眼科装置制造方法

眼科装置制造方法
【专利摘要】一种眼科装置，包括被配置为测量返回光的波前像差的像差测量单元和被配置为对返回光进行调制的反射型光调制器件。控制单元基于像差测量单元的测量结果来控制反射型光调制器件以校正返回光的波前像差。反射型光调制器件包括反射测量光或返回光束的有效区域的直径（有效直径）为7.5mm或更少的反射镜，和在有效直径内作用于反射镜的61个或更多个致动器。每个致动器包括具有7.5μm或更大的最大位移的交指型电极。
【专利说明】眼科装置【技术领域】
[0001]本发明概括而言涉及能够捕捉眼底的图像的眼科装置，特别是它涉及包括自适应光学系统的眼科装置。
【背景技术】
[0002]扫描激光检眼镜(scanning laser ophthalmoscope, SL0)是眼科成像装置的公知示例。为了利用SLO获得眼底的图像，以二维模式的激光照射眼睛，并且由光学检测器接收从眼底反射的光以形成图像。另外，利用低相干光的干涉的成像装置已被开发作为眼科成像装置。利用低相干光的干涉的这种成像装置被称为光学相干层析成像(opticalcoherence tomography,OCT)装置并且特别用于捕捉眼底或其附近的层析图像。已开发了各种OCT系统，包括时域(TD) OCT系统和谱域(spectral domain, SD) OCT系统。特别地，近年来，随着照射激光的数值孔径(NA)的增大，在眼科成像装置中已实现了更高的分辨率。
[0003]当要捕捉眼底的图像时，需要通过眼睛内的诸如角膜和晶状体之类的光学组织来捕捉图像。从而，随着分辨率增大，在角膜和晶状体中发生的像差对捕捉到的图像的质量有越来越大的影响。
[0004]因此，已对自适应光学(adaptive optics, AO) SLO和A0-0CT展开了研究，在A0-SL0和A0-0CT中，测量眼睛的像差并且校正像差的AO的功能被集成到光学系统中。例如，在题为 “Requirements for discrete actuator and segmented wavefrontcorrectors for aberration compensation in two large populations of human eyes，，，N.Doble et al.，Applied Optics, Vol.46, N0.20, 10 July 2007 的文章中，论述了 A0-0CT的示例。在A0-SL0或A0-0CT中，入射在眼睛上的光的波前(wavefront)的变化通常由夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)波前传感器系统来测量。在夏克-哈特曼波前传感器系统中，测量光进入眼睛，并且其反射光通过微透镜阵列被电荷耦合器件(CCD)相机所接收，从而测量反射光的波前。由于眼睛内的光学组织引起光的波前上的像差，因此驱动一反射型光调制器件来校正测量到的波前的像差，并且通过该反射型光调制器件来捕捉眼底的图像。从而，A0-SL0或A0-0CT能够以高分辨率捕捉图像。
[0005]存在包括可变形镜子(variable shape mirror)和反射型液晶器件在内的若干类型的反射型光调制器件。由于反射型液晶器件调制偏光方向并从而需要两个光学元件，这导致了光学系统的尺寸增大。另外，因为其高的波长依赖性，反射型液晶器件不适于在多个波长处观察，而在对眼底的观察中经常采用在多个波长处观察。从而，优选使用可变形镜子作为反射型光调制器件。
[0006]可变形镜子通过使 镜子形状变形并从而生成光轴方向上的有效直径内的光路长度差异来校正波前。这里，在有效直径内镜表面上的两个位置的光轴方向上的坐标差异被称为位移量。由于镜子是反射型元件，因此所需的最大位移量是要校正的最大光路长度的一半。
[0007]存在各种类型的可变形镜子。具体而言，存在一种镜子，其具有由多个致动器引起变形的连续镜表面。还有一种由多个片段形成的分段镜，并且这些片段被各致动器独立驱动以在光轴方向上平移。还有另一种由多个片段形成的分段镜，并且这些片段可以被各致动器独立驱动以在光轴方向上平移并且绕两个轴倾斜。
[0008]日本专利申请特开第2005-224327号公报论述了一种技术，其中来自眼底的包括像差的反射光通过利用至少两个反射型光调制器件来校正以便增大校正量。
[0009]日本专利申请特开第2007-21044号公报论述了一个发现，即，利用直径为12mm并且最大位移量为16 μ m的85分段反射型光调制器件对入射在模型眼上的光束的像差执行的校正导致0.093 μ m的残余像差RMS。然而，日本专利申请特开第2007-21044号公报没有讨论有效直径内的镜片段的数目。
[0010]N.Doble et al.，Applied Optics, Vol.46, N0.20, 10 July 2007 论述了指不波前校正的精度的斯特列尔比(Strehl ratio)与用于驱动反射型光调制器件的致动器的数目之间的关系，以及校正人眼的像差所需的每个致动器的位移量。
[0011]对眼底中的进行性疾病的早期检测是重要的。从而，需要一种能够在视觉细胞级别上进行详细观察的观察装置。视觉细胞包括两类细胞，即尺寸约为2 μ m至5 μ m并且分布在黄斑区周围的锥体细胞(cone cell)，以及尺寸约为2μπι并主要分布在黄斑区外部的杆状细胞(rod cell)。锥体细胞在黄斑区的中心凹中具有大约2 μ m的小尺寸。因此，在早期阶段检测眼底疾病要求大约2 μ m的分辨率。
[0012]如上所述，已开发了其中集成了自适应光学系统的功能以便实现更高分辨率的眼科装置。然而，由于要被检查的眼睛在光学像差上具有个体差异，因此存在取决于要被检查的眼睛而无法获得视觉细胞的清楚图像的问题。
[0013]虽然日本专利申请特开第2005-224327号公报论述了利用多个可变形镜子来获得期望的校正量的技术，但这样的技术导致难以获得紧凑的光学系统。
[0014]虽然日本专利申请特开第2007-21044号公报论述了利用单个可变形镜子将像差校正到0.093 μ m的残余像差RMS的发现，但此残余像差量不能使斯特列尔比达到0.8或更少，从而无法确保充分的光学性能。

【发明内容】

[0015]本发明针对一种眼科装置，其具有能够在视觉细胞级别上进行详细观察的光学性能并且包括尺寸减小的光学系统。
[0016]根据本发明的一方面，一种被配置为获得要被检查的眼睛的图像的眼科装置包括:像差测量单元，被配置为测量眼睛中的像差；反射型光调制器件，被配置为对测量光和返回光中的至少一者进行调制；以及控制单元，被配置为基于像差测量单元的测量结果来控制反射型光调制器件以校正返回光的波前像差。反射型光调制器件包括具有7.5_或更小的有效直径的反射镜和在有效直径内作用于反射镜的61个或更多个致动器。每个致动器具有7.5 μ m或更小的最大位移。
[0017]通过以下参考附图对示范性实施例的描述，本发明的更多特征将变得清楚。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1示出了根据本发明的第一示范性实施例的眼科装置的整体配置。[0019]图2示出了根据第一示范性实施例的眼科装置中要使用的反射型光调制器件的配置。
[0020]图3A至图3F各自示出了本发明的示范性实施例的眼科装置中要使用的反射型光调制器件中的致动器的布置。
[0021]图4是示出图2中所示的反射型光调制器件中的致动器的结构的透视图。
[0022]图5A是图4中所示的致动器的顶视图。图5B是图4中所示的致动器的截面图。
[0023]图6是示出图4中所示的致动器的驱动状态的截面图。
[0024]图7示出了根据本发明的第二示范性实施例的眼科装置的整体配置。
【具体实施方式】
[0025]反射型光调制器件包括反射镜和部署在反射镜的面内方向上的多个致动器。随着每个致动器作用在反射镜的特定区域上，反射镜在光轴方向上变形。为了再现期望的形状，需要增大致动器的数目和每个致动器的行程量。这是因为泽尔尼克(Zernike)模式的空间频率在更高阶处增大，从而需要相应地增大致动器的数目。
[0026]假设要用来观察眼底的分辨率等同于眼底处的束斑直径ω?，则利用入射光束直径《O、波长λ和眼睛的焦距f，通过以下式子来表达分辨率。
[0027]ω 1 = ω 0.f / { π.(ω 0/2) 2/ λ }
[0028]人眼的焦距f约为17mm，并且可进入人眼的光的最大光束直径ωΟ约为7mm。从而，实现使得能够观察视觉细胞的2 μ m光斑直径ω I所需的波长约为650nm或更少。在实际中，眼底处的光斑直径不等于分辨率极限，如果图像具有大的对比度则即使用具有例如3 μ m的光斑直径ω 1的光也能识别2 μ m的目标。在此情况下，所需波长约为970nm或更少。
[0029]以上是在假设光学系统不具有任何像差的情况下计算的。然而，在实际的光学系统中，需要校正随着光通过眼球而引起的波前的畸变。波前校正后束斑的斯特列尔比0.8被认为是衍射极限，并且在小于0.8的斯特列尔比处可能不能获得期望的分辨率。斯特列尔比S与残余像差RMS的值W之间的关系通过以下式子来表达。
[0030]W = (1-S)1/2 X λ /2 π
[0031]从而，0.8或更大的斯特列尔比对应于波长为650nm并且残余像差RMS为0.046 μ m或更少的情形或者波长为970nm并且残余像差RMS为0.068 μ m或更少的情形。然而，迄今为止，还不存在在适于眼科装置的有效直径的情况下满足这种性能的反射型光调制器件。
[0032]根据本发明的示范性实施例，要用来校正波前的反射型光调制器件是具有连续的反射面的可变形镜子。这种反射型光调制器件在有效直径内包括61个或更多个致动器，并且每个致动器的行程长度为7.5 μ m或更多。另外，所述的有效直径为7.5_或更少。此反射型光调制器件在波前校正后可产生0.8或更大的斯特列尔比，从而可实现设计的期望分辨率。此外，光学系统的尺寸可减小。
[0033]在眼科装置中，取决于观察部位或观察方法，使用不同波长的光。不那么受水的吸收的影响的850nm波长带(850nm±50nm)的光经常被用于观察眼底部分。根据N.Doble etal.,Applied Optics, Vol.46, N0.20, 10 July 2007 的第 8 页上的记载，为了利用针对入射在瞳孔上的光束直径为7.5mm的光的光学系统实现0.8或更大的斯特列尔比，如果波长为850nm，则镜子的有效直径需要在径向上被分割成九个或更多(B卩，61个或更多个致动器)。虽然为了实现更高的分辨率使波长更短，但可见光范围内的光更有可能使得被检者的视点由于观察光的影响而移动。从而，约750nm或更大的波长是优选的，并且在此情况下镜子需要被分割成的数目是10个或更多(即，80个或更多个致动器)。在本发明的示范性实施例中，850nm的波长带，也就是最大900nm或更短的光，被用于观察。
[0034]现在将考虑用作反射型光调制器件的可变形镜子的有效直径内的致动器的具体数目。这里，可变形镜子是使得连续的镜表面变形的类型。当沿着二维平面布置致动器时，通常，可考虑如图3A至图3F中所示的三角格子布置或方形格子布置。如果有效直径内的镜表面在径向上被九分割，则布置为三角格子布置的致动器的数目变得如图3A中所示为61个，并且布置为方形格子布置的致动器的数目变得如图3D中所示为69个。如果有效直径内的镜表面在径向上被10分割，则布置为三角格子布置的致动器的数目变得如图3B中所示为85个，并且布置为方形格子布置的致动器的数目变得如图3E中所示为80个。如果有效直径内的镜表面在径向上被11分割，则布置为三角格子布置的致动器的数目变得如图3C中所示为109个，并且布置为方形格子布置的致动器的数目变得如图3F中所示为97个。
[0035]已知，为了获得相同的分辨率，其片段仅被平移驱动的分段镜需要被分割成的数目是具有变形的连续镜表面的镜子的片段数目的20倍。另一方面，其片段被驱动为平移且绕两个轴倾斜的分段镜本质上与具有变形的连续镜表面的镜子是相同类型的，从而以相同数目的片段即可获得相同的分辨率。在本发明的示范性实施例中，只有可被驱动为平移且绕两个轴倾 斜的分段镜被认为是一类具有连续的反射面的可变形镜子。
[0036]另外，根据N.Doble et al., Applied Optics, Vol.46, N0.20, 10 July 2007 的第 7页上的记载，允许校正眼睛的几乎任何波前像差的最大光路长度差异是15 μ m或更少。根据本示范性实施例的可变形镜子具有7.5 μ m或更多的行程长度。可变形镜子是反射型的，这使得可以校正15 μ m的光路长度差异的像差。
[0037]根据示范性实施例的反射型光调制器件具有7.5mm或更小的有效直径。在现有技术的致动器结构的情况下，如果要制造如上所述的具有大数目的致动器和大的行程长度的反射型光调制器件，则致动器的高密度集成是困难的，从而反射型光调制器件的有效直径相对于入射在瞳孔上的光的光束直径变得大。反射型光调制器件的有效直径指的是可变形镜子的反射光束的有效区域的直径并且可独立于入射在瞳孔上的光的光束直径来设定。眼科装置的光学系统具有各瞳孔共轭位置(波前传感器、反射型光调制器件、扫描器、眼睛瞳孔)经由各个望远镜光学系统被接替(relay)的配置。在此配置中，如果每个望远镜光学系统具有相等的倍率，则可以更容易地减小像差。这种配置使得校正残余可被减小，该校正残余是在由偏心球面镜生成的像散被通过在不同方向上移动两个镜子中的每一个来校正时产生的。由于人眼的典型瞳孔直径是7mm或更少，所以如果每个望远镜光学系统具有相等的倍率，则可入射在瞳孔上的最大光束直径约为7mm并且反射型光调制器件的有效直径包括组装误差为7.5_或更少，就足够了。然而，迄今为止，一直难以制造这样的小尺寸反射型光调制器件。因此，如果要利用现有的反射型光调制器件来实现期望的像差校正性能，则有效直径变成IOmm或以上那么大,从而至少一些望远镜光学系统需要由放大光学系统构成。结果，反射型光调制器件与邻近反射型光调制器件的球面镜之间的光路长度增大了，这导致了光学系统的尺寸的增大，从而一直难以减小光学系统的尺寸。另外，无法充分地去除由偏心球面镜生成的像散，从而难以减小残余的波前像差。
[0038]本发明的示范性实施例可通过以下所述的致动器结构来提供如上所述的具有大数目的致动器、大的行程长度以及小的有效直径的可变形镜子。
[0039]现在将描述实现上述规格的用作根据示范性实施例的反射型光调制器件的可变形镜子。优选的致动器结构是将致动器二维地布置在基板上，其中每个致动器是利用光刻法通过微细加工技术形成的。为了获得高密度且高行程的致动器，可以采用梳状型致动器结构，其中可动梳状构件与固定梳状构件互锁，其间设有空间。可动梳状构件被弹性构件所支撑以允许可动梳状构件在光路的方向上位移，并且力被施加在可动梳状构件与固定梳状构件之间。从而，可动梳状构件相对于固定梳状构件移位。平行板静电致动器在电压达到或超过一定值时随着可动电极被拉入固定电极中而塌陷(collapse)，从而行程不能被增大。另一方面，由于梳状型致动器结构允许可动梳状构件在梳状构件的面内方向上移动，从而行程量可被增大。施加在梳状构件之间的力可以是静电力或电磁力。致动器通过作用单元连接到反射镜的与反射面相反的面。
[0040]以下，将参考附图来描述本发明的示范性实施例。然而，本发明并不局限于这里图示的示例。
[0041]作为本发明的第一示范性实施例的眼科装置，将描述SLO装置。在本示范性实施例中，利用反射型光调制器件来校正要被检查的眼睛的光学像差以获得二维图像，这使得无论眼睛的屈光度或光学像差如何都可以获得良好的二维图像。
[0042]参考图1，将 详细描述根据本示范性实施例的SLO装置100的整体配置。从光源101发出的光被光稱合器131分割成参照光105和测量光106。测量光106通过单模光纤130-4、反射型光调制器件159、XY扫描器119和球面镜160-1、160-2至160-3以及160-6、160-7,160-8至160-9被引导至要被检查的眼睛107。测量光106被眼睛107反射或散射，并且作为返回光108进入检测器138。检测器138将返回光108的光强度转换成电压信号，并且利用该电压信号来形成眼睛107的二维图像。在本示范性实施例中，光学系统一般是由主要包括球面镜的反射型光学系统构成的。或者，光学系统可由包括透镜来取代球面镜的折射型光学系统构成。
[0043]现在将描述光源101及其周边。光源101是超发光二极管(superluminescentdiode, SLD),其是一种典型的低相干光源。光源101以50nm的半峰全宽(full_width halfmaximum, FWHM)带宽、830nm的峰值波长发出光。这里，为了获得具有较小的斑点噪声的二维图像，选择低相干光源。虽然这里对于光源101选择了 SLD，但对于光源101的类型没有特别限制，只要光源101可发出低相干光即可，也可使用放大自发发射(amplified spontaneousemission, ASE)。
[0044]至于波长，近红外光适合于观察眼睛。另外，由于波长影响所获得的二维图像在横向方向上的分辨率，所以较短的波长是优选的，并且采用830nm的波长。另一波长可依据被检部位来选择。
[0045]从光源101发出的光通过单模光纤130-1和光耦合器131被以96比4的比率分割成参照光105和测量光106。偏光控制器153被设在单模光纤130-1上。[0046]现在将描述参照光105的光路。经光耦合器131分割得到的参照光105通过光纤130-2进入光量测量装置164。光量测量装置164测量参照光105的光量(例如，强度)并且被用作测量光106的光量监视器。
[0047]现在将描述测量光106的光路。经光耦合器131分割得到的测量光106通过单模光纤130-4被引导至透镜135-4，并且测量光106被透镜135-4调整成具有7mm的光束直径的平行光。测量光106经过分束器158,被球面镜160-1和160-2反射,并且进入反射型光调制器件159。反射型光调制器件159由用作控制单元的计算机125通过驱动器单元181中的驱动器184来控制。
[0048]测量光106被反射型光调制器件159调制，然后被球面镜160_3和160_6反射，并且入射在XY扫描器119的镜子上。虽然在这里为了简单起见XY扫描器119被示为包括单个镜子，但在实际中，两个镜子，即X扫描器和Y扫描器，被彼此紧邻地部署来在与光轴垂直的方向上在视网膜127上执行光栅扫描。另外，光学系统被调整成使得测量光106的中心与XY扫描器119的镜子的旋转中心一致。
[0049]X扫描器使得测量光106在与纸面平行的方向上扫描视网膜127，并且在本示范性实施例中使用共振型扫描器。X扫描器的驱动频率约为7.9kHz。Y扫描器使得测量光106在与纸面垂直的方向上扫描视网膜127，并且在本示范性实施例中使用检流式扫描器。Y扫描器的驱动波形为锯齿波并且具有64Hz的频率和16%的占空比。XY扫描器119由计算机125通过驱动器单元181中的光学扫描器驱动器182来控制。
[0050]球面镜160-7至160-9形成用于扫描视网膜127的光学系统并且以角膜126的附近作为支点(fulcrum)利用测量光106扫描视网膜127。
[0051]SLO装置100还包括电动台(stage) 117，并且电动台117可在图1中箭头指示的方向上移动，以调整附着于电动台117的球面镜160-8的位置。
[0052]电动台117由计算 机125通过驱动器单元181中的电动台驱动器183来控制。调整球面镜160-8的位置使得测量光106可以聚焦在眼睛107的视网膜127中的预先确定的层上以便观察。以上描述的配置使得即使眼睛107具有屈光异常(ametropia)也能进行观察。
[0053]在进入眼睛107后，测量光106被视网膜127反射或散射，并变成返回光108。然后，返回光108再次被引导至光耦合器131并且通过单模光纤130-3到达检测器138。诸如雪崩光电二极管(avalanche photodiode, APD)或光电倍增管(photomultiplier tube,PMT)之类的高速且高灵敏度的光学传感器被用作检测器138。
[0054]经分束器158分割的返回光108的一部分入射在夏克-哈特曼波前传感器155上，并且由眼睛107生成的返回光108的像差被波前传感器155测量。因此，波前传感器155被认为是像差测量单元。波前传感器155电连接到计算机125。用作控制单元的计算机125基于波前传感器155的输出来计算反射型光调制器件159的驱动量并通过驱动器184将驱动信号提供给反射型光调制器件159以使致动器移位。从而，计算机125控制反射型光调制器件159的反射镜的位移量。
[0055]这里，球面镜160-1至160-3和160-6至160-9等等是以使得角膜126、XY扫描器119、波前传感器155和反射型光调制器件159在光学上相互共轭的方式来部署的。
[0056]从而，波前传感器155可测量从眼睛107的眼底反射的反射光108的波前的像差。另外，反射型光调制器件159基于由波前传感器155测量到的波前像差，可以校正由眼睛107引起的像差。
[0057]此外，基于从波前传感器155的测量结果获得的像差实时控制反射型光调制器件159使得可以校正由眼睛107生成的像差并且获得在横向方向上具有更高分辨率的二维图像。在本示范性实施例中，反射型光调制器件159被部署在测量光106和返回光108的共同光路中，从而反射型光调制器件159调制测量光106和返回光108两者，以校正返回光的波前像差。测量光106的像差被校正以便在眼底处形成照射光斑，并且返回光108的像差被校正以便在检测器138上形成来自眼底的散射光的图像。在此情况下，对测量光106和返回光108的像差的校正量是相同的，因为测量光106和返回光108共享共同光路。或者，测量光106和返回光108之一可被调制以校正返回光的波前像差。当测量光106被调制时，预先向测量光106赋予与波前传感器155获得的像差相反的像差，使得当测量光106被眼睛107反射时像差被抵消，以校正返回光108的波前像差。另一方面，当返回光108被调制时，基于由波前传感器155获得的像差来校正由眼睛107引起的像差，以校正返回光108的波前像差。
[0058]虽然使用了球面镜160-8，但取决于眼睛107的像差(屈光异常)，可以使用柱面镜来取代球面镜160-8。另外，可在测量光106的光路中额外地部署另一透镜。本示范性实施例的光学系统由等倍率光学系统构成。
[0059]在本示范性实施例中，波前传感器155利用测量光106的返回光108来测量像差。或者，可设有专用的光源来测量像差。另外，可形成另一光路来测量像差。例如，在球面镜160-9和角膜126之间可设有分束器来将光引入到用于测量像差的光路中。
[0060]现在将描 述反射型光调制器件159。可变形镜子被用作反射型光调制器件159。可变形镜子被配置为允许其镜形状变形以在有效直径内生成光轴方向上的光路长度差异。
[0061]参考图2，将描述本示范性实施例中使用的可变形镜子201。图2的上侧示出了有效直径内的致动器的布置。图2的下侧示出了可变形镜子201的截面图。由每个致动器202生成的驱动力通过相应的作用单元210作用在镜子部203上以使镜子部203变形。可变形镜子201包括61个致动器202。中心部分中的每个致动器202与六个致动器202相邻以形成三角格子。可变形镜子201的有效直径是7.5mm，相邻致动器202之间的距离是860μπι，并且最大位移量是10 μ m。
[0062]本示范性实施例的可变形镜子201是使用梳状电极的静电驱动型的。图4、图5A和图5B示出了根据本示范性实施例的可变形镜子201的致动器结构。
[0063]在本示范性实施例中，镜子部203 (具有反射面的反射镜)通过各致动单元210连接到致动器202。驱动致动器202使得力作用在作用单元210上，从而镜子部203变形。
[0064]图5A是致动器202的顶视图。在图5A中，水平方向(纸面的短边)被定义为x方向，垂直方向(纸面的长边)被定义为y方向，并且与纸面垂直的方向被定义为z方向。图5A中所示的xy平面与镜子部203的反射面基本平行。致动器202包括可动梳状电极601、固定梳状电极602、可动部603、弹簧604、支撑部605 (605a、605b)以及作用单元210。
[0065]可动部603连接到弹簧604、可动梳状电极601和作用单元210。每个弹簧604的一端固定到支撑部605a。
[0066]在本示范性实施例中，可动部603具有四棱柱的形状。可动梳状电极601分别被布置在可动部603的四侧壁之中的与XZ平面平行的两侧壁上。在一端固定到相应支撑部605a的弹簧604连接到与yz平面平行的两壁。
[0067]作用单元210被设在可动部603的上表面上以将可动部603的位移传递到镜子部203。各可动梳状电极601的一端分别由可动部603的与xz平面平行的侧壁支撑，并且在y方向(即，与反射镜的反射面平行的方向)上悬臂状延伸。固定梳状电极602分别由支撑部605b的与xz平面平行的侧壁支撑，并且在I方向上悬臂状延伸。
[0068]由于可动部603的侧壁与支撑部605b的侧壁对向，因此可动梳状电极601中的每一个以交替方式对着固定梳状电极602中的相应一个。可动梳状电极601的侧面和固定梳状电极602的侧面在z方向(B卩，反射镜的反射面的法线方向)上部署在不同高度，从而可动梳状电极601和固定梳状电极602可仅部分重叠。
[0069]图5B是可变形镜子201的截面图并且示出了根据本示范性实施例的可动梳状电极601与固定梳状电极602之间的位置关系。可动梳状电极601相对于固定梳状电极602向上移位。 [0070]虽然简化了图示，但在本示范性实施例中，在单个致动器202内，可动梳状电极601包括总共40个电极指，并且固定梳状电极602包括总共42个电极指，从而相邻电极指之间的间隙的总数为80个。可动梳状电极601和固定梳状电极602中的每一个的厚度为200 μ m并且长度为200 μ m。
[0071]弹簧604分别从可动部603的与yz平面平行的侧壁在x方向上延伸，并且固定到相应支撑部605a的与yz平面平行的侧壁。在本示范性实施例中，每个弹簧604的尺寸为厚度5 μ m、x方向上长度500 μ m并且y方向上宽度300 μ m。固定梳状电极602和弹簧604分别被支撑部605b和605a固定。
[0072]不同的电压被施加到可动梳状电极601和固定梳状电极602，从而设有绝缘沟槽606以在与可动梳状电极601连接的支撑部605a和与固定梳状电极602连接的支撑部605b之间电气绝缘。对于绝缘的支撑部605a和605b中的每一个设有导线来将支撑部605a和605b连接到电压控制电路607。
[0073]镜子部203被部署为覆盖致动器202并且通过相应的作用单元210连接到致动器202。通过上述配置，在可动梳状电极601和固定梳状电极602之间施加电压使得作用单元210能够在作为光轴方向的z方向上移位。
[0074]可变形镜子201是利用光刻法通过微细加工技术(微机电系统(MEMS)技术)来制造的。放置所制造的可变形镜子201的芯片的尺寸是2cmX2cmX0.5cm (XYZ尺寸)。
[0075]图6示出了相互连接的多个致动器202。镜子部203被部署为覆盖致动器202并且在反射区域中形成连续的反射面。通过选择性地独立驱动每个互连的致动器202，可以根据需要改变镜子部203的形状。
[0076]通过以上描述的致动器结构，能够以高密度形成各自具有大行程量的致动器。
[0077]现在将返回参考图1来描述测量系统的配置。SLO装置100可获得基于来自视网膜127的返回光108的强度形成的二维图像(SL0图像)。作为经视网膜127反射或散射的激光的返回光108通过球面镜160-1至160-3和160-6至160-9、反射型光调制器件159、光耦合器131等等进入检测器138，并且检测器138将返回光108的光强度转换成电压信号。[0078]由检测器138获得的电压信号被计算机125中的模拟到数字(AD)板176转换成数字值。然后，计算机125与XY扫描器119的操作和驱动频率同步地执行数据处理以形成二维图像。AD板176取入数据的速度为15MHz。
[0079]经分束器158分割的返回光108的一部分入射在波前传感器155上，并且返回光108的像差被其测量。波前传感器155是夏克-哈特曼波前传感器。所获得的像差通过泽尔尼克多项式来表达，其指示眼睛107的像差。泽尔尼克多项式包括倾斜项、散焦项、像散项、彗差项和二叶草像差项。
[0080]现在将描述用于获得二维图像(SL0图像)的方法。SLO装置100可通过控制XY扫描器119以利用检测器138获得返回光108的强度来获得视网膜127的二维图像。在通过角膜126入射在视网膜127上后，测量光106被视网膜127的各部分反射或散射并变成返回光108，该返回光108随后到达检测器138。
[0081]在沿X方向驱动XY扫描器119的同时检测返回光108的强度使得可以获得沿着X轴的每个位置处的信息。此外，在同时沿着X轴和Y轴驱动XY扫描器119并利用测量光106在视网膜127的特定图像捕捉区域上执行光栅扫描的同时检测返回光108的强度使得可以获得返回光108的强度的二维分布(二维图像)。
[0082]作为根据本发明的第二示范性实施例的眼科装置，将描述组合了 SLO装置和OCT装置的组合装置。在本示范性实施例中，利用反射型光调制器件校正要被检查的眼睛的光学像差并获得二维图像的SLO装置被与获得层析图像的傅立叶域型OCT装置相组合。
[0083]参考图7，现在将详细描述根据本示范性实施例的眼科装置109的整体配置。在图7中对于与图1中所示的第一示范性实施例相同的配置给予相同的标号，从而将省略对第一不范性实施例和本不范性实施例共同的部分的描述。
[0084]从光源101发出的光被光稱合器131分割成参照光105和测量光106。测量光106通过单模光纤130-4、反射型 光调制器件159、XY扫描器119、X扫描器121和球面镜160-1至160-9被引导至要被检查的眼睛107。
[0085]测量光106被眼睛107反射或散射，并且作为返回光108进入检测器138或线相机(line camera) 139。
[0086]检测器138将返回光108的光强度转换成电压信号，并且眼睛107的二维图像被利用该电压信号来形成。参照光105和返回光108被彼此组合(或彼此干涉)并且由此得到的光进入线相机139。从而，在线相机139中形成眼睛107的层析图像。光源101与第一示范性实施例的光源101相同，从而将省略对其的描述。作为低相干光源的SLD也适用于捕捉层析图像。
[0087]被配置为改变其镜子形状以生成有效直径内的光轴方向上的光路长度差异的具有图2至图6中所示的致动器结构的反射型光调制器件被用作反射型光调制器件159。与图2中所示的那个类似，本示范性实施例的反射型光调制器件159使得由每个致动器202生成的驱动力通过相应的作用单元210作用在镜子部203上以使镜子部203变形。
[0088]本示范性实施例具有如图3E中所示的包括80个致动器202的致动器布置。中心部分中的每个致动器202与四个致动器202相邻以形成方形格子。反射型光调制器件159的有效直径为7mm，相邻致动器202之间的距离为820 μ m,并且最大位移量为8 μ m。
[0089]现在将描述参照光105的光路。经光耦合器131分割得到的参照光105通过单模光纤130-2被引导至透镜135-1，并且参照光105被透镜135-1调整成具有7mm的光束直径的平行光。
[0090]然后，参照光105通过镜子157-1至157_4被引导至用作参照镜的镜子114。参照光105的光路长度被调整为与测量光106的光路长度基本一致，从而参照光105和测量光106可相互干涉。
[0091]参照光105随后被镜子114反射并再次被引导至光耦合器131。设有色散补偿玻璃115，参照光105通过该色散补偿玻璃115，来对在测量光106去往和来自眼睛107行进时引起的光色散对参照光105的影响进行补偿。
[0092]在本示范性实施例中，假设作为日本人的眼球的典型直径的代表值LI被设定为23mm。组合装置109还包括电动台117-1，并且电动台117-1可在图7中箭头指示的方向上移动以调整并控制参照光105的光路长度。
[0093]电动台117-1由计算机125通过驱动器单元181中的电动台驱动器183来控制。
[0094]接下来将描述测量光106的光路。本示范性实施例的光学系统由等倍率光学系统构成。经光耦合器131分割得到的测量光106通过单模光纤130-4被引导至透镜135-4，并且测量光106被透镜135-4调整成具有7mm的光束直径的平行光。
[0095]偏光控制器153-1或153-2可调整测量光106的偏光状态。这里，测量光106被调整为在与纸面平行的方向上线性偏光。测量光106经过可动分束器161和分束器158并通过球面镜160-1和160-2进入反射型光调制器件159。测量光106随后被反射型光调制器件159调制。
[0096]另外，测量光106经过偏光板173并通过球面镜160_3和160_4入射在X扫描器121的镜子上。这里，偏光板173用于仅将返回光108的在与纸面平行的方向上线性偏光的偏光分量引导至反射型光调制器件159。X扫描器121使得测量光106可以在与纸面平行的方向上扫描视网膜127，并且这里使用共振型扫描器。
[0097]X扫描器121的驱动频率约为7.9kHz。随后，测量光106通过球面镜160_5和160-6入射在XY扫描器119的镜子上。这里，虽然XY扫描器119被示为包括单个镜子，但在实际中，两个镜子，即X扫描镜和Y扫描镜，被部署为彼此紧邻。
[0098]另外，光学系统被调整成使得测量光106的中心与XY扫描器119的镜子的旋转中心一致。XY扫描器119的驱动频率可在最高达500Hz的范围内变化。球面镜160-7至160-9形成用于扫描视网膜127的光学系统并且以角膜126的附近作为支点利用测量光106来扫描视网膜127。
[0099]组合装置109还包括电动台117-2，并且电动台117_2可在图7中箭头指示的方向上移动，以调整并控制作为附着于电动台117-2的球面镜的球面镜160-8的位置。与电动台117-1类似，电动台117-2由电动台驱动器183控制。
[0100]调整球面镜160-8的位置使得测量光106能够聚焦在眼睛107的视网膜127中的预先确定的层上以便观察。在初始状态中，球面镜160-8的位置被调整成使得测量光106作为平行光入射在角膜126上。
[0101]另外，上述配置使得即使眼睛107有屈光异常也能够进行观察。在进入眼睛107后，测量光106被视网膜127反射或散射并变成返回光108。返回光108随后再次被引导至光耦合器131并到达线相机139。[0102]返回光108的一部分被可动分束器161反射并通过透镜135-5被引导至检测器
138。组合装置109还包括具有小孔的遮光板172，并且遮光板172遮蔽返回光108中的未聚焦在视网膜127上的非必要的光。
[0103]遮光板172被部署为与透镜135-5的焦点位置共轭。在遮光板172中形成的小孔例如直径为50 μ m。诸如APD之类的高速且高灵敏度的光学传感器被用作检测器138。
[0104]返回光108的另一部分被分束器158分割并进入波前传感器155。波前传感器155是夏克-哈特曼波前传感器。这里，球面镜160-1至160-9被部署成使得XY扫描器119、X扫描器121、角膜126、波前传感器155和反射型光调制器件159相互光学共轭。
[0105]从而，波前传感器155可测量眼睛107的像差。另外，反射型光调制器件159可校正眼睛107的像差。基于所获得的像差实时控制反射型光调制器件159的反射镜的位移量使得可以校正由眼睛107生成的像差并且获得在横向方向上具有更高分辨率的层析图像。
[0106]现在将描述测量系统的配置。组合装置109可获得层析图像(0CT图像)和二维图像(SL0图像)。
[0107]首先将描述用于层析图像的测量系统。光耦合器131使返回光108与参照光105组合(或干涉)。组合(干涉)光142通过单模光纤130-3和透镜135-2被引导至透射光栅141并且被透射光栅141根据波长进行谱分割。由此得到的光142随后通过透镜135-3进入线相机139。
[0108]线相机139将在每个位置(即对于每个波长)获得的光强度转换成电压信号。电压信号随后被帧捕获器140转换成数字值，并且通过计算机125形成眼睛107的层析图像。线相机139包括1024个像素并且可对每个波长(1024块)获得组合(干涉)光142的强度。
[0109]现在将描述用于二维图像的测量系统。返回光108的一部分被可动分束器161反射。遮光板172遮蔽反射光中的非必要光，并且由此得到的光到达检测器138，由检测器138将光强度转换成电信号。
[0110]计算机125与X扫描器121和XY扫描器119的扫描信号同步地对所获得的电信号执行数据处理，从而形成二维图像。返回光108的另一部分被分束器158分割并进入波前传感器155，由波前传感器155测量返回光108的像差。
[0111]由波前传感器155获得的图像信号被取入到计算机125中，由计算机125计算像差。所获得的像差通过泽尔尼克多项式来表达，其指示眼睛107的像差。泽尔尼克多项式包括倾斜项、散焦项、像散项、彗差项和三叶草像差项。
[0112]随后，将描述利用组合装置109获得层析图像(0CT图像)的方法。
[0113]组合装置109控制XY扫描器119来以X扫描器121作为固定的镜子由线相机139获得干涉条纹。从而，组合装置109可获得视网膜127的层析图像。可动分束器161被控制以使得返回光108不被引导至检测器138。
[0114]X扫描器121和XY扫描器119由计算机125通过驱动器单元181中的光学扫描器驱动器182来控制。这里，将描述用于获得视网膜127的层析图像(沿着与光轴平行的平面)的方法。
[0115]在通过角膜126入射在视网膜127上后，测量光106被视网膜127的各部分反射或散射，并变成返回光108。然后，随着在各个位置生成时间延迟，返回光108进入线相机
139。这里，由于光源101具有宽的带宽和小的相干长度，如果参照光105的光路长度与测量光106的光路长度基本相等，则干涉条纹可被线相机139检测到。如上所述，线相机139获得沿着波长轴的谱范围中的干涉条纹。
[0116]随后，在考虑线相机139和透射光栅141的特性的情况下，指示波长轴上的信息的干涉条纹被转换成光频率轴的干涉条纹。转换来的光频率轴的干涉条纹经历逆傅立叶变换以获得深度方向上的信息。另外，在驱动XY扫描器119的同时检测干涉条纹使得可以在沿着X轴的多个位置获得干涉条纹。也就是说，可获得沿着X轴的每个位置处的深度方向上的信息。
[0117]结果，可以获得沿着xz平面的返回光108的强度的二维分布(层析图像)。
[0118]随后，将描述利用组合装置109获得二维图像(SL0图像)的方法。
[0119]组合装置109可通过在XY扫描器119在X轴方向上固定的同时仅在Y轴方向上操作和控制XY扫描器119并且操作和控制X扫描器121、并利用检测器138获得返回光108的强度，来获得视网膜127的二维图像。
[0120]此时，遮蔽构件(未示出)被放在参照光105的光路中，以使得参照光105的返回光不返回到光耦合器131。X扫描器121和XY扫描器119由计算机125通过驱动器单元181中的光学扫描器驱动器182来控制。
[0121]组合装置109基于由波前传感器155测量到的眼睛107的像差来控制反射型光调制器件159，从而可在校正由眼睛107等等生成的像差的同时获得二维图像。组合装置109可在实时控制反射型光调制器件159的同时获得二维图像。用于获得二维图像的具体方法与第一示范性实施例的 类似，从而将省略对其的描述。
[0122]根据本示范性实施例的眼科装置，对于更多的眼睛可获得约2μπι的分辨率，从而对眼底的详细观察，包括对杆状细胞、黄斑区中的中心凹的锥体细胞、视神经和外周血流的观察，变得可能。特别地，对诸如以下眼底疾病的早期检测成为了可能:在黄斑区中的锥体细胞中发生异常的锥体营养不良或斯塔加特病(Stargardt’ s disease)、主要在杆状细胞中发生异常的色素性视网膜炎(retinitis pigmentosa)、视神经经历萎缩的青光眼、以及在外周血流中发生异常的糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy)或视网膜静脉分枝阻塞(branch retinal vein occlusion)。
[0123]另外，由于反射镜的有效直径等于或小于7.5_，所以反射型光调制器件的尺寸可减小，并且因此光学系统的尺寸可减小。
[0124]虽然已参考示范性实施例描述了本公开，但要理解本发明并不局限于所公开的示范性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以涵盖所有的修改和等同的结构和功能。
【权利要求】
1.一种被配置为获得要被检查的眼睛的图像的眼科装置，该眼科装置包括: 像差测量单元，被配置为测量返回光的波前像差； 反射型光调制器件，被配置为对测量光和返回光中的至少一者进行调制；以及控制单元，被配置为基于所述像差测量单元的测量结果来控制所述反射型光调制器件以校正所述返回光的波前像差， 其中，所述反射型光调制器件包括具有7.5mm或更小的有效直径的反射镜和在所述有效直径内作用于所述反射镜的61个或更多个致动器，每个所述致动器具有7.5 μ m或更小的最大位移。
2.根据权利要求1所述的眼科装置， 其中，所述反射型光调制器件包括: 可动部，该可动部连接到所述反射镜； 可动梳状电极，该可动梳状电极由所述可动部支撑并在与所述反射镜的反射面平行的方向上延伸； 支撑部，该支撑部支撑所述可动部； 固定梳状电极，该固定梳状电极由所述支撑部支撑、在与所述反射镜的反射面平行的方向上延伸并且是与所述可动梳状电极交替地部署的；以及 电压控制单元，该电压控制单元在所述可动梳状电极和所述固定梳状电极之间施加电压以使所述可动梳状电极和所述可动部在所述反射镜的反射面的法线方向上移位，并且其中，所述可动梳状电极和所述固定梳状电极沿着所述反射镜的反射面的法线方向部分地不相互重叠。`
3.根据权利要求2所述的眼科装置， 其中，所述可动梳状电极被所述可动部以悬臂状态支撑以在与所述反射镜的反射面平行的方向上延伸，并且 其中，所述固定梳状电极被所述支撑部以悬臂状态支撑以在与所述反射镜的反射面平行的方向上延伸。
4.根据权利要求3所述的眼科装置，其中，所述反射镜的反射面在所述有效直径内是连续的。
5.根据权利要求4所述的眼科装置，还包括光源，该光源被配置为发出850nm或更小的波长带中的激光。
6.根据权利要求5所述的眼科装置，其中，所述像差测量单元是夏克-哈特曼波前传感器。
7.根据权利要求6所述的眼科装置，还包括光学系统，该光学系统被配置为将从所述光源发出的激光作为测量光引导至眼睛， 其中，所述光学系统是通过连接等倍率望远镜光学系统来形成的。
8.根据权利要求7所述的眼科装置，其中，所述望远镜光学系统还用作用于将所述返回光从眼睛引导至所述波前传感器的光学系统。
9.根据权利要求8所述的眼科装置，其中，眼睛的角膜、所述波前传感器和所述反射型光调制器件被布置为相互光学共轭。
10.根据权利要求9所述的眼科装置，其中，所述反射型光调制器件包括80个或更多个致动器。
11.根据权利要求1所述的眼科装置，其中，所述眼科装置包括扫描激光检眼镜装置。
12.根据权利要求11所述的眼科装置，其中，所述眼科装置是光学相干层析成像装置和扫描激光检眼 镜装置的组合装置。
【文档编号】A61B3/14GK103784116SQ201310523197
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2012年10月30日
【发明者】岛田康弘, 矢岛正人 申请人:佳能株式会社