专利名称：一种客观验光仪的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种客观验光仪的光学系统，它属于测量人眼屈光不正程度的光学系统。
目前测量人眼屈光不正的仪器分为主观验光仪和客观验光仪两种类型，主观验光仪需要被验者观察并判别仪器内的视力表符号并与验光师对话，因此测量时间长、测量过程繁琐，遇到低能者或其它困难者就无法进行测量。为克服上述缺点，产生了客观验光仪，避免了测量时人与人的对话，实现了测量过程的自动化和智能化。但由于该客观验光仪的光学系统中的投影光路与测量光路不分离，大部分的光学元件都是共用的(称同光路设计)，使在投影光路光学元件表面上产生的反射杂散光进入测量光路中CCD图像传感器上形成杂光噪声，降低了测量的准确度。
本发明的目的是提供一种能有效降低杂光噪声、结构简单、零件工艺性好的客观验光仪的光学系统。
本发明的任务是采用下列技术方案实现的该光学系统包括投影光路、测量光路、固视系统和被测眼定位监示系统，投影光路与测量光路分别为独立的光路。
投影光路由红外光源、聚光镜、小孔、两组透镜、环光栏、反射镜和目镜组成，红外光源设在聚光镜的一侧，聚光镜的另一侧设有小孔、透镜和环光栏，在环光栏之后设有反射镜，反射镜之后设有透镜和目镜。
上述红外光源为红外发光管或具有安全保证的小功率红外激光管。
上述环光栏为圆环光栏或点环光栏；圆环光栏的透光圆环的宽度a＝(1/8～1/12)Φ，式中Φ为环中径；在点环光栏的中径上均布着4或6个透光小圆孔。
上述目镜的截距前小后大，后截距不小于75mm，以保证加入分光镜后被测眼还具有足够大的工作距。
测量光路由CCD图像传感器，摄像镜头、消杂光光栏、一组测量物镜和一组透镜、分光镜和反射镜组成，在CCD图像传感器和反射镜之间依序设有摄像镜头、消杂光光栏和透镜；在分光镜和反射镜之间设有测量物镜；分光镜设在投影光路目镜之后、测量光路测量物镜之前，将两支光路分开，以便于消除同光路设计中在CCD图像传感器上产生的杂光噪声现象。
上述分光镜由多层膜真空法制作，其对指定红外光源波长的透射和反射比为1∶1。
固视系统由可见光源、固视图、透镜和分光镜组成，固视图设在可见光源和透镜之间，分光镜设在透镜之后并位于投影光路的反射镜和透镜之间。
上述固视图可使用普通风景摄影的方法在彩色软片上制得，也可用彩色硬片或图片翻版的方法制得；在固视图中心必须具有一特殊目标物吸引人眼注视，以达到固定眼轴的作用。
被测眼定位监示系统由CCD图像传感器、摄影镜头、分光镜和红外光源组成，摄影镜头设在CCD图像传感器和分光镜之间，分光镜设在投影光路的透镜和目镜之间，红外光源设在被测眼周侧。
由于本发明采用了上述投影光路与测量光路分离的技术方案，因此与背景技术相比，具有下列优点1、有效地降低了杂光噪声，保证了测量结果的准确性；2、结构简单、工艺性好。由于整个系统中各光学零件表面镀复透光膜的技术要求能够放宽，并对信号处理电路的要求也可适当放宽，因此本系统工艺性好且结构简单。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的结构示意图；图2是圆环光栏的结构示意图；图3是点环光栏的结构示意图；图4是截距前小后大的目镜结构示意图。
如图1所示，本发明包括投影光路(100序列)，测量光路(200序列)、固视系统(300序列)和被测眼定位监示系统(400序列)，投影光路(100序列)与测量光路(200序列)分别为独立的光路。投影光路(100序列)由红外发光管构成的红外光源101、聚光镜102、小孔103、两组透镜104、107、圆环光栏105、反射镜106和目镜108组成。红外光源101设在聚光镜102的一侧，聚光镜102的另一侧设有小孔103、透镜104和圆环光栏105，在圆环光栏105之后设有反射镜106，反射镜106之后设有透镜107和目镜108。测量光路(200序列)由CCD图像传感器207、摄像镜头206、消杂光光栏205、一组测量物镜202、一组透镜204、分光镜201和反射镜203组成，在CCD图像传感器207和反射镜203之间依序设有摄像镜头206、消杂光光栏205和透镜204，在分光镜201和反射镜203之间设有测量物镜202，分光镜201设在投影光路目镜108之后、测量光路测量物镜202之前，将两支光路分开，以便于消除同光路设计中在CCD图像传感器上产生的杂光噪声现象。固视系统(300序列)由可见光源301、用普通风景摄影的方法制得的固视图302、透镜303和分光镜304组成，固视图302设在可见光源301和透镜303之间，分光镜304设在透镜303之后并位于投影光路的反射镜106和透镜107之间。被测眼定位监示系统(400序列)由CCD图像传感器404、摄影镜头403、分光镜402和红外光源401组成。摄影镜头403设在CCD图像传感器404和分光镜402之间，分光镜402设在投影光路的透镜107和目镜108之间，红外光源401设在被测眼109周侧。
本发明的工作原理是红外光源101发出的光经聚光镜102会聚于小孔103(A1)处，小孔103位于透镜104的焦面上，经透镜104和环光栏105形成环形目标，再经反射镜106、透镜107会聚于A2处。A2是透镜107的后焦点，也是目镜108的前焦点，再经目镜108平行射入被测眼109中。如果被测眼109为正常眼，环形目标成像在视网膜A3上，从眼底A3反射回来的光线射出瞳孔到达分光镜201折向测量物镜202，经反射镜203、透镜204以及消杂光光栏205、摄像镜头206，在CCD图像传感器207上形成一定大小清晰的环像A4(见图1中A4-a图)，证明被测眼109正常。如果人眼存在屈光不正(近视或远视)，CCD图像传感器207上的环像大小发生变化并且不清晰，则由虚线框内器件组成的扫描器进行扫描补偿，使环形目标仍然清晰地成像于视网膜上。当以正常眼(通常是用OD模拟眼)标定了CCD图像传感器207上环像(A4-a)的直径后，测量非正常眼时只要在CCD图像传感器207上获得与之相同大小的环像，那么扫描器的位移量就对应被测眼远视或近视的度数，由牛顿公式x·x′＝-f′2得x/D＝-f′2D＝-x/f′2式中f′为目镜的焦距，x为扫描器位移量即目镜物方离焦量，x′为目镜像方离焦量，D为被测眼屈光不正球镜值(远视或近视)。
如果被测眼存在散光，在CCD图像传感器207上得到变了形的环像——椭圆(见图1中A4-b图)，通过扫描器扫描使该椭圆的长短轴分别与正常眼标定值的圆直径相等，两次扫描器位移之差就对应被测眼的散光值，其中一轴的位移量对应被测眼屈光不正的球镜值，散光轴角可以通过数据处理，拟合椭圆曲线得到。
固视图302在可见光源301的照射下，经分光镜304以及透镜107成像于A2处，再经目镜108平行射出，进入被测眼109中，成像于视网膜A3处。测量时被测眼注视固视图302即可帮助被测眼109准确定位。固视图302具有+1～+2D的正偏置，可引导被测眼放松，提高测量精度。
被测眼定位监示系统的工作原理如下被测眼109前眼部(上下眼皮、角膜和瞳孔部位)B2被红外光401(波长不同于红外光101)照射，摄影镜头403对被测眼前眼部成像，使前眼部在CCD图像传感器404上成像(B3)清晰，并使被测眼瞳孔的像B3-C和监示器上预置的点状圆B3-d同心，来保证瞳孔中心通过光学系统的光轴，这样就能保证被测眼准确定位，减小测量误差。
上述红外光源101除可选用红外发光管外也可选用具有安全保证的小功率红外激光管。选用小功率红外激光管时，必须要在严格的使用条件下(束内观察条件下)，根据激光致眼损伤阈值和辐射限值，精确地计算出激光管功率的安全值，并且应使用精密的激光功率计监测进入人眼的激光功率。红外光源101的红外波长范围为近红外波段(800μm～1000μm之间)。
如图2、图3所示，环光栏为圆环光栏或点环光栏。环光栏的圆环中径及环宽的参数受人眼瞳孔的大小、光学系统放大率、分辩率及CCD图像传感器元件的特性的限制，因此本发明采用的参数如下到达被测眼处的圆环中径φ＝2.8±0.2mm；透光圆环1的宽度a＝(1/8～1/12)Φ。在点环光栏的中径上均布着4个透光的小圆孔2。点环的中径和透光小圆孔2的直径可按圆环光栏的原则确定。上述环光栏可用光刻法制造，也可使用其它方法制造。点环光栏的中径上还可均布着6个透光的小圆孔2。
如图4所示，本发明的目镜108是一种不对称的结构，该目镜108的截距前小后大，后截距不小于75mm，以保证加入分光镜后被测眼还具有足够大的工作距。图中F、F′为目镜108前、后焦点；H、H′为目镜108前、后主面；-f、f′为目镜108前、后焦距；-LF、L′F为目镜108前、后截距。
上述测量光路中的分光镜201为一平面镜，一面镀以红外光源101波长的增透膜，另一面镀以该波长半透半反的分光膜，透射和反射比为1∶1，使用多层膜真空法制得。尽管进入测量光路的光线两次经过分光镜201的作用，光强都以50％的几何级数衰减，但使用CCD图像传感器元件，其灵敏度已经足够。
固视系统中的固视图302既可使用普通风景摄影的方法在彩色软片上制得，也可用彩色硬片或图片翻版的方法制得；在固视图中心必须具有一特殊目标物吸引人眼注视，以达到固定眼轴的作用。固视图302在可见光源301的照明下形成一彩色图景目标，它的作用是让人眼注视，用来固定人眼的视轴，使视轴与光学系统的光轴重合，它对透镜303应有+1～+2D的正偏置，引导被测眼放松，提高测量精度。
权利要求
1.一种客观验光仪的光学系统，其特征在于该光学系统包括投影光路、测量光路、固视系统和被测眼定位监示系统，投影光路与测量光路分别为独立的光路。
2.根据权利要求1所述的客观验光仪的光学系统，其特征在于所述投影光路由红外光源、聚光镜、小孔、两组透镜、环光栏、反射镜和目镜组成，红外光源设在聚光镜的一侧，聚光镜的另一侧设有小孔、透镜和环光栏，在环光栏之后设有反射镜，反射镜之后设有透镜和目镜。
3.根据权利要求2所述的客观验光仪的光学系统，其特征在于所述红外光源为红外发光管或具有安全保证的小功率红外激光管。
4.根据权利要求2所述的客观验光仪的光学系统，其特征在于所述环光栏为圆环光栏或点环光栏；圆环光栏的透光圆环的宽度a＝(1/8～1/12)Φ，式中Φ为环中径；在点环光栏的中径上均布着4或6个透光小圆孔。
5.根据权利要求2所述的客观验光仪的光学系统，其特征在于所述目镜的截距前小后大，后截距不小于75mm，以保证加入分光镜后被测眼还具有足够大的工作距。
6.根据权利要求1所述的客观验光仪的光学系统，其特征在于所述测量光路由CCD图像传感器，摄像镜头、消杂光光栏、一组测量物镜和一组透镜、分光镜和反射镜组成，在CCD图像传感器和反射镜之间依序设有摄像镜头、消杂光光栏和透镜；在分光镜和反射镜之间设有测量物镜；分光镜设在投影光路目镜之后、测量光路测量物镜之前，将两支光路分开，以便于消除同光路设计中在CCD图像传感器上产生的杂光噪声现象。
7.根据权利要求6所述的客观验光仪的光学系统，其特征在于所述分光镜由多层膜真空法制作，其对指定红外光源波长的透射和反射比为1∶1。
8.根据权利要求1所述的客观验光仪的光学系统，其特征在于所述固视系统由可见光源、固视图、透镜和分光镜组成，固视图设在可见光源和透镜之间，分光镜设在透镜之后并位于投影光路的反射镜和透镜之间。
9.根据权利要求8所述的客观验光仪的光学系统，其特征在于所述固视图可使用普通风景摄影的方法在彩色软片上制得，也可用彩色硬片或图片翻版的方法制得；在固视图中心必须具有一特殊目标物吸引人眼注视，以达到固定眼轴的作用。
10.根据权利要求1所述的客观验光仪的光学系统，其特征在于所述被测眼定位监示系统由CCD图像传感器、摄影镜头、分光镜和红外光源组成，摄影镜头设在CCD图像传感器和分光镜之间，分光镜设在投影光路的透镜和目镜之间，红外光源设在被测眼周侧。
全文摘要
本发明涉及一种客观验光仪的光学系统,它属于测量人眼屈光不正程度的光学系统。该光学系统包括投影光路、测量光路、固视系统和被测眼定位监示系统。投影光路与测量光路分别为独立的光路,解决了同光路设计中形成杂光噪声的现象。因此本发明具有有效降低了杂光噪声,保证了测量结果的准确性,结构简单，工艺性好等优点。
文档编号A61B3/103GK1194131SQ98107168
公开日1998年9月30日 申请日期1998年3月30日 优先权日1998年3月30日
发明者朱林泉, 刘增禄, 赵剡, 郭庭麟 申请人:华北工学院