Способ измерения дифракционных линз
Способ может использоваться для измерения оптических свойств многофокусных офтальмологических линз. В способе пропускают свет через дифракционную линзу на массив элементарных линз, в котором каждая элементарная линза принимает часть света и в котором дифракционная линза имеет границу зоны, покрывающую, по меньшей мере, часть одной элементарной линзы. Измеряют свойства дифракционной линзы на основании света, сфокусированного массивом элементарных линз и зарегистрированного датчиком. Регулируют результат измерения для компенсации предполагаемых оптических свойств дифракционного компонента линзы в измерительной системе. Размытые пятна и/или двойные пятна могут представлять дифракционные зоны волнового фронта. Центроид пятна или более яркое из двух пятен можно использовать для определения поперечной позиции пятна. Теоретические расчеты, лабораторные измерения, клинические измерения и экспериментальные изображения пятен можно генерировать, сравнивать и взаимно проверять для определения эквивалентной однофокусной линзы. Технический результат - компенсация с помощью дифракционных линз оптических эффектов, обусловленных тем, что волновой фронт не является гладким и непрерывным, и локальные наклоны индивидуальных зон и нарушения непрерывности на дифракционных ступеньках влияют на положение пятна. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 19 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Данная заявка притязает на приоритет предварительной патентной заявки № 60/952,913, поданной 31 июля 2007 г., под названием "СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИФРАКЦИОННЫХ ЛИНЗ", которая в полном объеме явным образом включена сюда посредством ссылки для всех целей.
Область техники
Настоящее изобретение относится, в общем случае, к дифракционным офтальмологическим линзам и к способу измерения оптических свойств дифракционной линзы.
Уровень техники
Дифракционные линзы обычно используют дифракционные "зоны", которые нарушают оптический волновой фронт нарушениями непрерывности. Поперечные разделения между границами зон и оптические фазовые задержки на границах зон объединяются друг с другом для перенаправления света в управляемом режиме. Сам оптический волновой фронт обычно разрывается сразу после прохождения через дифракционную линзу в отличие от случая традиционной оптической системы построения изображения, где волновой фронт обычно является гладким и непрерывным.
Оптический волновой фронт традиционной однофокусной системы построения изображения можно использовать для определения оптических свойств изображения, создаваемого системой. Волновой фронт можно использовать для вычисления функции рассеяния точки, функции передачи модуляции или различных других характеристик качества изображения. Один способ, который можно использовать для измерения волнового фронта в традиционной линзе в системе Шака-Хартмана, где волновой фронт освещает массив малых элементарных линз. Свет, проходящий через каждую элементарную линзу, фокусируется, и если локальный волновой фронт наклонен, сфокусированное пятно смещается в поперечном направлении на расстояние, которое представляет локальный наклон линзы на участке элементарной линзы. Наклоны волнового фронта измеряются для всех элементарных линз подобным образом, и наклоны объединяются для создания волнового фронта. Этот способ используется во многих областях и в последнее время приобрел популярность в офтальмологии, где его можно использовать для измерения качества волнового фронта человеческого глаза.
Проблемы возникают, когда массив элементарных линз используется для измерения дифракционной линзы, поскольку способ позволяет измерять только наклон локальных волновых фронтов и не позволяет измерять зональные оптические нарушения непрерывности, характерные для дифракционных линз. Аналогичное ограничение существует для линзы Френеля, которая представляет собой однофокусную линзу, где физическая толща линзы уменьшается за счет сдвига поверхности линзы в осевом направлении. Эти сдвиги могут располагаться произвольно, и они могут иметь произвольные оптические фазовые задержки для линзы Френеля. Наклон поверхности линзы в любом месте близок к наклону поверхности исходной линзы, но добавляются фазовые нарушения непрерывности, которые влияют на оптические свойства.
Одним конкретным офтальмическим применением дифракционных линз является интраокулярная линза. Интраокулярные линзы ("ИОЛ") обычно имплантируют в глаза пациентов при хирургическом лечении катаракты для компенсации потери оптической силы, которая происходит в результате удаления естественного хрусталика. Термины "интраокулярная линза" и его аббревиатура ИОЛ используются здесь взаимозаменяемо для обозначения линз, которые имплантируются внутрь глаза либо для замены естественного хрусталика, либо для другой коррекции зрения независимо от того, удален ли естественный хрусталик. Они обеспечивают оптическую силу для коррекции неправильной рефракции естественного глаза. Существует много разных типов интраокулярных линз для работы в различных условиях для исправления зрения пациента.
Дифракционные линзы могут обеспечивать дифракцию света одновременно в нескольких направлениях, которые обычно называют дифракционными порядками. В многофокусных интраокулярных линзах можно использовать два дифракционных порядка, которые обеспечивают пациента двумя оптическими силами: для дальнего видения и для ближнего видения. Такие дифракционные интраокулярные линзы обычно призваны иметь "добавочную" силу, которая обеспечивает разделение между дальним фокусом и ближним фокусом. Таким образом, дифракционная ИОЛ может снабжать пациента видением в диапазоне расстояний до объекта.
Когда дифракционная ИОЛ имплантирована в глаз, она влияет на волновой фронт вышеописанным образом. Нарушения непрерывности волнового фронта оказывают влияние на измерения с использованием массива элементарных линз.
Сущность изобретения
Требуется способ компенсации с помощью дифракционных линз оптических эффектов, обусловленных тем, что волновой фронт не является гладким и непрерывным, как у традиционной однофокусной линзы, и локальные наклоны индивидуальных зон, и нарушения непрерывности на дифракционных ступеньках влияют на положение пятна.
Некоторые варианты осуществления предусматривают систему и способ измерения оптических свойств дифракционной линзы. В некоторых вариантах осуществления способ измерения оптических свойств дифракционной линзы позволяет измерять дифракционные линзы, которые имеют торические или асферические компоненты. Способ может включать в себя выборку участков волнового фронта дифракционной линзы. Волновой фронт дифракционной линзы имеет нарушения непрерывности, и выборка волнового фронта может быть недостаточно детальной для измерения истинного волнового фронта. Например, в офтальмологии выборка, в общем случае, предусматривает грубую выборку, которая имеет тенденцию пересекать границы зон. Для грубой выборки может потребоваться некоторая коррекция или конверсия.
Некоторые варианты осуществления предусматривают способ измерения оптических свойств интраокулярной линзы (ИОЛ). Некоторые раскрытые здесь варианты осуществления могут предусматривать способ измерения оптических свойств дифракционной линзы, содержащий этапы, на которых пропускают свет через дифракционную линзу и на массив элементарных линз, измеряют одно или несколько свойств дифракционной линзы на основании света, в общем случае, сфокусированного массивом элементарных линз и зарегистрированного датчиком, и регулируют результат измерения для компенсации предполагаемых оптических свойств дифракционного компонента линзы в измерительной системе. В некоторых вариантах осуществления каждая элементарная линза принимает часть света, и дифракционная линза имеет границу зоны, покрывающую, по меньшей мере, часть одной элементарной линзы. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором сравнивают позицию светового пятна, сфокусированного каждой элементарной линзой, с позицией пятна для полностью коллимированного волнового фронта для определения поперечного перемещения пятна. В некоторых вариантах осуществления влияние дифракционной структуры вычисляют с использованием преобразования Фурье волнового фронта через каждую элементарную линзу для фазовой задержки, вносимой дифракционной структурой. В некоторых вариантах осуществления влияние дифракционной структуры определяют путем сравнения измеренных значений для дифракционной линзы и эквивалентной однофокусной линзы для определения коррекции. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором идентифицируют размытые или двойные пятна и регулируют локальный наклон для элементарной линзы для представления эквивалентной однофокусной линзы. Наличие размытого или двойного пятна свидетельствует о наличии дифракционного участка поверхности линзы. В некоторых вариантах осуществления на этапе сравнения одного или нескольких определенных свойств дифракционной линзы с одним или несколькими из предполагаемых свойств дифракционной линзы определяют эквивалентную однофокусную линзу. В некоторых вариантах осуществления при определении эквивалентной однофокусной линзы сравнивают теоретические расчеты и лабораторные измерения. В некоторых вариантах осуществления при определении эквивалентной однофокусной линзы сравнивают теоретические расчеты и клинические измерения. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором попарно сравнивают друг с другом два или более из теоретических расчетов, лабораторных измерений и клинических измерений. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором анализируют участок волнового фронта. В некоторых вариантах осуществления на этапе сравнения одного или нескольких определенных свойств дифракционной линзы с одним или несколькими из предполагаемых свойств дифракционной линзы оценивают теоретическое искажение данных на основании конструкции линзы и компенсируют оценку теоретического искажения. В некоторых вариантах осуществления на этапе сравнения одного или нескольких определенных свойств дифракционной линзы с одним или несколькими из предполагаемых свойств дифракционной линзы вычисляют приблизительный участок линзы, который будет покрывать элементарную линзу для оценивания величины двойного пятна.
Некоторые раскрытые здесь варианты осуществления могут предусматривать способ измерения оптических свойств дифракционной линзы, содержащий этапы, на которых пропускают свет через дифракционную линзу, в котором дифракционная линза имеет границу зоны, покрывающую, по меньшей мере, часть одной элементарной линзы, с использованием системы, предназначенной для измерения оптических свойств линзы, измеряют одно или несколько свойств дифракционной линзы на основании света, выходящего из линзы, вычисляют одно или несколько свойств дифракционной линзы для определения одного или нескольких предполагаемых свойств дифракционной линзы, сравнивают одно или несколько определенных свойств дифракционной линзы с одним или несколькими теоретическими расчетами дифракционной линзы, вычисляют одно или несколько свойств системы, используемой для измерения свойств линзы, измеряют одно или несколько свойств системы, используемой для измерения свойств дифракционной линзы, и корректируют измерение одного или нескольких свойств дифракционной линзы на основании сравнения с одним или несколькими предполагаемыми свойствами дифракционной линзы и одним или несколькими свойствами системы для измерения свойств линзы. В некоторых вариантах осуществления на этапе измерения одного или нескольких свойств дифракционной линзы измеряют сферическую аберрацию дифракционной линзы.
Варианты осуществления способов измерения дифракционных линз можно применять к линзам Френеля, к однофокусным и многофокусным дифракционным линзам и к другим зональным линзам, например зональным преломляющим многофокусным ИОЛ. Зональные преломляющие линзы могут не иметь нарушения непрерывности оптической фазы на границе зоны и могут в большинстве своем иметь изменение наклона волнового фронта.
Другие задачи и преимущества раскрытых здесь вариантов осуществления будут более очевидны и понятны, если рассматривать их в сочетании с нижеследующем описанием и прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
Более полного понимания раскрытия и его преимуществ можно добиться, обратившись к нижеследующему описанию, приведенному совместно с прилагаемыми чертежами, в которых сходные позиции обозначают, в общем случае, сходные признаки и в которых:
фиг. 1 и 2 - схемы вариантов осуществления модельных глаз;
фиг. 3 - схематический вид одного варианта осуществления системы, которую можно использовать для измерения оптических свойств дифракционных интраокулярных линз;
фиг. 4 - пример экрана LADARWave®, где отображаются измеренные значения Цернике для линзы в модельном глазу с малой величиной дефокусировки;
фиг. 5 - снимок экрана модельного глаза Zemax® с линзой с использованием роговицы из ПММА;
фиг. 6 - один вариант осуществления профиля дифракционной поверхности для одного варианта осуществления линзы, которая может иметь дифракционные зоны и непрерывные зоны;
фиг. 7A и 7B - примеры массивов пятен, которые можно формировать, пропуская свет через линзы, имеющие дифракционные поверхности;
фиг. 8 - представление двойного пятна из выхода массива, показанного на фиг. 7A или 7B;
фиг. 9 - представление размытого пятна из выхода массива, показанного на фиг. 7A или 7B;
фиг. 10 - графическое представление сравнения интенсивности света для двойного пятна и единичного пятна;
фиг. 11 - графическое представление сравнения лабораторных и клинических данных сферической аберрации Цернике (W40) для разных диаметров зрачка;
фиг. 12 - графическое представление сравнения лабораторных и клинических значений сферической аберрации Цернике (W40) для линз;
фиг. 13 - графические представления измерений модельного глаза по сравнению с расчетами для дифракционных линз, имеющих различные диаметры зрачка;
фиг. 14 - схематическое изображение волнового фронта для одного варианта осуществления дифракционной линзы;
фиг. 15A, B, C - снимки экрана экспериментальных пятен изображения, которые можно использовать для взаимной проверки методов измерения; и
фиг. 16 - снимок экрана расчетов для одного квадранта массива пятен.
Хотя это раскрытие допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные варианты осуществления показаны в порядке примера на чертежах и будут подробно описаны. Однако следует понимать, что чертежи и их подробное описание не призваны ограничивать раскрытие конкретной раскрытой формой, но, напротив, призваны охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, отвечающие сущности и объему настоящего раскрытия, которые заданы прилагаемой формулой изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Отвечающие изобретению система и способ измерения дифракционных линз и различные их признаки и преимущественные детали более подробно объясняются со ссылкой на неограничительные варианты осуществления, детализированные в нижеследующем описании. Описания общеизвестных исходных материалов, технологий производства, компонентов и оборудования опущены, чтобы не затемнять изобретение несущественными деталями. Однако опытным специалистам следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, хотя и раскрывают предпочтительные варианты осуществления изобретения, приведены лишь в порядке иллюстрации, но не ограничения. Различные замены, модификации и дополнения в рамках сущности изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники по прочтении этого раскрытия. Опытным специалистам также очевидно, что представленные здесь чертежи необязательно выполнены в масштабе.
Используемые здесь термины "содержит", "содержащий", "включает в себя", "включающий в себя", "имеет", "имеющий" или любые другие их вариации призваны охватывать неисключающее включение. Например, процесс, изделие или устройство, которое содержит список элементов, необязательно ограничивается только этими элементами, но может включать в себя другие элементы, в явном виде не перечисленные или не свойственные такому процессу, изделию или устройству. Кроме того, если прямо не указано обратно, "или" означает «включающее или», а не «исключающее или». Например, условие «A или B» выполняется в одном из случаев: A истинно (или присутствует) и B ложно (или отсутствует), A ложно (или отсутствует) и B истинно (или присутствует) и A и B оба истинны (или присутствуют).
Кроме того, любые приведенные здесь примеры или иллюстрации ни в коем случае не следует рассматривать как ограничения или явные определения любого термина или терминов, с которыми они используются. Напротив, эти примеры или иллюстрации следует рассматривать как описываемые в отношении одного конкретного варианта осуществления и исключительно в порядке иллюстрации. Специалисту в данной области техники очевидно, что любой термин или термины, с которыми используются эти примеры или иллюстрации, будут охватывать другие варианты осуществления, которые могут быть приведены или не приведены здесь или в другом месте описания изобретения, и все подобные варианты осуществления подлежат включению в объем этого термина или терминов. Лексикон, описывающий такие неограничительные примеры и иллюстрации, включает в себя, но без ограничения: "например", "в одном варианте осуществления".
Различные варианты осуществления проиллюстрированы на чертежах, снабженных сквозной системой обозначений.
Некоторые раскрытые здесь варианты осуществления предусматривают системы и способы измерения оптических свойств дифракционных линз. Дифракционная линза имеет границы зон между дифракционными зонами, а также может иметь недифракционные зоны. В некоторых вариантах осуществления измерение волнового фронта можно использовать для оценивания оптических свойств по поверхности линзы, и эти оптические свойства можно использовать для оценивания оптических характеристик или для выявления конкретной причины изменения качества изображения.
Линза, имеющая дифракционные зоны, может располагаться в системе для измерения оптических свойств линз. Источник света можно направлять к линзе, и свет также можно пропускать через вторичную линзу, если она включена. Результат можно сравнивать с проецируемым светом, прошедшим через линзу, имеющую недифракционные поверхности, для определения влияния дифракционного компонента. Специалистам в данной области техники очевидно, что эти подходы можно в равной степени применять к различным другим приложениям, например свету, отраженному от сетчатки пациента, которая действует как источник света, для измерения волнового фронта глаза.
Некоторые раскрытые здесь варианты осуществления предусматривают способы измерения оптических свойств дифракционных линз. В некоторых вариантах осуществления можно использовать систему Хартмана-Шака для измерения оптических свойств линзы. Одно решение проблемы использования системы Хартмана-Шака для измерения дифракционных линз может состоять в оценивании теоретического искажения данных на основании конструкции линзы с последующим обеспечением компенсации в программном обеспечении системы. В некоторых вариантах осуществления направление искажения для двойного пятна можно определить из самого двойного пятна, поскольку направление отклонения волнового фронта является направлением двойного пятна. В некоторых вариантах осуществления для определения величины искажения для двойного пятна можно вычислять приблизительный участок линзы, который будет покрывать элементарную линзу на этом участке массива.
Один вариант осуществления системы для измерения оптических свойств дифракционной линзы может предусматривать пятна изображения от дифракционной линзы. Сравнения интенсивностей пятна от чистой линзы и интенсивностей пятна для дифракционной линзы можно использовать для измерения оптических свойств. Один вариант осуществления способа вычисления искажения для двойного пятна может включать в себя масштабирование поперечного перемещения пятна дифракционной линзы с коэффициентом, определенным из расчетного распределения интенсивности пятна.
В некоторых вариантах осуществления способ измерения дифракционных линз может включать в себя расчет эффекта сдвига для более яркого пятна на каждой элементарной линзе и применение коррекции к данным по линии каждого размытого или смазанного пятна.
В некоторых вариантах осуществления измерения можно производить в лаборатории с использованием модельного глаза. В некоторых вариантах осуществления измерения можно производить в клинике. В некоторых вариантах осуществления измерения можно производить на реальном глазу пациента.
Одним примером многофокусной дифракционной ИОЛ является аподизированная дифракционная линза ReSTOR® производства Alcon Laboratories, Inc., Форт-Уэрт, Техас. Эта линза имеет центральную аподизированную дифракционную область, которая окружена областью без дифракционных зон. Специалистам в данной области техники очевидно, что другие однофокусные и многофокусные дифракционные линзы, включая интраокулярные линзы, можно измерять с использованием раскрытых здесь вариантов осуществления.
На фиг. 1 и 2 показаны схемы вариантов осуществления модельных глаз. В некоторых вариантах осуществления модельный глаз можно использовать для моделирования использования дифракционной линзы пациентом. Модельный глаз может моделировать роговицу посредством плоско-выпуклой линзы, поскольку ее можно точно выполнить из ПММА с допустимым уровнем аберрации, например, как показано на фиг. 1. Плоская поверхность плоско-выпуклой роговицы может действовать как переднее окно жидкостного элемента, в котором может располагаться испытуемая линза. Осевое положение линзы можно задавать для моделирования оптической конфигурации среднего человеческого глаза. В некоторых вариантах осуществления в модельном глазу также можно использовать менискообразную роговицу из ПММА, например, показанную на фиг. 2.
Варианты осуществления измерения линзы могут включать в себя изготовление физического модельного глаза для моделирования человеческого глаза. В некоторых вариантах осуществления роговичные линзы для использования в модельном глазу можно изготавливать на токарном станке с алмазным резцом с асферичностью, обеспечивающей коэффициент Цернике для сферической аберрации, которая свойственна типичному человеческому глазу. В некоторых вариантах осуществления среднеквадратичная сферическая аберрация Цернике на входном зрачке диаметром 6 мм для роговицы глаза может составлять около 0,285 микрон. Роговичная линза может быть основана на роговице среднего пациента. Плоско-выпуклая роговичная линза может иметь радиус 11,445 мм и толщину 2,0 мм. Коническая постоянная этой роговицы может составлять 0,5188. Конструктивное значение члена сферической аберрации Цернике роговицы может составлять 0.285 мкм для зрачка диаметром 6 мм (в воде).
В некоторых вариантах осуществления модельный глаз можно сконструировать и изготовить так, чтобы его можно было измерять с помощью офтальмической системы измерения волнового фронта, например системы LADARWave®. В некоторых вариантах осуществления положение дифракционной линзы 32 можно определить посредством теоретической трассировки лучей в модельном глазу для вычисления нужного физического положения.
На фиг. 3 показан схематический вид одного варианта осуществления системы, которую можно использовать для измерения оптических свойств дифракционных линз. В некоторых вариантах осуществления источник света 30 может представлять собой СИД. В некоторых вариантах осуществления источник света 30 может быть образован отражением светового пятна на сетчатке. В некоторых вариантах осуществления свет из точечного источника 30 может коллимироваться интраокулярной линзой 32. В некоторых вариантах осуществления линза 32 может располагаться в глазу пациента, и свет, отраженный от светового пятна на сетчатке, может проходить через линзу 32. Желательно измерение волнового фронта, связанного с линзой 32 в глазу. Однако размещение детектора вблизи линзы 32 может вызывать проблемы. В некоторых вариантах осуществления система 100 может включать в себя вторичную систему (не показана) для обеспечения детектирования волнового фронта, связанного с линзой 32.
В некоторых вариантах осуществления свет, прошедший через интраокулярную линзу 32, может проходить через массив 37 элементарных линз 38. Участок волнового фронта, связанного с линзой 32, может входить в каждую элементарную линзу 38 массива 37. Каждая элементарная линза 38 массива 37 может фокусировать участок волнового фронта, который входит в элементарную линзу 38, в пятно на пластине датчиков 36.
В некоторых вариантах осуществления элементарная линза 38 и датчик могут входить в состав датчика 36 волнового фронта Хартмана-Шака. В некоторых вариантах осуществления локальный наклон массива 37 элементарных линз 38 определяется и используется для реконструкции волнового фронта путем сравнения позиции светового пятна, сфокусированного каждой элементарной линзой, с позицией пятна для полностью коллимированного волнового фронта для определения поперечного перемещения пятна. Это указывает локальный наклон линзы для элементарной линзы в отсутствие дифракционной ступеньки. При наличии дифракционной ступеньки дополнительное перемещение пятна определяется для конструкции линзы и измерительного оборудования и используется для коррекции наклона локального волнового фронта, чтобы он представлял лежащую в ее основе однофокусную линзу. Любой наклон или любое отклонение волнового фронта может зрительно восприниматься как смещение относительно фокуса абсолютно плоской волны. В некоторых вариантах осуществления наклон локального волнового фронта может зрительно восприниматься как поперечное перемещение или сдвиг сфокусированного пятна. Можно заметить другие видимые различия для других изменений в массиве элементарных линз.
Системы измерения волнового фронта, используемые для измерения оптического волнового фронта, в общем случае, действуют исходя из того, что волновой фронт является гладким и непрерывным. Если какие-либо флуктуации наклона волнового фронта не будут зарегистрированы, среднее значение наклона может быть определено с ошибкой.
Для реконструкции волнового фронта можно использовать два общих метода реконструкции. Приближение Цернике может предусматривать аппроксимацию локальных наклонов массива 37 элементарных линз 38 множеством полиномов Цернике. В некоторых вариантах осуществления, если используется лишь несколько членов Цернике, производные высших порядков волнового фронта можно опустить. На фиг. 4 показан пример снимка экрана LADARWave®, в котором отображены измеренные значения Цернике для линзы в модельном глазу с малой величиной дефокусировки. Системы LADARWave® изготавливаются компанией Alcon Laboratories, Форт-Уэрт, Техас. В некоторых вариантах осуществления измерения линзы могут производиться на основании линзы, имеющей сферическую аберрацию Цернике W40. Специалистам в данной области техники очевидно, что можно оценивать и другие аберрации, например кому и трилистник. В иллюстративной однофокусной ИОЛ, измеренном в модельном глазу, показанном на фиг. 4, значение сферической аберрации равно 0,23 микрон.
Сферическая аберрация относительно нечувствительна к смещению центра и наклону линзы, тогда как другие значения для других аберраций Цернике могут быть более чувствительны к расположению линзы. В ряде случаев небольшие изменения позиции модельного глаза или позиции линзы могут приводить к большим перераспределениям в членах Цернике, поскольку они представляют наилучшее приближение индивидуализированного волнового фронта.
Программное обеспечение оптической трассировки лучей можно использовать для вычисления сферической аберрации Цернике для интраокулярных линз 32 для различных диаметров зрачка. Например, можно использовать Zemax, который является продуктом Zemax Development Corporation, Беллвью, Вашингтон. В некоторых вариантах осуществления сферическую аберрацию Цернике можно измерять в лаборатории с использованием модельного глаза. На фиг. 5 показан модельный глаз, содержащий ИОЛ.
На фиг. 6 показан один вариант осуществления профиля дифракционной поверхности для одного варианта осуществления линзы 32, которая имеет апозизированные дифракционные зоны 21 и внешнюю преломляющую область 20. Специалистам в данной области техники очевидно, что возможны другие дифракционные профили. В ряде случаев линза 32, например, имеющая профиль, показанный на фиг. 6, может создавать выход в виде массива пятен. В некоторых вариантах осуществления оценка линзы, имеющей зоны 20, может создавать массив пятен, аналогичных пятнам, создаваемым однофокусной линзой. Однако линза 32 с другими радиусами кривизны дифракционных зон и нарушениями непрерывности на границах зон может создавать массив пятен, включающий в себя двойные пятна, размытые пятна или другие вариации, обусловленные дифракционными зонами или границами зон. Согласно фиг. 6 отклонение от сферы (в микронах) в наклоне линзы 32 может изменяться относительно радиального положения (в мм). Зоны 21, имеющие более крупные ступеньки, могут направлять больше энергии в ближний фокус, тогда как недифракционная область 20 может направлять больше энергии в дальний фокус, когда волновой фронт распространяется к фокусам.
На фиг. 7A и 7B показаны примеры массивов пятен, которые можно формировать, пропуская свет через интраокулярные линзы 32, имеющие дифракционные поверхности. На фиг. 7A показан один вариант осуществления массива пятен, который может возникать в результате прохождения света через линзу 32 в жидкостном элементе. На фиг. 7B показан один вариант осуществления массива пятен, который может возникать в результате прохождения света через линзу 32 в модельном глазу. На фиг. 7A и 7B пятно отсутствует вблизи центрального участка массива, что может быть обусловлено тем, как линза 32 расположена на измерительном оборудовании. Согласно вариантам осуществления, в которых измерения проводятся на линзе 32 в пациенте, голова пациента может поворачиваться или он может не смотреть прямо на свет, или может существовать какая-либо другая причина отсутствия центровки линзы 32.
В некоторых вариантах осуществления вычисление предполагаемых свойств линзы 32 может включать в себя смену способа, которым измерительная система измеряет позицию пятна. Современные системы Хартмана-Шака предполагают наличие лишь одного пятна, и программа может пренебрегать деталями, касающимися любого удлинения пятна или второго пятна. В некоторых вариантах осуществления линза 32, измеряемая с использованием системы, аналогичной системе, показанной на фиг. 3, может создавать массив с двойными пятнами. На фиг. 8 показано представление двойного пятна из выхода массива, показанного на фиг. 7A или 7B. Двойное пятно может возникать в результате прохождения света через линзу 32 с дифракционной поверхностью. Даже когда волновой фронт не наклонен, интерференция между светом в разных положениях в элементарной линзе 38 может приводить к появлению двойного пятна, причем не одно из пятен не образуется в месте, которое соответствует наклону волнового фронта. Двойное пятно можно сравнить с единичным пятном из однофокусной линзы, например, показанным на фиг. 9.
В некоторых вариантах осуществления центроид двойного пятна можно использовать для определения поперечного перемещения пятна. В некоторых вариантах осуществления более яркое пятно в двойном пятне можно использовать для определения поперечного перемещения пятна. На фиг. 10 показано графическое представление сравнения интенсивности света для двойного пятна и единичного пятна. В некоторых вариантах осуществления интенсивность света для двойного пятна может давать кривую интенсивности света, имеющую два пика. В некоторых вариантах осуществления поперечное перемещение более сильного пика, связанного с двойным пятном, можно использовать для определения поперечного перемещения пятна. В некоторых вариантах осуществления интенсивность света для двойного пятна можно представлять единичным пятном, представляющим центроид двойного пятна. В некоторых вариантах осуществления поперечное перемещение центроида, связанного с двойным пятном, можно использовать для определения поперечного перемещения пятна. Согласно фиг. 10 поперечное перемещение центроида двойного пятна может отличаться от поперечного перемещения более яркого из двух пятен в двойном пятне.
Определив, следует ли измерять поперечное перемещение пятна в массиве на основании центроида, вычисленного для двойного пятна, или на основании более яркого из двух пятен в двойном пятне можно вычислить "однофокусный эквивалент".
Эквивалентная однофокусная линза - это линза, из которой удалена дифракционная структура. Она имеет те же аберрации, что и однофокусный волновой фронт лежащей в ее основе линзы. Например, дифракционная поверхность, показанная на фиг. 6, обычно создает волновой фронт, который выглядит примерно так же, как дифракционная поверхность, и это распространяется на создание двух первичных изображений в дальнем фокусе и ближнем фокусе. Изображения также имеют аподизационный компонент вследствие изменения дифракционной эффективности по линзе, и это также влияет на качество изображения, хотя и на более низком уровне, чем эффект вследствие аберрации глаза. Эквивалентная однофокусная линза создает только дальнее изображение с аберрациями, соответствующими общим аберрациям оптической системы, и безо всякого эффекта аподизации.
Свойства формирования изображения элементарных линз можно моделировать с использованием вычислений преобразования Фурье зрачковой функции на каждой элементарной линзе.
На фиг. 11 показано графическое представление сравнения лабораторных и клинических данных сферической аберрации Цернике (W40) для разных диаметров зрачка для однофокусных ИОЛ SA60AT и SN60WF. Существует хорошее согласование между значениями, хотя клинические данные для реальных глаз пациента также включают в себя значительные дополнительные аберрации, которые не являются простой сферической аберрацией Цернике.
На фиг. 12 показаны лабораторные и клинические значения, дополнительные к показанным на фиг. 11. Это значения, сообщаемые LADARWave® в качестве сферической аберрации Цернике (W40) для многофокусной интраокулярной линзы 32 SA60D3 ReSTOR®. Оно указывает, что сферическая аберрация имеет отрицательные значения для малых зрачков, хотя это не всегда справедливо. Видимую сферическую аберрацию, которая сообщается системой LADARwave, можно скомпенсировать теоретическими или экспериментальными данными.
В некоторых вариантах осуществления можно определить однофокусный эквивалент для линзы 32. В некоторых вариантах осуществления лабораторные значения можно сравнивать с теоретическими расчетами для линз 32. В некоторых вариантах осуществления измерение LADARWave® и теоретический расчет сферической аберрации Цернике можно сравнивать для различных диаметров зрачка в пределах от 3 мм до 6 мм. Можно определить теоретические расчеты или измерения линз 32, имеющих дифракционные поверхности. На фиг. 13 показаны графические представления измерений модельного глаза по сравнению с расчетами для SA60D3 дифракционных линз, имеющих различные диаметры зрачка в пределах от 3 мм до 6 мм. В некоторых вариантах осуществления измерение LADARWave® и теоретический расчет сферической аберрации Цернике можно сравнивать для различных диаметров зрачка в пределах от 3 мм до 6 мм. Разность между теоретическим расчетом и измеренным значением можно использовать для регулировки данных для отражения однофокусного эквивалентного значения.
На фиг. 14 показано схематическое изображение волнового фронта, которое подытоживает измерение дифракционной линзы 32. Согласно фиг. 14 волновой фронт может иметь базовую кривую 35. Базовая кривая 35 для дифракционной линзы 32 может быть такой же или почти такой же, как базовая кривая для однофокусной линзы. На фиг. 14 дополнительно показан приблизительный размер элементарной линзы, например элементарной линзы 38, описанной выше со ссылкой на фиг. 3, относительно волнового фронта. В некоторых вариантах осуществления размер элементарной линзы 38 может определять точность любого измерения волнового фронта. Например, элементарная линза 38, показанная на фиг. 14, может охватывать более одной ступеньки волнового фронта. С использованием раскрытых здесь вариантов осуществления измерение одного или нескольких оптических свойств можно определить для дифракционных линз 32.
В некоторых вариантах осуществления измерение оптических свойств дифракционных интраокулярных линз 32 может включать в себя взаимную проверку одного или нескольких способов. В некоторых вариантах осуществления экспериментальные пятна изображения можно генерировать и сравнивать с пятнами изображения, генерируемыми системой, например описанными выше. На фиг. 15A, 15B и 15C показаны снимки экрана экспериментальных пятен изображения, которые можно использовать для взаимной проверки вышеописанных методов измерения. На фиг. 15A, 15B и 15C показаны интенсивности изображения для интраокулярной линзы 32 ReSTOR® в жидкостном элементе для разных положений апертуры диаметром 0,4 мм перед линзой 32. В некоторых вариантах осуществления экспериментальные пятна изображения можно генерировать аналогично тому, как элементарные линзы LADARWave® 38 генерируют пятна изображения.
В некоторых вариантах осуществления измерение оптических свойств дифракционной линзы 32 может включать в себя вычисление свойств волнового фронта. На фиг. 16 показан снимок экрана вычисления одного квадранта массива пятен, и его можно дублировать для других квадрантов. Расчетный внешний вид пятен можно использовать для определения видимого наклона волнового фронта в этом положении элементарной линзы и можно производить коррекцию.
В некоторых вариантах осуществления можно вычислять функцию передачи модуляции (ФПМ) для дифракционной линзы 32. В некоторых вариантах осуществления вычисление ФПМ и т.п. может обеспечить желательное измерение оптического свойства дифракционной линзы 32. ФПМ эквивалентной однофокусной линзы можно использовать для оценивания оптического эффекта общих аберраций линзы.
Специалистам в данной области техники очевидно, что способы измерения раскрытых здесь дифракционных линз можно применять к альтернативным зональным линзам. Кроме того, раскрытые здесь способы можно применять к линзам, имеющим 0-е дифракционные порядки, но также можно применять к линзам, имеющим более высокие дифракционные порядки. Например, способы измерения линзы могут включать в себя измерение дифракционных линз высоких порядков, которые могут составлять 7-12 в видимом диапазоне длины волны.
Хотя здесь были детально описаны варианты осуществления, следует понимать, что описание носит исключительно иллюстративный характер и его не следует понимать в ограничительном смысле. Также следует понимать, что на основе этого описания специалисты в данной области техники могут предложить многочисленные изменения, касающиеся деталей вариантов осуществления и дополнительных вариантов осуществления. Предполагается, что все эти изменения и дополнительные варианты осуществления отвечают объему нижеприведенной формулы изобретения.
1. Способ измерения оптических свойств дифракционной линзы, содержащий этапы, на которых
пропускают свет через дифракционную линзу и на массив элементарных линз, в котором каждая элементарная линза принимает часть света и в котором дифракционная линза имеет границу зоны, покрывающую, по меньшей мере, часть одной элементарной линзы,
измеряют одно или несколько свойств дифракционной линзы на основании света, в общем случае сфокусированного массивом элементарных линз и зарегистрированного датчиком,
регулируют результат измерения для компенсации предполагаемых оптических свойств дифракционного компонента линзы в измерительной системе.
2. Способ по п.1, в котором влияние дифракционной структуры вычисляют с использованием преобразования Фурье волнового фронта через каждую элементарную линзу для фазовой задержки, вносимой дифракционной структурой.
3. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором сравнивают позицию светового пятна, сфокусированного каждой элементарной линзой, с позицией пятна для полностью коллимированного волнового фронта, для определения поперечного перемещения пятна.
4. Способ по п.3, в котором влияние дифракционной структуры определяют путем сравнения измеренных значений для дифракционной линзы и эквивалентной однофокусной линзы для определения коррекции.
5. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором идентифицируют размытые или двойные пятна, в котором наличие размытого или двойного пятна свидетельствует о наличии дифракционного участка поверхности линзы, и
регулируют локальный наклон для элементарной линзы для представления эквивалентной однофокусной линзы.
6. Способ по п.1, в котором на этапе сравнения одного или нескольких определенных свойств дифракционной линзы с одним или несколькими предполагаемыми свойствами дифракционной линзы определяют эквивалентную однофокусную линзу.
7. Способ по п.6, в котором при определении эквивалентной однофокусной линзы сравнивают теоретические расчеты и лабораторные измерения.
8. Способ по п.6, в котором при определении эквивалентной однофокусной линзы сравнивают теоретические расчеты и клинические измерения.
9. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором определяют наилучшую регулировку путем сравнения двух или более из теоретических расчетов, лабораторных измерений и клинических измерений.
10. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором анализируют участок волнового фронта.
11. Способ по п.1, в котором на этапе сравнения одного или нескольких определенных свойств дифракционной линзы с одним или несколькими предполагаемыми свойствами дифракционной линзы
оценивают теоретическое искажение данных на основании конструкции линзы; и
компенсируют оценку теоретического искажения.
12. Способ по п.1, в котором на этапе сравнения одного или нескольких определенных свойств дифракционной линзы с одним или несколькими предполагаемыми свойствами дифракционной линзы вычисляют приблизительный участок линзы, который будет покрывать элементарную линзу для оценивания величины двойного пятна.
13. Способ по п.1, в котором диаметр элементарной линзы меньше, чем у измеряемой дифракционной зоны.
14. Способ по п.1, в котором диаметр элементарной линзы больше, чем у измеряемой дифракционной зоны.
15. Способ измерения оптических свойств дифракционной линзы, содержащий этапы, на которых
пропускают свет через дифракционную линзу, в котором дифракционная линза имеет границу зоны, покрывающую, по меньшей мере, часть одной элементарной линзы,
с использованием системы, предназначенной для измерения оптических свойств линзы, измеряют одно или несколько свойств дифракционной линзы на основании света, выходящего из линзы,
вычисляют одно или несколько свойств дифракционной линзы для определения одного или нескольких предполагаемых свойств дифракционной линзы,
сравнивают одно или несколько определенных свойств дифракционной линзы с одним или несколькими теоретическими расчетами дифракционной линзы,
вычисляют одно или несколько свойств системы, используемой для измерения свойств линзы,
измеряют одно или несколько свойств системы, используемой для измерения свойств дифракционной линзы, и
корректируют измерение одного или нескольких свойств дифракционной линзы на основании сравнения с одним или несколькими предполагаемыми свойствами дифракционной линзы и одним или несколькими свойствами системы для измерения свойств линзы.
16. Способ по п.15, в котором при измерении одного или нескольких свойств дифракционной линзы измеряют сферическую аберрацию дифракционной линзы.
