人眼参数测量系统的制作方法

本发明涉及人眼检测技术领域，尤其涉及一种人眼参数测量系统。

背景技术：

对人眼参数(通常也被称为人眼的视觉参数)的测量被广泛地应用在眼科诊断、验光配镜等领域中。目前，采用光学手段实现眼生物测量例如iolmaster的技术，整合了角膜曲率计，裂隙灯和部分相干功能，可以实现眼轴长度，角膜曲率，前房深度和白到白四个眼生物参数，但是这四个参数需要分四个步骤实现，增加了测量时间，因为不能同时测量，导致了数据的不确定度增加。又例如lenstar的技术，涉及一种用弱相干技术测量眼球参数的系统及测量方法，该系统包括标尺光源、信号光源、光电传感器、光电探测器、标尺光源样品臂、标尺光源参考臂、信号光源参考臂、信号光源零点臂、信号光源样品臂、照明板成像光路、信号调理单元及数据处理单元，该方法是标尺光源作为内源标尺，通过以利用标尺光源样品臂与标尺光源参考臂的干涉波形，信号光源参考臂与信号光源零点臂的干涉波形，信号光源参考臂与信号光源样品臂的干涉波形及照明板成像光路的成像一次精确的计算出眼球的全部生物参数，包括角膜厚度，前房深度，晶体厚度，玻璃体厚度，以及眼轴长度，但是该方法采用的特殊光延迟线结构复杂，安装调试不便，在样品臂上设置了电控液体透镜，其像差很难控制，此系统的设计复杂，部件选型和加工都有难度。

技术实现要素：

根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种人眼参数测量系统的技术方案，旨在通过外差干涉提高人眼参数测量过程中的信噪比，从而提高人眼参数测量的准确性。

上述技术方案具体包括：

一种人眼参数测量系统，其中，包括干涉仪单元、信号探测单元、固视单元、实时图像监测单元；

所述干涉仪单元内设置一用于产生入射光源的光源模块，所述干涉仪单元通过外差干涉的方式将所述入射光源转换成输入光并输出；

所述信号探测单元设置于所述干涉仪单元的下方并获取所述输入光，所述信号探测单元通过一二向色镜将所述输入光入射至人眼，并通过所述二向色镜获取经所述人眼反射得到的反射光，从而将所述输入光的光路与所述反射光的光路进行区分，以及

所述信号探测单元包括一光电探测器，用于根据所述反射光处理得到所述人眼参数中包括的第一参数集合；

所述固视单元设置于所述信号探测单元的下方，所述固视单元内设置一用于产生可见光源的固视灯，并通过所述二向色镜将所述可见光源与所述输入光同轴入射至所述人眼；

于所述二向色镜和所述人眼之间还设置一环形光源，所述环形光源将一经过漫反射形成漫反射光入射所述人眼的角膜表面；

所述实时图像监测单元设置于所述固视单元的上方，所述固视单元获取经由所述人眼反射的所述反射光并输出至所述实时图像监测单元，所述实时图像监测单元根据所述反射光处理得到所述人眼参数中包括的第二参数集合。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述干涉仪单元包括由左至右依次排列的所述光源模块、光强检测模块以及第一分光棱镜；

所述干涉仪单元还包括设置于所述第一分光棱镜后的第一直角棱镜，以及设置于所述第一分光棱镜上方且可朝向或背向所述第一分光棱镜移动的第二直角棱镜，在对所述人眼参数进行测量的过程中：

将入射至所述第一直角棱镜的光线作为所述干涉仪单元的参考臂；

将入射至所述第二直角棱镜的光线作为所述干涉仪单元的测量臂；以及

通过所述第二直角棱镜的匀速移动实现所述干涉仪单元的所述外差干涉；

所述光强检测模块用于检测进行所述外差干涉时的所述入射光源的干涉光功率，以根所述干涉光功率控制所述光源模块更改所述入射光源的光功率。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述光源模块包括由左至右依次设置的激光器和第一准直器；

所述激光器用于产生所述入射光源，所述入射光源为弱相干光，所述入射光源经过所述第一准直器准直后入射至所述第一分光棱镜的前表面。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述光强检测模块包括由左至右依次设置的二极管和第一透镜，所述二极管与所述激光器相连；

所述二极管通过所述第一分光棱镜的反射监测所述干涉光功率，并反馈至所述激光器，以供所述激光器调整所述入射光源的所述光功率。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述信号探测单元中包括由左至右依次设置的所述光电探测器、第二准直器以及第二分光棱镜，所述光电探测器还连接一外部的处理设备；

由所述干涉仪单元输出的所述入射光源经由所述第二分光棱镜、所述二向色镜以及所述环形光源入射至所述人眼，以及

所述人眼反射的所述反射光经由所述环形光源、所述二向色镜以及所述第二分光棱镜入射至所述第二准直器中准直后被送入所述光电探测器中，所述光电探测器将所述反射光转换成对应的干涉信号后送入所述处理设备中，以处理得到所述第一参数集合。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述光电探测器为一雪崩光电二极管。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述第二分光棱镜面向所述二向色镜的一面设置有一1/4波片。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述第一参数集合包括：

所述人眼的眼轴长度；和/或

所述人眼的前房深度。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述固视单元包括由左至右依次设置的第三分光棱镜、第二透镜、第一光阑以及所述固视灯，所述固视灯设置于所述第二透镜的焦点上。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述环形光源为环形的led光源；

所述环形光源的一面为漫反射面，另一面上以同心圆的方式排列一包括多个led灯珠的led矩阵，所述同心圆的圆心为一通孔；

所述环形光源的所述另一面发光并经由所述漫反射面反射后形成所述漫反射光，并投射至所述人眼的所述角膜表面；

经由所述人眼的所述角膜表面反射的所述反射光通过所述通孔射出。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述实时图像监测单元包括由上至下依次设置的ccd图像传感器、第二光阑和第三透镜，所述ccd图像传感器还连接一外部的处理设备；

经由所述固视单元输出的所述反射光通过所述第三透镜、所述第二光阑入射至所述ccd图像传感器，并经由所述ccd图像传感器成像后送入所述处理设备中，以处理得到所述第二参数集合。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述第二参数集合包括：

所述人眼的角膜曲率半径；和/或

所述人眼的散光轴位参数；和/或

所述人眼的角膜直径；和/或

所述人眼的瞳孔直径。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，经由所述ccd图像传感器成像后的图像被显示在所述处理设备的一显示屏上，以供测量者观察并随时调整所述人眼参数测量系统相对于所述人眼的位置。

优选的，该人眼参数测量系统，其中，所述干涉仪单元为泰曼-格林干涉仪。

上述技术方案的有益效果是：提供一种人眼参数测量系统，能够通过外差干涉提高人眼参数测量过程中的信噪比，从而提高人眼参数测量的准确性。

附图说明

图1是本发明的较佳的实施例中，一种人眼参数测量系统的总体结构示意图；

图2是本发明的较佳的实施例中，环形光源的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种人眼参数测量系统，该系统具体如图1所示，包括干涉仪单元b、信号探测单元d、固视单元e以及实时图像监测单元f。

具体地，本实施例中，如图1所示，上述干涉仪单元b内设置一用于产生入射光源的光源模块a，干涉仪单元b通过外差干涉的方式将上述光源模块a产生的入射光源转换成输入光并输出；

本实施例中，上述信号探测单元d设置于干涉仪单元b的下方并获取上述干涉仪单元b输出的输入光。上述信号探测单元d通过一二向色镜12将输入光入射至人眼21，并通过二向色镜12获取经人眼21反射得到的反射光，从而将输入光的光路与反射光的光路进行区分，以及

上述信号探测单元d中还包括一光电探测器10，用于根据反射光处理得到人眼参数中包括的第一参数集合(该第一参数集合在下文中会详述)。

上述固视单元e设置于信号探测单元d的下方，固视单元c内设置一用于产生可见光源的固视灯16，并通过二向色镜12将可见光源与输入光同轴入射至人眼21；

本实施例中，于二向色镜12和人眼21之间还设置一环形光源20，环形光源20将一经过漫反射形成的漫反射光入射至人眼21的角膜表面。上述环形光源20的具体结构在下文中会详述。

本实施例中，上述实时图像监测单元f设置于固视单元e的上方，固视单元c获取经由人眼21反射的反射光并输出至实时图像监测单元f，实时图像监测单元f根据反射光处理得到人眼参数中包括的第二参数集合(该第二参数集合同样在下文中详述)。

本发明的较佳的实施例中，上述干涉仪单元b包括由左至右依次排列的上述光源模块a、光强检测模块b以及第一分光棱镜3；

干涉仪单元b还包括设置于第一分光棱镜3后的第一直角棱镜4，以及设置于第一分光棱镜3上方且可朝向或背向第一分光棱镜移动的第二直角棱镜5，在对人眼参数进行测量的过程中：

将入射至第一直角棱镜4的光线作为干涉仪单元的参考臂；

将入射至第二直角棱镜5的光线作为干涉仪单元的测量臂；以及

通过第二直角棱镜5的匀速移动实现干涉仪单元的外差干涉；

光强检测模块用于检测进行外差干涉时的入射光源的干涉光功率，以根干涉光功率控制光源模块更改入射光源的光功率。

具体地，本实施例中，上述第一分光棱镜3为偏振无关分光棱镜，其分光比为50:50。上述入射光源的平行光入射到第一分光棱镜3后被分成了两束光(可以以a和a’表示)，其中a入射到第一直角棱镜4以作为干涉仪单元b的参考臂，另一束光a’入射到第二直角棱镜5以作为干涉仪单元b的测量臂。

则在测量过程中，第一直角棱镜5在电机的驱动下匀速地朝向/背向上述第一分光棱镜3移动，以实现测量过程中的外差干涉，使得入射光产生一个多普勒频移(其频移量f＝2v/λ，v为移动速度，λ为常量)，则被两个直角棱镜4和5反射的光b和b’就会在第一分光棱镜3的分光面汇合，随后又被分成光c和c’。c光进入上述光强探测模块b，c’光往下入射人眼21，并经过人眼21反射后最终进入上述信号探测单元d。

本实施例中，在第一直角棱镜5移动的过程中，上述光线c和c’的光程差满足小于相干长度的条件即可发生干涉，且干涉信号被多普勒频移调制，从而实现了外差干涉，能够提高整个测量过程中的信噪比。

本发明的较佳的实施例中，上述干涉仪单元b采用了泰曼-格林干涉仪的结构。具体地，泰曼型干涉仪的特点就是将迈克尔逊干涉仪的扩展光源改进为点光源，并通过一组透镜将点光源发出的球面波转换成平面波(即平行光线入射)。泰曼-格林干涉仪的参考臂固定，测量臂做匀速运动，当测量臂运动位置与眼角膜反射固定直角棱镜的光波以及与眼视网膜反射回来的光波的光程长度小于入射光源的相干长度时，可以产生干涉增强的信号并被上述信号探测单元d探测到。

本发明的较佳的实施例中，上述光源模块a包括由左至右依次设置的激光器1和第一准直器2；

上述激光器1用于产生入射光源，入射光源为弱相干光，入射光源经过第一准直器2准直后入射至第一分光棱镜3的前表面(如图1所示)。

具体地，本实施例中，上述激光器1采用弱时间相干偏振光，相干长度一般小于10μm。激光器1发出的光被第一准直器2准直后入射到第一分光棱镜3的前表面，以作为上述干涉仪单元b的光源。

本发明的较佳的实施例中，上述光强检测模块b包括由左至右依次设置的二极管7和第一透镜6，二极管7与激光器1相连(图中未示出连接关系)。

上述二极管7通过第一分光棱镜3的反射监测干涉光功率，并反馈至激光器1，以供激光器1调整入射光源的光功率。

具体地，本实施例中，理论上二极管7探测到的干涉光的光功率为输入到第一分光棱镜3的光功率的一半。而当探测到的光功率过强或者过弱时，二极管7向激光器1回馈相应的反馈信号，从而控制激光器1改变激光功率。

本发明的较佳的实施例中，上述信号探测单元d中包括由左至右依次设置的光电探测器10、第二准直器9以及第二分光棱镜8，其中光电探测器10还连接一外部的处理设备(图中未示出)。

则本实施例中，由上述干涉仪单元b输出的入射光源经由第二分光棱镜8、二向色镜12以及环形光源21入射至人眼21，以及

人眼21反射的反射光经由环形光源20、二向色镜12以及第二分光棱镜8入射至第二准直器9中准直后被送入光电探测器10中，光电探测器10将反射光转换成对应的干涉信号后送入处理设备中，以处理得到第一参数集合。

具体地，本实施例中，在上述第二分光棱镜8面向二向色镜12的一面设置有一1/4波片11。则经由人眼21反射回来的反射光经过1/4波片11，由于偏振角度改变了90°(成为了s光)，则反射光可以从第二分光棱镜9的另一面出射，并被第二准直器9准直后进入到光学探测器10中。上述过程中利用了光源的偏振性改变了光束的传播方向，从而使得从人眼反射的光与入射至人眼的光的光路路径相互区分，即光不会原路返回，因此使得系统结构更加简单并易于实现，提高了光能的利用率。

本实施例中，上述信号探测单元d可以由基于单片机的控制电路进行控制，上述光学探测器10可以由一处理电路控制。上述控制电路和处理电路为现有技术中常用的电路结构，在此不再赘述。

本发明的较佳的实施例中，上述光学探测器10可以为一雪崩光电二极管。

本发明的较佳的实施例中，上述第二分光棱镜8可以为一偏振分光棱镜。

本发明的较佳的实施例中，上文中所述的第一参数集合可以包括下述一种或几种：

人眼的眼轴长度；

人眼的前房深度。

具体地，本发明的较佳的实施例中，激光器1发出的光经过第一分光棱镜3后被分为两束光，其中一束进入参考臂，另一束照射到测量臂上。随后移动测量臂使得两束光满足干涉条件，则两束光先从第一分光棱镜3汇合然后输出并进入到人眼21中。从人眼21各结构层上反射回来的干涉信号最终进入到光电探测器10中，并经过外部的处理设备(例如计算机设备)处理后便能够获知人眼不同深度的位置信息，根据这些位置信息就能得到人眼的眼轴长度(axiallength，al)以及前房深度(anteriorchamberdepth，acd)等信息。

本发明的较佳的实施例中，上述固视单元e包括由左至右依次设置的第三分光棱镜13、第二透镜14、第一光阑15以及固视灯16，固视灯16设置于第二透镜14的焦点上。

具体地，本实施例中，上述第一光阑15的直径约为2mm。上述二向色镜12在投射来自激光器1的激光(近红外光)的同时反射来自固视灯16的可见光。则固视灯16发出的可见光被第二透镜14准直后经过二向色镜12，与上述激光同轴进入到人眼21中。

则在测量过程中，人眼需要凝视上述固视灯16，以方便激光能够进入到人眼的瞳孔中。

本发明的较佳的实施例中，上述环形光源20为环形的led光源；

具体地，本实施例中，上述环形光源20的一面为漫反射面，另一面如图2所示，是以同心圆的方式排列一包括多个led灯珠的led矩阵，同心圆的圆心为一通孔201。

则本实施例中，环形光源20的另一面发光并经由漫反射面反射后形成漫反射光，并投射至人眼21的角膜表面。相应地，经由人眼的角膜表面反射的反射光通过通孔201射出。

本发明的较佳的实施例中，上述实时图像监测单元f包括由上至下依次设置的ccd图像传感器19、第二光阑18和第三透镜17，上述ccd图像传感器19还连接一外部的处理设备(图中未示出)。该处理设备可以与上文中光学探测器10所连接的为同一个设备例如计算机设备，也可以是相互独立的不同的处理设备。

则本实施例中，经由上述固视单元e输出的反射光通过上述第三透镜17、第二光阑18入射至ccd图像传感器19，并经由ccd图像传感器19成像后送入处理设备中，以处理得到第二参数集合。

则本发明的较佳的实施例中，上述第二参数具体可以为下述一种或几种：

人眼的角膜曲率半径；

人眼的散光轴位参数；

人眼的角膜直径；

人眼的瞳孔直径。

具体地，本实施例中，测量人眼的角膜曲率时采用的是角膜地形仪的测量原理，即采用上述环形光源20发出的漫反射光直接投射在眼角膜上，随后经过角膜反射的光通过上述环形光源20中心的通孔201后经过二向色镜12反射，再经过第三分光棱镜13、第三透镜17和第二光阑18，最后成像在ccd图像传感器19上。正常的角膜表面上观察到的盘影像应当为规则的通信圆环，而散光的眼角膜的表面上观测到的图像为椭圆状。对于非正常的演技按摩，其环形光源20成像的影像中相邻圆环在对应位置的间距会发生变化：

角膜表面曲率变小的区域，反射像的相邻圆环在径向上的间距会变窄。

角膜表面曲率变大的区域，反射像的相邻圆环在径向上的距离会变宽。

因此通过上述ccd图像传感器19进行成像并送入处理设备中，可以分析并计算得到人眼的角膜曲率半径以及散光轴位参数等信息。

本发明的较佳的实施例中，通过上述ccd图像传感器19还能够采集得到人眼的图像，并经过图像处理能够得到人眼的角膜的直径以及瞳孔直径等信息。

本发明的较佳的实施例中，经由上述ccd图像传感器19成像后的图像还被显示在上述处理设备的一显示屏上，以供测量者观察并随时调整人眼参数测量系统相对于人眼21的位置。

综上，本发明技术方案中，通过对传统应用在人眼检测领域中的干涉仪进行改进，使用泰曼-格林干涉仪结构，采用准直光进行测量，在光路结构中无需添加补偿板，因此简化了光路结构，使得光路的安装调试相对更加简单。并且泰曼-格林干涉仪技术能够很容易地与外差干涉以及傅里叶变换等技术相结合。

同时，本发明技术方案中采用的光源具有偏振的特性，通过旋转光波的振动方向能够提高弱光的探测能力，因此不但可以降低激光的输出功率，同时可以降低光源对人眼的照射强度，从而保证测量过程的安全性。

本发明技术方案中，在进行角膜曲率半径的测量时使用了环形led光源，能够采用角膜地形仪的测量原理准确测量得到角膜的曲率半径以及散光轴位等信息。

本发明中，上文中所述的人眼参数测量系统中，各种元件的“前后”、“左右”、以及“上下”等相对位置关系可以依照实际情况来设置，只需要满足本发明中所述的测量原理即可，对于上述相对位置关系的改变均应当包括在本发明保护范围内。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。