CN102715886B - 一种电脑验光仪的角膜曲率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能自动补偿角膜曲率测量精度的电脑验光仪及角膜曲率计算方法，现有的验光仪并不能准确的测出人眼角膜曲率半径。本发明包括由直线排列的接目物镜，光栏，第一成像物镜和图像传感器构成的主成像装置，其特征在于还该电脑验光仪包括两组由第一LED灯，针孔板、准直镜组成准直光照装置，所述的准直光照装置与主成像装置构成两道准直光路系统；该电脑验光仪还包括两组环形光源，所述的两组环形光源与主成像装置构成两道非准直光路系统。本发明由角膜曲率测量系统和眼屈光度测量系统二部分组成，既能准确测量角膜曲率又能准确测量眼睛屈光度。

Description

一种电脑验光仪的角膜曲率计算方法

技术领域

本发明涉及一种能自动补偿角膜曲率测量精度的电脑验光仪及角膜曲率计算方法。

背景技术

角膜曲率值用于被测眼睛配戴隐形眼镜的处方判据，如果一个人依据错误的角膜曲率值配戴隐形眼镜，则会引起隐形眼镜脱落、眼睛有异物感、或者角膜的擦伤、发炎。因此，精确测量被测眼睛的角膜曲率值是十分有意义的。国内现有带角膜曲率功能的验光仪，其设计原理及精度都达不到国家标准的要求，不能满足市场需求。角膜曲率测量中当被测眼睛刚好位于检测光路的焦距处时形成最精确的角膜反射光的图像，可计算出精确的角膜曲率值。然而，从验光仪显示器上所显示的反射光图像来确定被测眼睛的精确位置并不容易。眼睛的测量位置可能会因为眼睛运动而产生移位。另外，确定测量位置的精确度还取决于测量人员的技巧。因此，当眼睛的位置或者被测眼睛和光学部件间的距离发生微小变化时仍能得到精确的角膜曲率值是该专利的关键。角膜测量原理：

在角膜前一特定位置放置一特定大小的物体，该物经角膜反射后成像，测量出此像的大小，便可算出角膜的曲率半径。其原理如图1所示。可以看出，像的放大率为h'/h，h'为像的大小；h为物的大小，由相似三角形得：

$\begin{array}{cc}\frac{h^{\′}}{h}=\frac{f^{\′}}{x}& f^{\′}=\frac{r}{2}\end{array}$

$\frac{h^{\′}}{h}=\frac{r}{2x}$

$r=2\frac{h^{\′}}{h}x=2\mathrm{mx}$

角膜曲率半径为：

r＝2mx 这里m为像的放大率。

由上式可知角膜曲率半径的大小与像的放大率m和物体离角膜焦点的距离x都成正比。当被测眼睛和光学部件间的距离发生变化时，角膜曲率半径的大小也跟着变化，因此通常的验光仪并不能准确的测出人眼角膜曲率半径。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种能自动补偿角膜曲率测量精度的电脑验光仪，能准确快速的测出角膜曲率值，并配置额外的屈光度测量系统，准确测量眼睛屈光度。

为此，本发明采取如下技术方案：一种能自动补偿角膜曲率测量精度的电脑验光仪，包括由直线排列的接目物镜，光栏，第一成像物镜和图像传感器构成的主成像装置，其特征在于该电脑验光仪还包括两组由第一LED灯，针孔板、准直镜组成准直光照装置，所述的准直光照装置与主成像装置构成两道准直光路系统；该电脑验光仪还包括两组环形光源，所述的两组环形光源与主成像装置构成两道非准直光路系统。准直光路系统中的第一LED灯，针孔板，准直镜，眼角膜，经角膜反射后通过接目物镜，光栏，成像物镜，最后成像到图像传感器。非准直光路系统由两组环形光源直接经角膜反射通过接目物镜，光栏，成像物镜，最后成像到图像传感器，环形光源由多个led灯投射至滤光板滤光后形成的。

所述主成像装置的上方依次设置有雾视光路装置、屈光度测量光路装置和屈光度测量成像装置。

所述的雾视光路装置包括第二反光镜、第三透镜组、雾视图片和雾视灯；所述的屈光度测量成像装置包括横向呈直线排布的第一反光镜、第一透镜组、黑点板、第二透镜组、第二成像物镜和测量图像传感器；所述的屈光度测量光路装置包括带孔棱镜、第四透镜组、环分划板、聚光镜、测量灯；所述的接目物镜与光栏之间设置有半透半反镜，所述的半透半反镜与第一反光镜、第二反光镜、带孔棱镜呈竖向直线设置。

角膜曲率计算方法如下：先用标准的角膜曲率模拟眼放在电脑验光仪前，调好聚焦位置，分别测量出由两道非准直光路系统投射至眼球上后形成的圆环在图像传感器上的成像直径d0以及由两道准直光源系统投射至眼球上的两准直点在图像传感器上的成像距离f0，并将它们作为聚焦状态下的标称值，移动标准模拟眼至各个不同的聚焦位置D，分别测量它们的d值和f值，根据测量所得的数据以及公式R＝k×D+d0，f＝kk×D+f0分别求出不同标准眼对应的斜率k平均值和斜率kk平均值；根据准直光路系统投射至被测眼球上的准直光源来测定角膜中心在水平方向和垂直方向的位置，根据测量位置计算角膜曲率为R′；再最终根据公式(1)R+K×D＝R′，公式(2)f+kk×D＝f′,公式(3)f＝R×0.7，根据测量出的R′和f′值，并选取相对应的k值和kk值，套入公式(1)、(2)、(3)中，求出最终的角膜曲率R值。

本发明由角膜曲率测量系统和眼屈光度测量系统二部分组成，既能准确测量角膜曲率又能准确测量眼睛屈光度。角膜曲率测量系统通过准直光源来测定角膜中心在水平方向和垂直方向的位置，测量过程中实时显示，并计算出角膜曲率大小。再通过非准直光源系统投射至眼球上的内外环形光源，用来测量人眼角膜与光学部件间的距离变化量；当被测眼睛和光学部件间的距离发生微小的位移时，两准直光路在图像传感器上成像的距离产生很小的位移，而内外环形光源在图像传感器上则会产生较大的位移和离焦状态，正是由于曲率测量装置与人眼角膜距离发生变化时，两种光路系统在图像传感器上成像的大小和状态变化不同，所以可以根据成像图像之间的变化关系计算出位移引起的角膜表面曲率的补偿值，从而实现精确测量角膜曲率。

说明书附图

图1为角膜曲率测量原理图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明角膜曲率测量光路。

图4为准直光源偏下的角膜曲率测量图。

图5为准直光源水平的角膜曲率测量图。

图6为角膜曲率算法原理图。

图7为角膜曲率计算的R(D)线图。

图8为角膜曲率计算的f(D)线图。

图中：1.被测模拟眼2.准直镜3.第一LED灯4.接目物镜5.半透半反镜6.光栏7.成像物镜8.图像传感器9.第三透镜组10.雾视图片11.雾视灯12.聚光镜13.测量灯14.测量图像传感器15.第二成像物镜16.第二透镜组17.环分划板18.黑点板19.第一透镜组20.第四透镜组21.第一反光镜22.带孔棱镜23.第二反光镜24.环形光源25.针孔板26.外环光源27.内环光源28.准直光源。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图2所示的一种能自动补偿角膜曲率测量精度的电脑验光仪，包括由直线排列的接目物镜4，光栏6，第一成像物镜7和图像传感器8构成的主成像装置，电脑验光仪还包括两组由第一LED灯3，针孔板25、准直镜2组成准直光照装置，准直光照装置与主成像装置构成两道准直光路系统；多个LED灯构成两组环形光源24与主成像装置构成两道非准直光路系统。

主成像装置的上方依次设置有雾视光路装置、屈光度测量光路装置和屈光度测量成像装置。屈光度测量成像装置包括横向呈直线排布的第一反光镜21、第一透镜组19、黑点板18、第二透镜组16、第二成像物镜15和测量图像传感器14；

雾视光路装置包括第二反光镜23、第三透镜组9、雾视图片10和雾视灯11；屈光度测量光路装置包括带孔棱镜22、第四透镜组20、环分划板17、聚光镜12、测量灯13；

接目物镜4与光栏6之间设置有半透半反镜5，半透半反镜5与第一反光镜21、第二反光镜23、带孔棱镜22呈竖向直线设置。

如图3-5所示，利用上述装置对角膜曲率计算方法如下，用标准的角膜曲率模拟眼1放在电脑验光仪前，调好聚焦位置，分别测量出由两道非准直光路系统投射至眼球上形成外环光源26和内环光源27，测出外环光源26和内环光源27间圆环在图像传感器上的成像直径d0，再测出两道准直光源系统投射至眼球上的两准直光源28在图像传感器上的成像距离f0，并将它们作为聚焦状态下的标称值。通过精确移动机构，移动标准模拟眼0.5mm、1mm等距离分别记录各个不同的聚焦位置D，分别测量并记录它们的d值和f值进入表1。

表1

由上表及公式：R＝k×D+d0求出各标准眼曲率的平均斜率k值如下：

标准眼曲率	线性方程k值平均
		R10.00	0.174
R9.320	0.171
		R7.943	0.171
R6.668	0.172
		R6.00	0.172

由上表及公式：f＝kk×D+f0求出各标准眼对应的f值的平均斜率kk值如下：

标准眼曲率	线性方程kk值平均
		R10.00	0.130
R9.320	0.129
		R7.943	0.129
R6.668	0.129
		R6.00	0.128

如图6所示，根据准直光路系统投射至被测眼球上的准直光源来测定角膜中心在水平方向和垂直方向的位置，再根据公式sinθ＝h/R，h＝(F0/L)Y，R＝(F0×Y)/(L×sinθ),根据测量位置计算校正前的角膜曲率为R′。

如图7和图8所示，当测量值R′＝8.60，f′＝6.025时计算真实值R如下：

1.R+K×D＝R′

2.f+kk×D＝f′

3.f＝R×0.7(注:此公式常数“0.7”由光学系统结构决定，)

4.把R′＝8.60、f′＝6.025、k＝0.171、kk＝0.129代入以上公式计算得R＝8.51，D＝0.54，f＝5.957

眼屈光度测量系统由三条光路组成分别为：

第一条为对焦光路，测量灯13点亮后，照亮角膜前表面经角膜反射后通过接目物镜4，半透半反镜5，光栏6，成像物镜7，最后被图像传感器8接收，并显示在LCD屏幕上，当图4和图5中光源的圆环中心与屏幕的“十字”中心重合表明被测眼的瞳孔中心与光学系统的光轴重合，而且圆环在最清晰的位置时，表明被测人眼刚好位于焦距位置，此时按下测量键可以进行测量。

第二条为雾视光路，主要用来控制眼球的调节

所有的验光仪都要求被测者注视测试视标或视标像，结果刺激了调节而使得检测结果近视过矫或远视欠矫，虽然测试视标通过光路设计在无穷远处，由于仪器非常靠近被测者的脸部，就诱发了近感知调节，因此在设计过程中，将测试视标“雾视化”，在测量开始前，被测者先看到一个“雾视”视标，以此来放松调节。

“雾视”视标采用中心有特殊目标的物体能吸引人眼注视的彩色风景图片，以达到放松眼球和固定眼轴的作用，使测量精度更加准确。在测量过程中，雾视灯11，照亮雾视图片10，经第三透镜组9，第二反光镜23，半透半反镜5，接目物镜4，最后投射到人眼眼底，由于在测量过程中人眼不一定能看清图片，所以一般情况下，第一次对焦后先测量人眼的大致屈光度值，然后再通过步进电机移动图片到人眼刚好不能看清图片(大约在-0.5M^-1屈光度位置)时再次进行测量，此时的测量值为精确的屈光度值。

第三条为测量光路，用来测量眼睛的屈光度，测量灯13经聚光镜12，环分划板17，第四透镜组20，带孔棱镜22反光后，透过第二反光镜23，由半透半反镜5经接目镜4成像到眼底，经眼底反射后原路返回通过棱镜22的小孔由第一反光镜21反射后，经第一透镜组19，黑点板18，第二透镜组16，成像物镜15，最终由测量图像传感器14接收；通过对接收的圆环图像进行处理计算后求出被测眼的屈光度。当人眼的屈光度存在散光时，从眼底反射回来的图像在测量图像传感器14上将成一椭圆图像，通过计算椭圆的长、短轴确定散光度数大小和轴位方向。

需要特别指出的是，上述实施例的方式仅限于描述实施例，但本发明不止局限于上述方式，且本领域的技术人员据此可在不脱离本发明的范围内方便的进行修饰，因此本发明的范围应当包括本发明所揭示的原理和新特征的最大范围。

Claims (1)

1.一种电脑验光仪的角膜曲率计算方法，电脑验光仪包括由直线排列的接目物镜，光栏，第一成像物镜和图像传感器构成的主成像装置，其特征在于该电脑验光仪包括两组由第一LED灯、针孔板、准直镜组成的准直光照装置，所述的准直光照装置与主成像装置构成两道准直光路系统；该电脑验光仪还包括两组环形光源，所述的两组环形光源与主成像装置构成两道非准直光路系统；

所述的角膜曲率计算方法如下：

a.用标准的角膜曲率模拟眼放在电脑验光仪前，调好聚焦位置，分别测量出由两道非准直光路系统投射至眼球上后，两个环形光源之间形成的圆环在图像传感器上的成像直径d0以及由两道准直光源系统投射至眼球上的两准直点在图像传感器上的成像距离f0，并将它们作为聚焦状态下的标称值；

b.移动标准模拟眼至各个不同的聚焦位置D_标准眼，分别测量它们的d值和f值，根据测量所得的数据以及公式R_标准眼＝k×D_标准眼+d0，f_标准眼＝kk×D_标准眼+f0分别求出不同标准眼对应的斜率k平均值和kk平均值，上述的R_标准眼为标准眼曲率值，D_标准眼为移动标准眼至各个标准聚焦位置的值，f_标准眼为各标准眼对应的f值；

c.根据准直光路系统投射至被测眼球上的准直光源来测定角膜中心在水平方向和垂直方向的位置，根据测量位置计算角膜曲率为R′；

d.再最终根据公式(1)R_被测眼+k×D_被测眼＝R′，公式(2)f_被测眼+kk×D _被测眼＝f′,公式(3)f＝R_被测眼×0.7，根据测量出的R′和f′值，并选取相对应的k值和kk值，套入公式(1)、(2)、(3)中，求出最终的角膜曲率R_被测眼及其对应的f值即f_被测眼、对应的聚焦位置D_被测眼。