CN101248982A - 视觉光学分析系统 - Google Patents

Abstract

一种医用光学技术领域的视觉光学分析系统，本发明中，准直激光光源的出射光经过第一分光镜反射至角膜，闪光灯的灯光通过光栅和滤光投影系统后的出射光投射到第二分光镜，第二分光镜位于滤光投影系统与第一分光镜之间，口径匹配系统和目标物成像物镜之间设有第三分光镜，目标物置于第三分光镜外侧，第三分光镜和滤光成像系统之间设有第四分光镜，角膜的一部分出射光反射经滤光成像系统到达监视CCD，离焦补偿系统设置于口径匹配系统内部，散光补偿系统位于口径匹配系统和夏克－哈特曼波前传感器之间，夏克－哈特曼波前传感器与计算机相连。本发明能够高精度的测量角膜地形图和人眼整体像差，同时高精度的计算出角膜像差和人眼内部像差。

Description

视觉光学分析系统

技术领域

本发明涉及的是一种医用光学技术领域的系统，具体是一种视觉光学分析系统。

背景技术

夏克-哈特曼波前像差测量法是现在广泛使用的一种客观波前像差测量法。从眼底反射回来的波阵面经过一透镜阵列形成一个聚焦点所组成的阵列。如果是理想的眼球系统，反射回来的平行波阵面经聚焦后将产生等间距规则分布的点阵列。但是对于有像差的眼球，聚焦点阵列会发生偏离。根据聚焦点与理想位置的偏差，计算出波前像差。对于传统的夏克-哈特曼波前像差测量法来说，当像差很大时，如测量高度近视或散光时，波阵面变形严重，聚焦点的实际位置与理想位置偏差很大，使聚焦点的实际位置与理想位置的一一对应关系难以识别，这就使得像差计算成为困难。

角膜地形图是对整个角膜表面进行分析，并将角膜屈度以数据或伪彩色显示出来。在临床应用于诊断角膜散光，定量地分析角膜形状和像差，角膜屈光手术的术前检查和术后疗效评价，在眼科临床中具有重要的应用。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明申请号为200410068953.8，公开日为2006年1月18日，该专利自述为：“基于微棱镜阵列夏克-哈特曼波前传感器的人眼像差和角膜面形测量系统，由瞳孔或角膜照明光源、分光镜、瞳孔成像物镜、监视CCD(电荷耦合图像传感器)、信标光源、信标光准直系统、口径控制装置、反射镜、前组调焦物镜、后组调焦物镜、口径匹配系统、基于微棱镜阵列的夏克-哈特曼波前传感器、目标系统、计算机和附加测量透镜组成，能够实现测量人眼像差和角膜面形两个功能，且两功能切换方便易操作，能够一次得到人眼低级、高级像差数据和角膜面形数据，便于了解人眼的整体像差、角膜像差和人眼内部像差其特性和三者之间的关系，避免了现有技术中采用不同仪器分别测量人眼像差和角膜像差带来的误差，能够为医学临床提供更准确、充分的诊断数据。”其不足之处在于该光学系统所由于在测量角膜地形图数据时，需要添加“附加测量透镜”，不能同时实时测量角膜地形图和波前像差，同时由于“附加测量透镜”的高数值孔径限制，测量范围有限，只能覆盖角膜很小的范围，不能高精度测量整个角膜的地形图数据。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种视觉光学分析系统，使其基于光栅投影法和哈特曼-夏克波前像差测量法，把人眼像差测量和角膜地形图测量相结合，本发明具备同时测量人眼的初级、高级像差和角膜地形图的功能，能够了解人眼整体像差、角膜像差和人眼内部的晶体像差，以及各种像差对视力的影响，在临床医学应用方面有着重要的意义。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：准直激光光源、第一分光镜、第二分光镜、滤光投影系统、光栅、闪光灯、第三分光镜、目标物成像物镜、目标物、第四分光镜、滤光成像系统、监视CCD、口径匹配系统、离焦补偿系统、散光补偿系统、夏克-哈特曼波前传感器、计算机，其中：

准直激光光源的出射光经过第一分光镜反射至角膜，闪光灯的灯光通过光栅和滤光投影系统后的出射光投射到第二分光镜，第二分光镜位于滤光投影系统与第一分光镜之间，口径匹配系统和目标物成像物镜之间设有第三分光镜，目标物置于第三分光镜外侧，第三分光镜和滤光成像系统之间设有第四分光镜，角膜的一部分出射光反射经滤光成像系统到达监视CCD，离焦补偿系统设置于口径匹配系统内部，散光补偿系统位于口径匹配系统和夏克-哈特曼波前传感器之间，夏克-哈特曼波前传感器与计算机相连。

所述的准直激光光源，其出射光是均匀的平行光，取出射光的中心部分作为入射到眼瞳的细光束。

所述的口径匹配系统，其为由两个凸透镜组成的缩束系统，由于眼瞳直径较大，夏克-哈特曼波前传感器的口径较小，故在口径匹配系统中，靠近眼瞳的凸透镜焦距大于靠近散光补偿系统的凸透镜的焦距，两凸透镜共焦，以实现眼瞳直径和夏克-哈特曼波前传感器的口径匹配。

所述的离焦补偿系统包括两个直角棱镜，两个直角棱镜之间平行设置，通过调节两个直角棱镜之间的距离来实现离焦补偿。

所述的散光补偿系统包括正柱镜和负柱镜，正柱镜和负柱镜之间正交放置，并且两棱柱之间的角度可调，通过旋转调节两个柱镜的相对角度来实现散光补偿。

所述的夏克-哈特曼波前传感器，包括：微透镜阵列、光电耦合器件和数据采集卡，微透镜阵列的焦面与光电耦合器件的表面重合，光电耦合器件通过数据采集卡与计算机相连。

所述微透镜阵列通过口径匹配系统与人眼的瞳孔共轭。

所述计算机，其通过数据采集卡采集光电耦合器件对波前的探测结果，计算机对探测结果进行波前重建。

在本发明中，在角膜地形图测量状态下，目标物通过目标物成像物镜由第三分光镜成像于角膜，监视CCD事先对焦角膜表面，光栅通过滤光投影系统投射到涂有荧光素的角膜表面，被角膜表面漫反射，监视CCD采集其漫反射图像，通过计算光栅的变形得到角膜面形数据。

在人眼整体像差测量的状态下，采用近红外超辐射半导体激光(SLD)作为光源。激光器出射的光经过准直扩束之后，用光阑截取中心部分的细光束入射到眼底，从眼底漫反射出的波阵面受到眼球的屈光介质的影响产生形变，通过口径匹配系统后输入夏克-哈特曼波前传感器，由夏克-哈特曼波前传感器完成目标物的数据采集和波前重建运算，得到波前像差数据。监视CCD提供眼的瞳孔的位置信息，瞳孔通过口径匹配系统和夏克-哈特曼波前传感器上的微透镜阵列共轭。离焦补偿系统的两个直角棱镜用于补偿离焦，散光补偿系统的正、负柱镜用于补偿散光，通过这两个补偿，系统能够测量患者为高度近视和高度散光的情况。

与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：由于角膜地形图测量和人眼整体像差测量是通过同光路的不同部分分别实现，角膜地形图测量和人眼整体像差测量采用相同的主光轴，故能够大幅减少计算角膜像差和人眼内部像差的误差；采用的光栅投影法测量角膜地形图测量范围广，不局限于角膜中央的狭小区域，使测量角膜直径达到11mm以上；附加了离焦补偿系统和散光补偿系统后，在患者为高度近视和高度散光的情况下，依然能够精确测量人眼像差，本系统测量范围能够达到球镜±10D，柱镜±6D。因此本系统精度高，测量范围广，能够高精度的测量角膜地形图和人眼整体像差，同时高精度的计算出角膜像差和人眼内部像差，像差测量精度能够达到0.01μm以上。

附图说明

图1是本发明的光学系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：准直激光光源1、第一分光镜2、第二分光镜4、滤光投影系统5、光栅6、闪光灯7、第三分光镜9、目标物成像物镜10、目标物11、第四分光镜12、滤光成像系统13、监视CCD14、口径匹配系统24、离焦补偿系统15、散光补偿系统17、夏克-哈特曼波前传感器18、计算机19，其中：

准直激光光源1的出射光经过第一分光镜2反射至角膜3，闪光灯7的灯光通过光栅6和滤光投影系统5后的出射光投射到第二分光镜4，第二分光镜4位于滤光投影系统5与第一分光镜2之间，口径匹配系统24和目标物成像透镜10之间设有第三分光镜9，目标物11置于第三分光镜9外侧，第三分光镜9和滤光成像系统13之间设有第四分光镜12，角膜的一部分出射光反射经滤光成像系统13到达监视CCD14，离焦补偿系统15设置于口径匹配系统24内部，散光补偿系统17位于口径匹配系统24和夏克-哈特曼波前传感器18之间，夏克-哈特曼波前传感器18与计算机19相连。

所述的口径匹配系统24，其为由第一凸透镜8和第二凸透镜16组成的缩束系统，由于眼瞳直径较大，夏克-哈特曼波前传感器18的口径较小，故在口径匹配系统24中，靠近眼瞳的第一凸透镜8焦距大于靠近散光补偿系统17的第二凸透镜16的焦距，两凸透镜共焦，以实现眼瞳直径和夏克-哈特曼波前传感器18的口径匹配。

所述口径匹配系统24，其两个凸透镜的焦距分别为120mm和300mm。

所述的离焦补偿系统15包括两个直角棱镜20、21，两个直角棱镜20、21之间平行设置，通过调节两个直角棱镜之间的距离来实现离焦补偿。

所述的散光补偿系统17包括正柱镜22和负柱镜23，正柱镜22和负柱镜23之间正交放置，两棱柱之间的角度可调，通过旋转调节两个柱镜的相对角度来实现散光补偿。

所述的夏克-哈特曼波前传感器18，包括：微透镜阵列、光电耦合器件和数据采集卡，微透镜阵列的焦面与光电耦合器件的表面重合，光电耦合器件通过数据采集卡与计算机19相连。

所述微透镜阵列通过口径匹配系统与人眼的瞳孔3共轭。

本实施例可以工作在角膜地形图测量和人眼整体像差测量两种状态下：

当系统工作在角膜地形图测量状态下时，目标物11通过目标物成像物镜10由第三分光镜9成像于角膜，第三分光镜9监视CCD14对焦角膜表面，闪光灯7照射光栅6，光栅6通过滤光投影系统5、第二分光镜4和第一分光镜2投射到角膜外表面上，被角膜表面漫反射，通过第一分光镜2、第二分光镜4、第一透镜8、第三分光镜9、第四分光镜12后，被滤光成像系统13成像于监视CCD14上，光栅6被角膜表面漫反射的图像被监视CCD14采集，通过计算光栅6的变形得到角膜地形数据。

当系统工作在人眼整体像差测量状态下时，采用氦氖激光器或LD作为光源，准直激光光源1出射的光取中心部分的细光束通过第一分光镜2入射到人眼的眼底，从眼底漫反射出的波阵面受到眼球的屈光介质的影响产生形变，通过第一分光镜2、第二分光镜4、第一透镜8、第三分光镜9、第四分光镜12后，射入离焦补偿系统15补偿高度离焦，出射波阵面通过第二透镜16后，射入散光补偿系统17补偿高度散光，出射波阵面射入夏克-哈特曼波前传感器18，由夏克-哈特曼波前传感器18完成数据采集和波前重建运算，得到波前像差数据。监视CCD14提供眼的瞳孔的位置信息，瞳孔通过口径匹配系统24和夏克-哈特曼波前传感器18上的微透镜阵列共轭。离焦补偿系统15中的两个直角棱镜用于补偿离焦，散光补偿系统17中的正、负柱镜用于补偿散光，通过这两个补偿，系统能够测量患者为高度近视和高度散光的情况。

本实施例的系统结构和操作都比较简单，不仅能够实现角膜形态测量、角膜像差测量、全眼像差测量和晶体像差测量四个功能，还能够快速准确测得角膜形态、眼低阶和高阶像差数据，以及角膜像差和晶体像差数据。本实施例有助于了解人眼整体像差、角膜像差和人眼内部的晶体像差，以及各种像差对视力的影响，在临床医学应用方面有着重要的意义。本实施例能够高精度的测量角膜地形图和人眼整体像差，同时高精度的计算出角膜像差和人眼内部像差，精度能够达到0.01μm以上。

Claims (6)

1.一种视觉光学分析系统，包括：准直激光光源、第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、目标物成像物镜、目标物、第四分光镜、监视CCD、口径匹配系统、夏克-哈特曼波前传感器、计算机，其特征在于，还包括：滤光成像系统、滤光投影系统、光栅、闪光灯、离焦补偿系统、散光补偿系统，其中：

准直激光光源的出射光经过第一分光镜反射至角膜，闪光灯的灯光通过光栅和滤光投影系统后的出射光投射到第二分光镜，第二分光镜位于滤光投影系统与第一分光镜之间，口径匹配系统和目标物成像物镜之间设有第三分光镜，目标物置于第三分光镜外侧，第三分光镜和滤光成像系统之间设有第四分光镜，角膜的一部分出射光反射经滤光成像系统到达监视CCD，离焦补偿系统设置于口径匹配系统内部，散光补偿系统位于口径匹配系统和夏克-哈特曼波前传感器之间，夏克-哈特曼波前传感器与计算机相连。

2.根据权利要求1所述的视觉光学分析系统，其特征是，所述的口径匹配系统，其为由两个凸透镜组成的缩束系统，靠近眼瞳的凸透镜焦距大于靠近散光补偿系统的凸透镜的焦距，两凸透镜共焦。

3.根据权利要求1所述的视觉光学分析系统，其特征是，所述的离焦补偿系统包括两个直角棱镜，两个直角棱镜之间平行放置。

4.根据权利要求1所述的视觉光学分析系统，其特征是，所述的散光补偿系统包括正柱镜和负柱镜，正柱镜和负柱镜之间正交放置。

5.根据权利要求1所述的视觉光学分析系统，其特征是，所述的夏克-哈特曼波前传感器，包括：微透镜阵列、光电耦合器件和数据采集卡，微透镜阵列的焦面与光电耦合器件的表面重合，光电耦合器件通过数据采集卡与计算机相连。

6.根据权利要求5所述的视觉光学分析系统，其特征是，所述微透镜阵列通过口径匹配系统与人眼的瞳孔共轭。

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