CN107951465B - 用于评估光学系统的屈光性能的光学方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于评估光学系统的屈光性能的光学方法，公开的实施例包括用于提供低成本装置的一种装置、系统和方法，所述低成本装置通过附接到一台智能手机上可以非常精确地测量屈光不正。一公开的装置可以使用环境光或光源，来模拟验光师通过利用逆夏克‑哈特曼(Shack‑Hartman)技术所使用的交叉柱镜程序。所述光学装置可以包括小透镜阵列和针孔，这些将促使使用者在不同深度有效聚焦。使用一个光学装置，并结合一台智能手机，使用者首先改变轴的角度，直到他/她看到一个交叉图案(垂直和水平线等间隔)。使用者通常可使用智能手机上的控制器来调节显示器，使得线汇合并重叠，这相应地使视图带入清晰焦点，从而为使用者提供适当的光学处方。

Description

用于评估光学系统的屈光性能的光学方法

相关专利申请的合并引用

这是一件基于2016年10月17日提交的美国专利申请(系列号：62/409,276)的专利申请。该相关申请通过引用并入本文，并作为本申请的一部分。如果在本专利申请中的公开与相关临时申请中的公开产生任何冲突，以本发明申请中的公开为准。此外，发明人在此文中通过引用将所述申请中引用或提及的任何和所有专利、专利申请和其他文件(纸质版本或电子版本)纳入本发明申请中。

版权和商标声明

本申请包括受到或可能受版权和/或商标保护的材料。版权和商标所有人不反对由任何专利公开的复制，因为其在专利和商标局的档案或记录中出现，但其他方面，保留所有版权和商标权。

技术领域

本发明总体涉及验光仪和对人眼屈光不正的评估。更具体地，本发明涉及用于自身屈光的消费者手持式装置的使用。

背景技术

公开的实施例可以通过模拟验光师在一临床环境中使用的交叉柱镜程序来测量一光学系统的屈光性能。如本文所定义的一光学系统可以包括但不限于人眼和机械系统，其中屈光测量可以确定屈光不正。公开的实施例可以包括由潘普洛纳(Pamplona)等人在公开的专利申请(US2013/0027668A1)中所描述的方法的基础上的扩展和改进，该申请其公开了一低成本装置的创建，该装置可以使用一台智能手机作为一光源来测量屈光不正。然而，现有技术中描述的方法和装置仅限于由一单个多透镜阵列或一针孔阵列组成的光学系统，相比本文所述的实施例，其不仅不精确，也不容易使用，更不经济。因此，本领域中需要能够使用普遍存在的智能手机测量一光学系统的屈光性能的新系统和方法。

发明内容

公开的系统和方法包括模拟或复制利用逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)技术的验光师的交叉柱镜检查的方法。公开的系统和方法包括各种改进，例如所述逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)技术的精确性和可用性。一公开装置的光学输入可以来自一智能手机、个人电子装置或其他光学系统，其中使用者将通过所述装置的另一端看到两条平行的线(例如，一条绿色和一条红色)，所述两条线间隔一特定的距离d(见附图1)。可以从智能手机的屏幕生成所述线。当今的智能手机所提供的高分辨率(例如，iPhone 6具有326像素屏幕分辨率，对应于约78微米的像素间距)便于对光学位移或不正进行高分辨率测量，如果涉及诸如焦平面或人类视网膜等实体。在所述光通过所述光学系统之后，在成像平面处形成两条线(参见附图1和附图2)，并且在一特定实施例中，由于在描述的系统中的预期彗差，形成具有“尾”的两条线(如图3所示中)。彗差或彗形像差，在涉及某些光学设计固有的由于导致离轴点源(例如形成一条线的像素)的透镜或其他部件中的缺陷所而导致的像差的光学系统中，出现扭曲，看起来像彗星一样有一条尾巴(彗差)。具体来说，可以将彗差定义为入射光瞳放大的一个变体。在屈光或衍射光学系统中，特别是在宽光谱范围内成像的那些，彗差可以是波长的函数，在这种情况下，它是色差的一种形式。

如果成像系统或正被测试的眼睛具有屈光不正，则线将会失焦并分离，如附图4所示。成像平面可以是视网膜或CCD相机的传感器。通过改变智能手机上的两条线之间的距离d(见附图1)，直到使用者感知到零或接近零的距离(参见附图3和附图4中的“对准线”)，可以评估屈光不正。

小透镜离智能手机屏幕的距离为D，其等于每个小透镜的焦距。因此，在入射光通过小透镜之后，它变得准直并且聚焦在被测透镜的透镜的焦平面上。如果存在屈光不正，则红色线和绿色线在成像平面上分离，如附图4A所示。如果通过改变距离d在屏幕上移动所述线，则成像平面上的所述两条线的位置也将改变。当所述两条线在所述成像平面上重叠时，可以通过距离d的变化量来评估屈光不正。

附图说明

该专利或申请文件包含至少一张具有彩色的附图。带有彩色附图的本专利或专利申请公开将将由本办公室根据要求提供，并支付必要的费用。

附图1描述了一公开系统的整体配置的一示意图，其具有的光源是一智能手机屏幕，并且描述了将线移动一个尺寸c的像素的效果。

附图2描述了使用者使用无彗差线来操作一公开装置时可能看到的内容。

附图3描述使用者使用由于所述光学系统中有意彗差导致的不均匀扩展粗线，操作一公开的装置时可能会看到的内容。有意彗差帮助使用者看到图案，并有助于使用者对准线。

附图4A描述了处于初始位置的逆夏克·哈特曼(Shack Hartmann)技术的一个实施。

附图4B描述了逆夏克·哈特曼(Shack Hartmann)技术的一个实施，其中像素已被移动了一个像素。

附图5A描述具有图案的一个显示器，该图案用作对光学系统的一输入，使用围绕其中心的线的旋转来测量不同的经线。

附图5B描述了具有图案的一显示器，该图案用作对所述光学系统的输入，使用围绕屏幕中心的线的旋转来测量不同的经线。

附图6描述了使用如附图8所示的一复合透镜的逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)技术中成像平面处的模拟串扰。

附图7描述了一个缩小段。

附图8描述了一透镜阵列，其中可以添加一可选透镜，并且所述透镜阵列可以促成对其他信息、指令和图案的使用。

附图9描述了逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)方法的用法，用于验证眼镜度数和用于说明结果。

附图10示出了出射光瞳减小系统，以使所述出射光瞳小于所述成像系统的所述入射光瞳。

附图11描述了基于附图4、附图7、附图8和附图10的内容的一整体公开的实施例。

附图12A示出了使用逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)技术的图示，其中一公开的实施例可以模拟用于精确评估屈光不正和透镜性质的一交叉柱镜程序。

附图12B描述了使用者所感知的内容的图示和手机屏幕上的状态(在图12A中所示的五个点处)。

附图13描述了用于附图中的凹凸透镜的一绘图惯例。

图14描述了一第二个公开实施例。

附图标记说明

通过结合相关附图，阅读下面的详细描述，本发明的这些和其它方面将变得显而易见。

100 智能手机

110 智能手机的屏幕

200 光学系统

210 焦平面

220 成像平面

230 凸透镜

240 凹透镜

300 眼/成像系统

400 光轴

500 小透镜

600 复合透镜

具体实施方式

下面详细描述涉及本发明的某些特定实施例。然而，本发明可以通过权利要求及其等同物所限定和涵盖的许多不同方式实施。本说明书中参见了附图，其中相同的部件用在整篇中用相同的附图标记表示。

除非在本说明书或权利要求书中另有说明，否则本说明书和权利要求书中使用的所有术语将具有本领域技术人员通常理解的这些术语的含义。

除非上下文另外清楚地要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”等都应以包容性的含义来解释，而不是排斥或穷尽的含义；也就是说，以“包括但不限于”的含义。使用单数或复数的单词也分别包括复数或单数。另外，在本申请中使用时，“本文”、“上文”、“下文”和类似导入词语均应参照作为整体的本申请，而不是参照本申请的任何特定部分。

公开的实施例可以使用逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)方法和模拟诸多验光师使用的交叉柱镜程序的程序(为了高精度地确定屈光不正)。

验光师用于精确测量患者的屈光不正的方法包括：最初验光师对患者的屈光不正进行粗略评估，并使用一交叉柱镜或等同的一杰克逊的交叉柱镜，验光师可以精确地确定散光的轴和振幅。使用这种方法，验光师首先使用另一种屈光法(例如自动屈光仪或视网膜镜检查)来评估眼镜度数。然后验光师使用这种眼镜度数作为基线，并添加一个具有零球镜等同物和柱镜2C度数的一纯柱面透镜。由此，在一个轴上的透镜的度数为+C，而与第一个轴垂直的另一个轴上的为-C。验光师最初将眼镜度数评估的轴与具有0度数的经线对准。然后验光师翻转透镜，改变在每条经线上的透镜的极性，或者等同地将柱镜的轴改变90度。如果初始轴是正确的，患者不会注意到任何差异，将是相同的模糊。如果患者注意到差异，患者会选择看到最佳图像的位置(轴)。然后，验光师将校正透镜向着提供最佳质量图像的轴旋转5度。重复此过程，直到患者无法注意到任何差异。这是如何以高精度确定轴。然后验光师就会精调散光的度数。验光师使用新轴用于设置透镜套件，使用与以前相同的交叉柱镜透镜，但现在散光轴与交叉柱镜的主经线之一平行。验光师然后翻转柱镜透镜，根据患者的指示(该位置具有最小模糊)改变校正柱镜的度数，直到患者无法注意到任何差异，感觉到交叉柱镜的两个位置的模糊相同。

在一公开的实施例中，使用一简单的逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)实施，来测量屈光不正，如附图1所示，使用者通过一光学系统在一屏幕上(诸如智能手机屏幕)观察两条线。然后，通过屈光装置观察，使用者改变屏幕上两条线之间的距离，直到使用者看到两条线重叠。然后使用者移动或调节装置以移动到下一条经线，其中两条线被呈现给使用者。该过程模拟在眼睛和/或相机之前添加一校正透镜，直到形成一清晰图像。

根据常规逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)方法，光学系统可以是一微透镜阵列和/或一针孔阵列。所述光学系统与手机屏幕的距离定义为D。

附图2描述了使用者操作所公开的装置时(使用两条线的屏幕图案，一条红色和一条绿色)看到的内容。通过一公开的装置观察到将线合在一起的操作或功能将被称为或定义为“对准”，并且在该过程结束时，当线一起出现和/或重叠，将被称之为或定义为“已对准”。使用者可以移动线的最小距离，受手机的分辨率(即像素距离c)以及屏幕和光学系统之间的距离D的限制。当使用者改变手机上的距离时，它会改变到成像系统的入射光的角度(参见附图4)。与成像系统的入射角度的最小变化θmin可以由以下公式计算：

通过知道手机屏幕上的两条线的距离d和距离D，可以计算入射角。从入射角θ，可以计算屈光不正P的度数(屈光度(m^-1))。因此，可以使用以下等式计算所需的校正量P：

其中d'是成像系统的透镜上的两个光束的距离或出射光瞳的尺寸，如附图4B所示。

因此，可以在如附图4B中的一系统中检测到的屈光不正的分辨率是：

该公式假设线在成像平面的中心精确地重叠。作为示例，如果像素距离c为0.78μm，成像系统的入射光瞳尺寸d'为1.5mm，焦距为10cm，则可检测到的最小屈光不正为约1屈光度。

所描述的测量，通过仅使用一对平行线，一次一条经线。为了通过照相机或人眼测量不同的经线，平行线的角度必须相对于人眼的取向而改变。不同的经线，达到对准所需的手机屏幕上的线之间的空间可能是不同的，因为每条经线的度数由于散光而改变。线的角度以及由此被测试的经线，可以通过旋转围绕每条线的中心或围绕图案的中心的线来改变(参见附图5A，5B)。为了具有所有经线上的代表性点，至少需要围绕图案中心的一个旋转，见附图5B，否则不能测量对应于初始经线加90度的经线。当线绕着图案的中心旋转时，光学元件也应该跟随线的旋转。这可以通过旋转光学元件以匹配图案的旋转或通过旋转整个显示器(手机)来完成。另一种方式是通过使用更多的光学元件(微透镜、针孔等)。在这种情况下，图案在手机上旋转，并使用不同的小透镜或针孔来准直光线。在这种情况下，会有串扰，可能会混淆使用者。

通过本文所描述的技术，使用逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)技术的公开的实施例模拟验光师使用的交叉柱镜程序。部分地通过本文公开的逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)方法的几个公开的改进，所公开的实施例成为可能。一公开的光学装置可以包括，如上所讨论的夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)技术中，与光源一起使用的一小透镜和/或针孔阵列。使用该公开的光学装置，结合一智能手机，可以模拟上述的交叉柱镜程序。

在一个公开的实施例中，智能手机的屏幕同时显示四条线，两对平行线，如附图9所示。两平行对彼此垂直，并且每对上的线的间隔总是相同的。当使用者通过光学装置查看智能手机的屏幕时，他看到两对平行线，总共四条线。使用者感知到的一对中的线的距离取决于他的眼睛在垂直于线的经线的屈光度数和手机上线的距离。如果使用者具有散光不正，则每对线的距离将不同，除非被测量的经线与散光不正的轴相差45度(正在被测量的两条经线是附图12中的绿色圈)。当每对线的分隔不同时，使用者旋转屏幕上的图案，因此正在被测量的经线的角度被改变，直到使用者看到两个偏移的交叉，附图9(每对的线相等间隔)。使用者调节每对线的线之间的距离(通常使用智能手机上的控制器)，以使线汇合在一起并重叠，这有效地对应于使视图进入清晰焦点。

该过程在附图12A中以图案方式显示，同时显示使用者在每个步骤中观察到的内容。蓝线表示在每条经线(x轴)处的屈光不正(y轴)的度数。在该特定实施例中，使用具有25轴的零球镜-2柱镜的屈光不正。当使用者在手机屏幕上旋转图案时，它有效地水平地移动附图12A中的红色圈，其对应于正在测试的经线。如附图12B所示，在屏幕上，线围绕着它们的中心旋转，但使用者看到线的距离发生变化。红色块始终分开90度。当被测试的两条经线具有相同的度数时(它们与附图12A上的绿色圈成相同的角度)，可以定义轴。使用者知道，当他或她看到每一对平均间隔的线时(附图12B)，被测量的两条经线具有相同的度数。值得一提的是，在这个过程中，每一对的线间隔相同的量。在这一点上被测量的经线与轴成±45度，由此轴被确定。

然后，使用者改变球镜等同物的度数，直到每对的线重叠，并且使用者看到每对的线重叠，并且如果在每一对处有一条红线和一条绿线，则使用者将看到一个黄色交叉。球镜等同物的变化同时改变了每一对的分离距离。当线重叠时，可以通过了解屏幕上的线的距离来推断球镜等同物。如果使用者看不到一个交叉，则可以重复此步骤和上一步骤，直到使用者看到一个黄色交叉(红线和绿线重叠)。在该测量结束时，已经确定散光轴和球镜等同物。

下一步是确定散光不正的轴的度数，即柱镜。在这个阶段的开始，应用程序或使用者将手机上的图案与前一步骤的旋转相比旋转45度，从而其中一对与散光轴平行，第二对垂直于散光轴。现在使用者通过改变每一对的线的间隔来改变柱镜的度数，直到如前所述形成一个黄色交叉，或者等同地，灰色圈与附图12A中的黑色圈重叠。从这最后一次的测量，确定柱镜的度数。

总而言之，以下步骤有时用于测量使用本公开的使用者的屈光不正：

1.使用者通过装置观看智能手机屏幕，查看手机屏幕上的四条线，附图9；

2.旋转装置上的交叉图案，直到每对的两条线(红色和绿色)之间的距离相同；

3.通过改变线之间的距离来改变球镜等同物度数，直到使用者看到一黄色交叉或尽可能贴近；

4.迭代步骤2和3，直到使用者在视场中间看到一黄色交叉；

5.将图案旋转45度，以便测量具有最小和最大度数的经线的度数；

6.改变柱镜度数，正弦曲线的振幅(附图12A中)，直到使用者看到一黄色交叉。

该公开方法的优点之一在于测量同时发生在相隔90度的两条经线上。因此，当在两条经线上进行测量时，眼睛处于相同的状态。因此，由于柱镜和轴的评估将具有较小的噪声，由此预期对屈光不正进行更精确的测量或者至少将产生更好的视力结果的测量。这是真的，因为由于需要评估散光的振幅和轴的测量同时进行，所以该方法避免了由于调节波动(例如暗焦点变化、仪器近视等)导致的散光不正。

为了实施这种交叉柱镜方法，与现有技术相比，如附图4A和4B所示的和如上所述的逆夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)装置需要一些改进。首先，该装置应该能够同时处理多条经线。因此，需要至少两对小透镜(总共四个小透镜)。在这种情况下，预期通过一特定小透镜的光反而通过另一个小透镜，并通过创建多个图像来混淆使用者。附图6显示了这种效应，从现在起，我们称之为串扰。降低串扰的一种方法是增加两个小透镜之间的距离，附图8，或者包括在两个小透镜之间的一挡板。这样，分辨率增加(较大的d')，但出射光瞳也变大。在人眼的情况下，这减少了使得对准非常敏感的视场，因为在我们的条件下，人光瞳通常为3至6mm(在非常明亮的环境中为1.5mm，在非常少光的环境中为8mm)。此外，通过当时移动一行像素，通过允许重叠在中心附近而不是精确地在中心，装置的分辨率可以提高2倍。这更类似于现实，因为只有当装置的分辨率与使用者的屈光度不正完全匹配时，线可以在成像平面的中心重叠。最后，我们有意在我们的系统中引用彗差来帮助使用者做出决策。在这种情况下，两条线当其在成像平面上稍微接触时对准-使用者不能看到绿色和红色线之间的一黑线和/或两条线稍微接触并形成一条细微的黄线(红色和绿色重叠)，附图3。

因此，对于一个理想装置，当使用主观测试方法时，需要具有小出射光瞳/大视场、低串扰和使用者在线对准时容易做出决定的方式的高分辨率。

子系统的定义

为了解决上述问题，可以使用以下子系统：

一种包括一单个凹透镜的缩小子系统。该段基本上提高了分辨率，附图7；

四个透镜，2毫米厚，6毫米相隔(从中心到中心)，以减少串扰(用于一个透镜的较少的光通过第二个透镜，并且所创建的图像相对较远)和散焦环境(小孔径，2毫米厚)。为了进一步提高具有较高屈光不正的光学系统的可用性，可以在透镜中使用狭缝形式的额外的快门。提供这些尺寸作为示例，然而本发明不限于这些参数；

放大段，以减少出射光瞳并改善视场，进一步减少串扰并导致彗差以改善使用者体验。

最后，可以在受测光学系统的透镜之前，使用狭缝形式的快门，以增加场深。这样，由于在一个方向上的小孔径，由具有高屈光不正的人观察到的模糊被最小化，并且同时，与一针孔相比，光被衰减得更少。

附图7示出了缩小概念，其增加了移动屏幕的有效分辨率。为了提高分辨率，引入了一个由一个凹透镜组成的子系统。所述凹透镜产生比原始图像小的一新虚拟图案。如果具有来自所述图像的焦距f的凹透镜为L，则与所述光轴的距离的变化h转换为距离h'，因此有效像素密度增加。缩放因子DM＝h/h'，线性像素密度增加的量由下式给出：

因此，通过增加与屏幕的距离或通过减小透镜的焦距，可以增加缩小因子。这可以提高有效分辨率，并且可以有其它不限于该装置的应用，例如，它可以用于增加VR耳机的分辨率。虚拟图案以距离L/DM形成在凹透镜之后(朝向屏幕)。这具有通过DM的一因子来增加线性像素密度的效果，或等同地通过DM的一因子来减小最小像素距离的效果。

附图8示出了一透镜阵列，其中可以添加促成传输其他信息、指令和图案的可选透镜。在这个设置中，四个小透镜被用于避免旋转/串扰/散焦(在相对远的距离处的四个小透镜)，具有在阵列中心的第五个可选小透镜，用于促成向使用者呈现其他光学图像。其他光学图像可以用于控制调视，或者用于发送使用者的视觉信息和/或指令。四个小透镜可能为2x4毫米，以充当一小快门并减少串扰。旨在通过一个透镜的光，与朝向垂直于初始透镜的透镜耦合不良。如本文开头所述，小镜片(透镜1,2和3,4，附图8)成对使用，即创建两个准直光束。串扰被减少，因为引导通过1和2的光由于它们的形状而与透镜3和4不良耦合，反之亦然。小透镜间隔6毫米，以减少串扰。

附图9显示了透镜的使用和结果的检查。为了检查测试结果的有效性，即如果系统正确地评估了使用者的眼睛或被测器件的屈光性能，则可以同时使用四个小透镜，如在交叉柱镜法中。基于结果和测量中的经线，设置屏幕上线的距离。如果结果正确，使用者将看到一个交叉。例如，如果结果显示θ度的一柱镜，并且我们要检查柱镜，则一对透镜被设置为在θ度测量，第二对设置为θ+90模数180度。

如果需要测量球镜等同物，则可以采用θ+45模数180度和θ-45模数180度的测量。在这两条经线，如果屈光不正的评估是正确的，则被测镜片的度数应等于球镜等同物。如果使用者看到4条线，则测试结果不正确(在附图9中，显示错误的结果)。如果使用者看到一交叉，结果是有效的(如附图9所示，作为正确的结果)。这样，通过同时测量两条经线，可以产生对结果的实验验证。

使用具有一可选第五透镜的彼此相对较远的四个小透镜，减少了串扰，并且避免了任何机械旋转，而任何经线都适用于测量。同时，所述第五个透镜可用于提供必要的刺激，以便控制使用者的调视并向他投射其他有用的信息。缺点是出射光瞳很大，视场很小。这个问题将由下一个子系统来解决。

附图10示出了出射光瞳减少、串扰减小和彗差诱发光学系统。诱发彗差有助于提高可用性。这个子系统有三个目标。主要目标是减少出射光瞳，从而增加视场。第二，由于串扰图像在使用者的视场之外，使用者感知到的串扰进一步减少。最后，这种设置会导致彗差，使得线更容易看到和对准(附图2所示的粗线效果)。

该设置或公开的配置包括具有焦距f₁的一凸透镜和具有焦距f₂的一凹透镜。两个透镜共享相同的焦平面。该系统中的输入是小透镜阵列的输出，因此它是两个准直光束。为了便于分析该子系统，应假设两个光束平行于光轴。所述凸透镜对两个平行光束进行聚焦。这使得两个光束更接近，从而减小出射光瞳。在它们到达焦点之前，所述凹透镜干扰，并且两个光束再次平行，但是现在更接近。出射光瞳的减少量(d/d')等于两个透镜的焦距比(f₁/f₂)。这具有减少串扰的效果(所述凹透镜用作一扩束器，并且增加主光束和由于串扰的光束之间的角度间隔)。该系统的第二个积极的副作用是彗差导致。因为一球面透镜的边缘被使用并且被转换，所以产生对准直光束的一导致彗差。这导致如附图3所示的具有一褪色尾的一条清晰线。这使得对准过程更客观，线更容易找到。理想情况下，使用者将两条线放置得非常接近，以看到一条微小的黄线，没有间隙(见附图3)。该系统的缺点是分辨率显著降低。两种现象导致分辨率降低：(1)平行光束的距离减小，直接影响分辨率；和(2)对于相同的像素运动，对眼睛的入射角度有较大的变化，导致较低的分辨率。

附图11示出了一个被公开的整体系统，包括所述整个系统和所述光学部件的描述。以前的子系统，附图7，8，10作为一个完整的光学系统实施，其可以包括：

用于减小最小屈光不正的一凹透镜；

与所述第三子系统的所述凸透镜一起，使得来自使用所述凹透镜所产生的所述虚拟图像的所述光准直的一透镜阵列。与使用单独的光学元件相比，这种定制/复杂光学元件将透射率增加大约8.6％，并且显着降低制造成本；以及

用于准备所述成像系统的所述光的一第二凹透镜。

因此，来自所述手机显示器屏幕的所述光首先通过所述第一凹透镜以增加有效分辨率。然后通过与整个系统离轴的一凸透镜，将平行的光准直到另一个凸透镜，然后是一凹透镜减少出射光瞳并减少串扰。为了进行校准测量，所述装置应具有初始校准。这可以使用聚焦无限远的一相机来完成(模拟一正视眼)。然后通过从所述相机前面的一试镜镜组中添加一调剂透镜(prescription lens)来创建人为导致的错误。之后，这些线被移动，直到它们接触，并且用导致的屈光不正来记录位移量。这样，可以通过知道位移来确定屈光不正。

在本发明的另一个实施例中，复数透镜和缩小段可以用安装在一旋转座上的一对彩色透镜和用于每个透镜的一狭缝代替，如附图1所示。所述彩色透镜作为过滤器消除串扰。一个透镜可以是红色，第二个是绿色。由此，从绿线发出的光不能通过红色透镜，反之亦然。在每个透镜之后，存在用作快门并增加场深的狭缝。再次，狭缝的使用不会大大降低透射强度。在该实施例中，不需要放大段，因为出射光瞳仅由两个狭缝之间的距离确定，并且通过使用彩色透镜消除了串扰。为了以不同的角度测量经线，透镜与狭缝一起使用旋转底座旋转，并且跟随屏幕上的旋转。旋转可以由使用者手动或通过使用电动机进行。当使用者进入下一条经线时，所述设施可以自动旋转旋转底座。

机械公差分析。

如果整个系统以第一系列近似平行于屏幕平移，则在屈光不正的评估中的不正将是最小的。它唯一的效果是使用者不会在其视场的中心对称地看到线，并且强度将会降低。接下来，每个子系统将分别进行分析，侧重于横向位移。通过将横向公差转换成一个角度(在本节结尾处显示)，可以容易地计算倾斜公差。

a.缩小

缩小由下式给出：

并且虚拟图像的位置和大小分别是：

因此ΔL的变化将导致一个缩小的变化

在下述虚拟图像的位置

以及所述虚拟图像的大小的变化：

虚拟图像的尺寸的变化将直接导致校准的偏移，缩小的变化将直接影响系统的分辨率，位置的变化会影响以下子系统的性能。分辨率受到DM上的c(像素间距)的限制，所以：

因此，如果缩小因子为3，则该装置的灵敏度低9倍。因此，在容忍方面，有很大的降幅是有益的。有长焦距更好。因此，优选使用较长的长度以获得大的放大。

b.平行光束创建

如果光源不完全在小透镜的焦点上，则小透镜之后的光束将是发散的或会聚的。因此它会对我们的测量带来偏差、偏移。因此，我们对度数的测量将被下述偏移：

根据该等式，由于缩小而导致的度数的变化可以计算为：

由于缩小的变化，该变化与偏差相加，并且降低总效应。

c.放大段

该级不依赖于前一级。它只能减少两光束之间的距离。如果两个透镜之间的距离不正确，则会在屈光测量中产生偏差。再次，第一系列近似时是：

主要因素是缩小段的横向变化，主要是两条线(2h')的距离变化。这种高度变化对测量的度数产生偏差。对于低分辨率，由于缩小变化导致的分辨率的变化是重要的，特别是对于具有高屈光度的人来说是。作为示例，对于具有等于3的缩小因子的设计，并且线之间的距离等于18mm，并且凹透镜与屏幕的距离等于30mm。

倾斜可以转换成横向位移(至少在第一阶近似)。只关注在缩小段，即最严格的公差，如果透镜在中心周围倾斜，透镜的一侧更靠近屏幕，另一侧远离。因此净效应为零。如果透镜在角落倾斜，只有一面移动，长度变化为ΔL≈2hΔθ。角度转换为度偏差如下：

ΔP＝-14.4Δθ(radians)＝-0.25Δθ(degrees)

本发明的实施例的上述详细描述并不旨在是穷尽性的，或将本发明限制于以上所公开的精确形式。尽管上面对本发明的具体实施例和示例的描述，是为了说明之目的，但是可以在本发明的范围内进行各种等同的修改，如在相关领域的技术人员能认识到的。例如，虽然步骤以给定顺序呈现，替代实施例可以执行具有不同顺序的步骤的例程。本文提供的本发明的教导可以应用于其它系统，而不仅是本文所述的系统。这里描述的各种实施例可以组合以提供其他实施例。根据详细描述，可以对本发明进行这些和其它变化。

所有上述参考文献、美国专利和申请均通过引用并入本文。如果需要，可以修改本发明的方面来采用上述各种专利和申请的系统、功能和概念，以提供本发明的进一步实施例。

根据上述详细描述，可以对本发明进行这些和其它改变。通常，除非上述详细描述明确地定义了这些术语，否则不应将所附权利要求中使用的术语解释为将本发明限制在说明书中公开的具体实施例。因此，本发明的实际范围包括所公开的实施例，和根据权利要求实践或实施本发明的所有等同方式。

虽然本发明的某些方面在下面以某些权利要求形式给出，但发明人在以任何数量的权利要求形式中考虑了本发明的各个方面。

Claims (10)

1.一种用于测量使用者屈光不正的系统，包括测量屈光力校正和散光，所述系统包括具有一光源的一台智能手机，和一个光学装置，所述系统包括：

a.用于缩小的单个凹透镜；

b.一组四透镜阵列；以及

c.具有一个凸透镜和一个凹透镜的一个放大段；

其中，从智能手机侧到使用者眼睛侧依次设置所述单个凹透镜、所述四透镜阵列和所述具有一个凸透镜和一个凹透镜的放大段。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括一附加透镜，所述附加透镜产生穿过所述透镜阵列的一个图案。

3.根据权利要求1所述的系统，还包括一放大段，所述放大段有意地导致彗差，以使线更可见，并且同时增加使用者感知所述线的重叠的容易度。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述光学装置包括具有一单个凹透镜的一缩小段，以增加有效分辨率。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述缩小段用于减小所述装置的尺寸，以维持所述装置的屈光度的相同分辨率。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述缩小段用于以相同尺寸增加所述装置的屈光度的分辨率。

7.根据权利要求4所述的系统，其中所述缩小段，用于减小所述装置的尺寸，并增加所述装置的屈光度的分辨率。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述四透镜阵列中的每个透镜大约为2mm厚，并从中心测量间隔6毫米。

9.适于附接到一台智能手机的一种光学装置，所述光学装置包括：

a.用于缩小的单个凹透镜；

b.一组四透镜阵列；和

c.用于放大的一凸透镜；

其中，从智能手机侧到使用者眼睛侧依次设置所述单个凹透镜、所述四透镜阵列和所述用于放大的凸透镜。

10.根据权利要求9所述的装置，还包括一个附加透镜，所述附加透镜产生穿过所述四透镜阵列的一个图案。

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