专利名称：眼调节曲线测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量人眼晶状体的调焦能力的装置。
晶状体(Lens)是眼球中一块由透明的细纤维组成的″透镜″，人们在注视不同距离的目标时，就根据视网膜上产生的图象膜糊度(Brul)，经过中枢神经系统的处理，发出信号通过睫状肌去控制晶体的形状及曲率，使要注视的目标在网膜上形成清晰的像-也就是使模糊度达到最小(Minimize the Brul)。很明显，改变视标的远近，人眼晶状体会自动调整，按其调焦的能力，会出现不同的调焦曲线，椐此，在临床上可诊断某些疾病，可测定近视或远视状况，也可用于科学研究。因此，人们设计了多种有关测定人眼调焦能力的装置，例如美国专利局于1980年2月26日所公告的一种控制″眼的视觉屈光状态的方法及装置″的发明专利(专利号4190332，申请日771014)，该发明专利的装置由一控制受试眼的屈光状态控制部件和一客观屈光度(或眼底反射屈光度)测量部件以闭环联结构成，可自动地测定受试眼的远点调焦能力。由于该装置的两个主要构成部件的闭环联结，因此，位于屈光状态控制部件中的视标可在全视程范围内移动，但由于测量屈光状态的视标受到屈光度信号的闭环反馈控制，它虽然能自动地测定受试者的远视点，但对每一受试者却只能测定其特有的一个远视点，即不能测定其全视程的调焦曲线，这就导致该发明专利应用的极限性，例如对白内障患者就很难测出可靠的调焦远点度数；又由于众周所知的事实，眼睛是一个黑体，这就使客观屈光度测量部件接受来自受试眼眼底的反射信号小于反射光的万分之一，这信号很弱，必须增强屈光状态控制部件的光源亮度，然而光线过强，即使使用红外线，也对受试眼不利，这是一对予盾；此外，屈光状态控制部件中的视标移动系与驱动马达直接联动，屈光度测量部件中的红外光栏的位置与测量透镜的位置是与马达联动，这便造成实施上精度要求的难度，如再要求方便地定标，精度更不能保证；再则在物镜折射部件中的入射和反射两个光路中分别设置反射镜，因涉及光路长短的一致性，它们也造成实施上的麻烦。
本发明的目的是提供一种可在全视程范围内取点测量受试眼的调焦曲线的装置。
本发明的技术解决方案如下1.根据经典的巴达尔透镜(Badal lens)原理，把无穷远物体至很近距离的大范围准直非线性运动转化为视标在凸透镜光轴上从焦距到镜面的很小范围的线性移动，使眼的调焦能力D(以屈光度为单位)以关系式D=1L]]>表达，L为物体的物理位置，以米为单位；2.设置水平和垂直两条光路，两条光路中的视标图案不同(即所包含的空间频率成分不同)，两条光路共用一个三棱镜和一个测量透镜(Badal lens)，任取一个方向的视标作为刺激受试眼成像视标，则另一光路中的视标便为成像响应视标，先给定刺激视标距离对受试眼刺激成像，再调节响应视标的距离，使其成像达到最小模糊度，而受试眼同时看清刺激视标和响应视标，借助响应视标的调节范围来确定眼的调焦能力。以此为依据，设计互相垂直的二条光路，它们的结构相同，其一为刺激光路，另一为响应光路，它们彼此独立，即呈开环耦合；3.视标在光路中的移动由马达驱动，但视标的移动距离不由马达的转数表示，而是由视标所处的直线电阻接触点电压值来转换读出；4.驱动马达的伺服回路采用闭环负反馈结构，以保证消除马达转动的死区范围的影响和不稳定性，从而使视标沿光轴灵敏移动和位置的稳定性；与直线电阻位置反馈的共同作用下也保证了测量位置的精度。
5.视标应可在全视程范围内移动，并可任意选点测定相应位置的屈光度，由计算机控制数据采集和处理，并显示受试眼的调节曲线。
由上述可见，本发明包括具有共用一个三棱镜和测量透镜的水平光路(刺激光路)和垂直光路(响应光路)，该两光路的视标经共用三棱镜和测定透镜后于受试眼的视网膜成像；水平光路包括依次成光学联结的点光源、平行光束形成透镜、刺激视标、以及共用三棱镜和测量透镜；垂直光路包括依次成光学联结的点光源、平行光束形成透镜、响应视标、以及共用三棱镜和测量透镜。二路平行光束形成透镜和共用三棱透镜间的距离均覆盖全视程范围，该二视标分别受相应的闭环控制马达驱动而沿光轴移动；与水平光路中的刺激视标相配合的闭环控制马达的驱动输入电压由计算机控制，视标位置电压信号送计算机处理；与垂直光路中的响应视标相配合的闭环控制马达的驱动输入电压则由手动调节，视标位置电压信号送计算机处理。
本发明的优点如下1.可在全视程范围内取点测试受试者的眼球晶状体的调焦能力，并显示调焦曲线，在临床和科学研究上提供了有益的资料，例如，按已有技术相应一只受试眼仅能测试一个视觉远点，对于患有白内障者往往会得出不可靠的检测结果，但使用本发明装置，由于借助全视程取点检测，可从曲线的偏离状况，判定系属白内障疾病所致；2.由于刺激光路和响应光路的开环联结，不存在因受试眼的黑体吸收而降低检测信号的灵敏度；或者为了补偿眼底反射系数小而需要对测试眼接收很强的测量光线，而导致因测试而造成对健康的防碍；3.由于采用闭环控制马达驱动视标使马达转动无死区，从而使视标平稳地沿光轴移动，而且视标位置标度不依赖于马达转数，而是由视标位置的电压值表示；克服了由于传动带与马达转动的误差而引起的测量误差；4.视标位置，即距离的读出，系采用计算机检测，消除了使用标尺读数所引起的主观误差；5.响应视标的成像采用由受试者的手调节，符合视标在视网膜上成像的″使模糊度达到最小(Minimize the Brue)″原则，即测试的可靠性高。
本发明的附图如下
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的刺激视标闭环控制马达构件示意图。
图3是本发明的响应视标闭环控制马达构件的结构示意图。
图4和图5分别是本发明的图2和图3的实施例图。
图6是本发明的马达驱动视标的机械结构示意图。
图7是本发明的座视标架结构示意图。
图8是本发明的刺激视标图形示意图。
图9是本发明的响应视标图形示意图。
图9-1是本发明的另一实施例整体结构示意图。
图10～图17是使用本发明装置的测试结果。
下面根据图1～图9给出本发明一个较好实施例，并结合对该实施例的阐述，进一步提供本发明的技术细节。
请参阅图1，如图所示，本发明包括由互相垂直的刺激光路11和响应光路12所构成的光学系统1、驱动刺激光路11中的刺激视标113沿光轴移动的闭环控制马达构件2、驱动响应光路12中的响应视标123沿光轴移动的闭环控制马达构件3、和分别与闭环控制马达构件2、3成电路联结的计算机4。又如图所示，刺激光路11包括依次成光学联结的点光源111、平行光束形成透镜112、刺激视标113、以及共用三棱镜13和测量透镜14；刺激视标113受闭环控制马达构件2的驱动沿光轴移动，经由共用三棱镜13和测量透镜14后其像出现于受试眼的视网膜上；相同光路结构的响应光路12，其包依次以光学联结的点光源121、平行光束形成透镜122、响应视标123以及共用三棱镜13和测量透镜14。这样通过刺激视标113在受试眼上成像，再调节响应视标123的位置，使其在视眼上的成像达到最小的模糊度。由于刺激视标113与响应视标123的图形所含空间频率成分不同，受试者很容易判断响应视标123的清晰成像，且由于如众所周知的事实，物体在视网膜上的成像是以振荡形式而达到最小模糊度的，因此，刺激视标113的移动位置之取点由计算机4的D/A输出去开动闭环控制马达构件2动作，当视眼看清刺激视标113的图像后，再手动调节使闭环控制马达构件3来回动作，使响应视标123在视眼成像达到最小的模糊度为止。
请参阅图2，从图可见，闭环控制马达构件2包括驱动放大器21、由该放大器21驱动的马达22、与马达22以机-电联结的视标位置输出部件23，并由该输出部件23与放大器21成闭环负反馈相连接。这样，马达22由于闭环负反馈，使得当由计算机4的D/A部件按设定值启动马达22转动时，马达22能作平稳转动，从而，保证视标113平直地沿光轴移动，视标113所在位置由机-电转换后，其座标值由视标位置输出部件23输送至计算机4，并由计算机4进行数据处理。
请参见图3，从图可见，闭环控制马达构件3，其包括顺次成电路联结的驱动放大器31、马达32、与马达32以机-电联结的视标位置输出部件33，并由该输出部件33以负反馈输出接入驱动放大器31，构成对马达32的闭环负反馈控制，该驱动放大器31接受手动发动单元310的调节信号而使马达32转动。
请同时参阅图4、图6、图7和图8，它们是构成驱动视标113沿光轴移动的闭环控制马达构件2的实施例。其中驱动放大器21包括依次以电路联结的前级放大单元211、负反馈接入单元212和功放单元214，为了保护马达22，在功放单元214之前还接有限幅保护单元213；视标位置输出部件23包括依次以电路相联结的位移电源231、机-电转换单元232，反馈连接单元233和输出单元234。机-电转换单元232是一只线性电位器，它以平直型结构，其长度大于或等于全视程长度，被安装在平行光束形成透镜112和共有三棱镜13的下方，其与视标113成点接触，但由于马达驱动视标113移动时存在死区，因此，必须考虑该线性电位器232单位长度的压降和死区的电压大小来确定前级放大单元21的放大倍数。本实施例中电机22采用M28-23型直流电机，其转动力矩较大，能克服较大的摩擦阻力。还要指出负反馈接入单元212中接入由电阻R2120和电容C2121组成的高频相移校正网络，目的是为了消除振荡；同样在功放单元214中也接有消除高频振荡的中和电容C2141。从图6和图7中也可看到，视标113被安装在视标座架1130上，再在座架1130的下方设置压紧簧片与电位器232成滑动点接触连接。
接着请同时参阅图5、图6、图7和图9，因为图6和图7的结构也可用于对视标123的驱动机构上，图5与图4的区别仅在于驱动放大器311的输入来自手动调节单元310而不是由计算机4控制。其它各组成部件前级放大单元311、负反馈接入单元312、功放单元314、限幅保护单元313，由功放单元314驱动马达32；以及构成视标123的位置输出部件33的位移电源331，机-电转换单元332、反馈连接单元333和输出单元334的结构及互相的连接关系均与上述的闭环控制马达构件2相同，还要指出刺激视标113与响应视标123的区别仅在图案上，刺激视标113图面比较大，其所包含的空间频率成份丰富，而响应视标123则只呈现一个小圆圈。本发明的整体结构中的刺激光路11和响应光路12也可如图9-1所示，将共用的的测量透镜14改为透镜114和透镜124，而分别位于共用三棱镜13之前面，这时刺激视标113则在平行光束形成透镜112和测量透镜114间移动；同样响应视标123在平行光束形成透镜和测量透镜124间移动。
最后，为了进一步说明本发明的积级效果，我们对图10和图11、图12和图13、图14和图15、以及图16和图17分别说明如下图10是使用本发明装置对一视力正常的青年人的视力测试的曲线，X与Y座标的刻度分别以D表示，X为刺激视标113所处位置DY=1LY]]>，Y为响应视标的位置，Dx=1Lx]]>。其中直线1表示理想正常眼调焦曲线，而″+″代表在视程∞-0.1米内取点测试的结果，相应于每一个Dx处有8个″+″，Dx座标点由计算机4定标，而Dy由受试者手动调节，使响应视标123由在视网膜上成像的模糊度达到最小时确定。8个″+″的连线代表Dx自∞-0.1米四个来回的测量结果，其平方根误差如图11所示。
图12是对一患有近视眼的青年人的测试结果，如图所示，其有300度的近视，测量误差如图13所示。
图14是对一老年人的视力测试，DY自0～9D取点测试，其响应视标123几乎处于Dx＝6D这一座标高度上，它表示其有600的近视，且老化，图15是相应的响应误差。
图16也是对一女性老年受试者的视力测试结果，刺激视标113为自0～9D中取点，测试相应的响应视标123的成像D值，受试者自述说有400度的近视，这是由某眼镜店为其视力测定的结果，但自身总感觉不舒服，从图示数据可见，其离散性很大，图17是相应的误差分布。据医生检测，其患有白内障。这样的测量曲线，其可靠性是已有技术难以相持并论的。
权利要求
1.一种眼调节曲线测量装置，包括由互相垂直的刺激光路(11)和响应光路(12)构成的光学系统(1)、计算机(4)；该刺激光路(11)包括依次成光路联结的点光源(111)、平行光束形成透镜(112)、刺激视标(113)；该响应光路(12)包括依次成光学联结的点光源(121)、平行光束形成透镜(122)、响应视标(123)；以及后置于该响应视标(122)与刺激视标(112)的共用三棱镜(13)和测量透镜(14)，其特征在于还有驱动刺激视标(112)沿光轴在平行光形成透镜(112)和共用三棱镜(13)间移动的闭环控制马达构件(2)和驱动响应视标(122)沿光轴在平行光形成透镜(122)和共用三棱镜(13)间移动的闭环控制马达构件(3)；该闭环控制马达构件(2)的驱动输入电压由计算机(4)控制，该刺激视标(112)所处位置电压信号送计算机(4)处理；该闭环控制马达构件(3)的驱动输入电压由手动调节，该响应视标(123)所处位置电压信号送计算机(4)处理。
2.根据权利要求1所述眼调节曲测量装置，其特征在于所述的闭环控制马达构件(2)包括驱动放大器(21)和受其驱动的马达(22)、与该马达(22)以机-电联结的视标位置输出部件(23)，且该输出部件(23)与该放大器(21)以闭环负反馈相连接。
3.根据权利要求1所述眼调节曲线测量装置，其特征在于所述的闭环控制马达构件(3)包括顺次成电路联结的驱动放大器(31)、马达(32)和与该马达(32)以机-电联结的视标位置输出部件(33)，且该输出部件(33)与该放大器(31)以闭环负反馈相连接。
4.根据权利要求2所述眼调节曲线测量装置，其特征在于所述的驱动放大器(21)包括依次以电路相联结的前级放大单元(211)、负反馈接入单元(212)和功放单元(214)。
5.根据权利要求2所述眼调节曲线测量装置，其特征在于所述的视标位置输出部件(23)包括依次以电路相联结的位移电源(231)、机-电转换单元(232)和反馈连接单元(233)。
6.根据权利要求5所述眼调节曲线测量装置，其特征在于所述的机-电转换单元(232)系一只平直型结构的线性电位器，其长度大于或等于全视程测量长度，并被安装在平行光束形成透镜(112)和共有三棱镜(13)的下方，且与刺激视标(113)的安装座成点接触。
7.根据权利要求3所述眼调节曲线测量装置，其特征在于所述的驱动放大器(31)包括依次以电路相联结的前级放大单元(311)、负反馈接入单元(212)和功放单元(214)。
8.根据权利要求3所述眼调节曲线测量装置，其特征在于所述的机-电转换单元(232)系一只平直型结构的线性电位器，其长度大于或等于全视程测量长度，并被安装在平行光束形成透镜(122)和共有三棱镜(13)的下方，且与响应视标(123)的安装座成点接触。
全文摘要
一种眼调节曲线测量装置，包括互相垂直的刺激光路和响应光路构成的光学系统1、驱动刺激光路中的刺激视标移动的闭环控制马达构件2、驱动响应光路中的响应视标移动的闭环控制马达构件3和分别读入刺激视标位置电压信号和响应视标位置电压信号并输入该闭环控制马达构件输入电平的计算机4。本发明能实现对受试眼的全视程的调节曲线测量，且测量精度较高和具高可靠性。
文档编号A61B3/10GK1153033SQ9511337
公开日1997年7月2日 申请日期1995年12月29日 优先权日1995年12月29日
发明者孙复川, 骆忠民 申请人:中国科学院上海生理研究所