專利名稱：確定相對位置和旋轉(zhuǎn)偏移的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及用一個第二成像設(shè)備對準(zhǔn)一個第一成像設(shè)備。本發(fā)明尤其涉及用于確定一個波前系統(tǒng)的第一和第二成像設(shè)備之間的相對位置和旋轉(zhuǎn)偏移的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
激光眼部手術(shù)程序通常采用某種能夠測量患者眼睛的光學(xué)特性的系統(tǒng)。一種有希望的眼睛測量系統(tǒng)是VISX WaveScanTM系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用一個Hartmann-Shack波前傳感器裝置，它可以量化整個光學(xué)系統(tǒng)的高階像差，包括一階和二階球柱面誤差，以及由慧形和球面像差引起的三至六階像差。眼睛的波前測量產(chǎn)生一個高階像差圖，通過它可以估計眼睛的整個光學(xué)路徑的像差，例如，內(nèi)部像差和角膜表面的像差。此后，波前像差信息可以被保存，然后被放進(jìn)激光系統(tǒng)，以便計算一個校正患者眼中的像差的定制的切除模式。
WaveScanTM系統(tǒng)還包括一個照相機(jī)(“瞳孔照相機(jī)”)，它在以Hartmann-Shack波前傳感器裝置獲取波前測量結(jié)果時獲取眼睛的圖像。以瞳孔照相機(jī)獲取的眼睛的圖像可用于跟蹤眼睛的空間位置，以便在角膜切除治療過程中將切除激光正確地與眼睛對準(zhǔn)。
由于在激光切除過程中對眼睛的跟蹤和對準(zhǔn)是基于用瞳孔照相機(jī)獲取的圖像的，因此波前數(shù)據(jù)與瞳孔照相機(jī)獲取的圖像空間上(平移地和旋轉(zhuǎn)地)對準(zhǔn)是很重要的。如果在獲取波前測量結(jié)果時瞳孔照相機(jī)與波前傳感器沒有空間上取準(zhǔn)，則接下來的依靠波前測量結(jié)果的在激光幫助下的角膜切除，則可能不能與患者的眼睛對準(zhǔn)。
因此，需要的是可確定波前系統(tǒng)的兩個成像設(shè)備之間的相對位置和旋轉(zhuǎn)偏移的設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明測量波前系統(tǒng)的Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)之間的相對位置和旋轉(zhuǎn)偏移，并校準(zhǔn)波前系統(tǒng)的所述兩個照相機(jī)。
本發(fā)明可使用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的軟件算法來校正Hartmann-Shack傳感器和瞳孔照相機(jī)的位置和旋轉(zhuǎn)之間的誤差，以便用兩個成像設(shè)備獲取的圖像能夠相對彼此正確對準(zhǔn)。一旦確定了Hartmann-Shack傳感器和瞳孔照相機(jī)的位置和旋轉(zhuǎn)偏移，偏移量可被存儲在系統(tǒng)的內(nèi)存中，以便軟件可校正用照相機(jī)獲取的圖像之間的偏移。通常，本發(fā)明的方法可用于在波前系統(tǒng)的制造過程中或定期維護(hù)過程中校準(zhǔn)波前系統(tǒng)，以便確保在實(shí)際使用過程中兩個成像設(shè)備在空間上是對準(zhǔn)的。
但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，雖然以下說明集中于一個波前系統(tǒng)的Hartmann-Shack傳感器和瞳孔照相機(jī)的空間對準(zhǔn)，但是本發(fā)明可用于對任何兩個(或多個)同時記錄圖像的成像設(shè)備進(jìn)行空間上的對準(zhǔn)。
在一個方面中，本發(fā)明提供了一個校準(zhǔn)設(shè)備，用于確定一個Hartmann-Shack照相機(jī)和一個瞳孔照相機(jī)之間的相對位置和旋轉(zhuǎn)偏移。該設(shè)備包括一個具有一個孔隙的主體。在某些實(shí)施方式中，孔隙是旋轉(zhuǎn)不對稱的。旋轉(zhuǎn)不對稱的孔隙可采取多種不對稱的形式。在一個有用的實(shí)施方式中，不對稱的孔隙采取十字或X的形式。在某些配置中，設(shè)備可包括用于防止光直接從設(shè)備的主體反射的裝置。在其它配置中，孔隙可以可移動地連接到主體上，以便允許孔隙相對于主體旋轉(zhuǎn)和平移。設(shè)備可位于Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)的成像平面上，以便它被兩個照相機(jī)同時成像。設(shè)備的圖像可用于測量和補(bǔ)償兩個照相機(jī)的位置和旋轉(zhuǎn)偏移。
在另一個方面中，本發(fā)明提供了一種將一個第一成像設(shè)備與一個第二成像設(shè)備對準(zhǔn)或校準(zhǔn)的方法。該方法大體上包括放置一個對準(zhǔn)設(shè)備或者定位器，以便定位器被第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備成像。由第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備獲取的定位器的圖像被分析，以確定第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備之間的錯位。
有多種定位器可用于本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，以測量和校正第一和第二成像設(shè)備之間的錯位。例如，在某些實(shí)施方式中，可使用一個固定的、不可調(diào)節(jié)的校準(zhǔn)設(shè)備。在其它實(shí)施方式中，可使用一個完全可調(diào)節(jié)的校準(zhǔn)設(shè)備，以便用戶能夠調(diào)節(jié)校準(zhǔn)設(shè)備的至少一部分的一個旋轉(zhuǎn)方向和平移位置。
在一個實(shí)施方式中，本方法包括提供一個校準(zhǔn)設(shè)備或定位器，它包括一個具有一個旋轉(zhuǎn)不對稱的孔隙的主體。該定位器被放置在第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備的一個光學(xué)路徑上。定位器的圖像被第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備獲取?？梢龑?dǎo)光線通過旋轉(zhuǎn)不對稱的孔隙到達(dá)第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備，并且以第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備對孔隙成像，以確定位置和旋轉(zhuǎn)偏移。第一成像設(shè)備可為一個測量波前數(shù)據(jù)的Hartmann-Shack照相機(jī)?？紫兑部梢允强烧{(diào)節(jié)的。
一個標(biāo)記或者覆蓋層可以加于第一和第二成像設(shè)備獲取的定位器的圖像中的至少一個圖像上。用第一成像設(shè)備獲取的圖像中的標(biāo)記從一個標(biāo)稱位置(例如，圖像的一個中心)移動，以便將標(biāo)記與定位器充分對齊。第一圖像中的標(biāo)記的移動信息(例如，沿著x軸和y軸的移動和圍繞z軸的旋轉(zhuǎn))被保存，用于將來參考。用第二成像設(shè)備獲取的圖像中的標(biāo)記從一個標(biāo)稱位置(例如，圖像的一個中心)移動，以便將標(biāo)記與定位器充分對齊。第二圖像中的標(biāo)記的移動信息也被保存，用于將來參考。最后，比較第一圖像中的標(biāo)記的移動信息和第二圖像中的標(biāo)記的移動信息，以確定第一和第二成像設(shè)備之間的旋轉(zhuǎn)和位置偏移。
在另一個實(shí)施方式中，定位器可被第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備成像?？烧{(diào)節(jié)定位器的一個平移位置和旋轉(zhuǎn)方向，直到定位器位于由第一成像設(shè)備獲取的圖像中一個想要的位置，例如圖像的一個中心。一旦定位器位于想要的位置，則分析由第二成像設(shè)備獲取的圖像，以確定定位器是否位于相同的想要的位置(例如，由第二成像設(shè)備獲取的圖像的一個中心)。如果定位器沒有位于想要的位置，則由第二成像設(shè)備獲取的圖像上覆蓋的一個標(biāo)記可從想要的位置移動，直到它與定位器充分對齊。然后標(biāo)記的移動信息可用于確定第一和第二成像設(shè)備之間的旋轉(zhuǎn)和位置偏移。
在還有一個方面中，本發(fā)明提供了一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)具有一個Hartman-Shack照相機(jī)和一個瞳孔照相機(jī)。一個校準(zhǔn)設(shè)備，例如一個包括一個旋轉(zhuǎn)不對稱的孔隙的主體，可位于Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)的一條光學(xué)路徑上。一個控制系統(tǒng)連接到Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)，以確定校準(zhǔn)設(shè)備在每個照相機(jī)獲取的圖像中的相對位置，以便確定兩個照相機(jī)之間的偏移。
在一個實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)具有第一和第二模式。第一模式中的控制系統(tǒng)可被配置為將一個標(biāo)記疊加在由Hartmann-Shack照相機(jī)獲取的校準(zhǔn)設(shè)備的一個圖像以及由瞳孔照相機(jī)獲取的一個圖像上的標(biāo)稱位置?？梢栽试S標(biāo)記移動到與不對稱的孔隙的圖像充分對齊。在第二模式中，控制系統(tǒng)可將由Hartmann-Shack照相機(jī)獲取的圖像中的標(biāo)記的移動類型與由瞳孔照相機(jī)獲取的圖像中的標(biāo)記的移動類型相比較，以便確定Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)之間的位置和旋轉(zhuǎn)偏移。
在另一個方面中，本發(fā)明提供了代碼模塊和圖形用戶接口，用于實(shí)現(xiàn)此處說明的本發(fā)明的方法。
這些和其它方面將在余下的附錄、說明和權(quán)利要求中顯示出來。


圖1示意性地描述了由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一個波前系統(tǒng)、校準(zhǔn)設(shè)備和一個對象。
圖2示意性地描述了本發(fā)明的一個簡化的波前系統(tǒng)。
圖3示意性地描述了本發(fā)明的一個簡化的計算機(jī)系統(tǒng)。
圖4描述了可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的某些模塊。
圖5顯示了結(jié)合了本發(fā)明的一個校準(zhǔn)設(shè)備的一個實(shí)施方式。
圖6示意性地描述了使用圖5的校準(zhǔn)設(shè)備的本發(fā)明的一個簡化的方法。
圖7顯示了由一個瞳孔照相機(jī)獲取的圖5的校準(zhǔn)設(shè)備的一個圖像。
圖8顯示了由一個Hartmann-Shack照相機(jī)獲取的圖5的校準(zhǔn)設(shè)備的一個圖像。
圖9顯示了圖5的校準(zhǔn)設(shè)備的一個修改后的Hartmann-Shack圖像。
圖10顯示了結(jié)合了本發(fā)明的一個校準(zhǔn)設(shè)備的另一個實(shí)施方式。
圖11示意性地描述了使用圖10的校準(zhǔn)設(shè)備的本發(fā)明的一個簡化的方法；以及圖12至17描述了可用于實(shí)現(xiàn)使用圖10的校準(zhǔn)設(shè)備的本發(fā)明的方法的本發(fā)明的某些圖形用戶接口。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明對于增強(qiáng)激光眼部手術(shù)程序(例如激光屈光性角膜切除術(shù)(PRK)、光照療法角膜切除術(shù)(PTK)、激光輔助層狀角膜切除術(shù)(LASIK)等)的精確性和功效尤其有用。本發(fā)明最好可通過改進(jìn)用于得到和對準(zhǔn)一個角膜切除的方法或其它對患者眼睛的屈光治療程序來增強(qiáng)屈光程序的光精確度。
雖然本發(fā)明的系統(tǒng)和方法主要是在一個激光眼部手術(shù)系統(tǒng)的情況下被說明的，但應(yīng)該理解本發(fā)明的技術(shù)可用于其它眼部治療程序和系統(tǒng)，例如放射狀角膜切除術(shù)、眼內(nèi)晶狀物、角膜環(huán)植入、膠原角膜組織熱重塑等。
圖1示意性地描述了本發(fā)明的一個校準(zhǔn)系統(tǒng)10。校準(zhǔn)系統(tǒng)10包括一個參考物體，例如放置在位于波前系統(tǒng)16和一個對象18之間的波前系統(tǒng)16的一條光學(xué)路徑14中的一個定位器或校準(zhǔn)設(shè)備12。除其它部分外，波前系統(tǒng)16還可包括一個Hartmann-Shack照相機(jī)和一個瞳孔照相機(jī)，用于同時分別獲取眼睛的波前數(shù)據(jù)和一個圖像。
光可從波前系統(tǒng)16的一個光源(未顯示)中發(fā)出，經(jīng)過校準(zhǔn)設(shè)備12中的一個孔隙20，然后射到對象18上。對象18可用于產(chǎn)生Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)的一個點(diǎn)源。一束生成的或反向的光可從對象18通過校準(zhǔn)設(shè)備12的孔隙20射回到波前系統(tǒng)16中。由于校準(zhǔn)設(shè)備12被放置在Hartmann-Shack照相機(jī)的圖像平面中，因此對應(yīng)于校準(zhǔn)設(shè)備12中的孔隙20的形狀的一個斑點(diǎn)圖案出現(xiàn)在由Hartmann-Shack照相機(jī)獲取的圖像中。在一個實(shí)施方式中，孔隙20是旋轉(zhuǎn)不對稱的。但在另一個實(shí)施方式中，如果需要的話，孔隙可以是旋轉(zhuǎn)對稱的。在兩個圖像中確定校準(zhǔn)設(shè)備12的位置和方向以估計照相機(jī)之間的偏移。
在一個配置中，對象18可以具有不光滑的白色表面，以便減少不想要的光反射的量。在另一個配置中，對象18包括Spectralon，它可將往回反射光學(xué)上漫射的光，通過校準(zhǔn)設(shè)備12。但是，應(yīng)該認(rèn)識到，可使用多種其它材料作為對象，以便往回反射或生成光，通過校準(zhǔn)設(shè)備12。
圖2示意性地描述了本發(fā)明的一個簡化的波前系統(tǒng)16。波前系統(tǒng)16大體上包括一個Hartmann-Shack照相機(jī)22，它被配置為獲取患者眼睛的光學(xué)組織的一個波前測量結(jié)果。Hartmann-Shack照相機(jī)22具有一個透鏡陣列(未顯示)，該陣列記錄在視網(wǎng)膜上光線從一個點(diǎn)光源的偏移。波前系統(tǒng)16還包括一個瞳孔照相機(jī)24，例如一個CCD，它被配置為在Hartmann-Shack照相機(jī)進(jìn)行波前測量的同時記錄患者眼睛的一個圖像。一個控制器，例如一個計算機(jī)系統(tǒng)26，可連接到照相機(jī)22、24，用于分析和校準(zhǔn)由照相機(jī)22、24獲取的圖像。計算機(jī)系統(tǒng)26可結(jié)合在波前系統(tǒng)16中，或者它可以是一個連接到照相機(jī)22、24的單獨(dú)的計算機(jī)。
圖3是一個計算機(jī)系統(tǒng)26的一個簡化的框圖，該計算機(jī)系統(tǒng)可用于根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式對準(zhǔn)和對齊由照相機(jī)22、24獲取的圖像。計算機(jī)系統(tǒng)26包括至少一個處理器28，它通過一個總線子系統(tǒng)30與多個外圍設(shè)備通信。這些外圍設(shè)備可包括一個存儲子系統(tǒng)32，其包括一個內(nèi)存子系統(tǒng)34和一個文件存儲子系統(tǒng)36，用戶接口輸入設(shè)備38，用戶接口輸出設(shè)備40，以及一個可選的網(wǎng)絡(luò)接口子系統(tǒng)42。輸入和輸出設(shè)備使得用戶可以與計算機(jī)系統(tǒng)26交互。一個用戶可以是一個人類用戶、一個設(shè)備、一個進(jìn)程、另一臺計算機(jī)等。
網(wǎng)絡(luò)接口子系統(tǒng)42提供一個到其它計算機(jī)系統(tǒng)和通信網(wǎng)路的接口。網(wǎng)絡(luò)接口子系統(tǒng)42的實(shí)施方式包括一塊以太網(wǎng)卡、一個調(diào)制解調(diào)器(電話、衛(wèi)星、電纜、ISDN等)、(異步)數(shù)字用戶回路(DSL)單元等。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可包括互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、無線網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、私有網(wǎng)絡(luò)、公共網(wǎng)絡(luò)、交換網(wǎng)絡(luò)等。
用戶接口輸入設(shè)備38可包括一個鍵盤、指針設(shè)備(例如一個鼠標(biāo)、跟蹤球、觸摸板或繪圖板)、一臺掃描儀、一臺條形碼掃描儀、一個結(jié)合在顯示器中的觸摸屏、音頻輸入設(shè)備(例如語音識別系統(tǒng)、麥克風(fēng))以及其它類型的輸入設(shè)備。一般地，使用“輸入設(shè)備”這個詞組是旨在包括使用計算機(jī)系統(tǒng)26輸入信息的所有可能的設(shè)備的方法。
用戶接口輸出設(shè)備40可包括一個顯示子系統(tǒng)、一臺打印機(jī)、一臺傳真機(jī)或非視覺的顯示器，例如音頻輸出設(shè)備。顯示子系統(tǒng)可為一個陰極射線管(CRT)，一個平面設(shè)備(例如一臺液晶顯示器(LCD))，或者一個投影設(shè)備。一般地，使用“輸出設(shè)備”這個詞組旨在包括從計算機(jī)系統(tǒng)26輸出信息的所有可能的設(shè)備和方法。
存儲子系統(tǒng)32可被配置為存儲提供本發(fā)明的功能的基本軟件程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的功能的軟件模塊可存儲在存儲子系統(tǒng)32中。這些軟件模塊可由處理器28執(zhí)行。在一個分布式的環(huán)境中，軟件模塊可存儲在多個計算機(jī)系統(tǒng)上，并且被多個計算機(jī)系統(tǒng)的處理器執(zhí)行。存儲子系統(tǒng)32也可提供一個存儲空間，用于存儲各種數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可用于根據(jù)本發(fā)明所說明的方法存儲信息。存儲子系統(tǒng)32可包括內(nèi)存子系統(tǒng)34和文件存儲子系統(tǒng)36。
內(nèi)存子系統(tǒng)34可包括多個內(nèi)存，包括一個主隨機(jī)訪問內(nèi)存(RAM)44，用于存儲程序執(zhí)行過程中的指令和數(shù)據(jù)，以及一個只讀存儲器(ROM)46，其中存儲了固定指令。文件存儲子系統(tǒng)36持續(xù)(非揮發(fā)性地)存儲程序和數(shù)據(jù)文件，可包括一個硬盤驅(qū)動器、一個軟盤驅(qū)動器及相關(guān)的可移動介質(zhì)、一個壓縮數(shù)字只讀存儲器(CD-ROM)驅(qū)動器、一個光驅(qū)、可移動介質(zhì)盒、CD、DVD以及其它類似的存儲介質(zhì)。一個或多個設(shè)備可位于其它連接的計算機(jī)上的遠(yuǎn)程位置上。
總線子系統(tǒng)30提供一個機(jī)制，使得計算機(jī)系統(tǒng)26的各組件和子系統(tǒng)按照需要彼此通信。計算機(jī)系統(tǒng)26的各種子系統(tǒng)和組件不必位于相同的物理位置，而是可以分布在不同的位置。雖然總線子系統(tǒng)30被示意性地顯示為一條總線，總線子系統(tǒng)的其它實(shí)施方式也可利用多條總線。
計算機(jī)系統(tǒng)26本身可以是不同的類型，包括一臺個人計算機(jī)、一臺便攜式計算機(jī)、一個工作站、一個計算機(jī)終端、一臺網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)、一臺主機(jī)或任何其它的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。由于計算機(jī)隨時在變化的性質(zhì)，對圖2和3所描述的計算機(jī)系統(tǒng)26的說明只是作為一個特定的例子，用于描述本發(fā)明的一個實(shí)施方式?？赡苡幸粋€計算機(jī)系統(tǒng)的許多其它配置，這些配置具有與圖3所示的計算機(jī)系統(tǒng)相比更多或更少的組件。
圖4描述了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的某些模塊的一個簡化的框圖。這些模塊可在波前系統(tǒng)16內(nèi)的軟件、硬件或軟件和硬件的結(jié)合中實(shí)現(xiàn)。在圖4所示的實(shí)施方式中，模塊80包括一個用戶接口模塊82、一個圖像模塊84、圖像處理模塊86以及一個校準(zhǔn)模塊88。
用戶接口模塊82提供一個接口，通過該接口一個用戶可輸入命令、查看圖像以及查看校準(zhǔn)的結(jié)果。用戶可輸入命令處理圖像，以幫助確定Hartmann-Shack照相機(jī)22和瞳孔照相機(jī)24獲取的圖像中的校準(zhǔn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)方向和位置。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，校準(zhǔn)模塊的圖像是由圖像模塊84從照相機(jī)22、24獲取的。圖像可存儲在一個數(shù)據(jù)庫90中，該數(shù)據(jù)庫可位于一個存儲子系統(tǒng)32中、一個遠(yuǎn)程服務(wù)器中等。用戶可通過在用戶接口模塊82中提供適當(dāng)?shù)妮斎雭碇付@示哪個圖像。一旦適當(dāng)?shù)膱D像被顯示出來，則圖像處理模塊86被配置為通過用戶接口模塊82接收輸入命令，以處理從照相機(jī)之一獲取的圖像，以便確定由照相機(jī)獲取的圖像的圖像參數(shù)(例如，校準(zhǔn)設(shè)備的方向和位置偏移)。一旦通過圖像處理模塊86分析了第一個圖像之后，則可將第一圖像的圖像和參數(shù)信息存儲在數(shù)據(jù)庫90中。然后可用用戶接口模塊82訪問圖像模塊84，以查看第二圖像(例如，由另一個照相機(jī)獲取的圖像)。然后用戶可通過用戶接口模塊82指示圖像處理模塊86分析和獲取第二圖像的圖像參數(shù)，并將第二圖像和圖像參數(shù)存儲在數(shù)據(jù)庫90中。
一旦通過圖像處理模塊86分析了兩個圖像之后，則可用校準(zhǔn)模塊88訪問存儲在數(shù)據(jù)庫90中的信息，以確定由照相機(jī)22、24獲取的圖像之間的偏移。校準(zhǔn)模塊88可被配置為將校準(zhǔn)的校準(zhǔn)結(jié)果輸出到用戶接口模塊82，可選擇地，也可自動將結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫90中并自動計算偏移。校準(zhǔn)的結(jié)果也可只輸出到用戶接口模塊82。然后用戶可指示校準(zhǔn)模塊88將校準(zhǔn)結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫90中。正如可被認(rèn)識到那樣，數(shù)據(jù)庫90可被其它模塊(可以是本地模塊也可以是遠(yuǎn)程模塊)所訪問，以使得校準(zhǔn)信息可被用于波前系統(tǒng)和/或一個激光手術(shù)系統(tǒng)中，以補(bǔ)償照相機(jī)22、24之間的任何偏移。
本發(fā)明還提供了對準(zhǔn)圖像并補(bǔ)償?shù)谝怀上裨O(shè)備(例如Hartmann-Shack照相機(jī)22)和第二成像設(shè)備(例如瞳孔照相機(jī)24)之間的錯位的特定方法。如果(XP，YP)是瞳孔照相機(jī)24的像素坐標(biāo)，而(XHS，YHS)是Hartmann-Shack照相機(jī)22的像素坐標(biāo)，則有一個涉及Hartmann-Shack照相機(jī)22和瞳孔照相機(jī)24的兩個坐標(biāo)系統(tǒng)的投影變換。已發(fā)現(xiàn)一個剛性變換，足以描述兩個照相機(jī)之間的關(guān)系。從而該剛性變換可通過三個參數(shù)Δx、Δy和θ描述，其中Δx是沿著X軸的平移、Δy是沿著Y軸的平移，而θ是圍繞Z軸的旋轉(zhuǎn)。Hartmann-Shack照相機(jī)22和瞳孔照相機(jī)24之間的一個比例因子“A”是一個已知的固定值。則該變換成為XPYP=A*cos(θ)sin(θ)-sin(θ)cos(θ)XHSYHS+ΔxΔy]]>為確定變換參數(shù)Δx、Δy和θ的值，一個定位器或校準(zhǔn)設(shè)備12可被Hartmann-Shack照相機(jī)22和瞳孔照相機(jī)24成像，以確定兩個照相機(jī)的圖像中的設(shè)備的位置和方向，以便可以確定照相機(jī)的空間偏移，以便隨后估計變換參數(shù)。
圖5描述了一個結(jié)合了本發(fā)明的校準(zhǔn)設(shè)備12。校準(zhǔn)設(shè)備12可固定地放置于一個WaveScanTM校準(zhǔn)軌(未顯示)上，以便將校準(zhǔn)設(shè)備12放置在波前系統(tǒng)16的光軸14上(圖1)。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，多種其他的常規(guī)固定裝置可用于將校準(zhǔn)設(shè)備放置在WaveScanTM系統(tǒng)或其他例如由Bausch&Lomb、Alcon Labs和Wavefront Sciences制造或銷售的波前系統(tǒng)的圖像平面中。一個孔隙位于校準(zhǔn)設(shè)備12的主體48的中心，以使得光能夠從對象18(圖1)反射開來，并且通過孔隙回到Hartmann-Shack照相機(jī)22和瞳孔照相機(jī)24中?？紫?0可被配置為其兩個維度上的寬度W均對應(yīng)于Hartmann-Shack照相機(jī)的透鏡陣列的透鏡的間距的兩倍。
在示例性的實(shí)施方式中，孔隙20是旋轉(zhuǎn)不對稱的，其形狀為十字形，孔隙寬度約為1mm。十字形是一個首選實(shí)施方式，因此它具有清楚的中心原點(diǎn)(例如，水平孔隙和垂直孔隙之間的交叉點(diǎn))。但是應(yīng)該認(rèn)識到，在其他實(shí)施方式中，孔隙可為任何旋轉(zhuǎn)不對稱的形狀，例如一條線、一個三葉草的形狀、一個三角形、多邊形，具有標(biāo)記的圓等，并且可具有其他尺寸。如果需要的，校準(zhǔn)設(shè)備12可包括多個開口50，以接收校準(zhǔn)軌(未顯示)。
作為選擇，校準(zhǔn)設(shè)備12也可包括防反射裝置50，用于防止或減少光直接從校準(zhǔn)設(shè)備12的主體的反射。在所述的實(shí)施方式中，校準(zhǔn)設(shè)備的一個中央部分52被一個非反射材料所覆蓋，或者由一個非反射材料制成，以便防止光從校準(zhǔn)設(shè)備12反射并進(jìn)入光軸14。在一個實(shí)施方式，塊中央的直徑8mm的部分被涂上了一種模型鐵路引擎黑模以防反射。應(yīng)該認(rèn)識到，在某些實(shí)施方式中，可以僅將校準(zhǔn)設(shè)備12放置在相對于光軸14的一個角度上，以便防止光直接從校準(zhǔn)設(shè)備沿著波前系統(tǒng)16的光軸14反射。
圖6示意性地描述了使用圖5的校準(zhǔn)設(shè)備的本發(fā)明的一個簡化方法。首先，在步驟70中，用Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)獲取校準(zhǔn)設(shè)備的圖像，在步驟72中，確定在Hartmann-Shack照相機(jī)獲取的圖像中的校準(zhǔn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)方向和位置。在步驟74中，確定在瞳孔照相機(jī)獲取的圖像中的校準(zhǔn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)方向和位置。圖像中的校準(zhǔn)設(shè)備的位置和旋轉(zhuǎn)參數(shù)與彼此相比較以確定任何旋轉(zhuǎn)和平移偏移。在步驟76中，數(shù)據(jù)的比較結(jié)果可用于確定照相機(jī)之間的錯位，并對準(zhǔn)圖像以及校準(zhǔn)Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)。一旦確定了旋轉(zhuǎn)和位置偏移，則可生成一個軟件校正算法，以校正照相機(jī)之間的錯位。
圖7至9描述了圖5的校準(zhǔn)設(shè)備使用的某些簡化的圖形用戶界面以及由Hartmann-Shack照相機(jī)22和瞳孔照相機(jī)24獲取的圖像。例如圖7描述了由瞳孔照相機(jī)24獲取的校準(zhǔn)設(shè)備12的一個圖像。在一個計算機(jī)系統(tǒng)26(圖2和3)上運(yùn)行的與照相機(jī)22、24通信的校準(zhǔn)軟件可在孔隙20的圖像的一個標(biāo)稱位置中添加一個標(biāo)記或覆蓋，例如一個紅十字圖像100(或者對應(yīng)于孔隙20的形狀的其他圖像)。在一個配置中，標(biāo)稱位置是圖像的中心。在所述的實(shí)施方式中，在用戶界面102上的滑動條調(diào)節(jié)使得用戶能夠沿著三個參數(shù)(Δx、Δy和θ)移動紅十字圖像100，以便將紅十字圖像100與孔隙20的圖像充分對準(zhǔn)。在所述實(shí)施方式中，位置調(diào)節(jié)可以按1個像素的步長完成，而旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)可按1/2度的步長完成。如滑動條調(diào)節(jié)中所示，在此例中，紅十字圖像100相對于其原來的標(biāo)稱位置在x方向移動了27個像素，在y方向移動了3個像素，并且旋轉(zhuǎn)了-6.0°度，以便將覆蓋圖形100與不對稱的孔隙20充分對準(zhǔn)。這些來自滑動條的值，ΔxPupil-＞Object、ΔyPupil-＞Object和θPupil-＞Object被存儲在計算機(jī)系統(tǒng)26的一個內(nèi)存中，以便將來參考。但是，應(yīng)該認(rèn)識到，除了滑動條調(diào)節(jié)以外，可使用多種其他軟件方法來將紅十字圖像100與孔隙20的圖像對準(zhǔn)。此外，除了手動地將覆蓋圖形與孔隙20的圖像對準(zhǔn)以外，本發(fā)明的軟件模塊可被配置為自動地將覆蓋圖形與孔隙20對齊。
圖8顯示了Hartmann-Shack照相機(jī)22獲取的校準(zhǔn)設(shè)備12的一個圖像。正如本領(lǐng)域已知的，來自一個Hartmann-Shack照相機(jī)的圖像將是一個斑點(diǎn)圖案104的形式。為了便于參考，圖像已經(jīng)被限制在最大值的10％以上，以便提高來自Hartmann-Shack傳感器的透鏡陣列的斑點(diǎn)的對比度。與瞳孔照相機(jī)相似，校準(zhǔn)軟件可在Hartmann-Shack照相機(jī)22獲取的圖像上的標(biāo)稱位置中添加一個標(biāo)記或覆蓋圖形，例如一個紅十字圖像101或其他圖像。用戶界面103可提供三個參數(shù)(Δx、Δy和θ)的滑動條調(diào)節(jié)，使得用戶能夠?qū)⒏采w圖形的紅十字圖像與不對稱的孔隙的斑點(diǎn)圖像充分對準(zhǔn)。如滑動條調(diào)節(jié)中所示，在此例中，紅十字圖像101在x方向移動了-21個像素，在y方向移動了-7個像素，并且旋轉(zhuǎn)了7.5°度，以便將紅十字101與孔隙的斑點(diǎn)圖案圖像104對準(zhǔn)。在一個配置中，位置調(diào)節(jié)可以按1個像素的步長完成，而旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)可按1/2度的步長完成。一般地，紅十字圖像101應(yīng)該被放置為使得它覆蓋盡可能多的孔隙20的圖像的斑點(diǎn)。不是在所有的配置中都可能覆蓋Hartmann-Shack圖像的所有斑點(diǎn)。來自滑動條的值，ΔxHS-＞Object、ΔyHS-＞Object和θHS-＞Object被存儲在系統(tǒng)的一個內(nèi)存中，以便將來參考。
校準(zhǔn)過程中的下一個步驟是建立兩個照相機(jī)22、24之間的變換參數(shù)。這可以通過把一個外部物體(例如，校準(zhǔn)裝置12的孔隙)的相對位置用作兩個照相機(jī)的一個參考來實(shí)現(xiàn)。因此Δx＝ΔxPupil-＞Object-ΔxHS-＞ObjectΔy＝ΔyPupil-＞Object-ΔyHS-＞Object
θ＝θPupil-＞Object-θHS-＞Object以上變換參數(shù)可被放入上述變換方程中，以確定相對旋轉(zhuǎn)和位置偏移，以便本發(fā)明能夠用軟件校正殘留對準(zhǔn)誤差，以便波前系統(tǒng)能夠?qū)⒉ㄇ皥D像與瞳孔照相機(jī)獲取的圖像精確匹配。
從而，根據(jù)以上例子Δx＝27像素-(-21)像素＝48像素Δy＝3像素-(-7)像素＝10像素θ＝-6.0度-(-7.5)度＝1.5度因此，為了將Hartmann-Shack照相機(jī)22獲取的波前正視圖與瞳孔照相機(jī)24獲取的圖像在空間上對準(zhǔn)，軟件必須將波前圖在+x方向移動48個像素(例如，向右)，在+y方向移動10個像素(例如，向上)，以及圍繞z軸旋轉(zhuǎn)1.5度(例如，逆時針)。
雖然由于孔隙的可見的邊緣，使得十字圖像100與瞳孔圖像中的孔隙圖像的對準(zhǔn)是可定位的，來自Hartmann-Shack照相機(jī)的圖像包含一個通過孔隙可見的斑點(diǎn)圖案104，但是斑點(diǎn)的邊緣或外側(cè)的行可能不能清晰地可見。從而，為了簡化將十字圖像101與孔隙20的Hartmann-Shack圖像的對準(zhǔn)過程，存儲在計算機(jī)系統(tǒng)26的內(nèi)存中的一個圖像處理算法可用于來自Hartmann-Shack照相機(jī)的圖像。在這樣的實(shí)施方式中，如圖9所示，可通過減短孔隙臂之一的的長度來修改校準(zhǔn)設(shè)備12的十字孔隙，以便在十字孔隙20上定義一個主軸106和一個副軸108。
例如，本發(fā)明的算法可提供一個設(shè)定閾值的步驟，其中至少為圖像中的最高亮度值的20％的像素被指定為值1。其余的值被指定為值0。一個塊卷積步驟將其余的圖像與一個包含1的大小為40×40的正方形核進(jìn)行卷積。此步驟可將斑點(diǎn)擴(kuò)展到更大的塊，以便將“斑點(diǎn)”(現(xiàn)在是更大的塊)合并到一起。最后，算法可包括一個形態(tài)操作步驟，其中二進(jìn)制圖像的其余部分被分析以找出質(zhì)心和主軸。在一個實(shí)施方式中，該操作步驟可用Matlab的“imfeature”命令實(shí)現(xiàn)。從此步驟獲取的值可用于將紅十字圖像101與更改后的孔隙20的圖像相對準(zhǔn)。
圖10-17描述了一個校準(zhǔn)設(shè)備的其他實(shí)施方式，以及校準(zhǔn)設(shè)備的使用。圖10描述了校準(zhǔn)設(shè)備12的一個可調(diào)節(jié)的實(shí)施方式，它包括一個主體48，該主體48可包括一個或多個可選的開口50，用于接收校準(zhǔn)軌。具有一個位于中心的十字形孔隙20的可旋轉(zhuǎn)和平移的主體54可移動地連接到主體48。校準(zhǔn)設(shè)備12可包括一個旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)部件56和兩個平移部件58、60的組合，通過它們分別可進(jìn)行孔隙的旋轉(zhuǎn)和位置調(diào)節(jié)。如箭頭62所指出的，啟動旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)部件56使得孔隙20圍繞其中心旋轉(zhuǎn)。啟動平移部件58可使得孔隙在箭頭64的方向上平移，而啟動平移部件60可使得孔隙20在箭頭66的方向上平移。在一個實(shí)施方式中，平移部件58、60是螺釘，以便旋轉(zhuǎn)螺釘能引起平移部件58、60和主體54的移動。
圖11示意性地描述了使用圖11的可調(diào)節(jié)校準(zhǔn)設(shè)備的本發(fā)明的一個簡化的方法。首先，在步驟61中，孔隙被放置為位于一個透鏡的中心，以便它最接近于Hartmann-Shack斑點(diǎn)圖像的中心或其他想要的部分。可選擇地，在步驟63中，十字孔隙可被繼續(xù)調(diào)節(jié)，直到十字孔隙與Hartmann-Shack圖像的中心接近對準(zhǔn)，并且行和列(或斑點(diǎn)圖案的其他部分)中的Hartmann-Shack斑點(diǎn)的亮度更加均勻地平衡。在步驟65中，一旦校準(zhǔn)設(shè)備位于Hartmann-Shack圖像的中心，一個與校準(zhǔn)設(shè)備中的孔隙具有基本相同的形狀的標(biāo)記從圖像一個中心移動，并覆蓋來自瞳孔照相機(jī)的圖像中的孔隙。對于圖10的實(shí)施方式，標(biāo)記的形狀是一個十字準(zhǔn)線，它基本對應(yīng)于十字形孔隙的形狀。一旦標(biāo)記與孔隙對準(zhǔn)了，在步驟67中，對準(zhǔn)標(biāo)記和孔隙的圖像所需的平移移動和旋轉(zhuǎn)移動量，與孔隙距離Hartmann-Shack圖像中的圖像的希望部分(例如，中心)的任何偏移一起，可用于確定Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)之間的錯位。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的用戶界面。用戶界面幫助用戶對準(zhǔn)Hartmann-Shack照相機(jī)22和瞳孔照相機(jī)24的圖像。由本發(fā)明生成的用戶界面可存儲在一個存儲子系統(tǒng)中，并且輸出在波前系統(tǒng)的一個輸出設(shè)備上。圖12-17描述了使用圖10的校準(zhǔn)設(shè)備的本發(fā)明的多種用戶界面和方法。具有本領(lǐng)域普通技術(shù)者將意識到其他變化、修改和替換可用于本發(fā)明。因此，以下說明旨在描述，而不是限制本發(fā)明的范圍。
圖12描述了一個示例性的用于校準(zhǔn)和對準(zhǔn)Hartmann-Shack照相機(jī)22和瞳孔照相機(jī)24的用戶界面110。在所述實(shí)施方式中，用戶界面具有多個選項(xiàng)條112，它們使得用戶能夠選擇計算機(jī)上運(yùn)行的軟件的功能。為了校準(zhǔn)Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)，用戶可選擇或打開一個“服務(wù)(service)”選項(xiàng)條114(例如，用一個指針或箭頭點(diǎn)擊該選項(xiàng)條)?！胺?wù)”選項(xiàng)條窗口使得用戶能夠選擇多種不同的圖像參數(shù)，正如由在靠近界面的底端顯示一個子選項(xiàng)條116的菜單所描述的那樣。為了對準(zhǔn)照相機(jī)22、24，用戶可選擇“照相機(jī)對準(zhǔn)”選項(xiàng)條118。
用戶界面110可具有一個窗口122，以顯示由Hartmann-Shack照相機(jī)獲取的圖像，以及一個窗口124，以顯示由瞳孔照相機(jī)獲取的圖像。通常，用戶界面還包括控件126，用于調(diào)節(jié)Hartmann-Shack照相機(jī)圖像，以及控件128，用于調(diào)節(jié)瞳孔照相機(jī)圖像?？蛇x擇地，用戶界面110可具有一個窗口130，顯示用于執(zhí)行一個對準(zhǔn)的步驟。
如果需要，用戶可激活放大按鈕142，以便圖像窗口122、124中的任何一個可占據(jù)用戶界面110的整個中央部分。可實(shí)時地、靜態(tài)地或者有延時地查看每個圖像窗口122、124。
為了開始對準(zhǔn)和對齊圖像，用戶可激活“打開覆蓋(overlay on)”按鈕132，以便將在顯示的窗口上顯示覆蓋的對準(zhǔn)元件。在所述的實(shí)施方式中，對于Hartmann-Shack圖像窗口122，對準(zhǔn)元件包括一個第一和第二十字準(zhǔn)線134、136。第一十字準(zhǔn)線134是固定的，可用于標(biāo)記圖像的中心或圖像的任何希望的部分。如果軟件能夠確定Hartmann-Shack斑點(diǎn)圖案的中心，則第二十字準(zhǔn)線136也可被顯示出來，以描述估計的斑點(diǎn)圖案的中心。在一個實(shí)施方式中，用不同的顏色(例如，黃色和藍(lán)色)和/或不同的尺寸顯示十字準(zhǔn)線134和十字準(zhǔn)線136以便將十字準(zhǔn)線彼此區(qū)分開來。可選擇地，如果軟件確定Hartmann-Shack圖像未位于中心或者圖像相對于圖像窗口的中心旋轉(zhuǎn)了，則可在圖像上顯示一個提示箭頭138。
在瞳孔圖像窗口124的情況下，一個覆蓋圖形140可包括一個對應(yīng)于校準(zhǔn)設(shè)備中的孔隙的形狀的十字。在某些模式中，用戶可手動移動覆蓋圖形140以及重新設(shè)定其大小。在其他模式中，覆蓋圖形140的位置和大小可由軟件自動確定。
現(xiàn)參見圖13至14，可通過啟動放大按鈕142放大圖像窗口122(圖12)。為提高圖像質(zhì)量，用戶可通過在輸入144中輸入希望的亮度和對比度來調(diào)節(jié)圖像的對比度和亮度。例如，一個有用的配置是亮度級別約為50，而對比度級別約為100。正如可認(rèn)識到那樣，根據(jù)獲取的特定圖像，可選擇其他級別的亮度和對比度。一旦選定了亮度和對比度，用戶可按下“下一步”按鈕146。
在一個特定的用戶中，在用戶界面147中，用戶可首先按“自動聚焦(Auto-Focus)”按鈕148來聚焦圖像。如果軟件可獲取Hartmann-Shack圖像，一個結(jié)果集合可顯示在文本框150、150”中，指示圖像是否已經(jīng)充分對準(zhǔn)。在一個實(shí)施方式中，文本框可以被加上顏色，以便可視化地指示是否已實(shí)現(xiàn)了對準(zhǔn)。例如，紅色和/或提示箭頭138可指示圖像尚未被對準(zhǔn)(圖13)，而綠色(和/或沒有提示箭頭)可指示圖像的對準(zhǔn)是可接受的(圖14)。如果框150、150’指示圖像已對準(zhǔn)(例如，綠色，圖像中無提示箭頭138等)，用戶可通過按“下一步”按鈕146前進(jìn)到下一個用戶界面。
如果框150、150”指示圖像未對準(zhǔn)，則用戶可手動或自動調(diào)節(jié)校準(zhǔn)設(shè)備的方向和位置，以便將孔隙的圖像基本位于斑點(diǎn)圖案的中央，以便圖像垂直和水平對稱。如圖13所示，如果軟件能夠分析斑點(diǎn)圖案，則提示箭頭138顯示在圖像窗口的左上部分，以便指示用戶校準(zhǔn)設(shè)備必須向哪個方向調(diào)節(jié)，以便將孔隙136的中心與Hartmann-Shack圖像134的中心充分對準(zhǔn)(例如，上/下，左/右和/或旋轉(zhuǎn))，以使得Hartmann-Shack圖像的中心和孔隙(例如，十字準(zhǔn)線134、136)的中心充分對準(zhǔn)。
如框150、150”所示，框150是垂直堆疊的，并且顯示了對應(yīng)于斑點(diǎn)的三個中心行的平均亮度的數(shù)字結(jié)果。水平堆疊的框150對應(yīng)于斑點(diǎn)的三個中心列的平均亮度。用戶可調(diào)節(jié)校準(zhǔn)設(shè)備的位置和方向，直到外側(cè)的行和列的亮度更均勻地平衡。如圖14所示，在界面149中，當(dāng)孔隙的Hartmann-Shack圖像與圖像的中心對準(zhǔn)，并且外側(cè)的行的亮度更均勻地平衡時，每個框150、150’中的第一和最后一個數(shù)字應(yīng)該充分相等。正如可認(rèn)識到的那樣，如果需要，用戶可通過在“容差(Tolerance)”控制輸入152中輸入一個容差來指定一個小的計算差別，以便不要求數(shù)字完全相等。正如可在圖14中見到的，在用戶界面的左下角的“圖案偏移(pattern ofst)”框中，透鏡陣列中心(例如，圖像中心)相對于校準(zhǔn)設(shè)備的孔隙的中心的平移和角度偏移被自動計算。
一旦Hartmann-Shack圖像窗口122上的圖案被充分地對準(zhǔn)，則用戶可按下“下一步”按鈕146，它使得軟件切換到瞳孔照相機(jī)圖像124并在用戶界面154上顯示該圖像。在一個實(shí)施方式中，軟件可被配置為自動嘗試定位垂直和水平孔隙部分。一個黃色的覆蓋圖形140將指示軟件確定的孔隙20的位置。作為替換，用戶也可手動使用右側(cè)面板中的控件128相對一個標(biāo)稱位置(例如，圖像的一個中心)調(diào)節(jié)十字準(zhǔn)線覆蓋圖形140的位置、角方向和寬度，以便將覆蓋圖形140放置在孔隙的圖像之上。軟件可計算相對于標(biāo)稱位置的平移和旋轉(zhuǎn)偏移。一旦用戶確定覆蓋圖形已經(jīng)被適當(dāng)?shù)胤胖?，則用戶可按下“下一步”按鈕146，以便前進(jìn)到圖16所示的用戶界面156，在這里軟件將計算Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)之間的位置和角偏移，如上所述。
對圖像的分析提供了關(guān)于兩個照相機(jī)的距離圖像中心的偏移的信息。由于在兩個情況下孔隙的絕對位置是相同的(例如，對一個孔隙同時成像)，因此軟件能夠確定Hartmann-Shack照相機(jī)相對于瞳孔照相機(jī)的相對x，y和θ坐標(biāo)。由于分析是從選擇一個特定的Hartmann-Shack斑點(diǎn)作為其中心，并將孔隙以該斑點(diǎn)為中心，因此軟件也知道Hartmann-Shack圖案的絕對位置，以及圖案相對于Hartmann-Shack照相機(jī)的角旋轉(zhuǎn)。
正如可在圖15和16中所見的，“位置和旋轉(zhuǎn)”框157中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)指示了瞳孔照相機(jī)的坐標(biāo)中的覆蓋圖形的相對位置和角旋轉(zhuǎn)，以便指示相對于瞳孔照相機(jī)圖像中心的像素和角度差。為了設(shè)置照相機(jī)22、24之間的對準(zhǔn)參數(shù)，用戶可按下“設(shè)置對準(zhǔn)”按鈕158，它啟動關(guān)于照相機(jī)22、24之間的偏移的計算，如上所述。一旦按下了“設(shè)置對準(zhǔn)”158按鈕，軟件按照上述方法計算照相機(jī)22、24之間的偏移，并且前進(jìn)到用戶界面160(圖17)，在這里校準(zhǔn)結(jié)束?？蛇x擇地，兩個照相機(jī)的平移和角偏移也可顯示在用戶界面的“結(jié)果”框164中。如果需要，用戶可按下一個“打印”按鈕162以獲取校準(zhǔn)的一個硬拷貝。在所述的實(shí)施方式中，偏移數(shù)據(jù)可顯示在用戶界面的右下側(cè)上的“結(jié)果”部分中。
畫如那些本領(lǐng)域技術(shù)熟練者將理解到的那樣，本發(fā)明可在不背離其基本特性的情況下以其他特定形式實(shí)施。例如，圖形用戶界面的特定設(shè)置只是一個例子，不應(yīng)該限制本發(fā)明。此外，雖然方法可說明分析Hartmann-Shack圖像和瞳孔照相機(jī)圖像的一個特定的順序，但是也可執(zhí)行任何分析順序，并且本發(fā)明不限于一個特定的分析順序。以上例子僅是描述結(jié)合了本發(fā)明的某些實(shí)施方式的，并不限制本發(fā)明的范圍。具有本領(lǐng)域普通技術(shù)者將認(rèn)識到其他變化、修改和替換。因此，前述說明是用作說明用的，并不限制以下權(quán)利要求書中闡明的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一個用于確定一個波前系統(tǒng)的一個Hartmann-Shack照相機(jī)和一個瞳孔照相機(jī)之間的相對位置和旋轉(zhuǎn)偏移的設(shè)備，該設(shè)備包括一個主體；以及一個有形狀的孔隙，它使得光線能射到Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，包括用于將主體放置在Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)的光軸中的裝置。
3.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中孔隙是旋轉(zhuǎn)不對稱的。
4.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中旋轉(zhuǎn)不對稱的孔隙基本上是十字形的。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中主體包括防反射裝置。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中主體的一部分在至少兩個運(yùn)動維度上是可旋轉(zhuǎn)和可移動的。
7.用于測量一個第一成像設(shè)備和一個第二成像設(shè)備之間的旋轉(zhuǎn)和位置偏移的一種方法，該方法包括用第一和第二成像設(shè)備獲取一個定位器的一個圖像；將一個標(biāo)記添加在用第一和第二成像設(shè)備獲取的所述定位器的各個圖像上的標(biāo)稱位置中；將標(biāo)記從用第一成像設(shè)備獲取的所述圖像中的所述標(biāo)稱位置移動到一個與所述定位器的圖像基本對準(zhǔn)的位置；將標(biāo)記從用第二成像設(shè)備獲取的所述圖像中的所述標(biāo)稱位置移動到一個與所述定位器的圖像基本對準(zhǔn)的位置；以及將第一圖像中的標(biāo)記的移動信息與第二圖像中的標(biāo)記的移動信息相比較以確定第一和第二成像設(shè)備之間的旋轉(zhuǎn)和位置偏移。
8.權(quán)利要求7的方法，其中移動信息包括沿著x軸的平移、沿著y軸的平移和圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)中的至少之一。
9.權(quán)利要求7的方法，其中定位器包括一個旋轉(zhuǎn)不對稱的孔隙。
10.權(quán)利要求9的方法，其中標(biāo)記的形狀基本對應(yīng)于定位器的旋轉(zhuǎn)不對稱的孔隙的形狀。
11.權(quán)利要求7的方法，其中第一成像設(shè)備包括一個Hartmann-Shack照相機(jī)。
12.權(quán)利要求7的方法，其中圖像中的標(biāo)稱位置為圖像的中心。
13.一個系統(tǒng)包括一個成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個Hartmann-Shack照相機(jī)和一個瞳孔照相機(jī)；一個校準(zhǔn)設(shè)備，該設(shè)備包括一個孔隙，該孔隙可放置在Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)的一條光學(xué)路徑上；以及一個連接到成像系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)被配置為具有第一模式和第二模式，其中處于第一模式的控制系統(tǒng)將一個標(biāo)記添加到Hartmann-Shack照相機(jī)獲取的校準(zhǔn)設(shè)備的一個圖像和用瞳孔照相機(jī)獲取的一個圖像的標(biāo)稱位置上，并且允許標(biāo)記移動到與不對稱的孔隙的圖像基本對準(zhǔn)，其中第二模式中的控制系統(tǒng)將用Hartmann-Shack照相機(jī)獲取的圖像中的標(biāo)記的移動類型與用瞳孔照相機(jī)獲取的圖像中的標(biāo)記的移動類型相比較，以便確定Hartmann-Shack照相機(jī)和瞳孔照相機(jī)之間的位置和旋轉(zhuǎn)偏移。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中孔隙是旋轉(zhuǎn)不對稱的。
15.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中不對稱的孔隙近似地是十字形的。
16.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中成像系統(tǒng)是一個波前系統(tǒng)。
17.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中定位器包括一個不反射的中央部分，以防止反射。
18.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，包括一個位于成像系統(tǒng)的光軸上的對象，其中校準(zhǔn)設(shè)備位于對象和成像系統(tǒng)之間。
19.用于確定一個系統(tǒng)的第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備之間的相對位置和旋轉(zhuǎn)偏移的一種方法，該方法包括提供一個主體，該主體包括一個位于第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備的一條光學(xué)路徑中的一個旋轉(zhuǎn)不對稱的孔隙；引導(dǎo)光線通過旋轉(zhuǎn)不對稱的孔隙射到第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備；用第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備對孔隙成像；以及比較孔隙的圖像的旋轉(zhuǎn)和位置偏移，以確定第一和第二成像設(shè)備之間的一個相對位置和旋轉(zhuǎn)偏移。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述引導(dǎo)包括使所述光線從一個對象的反射平面反射。
21.權(quán)利要求19的方法，其中比較包括將一個標(biāo)記添加到由第一成像設(shè)備獲取的圖像上，其中標(biāo)記基本對應(yīng)于孔隙的形狀；將標(biāo)記從一個標(biāo)稱位置移動到與孔隙基本對準(zhǔn)；計算標(biāo)記沿x軸、y軸的移動以及圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)；將一個標(biāo)記添加到由第二成像設(shè)備獲取的圖像上，其中標(biāo)記基本對應(yīng)于孔隙的形狀；將標(biāo)記從一個標(biāo)稱位置移動到與孔隙基本對準(zhǔn)；計算標(biāo)記沿x軸、y軸的移動以及圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)；將計算出的由第一成像設(shè)備獲取的圖像中的標(biāo)記的移動減去由第二成像設(shè)備獲取的圖像中的標(biāo)記的移動。
22.存儲在一個計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上的一個計算機(jī)程序產(chǎn)品，用于將一個第一成像設(shè)備與一個第二成像設(shè)備對準(zhǔn)，該計算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于用第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備獲取圖像的代碼；用于將一個標(biāo)記添加到用第一和第二成像設(shè)備獲取的定位器的圖像上的代碼；用于在用第一成像設(shè)備獲取的圖像中移動標(biāo)記以使得標(biāo)記與定位器基本對準(zhǔn)的代碼；用于在用第二成像設(shè)備獲取的圖像中移動標(biāo)記以使得標(biāo)記與定位器基本對準(zhǔn)的代碼；用于將第一圖像中的標(biāo)記的移動信息與第二圖像中的標(biāo)記的移動信息相比較，以確定第一和第二成像設(shè)備之間的旋轉(zhuǎn)和位置偏移的代碼。
23.用于將一個第一成像設(shè)備與一個第二成像設(shè)備對準(zhǔn)的一種方法，該方法包括放置一個定位器，以使得該定位器被第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備成像；以及分析由第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備獲取的定位器的圖像以確定第一成像設(shè)備和第二成像設(shè)備之間的錯位。
24.權(quán)利要求23的方法，包括調(diào)節(jié)定位器的位置，以使得定位器位于由第一成像設(shè)備獲取的圖像中的一個希望的位置。
25.權(quán)利要求24的方法，其中調(diào)節(jié)位置包括在第一成像設(shè)備的光軸內(nèi)改變定位器的角方向和平移位置中的至少一個。
26.權(quán)利要求24的方法，其中所述希望的位置實(shí)際上是由第一成像設(shè)備獲取的圖像的中心。
27.權(quán)利要求26的方法，其中分析圖像包括計算定位器距離由第二成像設(shè)備獲取的圖像的中心的平移和角偏移。
28.權(quán)利要求27的方法，其中計算包括將一個標(biāo)記從由第二成像設(shè)備獲取的圖像的中心移動，直到標(biāo)記與定位器基本對準(zhǔn)；以及測量將標(biāo)記與定位器基本對準(zhǔn)所需的平移移動和角移動量。
29.權(quán)利要求23的方法，其中第一成像設(shè)備是一個Hartmann-Shack照相機(jī)。
30.權(quán)利要求29的方法，其中定位器包括一個主體，該主體包括一個孔隙，其中由第一成像設(shè)備獲取的圖像是對應(yīng)于孔隙的形狀的一個斑點(diǎn)圖案。
31.權(quán)利要求30的方法包括，調(diào)節(jié)孔隙的位置和角方向中的至少一個，直到斑點(diǎn)圖案的選中的部分中的亮度基本均勻平衡。
32.權(quán)利要求30的方法，其中孔隙的形狀是不對稱的，其中定位器的孔隙和標(biāo)記的不對稱的形狀包含基本相同的形狀。
33.權(quán)利要求32的方法，其中有形狀的孔隙是十字形的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一個用于確定一個第一和第二成像設(shè)備之間的一個相對位置和旋轉(zhuǎn)偏移的設(shè)備和方法。在一個示例性的實(shí)施方式中，本發(fā)明可用于確定一個Hartmann－Shack波前傳感器和一個瞳孔照相機(jī)之間的相對偏移。校準(zhǔn)設(shè)備(12)包括一個主體(48)，它可包括得到于接收一條校準(zhǔn)軌的開口(50)。一個可旋轉(zhuǎn)和平移的主體(54)具有一個位于中心的十字形的孔隙(2)，它可移動地連接到主體(48)。
文檔編號G01B11/00GK1630487SQ03803639
公開日2005年6月22日 申請日期2003年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月11日
發(fā)明者迪米特里·徹恩亞克, 杰弗瑞·喬納森·珀索夫 申請人:維思克斯公司