CN118383712A - 眼底屈光度与周边离焦量测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种眼底屈光度与周边离焦量测量系统，包括光源模块、光投影模块、成像探测模块和处理器。其中，光源模块用于提供测量光源；光投影模块用于将测量光源投射到被测眼睛的眼底以及用于将被测眼睛的眼底图像投射到成像探测模块；该光投影模块包括沿着投射光路依次设置的振镜、中继镜和接目镜；振镜的镜面与瞳孔共轭，确保光斑能完全通过瞳孔照射进眼底；中继镜能够在振镜和接目镜之间沿着光路前后移动进行屈光度补偿；成像探测模块用于探测被测眼睛的眼底图像信息；处理器用于获取成像探测模块探测到的图像信息，并根据图像信息计算中继镜的屈光补偿距离和人眼的屈光度。

Description

眼底屈光度与周边离焦量测量系统

技术领域

本发明涉及眼视光学技术领域，尤其涉及一种眼底屈光度与周边离焦量测量系统。

背景技术

目前，近视预防主要集中在健康用眼、足够的户外活动与合理的营养膳食保障等领域。近视治疗措施则主要包括低浓度阿托品、角膜塑形镜(Ortho-keratology,OK镜)、红光照射、佩戴周边远离焦补偿镜(包括角膜接触镜和框架眼镜)等方法。早在上世纪90年代，通过动物实验发现，如果眼底黄斑周边远离焦，将促进近视的快速发展，如果周边近离焦，将有效抑制近视的发展。在2022视觉健康创新发展国际论坛上，与会专家报道了多款具有周边远离焦补偿作用的角膜接触镜和框架眼镜对近视发展有明显的抑制效果。周边视网膜区域的屈光状态对近视发生发展的影响更大，主要原因之一是因为中央视网膜中的视神经纤维较少。当视网膜同时收到来自中央视网膜的近视信号和周边视网膜的远视信号时，这种空间上的信号叠加会让来自周边的远视信号占主导地位，并让眼轴继续伸长。要实现周边远视离焦补偿，就需要对周边离焦进行准确测量。

然而，目前的常规屈光检测设备，如验光仪、视力筛查仪等测量黄斑部位屈光度的仪器不能直接测得眼球的周边离焦信息；而通过光学像差仪测量周边离焦量，结构复杂，操作不便，测量耗时较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种眼底屈光度与周边离焦量测量系统，以解决现有测量系统不能对周边离焦进行准确测量的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种眼底屈光度与周边离焦量测量系统，包括：

光源模块，用于提供测量光源；

光投影模块，用于将测量光源投射到被测眼睛的眼底以及用于将被测眼睛的眼底图像投射到成像探测模块；该光投影模块包括沿着投射光路依次设置的振镜、中继镜和接目镜，振镜的镜面与瞳孔共轭；中继镜能够在振镜和接目镜之间沿着光路前后移动进行屈光度补偿；

成像探测模块，用于探测被测眼睛的眼底图像信息；

处理器，用于获取成像探测模块探测到的图像信息，并根据图像信息计算中继镜的屈光补偿距离和人眼的屈光度。

进一步地，光源模块包括依次设置的第一激光光源、第一准直镜、劈裂仪和第二准直镜；第一激光光源经第一准直镜准直后经一狭缝形成狭缝光源，缝光源再均匀照射到劈裂仪，然后通过劈裂仪和第二准直镜将所述第一激光光源分成两束相同的平行光作为劈裂光源射出。

进一步地，光投影模块还包括第一分光镜，光源模块射出的劈裂光源经过第一分光镜透射到振镜,再依次经过中继镜、接目镜，照射到瞳孔后，通过眼睛成像系统投射到被测眼睛的眼底；被测眼睛的眼底劈裂成像图像再依次经过接目镜、中继镜返回到振镜，最后通过第一分光镜反射至成像探测模块。

进一步地，成像探测模块包括第一图像探测器以及设置在第一图像探测器的入射光路上的第一成像透镜，被测眼睛的眼底劈裂成像图像经眼睛屈光系统后，再依次经过接目镜、中继镜、振镜和第一成像透镜成像到第一图像探测器。

进一步地，中继镜的屈光度补偿距离计算公式为：

人眼的屈光度计算公式为：

其中，a、b、c分别为

a＝f₂f₃+f₃f₄-f₂f₄-f₂d₃-f₃d₂+f₄d₂+f₃d₃+d₂d₃

b＝f₂f₃ ²-f₂ ²f₃+f₂ ²f₄-f₂f₃f₄+f₂f₃d₁+f₂f₃d₂+f₂ ²d₃-f₃ ²d₁-f₂f₃d₃-f₂f₄d₁-f₂f₄d₂

+f₃f₄d₁-f₂d₂d₃-f₃d₁d₂+f₃d₁d₃+d₁d₂d₃+d₁d₂d₄

c＝b+a*(d₁-f₂')

f₂、f₃、f₄分别为接目镜、中继镜和成像透镜的物方焦长，f₂'、f₃'、f₄'分别为接目镜、中继镜和成像透镜的像方焦长；d₁、d₂、d₃分别为人眼像方主点到接目镜物方主点的距离、接目镜像方主点到中继镜物方主点的距离和中继镜像方主点到成像透镜物方主点的距离。

进一步地，光源模块包括第三准直镜和第二激光光源；第二激光光源经第三准直镜准直后，再依次经过振镜、中继镜和接目镜后投影到被测眼睛的眼底；成像探测模块还包括用于获取被测眼睛的眼底图像的第二成像透镜和第二图像探测器，被测眼睛的眼底图像经眼睛屈光系统后，再依次经过接目镜、中继镜、振镜和第二成像透镜成像到第二图像探测器。

进一步地，光投影模块还包括第二分光镜和第一二向色镜；成像光源模块射出的光斑成像光源经过第二分光镜透射到第一二向色镜，然后通过第一二向色镜反射到振镜；被测眼睛的眼底的光斑成像图像在经过振镜后，通过第一二向色镜反射到第二分光镜，然后通过第二分光镜反射至第二成像透镜。

进一步地，中继镜的屈光度补偿距离d_lx计算公式为：

当中继镜远离接目镜是取正，反之取负其中，式中

a＝sd[f₂′(f₃'-d₃)]²-π(h₁f₄'f₃)²

b＝2s_d(f₂′f₃'²)f₂′(f₃'-d₃)

c＝s_d(f₂′f₃'²)²

人眼的屈光度D计算公式为：

其中，式中各符号取值单位为mm；s_d为第二图像探测器采集到的图像面积大小；l_r为远点距离。

进一步地，在大离焦量的情况下，采用基于轻量级目标检测算法的离焦光斑区域进行检测。

进一步地，在测量周边离焦时，通过移动中继镜补偿离焦量，让劈裂像在黄斑部位不离焦，在离轴情况下，周边离焦量就在测量精度范围内。

进一步地，在利用该测量系统对周边离焦量测量时，采用如下方法对倾斜投射到视网膜上的光斑的倾斜量对第一图像探测器探测到的图像的影响进行修正：

建立坐标，以瞳孔中心为坐标原点，Z轴与眼睛视轴重合，x、y轴与x、y振镜偏转扫光方向平行；设x、y振镜偏转角度分别为α、β，则在瞳孔部位，入射光束最终与Z轴的夹角γ满足如下公式：

tan²2kβ+tan²2kα＝tan²γ (3)

其中，k为x振镜与瞳孔间的角放大率，最终相机上采集的图假定其面积为S1，将其投影到垂直入射光束方向上的面积为S，则有

S＝S1/cosγ (4)。

本发明的有益效果为：

1、通过使中继镜前后移动实现屈光度补偿，可实现光斑的清晰成像；通过在光路中设置振镜，使振镜进行X-Y光学扫描，可实现对眼底黄斑区以外区域的离焦量测量，从而实现测量全视网膜区域的离焦量；

2、通过使劈裂成像测量与光斑成像测量结合，可实现0.15D的高精度，±15D的大范围测量；

3、通过对倾斜与离焦引起的检测偏差进行修正，可提高测量精度，实现高精度、实时的周边离焦计算。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例的光路分布示意图；

图2为本发明一个实施例的劈裂与光斑成像测量原理图；

图3(a)为远视+中继镜补偿情况下的光路图；

图3(b)为近视+中继镜补偿情况下的光路图

图3(c)为中继镜未补偿时的近视离焦光路图；

其中，101、第一光纤；102、第一准直镜；103、劈裂仪；104、第二准直镜；105、第一分光镜；106、第一成像透镜；107、第一图像探测器；201、第二光纤；202、第三准直镜；203、第二分光镜；204、第一二向色镜；205、第二成像透镜；206、第二图像探测器；301、振镜；302、中继镜；303、接目镜。

具体实施方式

如图1所示的眼底屈光度与周边离焦量测量系统，包括光源模块、光投影模块、成像探测模块和处理器。其中，光源模块用于提供测量光源；光投影模块用于将测量光源投射到被测眼睛的眼底以及用于将被测眼睛的眼底图像投射到成像探测模块；该光投影模块包括沿着投射光路依次设置的振镜301、中继镜302和接目镜303；振镜301的镜面与瞳孔共轭，确保光斑能完全通过瞳孔照射进眼底；中继镜302能够在振镜301和接目镜303之间沿着光路前后移动进行屈光度补偿；成像探测模块用于探测被测眼睛的眼底图像信息；处理器用于获取成像探测模块探测到的图像信息，并根据图像信息计算中继镜302的屈光补偿距离和人眼的屈光度。

本申请通过使中继镜302前后移动实现屈光度补偿，可实现光斑的清晰成像，从而提高人眼的屈光度的准确测量；通过在光路中设置振镜301，使振镜301进行X-Y光学扫描，可实现对眼底黄斑区以外区域的离焦量测量，从而实现测量全视网膜区域的离焦量。

根据本申请的一个实施例，光源模块包括依次设置的第一激光光源、第一准直镜102、劈裂仪103和第二准直镜104；第一激光光源经第一准直镜102准直后经一狭缝形成狭缝光源，狭缝光源再均匀照射到劈裂仪103，然后通过劈裂仪103和第二准直镜104将所述第一激光光源分成两束相同的平行光作为劈裂光源射出。光源模块射出的劈裂光源经振镜301后在中继镜302的焦面上，形成狭缝的一次像；该狭缝的像经接目镜303照射到眼底。眼睛屈光系统没有远视或近视时，狭缝二次成像到眼底形成一个明亮的狭缝像，但如果眼睛屈光不正时，狭缝在眼底形成的就是两个分离的光斑。

根据本申请的一个实施例，光投影模块还包括第一分光镜105，光源模块射出的劈裂光源经过第一分光镜透射到振镜301,再依次经过中继镜302、接目镜303，照射到瞳孔后，通过眼睛成像系统投射到被测眼睛的眼底；被测眼睛的眼底劈裂成像图像再依次经过接目镜303、中继镜302返回到振镜301，最后通过第一分光镜105反射至成像探测模块。通过第一分光镜105可便于对劈裂光源和探测光路进行耦合。

根据本申请的一个实施例，成像探测模块包括第一图像探测器107以及设置在第一图像探测器107的入射光路上的第一成像透镜106，被测眼睛的眼底劈裂成像图像经眼睛屈光系统后，再依次经过接目镜303、中继镜302、振镜301和第一成像透镜106成像到第一图像探测器107上。由于眼睛屈光不正，导致图像探测器上探测到的不是完善的图像，影响图像处理对光斑像的边界和中心位置的确定致使劈裂成像其测量范围有限；而本系统中，中继镜302和接目镜303共焦，中继镜302可以前后移动实现屈光度补偿。

根据本申请的一个实施例，光源模块包括第三准直镜202和第二激光光源；第二激光光源经第三准直镜准直后，再依次经过振镜301、中继镜302和接目镜303后投影到被测眼睛的眼底；成像探测模块还包括用于获取被测眼睛的眼底图像的第二成像透镜205和第二图像探测器206，被测眼睛的眼底图像经眼睛屈光系统后，再依次经过接目镜303、中继镜302、振镜301和第二成像透镜205成像到第二图像探测器206。

根据本申请的一个实施例，光投影模块还包括第二分光镜203和第一二向色镜204；成像光源模块射出的光斑成像光源经过第二分光镜203透射到第一二向色镜204，然后通过第一二向色镜204反射到振镜301；被测眼睛的眼底的光斑成像图像在经过振镜301后，通过第一二向色镜204反射到第二分光镜203，然后通过第二分光镜203反射至第二成像透镜205。

如图1所示，第二光纤201出来的第二激光光源经第三准直镜准直后由第一二向色镜204耦合进劈裂成像光路，由眼底返回的光路经第一二向色镜204分离，经第二分光镜203反射后经成像透镜成像到第二成像透镜205。圆形光斑对人眼屈光不正引起的边界模不那么敏感，结合中继镜302的屈光补偿，可以对±15D范围内的屈光度进行测量。对圆形光斑点的光斑椭圆度分析可以实现眼屈光系统的散光，也即是柱镜度数。

根据本申请的一个实施例，如图2所示，近视情况下的劈裂或光斑照到眼底的图案作为整个成像系统的物，该物经眼睛成像系统成像到远点，该位置点到眼睛距离的倒数(以米为单位)为屈光度。远点的像作为接目镜303的物被接目镜303成像到中继镜302前面的某个位置，该位置距离中继镜302焦点的距离为中继镜302的屈光补偿移动距离。中继镜302和成像透镜将经接目镜303所成的像再次成像到图像探测器上，不过此时图像探测器并未在理想的像面位置，因此是一个比较模糊的像斑；再通过图像处理，即可得到第一图像探测器107获得的两个分离像斑的中心分离距离(或第二图像探测器206获得的光斑大小)；然后可根据第一图像探测器107获得的两个分离像斑的中心分离距离(或第二图像探测器206获得的光斑大小)计算得到中继镜302的屈光补偿距离和人眼的屈光度。

当采用第一激光光源进行测量时，第一图像探测器107获得两个分离像斑，该测量方式即为劈裂成像测量，原理如图2所示，此时第一中继镜302的屈光度补偿距离计算公式为：

人眼的屈光度计算公式为：

其中，a、b、c分别为

a＝f₂f₃+f₃f₄-f₂f₄-f₂d₃-f₃d₂+f₄d₂+f₃d₃+d₂d₃

b＝f₂f₃ ²-f₂ ²f₃+f₂ ²f₄-f₂f₃f₄+f₂f₃d₁+f₂f₃d₂+f₂ ²d₃-f₃ ²d₁-f₂f₃d₃-f₂f₄d₁-f₂f₄d₂

+f₃f₄d₁-f₂d₂d₃-f₃d₁d₂+f₃d₁d₃+d₁d₂d₃+d₁d₂d₄

c＝b+a*(d₁-f₂')

f₂、f₃、f₄分别为接目镜303、中继镜302和成像透镜的物方焦长，f₂'、f₃'、f₄'分别为接目镜303、中继镜302和成像透镜的像方焦长；d₁、d₂、d₃分别为人眼像方主点到接目镜303物方主点的距离、接目镜303像方主点到中继镜302物方主点的距离和中继镜302像方主点到成像透镜物方主点的距离。

当采用第二激光光源进行测量时，第二图像探测器206获得一个圆形光斑，该种测量方式即为光斑成像测量，原理如图3(a)、图3(b)和图3(c)所示，其中图3(a)为远视+中继镜补偿情况下的光路图，3(b)为近视+中继镜补偿情况下的光路图，3(c)为中继镜未补偿时的近视离焦光路图，

此时中继镜的屈光度补偿距离d_lx计算公式为：

当中继镜远离接目镜是取正，反之取负其中，式中

a＝sd[f₂′(f₃'-d₃)]²-π(h₁f₄'f₃)²

b＝2s_d(f₂′f₃'²)f₂′(f₃'-d₃)

c＝s_d(f₂′f₃'²)²

人眼的屈光度D计算公式为：

其中，式中各符号取值单位为mm；s_d为第二图像探测器采集到的图像面积大小；l_r为远点距离。

根据本申请的一个实施例，在大离焦量的情况下，劈裂图像会变模糊，影响测量精度，将采用基于轻量级目标检测算法的离焦光斑区域检测方法，实现高精度、实时的周边离焦计算。

根据本申请的一个实施例，在测量周边离焦时，为避免大离焦量对测量精度的影响，采用移动中继镜302补偿离焦量，让劈裂像在黄斑部位不离焦，在离轴情况下，周边离焦量就在测量精度范围内。

根据本申请的一个实施例，在利用该测量系统对周边离焦量测量时，采用如下方法对倾斜投射到视网膜上的光斑的倾斜量对第一图像探测器107探测到的图像的影响进行修正：建立坐标，以瞳孔中心为坐标原点，Z轴与眼睛视轴重合，x、y轴与x、y振镜301偏转扫光方向平行；设x、y振镜301偏转角度分别为α、β，则在瞳孔部位，入射光束最终与Z轴的夹角γ满足如下公式：

tan²2kβ+tan²2kα＝tan²γ (3)

其中，k为x振镜301与瞳孔间的角放大率，最终相机上采集的图假定其面积为S1，将其投影到垂直入射光束方向上的面积为S，则有

S＝S1/cosγ (4)。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种眼底屈光度与周边离焦量测量系统，其特征在于，包括：

光源模块，用于提供测量光源；

光投影模块，用于将所述测量光源投射到被测眼睛的眼底以及用于将被测眼睛的眼底图像投射到成像探测模块；该光投影模块包括沿着投射光路依次设置的振镜、中继镜和接目镜；所述振镜的镜面与被测眼睛的瞳孔共轭；所述中继镜能够在振镜和接目镜之间沿着光路前后移动进行屈光度补偿；

成像探测模块，用于探测被测眼睛的眼底图像信息；

处理器，用于获取所述成像探测模块探测到的图像信息，并根据所述图像信息计算中继镜的屈光补偿距离和人眼的屈光度。

2.根据权利要求1所述的眼底屈光度与周边离焦量测量系统，其特征在于，所述光源模块包括依次设置的第一激光光源、第一准直镜、由狭缝和双光楔构成的劈裂仪与第二准直镜；所述第一激光光源经第一准直镜准直后经一狭缝形成狭缝光源，狭缝光源再均匀照射到劈裂仪，然后通过劈裂仪和第二准直镜将所述第一激光光源分成两束相同的平行光作为劈裂光源射出。

3.根据权利要求2所述的眼底屈光度与周边离焦量测量系统，其特征在于，所述光投影模块还包括第一分光镜，所述光源模块射出的劈裂光源经过第一分光镜透射到所述振镜,再依次经过中继镜、接目镜，照射到瞳孔后，通过眼睛成像系统投射到被测眼睛的眼底；所述被测眼睛的眼底劈裂成像图像再依次经过接目镜、中继镜返回到所述振镜，最后通过所述第一分光镜反射至成像探测模块。

4.根据权利要求3所述的眼底屈光度与周边离焦量测量系统，其特征在于，所述成像探测模块包括第一图像探测器以及设置在第一图像探测器的入射光路上的第一成像透镜，被测眼睛的眼底劈裂成像图像经眼睛屈光系统后，再依次经过所述接目镜、中继镜、振镜和第一成像透镜成像到第一图像探测器。

5.根据权利要求1-4任一所述的眼底屈光度与周边离焦量测量系统，其特征在于，所述中继镜的屈光度补偿距离d_lx计算公式为：

人眼的屈光度D计算公式为：

其中，a、b、c分别为

a＝f₂f₃+f₃f₄-f₂f₄-f₂d₃-f₃d₂+f₄d₂+f₃d₃+d₂d₃

c＝b+a*(d₁-f₂')

f₂、f₃、f₄分别为接目镜、中继镜和成像透镜的物方焦长，f₂'、f₃'、f₄'分别为接目镜、中继镜和成像透镜的像方焦长；d₁、d₂、d₃分别为人眼像方主点到接目镜物方主点的距离、接目镜像方主点到中继镜物方主点的距离和中继镜像方主点到成像透镜物方主点的距离；h_d为第一图像探测器采集到的劈裂两分离像斑的中心分离距离。

6.根据权利要求1所述的眼底屈光度与周边离焦量测量系统，其特征在于，所述光源模块包括第三准直镜和第二激光光源；所述第二激光光源经第三准直镜准直后，再依次经过所述振镜、中继镜和接目镜后投影到被测眼睛的眼底；所述成像探测模块还包括用于获取被测眼睛的眼底图像的第二成像透镜和第二图像探测器，被测眼睛的眼底图像经眼睛屈光系统后，再依次经过所述接目镜、中继镜、振镜和第二成像透镜成像到第二图像探测器。

7.根据权利要求6所述的眼底屈光度与周边离焦量测量系统，其特征在于，所述光投影模块还包括第二分光镜和第一二向色镜；所述成像光源模块射出的光斑成像光源经过第二分光镜透射到所述第一二向色镜，然后通过第一二向色镜反射到振镜；所述被测眼睛的眼底的光斑成像图像在经过所述振镜后，通过所述第一二向色镜反射到第二分光镜，然后通过第二分光镜反射至第二成像透镜。

8.根据权利要求1、6或7所述的眼底屈光度与周边离焦量测量系统，其特征在于，所述中继镜的屈光度补偿距离d_lx计算公式为：

当中继镜远离接目镜是取正，反之取负其中，式中

a＝sd[f₂′(f₃'-d₃)]²-π(h₁f₄'f₃)²

b＝2s_d(f₂′f₃'²)f₂′(f₃'-d₃)

c＝s_d(f₂′f₃'²)²

人眼的屈光度D计算公式为：

其中，式中各符号取值单位为mm；s_d为第二图像探测器采集到的图像面积大小；l_r为远点距离。

9.根据权利要求1所述的眼底屈光度与周边离焦量测量系统，其特征在于，使振镜扫描进行周边离焦量测量，在利用该测量系统对周边离焦量测量时，通过移动中继镜补偿离焦量，让劈裂像在黄斑部位不离焦，在离轴情况下，周边离焦量就在测量精度范围内。

10.根据权利要求1所述的眼底屈光度与周边离焦量测量系统，其特征在于，在利用该测量系统对周边离焦量测量时，采用如下方法对倾斜投射到视网膜上的光斑的倾斜量对第一图像探测器探测到的图像的影响进行修正：

建立坐标，以瞳孔中心为坐标原点，Z轴与眼睛视轴重合，x、y轴与x、y振镜偏转扫光方向平行；设x、y振镜偏转角度分别为α、β，则在瞳孔部位，入射光束最终与Z轴的夹角γ满足如下公式：

tan²2kβ+tan²2kα＝tan²γ (3)

其中，k为x振镜与瞳孔间的角放大率，最终相机上采集的图假定其面积为S1，将其投影到垂直入射光束方向上的面积为S，则有

S＝S1/cosγ (4)。