[发明专利]用于确定待测试光学系统的波前像差数据的方法

说明书

本发明涉及一种用于从图像数据确定待测试光学系统的波前像差数据的系统和方法。

在眼科像差测量领域，波前像差数据提供了对人眼的光学特性的全面描述，从这些光学特性中可以计算折射误差以及图像质量度量。

波前技术主要基于使用被称为波前传感器的装置对眼睛的波像差数据的精确测量。

可购得用于眼睛的许多商业波前传感器，其中大多数是基于夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)波前传感器技术，如在梁等人94'，“Objective measurement of wave aberrations of the human eye with the use of a Hartmann-Shack wave-front sensor(使用夏克-哈特曼波前传感器客观测量人眼的波像差)”(美国J.光学学会A，第11卷，第7号，第1949页，1994年7月)中描述的。

图1展示了夏克-哈特曼波前传感器10的基本配置的一些主要元件。

采用夏克-哈特曼波前传感器的测量仪器将入射的波前光注入人眼，该入射的波前光聚焦在眼睛的视网膜上并且朝向测量仪器反向散射。

夏克-哈特曼波前传感器由与人眼的瞳孔共轭的平面中的小透镜阵列11和光检测器12(如，电荷耦合装置(CCD))组成。

此入射的波前光被成像到小透镜阵列11上并且产生作为在光检测器12的焦平面上形成并且由光检测器12记录的焦斑13a、14a的阵列的波前传感器图像13、14。

感测聚焦光斑13a、14a的位置并且其用于导出在每个小透镜11处的波前斜率。

随着每个小透镜处的波前斜率变化，每个聚焦光斑14a相对于其在参考图案13中的参考位置(即，当真正的平面波被施加于小透镜阵列时产生的位置)成比例偏离。

可以通过计算每个聚焦光斑14a的质心并且使局部斜率拟合一组基函数(如泽尼克(Zernike)多项式)来导出波前像差数据和波前重构。

图像质量对于确保光学测量的准确度和波前重构的质量至关重要。

事实上，不准确的聚焦光斑分布、不准确的聚焦光斑位置数据和/或不准确的聚焦光斑强度数据将在波像差数据的估计中引入误差，结果，它使针对每个聚焦光斑计算的质心移位。

从不准确的聚焦光斑的质心重构的波前提供对受测试光学系统的光学像差的不正确描述。

根据常规算法的波前重构可能会受到多个伪像危害并降级，这些伪像由于并入杂散像差而影响波前感测图像数据质量。

常规算法提出了管理一些伪像(如角膜的镜面反射)的解决方案。

然而，其他伪像被低估。

例如，这是以下的伪像的情况。

常规波前重构算法假设波前感测图像由从眼底的单个层反射的光产生，这与显示多个层促成反射的OCT(光学相干断层扫描)结果相矛盾。

更精确来讲，常规波前重构算法假设波前感测图像由从单点源反射的光产生，该单点源位于距离受测试眼睛的光接收层的恒定距离处。

实际上，没有掌握点源的精确位置。事实上，视网膜是一个相当厚的反射器和多层，并且探测光束由视网膜的多个层同时反射。

从不同的反射层产生的聚焦光斑侧向移位并且轴向重叠，这在波前感测图像中引起斑点伸长。

因此，常规波前重构算法导致未知幅度的误差并且重构的波前将引入杂散量的像差(如球面像差和散焦)。

因此，对波前传感器数据中的将损害测量的噪声和伪像的管理是一个关键问题。

需要一种用于确定波前像差数据以克服图像数据中的像差的降级效应和响应于测量准确度和精度要求的方法。

本发明的一个目的是提供一种用于确定待测试光学系统的波前像差数据的方法，该方法响应于常规方法的失效。

本发明的另一个目的是提供一种用于确定待测试光学系统的波前像差数据的方法，该方法允许减小使斑点图案的质量降级的伪像的影响并且从而改善波前像差测量。

本发明的另一个目的是提供一种用于确定提供眼睛的波像差的准确测量以用于可靠的视力矫正和视力诊断的待测试光学系统的波前像差数据的方法。

为此，本发明提出了一种用于确定待测试光学系统的波前像差数据的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供从该受测试光学系统接收的光的一张波前感测图像；

b)提供表示该光学系统的一个模型，该模型具有表示所述模型的至少一个光学参数

c)根据一个优值函数优化一个波前系数数据集和所述模型的所述至少光学参数，其中，所述优值函数的计算包括以下步骤：