Wavefront technologie

Wavefront meet alle fouten in het optische systeem. De "fouten" kunnen afzonderlijk worden weergegeven. Voor de ingreep kunnen we deze bekijken en beoordelen of ze voor correctie in aanmerking komen.
Een correctie van alle fouten wordt vandaag de dag niet zinvol meer geacht. Alleen de in het hoornvlies aanwezige fouten komen hiervoor in aanmerking. Daar door verschillende deskundigen ernstig getwijfeld wordt aan het nut van wavefront achten wij het niet netjes u voor het toevoegen van een dubieus product extra kosten in rekening te brengen.
Onder het motto baat het niet, het schaadt ook niet voegen wij het gratis toe.

Wat is Wavefront (golffront) eigenlijk?
Het woordenboek omschrijft golffront als; een imaginaire 2D-oppervlakte voorstelling zoals voorgesteld door de doorlopende rode lijnen in afbeelding 2, waarbij lichtstralen gaand door een medium in de ruimte samenkomen in één punt. Een bundel van evenwijdig het oog binnentredende lichtstralen zou een vlak golffront moeten hebben. Dit houdt in dat “elk punt” van elke lichtstraal op hetzelfde moment het denkbeeldige oppervlak voor het oog zou moeten bereiken. Na passage van onder andere het hoornvlies  ontstaat een gebogen golffront omdat de afstand naar de rand toeneemt en de loopsnelheid verschilt. Het golffront wordt gebogen.



Naar boven

In geval van bijziendheid (myopie) raakt het golffront meer gebogen daar de kromming van het hoornvlies in het algemeen toeneemt.



We berekenen (in microns) het verschil tussen een ideaal golffront en het actuele golffront over de gehele oppervlakte van het optische systeem. Wanneer het actuele golffront voorligt (reist sneller en verder gedurende de zelfde periode) op het ideale golffront ontstaan plus uitslagen. Loopt het actuele golffront achter bij het ideale golffront dan bestaan negatieve waarden. We kunnen deze afwijkingen van het ideale front weergeven op een kleurpresentatie (zie figuur 4).

Naar boven

Zojuist werden de verschillen getoond van twee golffronten welke slechts enigermate sferisch van elkaar verschillen. We weten echter  dat de optische onderdelen van het oog niet exact sferisch of asferisch zijn. Het golffront zoals dat gemeten wordt bij een menselijk oog is vrijwel altijd irregulair afwijkend van het ideale golffront. Dit omdat bijvoorbeeld de voorzijde van het hoornvlies niet ideaal glad is.



Naar boven

De verschillen tussen het actuele golffront en een ideaal golffront worden aberraties of fouten genoemd. In 1934 beschreef  Frits Zernike een aantal formules (polynomials) welke aberaties konden beschrijven. Elke polynomial stelt een vorm van optische aberatie voor. Op deze wijze kan irregulair golffront worden omschreven als coëfficiënten (vermenigvuldigingen voor elk van de modes) welke wanneer als geheel genomen de wavefront map (figuur 6) reconstrueren, maar welke elk voor zich duidelijk elke afwijking tonen. In figuur 7 zijn de Zernike afwijkingen tot en met de 6^e orde weergegeven.



De coëfficiënten van elke Zernike afwijking zijn uitgedrukt in microns. De variantie, verschil tussen het verwachte ideale golffront en het feitelijk gemeten front is het kwadraat van de coëfficiënt van de afwijking. De variantie van de totale afwijking is de som van elke kwadraat. Zo is de totale afwijking (RMS) van bijvoorbeeld de afwijking coma ter grootte van 0.4 micron in combinatie met 0.3 micron trefoil de volgende



Naar boven

Hoe meten we een golffront?

Er bestaan vier techieken:
1 -  Harmann-Shack
2 -  Tscherning
3 -  Differentiële skiascopie
4 -  Ray Tracing

De Hartmann-Shack techniek is lang in gebruik geweest in de optische industrie teneinde kleine afwijkingen te meten aan optische elementen zoals telescoopspiegels. Figuur 8 geeft een schematisch beeld van de techniek zoals gebruikt bij een oog. Een laser wordt gebruikt voor het creëren van een puntvormige lichtvlek op het netvlies. Dit punt kaatst licht terug door de pupil. De stralengang door de optische structuren van het oog heeft een frontgolf (wavefront) opgewekt. De teruggekaatste stralen passeren door een plaat met kleine lensjes. (gewoonlijk 200-1400 lensjes van 8x8mm). Het licht wordt vervolgens geprojecteerd op een CCD welke zich achter elk lensje bevindt. Wanneer de stralen door afwijkingen in de gepasseerde onderdelen van het oog zijn beïnvloed zal de projectie niet in het centrum van een CCD bevinden maar meer naar de zijkant.



Naar boven



De software bepaalt de plaatst van elke projectie in relatie tot de verwachte centrale projectie. Vervolgens wordt de vorm van het Wavefront berekend. Figuur 8 laat een ongestoord beeld zien. Echter, naarmate afwijkingen toenemen, kunnen projecties verschuiven naar, in of voorbij de projectie vanuit een naburig lensje. Deze verschuivingen en met name wanneer de projectie die vanuit een ander lensje passeert, kunnen fouten in de metingen geven.

Figuur 9 toont een Hartmann-Shack beeld voor een licht afwijkend oog. Het beeld illustreert de moeilijkheden welke deze meettechniek met zich meebrengt bij het bepalen van het centrum van elke projectie welke in intensiteit, vorm en positie  afwijkt van aanliggende projecties.



Een beperking van de techniek is het meten aan sterk afwijkende ogen en nauwe pupillen. Bij een nauwe pupil neemt het aantal door de vast opgestelde lensjes vallende stralen af

Naar boven

De Tscherning methode projecteert een vast patroon van lichtpunten door de optische elementen van het oog op het netvlies. De projectie van de afgebeelde punten wordt dan bekeken via een buiten het oog aanwezige CCD camera.



Gelijk aan de Harmann-Shack methode vindt de software de locatie van alle lichtpunten uitgaande van een verwachte positie. Veranderingen in de vorm van het patroon op het netvlies komt overeen met afwijkingen in het oog. Deze methode, weergegeven in het bovenstaande schematische diagram kent hetzelfde probleem als de Hartmann-shack methode. Wanneer alle punten gelijktijdig worden bepaald ontstaat in een sterk onregelmatig oog verwarring over de oorsprong van elk punt.

Naar boven

Differentiële Skiascopie is het op een geautomatiseerde wijze uitvoeren van een “lichtbundel onderzoek”  ofwel skiascopie. Bij dit onderzoek kan met een brekings afwijking bepalen door te kijken naar de wijze waarop lichtbundels zich in het oog gedragen. Het netvlies wordt gescand met een infrarode lichtstraal terwijl het verschil in tijd tussen in- en uit-trede wordt gemeten met over 360 graden roterende lichtgevoelige elementen. Figuur 11 is een schematische voorstelling van het Nidek OPD systeem. De techniek van differentiële skiascopie heeft twee nadelen.
Ten eerste is het gescande gebied slecht 2 x 6 mm. Het centrale gebied van het optisch systeem wordt niet geanalyseerd.
Ten tweede is het lastig radiaire symmetrische aspecten te meten daar het systeem langs de meridianen meet. Het systeem  zal dan ook afwijkingen als Trefoil, Tetrafoil en Pentafoil onder- of over-corrigeren.


                 Figuur 11 Schematic layout of Nidek OPD

Naar boven

Het Ray Tracing systeem van Tracy Technologies projecteert een smalle, evenwijdig aan de zichtas lopende, laser straal door de pupil. De plek waar deze straal de retina treft wordt bepaald door het vastleggen van teruggekaatst licht. Dit licht wordt op zijn beurt afgebeeld op een lichtgevoelige plaat (sensitive linear array). Figuur 12 is een schematische voorstelling van deze techniek. Zodra de positie van punt 1 is bepaald verschuift de laserstraal naar een nieuwe positie waarna voor het teruggekaatste licht dezelfde procedure wordt gevolgd. Deze metingen worden gecontinueerd totdat alle 256 punten zijn gemeten. Zou het oog emmetroop (geen correctie voor verzien nodig hebben) zijn dan zouden alle punten in één punt op de macula samenvallen (figuur 12). Onregelmatigheden in het pad van elke straal door hoornvlies en lens geven verschuiving van de projectie op het netvlies. Dit is grafisch weergegeven voor een bijziend (myoop) oog en een verziend (hypermetroop) oog in figuur 13.



Naar boven

Wanneer een aantal punten achtereenvolgens via de pupil op het netvlies wordt afgebeeld  verschijnt een patroon. Dit wordt in figuur 14 weergegeven. Ray tracing heeft verschillende voordelen boven andere technieken. Het opeenvolgend meten van gegevens betekent dat er is geen misinterpretatie van de analyse tussen de positie van een punt bij binnenkomst in de pupil en de plek waar dat punt wordt waargenomen op de retina, aangezien elke punt separaat en na het vorige wordt geobserveerd. Dit betekent dat sterk afwijkende ogen nu ook betrouwbaar kunnen worden gemeten met ray tracing technologie.

Daar de stralen gang softwarematig wordt gestuurd kan het systeem de projectie zodanig aanpassen dat  alle 256 punten door de pupil worden geprojecteerd ongeacht of deze twee of acht millimeter is.

Daar door middel van “lineaire stralen detectors” elk punt separaat  wordt gemeten is de lokalisering van het centrum van elk punt nauwkeuriger dan met de Hartmann-shack of Tscherning technologi mogelijk is. Figuur 15 laat de werkwijze van de i-Trace software zien.