CN101266194B - 光学眼用镜片高精度像质检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学眼用镜片高精度像质检测系统。包括点光源、光束扩束及准直组件、光阑、光束收束组件、图像传感器和具有图像显像及处理功能的仪器，光阑由Hartmann-Shack微透镜列阵构成，光阑设置在光束扩束及准直组件和光束收束组件之间，光阑的像面与图像传感器的感光面共扼，被测镜片放置在光束收束组件和图像传感器之间。本发明将光阑设置在光束扩束及准直组件和光束收束组件之间，被测镜片放置在后续的光束收束组件和图像传感器之间，并且光阑的像面与图像传感器的感光面满足共扼关系，这样可以满足被测镜片的屈光度较大变化范围，既能够检测角膜接触镜的高阶像差和成像质量，又能检测人工晶状体的高阶像差和成像质量。

Description

光学眼用镜片高精度像质检测系统
技术领域
本发明涉及测量光学镜片高精度像质检测系统，光学眼用镜片高精度像质检测系统。
背景技术
光学眼用镜片如角膜接触镜和人工晶状体等还是目前用来矫正人眼屈光不正的主要方法和技术。据初步统计，中国约有450～500万人在使用角膜接触镜，60～100多万人在接受人工晶状体(IOL)植入治疗白内障。这些光学眼用镜片的像质直接影响到矫正屈光后人眼的视觉质量，有研究表明不同类型和不同厂家的镜片对视网膜成像产生不同的高阶像差，如软镜(soft contact)比硬镜(RGP)诱发更多的高阶像差，更多的高阶像差影响了人眼的视觉质量；又如随着小切口及微切口白内障超声乳化联合人工晶状体植入技术的日益普及，白内障患者对手术后的期望值不断提高。他们不再满足于术后能“看得到”，更希望“看得清楚、舒服、持久”。虽然绝大多数患者术后视力显著改善，但较正常人而言其功能性视觉却明显降低。部分研究显示，白内障摘除联合IOL植入术后功能性视觉降低可能与术后人眼成像质量发生改变有关，而IOL本身的像质可能是其中的主要影响因素。到目前为止，有很多方法用来检测这些光学眼用镜片的光学质量特性，如干涉测量法、Ronchi测试法、Moire偏转法，Hartmann波前检测法等。但这些方法中有些只能测量一个点或一个面的光学像差，或只能测量低阶像差。为此，本申请人于2006年7月25日向专利局提交了一份名称为《一种眼镜片光学质量测量装置》的专利申请，该专利申请的申请号为：200610041215.3，在该申请中本申请人公开了一种眼镜片光学质量测量装置，系统原理是根据Hartmann波前检测，其特点是能检测大孔径的眼镜片(如渐变镜)整个范围的光学质量，但由于其采用Hartmann光孔光阑，光孔密度相对Hartmann-Shack微透镜列阵大，对测量小孔径镜片，如角膜接触镜和人工晶状体，其精度不够高。但这种结构的光学眼用镜片高精度像质检测系统在测量不同屈光度的被测镜片时，光路须作较大范围地调整，而一般光学眼用镜片高精度像质检测系统可调节的范围都是有限的，这些的局限性导致了到目前为止还没有一套系统既能够检测角膜接触镜的高阶像差和成像质量，又能检测人工晶状体的高阶像差和成像质量。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的不足，提供一套能够检测角膜接触镜(RGP)和人工晶状体(IOL)高阶像差和成像质量的光学眼用镜片高精度像质检测系统。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种光学眼用镜片高精度像质检测系统，包括点光源、光束扩束及准直组件、光阑、光束收束组件、图像传感器和具有图像显像及处理功能的仪器，其特征在于：所述光阑由高密度Hartmann-Shack微透镜列阵构成，点光源、光束扩束及准直组件、光阑、光束收束组件、图像传感器沿光路依次设置，所述Hartmann-Shack微透镜列阵的像面与图像传感器的感光面共扼，被测镜片放置在光束收束组件和图像传感器之间，图像传感器输出与具有图像显像及处理功能的仪器连接。
传统的光路是将被测镜片放置在Hartmann-Shack微透镜列阵之前，这种设计受到被测镜片屈光度和Hartmann-Shack透镜焦距的限制，无法对被测镜片大范围屈光度变化的补偿，为了克服这些技术缺点，与传统的Hartmann-Shack波前像差检测光路不同，本发明将Hartmann-Shack微透镜列阵设置在光束扩束及准直组件和光束收束组件之间，被测镜片放置在后续的光束收束组件和图像传感器之间，并且Hartmann-Shack微透镜列阵的像面与图像传感器的感光面满足共扼关系，即在光路调试过程中，可以通过调节Hartmann-Shack微透镜列阵、光束收束组件及CCD的位置，只要使微透镜列阵像面与CCD感光面之间满足物象共扼关系即可，这样当被测镜片的屈光度有较大变化，如角膜接触镜和人工晶状体，增加了被测镜片的范围，只需在较小的范围内对微透镜列阵和被测镜片的位置进行调节即可分别对角膜接触镜和人工晶状体进行高阶像差和成像质量的检测。同时本装置中可通过采用高密度Hartmann-Shack微透镜列阵，使得该套系统的光迹采样密度高以至达到既能够检测角膜接触镜的高阶像差和成像质量，又能检测人工晶状体的高阶像差和成像质量的目的。
下面根据附图和具体实施例对本发明装置作进一步描述。
附图说明
图1本发明具体实施例光路结构示意图；
图2a为测得的球面人工晶体1的Hartmann-Shack点列图；
图2b为测得的球面人工晶体2的Hartmann-Shack点列图；
图3a为测得的人工晶体1的MTF函数图；
图3b为测得的人工晶体2的MTF函数图；
图4a为测得的人工晶体1的PSF函数图；
图4b为测得的人工晶体2的PSF函数图；
具体实施例方式
如图1所示，本发明的光学眼用镜片高精度像质检测系统其光路中包括沿光路依次设置的点光源1、光束扩束及准直组件2、Hartmann-Shack微透镜列阵3、光束收束组件4、图像传感器5、具有图像显像及处理功能的仪器6，其中Hartmann-Shack微透镜列阵3的像面与图像传感器5的感光面共扼，所谓“共扼”是指物面对应唯一的像面。被测镜片7放置在光束收束组件4和图像传感器5之间。为保证光迹采样密度，Hartmannt透镜列阵3在被测镜片7孔径范围内微透镜个数应不少于15*15，微透镜间隔小于0.5mm，以达到能测量10阶以上的像差。光束扩束及准直组件2将点光源1发出的光束扩束后并成为平行光照射在Hartmannt透镜列阵3上，光束扩束及准直组件2包括消色差负透镜和第一消色差正透镜，光束收束部份由第二消色差正透镜构成，图像传感器5可以采用目前较为常用的CCD图象传感元件，具有体积小，分辨力高的特点。Hartmann-Shack微透镜列阵3最好固定在一可沿光轴平行方向移动的装置上，移动Hartmann-Shack微透镜列阵3的位置可保证在被测镜片7在不同屈光度时，Hartmann-Shack微透镜列阵3的像面与CCD的感光面共扼。具有图像显像及处理功能的仪器6可选用安装有相应图像处理软件的计算机担任。检测系统最好还设有一可沿XYZ三个方向调节的被测镜片7支架，调节被测镜片7固定在被测镜片7支架上，通过调节保证被测镜片7与光路同轴，避免因被测镜片7的倾斜和偏轴等原因引入的不对称像差。调节装置的移动机构可以是齿轮齿条或螺杆螺套方式。
本发明的光学眼用镜片高精度像质检测系统的工作原理是：Hartmann-Shack微透镜列阵3成像在图象传感器CCD上被CCD接收和显示，并通过具有图像处理软件的计算机中相应的图象处理软件记录和保存点列阵图象，并自动寻找Hartmann-Shack点列阵图中的各点位置，根据各点位置相对于Hartmann-Shack微小透镜的光轴在空间上的位移量计算出波前的倾斜量，从而获得波前像差，波前像差可以由像差图和标准化的Zemike函数表示。根据波前像差的Zernike多项式表述，使用傅立叶光学理论，计算MTF和PSF。波前像差和像质函数的计算通过Matlab或VC软件包实现。

Claims (2)

1.一种光学眼用镜片高精度像质检测系统，包括点光源、光束扩束及准直组件、光阑、光束收束组件、图像传感器和具有图像显像及处理功能的仪器，其特征在于：所述光阑由高密度Hartmann-Shack微透镜列阵构成，点光源、光束扩束及准直组件、光阑、光束收束组件、图像传感器沿光路依次设置，所述Hartmann-Shack微透镜列阵的像面与图像传感器的感光面共扼，被测镜片放置在光束收束组件和图像传感器之间，图像传感器输出与具有图像显像及处理功能的仪器连接，图像传感器采用CCD图象传感元件，Hartmann-Shack微透镜列阵固定在一可沿光轴平行方向移动的装置上，移动Hartmann-Shack微透镜列阵的位置保证在被测镜片在不同屈光度时，Hartmann-Shack微透镜列阵的像面与CCD的感光面共扼，所述系统还设有一可沿XYZ方向调节的被测镜片支架，调节被测镜片固定在被测镜片支架上，通过调节保证被测镜片与光路同轴。
2.根据权利要求1所述的光学眼用镜片高精度像质检测系统，其特征在于：所述的Hartmann-Shack微透镜列阵的微透镜个数在被测镜片孔径范围内不少于15*15，微透镜间隔小于0.5mm。
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