專利名稱：用于快速測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性、折射度(refraction,折光度)和像差的儀器，特別是應(yīng)用于新校正系統(tǒng)的處方，例如，眼鏡或隱形透鏡，其可控制兒童和青少年的近視。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，對(duì)人眼的周邊視覺(S卩，出現(xiàn)在清楚看到細(xì)節(jié)的中心區(qū)域以外的東西)的性能的興趣比以往都大。此興趣開始于70年代，當(dāng)時(shí)建議，周邊視覺會(huì)是影響近視發(fā)展的重要因素(例如，見F.Rempt, J.Hoogerheide和W.P.H.Hoogenboom的出版物“周邊視網(wǎng)膜鏡檢法和X射線照片(Peripheral Retinoscopy and Skiagram)”，眼科學(xué)(Ophthalmologica)162,1_10(1971),或工 Hoogerheide, F.Rempt 和 W.P.H.Hoogenboom 的出版物“年輕飛行員的后天近視(Acquired Myopia in Young Pilots)”,眼科學(xué) 163,209-215(1971))。為了研究所述建議，幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室用動(dòng)物進(jìn)行試驗(yàn)，如可在以下出版物中觀察到的:-F.Schaeffel, A.Glasser和H.C.Howland, “雞的適應(yīng)性調(diào)節(jié)、折射誤差和眼睛生長(zhǎng)(Accommodation, refractive error and eye growth in chickens)，，,視力石開究(VisionRes.) 28,639-657(1988)。-S.Diether和F.Schaeffel, “與主動(dòng)適應(yīng)性調(diào)節(jié)無關(guān)的由強(qiáng)制局部折射誤差導(dǎo)致的眼睛生長(zhǎng)中的局部變化(Local changes in Eye Growth induced by Imposed LocalRefractive Error despite Active Accommodation)，，,視力研究 37,659-668 (1997)。

-E.L.Smith, C.Kee, R.Ramamirham, Y.Qiao-Grider 和 L.Hung, “周邊視覺能夠影響幼猴的眼睛生長(zhǎng)和折射發(fā)展(Peripheral Vision Can Influence Eye Growth andRefractive Development in Infant Monkeys)，，，眼科研究與視力學(xué)(Invest.0phthalmol.Vis.Sc1.) 46,3965-3972(2005)。-E.L.Smith, R.Ramamirtham, Y.Qiao-Grider, L.Hung, J.Huang, C.Kee,D.Coats 和E.Paysse, “視網(wǎng)膜中央凹處切除對(duì)正視化和形覺剝奪性近視的影響(Effects of FovealAblation on Emmetropization and Form-Deprivation Myopia)，，，眼科研究與視力學(xué) 48,3914-3922(2007)。D.0.Mutti, R.1.Sholtz, N.E.Friedman 和 K.Zadnik, “兒童的周邊折射度和眼睛形狀(Peripheral Refraction and Ocular Shape in Children)，，，眼科研究與視力學(xué) 41，1022-1030(2000)。已經(jīng)在包括靈長(zhǎng)類動(dòng)物和其他動(dòng)物的試驗(yàn)中驗(yàn)證了周邊視覺在近視發(fā)展過程中的重要性。關(guān)于在人眼上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)以下出版物，幾個(gè)研究組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這樣的相互關(guān)系:該相互關(guān)系可能表明在周邊視網(wǎng)膜中比在視網(wǎng)膜中央凹處中具有相對(duì)更大遠(yuǎn)視的眼睛更可能出現(xiàn)近視，-A.Seidemann,F.Schaeffel, A.Guirao,N.Lopez-Gil 和 P.Artal,“近視、正視和遠(yuǎn)視年輕對(duì)象的周邊折射誤差(Peripheral refractive errors in myopic, emmetropic, andhyperopic young sub jects)”,美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)學(xué)報(bào) A19, 2363-2373 (2002)。-J.Wallman和J.Winawer, “眼睛生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)平衡和近視的問題(Homeostasis ofEye Growth and the Question of Myopia)”，神經(jīng)兀 43,447-468 (2004)。-D.A.Atchison, N.Pritchard, K.L.Schmid, D.H.Scott, C.E.Jones 和 J.M.Pope,“正視和近視中的視網(wǎng)膜表面的形狀(Shape of the Retinal Surface in Emmetropia andMyopia)”，眼科研究與視力學(xué)仳，2698-2707 (2005)。-D.0.Mutti , J.R.Hayes, G.L.Mitchell, L.A.Jones, M.L.Moeschberger,S.A.Gotter, R.N.Kleinstein, R.E.Manny, J.D.Twelker 和 K.Zadnik, “近視發(fā)作之前和之后的折射誤差、軸向長(zhǎng)度和相對(duì)周邊折射誤差(RefrectiveError, Axial Length, andRelative Peripheral Refractive Error before and after the Onset of Myopia)，，，眼科研究與視力學(xué)48，2510-2519 (2007)。-L.Lundstrom A.Mira-Agudelo和P.Artal, “周邊光學(xué)誤差及其隨著正視和近視眼之間的適應(yīng)性差異的變化(Peripheral optical errors and their change withaccommodation differ between emmetropic and myopic eyes)，，，視力學(xué)報(bào) 9 (6): 17,1-11(2009)。-X.Chen, P.Sankaridurg, L.Donovan, Z.Lin, L.Li, A.Martinez, B.Holden 和J.Ge, “中國(guó)人近視和非近視眼的周邊折射誤差的特性(Characteristics of peripheralrefractive errors of myopic and non-myopic Chinese eyes)，，，視力石開究 50,31-35(2010)。-ff.N.Charman, H.Radhakrishnan, “周邊折射和折射誤差的發(fā)展:綜述(Peripheral refraction and the development of refractive error: a review)，，,目艮科生理光學(xué)(Ophtal.Physiol.0pt.) 30，321-338 (2010)。由于周邊視網(wǎng)膜中的遠(yuǎn)視的原因，在視網(wǎng)膜后面聚焦圖像。為了獲得聚焦的圖像，眼睛的周邊視網(wǎng)膜生長(zhǎng)，以對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，而同時(shí)其將中心視網(wǎng)膜向后推，產(chǎn)生近視。在以下出版物中給出了對(duì)佩戴特別為消除周邊視網(wǎng)膜上的遠(yuǎn)視而開發(fā)(以防止近視發(fā)展為目的)的眼鏡的兒童的第一項(xiàng)研究:P.R.Sankaridurg, L.Donovan, S.Varnas, X.Chen, Z.Lin,S.Fisher, A.Ho, J.Ge，E.Smith和B.A.Holden, “通過被設(shè)計(jì)為減小相對(duì)周邊遠(yuǎn)視的眼鏡片來治療近視的過程:12個(gè)月的結(jié)果(Progression of Myopia With Spectacle LensesDesigned to Reduce Relative Peripheral Hyperopia:12Months Results)”,ARV02010摘要，方案#2206。西班牙專利申請(qǐng)200900692涉及一種“用于在周邊視網(wǎng)膜中進(jìn)行不對(duì)稱折射光學(xué)校正以控制近視發(fā)展的裝置”，開發(fā)了這些用于預(yù)防和防止兒童和/或青少年近視的裝置的另一種形式。實(shí)際上，光學(xué)裝置是一種眼睛的周邊視網(wǎng)膜的調(diào)節(jié)器，以預(yù)防近視發(fā)展，由在其鼻下象限逐漸改變透鏡強(qiáng)度的透鏡組成。該裝置的剩余象限部分具有分度玻璃或平板玻璃結(jié)構(gòu)，分別取決于用戶是具有需要光學(xué)校正的視覺缺陷還是沒有所述缺陷。透鏡可以是光學(xué)透鏡、隱形透鏡、或電光系統(tǒng)。

目前，最常用于測(cè)量視覺像差的技術(shù)是基于所謂的哈特曼-夏克波前傳感器。在世界上的許多研究實(shí)驗(yàn)室中使用所述方法，并且它在商業(yè)上可獲得的系統(tǒng)中也最常使用。它由與眼睛的瞳孔光學(xué)共軛的微型透鏡陣列和放置在微型透鏡的焦平面上的相機(jī)組成。如果平波前(wavefront，波陣面)到達(dá)傳感器，那么相機(jī)記錄非常規(guī)則的點(diǎn)分布，然而，如果使波前變形(即，其具有像差)，那么點(diǎn)分布將是不規(guī)則的。在數(shù)學(xué)上，每個(gè)點(diǎn)的位移與來自每個(gè)微型透鏡的波前的導(dǎo)數(shù)直接成正比。從點(diǎn)的圖像中計(jì)算波像差。為了正確地研究周邊視覺的影響，重要的是，使儀器能夠快速且以必要的精度對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。以前，使用用于測(cè)量(中央凹處上的)中心視覺的折射度和/或像差而開發(fā)的儀器。唯一的差別是，它們需要對(duì)象連續(xù)地以不同的角度觀看，同時(shí)固定儀器進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)量需要耗費(fèi)大量時(shí)間(幾分鐘)，并且為了縮短時(shí)間，減小角度的數(shù)量，這會(huì)導(dǎo)致較差的角分辨率。此外，也存在以下問題:旋轉(zhuǎn)眼睛是否會(huì)由于眼睛的光學(xué)部分上的眼肌的張力的原因而改變像差。需要該儀器探查所有眼睛角度，以改進(jìn)測(cè)量。靜態(tài)系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)之間的主要差異是，首先，對(duì)象需要改變他的視線，而其次，該儀器改變其位置以測(cè)量其他角度。 有兩種已知的執(zhí)行掃描以測(cè)量眼睛的周邊光學(xué)性能的儀器。在J.Tabernero和F.Schaeffel的文獻(xiàn)“用于根據(jù)適應(yīng)性測(cè)量周邊折射度的快速掃描光視網(wǎng)膜鏡(Fastscanning photoretinoscope for measuring peripheral refraction as a functionof accommodation)”(美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)學(xué)報(bào)A.26，2206-2210 (2009))中，“周邊光折射器”是一種僅測(cè)量瞳孔的一條經(jīng)線上的眼睛折射度的系統(tǒng)。該儀器在旋轉(zhuǎn)光束分離器(beamsplitter，分束器)的同時(shí)直線平移地移動(dòng)。它具有90°的掃描范圍。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，它具有較大的掃描范圍，并且對(duì)象的對(duì)準(zhǔn)不太重要；然而，它具有幾個(gè)重要的缺點(diǎn)。該方法的操作基礎(chǔ)是依賴于經(jīng)驗(yàn)的，并且將光從眼睛反射回進(jìn)行校準(zhǔn)對(duì)于獲得正確結(jié)果是重要的。而且，僅能夠測(cè)量從一條經(jīng)線的折射度。也就是說，它提供對(duì)眼睛的周邊光學(xué)非常局部的測(cè)量。此外，由于其設(shè)計(jì)的原因，鏡子在對(duì)象的前方移動(dòng)，當(dāng)用在缺少經(jīng)驗(yàn)的對(duì)象上時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生誤差的情況，如他們?cè)跍y(cè)量期間將趨向于跟隨鏡子。在X.Wei和L.Thibos的文獻(xiàn)“用于在寬視野上測(cè)量眼睛的掃描夏克哈特曼像差計(jì)的設(shè)計(jì)和石角認(rèn)(Design and validation of a scanning Shack Hartmannaberrometer for measurements of the eye over a wide field of view)，，(光學(xué)快訊18，1134-1143(2010))中公開的另一種掃描儀，利用哈特曼-夏克(HS)技術(shù)測(cè)量眼睛的像差。如上所述，此技術(shù)測(cè)量離開眼睛的波前(見J.Liang,B.Grimm, S.Goelz和J.F.Bille的文獻(xiàn)“利用哈特曼-夏克波前傳感器客觀測(cè)量人眼的波像差(Objective measurement ofwave aberrations of the human eye with the use of a Hartmann-Shack wave-frontsensor)”，美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)學(xué)報(bào) A7,1949-1957(1994) ；P.M.Prieto, F.Vargas-Martiη,
S.Goelz, P.Artal的文獻(xiàn)“分析哈特曼-夏克傳感器在人眼中的性能(Analysis of theperformance of the Hartmann-Shack sensor in the human eye)，，,美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)學(xué)手艮A,17,1388-1398 (2000) )0該儀器的優(yōu)點(diǎn)是，可移動(dòng)的對(duì)象僅是兩個(gè)鏡子，并且測(cè)量所有像差，以及折射度。所測(cè)量的區(qū)域不僅是鼻和顳側(cè)視網(wǎng)膜，而且是下方和上方視網(wǎng)膜。缺點(diǎn)是，該測(cè)量具有非常小的密度，僅能夠測(cè)量30°的范圍，這太小以至于無法形成周邊視覺的良好概念。已經(jīng)公開的此系統(tǒng)覆蓋了較小的范圍并且較慢(其需要8秒來測(cè)量37個(gè)角度)。

因此，急切需要有一種測(cè)量眼睛的光學(xué)特性、折射度和像差的儀器，該儀器是快速、堅(jiān)固、精確且簡(jiǎn)單的，并且該儀器使得可能測(cè)量較寬的視野。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種解決了所述缺點(diǎn)的用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器。本發(fā)明涉及一種新的儀器和一種新的應(yīng)用技術(shù)的方式，其可用于學(xué)習(xí)更多的關(guān)于周邊視覺對(duì)近視發(fā)展的作用，并且還可用于使通過控制周邊光學(xué)鏡(optics，光學(xué)裝置)防止近視的眼鏡的新系統(tǒng)的處方個(gè)性化。本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器，包括折射度和像差，該儀器包括安裝在眼科工作臺(tái)上的框架，眼科工作臺(tái)可在三個(gè)垂直方向X、Y、Z上定向，x、z方向在同一平面上，而Y方向垂直于方向x、z的平面，該框架具有用于將對(duì)該其眼睛執(zhí)行測(cè)量的對(duì)象的頭部的支撐表面，熱鏡和長(zhǎng)鏡與框架結(jié)合并放置在對(duì)象的頭部的前面；該儀器進(jìn)一步包括照明子組件和測(cè)量子組件，該照明子組件由光纖頭(fibre optic head,光學(xué)纖維頭部)、透鏡L1、光圈(diaphragm，膜片，隔膜)D、BS光束分離器組成，該測(cè)量子組件具有兩個(gè)透鏡L2和L3、兩個(gè)鏡子Ml和M2和相機(jī)，該相機(jī)在其入口上適配(adapted，適應(yīng))有微型透鏡的陣列，以這樣的方式使得所述相機(jī)定位在微型透鏡的焦平面上；其中，該框架具有安裝于其上的電機(jī)，電機(jī)的軸在Y方向上旋轉(zhuǎn)，能夠與所述軸一起旋轉(zhuǎn)的臂附接至該軸；照明子組件的部件、測(cè)量子組件的部件、以及具有微型透鏡陣列的相機(jī)安裝在所述臂上。通過具有旋轉(zhuǎn)臂(在旋轉(zhuǎn)臂上安裝照明子組件、測(cè)量子組件和具有微型透鏡陣列的相機(jī))的此結(jié)構(gòu)，將進(jìn)行測(cè)量的對(duì)象的眼睛的瞳孔的平面與放置在所述臂上的部件之間的距離對(duì)于所有角度都是相同的，旋轉(zhuǎn)軸線和電機(jī)的軸線相同。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，將對(duì)其眼睛進(jìn)行測(cè)量的對(duì)象保持靜止，不用必須改變他的視線。 本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，該發(fā)明使得將對(duì)其眼睛進(jìn)行測(cè)量的對(duì)象保持靜止和舒適，因?yàn)榭赡軐?duì)該儀器裝配腮托(chin rest，下巴托)以支撐下巴。將相對(duì)于附圖，從本發(fā)明的目標(biāo)物的代表性實(shí)施方式中得出的詳細(xì)描述中公開本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


下面將參考附圖，以非限制性的方式說明本發(fā)明的目的，在附圖中:圖1示出了本發(fā)明的儀器的光學(xué)部件的示意圖。圖2示出了具有其部件的本發(fā)明的儀器的側(cè)視圖。圖3示出了具有其部件的本發(fā)明的儀器的前視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了組成本發(fā)明的儀器的光學(xué)部件，并且圖2和圖3示出了安裝其所有部件的本發(fā)明的儀器。如可在所述附圖中看到的，該儀器包括安裝在眼科工作臺(tái)2上的框架1，眼科工作臺(tái)可在三個(gè)垂直方向X、Y、Z上定向。方向Χ、Ζ在同一平面上，而方向Y垂直于方向χ、ζ(見圖2所示的軸系)的平面?？蚣躀具有用于對(duì)象頭部的支撐表面19，將對(duì)該對(duì)象的眼睛進(jìn)行測(cè)量。熱鏡3和長(zhǎng)鏡4位于對(duì)象頭部的前面，并與框架I結(jié)合。該儀器還包括照明子組件5和測(cè)量子組件10，該照明子組件由光纖頭6、透鏡7(LI)、光圈8 (D)、光束分離器9 (BS)組成，該測(cè)量子組件具有兩個(gè)透鏡11 (L2)和12 (L3)、兩個(gè)鏡子13 (Ml)和14 (M2)、和在相機(jī)15的入口上具有微型透鏡的陣列16的相機(jī)15，以這樣的方式使得將所述相機(jī)15放置在微型透鏡的焦平面上?？蚣躀具有安裝于其上(在圖2和圖3的實(shí)施方式中，位于框架I的頂部上)的電機(jī)17，該電機(jī)的軸在Y方向上旋轉(zhuǎn)，臂18附接至其而能夠在所述軸上旋轉(zhuǎn)。將照明子組件5的部件、測(cè)量子組件10的部件、以及具有微型透鏡的陣列16的相機(jī)15安裝在所述臂18上。
將輸入光20圖示為細(xì)直線，在光纖頭6后面較深，并將輸出光21圖示為一般更粗的直線。所使用的電機(jī)17可以是直流伺服電機(jī)。同樣地，電機(jī)17的運(yùn)動(dòng)可由用于直流伺服電機(jī)的控制器來進(jìn)行支配。該儀器可進(jìn)一步包括安裝在眼科工作臺(tái)2上的激光指示器。此元件的目的是，幫助對(duì)象凝視一個(gè)點(diǎn)(在此情況中，是由激光指示器產(chǎn)生的在位于儀器前方的表面上反射的紅點(diǎn))。臂18可以是L形的，該臂附接至電機(jī)17的軸并在其上安裝照明子組件5的部件、測(cè)量子組件10的部件以及具有微型透鏡的陣列16的相機(jī)15。在圖2中，可以看到，照明子組件5的部件和測(cè)量子組件10的部件位于豎直臂上；水平臂使得，可能使所述部件相對(duì)于該儀器的框架I遠(yuǎn)離至所需測(cè)量位置。同樣地，用于將對(duì)其眼睛進(jìn)行測(cè)量的對(duì)象的頭部的支撐表面19可由具有彎曲的凹入中心部分的腮托組成，其使得可能以舒適的方式限制對(duì)象的頭部。該儀器的設(shè)計(jì)已經(jīng)集中于測(cè)量一條視覺經(jīng)線，盡管其也可在視網(wǎng)膜的所有方向上使用。選擇水平經(jīng)線，因?yàn)樵谀壳斑M(jìn)行的研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)此經(jīng)線最可能與發(fā)展近視的可能性相關(guān)。還確定了當(dāng)角度多大時(shí)周邊視覺是重要的。由于這個(gè)原因，哈特曼-夏克技術(shù)(所基于的技術(shù))的可能的最大角度可起作用，沒有所要解決的問題。界限是大約35°至40°的視角。在大于40°時(shí)，橢圓形瞳孔的最小半徑的尺寸在許多對(duì)象中多過小。已將該儀器設(shè)計(jì)為，在90°的范圍上掃描并測(cè)量視野的中心80°。測(cè)量速度對(duì)于結(jié)果的精度來說很重要。在眼睛中具有幾個(gè)動(dòng)力源(適應(yīng)性、淚層的變化、以及小范圍和大范圍掃視運(yùn)動(dòng))會(huì)影響眼睛的折射度和像差。為了減小這些誤差源的影響，快速測(cè)量(幾秒的數(shù)量級(jí))是非常重要的。從在臨床實(shí)踐中使用儀器的觀點(diǎn)來看，測(cè)量的持續(xù)時(shí)間也是非常重要的。整體測(cè)量(在水平經(jīng)線上進(jìn)行81次測(cè)量)需要1.8秒。這使得可能在相同狀態(tài)中測(cè)量相同眼睛幾次。這允許取平均值，平均值給出甚至更精確的結(jié)果。選擇每個(gè)角度的圖像的角分辨率。高分辨率也改進(jìn)了結(jié)果的精度。一個(gè)已知的事實(shí)是，像差的變化以較低的頻率改變，同樣已知的是，當(dāng)測(cè)量到突然變化時(shí)，其非常可能是由于受污染圖像而導(dǎo)致，可在不損失大量信息的情況下消除該受污染圖像。上面已經(jīng)說明了靜態(tài)測(cè)量和掃描測(cè)量之間的主要差異。當(dāng)對(duì)象不需要改變不同測(cè)量之間的視力的方向時(shí)，能夠縮短測(cè)量時(shí)間，并且眼睛在所有測(cè)量的過程中保持同一肌肉張力。假設(shè)對(duì)象的舒適感對(duì)于獲得良好測(cè)量結(jié)果來說是非常重要的，我們的設(shè)計(jì)使用腮托來保持頭部，并且沒有移動(dòng)穿過對(duì)象所凝視的線的部件。
為了精確地測(cè)量，眼睛的瞳孔平面(PP) 22和HS傳感器之間的距離在所有角度下保持相同是重要的。由于這個(gè)原因，我們的儀器基于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得圓周的每個(gè)點(diǎn)離中心具有精確的相同距離。旋轉(zhuǎn)點(diǎn)位于電機(jī)17的中心。將此點(diǎn)隨著L形臂18平移至眼睛的PP22，L形臂支持不同的光學(xué)部件。計(jì)算該系統(tǒng)的尺寸是優(yōu)化不同參數(shù)所必需的。旋轉(zhuǎn)半徑是所需尺寸、角度掃描范圍、伸縮光學(xué)裝置的縮少、系統(tǒng)重量以及使用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)和機(jī)械部件的函數(shù)。臂18L具有兩個(gè)部分。照明部分5和測(cè)量部分。確保L2的焦平面始終與眼睛的PP22重合是非常重要的。將其安裝在可圍繞RY角度旋轉(zhuǎn)的電機(jī)17上。盡管不希望在對(duì)象的視野中具有移動(dòng)部件，但是該設(shè)計(jì)包括大鏡4 (LM)和熱鏡3 (HM)0固定這兩個(gè)部件。假設(shè)熱鏡3是唯一放置在對(duì)象的眼睛前面的部件，該對(duì)象具有開放的視野。圖1顯示了該系統(tǒng)的不意圖。由控制器支配的直流伺服電機(jī)可具有90° /s的速度。與光纖連接的二極管激光器(其光的波長(zhǎng)是780nm)用作光源。光在點(diǎn)F進(jìn)入儀器。D使得可能在用于測(cè)量的Imm和用于獲得參考圖像的12mm之間調(diào)節(jié)光束尺寸。為了減小系統(tǒng)的尺寸和重量，僅使用一個(gè)望遠(yuǎn)鏡(L2-L3)。用C型底座將ML安裝在相機(jī)15上。相機(jī)15可具有不同的技術(shù)、傳感器尺寸和分辨率時(shí)間。在開發(fā)為執(zhí)行本發(fā)明的原型的情況中，相機(jī)具有1024X768像素陣列，其具有8位分辨率，并且相機(jī)每秒可測(cè)量15至117張圖像。電機(jī)17通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)端口與USB電纜和相機(jī)15 —起起作用，這使得可能使用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)。將特定支撐方式設(shè)計(jì)為:將儀器的所有部件布置為安裝在帶腮托的眼科工作臺(tái)2XYZ上。該工作臺(tái)允許儀器操作員將儀器與對(duì)象的眼睛(右眼或左眼)對(duì)準(zhǔn)，不會(huì)在對(duì)象的側(cè)面過分打擾對(duì)象。圖2和圖3示出了該系統(tǒng)的兩張視圖。唯一的非標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)部件是長(zhǎng)鏡4(220X35mm)。此部件是必需的，因?yàn)樾枰苊庠趯?duì)象的視線上具有移動(dòng)部件。為了凝視，該對(duì)象需要看由激光指示器在儀器前面的墻壁上產(chǎn)生的紅點(diǎn)。將激 光器附接至工作臺(tái)XYZ，并且激光器始終指示從工作臺(tái)的任何位置凝視的正確位置。將儀器與對(duì)象對(duì)準(zhǔn)意味著，將L2的焦點(diǎn)放置在PP22的中心。該對(duì)準(zhǔn)遵循一組預(yù)先建立的協(xié)議。使用兩個(gè)相機(jī)。一個(gè)示出了對(duì)象的面部/眼睛。如果照明光未進(jìn)入眼睛，那么可看到此相機(jī)的圖像，在對(duì)象的面部上有一個(gè)點(diǎn)。一旦完成XY對(duì)準(zhǔn)，該系統(tǒng)便移動(dòng)，直到到達(dá)測(cè)量光束進(jìn)入眼睛的位置。一旦光束進(jìn)入眼睛，HS相機(jī)便開始記錄圖像。還用輔助相機(jī)完成方向Z上的首次對(duì)準(zhǔn)。該系統(tǒng)接近，直到將在屏幕上繪制的十字形與眼睛的瞳孔重疊。為了將系統(tǒng)放置在正確的位置中，系統(tǒng)的臂18移動(dòng)40°。當(dāng)HS圖像處于與0°的圖像同一位置時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)。為了確保測(cè)量始終正確，還應(yīng)將該系統(tǒng)放置在-40°。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的操作員可在大約I分鐘內(nèi)將儀器與對(duì)象對(duì)準(zhǔn)。保存圖像是完全自動(dòng)的。開發(fā)了用于控制儀器的程序。通過軟件使電機(jī)17的運(yùn)動(dòng)與用HS相機(jī)保存圖像同步。計(jì)算記錄速度，以優(yōu)化不同參數(shù)，例如照明強(qiáng)度、電機(jī)17的最大速度、相機(jī)15的最大速度、相機(jī)15的靈敏度、以及同步軟件限度。為了縮短圖像保存時(shí)間，連續(xù)進(jìn)行測(cè)量。此方法具有以下缺點(diǎn):不從一個(gè)點(diǎn)測(cè)量光學(xué)性能，而是從所行進(jìn)的小路徑上的集成結(jié)果。為了減小誤差，集成路徑從不大于兩個(gè)測(cè)量之間的距離的50%。由于這個(gè)原因，將所有測(cè)量分離。該誤差也是非常小的，因?yàn)闇y(cè)量密度大于所研究的光學(xué)像差的可變性，這意味著，在具有相等值的范圍上執(zhí)行集成。該方法產(chǎn)生其他優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)闆]有分辨率損失。集成減小了通常損壞高速獲取的圖像的相干散斑的重要問題，并導(dǎo)致更高品質(zhì)的圖像以用于分析和處理。此外，假設(shè)儀器可不停地移動(dòng)，沒有由電機(jī)17的振動(dòng)導(dǎo)致的圖像擾動(dòng)。標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)如下詳述:該系統(tǒng)以90°的角度掃描。僅將該圖像保存在80°的中心區(qū)域中，以避免圖像由于電機(jī)17停止和啟動(dòng)所產(chǎn)生的擾動(dòng)。照明功率小于10 μ W，其比此波長(zhǎng)的容許曝光極限低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。曝光時(shí)間是9ms。掃描是50° /s，以50Hz保存圖像。這意味著，圖像是以0.45°視角的集成路徑，在圖像之間具有0.55°的視角。一次測(cè)量包含81張HS圖像，并用1.8秒將其保存。通常，該測(cè)量重復(fù)4次(324張HS圖像)，且結(jié)果是平均值?？倳r(shí)間是7.2秒，這仍處于眼睛在恒定狀態(tài)中的范圍內(nèi)。為了基于HS圖像確定光學(xué)像差，開發(fā)組合不同算法的程序，創(chuàng)建這些算法以進(jìn)行加工(elaboration，精心制作)的不同階段。第一階段是檢測(cè)HS圖像中的點(diǎn)。第二階段是通過測(cè)量最佳位置來比較這些點(diǎn)的位置。用二者之間的差異來確定被表達(dá)為一系列澤爾尼克多項(xiàng)式的波的像差。在最后一個(gè)階段中，重新調(diào)節(jié)系數(shù)與4_的圓形瞳孔的比例。通過所附圓形方法，解決了在軸線之外測(cè)量橢圓形瞳孔的問題，如在L.Lundstrom,A.Mira-Agudela和P.Artal的出版物“周邊光學(xué)誤差及其隨著正視和近視眼之間的適應(yīng)性差異的變化(Peripheral optical errors and their change with accommodation differbetween emmetropic and myopic eyes)”(視力學(xué)報(bào) 9 (6)，1-11 (2009))中說明的?；诙A系數(shù)計(jì)算折射度。如已經(jīng)看到的，在儀器中使用的基本技術(shù)是H-S傳感器。該系統(tǒng)能夠以每度I次測(cè)量的分辨率在視野內(nèi)以80°的角度測(cè)量所有像差和眼睛的折射度。在1.8秒內(nèi)，可測(cè)量81個(gè)不同的角度。使用新的掃描方法，其使得可能在較寬角度的視網(wǎng)膜上快速掃描。假設(shè)從機(jī)械觀點(diǎn)，優(yōu)化該 方法以進(jìn)行此類型的測(cè)量，可能獲得快速、堅(jiān)固、精確且簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。通過本發(fā)明的儀器，實(shí)現(xiàn)了一種用于測(cè)量眼睛的視網(wǎng)膜周邊上的光學(xué)性能的快速系統(tǒng)。對(duì)象不移動(dòng)，快速且精確。折射度和光學(xué)結(jié)果可用于開控制近視的眼鏡的處方。除了如這里提出的哈特曼-夏克以外，相同掃描原理可應(yīng)用于測(cè)量眼睛的光學(xué)裝置的其他系統(tǒng)。雖然已經(jīng)描述并圖示了本發(fā)明的一些實(shí)施方式，但是顯而易見的是，可在它們的范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行改變，并且不應(yīng)將本發(fā)明認(rèn)為是限制于所述實(shí)施方式，而是僅限制于以下權(quán)利要求的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器，所述光學(xué)特性包括折射度和像差，所述儀器包括安裝在眼科工作臺(tái)(2 )上的框架(I)，所述眼科工作臺(tái)能夠在三個(gè)垂直方向X、Y、Z上定向,其中Χ、Ζ方向位于同一平面上,而Y方向垂直于方向χ、ζ的平面,所述框架(I)具有用于待對(duì)其眼睛執(zhí)行測(cè)量的對(duì)象的頭部的支撐表面(19)，熱鏡(3)和長(zhǎng)鏡(4)與所述框架(I)結(jié)合并放置在對(duì)象的頭部的前面；所述儀器進(jìn)一步包括照明子組件(5)和測(cè)量子組件(10)，所述照明子組件由光纖頭(6)、透鏡(7) L1、光圈(8) D、BS光束分離器(9)構(gòu)成，所述測(cè)量子組件具有兩個(gè)透鏡L2 (11)和L3 (12)、兩個(gè)鏡子Ml (13)和M2 (14)及相機(jī)(15)，所述相機(jī)在其入口上適配有微型透鏡的陣列(16)，通過這種方式使得所述相機(jī)(15)定位在所述微型透鏡的焦平面上；其特征在于，所述框架(I)具有安裝于其上的電機(jī)(17)，所述電機(jī)的軸在Y方向上旋轉(zhuǎn)，臂(18)附接至所述軸而能夠與所述軸一起旋轉(zhuǎn)；所述照明子組件(5)的部件、測(cè)量子組件(10)的部件以及具有微型透鏡的所述陣列(16)的所述相機(jī)(15)均安裝在所述臂(18)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器，其特征在于，所述電機(jī)(17 )是直流伺服電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器，其特征在于，由直流伺服電機(jī)控制器來支配所述電機(jī)(17)的運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器，其特征在于，所述儀器進(jìn)一步包括安裝在所述眼科工作臺(tái)(2)上的激光指示器。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器，其特征在于，附接至所述電機(jī)(17)的所述軸且上面安裝有所述照明子組件(5)和所述測(cè)量子組件(10)的部件的所述臂(18)為L(zhǎng)形。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器，其特征在于，用于待對(duì)其眼睛進(jìn)行測(cè)量的對(duì)象的頭部的所述支撐表面(19)由具有彎曲的凹入中心部分的腮托構(gòu) 成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器，其特征在于，所述電機(jī)(17)和所述相機(jī)(15)連接至計(jì)算機(jī)。
全文摘要
一種用于測(cè)量眼睛在整個(gè)視野中的光學(xué)特性的儀器，包括折射度和像差，該儀器包括安裝在眼科工作臺(tái)(2)上的框架(1)和在頭部前面剛性固定至框架(1)的熱鏡(3)和長(zhǎng)鏡(4)，眼科工作臺(tái)可在三個(gè)垂直方向X、Y、Z上定向，且框架具有用于頭部的支撐表面(19)。它還包括由光纖頭(6)、透鏡L1(7)、光圈D(8)和光束分離器BS(9)組成的照明子組件(5)，以及測(cè)量子組件(10)，該測(cè)量子組件具有兩個(gè)透鏡L2(11)和L3(12)、兩個(gè)鏡子M1(13)和M2(14)以及專用相機(jī)(15)，該相機(jī)在其入口處具有微型透鏡陣列(16)，使得將所述相機(jī)(15)定位在微型透鏡的焦平面上?？蚣?1)具有電機(jī)(17)，該電機(jī)的軸能夠在Y方向上旋轉(zhuǎn)，臂(18)接合至軸而能夠與所述軸一起旋轉(zhuǎn)，照明子組件(5)的部件、測(cè)量子組件(10)的部件、以及具有微型透鏡陣列(16)的相機(jī)(15)安裝在所述臂(18)上。
文檔編號(hào)A61B3/103GK103153170SQ201180049551
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者巴爾特·耶肯, 巴勃羅·阿塔爾·索里亞諾 申請(qǐng)人:穆爾西亞大學(xué)