CN103961055B - 测人眼白到白距离的光学系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种测人眼白到白距离的光学系统，其包括：在光路上依次由双出光光源、双通道光阑、第一透镜、二向色镜和接目物镜组成的第一光学系统，以及在光路上依次由所述二向色镜、第二透镜以及虹膜摄像装置组成的第二光学系统；双出光光源通过双通道光阑，经第一透镜透射后，部份光束透过二向色镜，经接目物镜入射到被检人眼，聚焦于人眼的虹膜上；部分光束由虹膜反射后，透过接目物镜，经所述二向色镜反射，再透过第二透镜，最后成像于所述虹膜摄像装置上；所述双出光光源设置在所述第一透镜的其中一个焦平面上，所述第一透镜的另外一个焦平面与所述接目物镜的其中一个焦平面重合。利用该光学系统及方法可实现人眼白到白距离、瞳孔直径等参数的准确测量。

Description

测人眼白到白距离的光学系统及方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种测人眼白到白距离的光学系统及方法。

背景技术

很多眼科仪器使用时，由于人眼与仪器探头的前后相对位置不确定，或者由于人眼前房深度的不统一，导致无法直接准确测量人眼瞳孔宽度和白到白间距。具体来说，由于不同人眼前房深度不同，或者测量时角膜与探头的距离不同，若通过虹膜成像光路直接采用成像方式测量白到白距离时，由于虹膜与接目物镜的距离的不确定性，导致系统光路的放大倍数变化，因而无法直接通过虹膜成像方法准确换算出人眼白到白距离。

发明内容

本发明提供了一种测人眼白到白距离的光学系统及方法，旨在解决因人眼前房厚度不同或者人眼与探头的距离变化而带来的无法准确测量人眼白到白的距离的问题。

本发明的技术方案是：

一种测人眼白到白距离的光学系统，包括：在光路上依次由双出光光源、双通道光阑、第一透镜、二向色镜和接目物镜组成的第一光学系统，以及在光路上依次由所述二向色镜、第二透镜以及虹膜摄像装置组成的第二光学系统；所述双出光光源通过所述双通道光阑，经所述第一透镜透射后，部份光束透过所述二向色镜、经所述接目物镜入射到被检人眼，聚焦于人眼的虹膜上；所述部分光束由虹膜反射后，透过所述接目物镜，经所述二向色镜反射，再透过第二透镜，最后成像于所述虹膜摄像装置上；所述双出光光源设置在所述第一透镜的其中一个焦平面上，所述第一透镜的另外一个焦平面与所述接目物镜的其中一个焦平面重合。

进一步地：所述双出光光源相对于所述的第一光学系统的光路对称；所述双通道光阑相对于所述第一光学系统的光路对称。

进一步地：所述双出光光源两光源之间的距离和所述双通道光阑两光阑之间的距离相等。

进一步地：所述双出光光源为双孔光源或者双缝光源，所述双通道光阑为双孔光阑或者双缝光阑。

进一步地，还包括向人眼的虹膜提供照明光的虹膜照明光源。

进一步地：所述双出光光源的波长为950纳米。

进一步地：所述虹膜照明光源的波长为740纳米。

一种测人眼白到白距离的方法，包括：所述双出光光源通过所述双通道光阑、经所述第一透镜透射后，部分光束透过所述二向色镜，经过所述接目物镜而入射到被检人眼，最后聚焦于人眼的虹膜上；所述部分光束由虹膜反射后，透过所述接目物镜，经所述二向色镜反射，再透过所述第二透镜，最后成像于所述虹膜摄像装置上；其中，

所述双出光光源投射在人眼虹膜上形成的双细亮线的距离为R2，所述双通道光阑的两通道的间距以及所述双出光光源中两光源的间距均为R1，根据公式其中f203为第一透镜的焦距，f102为接目物镜的焦距，根据所述虹膜摄像装置所得的图像，有如下关系： $\frac{\mathrm{\ΦT}}{{R2}^{\′}}=\frac{\mathrm{RT}}{R2},\frac{\mathrm{\ΦH}}{{R2}^{\′}}=\frac{\mathrm{RH}}{R2},$

其中,R2′为虹膜上的双细亮线成像于所述虹膜摄像装置上的像素宽度，ΦT为瞳孔成像于所述虹膜摄像装置上的像素宽度，ΦH为虹膜成像于所述虹膜摄像装置上的像素宽度,即成像于所述虹膜摄像装置上的白到白的距离,

$\mathrm{RT}=\frac{\mathrm{\ΦT}}{{R2}^{\′}}R2=\frac{\mathrm{\ΦT}}{{R2}^{\′}}\frac{R1f102}{f203},$ $\mathrm{RH}=\frac{\mathrm{\ΦH}}{{R2}^{\′}}R2=\frac{\mathrm{\ΦH}}{{R2}^{\′}}\frac{R1f102}{f203},$

其中RT为瞳孔真实直径，RH为白到白距离真实直径，根据上式可确定被测者人眼白到白距离和瞳孔直径。

本发明的有益效果：双出光光源经第一透镜聚焦后，然后在经接目物镜平行入射到人眼，双出光光源透过双通道光阑，经过人眼的虹膜反射后，再返回接目物镜，入射到二向色镜上。二向色镜再将被虹膜反射后的光束通过第二透镜成像在虹膜摄像装置。双出光光源的距离显示在虹膜摄像装置上，瞳孔也成像在虹膜摄像装置上且瞳孔在虹膜摄像装置上的像素也可以通过图像获得。由于双光光源的距离、第一透镜的焦距和第二透镜的焦距均为定值，通过公式可以计算出人眼白到白的精确距离。因此采用本发明的光学系统测量人眼白到白距离、瞳孔宽度等，能有效避免人眼前房厚度不同或者人眼与探头的距离变化带来的测量的不准确性，测量白到白距离在一定范围内不受虹膜与接目物镜的距离的影响，这样便能提高白到白距离的测量准确度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种光学系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中虹膜摄像系统的光路原理图

图3是本发明实施例测白到白距离的光路原理图；

图4是本发明实施例测白到白距离的图像原理图。

附图标号说明列表：

101、虹膜照明光源

102、接目物镜

103、二向色镜

104、第二透镜

105、虹膜摄像装置

106、人眼

1061：人眼虹膜

1062、人眼角膜

201、双出光光源

202、双通道光阑

203、第一透镜

204、双细亮线

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参考图1和图3.图1是本发明实施例光学系统，第一光学系统和第二光学系统。第一光学系统包括有依次设置的：双出光光源201、双通道光阑202、第一透镜203、二向色镜103、接目物镜102。第二光学系统包括依次设置的：二向色镜103、第二透镜104、虹膜照明光源101以及虹膜摄像装置105。双出光光源201发出的光透过双通道光阑202，经第一透镜203透射，小部分光束透过二向色镜103，该小部分光束经过接目物镜102而入射到被检人眼106，最后聚焦于人眼虹膜1061上。小部分光束经过人眼虹膜1061反射后，经过接目物镜102透射，被二向色镜103反射后，再经过第二透镜104透射，最后成像于虹膜摄像装置105上。为保证双出光光源201经双通道光阑202出射的平行光能够平行入射至人眼106的人眼角膜1062，双出光光源201设置在第一透镜203的其中一个焦平面上，而第一透镜203的另一个焦平面和接目物镜102的一个焦平面重合。具体到本实施例，定义第一光学系统中的光路中靠近被测人眼那一侧定义为左，第一透镜203的左焦平面与接目物镜102的右焦平面重合。参考图3，为了使双出光光源201的出射光经双通道光阑202出射后，经第一透镜203和接目物镜102聚焦的焦点能够在第一光学系统的光路上，则双出光光源201的两光源设计为关于第一光学系统的光路对称，双通道光阑202的两光阑设计为关于第一光学系统的光路对称。为保证双出光光源201经双通道光阑202后的出射光能平行射入第一透镜203，则双出光光源201的两光源之间的距离和双通道光阑202的两光阑之间的距离保持一样。

图2所示为光学系统中的虹膜摄像系统。其中，二向色镜103不仅可对来自虹膜摄像系统中虹膜照明光源101发出的照明光进行反射（波长可以采用740nm），并且大部分反射来自双出光光源201发出的照明光（波长可以采用950nm），小部分透射双出光光源201发出的照明光。

如图3所示，双出光光源201出光，经双通道光阑202出光角度较小，该出光经第一透镜203出射准直光束。双出光光源201中上光源经双通道光阑202中上狭缝出光后，出射准直光，该光束的中心光线恰好过接目物镜102的右焦点，而双通道光阑202的下狭缝出光与上狭缝出光相对于第一光学系统的主光轴对称(图中水平的中心点划线所示)。上下两缝出光的中心光线汇合于接目物镜102的右焦点后，光束分开，经接目物镜102后，这两中心光线水平出射入射人眼E。对于上狭缝，出光角度较小，经第一透镜203出射的准直光束也很细，再经接目物镜102出光，聚焦于接目物镜102的左焦平面上。由于光束较细，只要人眼虹膜处于接目物镜102的左焦点附近，此时光束打在人眼虹膜EIris上形成细亮线中央位置不变。对于下狭缝也同理。

二向色镜103属于平行平板，光束透过时只起到平移的作用，而不改变光束的汇聚与发散，所以图3未示出该镜。

此时，双出光光源201投射在人眼虹膜上的双细亮线204（见图4）的距离为R2。双通道光阑202中两缝的间距和双出光光源201中两光源的间距都为R1，则

$\frac{R1}{R2}=\frac{f203}{f102}$ （公式1）

其中f203为第一透镜203的焦距，f102为接目物镜102的焦距。

打在人眼虹膜EIris上的双细亮线204经虹膜反射后，光束透射接目物镜102，被二向色镜103大部分反射后，又透射第二透镜104，最后成像于虹膜摄像装置105上。

参考图4，图4为双细亮线204和人眼E同时成像于虹膜摄像装置105上的示意图。其中R2′对应双细亮线成像于虹膜摄像装置105上的像素宽度，ΦT为瞳孔成像于虹膜摄像装置105上的像素宽度，ΦH为虹膜成像于虹膜摄像装置105上的像素宽度（ΦH即为白到白的距离）。

其中 $\frac{\mathrm{\ΦT}}{{R2}^{\′}}=\frac{\mathrm{RT}}{R2},$

$\frac{\mathrm{\ΦH}}{{R2}^{\′}}=\frac{\mathrm{RH}}{R2}.$

其中被测者瞳孔真实直径为RT，白到白距离真实直径为RH。带入公式1，则

$\mathrm{RT}=\frac{\mathrm{\ΦT}}{{R2}^{\′}}R2=\frac{\mathrm{\ΦT}}{{R2}^{\′}}\frac{R1f102}{f203},$ $\mathrm{RH}=\frac{\mathrm{\ΦH}}{{R2}^{\′}}R2=\frac{\mathrm{\ΦH}}{{R2}^{\′}}\frac{R1f102}{f203}.$

由于像素宽度ΦT、ΦH及R2′的值能通过虹膜摄像装置105所得的图像中获得，R1、f102、f203为系统设定值，因而通过该方法便能测得白到白距离或者瞳孔直径等参数。

检测者可使用下颚托装置(图中未示出)使被检眼E固定。之后，检测者一边通过观察计算机观测被测者虹膜像，一边通过操作杆控制下颚托装置的移动，以使被检眼E的虹膜进入虹膜摄像装置105中，以此来帮助检测者操作仪器。

因此，本技术方案能够利用虹膜摄像装置105上所获得的数据，根据上述计算公式准确的计算人眼白到白距离或者瞳孔直径等参数。

本实施例所说的双出光光源201可以是双缝光源，也可以是常见的双孔光源，甚至根据需要还可以做其他的变动，这样做的目的在于使整个光路设计简单。双通道光阑202的通道可以细缝，也可以是小孔，还可以其他的狭长孔。双通道光阑202的通道的形状和双出光光源201的形状相匹配。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也视为落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种测人眼白到白距离的光学系统，其特征在于，包括：在光路上依次由双出光光源、双通道光阑、第一透镜、二向色镜和接目物镜组成的第一光学系统，在光路上依次由所述二向色镜、第二透镜以及虹膜摄像装置组成的第二光学系统，以及向人眼的虹膜提供照明光的虹膜照明光源；所述双出光光源通过所述双通道光阑，经所述第一透镜透射后，部分光束透过所述二向色镜、经所述接目物镜入射到被检人眼，聚焦于人眼的虹膜上；所述部分光束由虹膜反射后，透过所述接目物镜，经所述二向色镜反射，再透过第二透镜，最后成像于所述虹膜摄像装置上；所述双出光光源设置在所述第一透镜的其中一个焦平面上，所述第一透镜的另外一个焦平面与所述接目物镜的其中一个焦平面重合；所述双出光光源相对于所述的第一光学系统的光路对称，所述双通道光阑相对于所述第一光学系统的光路对称，所述双出光光源两光源之间的距离和所述双通道光阑两光阑之间的距离相等。

2.根据权利要求1所述的测人眼白到白距离的光学系统，其特征在于：所述双出光光源为双孔光源或者双缝光源，所述双通道光阑为双孔光阑或者双缝光阑。

3.如权利要求1所述的测人眼白到白距离的光学系统，其特征在于：所述双出光光源的波长为950纳米。

4.根据权利要求1所述的测人眼白到白距离的光学系统，其特征在于：所述虹膜照明光源的波长为740纳米。

5.一种使用权利要求1所述的光学系统测人眼白到白距离的方法，其特征在于，包括：所述双出光光源通过所述双通道光阑、经所述第一透镜透射后，部分光束透过所述二向色镜，经过所述接目物镜而入射到被检人眼，最后聚焦于人眼的虹膜上；所述部分光束由虹膜反射后，透过所述接目物镜，经所述二向色镜反射，再透过所述第二透镜，最后成像于所述虹膜摄像装置上；其中，

所述双出光光源投射在人眼虹膜上形成的双细亮线的距离为R2，所述双通道光阑的两通道的间距以及所述双出光光源中两光源的间距均为R1，根据公式 其中f203为第一透镜的焦距，f102为接目物镜的焦距，根据所述虹膜摄像装置所得的图像，有如下关系：

其中,R2′为虹膜上的双细亮线成像于所述虹膜摄像装置上的像素宽度，ΦT为瞳孔成像于所述虹膜摄像装置上的像素宽度，ΦH为虹膜成像于所述虹膜摄像装置上的像素宽度,即成像于所述虹膜摄像装置上的白到白的距离,

其中RT为瞳孔真实直径，RH为白到白距离真实直径，根据上式可确定被测者人眼白到白距离和瞳孔直径。