[发明专利]使用波前分析的光学系统的客观测量和校正

说明书

本发明一般涉及光学象差测量和校正，更具体地说，涉及具有诸如人和动物眼睛之类的实象焦点的光学系统的客观测量和校正。

具有实象焦点的光学系统能接收准直光，并且把它聚焦在一点上。这样的光学系统能在自然界中发现，例如人和动物眼睛，或者能是人造的，例如实验室系统、导航系统等。在任一种情况下，在光学系统中的象差能影响系统的性能。通过例子，将使用人眼来解释该问题。

参照图1A，表示一只完美或理想的眼睛100，它从其视网膜102后部(即中央凹103)经包括透镜104和角膜106的眼睛光学系统扩散地反射撞击光束(为了清楚起见没有表示)。对于在放松状态下，即不适于提供近场聚焦，的这样一种理想眼睛，反射光(由箭头108表示)按照平面波顺序离开眼睛100，其之一用直线110表示。然而，眼睛通常具有引起离开眼睛的波的畸变或失真的象差。这通过图1B中的例子表示，其中畸变眼睛120从中央凹123的其视网膜122的后部经透镜124和角膜126扩散地反射撞击光束(同样为了清楚起见没有表示)。对于畸变眼睛120，反射光128按失真波前的顺序离开眼睛120，其之一用波浪线130表示。

目前，有多种试图为病人提供改进视力的技术。这种技术的例子包括使用折射激光外科手术或内角膜植入重新塑造角膜126、和使用眼内透镜植入和精磨眼镜把合成透镜添加到光学系统上。在每一种情况下，校正处理量一般通过把已知折射能力的球形和／或圆柱形透镜放在眼镜平面处(在角膜126前约1．0-1．5厘米)并且问病人哪种透镜或透镜组合提供最清晰的视觉来确定。这显然是波前130真正失真的非常不精确测量，因为1)跨过整个波前施加单次球柱面补偿，2)在折射校正的分立间隔(即，屈光度单位)下测试视力，及3)需要通过病人的主观确定，以便确定光学校正。因而，用来确定眼睛折射误差的常规方法基本上没有现在可用来校正目镜象差的技术准确。

测量目镜折射误差的一种方法由Penney等在“空间分辨客观自动折光仪”，美国专利No．5，258，791，发布于1993年11月2日中公开。Penney等讲授了自动折光仪的使用，以在跨过角膜表面的多个分立位置处测量眼睛的折射。自动折光仪设计成把光学辐射的窄光束发送到眼睛表面、并且使用视网膜成象系统确定该光束撞击到视网膜的何处。光束传播方向相对于系统光轴的角度和光束撞击到眼睛角膜表面的近似位置都是可独立调节的。入射在角膜上的光束点位置的较小不确定性或误差由于弯曲角膜表面而存在。对跨过角膜表面入射的每个点，通过调节光束撞击角膜直到折射到虹膜上的光束撞击到中央凹的角度，能确定与该表面点对应的眼睛折射。传播光束角度的调节能由病人手动地实现，或者如果包括有涉及角膜成象元件的反馈回路则由自动折光仪自动地实现。

Penney等进一步讲授了在确定适当角膜表面重新成形以提供屈光正常时自动折光仪测量的使用。这通过首先得到角膜表面外形的精确测量而实现(使用分离的工业可用装置)。然后，使用在每个表面基准点处的初始角膜外形、在每个表面点处的测量折射、及斯涅耳折射定律进行数学分析，以确定在每个基准点处的表面轮廓的要求变化。然后把在各基准点处的轮廓变化相组合，以实现跨过全部角膜表面要施加的单次重新成形轮廓。

对由Penney等描述的方法的主要限制在于，角膜外形的单独测量要求进行需要折射变化的斯涅耳定律分析。该要求显著增加了完成诊断估计的时间和成本。而且，折射变化分析的精度将取决于外形测量的精度和自动折光仪测量的精度。另外，外形“图”相对于折射图的空间取向的任何误差将降低需要校正的外形的精度。

对由Penney等描述的方法的第二限制在于，顺序检查在角膜表面上的试验点。在检查期间有意或无意的眼睛运动能把显著的误差引入到折射测量中。Penney等试图通过故意包括在瞳孔外，即在重迭虹膜的角膜区域中，的测量点，提供这种眼睛运动的检测，其中在检查顺序的特定间隔处来自视网膜的返回显然是零。然而，该方法可能仍允许在这样的虹膜基准点之间的显著未检测眼睛运动误差。