CN115590460A - 一种眼波前像差检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种眼波前像差检测系统，该系统包括：固视模块、瞳孔监测模块、照明模块、扫描模块和探测模块；照明模块可改变平行照明细光束之间的横向距离，使得平行照明细光束经人眼瞳孔不同位置入射至视网膜上的不同位点；扫描模块使得平行照明细光束依次聚焦在人眼视网膜上的不同视场角的区域；本申请中平行照明光束依次聚焦在视网膜的多个视场角对应的多个区域，以对人眼不同的视角进行扫描，实现对人眼不同视角的波前像差进行检测，进而建立视网膜像差地形图。在整个检测过程中，人眼不需要通过观察多个不同的视标以改变注视的位置，能够实现对更大视场角的测量，显著提高检测效率和准确度，具有更广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种针对人眼宽视场检测用眼波前像差检测系统。
背景技术
随着目前电子产品使用的增多，以及用眼场景的变化，不健康用眼或者高强度用眼，造成的由于眼内屈光作用导致的视网膜不能清晰成像问题，成为目前主要的眼疾问题之一，例如近视、散光等情况。
以近视为例，容易引起视网膜脱离，黄斑变性及青光眼等并发症，进而可能导致失明。近视严重危害人们的视觉健康，是全球重大的公共卫生问题。因此，近视防控至关重要。
波前在实际检测和应用中，是一个面而不是一条线，在没有像差时，进入人眼的波前可以很好的在视网膜上会聚成一个焦点，波前像差即是由实际波前和理想的无偏差状态的波前之间的偏差来定义。人眼存在的像差有低阶像差和高阶像差。低阶像差包括近视、远视、散光；高阶像差包括球差、彗差、不规则散光等情况。人眼的波前像差，特别是视网膜周边视场的像差分布，和近视的发生发展具有紧密的关系。
目前常用的是波前像差仪检测人眼波前像差。波前像差技术已成为广泛认可的视觉光学检测手段，通过波前像差技术可以检测出人眼不同视角的像差分布，从而获取视网膜像差地形图，进而根据检测到的不同视角的像差状态以及视网膜像差地形图设计相应的非球面矫正镜片，以矫正人眼的屈光不正、视网膜周边离焦以及高阶像差。一般的人眼波前像差检测系统需要结合移动的固视视标，并通过手动逐点测量的方式对视网膜上的多个位点对应的拨钱像差进行检测，从而获得不同视角的波前像差，而现有的常规仪器及技术中，并不能很好地监测眼球轴向周边的像差情况，在进行周边检测时，需要受测者配合注视不同位置处的视标，或者将整个检测仪器进行转动以进行周边检测，而这一过程操作过程由于设备的笨重而极为不便，且手动的检测过程需要耗费大量时间。
在现有技术中，例如公开号为CN113749608的专利申请文件，该方案是基于哈特曼-夏克波前像差探测法，即通过探测视网膜反射或散射出眼睛的光的波阵面分布，从而测算眼睛的波前像差。该方法存在系统装配、校准精度要求高、测量范围小、测量视场角度不能过大等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种眼波前像差检测系统，以更简便的方式实现对周边大视场范围的眼波前像差的检测。具体而言，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种波前像差检测系统，该系统包括：固视模块、瞳孔监测模块、照明模块、扫描模块和探测模块；
固视模块用于提供人眼固视视标；
瞳孔监测模块用于检测系统对准人眼的瞳孔并获取瞳孔的大小和入射光在人眼瞳孔上的入射位置；
照明模块用于产生平行照明细光束，并可改变平行照明细光束之间的横向距离，以使得平行照明细光束经人眼瞳孔不同位置入射至视网膜上的不同位点；
扫描模块用于调整平行照明细光束的角度方向，使得平行照明细光束依次聚焦在人眼视网膜上的不同视场角的区域；
视网膜被平行照明细光束照明的区域，经人眼和扫描模块原路返回后成像在探测模块；
探测模块用于配合扫描模块调整平行照明细光束照射人眼视网膜上的视场角，并获取视网膜上不同视场角区域中被平行照明细光束照明形成的不同视场角离散光斑阵列；
不同视场角离散光斑阵列用于获取人眼的不同视场角的波前像差信息，不同视场角的波前像差信息用于建立视网膜像差地形图。
优选的，所述照明模块包括依次连接的照明光源、准直扩束镜、第一光阑、第一透镜、第一扫描镜、第二透镜和第一分光镜；
所述照明模块通过第一分光镜与所述扫描模块连接；
准直扩束镜将照明光源发出的光束准直扩束为平行照明光束；第一光阑位于平行照明光束中心位置，将平行照明光束分割为平行照明细光束；
第一透镜和第二透镜组成望远系统；第一扫描镜位于第二透镜的前焦点上，通过扫描使所述平行照明细光束经第二透镜后产生平移。
优选的，所述照明模块包括照明光源、准直扩束镜、通光孔阵列、第一透镜、第二透镜和第一反光镜；
所述照明模块通过第一分光镜与所述扫描模块连接；
准直扩束镜将照明光源发出的光束准直扩束为平行照明光束；
第一透镜与第二透镜共焦点；通光孔阵列位于第一透镜的前焦面上，介于准直扩束镜与第一透镜之间，并经第一透镜、第二透镜、第一反射镜、扫描模块后，与人眼瞳孔共轭。
优选的，所述照明模块还包括控制器，用于控制通光孔阵列各通光孔的开、关。
优选的，所述扫描模块包括第二扫描镜、第三透镜和第四透镜；第三透镜与第四透镜组成望远系统，第二扫描镜通过第三透镜和第四透镜使旋转中心与瞳孔的瞳孔面中心共轭；平行照明细光束经第一分光镜反射至第二扫描镜中。
优选的，所述扫描模块还包括设置于第三透镜、第四透镜之间的第二光阑，所述第二光阑的通孔设置于第三透镜、第四透镜的焦点上。
优选的，所述第二扫描镜用于调整平行照明光束的方向，形成与人眼的视轴不同偏心角的入射光线，以对人眼任意方向的多个位点进行扫描。
优选的，所述探测模块包括成像物镜和位置敏感的二维光电探测器；所述位置敏感的二维光电探测器位于成像物镜的焦平面上；
所述成像物镜设置于第一分光镜与所述位置敏感的二维光电探测器之间；
所述离散光斑点阵经扫描模块返回后，通过第一分光镜、成像物镜，成像在位置敏感的二维光电探测器上。
优选的，通过电信号调制所述第二扫描镜的运动轨迹，使平行照明细光束形成与人眼视轴不同偏心角的平行入射光线，以获得不同视场角的波前像差。
优选的，所述固视模块包括视标，以及设置在扫描模块与人眼之间的二向色镜。
平行照明细光束经二向色镜透射后照射在多个位点上，所述离散光斑点阵经人眼、二向色镜和扫描模块返回后传输给探测模块。
优选的，所述瞳孔监测模块包括第五透镜、瞳孔监测相机、第二分光镜；
所述瞳孔监测相机依次通过第五透镜、第二分光镜和二向色镜显示瞳孔面。
优选的，在人眼瞳孔面上的波前像差斜率为：
优选的，在人眼瞳孔面上的重建波前像差为：
其中，Γ是视网膜和位置敏感的二维光电探测器之间的光学系统的放大倍率，Δζ’、Δη’分别是位置敏感的二维光电探测器采集到的离散光斑阵列图上某一平行照明细光束对应的光斑中心离经瞳孔中心入射之中心平行照明细光束所对应的光斑中心的距离坐标，R表示参考波前的半径，(x，y)是瞳孔平面上的坐标。
进一步优选的，人眼的波前像差可以分解为Zernike多项式：
其中，
表示Zernike多项式中的一个单项；c(n，m)表示相应的
项的系数；n为径向角度，表示为n阶像差；m为方位频率。根据c(n，m)可以确定人眼的像差情况。
与现有技术相比，本发明技术方案通过对经瞳孔平面之不同位置入射至眼内的平行照明细光束在视网膜上形成的离散光斑阵列图像的检测从而进行波前重建，光学系统的不同视场角的本征像差对检测结果的不一致性的影响较小，能够实现更稳定的更大动态范围的眼波前像差测量，并且能够实现对更大视场角的测量。同时，本方案的光学系统设计简便，仅通过扫描光路的设计，使得患者无需配合进行眼部转动，或者对整个检测设备进行转动，检测效率和准确度大大提升。并且，本方案提供了多种不同的光路装配方式，可以适用于多种不同的场景之中，具有更广泛的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例的眼波前像差检测系统的结构图；
图2为本发明另一实施例的眼波前像差检测系统的结构图；
图3为本发明实施例的离散光斑阵列；
图4为本发明实施例的按照二维视场角扫描分布的视网膜像差地形图；
图5为本发明实施例的按照子午方向扫描分布的视网膜像差地形图；
图6为本发明实施例的按照阵列式扫描分布的视网膜像差地形图。
附图标记说明：1、照明光源；2、准直扩束镜；3、第一光阑；4、第一扫描镜；5、第一透镜；6、第二透镜；7、第一分光镜；8、第二扫描镜；9、第三透镜；10、第四透镜；11、二向色镜；12、人眼瞳孔13、视网膜；14、成像物镜；15、位置敏感的二维光电探测器；16、第二分光镜；17、第五透镜；18、瞳孔监测相机；19、视标；20、第二光阑；21、视轴；22、人眼；103、通光孔阵列。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。
屈光不正是影响人眼视力的重要因素，例如近视、远视、散光等。以近视为例，视网膜周边像差分布和近视的发生发展紧密相关，通过检测视网膜周边像差的分布情况，从而建立视网膜像差地形图，对全面检测人眼的视觉质量、近视状态以及对近视的及时矫正至关重要。目前，波前像差技术已逐渐被引入人眼视觉光学的评估及矫正领域，通过波前像差技术可以检测出人眼不同视角的像差分布，进而根据检测到的像差分布设计相应的非球面矫正镜片以矫正人眼的屈光不正、视网膜周边离焦和高阶像差。现有的用于检测视网膜周边离焦状态的人眼波前像差检测系统或者自动验光仪需要受测者配合注视不同位置处的视标，并通过手动逐点测量的方式对视网膜中的多个位点的屈光状态进行检测，从而获得不同视角的人眼屈光度，该检测过程需要耗费大量时间，且检测到的屈光位点数量有限，或者采用将整个设备进行旋转的方式，来检测轴向周边位置屈光状况。另外，基于哈特曼波前传感技术的扫描式人眼波前像差检测技术，动态范围较小，不利于大视场角的像差检测；基于哈特曼-夏克波前像差探测法进行轴外波阵面检测则需要精准的校准要求，并且其测量范围仍然较小，不能很好地满足实际使用的要求。
为了解决上述问题，本申请提供了一种眼波前像差检测系统，人眼注视的位置是固定的，通过扫描模块改变进入人眼的入射光束的方向，使得平行照明光束依次照射在视网膜的多个区域的多个位点，形成离散光斑阵列，探测模块获取视网膜上的离散光斑阵列的图像，实现人眼的波前像差检测，进而建立视网膜像差地形图，提高检测效率。
下面结合附图，对本申请的技术方案进行详细描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在一个优选的实施例中，本申请提供的眼波前像差检测系统如图1、图2所示。在一种可能的实现方式中，本申请提供的人眼波前像差检测系统包括瞳孔监测模块、固视模块、照明模块、扫描模块和探测模块。
其中，固视模块用于固定人眼22的注视位置。照明模块用于产生平行照明细光束，并可改变平行照明细光束和中心平行照明细光束之间的横向距离，可使平行照明细光束经人眼22的瞳孔12上的不同位置入射至视网膜13上的不同位点，在视网膜13上形成离散光斑阵列。离散光斑阵列经人眼22和扫描模块原路返回后传输给探测模块。探测模块用于获取视网膜13上的离散光斑阵列的图像，离散光斑阵列的图像用于获取人眼22对应视场角的波前像差信息。扫描模块用于调整平行照明细光束的角度方向，使得平行照明细光束依次聚焦在人眼22的视网膜13上的多个不同区域形成离散光斑阵列，根据多个不同区域的波前像差信息建立视网膜像差地形图。
需要说明的是，假设视网膜13为一个圆盘，则人眼22每个视场角间隔对应圆盘中的一个小区域。扫描模块可以调整平行照明细光束的方向，使得平行照明细光束照射至人眼22的瞳孔面12后，经过人眼22中的屈光系统聚焦在视网膜13的对应区域上的多个位点，形成离散光斑阵列。
在一个实施例中，瞳孔监测模块包括第五透镜17、瞳孔监测相机18、第二分光镜16，瞳孔监测模块用以监测人眼瞳孔的位置及状态，由瞳孔12反射出的光线经过二向色镜11，将部分光线反射至第二分光镜16，第二分光镜16将部分反射光分光至第五透镜17，第五透镜17将该部分光线在瞳孔监测相机18上成像，以实现对人眼状态的监测。所述瞳孔监测相机依次通过第五透镜17、第二分光镜16和二向色镜11显示人眼的瞳孔面。
在一个实施例中，参考图1所示的一种人眼波前像差检测系统的实现方式。其中，照明模块包括依次连接的照明光源1、准直扩束镜2、第一光阑3、第一透镜5、第一扫描镜4、第二透镜6和第一分光镜7。照明模块通过第一分光镜7和扫描模块连接。照明模块用以产生平行照明细光束，和照明模块光轴重合的平行照明细光束称为中心平行照明细光束，其余平行照明细光束平行于中心平行照明细光束，平行照明细光束之间的横向间距可以进行改变，例如通过第一扫描镜或者如图2中的通光孔阵列103等。照明光源1可优选为近红外波段的半导体激光器或者超辐射激光二极管等；准直扩束镜2用于将照明光源发出的光束准直扩束为平行照明光束；第一光阑3位于平行照明光束中心位置，将平行照明光束分割出一个平行照明细光束，并经第一透镜5、第一扫描镜4、第二透镜6以及第一分光镜7反射至扫描模块中，第一透镜5和第二透镜6组成望远系统；第一扫描镜4位于第二透镜6的前焦点上，通过扫描可使平行照明细光束经第二透镜6后产生平移扫描，形成不同横向距离的平行入射细光束。可以理解的是，平行照明光束经过第一分光镜7时，会有部分损耗，其中一部分光束经第一分光镜7直接透射出去，另外一部分光束会经第一分光镜7反射至扫描模块。示例性的，第一分光镜7的透过率和反射率可以为T:R为9:1等。
扫描模块包括第二扫描镜8、第三透镜9和第四透镜10；第三透镜9与第四透镜10组成望远系统，第二扫描镜8通过第三透镜9和第四透镜10使旋转中心与人眼的瞳孔12的瞳孔面的中心共轭；平行照明细光束经第一分光镜7反射至第二扫描镜8中，通过控制第二扫描镜8的旋转角度调整平行照明细光束的角度方向，使得平行照明细光束经过第三透镜9和第四透镜10依次聚焦在视网膜上的多个区域中。
在更为优选的一个实施方式中，扫描模块还包括设置在第三透镜9和第四透镜10中间的第二光阑20，第二光阑20的通孔设置于第三透镜9、第四透镜10的焦点上，第二光阑20的作用为消除眼角膜和镜片表面反射的杂光，同时确保眼内出射的信号光可以通过光阑进入探测模块的光束直径。
作为示例而非限定，第二扫描镜8可以为二维MEMS扫描镜、二维光束转向反射镜、二维电流计扫描镜或其它具有相同的光束偏转功能的装置。以二维MEMS扫描镜为例，二维MEMS扫描镜中的X振镜和Y振镜的旋转中心重合，可以通过设置不同的驱动电信号控制二维MEMS扫描镜中的X振镜和Y振镜的旋转角度，从而调整平行照明光束的方向，形成与人眼22的视轴21不同偏心角的入射光线，以对人眼22垂直方向、水平方向以及任意倾斜方向的多个位点进行扫描。
在一个实施例中，探测模块包括成像物镜14和位置敏感的二维光电探测器15(例如位置敏感的CCD相机或者CMOS相机等)，位置敏感的二维光电探测器15位于成像物镜14的焦平面上。视网膜13上的离散光斑点阵经人眼22和扫描模块原路返回后通过第一分光镜7和成像物镜14成像在位置敏感的二维光电探测器15上。其中，离散光斑阵列包含人眼的波前像差信息。
在另一个实施例中，参考图2，人眼波前像差检测系统还可以以另一种方式来实现。该人眼波前像差检测系统的照明模块包括照明光源1、准直扩束镜2、通光孔阵列103、第一透镜5、第二透镜6和第一反光镜7。其中，第一透镜5与第二透镜6共焦点，通光孔阵列103位于第一透镜5的前焦面上，并经第一透镜5、第二透镜6、第一反射镜7和扫描模块8，和人眼瞳孔12共轭。该照明模块通过第一反射镜7与扫描模块连接。
需要说明的是，通光孔阵列103设置有多个通光孔，通光孔阵列103可以同时开放通光，也可以按照时间顺序开放通光。在人眼22的注视位置固定的情况下，为了获取人眼不同视角的波前像差信息，先利用通光孔阵列103使多束的平行照明细光束在人眼瞳孔12的不同位置上入射至视网膜13上，形成离散光斑点阵，探测模块经扫描模块和第一反光镜7将视网膜13上的离散光斑阵列成像在位置敏感的二维光电探测器15上，从而获得离散光斑阵列的各光斑中心位置数据，进而获得对应视场角的人眼波前像差。在该实施例中，通光孔阵列103与第一透镜5、第二透镜6形成的光路系统，可以达到前一实施例中第一光阑3、第一透镜5、第一扫描镜4、第二透镜6所起的作用，即形成平行照明细光束，并发射至第一反光镜7上。
在一个更为优选的实施方式中，该实施例中的通光孔阵列103，可以通过开关的方式控制各个通光孔的开关，从而可以按照检测需要出射平行照明细光束，实现类似第一扫描镜4所起到的作用，即控制平行照明细光束经第二透镜6后产生平移扫描。
通过设置不同的电信号调制第二扫描镜8中二维扫描的运动轨迹，使平行照明细光束形成与人眼视轴不同偏心角的平行入射光线，可获得其它对应视场角的波前像差。
在一个更为优选的实施方式中，参考图3，本方案中还配合提供了一种离散光斑阵列，以进一步说明本方案中的系统具体进行波前像差检测的方法。在图3中，中心黑色点表示某个视场角方向中心平行照明细光束在视网膜13上的理想的参考光斑位置，周边灰色点表示某个视场角方向某个平行照明细光束在视网膜13上的实际的离散光斑位置，X和Y轴表征瞳孔面上的二维空间平面。从图3中可以看出实际的离散光斑与理想的参考离散光斑之间存在一定的偏差。
在一个示例中，可以通过对离散光斑分布阵列图进行处理得到波前像差。具体地，若位置敏感的二维光电探测器15上的每个平行照明细光束在视网膜13上的实际光斑中心偏离参考波前的光斑中心距离为(Δζ′,Δη′)，则对应的视网膜平面上的光斑中心距离为
Δζ＝Δζ′·Γ (1)
Δη＝Δη′·Γ (2)
Γ是视网膜13和位置敏感的二维光电探测器15之间的光学系统的放大倍率，ζ、η表示视网膜13平面上的坐标，R表示参考波前的半径，偏差斜率(即波前斜率)及其与波前的关系可以表示为以下公式：
(x，y)是瞳孔面上的坐标，其z轴方向和视网膜13平面坐标轴(ζ,η)的z轴方向重合。在公式(3)和公式(4)中，gx表示X轴方向的偏差斜率；gy表示Y轴方向的偏差斜率；W(x，y)表示每个离散光斑点的波前像差，可以表示为公式(5)：
其中，视网膜13上平行照明细光束的光斑中心(ζ,η)及其距离参考波前的光斑中心的距离(Δζ，Δη)可以根据位置敏感的二维光电探测器15上所获得的视网膜13上的图像进行推算，如公式(6)和(7)所示。
(Δζ′，Δη′)＝(ζ′-ζ′0，η′-η′0) (7)
(ζ′，η′)是位置敏感的二维光电探测器15上的坐标，G(ζ′，η′)是位置敏感的二维光电探测器15上光斑的灰度值，(ζ′0，η′0)是参考波前的光斑中心在位置敏感的二维光电探测器15上对应的坐标位置。因此，可以通过公式(8)获得每个光斑的重建的波前像差：
Γ是视网膜13和位置敏感的二维光电探测器15之间的光学系统的放大倍率。
计算出每个光斑的波前像差以后，需使用波前重构技术来描述整个人眼的像差。示例性的，可以基于Zernike多项式的波前重构技术描述像差。可将波前像差W(x，y)进行多项式展开，得到如下公式：
在公式(9)中，
表示Zernike多项式中的一个单项；c(n，m)表示相应的
项的系数；n为径向角度，表示为n阶像差；m为方位频率。根据c(n，m)可以确定人眼的像差情况。示例性的，当n等于2时，系数c(n，m)代表二阶像差，其中c(2，0)为离焦，c(2,-2)为斜轴散光，c(2,2)为水平散光或垂直散光。
根据第二扫描镜8在空间位置的扫描分布情况和所求解的波前像差情况，通过数据空间重建技术可得到不同视场角或视网膜13上不同区域的像差分布，进一步形成视网膜像差地形图。示例性的，根据二阶像差的分布情况，可以构建如图4所示按照二维视场角扫描分布的视网膜像差地形图分布，或者构建如图5所示按照子午方向扫描分布的视网膜像差地形图分布，或者构建如图6所示按照阵列式扫描分布的视网膜像差地形图。针对图4或图5或图6中的每一个位点，位置敏感的二维光电探测器15都可以获取到一个离散光斑阵列。针对形成的离散光斑阵列，使用上述实施例中的波前像差的计算方法，进行重构，获得人眼像差。
在一个具体的实施方式中，结合图1，对第一扫描镜4和第二扫描镜8的优选的一种配合使用方式进行详细阐述：第二扫描镜8可以先固定一个角度，第一扫描镜4沿水平轴向或垂直轴向做二维扫描，第一扫描镜4每次扫描，使得一束平行照明细光束经过瞳孔相应的位置进入眼内并聚焦在视网膜13上，在视网膜13上形成一个光斑，并在位置敏感的二维光电探测器15处获得一个采样，第一扫描镜4通过逐次扫描，将在位置敏感的二维光电探测器15获得一个离散光斑阵列的图像，从而获得对应视场角的波前像差，这个视场角，即第二扫描镜8固定的角度对应形成的视场角；然后第二扫描镜8转动一定角度扫描并固定下来，第一扫描镜4重复上述的逐次扫描，位置敏感的二维光电探测器15上再次获得一个离散光斑阵列的图像，从而获得另一个视场角的波前像差。依次改变第二扫描镜8、第一扫描镜4反复逐次扫描，可获得视网膜周边各个视场角的波前像差分布。
在另一个具体的实施方式中，结合图2，以该实施例中的系统结构方式，其中是省略了第一扫描镜4，改为通光孔阵列103提供一组平行的细光束。在一个优选的具体的使用方式中，第二扫描镜8固定一个角度，通光孔阵列103使得一组平行照明细光束平行地经过瞳孔相应的位置进入眼内并聚焦在视网膜13上，在视网膜上形成一个离散光斑阵列，并在位置敏感的二维光电探测器15处获得一个离散光斑阵列的图像，从而获得对应视场角的波前像差；然后第二扫描镜8转动一定角度扫描，位置敏感的二维光电探测器15再次获得一个离散光斑阵列的图像，从而获得另一个视场角的波前像差。依次反复逐次扫描，可后的视网膜周边各个视场角的波前像差分布。这种方法容易造成像素之间的交叠，但是在采样率要求比较低的场景，位置敏感的二维光电探测器15上的离散光斑阵列分布比较稀疏，交叠比较小，这种方法速度更快，系统更简单。
继续结合图2，在另一个更为具体的实施方式中，还可以通过以下方式进行操作。第二扫描镜8固定一个角度，通光孔阵列103可以通过电子开关等方式，控制其上分布的通光孔的开启与关闭，从而使得在一小段特定的时间内，可以使得有限的平行照明细光束经过瞳孔相应的位置进入眼内并聚焦在视网膜13上，例如，可以控制通光孔阵列103在一特定时间内仅打开一个通光孔，此时的效果与图1中的方式类似，此时可以例如按照水平、垂直的特定的顺序方式，每次打开一个通光孔，关闭其余通光孔，使得每次仅有一束平行照明细光束进入眼内，此时，第二扫描镜8固定在一个角度上，经过通光孔阵列103的上述反复操作，位置敏感的二维光电探测器15上获得一个离散光斑阵列的图像，从而获得对应的一个视场角的波前像差；此后，再将第二扫描镜8转动一定的角度，然后重复通光孔阵列103的上述操作，获得另一视场角的波前像差。经过反复的操作，可获得视网膜周边各个视场角的波前像差分布。
此外，继续结合上一段，通光孔阵列103还可以一次性打开部分通光孔，从而使得1条以上的平行照明细光束经过瞳孔相应的位置进入眼内并聚焦在视网膜13上，从而在视网膜上形成一组光斑阵列；然后，通光孔阵列103再开启另一组通光孔，关闭其余通光孔，再在视网膜上形成另一组光斑阵列。在第二扫描镜8固定在一个角度的情况下，反复进行上述通光孔的操作，从而CCD15上最终获得一组采样，进而得到对应的一个视场角的波前像差。然后，第二扫描镜8再转动一个角度，通光孔阵列103再重复上述的操作，最终获得另一个视场角的波前像差。经过反复的操作，可获得视网膜周边各个视场角的波前像差分布。在这一实施方式中，通光孔阵列103每次开启的通光孔可以是例如一列、一行、按照某图形或规律排布的一组同光孔等。
在一个实施例中，如图1和图2所示的人眼波前像差检测系统，还包括固视模块，固视模块包括视标19，以及设置在扫描模块与人眼22之间的二向色镜11。人眼22通过二向色镜11注视视标19。平行照明细光束经二向色镜11透射后依次照射在多个位点上，视网膜13上的离散光斑点阵经人眼22、二向色镜11和扫描模块原路返回后传输给探测模块。通过这种开放式的固视方法，让人眼22处于完全放松的状态，从而使系统获取准确的人眼波前像差信息的光波前信号，确保检测的准确性。
本方案提供的波前像差检测系统通过固视模块使人眼固定的注视在同一位置上，同时，利用扫描模块自动调整平行照明细光束的方向，以改变光束在人眼中的入射位置。平行照明细光束依次聚焦在视网膜的多个视场角对应的多个区域，以对人眼不同的视角进行扫描，实现对人眼不同视角的波前像差进行检测，进而建立视网膜像差地形图。在整个检测的过程中，人眼的注视位置是固定的，不需要通过观察多个不同的视标以改变注视的位置，只需要通过扫描模块改变照明光束进入人眼的位置即可对人眼视网膜进行多位点的扫描，从而准确地获取到人眼的屈光状态和视网膜周边离焦分布状态，提高检测效率。
需要说明的是，本申请提供的人眼波前像差检测系统不仅可以对眼睛的屈光不正和视网膜周边离焦状态进行检测，也可以对眼睛的高阶像差以及视网膜像差分布进行检测，并且可根据本申请提供的人眼波前像差检测系统的检测结果设计个性化矫正镜片，包括但不限于框架眼镜、角膜接触镜、巩膜接触镜、人工晶状体等，用来控制近视的发展。本发明的技术还可以对儿童的屈光发育进行检测。此处，对于本申请提供的人眼波前像差检测系统的应用场景不做任何限定。
本方案在又一种实施方式下，可以通过设备的方式来实现，该设备可以包括执行上述各个实施方式中各个或几个步骤的相应模块。因此，可以由相应模块执行上述各个实施方式的每个步骤或几个步骤，并且该电子设备可以包括这些模块中的一个或多个模块。模块可以是专门被配置为执行相应步骤的一个或多个硬件模块、或者由被配置为执行相应步骤的处理器来实现、或者存储在计算机可读介质内用于由处理器来实现、或者通过某种组合来实现。
该设备可以利用总线架构来实现。总线架构可以包括任何数量的互连总线和桥接器，这取决于硬件的特定应用和总体设计约束。总线将包括一个或多个处理器、存储器和/或硬件模块的各种电路连接到一起。总线还可以将诸如外围设备、电压调节器、功率管理电路、外部天线等的各种其它电路连接。
总线可以是工业标准体系结构(ISA，Industry Standard Architecture)总线、外部设备互连(PCI，Peripheral Component)总线或扩展工业标准体系结构(EISA，ExtendedIndustry Standard Component)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，该图中仅用一条连接线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
上述描述中，“一个实施例”、“一些实施例”、“一个更为具体的实施方式”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其它一些实施例中”、“在另一个实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“纵”、“横”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等应做广义理解，例如可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定、对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种波前像差检测系统，其特征在于，所述系统包括：固视模块、瞳孔监测模块、照明模块、扫描模块和探测模块；
固视模块用于提供人眼固视视标；
瞳孔监测模块用于检测系统对准人眼的瞳孔并获取瞳孔的大小和入射光在人眼瞳孔上的入射位置；
照明模块用于产生平行照明细光束，并可改变平行照明细光束之间的横向距离，以使得平行照明细光束经人眼瞳孔不同位置入射至视网膜上的不同位点；
扫描模块用于调整平行照明细光束的角度方向，使得平行照明细光束依次聚焦在人眼视网膜上的不同视场角的区域；
视网膜被平行照明细光束照明的区域，经人眼和扫描模块原路返回后成像在探测模块；
探测模块用于配合扫描模块调整平行照明细光束照射人眼视网膜上的视场角，并获取视网膜上不同视场角区域中被平行照明细光束照明形成的不同视场角离散光斑阵列；
不同视场角离散光斑阵列用于获取人眼的不同视场角的波前像差信息，人眼的不同视场角的波前像差信息用于建立视网膜像差地形图。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述照明模块包括依次连接的照明光源、准直扩束镜、第一光阑、第一透镜、第一扫描镜、第二透镜和第一分光镜；
所述照明模块通过第一分光镜与所述扫描模块连接；
准直扩束镜将照明光源发出的光束准直扩束为平行照明光束；第一光阑位于平行照明光束中心位置，将平行照明光束分割为平行照明细光束；
第一透镜和第二透镜组成望远系统；第一扫描镜位于第二透镜的前焦点上，通过扫描使所述平行照明细光束经第二透镜后产生平移。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述照明模块包括照明光源、准直扩束镜、通光孔阵列、第一透镜、第二透镜和第一反光镜；
所述照明模块通过第一分光镜与所述扫描模块连接；
准直扩束镜将照明光源发出的光束准直扩束为平行照明光束；
第一透镜与第二透镜共焦点；通光孔阵列位于第一透镜的前焦面上，介于准直扩束镜与第一透镜之间，并经第一透镜、第二透镜、第一反射镜、扫描模块后，与人眼瞳孔共轭。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描模块包括第二扫描镜、第三透镜和第四透镜；第三透镜与第四透镜组成望远系统，第二扫描镜通过第三透镜和第四透镜使旋转中心与瞳孔的瞳孔面中心共轭；平行照明细光束经第一分光镜反射至第二扫描镜中。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述扫描模块还包括设置于第三透镜、第四透镜之间的第二光阑，所述第二光阑的通孔设置于第三透镜、第四透镜的焦点上。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二扫描镜用于调整平行照明光束的方向，形成与人眼的视轴不同偏心角的入射光线，以对人眼任意方向的多个位点进行扫描。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探测模块包括成像物镜和位置敏感的二维光电探测器；所述位置敏感的二维光电探测器位于成像物镜的焦平面上；
所述成像物镜设置于第一分光镜与所述位置敏感的二维光电探测器之间；
所述离散光斑点阵经扫描模块返回后，通过第一分光镜、成像物镜，成像在位置敏感的二维光电探测器上。
8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述照明模块还包括控制器，用于控制通光孔阵列各通光孔的开、关。
9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，通过电信号调制所述第二扫描镜的运动轨迹，使平行照明细光束形成与人眼视轴不同偏心角的平行入射光线，以获得不同视场角的波前像差。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固视模块包括视标，以及设置在扫描模块与人眼之间的二向色镜；
平行照明细光束经二向色镜透射后照射在多个位点上，所述离散光斑点阵经人眼、二向色镜和扫描模块返回后传输给探测模块；
所述瞳孔监测模块包括第五透镜、瞳孔监测相机、第二分光镜；所述瞳孔监测相机依次通过第五透镜、第二分光镜和二向色镜显示瞳孔面。
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