CN1706340A - 透射式视力捡测仪的光学系统及捡测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种视力捡测仪的光学系统，特别是涉及测量不同视度的眼睛视网膜潜视力的捡测仪的光学系统及其捡测方法。本发明给出了针对白内障患者的眼视功能检测仪的光学结构及光路设计和捡测方法，给出了各光学部件的设计和相关参数，采用透射式视力分辨率板，使进入眼瞳成像光束足够细和有足够的光能量，通过白内障患者云雾状晶状体中的微小间隙在视网膜上成像，移动透射式视力分辨率板调焦可测出患者的屈光度，并通过被测眼观看能辨认视力分辨率板中最小的字符E的开口方向所对应的那一级视分辨率，检测视力。通过本仪器对白内障患者手术前检测，可比较准确预测置换人工晶体手术后达到的视力水平，对白内障患者及眼科医生是十分需要和有价值的。

Description

透射式视力捡测仪的光学系统及捡测方法

技术领域

本发明涉及一种视力捡测仪的光学系统，特别是涉及测量不同视度的眼睛视网膜潜视力的捡测仪的光学系统及其捡测方法，用于白内障患者术前的特殊视力(潜在视力)的检测。

背景技术

我们针对白内障类的眼病患者，研究设计了透射式视力捡测仪的光学系统。白内障是严重影响视力的一种常见眼病，据了解每年有数百万计白内障眼病患者进行置换人工晶体手术，对于医生和患者都非常关心一个最重要的问题是，置换人工晶体手术后的视力能达到什么水平，即排除白内障(晶状体)的影响，而捡测其它因素(包括：角膜、视网膜)的潜在视觉能力。通常正常眼的视力检测系统和方法是，捡测时视力表采用漫反射白底黑标的视力表，照度应为200～300勒克斯，测试距离为5m，视角为1分的字标对应于5.0(对数视力表)的视力。视力表成像光束能够充满被测者的整个眼瞳在视网膜成像。而对于白内障患者，眼睛晶体大部分是浑浊体不透光，只有其中的裂隙或小孔能够透光，有的患者透光裂隙或小孔≤0.1mm，也既是说只有这些裂隙或小孔能够有光线通过并在视网膜上成像，不足以引起视觉细胞响应，影像漠糊。而通常人眼的瞳孔直径为(2～8)mm，测试时整个眼瞳都充满光，其参与在视网膜成像的光能是白内障患者的(400～1600)倍，因此常规的视力检测系统无法测出白内障患者的真实的潜在视力。影响视力可能有多种因素，如果不能预测除白内障晶体之外的其它毛病影响视功能，例如视网膜病变，虽然进行了置换人工晶体手术，仍然达不到改善视力效果，甚至患者和医生产生纠纷。为了使医生和患者在手术治疗前能比较准确预知手术后患者视力(潜在视力)，需要一种针对白内障患者术前的特殊视力(潜在视力)检测系统和捡测方法。国内外未见相同的专利和文献报道。

本透射式视力捡测仪的光学系统采用透射式视力分辨率板，并使进入眼瞳成像光束足够细且有足够的光能量，以致能够通过云雾状晶状体中的微小间隙在视网膜上成像，通过移动透射式视力分辨率板移动调焦可测出患者的视度在-10D至+12D之间的屈光度，通过被测眼观看能辨认视力分辨率板中最小的字符E的开口方向所对应的那一级视分辨力，确定视力。从而使得白内障患者的视力测量成为可能。通过该仪器捡测，预测手术后达到的视力水平，也可以确定是单纯的晶体疾病还是有其他眼症，帮助医生正确诊断。该系统通过试验是可行和可靠的。

发明内容

本发明是具体地给出实用化的“透射式视力测试仪”的总体的光学结构设计及光路；给出了各光学部件的设计和相关参数；以及本仪器的捡测方法。本仪器是一种主要针对白内障患者的眼潜在视功能检测仪，其特点在于采用透射式视力分辨率板并且使进入眼瞳成像光束足够细和有足够的光能量，以致能够通过白内障患者云雾状晶状体中的微小间隙在视网膜上成像，移动透射式视力分辨率板调焦可测出患者的视度在-10D-+12D之间的屈光度，通过被测眼观看能辨认视力分辨率板中最小的字符E的开口方向所对应的那一级视分辨力标定视力。通过本仪器对白内障患者手术前检测，可比较准确预测置换人工晶体手术后达到的视力水平。

本发明的技术方案：透射式视力捡测仪的光学系统，它由光源发出的白光经聚光透镜聚焦于滤波小孔，经小孔滤波的光束由三角反射棱镜二次反射折回，再通过准直透镜产生准平行光，该准平行光照射透射式视力分辨率板，透射式视力分辨率板通过成像透镜成像，眼睛视点Eye通过三角反射棱镜、三角反射棱镜观看这个视力分辨率板的像，能辨认视力分辨率板中最小的字符E的开口方向来捡测视力；其特征在于：滤波小孔出射的光束通过准直透镜、透射式视力分辨率板以及成像透镜、在Eye点会聚为直径≤0.1mm的成像光束，即相当于滤波小孔在Eye点成一缩小像点。

透射式视力捡测仪的光学系统的捡测方法有5个步骤。

透射式视力捡测仪的光学系统的测试技术基本原理：

光源经过聚光镜会聚，再经过滤波孔滤波后相当于一个点光源，该点光源通过准直透镜产生准直光束照射透射式视力分辨率板，分辨率板通过成像透镜成像于眼前，并使透过透射式视力分辨率板的成像光束在成像透镜后的Eye处会聚一很小的光点，使得成像光束能够通过眼睛的云雾状白内障晶体窄小孔隙在视网膜成像。在测量病人视力时，让病人眼瞳与该Eye点重合来观看视力分辨率板。由于病人眼睛的视度可能不同，为了能够使得仪器精确测量不同视度的眼睛视网膜潜视力，需要通过调整视力板的位置以使视力板能够刚好成像在视网膜上，我们设计了可移动的视力板，不同视度的眼睛可以通过调节视力板到成像透镜的距离来实现调焦(即使被测患者能看清视力板)，由视力板的位置和眼睛视度的物像几何光学换算关系，在仪器的视力板的前后移动位置标定换算后对应的视度，眼睛视度和能够清晰看到视力板时视力板的位置是一一对应的。视力板位置的调节，等效于通常配眼镜时进行视力检测时的选择不同屈光度的“插片”。然后被测眼再仔细观看，能辨认视力分辨率板中的各级字符E的开口方向，能辩认出最小的字符E的开口方向所对应的那一级视分辨力，即为被测眼的视力。

本发明的有益效果：本仪器对白内障患者手术前检测，可比较准确预测置换人工晶体手术后达到的视力水平，对白内障患者及眼科医生是十分需要和有实用价值的，通过试验证明了它的实用性和可靠性。

附图说明

附图1透射式视力捡测仪的光学系统结构图

附图2透射式视力捡测仪的光路图

附图3透射式视力分辨率板示意图

图中：1.光源  2.聚光透镜  3.滤波小孔  4.三角反射棱镜  5.准直透镜  6.视力分辨率板  7.成像透镜  8.三角反射棱镜  9.三角反射棱镜  10.视点Eye

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明：

透射式视力捡测仪的光学系统，它由光源1发出的白光经聚光透镜2聚焦于滤波小孔3，经小孔滤波的光束由三角反射棱镜4二次反射折回，再通过准直透镜5产生准平行光，该准平行光照射透射式视力分辨率板6，透射式视力分辨率板通过成像透镜7成像，眼睛视点Eye10通过三角反射棱镜9、三角反射棱镜8观看这个视力分辨率板的像，能辨认视力分辨率板中最小的字符E的开口方向来捡测视力；其特点在于：滤波小孔出射的光束通过准直透镜、透射式视力分辨率板以及成像透镜、在Eye点会聚为直径≤0.1mm的成像光束，即相当于滤波小孔在Eye点成一缩小像点。

滤波小孔(3)为园形通光孔，直径是0.1至0.2mm的档光板。

三角反射棱镜8和三角反射棱镜9改变光路方向来决定被测眼的观看方位。

透射式视力分辨率板6到成像透镜7之间距离d7由零到成像透镜的2倍的焦距之间可变，调节分辨率板的位置，以使被测眼能看清视力板的像；由视力板的位置、光学系统参数和眼睛视度之间换算关系，在仪器的视力板的移动范围内标定各位置对应的视度，即屈光度。

视力分辨率板6是在玻璃基片上通过缩微、光刻工艺制成字符E为全黑，不透光，背底为亮底，透光的透射式视力分辨率板，它由不同大小字符E组成12级的分辨标准，每一级字符中E的开口朝向有不同排列，每一级字符大小及笔划的粗细尺寸的设计是根椐国际标准对数视力表以及光学系统的成像放大率进行缩放计算确定。由被测眼能辩别到那一级字符最小的E的开口朝的那一级对应的视分辨力，即为视力。

光源1采用白光发光二极管或白炽灯准点光源，滤波小孔3是在玻璃基片上通过缩微、光刻工艺或在金属薄片上微加工制成园形通光小孔，聚光透镜2、准直透镜5、成像透镜7均为正透镜。

透射式视力捡测仪的光学系统的捡测方法，要经过下述步骤：

1)让被测人眼的瞳孔位于视点Eye10位置观看视力分辨率板；

2)瞳孔位置前后、左右、上下微位移调整，让成像光束聚上点能通过云雾状白内障晶体的孔隙，看到透射式视力分辨率板6的像；

3)前后移到透射式视力分辨率板6的位置实现调焦，即使透射式视力分辨率板6成像在被测眼的视网膜，看得最清楚为止；

4)读出此时透射式视力分辨率板6的位置处所对应标定的视度数，即为被测人的屈光度；

5)被测人眼再仔细观看辨认视力分辨率板6中的各级字符E的开口方向，能看清辨认出字符最小的那一级的字符E的开口方向，则该级标定的视分辨力，即为被测人眼的视力。

本系统结构参数各光学部件设计：

光学系统的结构参数如图1所示：d1是光源到聚光透镜2的距离，d2是滤波孔3与聚光透镜2的距离，d3是滤波孔3到三角反射棱镜4第一个反射面光轴距离，d4是三角反射棱镜4的第一个反射面光轴距离到第二个反射面光轴距离，d5是三角反射棱镜的第二个反射面到准直透镜5的距离，d6是准直透镜5到分辨率板6的距离，d7是分辨率板6到成像透镜7的距离(是可变的)，d8是成像透镜7到三角反射棱镜8的反射面光轴距离，d9是三角反射棱镜8的反射面到三角反射棱镜9的反射面的距离光轴，d10是三角反射镜9的反射面到被捡测眼瞳孔的距离。

其中主要光学部件：白光光源1为白光LED(发光二极管)或白炽灯准点光源；滤波小孔3为园形通光孔直径为0.1至0.2mm的档光板，它可在玻璃基片上通过缩微、光刻工艺或在金属薄片上微加工制成；透射式视力分辨率板6如图3所示，它是在直径约为15mm园形玻璃基片上通过缩微、光刻等工艺制成字符为全透明，背底为不透光的透射式视力分辨率板，它由字符E组成不同大小12级的分辨标准，、每一级字符大小及笔划的粗细尺寸的设计和计算是根椐国际标准对数视力表为基础的，以1分视角标定为1.0，然后按照对数视力表子标的公比值以及光学系统的成像放大率进行缩放设计的；聚光透镜2为正透镜，焦距为25至35mm，准直透镜5为正透镜，焦距为300至400mm，成像透镜7为正透镜，焦距为90至100mm。

捡测方法是被测人眼眼瞳对准Eye点并作微调，使会聚的细光束穿过白内障眼病患者晶状体中的微小间隙在视网膜成像，观看到分辨率板6通过成像透镜7成的像。再调节分辨率板6的位置直到看清分辨率板6为止，读出对应位置标定的视度，再仔细观看，能辨认视力分辨率板中的各级字符E的开口方向，能辩认出最小的字符E的开口方向所对应的那一级视分辨力，即为被测眼的视力。

实施例

系统结构参数及各光学部件设计举例：

系统结构及各光学部件设计的具体参数以如下为例：

聚光透镜2的焦距f1＝30mm，准直透镜5的焦距f2＝370mm，成像透镜7的焦距f3＝95mm，滤波小孔3到准直透镜5的距离为165mm，准直透镜5到成像透镜7的距离为215mm，滤波小孔3通光口径d＝0.2mm.。

经几何光学理论计算得：

滤波小孔3在成像透镜7后117mm处E也点成一缩小像，像点大小d’＝0.082mm，也就是说成像光束在该处会聚为0.082mm，眼瞳对准此Eye点处即可使成像细光束透过白内障病人的云雾状晶状体中的微小间隙，视力分辨率板6在视网膜上成像，检测视力。

在上述光学系统情况下计算眼睛不同屈光度所对应的视力板的位置，计算当屈光度D

从-7～+12变化时视力板位置变化情况如表1所示：

屈光度D         -7        -6        -5         -4       -3

视力板物距d7    -20.53    -32.76    -44.39-    55.48    -66.04

屈光度D         -2        -1        0          +1       +2

视力板物距d7    -76.13    -85.78    -95        -103.83  -112.3

屈光度D         +3        +4        +5         +6       +7

视力板物距d7    -120.42   -128.22   -135.72    -142.92  -149.86

屈光度D         +8        +9        +10        +11      +12

视力板物距d7    -156.54   -162.97   -169.18    -175.17  -180.96

              表1视力板物距与屈光度关系数据

表中的视力板物距d7是前面所述的分辨率板6到成像透镜7的距离；屈光度D的单位为1屈光度相当于配眼镜的100度，正和负号表示远视和近视。

视力板不同位置时成像关系及枧觉效果

通过理论计算和实验可证明，无论视力板位于成像透镜7焦距以内还是在焦距以外，在视网膜上成像的正倒都是一样的，并且其像的大小变化也不大。其原因是，视力板的位置是从靠近成像透镜7的位置到两倍焦距的位置范围内移动变化。当视力板处于成像透镜7焦距以内时，视力板通过成像透镜7成的像为放大正立的虚像，像的位置在眼睛前方；随着视力板远离成像透镜7，当移至焦点处时，成像于无限远处；当视力板位于成像透镜7的焦点以外时，此时视力板通过成像透镜7成实像，且像的位置在眼睛的后方，对于眼睛而言物距为正，而眼睛的等效焦距为正，故通过眼睛在视网膜上成像与视力板通过放大镜成的像正倒相同。当视力板继续远离成像透镜7时，成像位置会相应的离眼睛越来越近，当视力板从成像透镜7焦距以内到2倍焦距移动过程中，对应被测眼睛的屈光度是单调增加的。因此，当被测眼睛处与放松状态时在某一距离能看到视力板的清晰的像，就能计算出与该距离对应的被测眼睛的屈光度。在用眼睛观察时，所看到的视力板的正倒在整个活动范围内却是不变的。并且所看到的像的大小变化也很小。完全不影响视力的测量。能够满足系统对屈光度不同病人进行测试的需要。

Claims (7)

1.一种透射式视力捡测仪的光学系统，它由光源(1)发出的白光经聚光透镜(2)聚焦于滤波小孔(3)，经小孔滤波的光束由三角反射棱镜(4)二次反射折回，再通过准直透镜(5)产生准平行光，该准平行光照射透射式视力分辨率板(6)，透射式视力分辨率板通过成像透镜(7)成像，眼睛视点Eye(10)通过三角反射棱镜(9)、三角反射棱镜(8)观看这个视力分辨率板的像，能辨认视力分辨率板中最小的字符E的开口方向来捡测视力；其特征在于：滤波小孔出射的光束通过准直透镜、透射式视力分辨率板以及成像透镜、在Eye点会聚为直径≤0.1mm的成像光束，即相当于滤波小孔在Eye点成一缩小像点。

2.根据权利要求1所述的透射式视力捡测仪的光学系统，其特征在于：滤波小孔(3)为园形通光孔，其通光孔直径是0.1至0.2mm的档光板。

3.根据权利要求1所述的透射式视力捡测仪的光学系统，其特征在于：三角反射棱镜(8)和三角反射棱镜(9)改变光路方向来决定被测眼的观看方位。

4根据权利要求1所述的透射式视力捡测仪的光学系统，其特征在于：透射式视力分辨率板(6)到成像透镜(7)之间距离d7由零到成像透镜的2倍的焦距之间可变，调节分辨率板的位置，以使被测眼能看清视力板的像；由视力板的位置、光学系统参数和眼睛视度之间换算关系，在仪器的视力板的移动范围内标定各位置对应的视度，即屈光度。

5.根据权利要求1所述的透射式视力捡测仪的光学系统，其特征在于：视力分辨率板(6)是在玻璃基片上通过缩微、光刻工艺制成字符E为全黑，不透光，背底为亮底，透光的透射式视力分辨率板，它由不同大小字符E组成12级的分辨标准，每一级字符中E的开口朝向有不同排列，每一级字符大小及笔划的粗细尺寸的设计是根椐国际标准对数视力表以及光学系统的成像放大率进行缩放计算确定。

6.根据权利要求1所述的透射式视力捡测仪的光学系统，其特征在于：光源(1)采用白光发光二极管或白炽灯准点光源，滤波小孔(3)是在玻璃基片上通过缩微、光刻工艺或在金属薄片上微加工制成园形通光小孔，聚光透镜(2)、准直透镜(5)、成像透镜(7)均为正透镜。

7.一种透射式视力捡测仪的光学系统的捡测方法，其特征在于要经过下述步骤：

1)让被测人眼的瞳孔位于视点Eye(10)位置观看视力分辨率板；

2)瞳孔位置前后、左右、上下微位移调整，让成像光束聚上点能通过云雾状白内障晶体的孔隙，看到透射式视力分辨率板(6)的像；

3)前后移到透射式视力分辨率板(6)的位置实现调焦，即使透射式视力分辨率板(6)成像在被测眼的视网膜，看得最清楚为止；

4)读出此时透射式视力分辨率板(6)的位置处所对应标定的视度数，即为被测人的屈光度；

5)被测人眼再仔细观看辨认视力分辨率板(6)中的各级字符E的开口方向，能看清辨认出字符最小的那一级的字符E的开口方向，则该级标定的视分辨力，即为被测人眼的视力。