic system 636 that receives the output of the synchronous amplifier 643. The electronic system 636 has processing capabilities to process the output of the synchronous amplifier 643, including the use of algorithms to determine refraction, aberrations, and other diagnostic or clinical factors. Display 645 can be implemented as a current indicator associated with a surgical microscope, or a large-screen display or a rear projection display, or as part of a personal computer or workstation.

[00101] На фиг. 7 показан один пример последовательного поперечного сдвига или сканирования волнового фронта применительно к оптической конфигурации, показанной на фиг. 6. В этом примере, 21 элементарная линза отбора частичного волнового фронта 701 размещены в формате двухмерной линейной матрицы в плоскости D изображения волнового фронта с достаточным разнесением между любыми двумя соседними элементарными линзами таким образом, чтобы не существовало взаимных помех в пределах назначенного диапазона измерения нарушения рефракционной оптической силы. Как и на фиг. 5, первый часть ретранслированного волнового фронта показана в виде круглого диска 702, падающего на матрицу элементарных линз, причем 21 элементарная линза 701 отбирает 21 подчасть первой части ретранслированного волнового фронта. В отсутствие какого-либо сдвига или сканирования волнового фронта, 21 отобранная подчасть первой части ретранслированных волновых фронтов регулярно распределена в формате двухмерной матрицы относительно ретранслированного волнового фронта 702.[00101] In FIG. 7 shows one example of a successive lateral shear or wavefront scan for the optical configuration shown in FIG. 6. In this example, 21 elementary partial wavefront selection lenses 701 are placed in a two-dimensional linear matrix format in the wavefront image plane D with sufficient spacing between any two adjacent elementary lenses so that there is no mutual interference within the designated measurement range of the refractive error optical power. As in FIG. 5, the first part of the relayed wavefront is shown in the form of a circular disk 702 incident on an array of elementary lenses, with 21 elementary lenses 701 selecting 21 sub-parts of the first part of the relayed wavefront. In the absence of any shift or scanning of the wavefront, 21 the selected sub-part of the first part of the relayed wavefronts is regularly distributed in a two-dimensional matrix format relative to the relayed wavefront 702.

[00102] Из 4 рядов, показанных на фиг. 7, два верхних ряда (703-710) демонстрируют один пример того, что происходит, когда ретранслированный волновой фронт последовательно подвергается поперечному сдвигу относительно 21 элементарной линзы. Круги 703-710 показывают, что первая часть ретранслированного волнового фронта последовательно сдвигается на одно и то же расстояние в горизонтальном и/или вертикальном направлении, соответственно в направлениях вправо, вправо и вниз, вниз, вниз и влево, влево, влево и вверх, вверх и вверх и вправо.[00102] Of the 4 rows shown in FIG. 7, the two upper rows (703-710) show one example of what happens when a relay wavefront sequentially undergoes a transverse shift relative to 21 elementary lenses. Circles 703-710 show that the first part of the relayed wavefront is sequentially shifted by the same distance in the horizontal and / or vertical direction, respectively, in the directions to the right, right and down, down, down and left, left, left and up, up and up and to the right.

[00103] Два нижних ряда (713-720) демонстрируют эквивалентный результат перемещения матрицы элементарных линз относительно волнового фронта вместо перемещения волнового фронта относительно матрицы элементарных линз. 21 круг, выполненный пунктирной линией, размещенные в формате двухмерной линейной матрицы в каждом случае от 713 до 720 демонстрируют исходное положение отбора 21 элементарной линзы относительно не сдвинутой первой части ретранслированного волнового фронта. В кругах 713-720, 21 круг, выполненный сплошной линией, демонстрируют эквивалентное относительное перемещение 21 элементарной линзы относительно исходных положений элементарной линзы, когда первая часть ретранслированного волнового фронта рассматривается как неподвижный. Полный шаблон 712 отбора показывает накопленный эффект отбора. Из полного шаблона 712 отбора, можно видеть, что в отсутствие сдвига волнового фронта будет отбираться 21 исходная часть элементарной линзы ретранслированного волнового фронта, и при наличии сдвига волнового фронта, могут быть отобраны области вокруг 21 исходной элементарной линзы.[00103] The two lower rows (713-720) show the equivalent result of moving the matrix of elementary lenses relative to the wavefront instead of moving the wavefront relative to the matrix of elementary lenses. 21 circles made by a dotted line placed in the format of a two-dimensional linear matrix in each case from 713 to 720 demonstrate the initial position of the selection of 21 elementary lenses relative to the unshifted first part of the relayed wavefront. In circles 713-720, 21, a solid line circle shows an equivalent relative displacement of 21 elementary lenses relative to the initial positions of the elementary lens when the first part of the relayed wavefront is considered to be stationary. The full selection template 712 shows the cumulative selection effect. From the full selection template 712, it can be seen that in the absence of a wavefront shift, 21 initial parts of the elementary relay of the relayed wavefront will be selected, and in the presence of a wavefront shift, regions around 21 of the initial elementary lens can be selected.

[00104] Фактически, в проиллюстрированном примере показан поперечный сдвиг в горизонтальном и/или вертикальном направлении на расстояние, равное диаметру каждой элементарной линзы, и исходный шаг или разнесение между двумя горизонтальными или вертикальными элементарными линзами установлен(о) втрое превышающим диаметр каждой элементарной линзы. Другими словами, ширина зазора вдвое превышает диаметр каждой элементарной линзы. В результате, проиллюстрированное сканирование позволяет добиться отбора ретранслированного волнового фронта, как если бы волновой фронт отбирался плотно упакованной двухмерной линейной матрицей элементарных линз, как в случае типичного датчика волнового фронта Хартмана-Шака.[00104] In fact, in the illustrated example, a lateral and / or vertical lateral shift is shown by a distance equal to the diameter of each elementary lens, and an initial pitch or spacing between two horizontal or vertical elementary lenses is set to (o) three times the diameter of each elementary lens. In other words, the gap width is twice the diameter of each elementary lens. As a result, the illustrated scan allows the selection of a relayed wavefront, as if the wavefront was selected by a densely packed two-dimensional linear matrix of elementary lenses, as in the case of a typical Hartmann-Shack wavefront sensor.

[00105] Следует отметить, что можно управлять углом сканирования сканера 612 пучка и пульсацией СЛД для реализации отбора на меньших расстояниях поперечного сдвига волнового фронта и, следовательно, для достижения любого желаемого пространственного разрешения отбора. Кроме того, проиллюстрированный пример также демонстрирует, что, благодаря использованию двухмерной линейной матрицы элементов отбора частичного волнового фронта, сканеру 612 пучка нужно сканировать лишь малый угловой диапазон в горизонтальном и вертикальном направлениях, чтобы можно было отбирать все части ретранслированного волнового фронта.[00105] It should be noted that it is possible to control the scanning angle of the beam scanner 612 and the pulsation of the SLD to realize sampling at smaller transverse shear wavefront distances and, therefore, to achieve any desired spatial resolution of the sampling. In addition, the illustrated example also demonstrates that by using a two-dimensional linear matrix of partial wavefront selection elements, the beam scanner 612 only needs to scan a small angular range in the horizontal and vertical directions so that all parts of the relayed wavefront can be selected.

[00106] Заметим, что матрица апертур отбора волнового фронта и/или PSD также может активироваться. Размер апертуры для отбора частичных волновых фронтов можно динамически регулировать с использованием, например, матриц с переменной диафрагмой или матрицы с переменным размером апертуры на жидкокристаллической основе. Апертуры также могут быть активными в том смысле, что разные части изображения ретранслированного волнового фронта можно направлять на разные PSD с использованием матрицы зеркал MEMS, как раскрыто в US6880933. Фокусное расстояние линзы фокусировки частичного волнового фронта также можно изменять с использованием, например, жидкокристаллических микролинзовых матриц и матриц жидких линз на основе гибкой мембраны. Кроме того, положение PSD или положение матрицы элементарных линз для фокусировки частичного волнового фронта также может перемещаться в продольном направлении.[00106] Note that the wavefront selection aperture matrix and / or PSD can also be activated. The aperture size for selecting partial wave fronts can be dynamically adjusted using, for example, variable-aperture arrays or variable-aperture arrays on a liquid crystal basis. Apertures can also be active in the sense that different portions of the relay wavefront image can be directed to different PSDs using the MEMS mirror array, as disclosed in US6880933. The focal length of the partial wavefront focusing lens can also be changed using, for example, liquid crystal microlens and liquid lens arrays based on a flexible membrane. In addition, the position of the PSD or the position of the matrix of elementary lenses for focusing the partial wavefront can also move in the longitudinal direction.

[00107] В иллюстративных вариантах осуществления, представленных на фиг. 3a и фиг. 6, предусмотрена электронная система, присоединенная к, по меньшей мере, источнику света и PSD для синхронизации работы источника света и PSD на частоте выше диапазона частот 1/f шума таким образом, чтобы можно было, по существу, отфильтровать фоновые шумы нулевой или низкой частоты. Кроме того, электронная система также может быть подсоединена к линзе 637 с переменным фокусом для управления фокусировкой пучка СЛД, к сканеру 680 пучка СЛД, к сканеру/дефлектору 612 пучка объектного волнового фронта, к матрице 618 апертур, к матрице 620 элементарных линз и к линзе 621. Эти электронные соединения служат для управления работой присоединенных элементов или устройств.[00107] In the illustrative embodiments presented in FIG. 3a and FIG. 6, an electronic system is provided connected to at least the light source and the PSD to synchronize the operation of the light source and the PSD at a frequency above the noise frequency range 1 / f so that substantially zero or low frequency background noise can be filtered out. . In addition, the electronic system can also be connected to a variable focus lens 637 for controlling SLD beam focusing, to an SLD beam scanner 680, to an object wavefront scanner / deflector 612, to aperture matrix 618, to elementary lens matrix 620, and to a lens 621. These electronic connections are used to control the operation of connected elements or devices.

[00108] Кроме того, хотя согласно фиг. 3a и 6, пучок СЛД запускается сзади первой линзы, пучок СЛД можно запускать из любого места между глазом и плоскостью D изображения окончательного волнового фронта (например, перед первой линзой или даже позади второй линзы), и его расхождение или схождение пучка также можно регулировать другими средствами помимо линзы 637 с переменным фокусом (например, с использованием аксиально подвижной линзы), чтобы гарантировать, что желаемое световое пятно формируется на сетчатке разных глаз.[00108] Furthermore, although according to FIG. 3a and 6, the SLD beam is launched behind the first lens, the SLD beam can be launched from anywhere between the eye and the image plane D of the final wavefront (for example, in front of the first lens or even behind the second lens), and its divergence or convergence can also be adjusted by others by means other than a variable focus lens 637 (for example, using an axially movable lens) to ensure that the desired light spot is formed on the retina of different eyes.

[00109] Под пульсацией источника света следует понимать любого рода временную модуляцию источника света. Например, СЛД можно модулировать между состояниями включен/выключен или темным/ярким состояниями; его также можно модулировать между состоянием первого уровня света и состоянием второго уровня света; СЛД также можно модулировать по синусоидальному закону. Согласно другому примеру, источник света работает в пакетном режиме для создания потока импульсов света, в котором каждый импульс также модулируется частотой несущей или частотой модуляции. Соответственно, под синхронным детектированием или синхронизированным детектированием следует понимать любое средство синхронного или когерентного детектирования. Синхронное детектирование может осуществляться на высокой частоте несущей и/или на частоте повторения импульсов.[00109] Under the pulsation of a light source should be understood any kind of temporary modulation of the light source. For example, an SLD can be modulated between on / off states or dark / bright states; it can also be modulated between the state of the first light level and the state of the second light level; SLD can also be modulated according to a sinusoidal law. According to another example, the light source operates in batch mode to create a stream of light pulses, in which each pulse is also modulated by the carrier frequency or modulation frequency. Accordingly, by synchronous detection or synchronized detection should be understood any means of synchronous or coherent detection. Synchronous detection can be carried out at a high carrier frequency and / or at a pulse repetition rate.

[00110] Оптический путь для запуска пучка СЛД и также для направления возвращаемого объектного пучка можно складывать тем или иным способом для экономии места, чтобы сделать модуль датчика волнового фронта компактным. Это означает, что может существовать зеркала или другие элементы складывания оптического пучка, используемые для складывания различных оптических путей. Сканер пучка может быть пропускающим или отражающим. Помимо ретранслятора волнового фронта в отношении 1:1, может существовать оптическое увеличение или уменьшение волнового фронта из глаза к плоскости изображения промежуточного волнового фронта и к плоскости отбора изображения окончательного волнового фронта. Это означает, что фокусное расстояние всех линз, используемых для ретрансляции волнового фронта, могут иметь разные значения. Помимо двух каскадно соединенных 4-f ретрансляторов волнового фронта, может существовать больше каскадно соединенных 4-f или других ретрансляторов волнового фронта.[00110] The optical path for triggering the SLD beam and also for guiding the returning object beam can be folded in one way or another to save space in order to make the wavefront sensor module compact. This means that mirrors or other folding elements of the optical beam can be used to fold the various optical paths. The beam scanner may be transmissive or reflective. In addition to the wavefront repeater in a 1: 1 ratio, there may be an optical increase or decrease in the wavefront from the eye to the image plane of the intermediate wavefront and to the image acquisition plane of the final wavefront. This means that the focal length of all the lenses used to relay the wavefront can have different values. In addition to two cascaded 4-f wavefront transponders, there may be more cascaded 4-f or other wavefront transponders.

[00111] Благодаря тому, что плоскость B изображения промежуточного волнового фронта, показанная на фиг. 6, сопряжена с плоскостью объектного волнового фронта и плоскостью D изображения окончательного волнового фронта, компенсатор или элемент 689 смещения расфокусировки волнового фронта может располагаться на плоскости B и управляться электронной системой. Таким образом, систему датчика волнового фронта можно преобразовывать в адаптивную оптическую систему для различных других применений. Помимо просто полной компенсации общей аберрации волнового фронта, что обычно делается для адаптивной оптической системы, можно также частично или полностью компенсировать только одну или несколько из аберраций волнового фронта, чтобы оставшиеся нескорректированными аберрации волнового фронта могли проявлять себя более выразительно и, следовательно, чтобы их можно было точнее измерять. Например, степень сферической расфокусировки может возвращаться на компенсатор или элемент 689 смещения, который влияет на расхождение или схождение детектированного волнового фронта. Эта обратная связь может изменять измеренную расфокусировку таким образом, что образуется система замкнутого цикла, и методы управления замкнутого цикла могут использоваться для приведения расхождения или схождения измеренного волнового фронта к любому желаемому значению, наиболее вероятно, для приведения к значению, близкому к нулю, таким образом, чтобы волновой фронт был, по существу, плоским. Кроме того, информацию о знаке и степени расфокусировки можно использовать для регулировки линзы 637 с переменным фокусом, которая влияет только на расхождение или схождение пучка СЛД, для формирования системы управления открытого цикла.[00111] Due to the fact that the B plane of the intermediate wavefront image shown in FIG. 6, is coupled to the plane of the object wavefront and the image plane D of the final wavefront, the compensator or the wavefront defocus shift element 689 can be located on plane B and controlled by the electronic system. Thus, the wavefront sensor system can be converted into an adaptive optical system for various other applications. In addition to simply completely compensating for the total wavefront aberration, which is usually done for an adaptive optical system, it is also possible to partially or completely compensate for only one or more of the wavefront aberrations, so that the remaining uncorrected wavefront aberrations can manifest themselves more expressively and, therefore, they can It was more accurate to measure. For example, the degree of spherical defocusing may return to the compensator or bias element 689, which affects the divergence or convergence of the detected wavefront. This feedback can change the measured defocus in such a way that a closed-loop system is formed, and closed-loop control methods can be used to reduce the divergence or convergence of the measured wavefront to any desired value, most likely to bring it to a value close to zero, thus so that the wavefront is essentially flat. In addition, information about the sign and degree of defocus can be used to adjust the variable focus lens 637, which affects only the divergence or convergence of the SLD beam, to form an open-loop control system.

[00112] Пространственная конфигурация элементов отбора частичного волнового фронта и соответствующих PSD не обязана размещаться с регулярным постоянным шагом или в формате кольцевой матрицы или прямоугольной матрицы, но может быть в любом формате. Например, может существовать две или более матрицы в виде кольцевого кольца, где элементы отбора частичного волнового фронта внешней кольцевой матрицы разнесены дальше, чем во внутренней(их) кольцевой(ых) матрице(ах).[00112] The spatial configuration of the partial wavefront selection elements and corresponding PSDs need not be placed at a regular constant pitch or in the format of a ring matrix or rectangular matrix, but can be in any format. For example, there may be two or more matrices in the form of an annular ring, where the elements of the partial wavefront selection of the outer annular matrix are spaced farther than in the inner (s) annular matrix (s).

[00113] Кроме того, поперечное положение PSD также может активно изменяться в соответствии с рефракционным состоянием глаза пациента. Например, в случае афакичного глаза, волновой фронт из глаза на плоскости роговицы является, в целом, относительно сильно расходящимся, и этот волновой фронт, будучи ретранслирован в плоскость изображения окончательного волнового фронта, также будет сильно расходящимся. В этом случае, если матрица элементов отбора частичного волнового фронта в виде кольцевого кольца используется для отбора ретранслированного волнового фронта, соответствующую кольцевую матрицу PSD можно перемещать в радиальном направлении наружу относительно матрицы элементов отбора частичного волнового фронта в виде кольцевого кольца таким образом, что, если ретранслированный волновой фронт является идеальным сферически расходящимся волновым фронтом, центроид изображения или светового пятна каждого отобранного частичного волнового фронта находится в центре или вблизи центра каждого соответствующего PSD. Таким образом, любое дополнительное отклонение наклона волнового фронта от воображаемого идеального сферически расходящегося волнового фронта можно детектировать с высокой точностью, поскольку для детектирования центроида используется только центральная часть каждого PSD. Кроме того, следует отметить, что матрица 320 или 620 элементарных линз (фиг. 3a и 6) может не быть абсолютно необходимой, как в случае датчика волнового фронта Хартмана-Шака в отличие от датчика волнового фронта Хартмана, поскольку матрица отверстий Хартмана также будет работать.[00113] In addition, the transverse position of the PSD can also actively change in accordance with the refractive condition of the patient’s eye. For example, in the case of an aphakic eye, the wavefront from the eye on the plane of the cornea is generally relatively divergent, and this wavefront, being relayed to the image plane of the final wavefront, will also be very divergent. In this case, if the matrix of the partial wavefront selection elements in the form of an annular ring is used to select the relayed wavefront, the corresponding ring PSD matrix can be moved radially outward relative to the matrix of the partial wavefront selection elements in the form of an annular ring so that if the relayed the wavefront is the ideal spherically diverging wavefront, the centroid of the image or light spot of each selected partial wave The front is located in the center or near the center of each respective PSD. Thus, any additional deviation of the wavefront slope from the imaginary ideal spherically diverging wavefront can be detected with high accuracy, since only the central part of each PSD is used to detect the centroid. In addition, it should be noted that the matrix of 320 or 620 elementary lenses (Figs. 3a and 6) may not be absolutely necessary, as in the case of the Hartmann-Shack wavefront sensor, in contrast to the Hartman wavefront sensor, since the Hartman hole matrix will also work .

[00114] Кроме того, пространственный модулятор света (SLM) также может быть объединен с матрицей элементарных линз высокой плотности, и SLM может работать синхронно с источником света и также с матрицей PSD таким образом, что только выбранное количество апертур открывается поверх выбранного количества элементарных линз в течение периода работы источника света. Например, может открываться одна или более кольцевых матриц элементарных линз, и решение, какую кольцевую матрицу открывать, можно принимать в зависимости от значения сферической или расфокусирующей оптической силы объектного волнового фронта. Соответственно, будет собираться желаемая кольцевая матрица выборочных данных волнового фронта. Отбор вокруг только одной кольцевой матрицы даст только рефракционные нарушения, но не аберрации высоких порядков, которых будет достаточно для применений хирургии катаракты. Благодаря последовательному сканированию или открыванию разных элементарных линз, можно измерять аберрации высоких порядков.[00114] In addition, the spatial light modulator (SLM) can also be combined with a matrix of high density elementary lenses, and SLM can work synchronously with the light source and also with the PSD matrix so that only a selected number of apertures open over a selected number of elementary lenses during the period of operation of the light source. For example, one or more ring matrices of elementary lenses can be opened, and the decision which ring matrix to open can be made depending on the value of the spherical or defocusing optical power of the object wavefront. Accordingly, the desired ring matrix of sample wavefront data will be collected. Selecting around only one annular matrix will give only refractive errors, but not high order aberrations, which will be enough for cataract surgery applications. Thanks to sequential scanning or opening of various elementary lenses, it is possible to measure aberrations of high orders.

[00115] Помимо детекторов регистрации положения поперечного действия и квадрантных детекторов/датчиков, можно использовать другие типы PSD, которые работают на достаточно высокой частоте и определяют положение центроида пятна изображения отобранного частичного волнового фронта. Например, каждый PSD может представлять собой кластер из 3 или более фотодиодов. Каждый PSD матрицы PSD также может представлять собой несколько кластеризованных пикселей высокоскоростного двухмерного датчика изображения, который имеет высокую частоту кадров, хотя такой датчик изображения, вероятно, будет дорогостоящим. Каждый PSD матрицы PSD также может представлять собой датчик изображения на основе КМОП, запрограммированный выводить только данные из определенного количества пикселей запрограммированной области, представляющей интерес (ROI), когда затвор работает в режиме глобальной экспозиции. В настоящее время, традиционный датчик изображения с большим количеством пикселей, в целом, может быть запрограммирован для вывода данных только из одной ROI. Однако это не означает, что в будущем не появится возможность одновременно выводить данные множественных ROI на достаточно высоких частотах кадров с глобальным управлением экспозицией. Когда эта возможность станет реальностью, можно будет непосредственно использовать единственный двухмерный датчик изображения для выделения соответствующей матрицы ROI, как если бы она была матрицей PSD действующий в режиме синхронного детектирования с достаточно высокой временно-частотной характеристикой. Время включения импульса можно синхронизировать с экспозицией камеры. Другими словами, источник света можно включать на короткое время, пока камера собирает свет. Альтернативно, источник на основе СЛД можно включать на немного большее время, чем время экспозиции камеры, чтобы эффективная длительность импульса определялась временем экспозиции камеры.[00115] In addition to lateral-action position detectors and quadrant detectors / sensors, other types of PSDs can be used that operate at a sufficiently high frequency and determine the centroid position of the image spot of the selected partial wavefront. For example, each PSD may be a cluster of 3 or more photodiodes. Each PSD of the PSD matrix can also be a few clustered pixels of a high-speed two-dimensional image sensor that has a high frame rate, although such an image sensor is likely to be expensive. Each PSD of a PSD matrix can also be a CMOS-based image sensor programmed to output only data from a certain number of pixels of a programmed area of interest (ROI) when the shutter is in global exposure mode. Currently, a traditional image sensor with a large number of pixels, in general, can be programmed to output data from only one ROI. However, this does not mean that in the future it will not be possible to simultaneously output multiple ROI data at sufficiently high frame rates with global exposure control. When this opportunity becomes a reality, it will be possible to directly use a single two-dimensional image sensor to extract the corresponding ROI matrix, as if it were a PSD matrix operating in the synchronous detection mode with a sufficiently high time-frequency characteristic. Pulse on time can be synchronized with camera exposure. In other words, the light source can be turned on for a short time while the camera collects the light. Alternatively, the SLD source can be turned on for a slightly longer time than the camera exposure time so that the effective pulse duration is determined by the camera exposure time.

[00116] Помимо стандартного синхронного детектирования, для дополнительного снижения шума также можно применять двойной отбор. Например, источник света можно модулировать между ярким состоянием и темным состоянием. Матрица PSD может записывать сигнал пятен изображения, образованных путем фокусировки частичных волновых фронтов в ярком состоянии и также записывать фоновый сигнал в темном состоянии. Когда фоновый сигнал вычитается из сигнала, записанного в ярком состоянии, получается улучшенная оценка желаемого центроида пятен изображения. В одном примере, кластер или несколько кластеров пикселей датчика изображения на основе ПЗС/КМОП можно запрограммировать как одну или более областей, представляющих интерес (ROI), выступающих в роли матрицы PSD, и каждую ROI можно дополнительно разделить на подстроки и подстолбцы яркого состояния и подстроки и подстолбцы темного состояния. Каждую(ый) вторую(ой) подстроку и подстолбец можно отбирать в каждый второй яркий и темный период. Таким образом, яркого и темного отбора можно добиться с помощью одной и той же ROI или PSD на более высокой частоте кадров, поскольку для каждого кадра используется меньше пикселей. Одну половину пикселей в каждой ROI можно синхронизировать с импульсом “включения” света СЛД, и другую половину можно синхронизировать с импульсом “отключения” света СЛД.[00116] In addition to standard synchronous detection, double sampling can also be used to further reduce noise. For example, a light source can be modulated between a bright state and a dark state. The PSD matrix can record the signal of the spots of the image formed by focusing the partial wavefronts in the bright state and also record the background signal in the dark state. When the background signal is subtracted from the signal recorded in the bright state, an improved estimate of the desired centroid of the image spots is obtained. In one example, a cluster or several clusters of pixel sensors of the CCD / CMOS image sensor can be programmed as one or more areas of interest (ROI) acting as a PSD matrix, and each ROI can be further divided into substrings and bright state substrings and substrings and pillars of a dark state. Each second (second) substring and column can be selected in every second bright and dark period. Thus, bright and dark selection can be achieved using the same ROI or PSD at a higher frame rate, since fewer pixels are used for each frame. One half of the pixels in each ROI can be synchronized with the “turn on” the light of the SLD, and the other half can be synchronized with the pulse of “turn off” the light of the SLD.

[00117] Альтернативно, электронный сигнал от матрицы PSD можно отбирать на частоте, в десять или более раз превышающей частоту пульсации источника света, преобразовывать в цифровой сигнал и затем фильтровать цифровыми средствами. После преобразования в цифровой сигнал, также можно применять другие алгоритмы извлечения цифрового сигнала, например, фильтрацию по Калману.[00117] Alternatively, the electronic signal from the PSD matrix can be sampled at a frequency ten or more times the ripple frequency of the light source, converted to a digital signal, and then filtered by digital means. After converting to a digital signal, other digital signal extraction algorithms, such as Kalman filtering, can also be applied.

[00118] Кроме того, помимо традиционной конфигурации 4-f или 8-f ретранслятора волнового фронта, показанной на фиг. 3a и 6, можно использовать любую оптическую конфигурацию ретранслятора волнового фронта, например, раскрытую в US20100208203.[00118] Furthermore, in addition to the traditional 4-f or 8-f wavefront repeater configuration shown in FIG. 3a and 6, any optical wavefront repeater configuration, for example, disclosed in US20100208203, can be used.

[00119] К описанным иллюстративным вариантам осуществления также можно добавить другие функции. На Фиг. 8 демонстрирует вариант осуществления, в котором дихроичный или пропускающий длинные волны светоделитель 860 применяется для отражения, по меньшей мере, части света для формирования общего изображения глаза и фиксации глаза и для, по существу, пропускания инфракрасного света СЛД в ближнем спектральном диапазоне для регистрации волнового фронта. Дихроичный или пропускающий длинные волны светоделитель 860 должен иметь достаточно большое окно перехвата света, чтобы гарантировать, что волновой фронт из глаза в пределах желаемого диапазона измерения оптической силы глаза, полностью перехватывается, не испытывая возмущений на краю окна светоделителя.[00119] Other functions may also be added to the described illustrative embodiments. In FIG. 8 illustrates an embodiment in which a dichroic or long-wavelength transmitting beam splitter 860 is used to reflect at least a portion of the light to form a common image of the eye and to fix the eye, and to substantially transmit the near infrared light of the SLD to record the wavefront . A dichroic or long-wavelength transmitting beam splitter 860 must have a sufficiently large light interception window to ensure that the wavefront from the eye, within the desired measurement range of the optical power of the eye, is completely intercepted without disturbance at the edge of the beam splitter window.

[00120] Отражение дихроичного или пропускающего длинные волны светоделителя может выполнять две функции. Первой является направление света в видимом или ближнем инфракрасном участке спектра, возвращаемого из глаза, на датчик 862 изображения таким образом, чтобы оперативное изображение зрачка глаза можно было обрабатывать и отображать в различных целях, например, для помощи клиницисту в выравнивании глаза относительно датчика волнового фронта. Источником света, возвращаемого из глаза является источник света освещения, используемый, например, в хирургическом микроскопе, внешний свет в комнате или свет, излучаемый непосредственно из модуля датчика волнового фронта. Второй функцией является направление изображения видимой цели 864 фиксации в глаз пациента таким образом, чтобы глаз мог иметь цель, на которой фиксироваться, если такая фиксация необходима.[00120] The reflection of a dichroic or long wavelength transmitting beam splitter can perform two functions. The first is the direction of light in the visible or near infrared region of the spectrum returned from the eye to the image sensor 862 so that the on-line image of the pupil of the eye can be processed and displayed for various purposes, for example, to help the clinician align the eye with respect to the wavefront sensor. The source of light returned from the eye is a light source of light used, for example, in a surgical microscope, external light in a room, or light emitted directly from a wavefront sensor module. The second function is to direct the image of the visible fixation target 864 to the patient’s eye so that the eye can have a target on which to fix, if such fixation is necessary.

[00121] Кроме того, вдоль этого пути пучка отраженного света установлен малый светоделитель 866, который разделяет/объединяет световой пучок цели фиксации и световой пучок датчика изображения. Этот малый светоделитель 866 может иметь различные спектральные свойства. Например, он может быть простым широкополосным светоделителем 50:50, предназначенным для работы в видимом и/или ближнем инфракрасном спектральном диапазоне. Если же источник 864 света фиксации имеет относительно узкий спектр, то, для повышения оптической эффективности, спектр отражения этого малого светоделителя 866 можно согласовать со спектром фиксирующего источника для обеспечения хорошего отражения света фиксации и для пропускания остального спектра на датчик 862 изображения.[00121] In addition, a small beam splitter 866 is installed along this path of the reflected light beam, which divides / combines the light beam of the fixation target and the light beam of the image sensor. This small beam splitter 866 may have various spectral properties. For example, it can be a simple 50:50 broadband beam splitter designed to operate in the visible and / or near infrared spectral range. If the fixation light source 864 has a relatively narrow spectrum, then to increase the optical efficiency, the reflection spectrum of this small beam splitter 866 can be matched with the spectrum of the fixation source to ensure good reflection of the fixation light and to transmit the rest of the spectrum to the image sensor 862.

[00122] Линза 868 перед датчиком 862 изображения может быть предназначена для обеспечения желаемого оптического увеличения оперативного изображения передней части или радужной оболочки или зрачка глаза пациента на дисплее. Она также может быть динамической линзой, используемой, при необходимости, для регулировки фокусного расстояния, чтобы гарантировать, что плоскость датчика изображения сопряжена с плоскостью зрачка глаза, что позволяет получить отчетливое изображение зрачка глаза. Она также может быть линзой трансфокации, что позволяет клиницисту/хирургу использовать ее для фокусировки либо на роговицу, либо на сетчатку и, при желании, для изменения увеличения. Здесь также можно применять цифровую трансфокацию.[00122] The lens 868 in front of the image sensor 862 may be designed to provide the desired optical magnification of the live image of the front of the iris or pupil of the patient’s eye on the display. It can also be a dynamic lens, used, if necessary, to adjust the focal length to ensure that the plane of the image sensor is aligned with the plane of the pupil of the eye, which allows you to get a clear image of the pupil of the eye. It can also be a zoom lens, which allows the clinician / surgeon to use it to focus on either the cornea or the retina and, if desired, to change the magnification. Here you can also apply digital zoom.

[00123] Линза 870 перед целью 864 фиксации может быть предназначена для снабжения глаза пациента комфортабельной целью фиксации желаемых размера и яркости. Ее также можно использовать для регулировки фокусного расстояния, чтобы гарантировать, что цель фиксации сопряжена с сетчаткой глаза, или для фиксации глаза на разных расстояниях или даже для затуманивания глаза, если это необходимо клиницисту/хирургу. Источник 864 света фиксации может вспыхивать или мигать или менять цвета с частотой, необходимой для отличения его, например, от света освещения хирургического микроскопа. Целью 864 фиксации может быть изображение, например, воздушный шар, освещенный сзади источником света, или микродисплей, который может отображать желаемые рисунки, включающие в себя матрицы точек, под управлением клинициста/хирурга. Кроме того, цель фиксации на основе микродисплея также можно использовать для предписания пациенту смотреть в разных направлениях, чтобы можно было генерировать карту аберраций глаза в виде 2D матрицы, которую можно использовать для оценивания зрительной активности нецентрального или периферического зрения пациента.[00123] The lens 870 in front of the fixation target 864 may be designed to provide the patient with a comfortable fixation goal of the desired size and brightness. It can also be used to adjust the focal length to ensure that the fixation target is paired with the retina, or to fix the eye at different distances, or even to blur the eye, if necessary for the clinician / surgeon. A fixation light source 864 may flash or blink or change colors at a frequency necessary to distinguish it, for example, from surgical microscope illumination light. The fixation target 864 may be an image, for example, a balloon illuminated from behind by a light source, or a microdisplay that can display the desired patterns, including dot arrays, under the guidance of a clinician / surgeon. In addition, the fixation target based on the microdisplay can also be used to instruct the patient to look in different directions so that an aberration map of the eye can be generated in the form of a 2D matrix that can be used to evaluate the visual activity of the patient’s off-center or peripheral vision.

[00124] Цель фиксации, изображение передней части глаза, и/или другая информация также могут передаваться обратно в микроскоп и наблюдаться через окуляры (не показаны). Эта информация будет проецируемый коаксиально с линией наблюдения наблюдателя посредством дихроичного или светоделителя через ряд линз или физическое расстояние, которое будет компланарным рабочему расстоянию микроскопа или щелевых ламп.[00124] The fixation target, image of the front of the eye, and / or other information can also be transmitted back to the microscope and observed through eyepieces (not shown). This information will be projected coaxially with the observer's observation line through a dichroic or beam splitter through a series of lenses or a physical distance that will be coplanar to the working distance of the microscope or slit lamps.

[00125] Датчик 862 изображения может представлять собой черно-белый или цветной датчик изображения на основе КМОП/ПЗС, и источник света фиксации может представлять собой светодиод (СИД) красного или зеленого или другого свечения, выходная оптическая мощность которого динамически и/или вручную регулируется, на основании разных условий фонового освещения. Например, когда включен относительно сильный пучок освещение из хирургического микроскопа, яркость источника света фиксации можно увеличить, чтобы пациенту легче было найти цель фиксации и сосредоточиться на ней.[00125] The image sensor 862 may be a black-and-white or color CMOS / CCD image sensor, and the fixation light source may be a red or green or other light emitting diode (LED), the output optical power of which is dynamically and / or manually controlled , based on different background lighting conditions. For example, when a relatively strong beam of light from a surgical microscope is turned on, the brightness of the fixation light source can be increased to make it easier for the patient to find the fixation target and focus on it.

[00126] Помимо обеспечения оперативного изображения зрачка глаза, сигнал датчика изображения также можно использовать в других целях. Например, оперативное изображение может отображаться на индикаторе текущих показаний или отображаться на полупрозрачном микродисплее, встроенном в окуляр хирургического микроскопа.[00126] In addition to providing a live image of the pupil of the eye, the image sensor signal can also be used for other purposes. For example, a live image may be displayed on a current reading indicator or displayed on a translucent microdisplay embedded in the eyepiece of a surgical microscope.

[00127] Оперативное изображение можно использовать для детектирования размера и поперечной положения зрачка глаза. Когда установлено, что размер зрачка мал и/или переместился относительно датчика волнового фронт, механизм для выбора и/или отбора и/или сдвига волнового фронта может быть запущен с использованием информации от датчика изображения для отбора только области волнового фронта, центрированной на зрачке пациента. Другими словами, информацию о размере и местоположении зрачка можно использовать в режиме замкнутого цикла для автоматической и/или динамической регулировки и/или масштабирования отбора волнового фронта. Таким образом, активные апертуры отбора волнового фронта и/или сканер могут реализовать отслеживание направления взгляда. Эта способность непрерывно отслеживать зрачок с использованием внутренних регулировок и без перемещения датчика волнового фронта и/или хирургического микроскопа, к которому датчик волнового фронта присоединен или иным образом вмешивается в его использование, позволяет непрерывно измерять нарушение волнового фронта пациента посредством хирургической операции.[00127] The live image can be used to detect the size and lateral position of the pupil of the eye. When it is determined that the pupil size is small and / or has moved relative to the wavefront sensor, a mechanism for selecting and / or selecting and / or shifting the wavefront can be started using information from the image sensor to select only the wavefront region centered on the patient’s pupil. In other words, pupil size and location information can be used in closed-loop mode to automatically and / or dynamically adjust and / or scale the wavefront selection. Thus, the active wavefront sampling apertures and / or the scanner can implement tracking of the direction of view. This ability to continuously monitor the pupil using internal adjustments and without moving the wavefront sensor and / or surgical microscope to which the wavefront sensor is connected or otherwise interferes with its use, allows the patient to continuously measure the wavefront violation of the patient through a surgical operation.

[00128] Сам датчик волнового фронта также может обеспечивают информацию для отслеживания зрачка, поскольку интенсивность света в отобранном волновом фронте падает на краю зрачка пациента, т.е. где радужная оболочка начинает блокировать свет возвращающийся от сетчатки. Таким образом, интенсивность, детектированная датчиком волнового фронта, может обеспечивать карту зрачка пациента, которую можно использовать для более точной центровки отбора волнового фронта на зрачке пациента.[00128] The wavefront sensor itself can also provide information for tracking the pupil, since the light intensity in the selected wavefront falls on the edge of the patient’s pupil, i.e. where the iris begins to block the light returning from the retina. Thus, the intensity detected by the wavefront sensor can provide a map of the patient’s pupil, which can be used to more accurately center the selection of the wavefront on the patient’s pupil.

[00129] Кроме того, информацию положения зрачка глаза, полученную либо от датчика изображения, либо от датчика волнового фронта, можно использовать для обеспечения сигнала обратной связи для приведения в действие сканирующего зеркала 880 для обеспечения пучка СЛД для сопровождения перемещения глаза таким образом, чтобы пучок СЛД всегда входил в роговицу из одного и того же назначенного местоположения роговицы, чтобы, например, зеркально отраженный пучок СЛД, возвращаемый роговицей, не попадал на PSD датчика волнового фронта. Пучок СЛД также может изображаться датчиком изображения для центрирования глаза или для намеренного смещения пучка СЛД от центра зрачка или для обеспечения обратной связи/наведения для определения положения глаза относительно пучка СЛД. Сканер 812 объектного пучка также можно настраивать, задавая правильное смещение для сопровождения перемещения зрачка глаза.[00129] In addition, pupil position information obtained from either an image sensor or a wavefront sensor can be used to provide a feedback signal for driving a scanning mirror 880 to provide an SLD beam to accompany eye movement so that the beam SLD always entered the cornea from the same designated location of the cornea, so that, for example, the specularly reflected SLD bundle returned by the cornea does not fall on the PSD of the wavefront sensor. The SLD beam can also be imaged by an image sensor to center the eye or to intentionally displace the SLD beam from the center of the pupil or to provide feedback / guidance to determine the position of the eye relative to the SLD beam. The object beam scanner 812 can also be adjusted by setting the correct offset to accompany the movement of the pupil of the eye.

[00130] Кроме того, когда установлено, что на оптическом присутствуют препятствия пути, например, когда глаз промывается водой, или присутствуют оптические пузырьки, или веко, лицевая кожа, рука хирурга или хирургический инструмент или прибор находится в поле зрения датчика изображения и блокирует путь пучка ретрансляции волнового фронта, то данные волнового фронта можно отбрасывать для исключения “темных” или “ярких” данных и одновременно СЛД 834 можно отключать.[00130] Furthermore, when it is determined that the optical path obstructions are present, for example, when the eye is rinsed with water, or optical vesicles, or the eyelid, facial skin, surgeon's hand or surgical instrument or instrument are in the field of view of the image sensor and blocks the path of the wavefront relay beam, then the wavefront data can be discarded to exclude “dark” or “bright” data and at the same time the SLD 834 can be turned off.

[00131] В некоторых иллюстративных вариантах осуществления, результат качественного и/или количественного измерения волнового фронта может накладываться на отображение оперативного изображения зрачка глаза, захваченного датчиком 862 изображения. Кроме того, результат измерения волнового фронта, накладывающийся на оперативное изображение зрачка глаза может обновляться с такой частотой, при которой существует малая задержка между любым изменением рефракционного состояния и отчетом об изменении рефракционного состояния, предоставленным датчиком волнового фронта. Этого обновления можно добиться путем усреднения детектированных данных волнового фронта по желаемому периоду и обновления результата качественного и/или количественного измерения, накладывающегося на оперативное изображение глаза, с желаемой частотой обновления, предпочтительной для хирурга.[00131] In some illustrative embodiments, the result of the qualitative and / or quantitative measurement of the wavefront can be superimposed on the display of the live image of the pupil of the eye captured by the image sensor 862. In addition, the wavefront measurement result superimposed on the operative image of the pupil of the eye can be updated with such a frequency that there is a small delay between any change in the refractive state and the report on the change in refractive state provided by the wavefront sensor. This update can be achieved by averaging the detected wavefront data over the desired period and updating the result of the qualitative and / or quantitative measurement superimposed on the operative image of the eye with the desired refresh rate preferred by the surgeon.

[00132] Следует отметить, что датчик изображения может быть индивидуально встроен в конфигурацию, показанную на фиг. 3a или фиг. 6, чтобы работать независимо от цели фиксации. При этом, цель фиксации также может быть индивидуально встроена в конфигурацию, показанную на фиг. 3a или фиг. 6, чтобы работать независимо от датчика изображения.[00132] It should be noted that the image sensor may be individually integrated in the configuration shown in FIG. 3a or FIG. 6 to work regardless of the purpose of fixation. In this case, the fixing target can also be individually integrated into the configuration shown in FIG. 3a or FIG. 6 to operate independently of the image sensor.

[00133] Также следует отметить, что датчик волнового фронта иллюстративных вариантов осуществления может быть объединен с различными офтальмологическими приборами для измерений волнового фронта глаза. На Фиг. 9 показан один пример его интеграции с хирургическим микроскопом 910, что позволяет наблюдать глаза пациента, в то же время, непрерывно измеряя волновой фронт глаза. В этой интеграции, светоделитель 915 вставляется вдоль линии 903 наблюдения, от глаза пользователя микроскопа к глазу пациента, для создания второго оптического пути, связывающего систему 900 измерения волнового фронта и глаз 938 пациента. Предпочтительно, светоделитель 915 представляет собой дихроичный светоделитель отражающий ближний инфракрасный свет, в то же время, пропускающий основную часть видимого спектра к пользователю микроскопа.[00133] It should also be noted that the wavefront sensor of the illustrative embodiments can be combined with various ophthalmic devices for measuring the wavefront of the eye. In FIG. 9 shows one example of its integration with a surgical microscope 910, which allows you to observe the patient’s eyes, while continuously measuring the wavefront of the eye. In this integration, a beam splitter 915 is inserted along the observation line 903, from the microscope user's eye to the patient’s eye, to create a second optical path linking the wavefront measurement system 900 and the patient’s eyes 938. Preferably, the beam splitter 915 is a dichroic beam splitter reflecting near infrared light, while transmitting the main part of the visible spectrum to the microscope user.

[00134] Благодаря этой конфигурации, система 900 измерения волнового фронта может излучать свет, предпочтительно ближний инфракрасный свет, к сетчатке глаза 938 пациента, причем часть рассеянного света будет возвращаться от сетчатки к датчику волнового фронта. Точка рассеяния на сетчатке возвращает некоторый свет, с волновым фронтом 901, который ретранслируется в плоскость отбора волнового фронта системы 900 измерения волнового фронта, и его отклонения от плоскости или от внутренне искаженного волнового фронта модуля датчика волнового фронта, при наличии внутренней аберрации волнового фронта, свидетельствуют об аберрациях или рефракции глаза пациента.[00134] Due to this configuration, the wavefront measurement system 900 can emit light, preferably near infrared light, to the patient's retina 938, with a portion of the scattered light returning from the retina to the wavefront sensor. The scattering point on the retina returns some light, with a wavefront 901, which is relayed to the plane of selection of the wavefront of the wavefront measurement system 900, and its deviations from the plane or from the internally distorted wavefront of the wavefront sensor module, in the presence of internal wavefront aberration, indicate aberrations or refractions of the patient’s eye.

[00135] На фиг. 10 показана интеграция раскрытого здесь датчика волнового фронта со щелевой лампой. Опять же, светоделитель 1015 может быть вставлен вдоль линии наблюдения 1003 от глаза пользователя щелевой лампы к глазу пациента, для создания второго оптического пути, связывающего систему 1000 измерения волнового фронта и глаз 1038 пациента. Заметим, что одну и ту же конструкцию датчика волнового фронта можно использовать в каждом применении, хотя другая конструкция с другим рабочим расстоянием и соответствующими изменениями также возможна в зависимости от требований конкретного офтальмологического прибора.[00135] In FIG. 10 shows the integration of the wavefront sensor disclosed herein with a slit lamp. Again, a beam splitter 1015 can be inserted along the observation line 1003 from the user's slit lamp to the patient’s eye to create a second optical path connecting the wavefront measurement system 1000 and the patient’s eyes 1038. Note that the same wavefront sensor design can be used in every application, although a different design with a different working distance and corresponding changes is also possible depending on the requirements of a particular ophthalmic device.

[00136] На практике предпочтительно использовать одну и ту же конструкцию датчика волнового фронта как со щелевой лампой для обследования пациента до и после операции, так и с хирургическим микроскопом в ходе рефракционной операции. Используемый здесь термин 'офтальмологический прибор' относятся к любому типу офтальмологического микроскопа и/или другого офтальмологического прибора, например, фундус-камеры. Предпочтительно, датчик волнового фронта не должен требовать особого выравнивание или фокусировки микроскопа или иного вмешательства в нормальное использование офтальмологического прибора.[00136] In practice, it is preferable to use the same wavefront sensor design both with a slit lamp for examining a patient before and after surgery, and with a surgical microscope during a refractive operation. As used herein, the term 'ophthalmic device' refers to any type of ophthalmic microscope and / or other ophthalmic device, such as a fundus camera. Preferably, the wavefront sensor should not require special alignment or focusing of the microscope or other interference with the normal use of an ophthalmic device.

[00137] Кроме того, иллюстративные варианты осуществления датчика волнового фронта также может быть объединен с фемтосекундным лазером или эксимерным лазером, который используется для LASIK или растрескивания естественного хрусталика а также рассечения/резания роговицы. Оперативное изображение глаза и сигнал волновой фронт можно объединять для указания, присутствует/ют ли в глазу или передней камере оптический(е) пузырек(и) или другая оптическая неоднородность, до, в ходе или после хирургической операции на глазу. Информацию волнового фронта также можно использовать для непосредственного управления процедурой LASIK в режиме замкнутого цикла.[00137] In addition, illustrative embodiments of the wavefront sensor can also be combined with a femtosecond laser or excimer laser, which is used for LASIK or cracking of the natural lens and corneal dissection / cutting. The operative image of the eye and the wavefront signal can be combined to indicate whether optical bubble (s) or other optical heterogeneity is / is present in the eye or anterior chamber before, during, or after a surgical operation on the eye. Wavefront information can also be used to directly control the LASIK in closed loop mode.

[00138] Эти варианты осуществления также могут быть развернуты для измерения оптики, глазных очков или стекол, ИОЛ и/или управления устройствами резания/механической обработки, которые создают оптику.[00138] These embodiments may also be deployed to measure optics, eyeglasses or glasses, IOLs and / or control cutting / machining devices that create optics.

[00139] Эти варианты осуществления также могут быть адаптированы к микроскопам для клеточного и/или молекулярного анализа или других метрологических применений. Иллюстративные варианты осуществления также можно использовать для ручного изготовления линз, выписывания очков, микробиологических применений и т.д.[00139] These embodiments can also be adapted to microscopes for cell and / or molecular analysis or other metrological applications. Illustrative embodiments can also be used for the manual manufacture of lenses, prescription glasses, microbiological applications, etc.

[00140] Хотя различные иллюстративные варианты осуществления, которые опираются на принципы настоящего изобретения показаны и подробно описаны здесь, специалисты в данной области техники могут легко вывести различные другие варианты осуществления, также отвечающие этим принципам.[00140] Although various illustrative embodiments that rely on the principles of the present invention are shown and described in detail here, those skilled in the art can readily derive various other embodiments also meeting these principles.

Claims (24)

1. Офтальмологический датчик волнового фронта, содержащий:
источник света, выполненный с возможностью генерации пучка света, образованного импульсами света на опорной частоте в ответ на опорный сигнал, осциллирующий/пульсирующий на опорной частоте;
первый светонаправляющий элемент, выполненный с возможностью запуска пучка света от источника света в глаз пациента, при этом часть пучка света, возвращающаяся из глаза пациента, образует волновой фронт, отраженный от глаза, в форме импульсов света на опорной частоте;
первую оптическую систему ретрансляции волнового фронта, выполненную с возможностью ретрансляции волнового фронта, отраженного от глаза, из первой объектной плоскости первой оптической системы ретрансляции волнового фронта, находящейся на передней части глаза пациента, в первую плоскость изображения волнового фронта первой оптической системы ретрансляции волнового фронта вдоль первого пути пучка, которая может направлять пучок ретрансляции падающего волнового фронта на первой объектной плоскости к первой плоскости изображения волнового фронта;
матрицу двухмерных устройств регистрации положения, причем каждое двухмерное устройство регистрации положения выполнено с возможностью обнаружения величины двухмерного отклонения центроида пятна изображения от опорного положения и вывода сигнала измерения, указывающего величину двухмерного отклонения; и
матрицу элементов отбора частичного волнового фронта, расположенную до матрицы двухмерных устройств регистрации положения, причем каждый элемент отбора в матрице элементов отбора частичного волнового фронта выполнен с возможностью отбора частичного волнового фронта ретранслированного волнового фронта и фокусировки отобранного частичного волнового фронта на соответствующее двухмерное устройство регистрации положения в матрице двухмерных устройств регистрации положения, причем элементы отбора частичного волнового фронта физически разнесены друг от друга таким образом, что каждый отобранный частичный волновой фронт волнового фронта, отраженного от глаза, фокусируется только на соответствующее двухмерное устройство регистрации положения, соответствующее элементу отбора частичного волнового фронта.
1. Ophthalmic wavefront sensor containing:
a light source configured to generate a beam of light formed by pulses of light at a reference frequency in response to a reference signal oscillating / pulsating at a reference frequency;
a first light guide member configured to start the light beam from the light source into the patient’s eye, while the part of the light beam returning from the patient’s eye forms a wavefront reflected from the eye in the form of light pulses at a reference frequency;
the first wavefront optical relay system configured to relay the wavefront reflected from the eye from the first object plane of the first wavefront optical relay system located on the front of the patient’s eye to the first wavefront image plane of the first wavefront optical relay system along the first path of the beam, which can direct the relay beam of the incident wave front on the first object plane to the first image plane in new front;
an array of two-dimensional position recording devices, wherein each two-dimensional position recording device is configured to detect a two-dimensional deviation of the centroid of the image spot from the reference position and output a measurement signal indicating a two-dimensional deviation; and
a matrix of partial wavefront selection elements located upstream of the matrix of two-dimensional position recording devices, each selection element in the matrix of partial wavefront selection elements is configured to select the partial wavefront of the relayed wavefront and focus the selected partial wavefront on the corresponding two-dimensional position recording device in the matrix two-dimensional position recording devices, the elements of the partial wavefront selection physically ki spaced from each other so that each selected partial wavefront of the wavefront reflected from the eye focuses only on the corresponding two-dimensional position registration device corresponding to selection of a partial element of the wavefront.
2. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 1, в котором первая оптическая система ретрансляции волнового фронта включает в себя первую и вторую линзы, причем каждая линза имеет диаметр, фокусное расстояние и оптическую ось, фокусные расстояния и диаметры первой и второй линз выбираются для направления пучка ретрансляции волнового фронта на первой объектной плоскости, к первой плоскости изображения волнового фронта.2. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 1, wherein the first optical wavefront relay system includes a first and second lens, each lens having a diameter, a focal length and an optical axis, focal lengths and diameters of the first and second lenses are selected for direction a wavefront relay beam on the first object plane, to the first wavefront image plane. 3. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 2, в котором первая оптическая система ретрансляции волнового фронта выполнена с возможностью ретрансляции волнового фронта, отраженного от глаза, из первой объектной плоскости, находящейся на передней части глаза пациента, в первую плоскость преобразования Фурье, находящуюся между первой и второй линзами, и в первую плоскость изображения волнового фронта вдоль первого пути пучка.3. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 2, wherein the first optical wavefront relay system is configured to relay the wavefront reflected from the eye from the first object plane located on the front of the patient’s eye to the first Fourier transform plane located between the first and second lenses, and in the first plane of the wavefront image along the first path of the beam. 4. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 3, дополнительно содержащий первый сканер пучка, расположенный в первой плоскости преобразования Фурье, находящейся между первой и второй линзами, и выполненный с возможностью сдвига ретранслированного волнового фронта относительно матрицы элементов отбора частичного волнового фронта, причем матрица элементов отбора частичного волнового фронта находится по существу в первой плоскости изображения волнового фронта.4. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 3, further comprising a first beam scanner located in the first Fourier transform plane located between the first and second lenses and configured to shift the relayed wavefront relative to the matrix of partial wavefront selection elements, wherein the matrix of elements partial wavefront selection is essentially in the first plane of the wavefront image. 5. Офтальмологический датчик волнового фронта по любому из пп. 1-4, причем опорная частота источника света выше диапазона частот 1/f шума.5. Ophthalmic wavefront sensor according to any one of paragraphs. 1-4, and the reference frequency of the light source above the frequency range 1 / f noise. 6. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 1, дополнительно содержащий:
вторую оптическую систему ретрансляции волнового фронта, имеющую вторую объектную плоскость, находящуюся, по существу, на первой плоскости изображения волнового фронта, выполненную с возможностью дальнейшей ретрансляции волнового фронта, отраженного от глаза, из второй объектной плоскости во вторую плоскость изображения волнового фронта вдоль второго пути пучка, которая может направлять пучок ретрансляции падающего волнового фронта на первой объектной плоскости, ко второй плоскости изображения волнового фронта; причем матрица элементов отбора частичного волнового фронта расположена, по существу, на второй плоскости изображения волнового фронта.
6. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 1, further comprising:
a second wavefront optical relay system having a second object plane located essentially on the first wavefront image plane, configured to further relay the wavefront reflected from the eye from the second object plane to the second wavefront image plane along the second beam path which can direct the incident beam relay beam on the first object plane to the second image plane of the wave front; moreover, the matrix of elements for the selection of the partial wave front is located essentially on the second plane of the image of the wave front.
7. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 6, в котором первая оптическая система ретрансляции волнового фронта включает в себя первую и вторую линзы, причем каждая линза имеет диаметр, фокусное расстояние и оптическую ось, фокусные расстояния и диаметры первой и второй линз выбираются для направления пучка ретрансляции волнового фронта на первой объектной плоскости к первой плоскости изображения первого волнового фронта; и
вторая оптическая система ретрансляции волнового фронта включает в себя третью и четвертую линзы, причем каждая линза имеет диаметр, фокусное расстояние и оптическую ось, фокусные расстояния и диаметры третьей и четвертой линз выбираются для дальнейшего направления пучка ретрансляции падающего волнового фронта на первой объектной плоскости, ко второй плоскости изображения волнового фронта.
7. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 6, wherein the first optical wavefront relay system includes a first and a second lens, each lens having a diameter, a focal length and an optical axis, focal lengths and diameters of the first and second lenses are selected for direction a wavefront relay beam on a first object plane to a first image plane of a first wavefront; and
the second optical wavefront relay system includes a third and fourth lenses, each lens having a diameter, focal length and optical axis, focal lengths and diameters of the third and fourth lenses are selected for further direction of the incident wave relay relay beam on the first object plane to the second image plane of the wavefront.
8. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 7, в котором третья линза выполнена с возможностью направления волнового фронта, отраженного от глаза, ко второй плоскости преобразования Фурье, находящейся между третьей и четвертой линзами.8. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 7, wherein the third lens is configured to direct the wavefront reflected from the eye to a second Fourier transform plane located between the third and fourth lenses. 9. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 8, дополнительно содержащий первый сканер пучка, расположенный во второй плоскости преобразования Фурье между третьей и четвертой линзами, выполненный с возможностью сдвига ретранслированного волнового фронта относительно матрицы элементов отбора частичного волнового фронта.9. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 8, further comprising a first beam scanner located in the second Fourier transform plane between the third and fourth lenses, configured to shift the relayed wavefront relative to the matrix of partial wavefront selection elements. 10. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 4 или 9, причем первый сканер пучка выполнен с возможностью отслеживания глаза таким образом, чтобы отбор из глаза всегда осуществлялся только в желаемой части(ях) волнового фронта, даже когда глаз движется.10. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 4 or 9, wherein the first beam scanner is configured to track the eye so that the eye is always selected only in the desired part (s) of the wavefront, even when the eye moves. 11. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 4 или 9, дополнительно содержащий второй сканер пучка, выполненный с возможностью отслеживания глаза путем направления светового пучка для генерации волнового фронта, отраженного от глаза, для сопровождения глаза.11. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 4 or 9, further comprising a second beam scanner configured to track the eye by directing the light beam to generate a wavefront reflected from the eye to accompany the eye. 12. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 11, в котором второй сканер пучка расположен на задней фокальной плоскости первой линзы первой оптической системы ретрансляции волнового фронта.12. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 11, wherein the second beam scanner is located on the rear focal plane of the first lens of the first optical wavefront relay system. 13. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 1, дополнительно содержащий компенсатор волнового фронта, расположенный на первой плоскости изображения волнового фронта, выполненный с возможностью частичной или полной компенсации одной или более составляющих аберрации волнового фронта, что позволяет более точно измерять оставшуюся(шиеся) составляющую(ие) аберрации волнового фронта.13. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 1, further comprising a wavefront compensator located on the first plane of the wavefront image, configured to partially or completely compensate for one or more components of the wavefront aberration, which allows more accurate measurement of the remaining (existing) component (s) wavefront aberrations. 14. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 1, причем офтальмологический датчик волнового фронта выполнен с возможностью присоединения к офтальмологическому микроскопу.14. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 1, wherein the ophthalmic wavefront sensor is configured to be connected to an ophthalmic microscope. 15. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 1, дополнительно содержащий датчик изображения глаза, выполненный с возможностью обеспечения оперативного изображения передней части глаза, и второй светонаправляющий элемент, выполненный с возможностью обеспечения оптического пути для формирования изображения глаза.15. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 1, further comprising an eye image sensor configured to provide a live image of the front of the eye, and a second light guide element configured to provide an optical path for forming an image of the eye. 16. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 15, дополнительно содержащий дисплей, выполненный с возможностью отображения оперативного изображения передней части глаза с наложением качественного и/или количественного результата измерения волнового фронта.16. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 15, further comprising a display configured to display a live image of the front of the eye with the imposition of a qualitative and / or quantitative wavefront measurement result. 17. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 15, причем датчик изображения дополнительно выполнен с возможностью обеспечения информации о местоположении зрачка глаза.17. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 15, wherein the image sensor is further configured to provide information about the location of the eye pupil. 18. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 1, дополнительно содержащий линзу, расположенную между матрицей элементов отбора частичного волнового фронта и матрицей двухмерных устройств регистрации положения, выполненную с возможностью ретрансляции и оптического увеличения разнесения между пятнами изображения, образованными матрицей элементов отбора частичного волнового фронта на плоскости пятна изображения, в плоскость, где располагается матрица двухмерных устройств регистрации положения.18. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 1, further comprising a lens located between the matrix of partial wavefront selection elements and the matrix of two-dimensional position recording devices, configured to relay and optically increase the spacing between the image spots formed by the matrix of partial wavefront selection elements by the image spot plane, to the plane where the matrix of two-dimensional position recording devices is located. 19. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 1, дополнительно содержащий электронную систему частотно-чувствительного обнаружения, присоединенную для приема опорного сигнала и сигнала измерения, причем электронная система частотно-чувствительного обнаружения выполнена с возможностью указания только величины частотной составляющей сигнала измерения, близкой к опорной частоте, что позволяет, по существу, подавлять все шумовые сигналы, например 1/f шум, причем f представляет постоянный сигнал и частоты ниже, чем опорная частота.19. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 1, further comprising an electronic frequency-sensitive detection system coupled to receive a reference signal and a measurement signal, wherein the electronic frequency-sensitive detection system is configured to indicate only a magnitude of the frequency component of the measurement signal close to the reference frequency, which allows you to essentially suppress all noise signals, for example 1 / f noise, with f representing a constant signal and frequencies lower than the reference frequency. 20. Офтальмологический датчик волнового фронта, содержащий: первую оптическую систему ретрансляции волнового фронта, выполненную с возможностью ретрансляции волнового фронта, отраженного от глаза, из первой объектной плоскости первой оптической системы ретрансляции волнового фронта, находящейся на передней части глаза пациента, в первую плоскость изображения волнового фронта первой оптической системы ретрансляции волнового фронта вдоль первого пути пучка, которая может направлять пучок ретрансляции падающего волнового фронта на первой объектной плоскости к первой плоскости изображения волнового фронта;
сканер/дефлектор пучка, расположенный вдоль пути пучка, выполненный с возможностью полного перехвата и сканирования пучка ретрансляции волнового фронта;
матрицу двухмерных устройств регистрации положения, причем каждое двухмерное устройство регистрации положения выполнено с возможностью обнаружения величины отклонения центроида пятна изображения от опорного положения и вывода сигнала измерения, указывающего величину двухмерного отклонения; и
матрицу элементов отбора частичного волнового фронта, расположенную до матрицы двухмерных устройств регистрации положения, причем каждый элемент отбора в матрице элементов отбора частичного волнового фронта выполнен с возможностью отбора частичного волнового фронта ретранслированного волнового фронта и фокусировки отобранного частичного волнового фронта на соответствующее двухмерное устройство регистрации положения в матрице двухмерных устройств регистрации положения, причем элементы отбора частичного волнового фронта физически разнесены друг от друга таким образом, что каждый отобранный частичный волновой фронт волнового фронта, отраженного от глаза, фокусируется только на соответствующее двухмерное устройство регистрации положения, соответствующее элементу отбора частичного волнового фронта.
20. An ophthalmic wavefront sensor, comprising: a first optical wavefront relay system configured to relay the wavefront reflected from the eye from the first object plane of the first optical wavefront relay system located on the front of the patient’s eye to the first wave image plane of the front of the first optical wavefront relay system along the first beam path, which can direct the incident wavefront relay beam to howl object plane to the first plane wavefront image;
a beam scanner / deflector located along the beam path, configured to completely intercept and scan the wavefront relay beam;
a matrix of two-dimensional position recording devices, wherein each two-dimensional position recording device is configured to detect a deviation of the centroid of the image spot from the reference position and output a measurement signal indicating the magnitude of the two-dimensional deviation; and
a matrix of partial wavefront selection elements located upstream of the matrix of two-dimensional position recording devices, each selection element in the matrix of partial wavefront selection elements is configured to select a partial wavefront of the relayed wavefront and focus the selected partial wavefront on the corresponding two-dimensional position recording device in the matrix two-dimensional position recording devices, the elements of the partial wavefront selection physically ki spaced from each other so that each selected partial wavefront of the wavefront reflected from the eye focuses only on the corresponding two-dimensional position registration device corresponding to selection of a partial element of the wavefront.
21. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 20, дополнительно содержащий:
вторую оптическую систему ретрансляции волнового фронта, имеющую вторую объектную плоскость, находящуюся, по существу, на первой плоскости изображения волнового фронта, выполненную с возможностью дальнейшей ретрансляции волнового фронта, отраженного от глаза, из второй объектной плоскости во вторую плоскость изображения волнового фронта вдоль второго пути пучка, которая может направлять пучок ретрансляции падающего волнового фронта на первой объектной плоскости ко второй плоскости изображения волнового фронта;
причем матрица элементов отбора частичного волнового фронта расположена по существу на второй плоскости изображения волнового фронта;
причем сканер/дефлектор пучка расположен, по существу, во второй плоскости преобразования Фурье и выполнен с возможностью полного перехвата и сканирования пучка ретрансляции волнового фронта в двух измерениях;
причем матрица элементов отбора частичного волнового фронта расположена, по существу, во второй плоскости изображения волнового фронта.
21. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 20, further comprising:
a second wavefront optical relay system having a second object plane located essentially on the first wavefront image plane, configured to further relay the wavefront reflected from the eye from the second object plane to the second wavefront image plane along the second beam path which can direct the incident beam relay beam on the first object plane to the second image plane of the wave front;
moreover, the matrix of the elements of the selection of the partial wave front is located essentially on the second plane of the image of the wave front;
moreover, the scanner / beam deflector is located essentially in the second Fourier transform plane and is configured to completely intercept and scan the wavefront relay beam in two dimensions;
moreover, the matrix of elements of the selection of the partial wave front is located essentially in the second plane of the image of the wave front.
22. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 20, в котором первая оптическая система ретрансляции волнового фронта включает в себя первую и вторую линзы, причем каждая линза имеет диаметр, фокусное расстояние и оптическую ось, причем первая оптическая система ретрансляции волнового фронта выполнена с возможностью ретрансляции волнового фронта, отраженного от глаза, из первой объектной плоскости, находящейся на передней части глаза пациента, в первую плоскость преобразования Фурье, находящуюся между первой и второй линзами, и в первую плоскость изображения волнового фронта вдоль первого пути пучка, причем фокусные расстояния и диаметры первой и второй линз выбираются для направления пучка ретрансляции падающего волнового фронта на первой объектной плоскости к первой плоскости изображения волнового фронта; и
в котором сканер/дефлектор пучка расположен, по существу, в первой плоскости преобразования Фурье, находящейся между первой и второй линзами; и причем матрица элементов отбора частичного волнового фронта расположена, по существу, в первой плоскости изображения волнового фронта.
22. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 20, wherein the first optical wavefront relay system includes a first and second lens, each lens having a diameter, a focal length and an optical axis, wherein the first optical wavefront relay system is capable of relaying the wavefront reflected from the eye from the first object plane located on the front of the patient’s eye to the first Fourier transform plane located between the first and second lenses and in a plane plane of the wavefront image along the first path of the beam, the focal lengths and diameters of the first and second lenses being selected to direct the beam of relaying the incident wavefront on the first object plane to the first plane of the wavefront image; and
in which the scanner / beam deflector is located essentially in the first Fourier transform plane located between the first and second lenses; and wherein the matrix of partial wavefront selection elements is located essentially in the first image plane of the wavefront.
23. Офтальмологический датчик волнового фронта по п. 21, в котором первая оптическая система ретрансляции волнового фронта включает в себя первую и вторую линзы, причем каждая линза имеет диаметр, фокусное расстояние и оптическую ось, причем фокусные расстояния и диаметры первой и второй линз выбираются для направления пучка ретрансляции падающего волнового фронта на первой объектной плоскости к первой плоскости изображения волнового фронта; и
вторая оптическая система ретрансляции волнового фронта включает в себя третью и четвертую линзы, причем каждая линза имеет диаметр, фокусное расстояние и оптическую ось, фокусные расстояния и диаметры третьей и четвертой линз выбираются для дальнейшего направления пучка ретрансляции падающего волнового фронта на первой объектной плоскости ко второй плоскости изображения волнового фронта.
23. The ophthalmic wavefront sensor according to claim 21, wherein the first optical wavefront relay system includes a first and second lens, each lens having a diameter, a focal length and an optical axis, the focal lengths and diameters of the first and second lenses being selected for the direction of the relay beam of the incident wave front on the first object plane to the first plane of the wavefront image; and
the second optical wavefront relay system includes a third and fourth lenses, each lens having a diameter, focal length and optical axis, focal lengths and diameters of the third and fourth lenses are selected for further direction of the incident wave relay relay beam on the first object plane to the second plane images of the wavefront.
24. Офтальмологический датчик волнового фронта по любому из пп. 20-23, дополнительно содержащий:
линзу, расположенную между матрицей элементов отбора частичного волнового фронта и матрицей двухмерных устройств регистрации положения, выполненную с возможностью ретрансляции и оптического увеличения разнесения между пятнами изображения, образованными матрицей элементов отбора частичного волнового фронта на плоскости пятна изображения, в плоскость, где располагается матрица двухмерных устройств регистрации положения.
24. Ophthalmic wavefront sensor according to any one of paragraphs. 20-23, further comprising:
a lens located between the matrix of partial wavefront selection elements and the matrix of two-dimensional position recording devices, configured to relay and optically increase the spacing between image spots formed by the matrix of partial wavefront selection elements on the image spot plane, to the plane where the matrix of two-dimensional registration devices is located provisions.
RU2014147974/14A 2012-04-30 2013-04-17 Ophthalmic wave front sensor, operating in parallel sampling and synchronous detection mode RU2600854C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/459,914 US8777413B2 (en) 2006-01-20 2012-04-30 Ophthalmic wavefront sensor operating in parallel sampling and lock-in detection mode
US13/459,914 2012-04-30
PCT/US2013/036850 WO2013165689A1 (en) 2012-04-30 2013-04-17 Ophthalmic wavefront sensor operating in parallel sampling and lock-in detection mode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014147974A RU2014147974A (en) 2016-06-27
RU2600854C2 true RU2600854C2 (en) 2016-10-27

Family

ID=48407771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014147974/14A RU2600854C2 (en) 2012-04-30 2013-04-17 Ophthalmic wave front sensor, operating in parallel sampling and synchronous detection mode

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP2846679A1 (en)
JP (1) JP5996097B2 (en)
KR (1) KR101648974B1 (en)
CN (1) CN104394755B (en)
AU (1) AU2013256801B2 (en)
BR (1) BR112014027078A2 (en)
CA (1) CA2871891C (en)
RU (1) RU2600854C2 (en)
TW (1) TWI508700B (en)
WO (1) WO2013165689A1 (en)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11771596B2 (en) 2010-05-10 2023-10-03 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. System and method for treating an eye
CN103025282B (en) 2010-05-10 2015-03-11 特拉维夫大学拉玛特有限公司 System for treating glaucoma by directing electromagnetic energy to the limbal area of an eye
US9655517B2 (en) 2012-02-02 2017-05-23 Visunex Medical Systems Co. Ltd. Portable eye imaging apparatus
US20150021228A1 (en) 2012-02-02 2015-01-22 Visunex Medical Systems Co., Ltd. Eye imaging apparatus and systems
US9179840B2 (en) 2012-03-17 2015-11-10 Visunex Medical Systems Co. Ltd. Imaging and lighting optics of a contact eye camera
US9351639B2 (en) 2012-03-17 2016-05-31 Visunex Medical Systems Co. Ltd. Eye imaging apparatus with a wide field of view and related methods
EP3013235B1 (en) * 2013-06-25 2020-11-18 Digital Direct IR, Inc. Side-scan infrared imaging devices
US9655501B2 (en) 2013-06-25 2017-05-23 Digital Direct Ir, Inc. Side-scan infrared imaging devices
GB201400927D0 (en) * 2014-01-20 2014-03-05 Keeler Ltd Ophthalmic apparatus
US9986908B2 (en) 2014-06-23 2018-06-05 Visunex Medical Systems Co. Ltd. Mechanical features of an eye imaging apparatus
US9848773B2 (en) 2015-01-26 2017-12-26 Visunex Medical Systems Co. Ltd. Disposable cap for an eye imaging apparatus and related methods
US9693686B2 (en) * 2015-04-30 2017-07-04 Novartis Ag Ophthalmic visualization devices, systems, and methods
TWI589851B (en) * 2015-11-20 2017-07-01 九驊科技股份有限公司 Optical wavefront measuring device and method
US10757328B2 (en) * 2016-12-23 2020-08-25 Microsoft Technology Licensing, Llc Eye tracking using video information and electrooculography information
CN107361738B (en) * 2017-08-16 2023-11-21 苏州四海通仪器有限公司 Diaphragm system for ophthalmic device and ophthalmic device
CA3080443A1 (en) * 2017-12-19 2019-06-27 Alcon Inc. Imaging multiple parts of the eye
US10175490B1 (en) * 2017-12-20 2019-01-08 Aperture In Motion, LLC Light control devices and methods for regional variation of visual information and sampling
WO2019220638A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 三菱電機株式会社 Wavefront measurement device, wavefront measurement method and moving body observation device
WO2019220640A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 三菱電機株式会社 Wavefront measurement device, wavefront measurement method and moving body observation device
US11382794B2 (en) * 2018-07-02 2022-07-12 Belkin Laser Ltd. Direct selective laser trabeculoplasty
CN109199320B (en) * 2018-07-27 2021-08-06 上海贝高医疗科技有限公司 Portable eyesight screening instrument and light path structure thereof
CN109222886B (en) * 2018-11-16 2024-04-12 苏州巨目光学科技有限公司 Diopter adjustable regulating eye
CN114206198A (en) 2019-08-06 2022-03-18 爱尔康公司 Adaptive optics system and method for vitreoretinal surgery
CN110672883B (en) * 2019-10-17 2020-10-30 中国科学院长春应用化学研究所 Near-field super-resolution optical imaging method based on periodic nanopore array and lens medium microsphere array
KR20220144801A (en) * 2020-01-14 2022-10-27 피엑스이 컴퓨테이셔널 이미징 엘티디 Systems and methods for measurement and optical imaging of objects
EP3928683A1 (en) * 2020-06-24 2021-12-29 Carl Zeiss Vision International GmbH Device and method for determining at least one ocular aberration
EP3973849A1 (en) 2020-09-24 2022-03-30 Carl Zeiss Vision International GmbH Apparatus and method for determining the refractive error of an eye
CN113827180B (en) * 2021-08-12 2024-04-09 天津市索维电子技术有限公司 Multi-point parallel acquisition anterior ocular segment analysis device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020159030A1 (en) * 2000-05-08 2002-10-31 Frey Rudolph W. Apparatus and method for objective measurement of optical systems using wavefront analysis
RU2431813C2 (en) * 2006-01-20 2011-10-20 Клэрити Медикал Системс Wave front transducer

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4141652A (en) 1977-11-25 1979-02-27 Adaptive Optics Associates, Inc. Sensor system for detecting wavefront distortion in a return beam of light
US5164578A (en) 1990-12-14 1992-11-17 United Technologies Corporation Two-dimensional OCP wavefront sensor employing one-dimensional optical detection
US5777719A (en) 1996-12-23 1998-07-07 University Of Rochester Method and apparatus for improving vision and the resolution of retinal images
US6409345B1 (en) 2000-08-08 2002-06-25 Tracey Technologies, Llc Method and device for synchronous mapping of the total refraction non-homogeneity of the eye and its refractive components
DE19904753C1 (en) 1999-02-05 2000-09-07 Wavelight Laser Technologie Gm Device for photorefractive corneal surgery of the eye for correcting high-order visual defects
US6376819B1 (en) 1999-07-09 2002-04-23 Wavefront Sciences, Inc. Sub-lens spatial resolution Shack-Hartmann wavefront sensing
US6264328B1 (en) * 1999-10-21 2001-07-24 University Of Rochester Wavefront sensor with off-axis illumination
US6199986B1 (en) 1999-10-21 2001-03-13 University Of Rochester Rapid, automatic measurement of the eye's wave aberration
US6419671B1 (en) 1999-12-23 2002-07-16 Visx, Incorporated Optical feedback system for vision correction
US6616279B1 (en) 2000-10-02 2003-09-09 Johnson & Johnson Vision Care, Inc. Method and apparatus for measuring wavefront aberrations
UA59488C2 (en) * 2001-10-03 2003-09-15 Василь Васильович Молебний Method for measuring wave aberrations of eye and device for its realization (variants)
US6784408B1 (en) 2001-04-25 2004-08-31 Oceanit Laboratories, Inc. Array of lateral effect detectors for high-speed wavefront sensing and other applications
US6709108B2 (en) 2001-08-31 2004-03-23 Adaptive Optics Associates, Inc. Ophthalmic instrument with adaptive optic subsystem that measures aberrations (including higher order aberrations) of a human eye and that provides a view of compensation of such aberrations to the human eye
US6781681B2 (en) 2001-12-10 2004-08-24 Ophthonix, Inc. System and method for wavefront measurement
US6736510B1 (en) 2003-02-04 2004-05-18 Ware Tec Vision Systems, Inc. Ophthalmic talbot-moire wavefront sensor
US6910770B2 (en) 2003-02-10 2005-06-28 Visx, Incorporated Eye refractor with active mirror wavefront sensor
US7414712B2 (en) 2003-02-13 2008-08-19 University Of Rochester Large dynamic range Shack-Hartmann wavefront sensor
US7556378B1 (en) 2003-04-10 2009-07-07 Tsontcho Ianchulev Intraoperative estimation of intraocular lens power
GB0314444D0 (en) 2003-06-20 2003-07-23 Univ Heriot Watt Novel wavefront sensor
CN1299633C (en) * 2003-11-13 2007-02-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Refraction and diffraction mixed zoom optical system suitable for Hartmann wave front sensor
AU2005234778B2 (en) 2004-04-20 2011-04-21 Alcon Inc. Integrated surgical microscope and wavefront sensor
US8356900B2 (en) 2006-01-20 2013-01-22 Clarity Medical Systems, Inc. Large diopter range real time sequential wavefront sensor
US8777413B2 (en) * 2006-01-20 2014-07-15 Clarity Medical Systems, Inc. Ophthalmic wavefront sensor operating in parallel sampling and lock-in detection mode
US8118429B2 (en) 2007-10-29 2012-02-21 Amo Wavefront Sciences, Llc. Systems and methods of phase diversity wavefront sensing
US20100208203A1 (en) 2009-02-18 2010-08-19 Sarver Edwin J Compact ocular wavefront system with long working distance

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020159030A1 (en) * 2000-05-08 2002-10-31 Frey Rudolph W. Apparatus and method for objective measurement of optical systems using wavefront analysis
RU2431813C2 (en) * 2006-01-20 2011-10-20 Клэрити Медикал Системс Wave front transducer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С. А. Потанин и др. ДАТЧИК ФОРМЫ ВОЛНОВОГО ФРОНТА ШАКА-ГАРТМАНА В СХОДЯЩЕМСЯ ПУЧКЕ. ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2006, том 32, 6, с. 477-480. *

Also Published As

Publication number Publication date
KR101648974B1 (en) 2016-08-17
CA2871891A1 (en) 2013-11-07
JP2015523105A (en) 2015-08-13
AU2013256801A1 (en) 2014-11-20
CN104394755B (en) 2017-12-12
CA2871891C (en) 2016-11-01
TW201350082A (en) 2013-12-16
AU2013256801B2 (en) 2015-11-05
CN104394755A (en) 2015-03-04
EP2846679A1 (en) 2015-03-18
JP5996097B2 (en) 2016-09-21
TWI508700B (en) 2015-11-21
WO2013165689A1 (en) 2013-11-07
RU2014147974A (en) 2016-06-27
BR112014027078A2 (en) 2019-09-24
KR20150035562A (en) 2015-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2600854C2 (en) Ophthalmic wave front sensor, operating in parallel sampling and synchronous detection mode
US8777413B2 (en) Ophthalmic wavefront sensor operating in parallel sampling and lock-in detection mode
CN104883956B (en) For operating the apparatus and method of the biggest power range order Wavefront sensor
AU766296B2 (en) High resolution device for observing a body
JP7177788B2 (en) MULTI-SCALE SCANNING IMAGING SYSTEM AND MULTI-SCALE SCANNING IMAGING METHOD
EP4029429A1 (en) Ophthalmology device, and control method, and program therefor
JP2011104135A (en) Optical image capturing method and apparatus thereof
JP6494385B2 (en) Optical image pickup apparatus and control method thereof
JP2016150090A (en) Imaging apparatus and control method of the same
CN104883957B (en) For operating the apparatus and method of the biggest power range order Wavefront sensor
JP2002336200A (en) Ophthalmoscopic equipment
JP2016168192A (en) Image capturing apparatus and control method therefor
dos Santos Anjos Development of a fundus camera for analysis of photoreceptor directionality in the healthy retina

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180418