Desarrollo de un sistema de doble paso compacto y de bajo coste para la evaluación de la calidad óptica y la difusión intraocular

Abstract

The purpose of this PhD thesis was to design, implement and validate a low cost compact system based on the double-pass I technique in order to evaluate the viability of its use in the future in optical instrumentation to obtain optical quality and light diffusior estimations. First of all we measured the optical quality of an electro-optical liquid lens to prove its usefulness in the measurement of the eye's optical quality. We built a simple single-pass setup composed by a laser diode (LD), an electro-opticalliquid lens (EOLL) and a CCD as recording device. The results obtained in this study show the validity of this type of lenses for corrections of spherical refractive errors. In second place we studied the correction of spherical refractive errors in double-pass configurations by means of the electro­ optical liquid lens (EOLL). We measured the optical performance of the spherical corrector in terms of optical power, pupil size and optical quality verifying that they all fit the requirements to be applied to double-pass systems. We also evaluated the performance of the proposed method in patients by comparison with a conventional double-pass system using a Badal optometer (OQAS instrument) and we conclude that the EOLL is suitable to be used in a double-pass system for a spherical correction. In third place we implemented and validated a superluminiscent led (SLED) as light source in the double-pass system . The study showed that the SLED used during the experimentation did not have sufficiently low coherence to break the speckle noise on its own, but showed a good performance when being combined with other methods for speckle reduction. In fourth place we implemented and validated a CMOS camera as recorder device in the double-pass system. We studied the performance of a CMOS camera by comparison with the results obtained with a CCD. The study showed a high correlation between the results obtained with the CCD and CMOS camera, demonstrating in this manner suitability of this type of sensors (CMOS) for application in the field of visual optics. Taking into account the results on the light source, the spherical refractive error corrector, and the recording device, the final configuration of the system includes a SLD light source, a corrector based on EOLLs and a CMOS camera. The experimental double-pass system has been compared with a commercially available double-pass system (OQAS). All the tests showed the good agreement between both systems, which suggest that the system here presented may be used for estimations of the ocular optical quality and scattering measurements. We conclude that the proposed experimental setup, including as innovations the CMOS camera and the EOLL spherical corrector, improves in terms of size and cost a conventional system with a performance comparable to that observes in commercially available devices.

Esta tesis doctoral ha tenido como objetivo fundamental el diseño, implementación y validación de un sistema compacto y de bajo coste basado en la técnica del doble paso que nos permita obtener estimaciones de calidad óptica en general y de luz difusa en particular, dirigido a una posible futura utilización en la práctica clínica. Para ello se ha partido del esquema de doble paso utilizado en el instrumento oftalmológico OQAS y se ha estudiado y validado posibles mejoras, tanto en grado de integración como en coste, que han garantizado las mismas o superiores prestaciones. En primer lugar se procedió a la validación de una lente electro-óptica como sistema de corrección de la refracción esférica, este dispositivo sustituye al tradicional sistema Badal compuesto por dos lentes cuya distancia relativa puede variarse, lo cual permite la corrección de la refracción esférica. Se analizó y demostró la validez de este nuevo tipo de lentes electro-ópticas para la corrección de refracción esférica. En segundo lugar se procedió al diseño y la implementación de un sistema de doble paso utilizando la lente electro-óptica para la compensaci6n de refracción esférica. Una vez se comprobó que la lente electro-óptica reunía los requisitos de calidad óptica, se procedió a implementar el sistema de doble paso que incorpora dicha lente en substitución del sistema Badal. Se verificó y demostró que el sistema con la lente electro-óptica tiene prestaciones similares o mejores que el clásico sistema de doble paso. En tercer lugar se implementó y validó el sistema de iluminación basado en una fuente LED superluminiscente (SLED). Se incorporó como fuente de luz al sistema de doble paso un SLED y se analizó el grado de ruido speckle en las imágenes obtenidas. El estudio determinó que el SLED utilizado no tenía la suficiente baja coherencia como para romper el ruido speckle por sí mismo, pero si mostró un buen rendimiento cuando se combina con otros métodos para la reducción del speckle. En cuarto lugar se procedió a implementar y validar el sistema de registro basado en una tecnología CMOS. Se incorporó una cámara CMOS como nuevo dispositivo de registro al sistema de doble paso. El estudio realizado puso de manifiesto una alta correlación existente entre los resultados obtenidos con la cámara CMOS y la CCD, de manera que quedó demostrado la idoneidad de este tipo de sensores (CMOS) para la aplicación en montajes experimentales de óptica visual y para la implementación de instrumentación asociada a este campo. Ya por último se procedió a la validación del sistema de doble paso resultante. En función de los resultados obtenidos se implementó el sistema de doble paso definitivo siguiendo criterios de simplicidad y coste, este sistema incorpora un compensador de refracción esférica basado en una lente electro-óptica, un diodo laser y una cámara CMOS. Para la validación de los resultados obtenidos y como equipo comercial de referencia se utilizó el instrumento clínico OQAS. Los resultados obtenidos en el estudio demostraron una alta correlación entre el sistema experimental y el instrumento OQAS. Así pues y a la vista de los resultados obtenidos se concluye que a partir de los diferentes estudios realizados en esta tesis doctoral se ha demostrado que el sistema de doble paso presentado basado en una lente electro-óptica, un diodo laser y una cámara CMOS mejora en cuanto a dimensiones y coste el de un sistema convencional.