專利名稱：視覺(jué)光學(xué)分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)用光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是一種視覺(jué)光學(xué)分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
夏克-哈特曼波前像差測(cè)量法是現(xiàn)在廣泛使用的一種客觀波前像差測(cè)量法。 從眼底反射回來(lái)的波陣面經(jīng)過(guò)一透鏡陣列形成一個(gè)聚焦點(diǎn)所組成的陣列。如果是 理想的眼球系統(tǒng)，反射回來(lái)的平行波陣面經(jīng)聚焦后將產(chǎn)生等間距規(guī)則分布的點(diǎn)陣 列。但是對(duì)于有像差的眼球，聚焦點(diǎn)陣列會(huì)發(fā)生偏離。根據(jù)聚焦點(diǎn)與理想位置的 偏差，計(jì)算出波前像差。對(duì)于傳統(tǒng)的夏克-哈特曼波前像差測(cè)量法來(lái)說(shuō)，當(dāng)像差 很大時(shí)，如測(cè)量高度近視或散光時(shí)，波陣面變形嚴(yán)重，聚焦點(diǎn)的實(shí)際位置與理想 位置偏差很大，使聚焦點(diǎn)的實(shí)際位置與理想位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系難以識(shí)別，這就 使得像差計(jì)算成為困難。角膜地形圖是對(duì)整個(gè)角膜表面進(jìn)行分析，并將角膜屈度以數(shù)據(jù)或偽彩色顯示 出來(lái)。在臨床應(yīng)用于診斷角膜散光，定量地分析角膜形狀和像差，角膜屈光手術(shù) 的術(shù)前檢査和術(shù)后療效評(píng)價(jià)，在眼科臨床中具有重要的應(yīng)用。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)?zhí)枮?00410068953.8，
公開(kāi)日
為2006年1月18日，該專利自述為"基于微棱鏡陣列夏克-哈特曼波前傳感器 的人眼像差和角膜面形測(cè)量系統(tǒng)，由瞳孔或角膜照明光源、分光鏡、瞳孔成像物 鏡、監(jiān)視CCD (電荷耦合圖像傳感器)、信標(biāo)光源、信標(biāo)光準(zhǔn)直系統(tǒng)、口徑控制 裝置、反射鏡、前組調(diào)焦物鏡、后組調(diào)焦物鏡、口徑匹配系統(tǒng)、基于微棱鏡陣列 的夏克-哈特曼波前傳感器、目標(biāo)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和附加測(cè)量透鏡組成，能夠?qū)崿F(xiàn) 測(cè)量人眼像差和角膜面形兩個(gè)功能，且兩功能切換方便易操作，能夠一次得到人 眼低級(jí)、高級(jí)像差數(shù)據(jù)和角膜面形數(shù)據(jù)，便于了解人眼的整體像差、角膜像差和 人眼內(nèi)部像差其特性和三者之間的關(guān)系，避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用不同儀器分別測(cè) 量人眼像差和角膜像差帶來(lái)的誤差，能夠?yàn)獒t(yī)學(xué)臨床提供更準(zhǔn)確、充分的診斷數(shù)據(jù)。"其不足之處在于該光學(xué)系統(tǒng)所由于在測(cè)量角膜地形圖數(shù)據(jù)時(shí)，需要添加"附 加測(cè)量透鏡"，不能同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量角膜地形圖和波前像差，同時(shí)由于"附加測(cè)量 透鏡"的高數(shù)值孔徑限制，測(cè)量范圍有限，只能覆蓋角膜很小的范圍，不能高精 度測(cè)量整個(gè)角膜的地形圖數(shù)據(jù)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種視覺(jué)光學(xué)分析系統(tǒng)， 使其基于光柵投影法和哈特曼-夏克波前像差測(cè)量法，把人眼像差測(cè)量和角膜地 形圖測(cè)量相結(jié)合，本發(fā)明具備同時(shí)測(cè)量人眼的初級(jí)、高級(jí)像差和角膜地形圖的功 能，能夠了解人眼整體像差、角膜像差和人眼內(nèi)部的晶體像差，以及各種像差對(duì) 視力的影響，在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面有著重要的意義。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括準(zhǔn)直激光光源、第一分光 鏡、第二分光鏡、濾光投影系統(tǒng)、光柵、閃光燈、第三分光鏡、目標(biāo)物成像物鏡、 目標(biāo)物、第四分光鏡、濾光成像系統(tǒng)、監(jiān)視CCD、 口徑匹配系統(tǒng)、離焦補(bǔ)償系統(tǒng)、 散光補(bǔ)償系統(tǒng)、夏克-哈特曼波前傳感器、計(jì)算機(jī)，其中準(zhǔn)直激光光源的出射光經(jīng)過(guò)第一分光鏡反射至角膜，閃光燈的燈光通過(guò)光柵 和濾光投影系統(tǒng)后的出射光投射到第二分光鏡，第二分光鏡位于濾光投影系統(tǒng)與 第一分光鏡之間，口徑匹配系統(tǒng)和目標(biāo)物成像物鏡之間設(shè)有第三分光鏡，目標(biāo)物 置于第三分光鏡外側(cè)，第三分光鏡和濾光成像系統(tǒng)之間設(shè)有第四分光鏡，角膜的 一部分出射光反射經(jīng)濾光成像系統(tǒng)到達(dá)監(jiān)視CCD，離焦補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)置于口徑匹配 系統(tǒng)內(nèi)部，散光補(bǔ)償系統(tǒng)位于口徑匹配系統(tǒng)和夏克-哈特曼波前傳感器之間，夏 克-哈特曼波前傳感器與計(jì)算機(jī)相連。所述的準(zhǔn)直激光光源，其出射光是均勻的平行光，取出射光的中心部分作為 入射到眼瞳的細(xì)光束。所述的口徑匹配系統(tǒng)，其為由兩個(gè)凸透鏡組成的縮束系統(tǒng)，由于眼瞳直徑較 大，夏克-哈特曼波前傳感器的口徑較小，故在口徑匹配系統(tǒng)中，靠近眼瞳的凸 透鏡焦距大于靠近散光補(bǔ)償系統(tǒng)的凸透鏡的焦距，兩凸透鏡共焦，以實(shí)現(xiàn)眼瞳直 徑和夏克-哈特曼波前傳感器的口徑匹配。所述的離焦補(bǔ)償系統(tǒng)包括兩個(gè)直角棱鏡，兩個(gè)直角棱鏡之間平行設(shè)置，通過(guò) 調(diào)節(jié)兩個(gè)直角棱鏡之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)離焦補(bǔ)償。所述的散光補(bǔ)償系統(tǒng)包括正柱鏡和負(fù)柱鏡，正柱鏡和負(fù)柱鏡之間正交放置，并且兩棱柱之間的角度可調(diào)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)兩個(gè)柱鏡的相對(duì)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)散光補(bǔ) 償。所述的夏克-哈特曼波前傳感器，包括微透鏡陣列、光電耦合器件和數(shù)據(jù) 采集卡，微透鏡陣列的焦面與光電耦合器件的表面重合，光電耦合器件通過(guò)數(shù)據(jù) 采集卡與計(jì)算機(jī)相連。所述微透鏡陣列通過(guò)口徑匹配系統(tǒng)與人眼的瞳孔共軛。所述計(jì)算機(jī)，其通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集光電耦合器件對(duì)波前的探測(cè)結(jié)果，計(jì)算 機(jī)對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行波前重建。在本發(fā)明中，在角膜地形圖測(cè)量狀態(tài)下，目標(biāo)物通過(guò)目標(biāo)物成像物鏡由第三 分光鏡成像于角膜，監(jiān)視CCD事先對(duì)焦角膜表面，光柵通過(guò)濾光投影系統(tǒng)投射到 涂有熒光素的角膜表面，被角膜表面漫反射，監(jiān)視CCD采集其漫反射圖像，通過(guò) 計(jì)算光柵的變形得到角膜面形數(shù)據(jù)。在人眼整體像差測(cè)量的狀態(tài)下，采用近紅外超輻射半導(dǎo)體激光(SLD)作為 光源。激光器出射的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束之后，用光闌截取中心部分的細(xì)光束入射到 眼底，從眼底漫反射出的波陣面受到眼球的屈光介質(zhì)的影響產(chǎn)生形變，通過(guò)口徑 匹配系統(tǒng)后輸入夏克-哈特曼波前傳感器，由夏克-哈特曼波前傳感器完成目標(biāo)物 的數(shù)據(jù)采集和波前重建運(yùn)算，得到波前像差數(shù)據(jù)。監(jiān)視CCD提供眼的瞳孔的位置 信息，瞳孔通過(guò)口徑匹配系統(tǒng)和夏克-哈特曼波前傳感器上的微透鏡陣列共軛。 離焦補(bǔ)償系統(tǒng)的兩個(gè)直角棱鏡用于補(bǔ)償離焦，散光補(bǔ)償系統(tǒng)的正、負(fù)柱鏡用于補(bǔ) 償散光，通過(guò)這兩個(gè)補(bǔ)償，系統(tǒng)能夠測(cè)量患者為高度近視和高度散光的情況。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括如下有益效果由于角膜地形圖測(cè)量和人眼整體像差測(cè)量是通過(guò)同光路的不同部分分別實(shí)現(xiàn)，角膜地形圖測(cè)量和人眼整體像差測(cè)量采用相同的主光軸，故能夠大幅減少計(jì)算角膜像差和人眼內(nèi)部像差的誤差； 采用的光柵投影法測(cè)量角膜地形圖測(cè)量范圍廣，不局限于角膜中央的狹小區(qū)域， 使測(cè)量角膜直徑達(dá)到llmm以上；附加了離焦補(bǔ)償系統(tǒng)和散光補(bǔ)償系統(tǒng)后，在患 者為高度近視和高度散光的情況下，依然能夠精確測(cè)量人眼像差，本系統(tǒng)測(cè)量范 圍能夠達(dá)到球鏡土10D，柱鏡士6D。因此本系統(tǒng)精度高，測(cè)量范圍廣，能夠高精 度的測(cè)量角膜地形圖和人眼整體像差，同時(shí)高精度的計(jì)算出角膜像差和人眼內(nèi)部 像差，像差測(cè)量精度能夠達(dá)到0.01"m以上。


圖1是本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例包括準(zhǔn)直激光光源l、第一分光鏡2、第二分光鏡4、濾光投影系統(tǒng)5、光柵6、閃光燈7、第三分光鏡9、目標(biāo)物成像物鏡IO、目 標(biāo)物ll、第四分光鏡12、濾光成像系統(tǒng)13、監(jiān)視CCD14、 口徑匹配系統(tǒng)24、離 焦補(bǔ)償系統(tǒng)15、散光補(bǔ)償系統(tǒng)17、夏克-哈特曼波前傳感器18、計(jì)算機(jī)19，其 中準(zhǔn)直激光光源1的出射光經(jīng)過(guò)第一分光鏡2反射至角膜3，閃光燈7的燈光 通過(guò)光柵6和濾光投影系統(tǒng)5后的出射光投射到第二分光鏡4，第二分光鏡4位 于濾光投影系統(tǒng)5與第一分光鏡2之間，口徑匹配系統(tǒng)24和目標(biāo)物成像透鏡10 之間設(shè)有第三分光鏡9，目標(biāo)物11置于第三分光鏡9外側(cè)，第三分光鏡9和濾 光成像系統(tǒng)13之間設(shè)有第四分光鏡12，角膜的一部分出射光反射經(jīng)濾光成像系 統(tǒng)13到達(dá)監(jiān)視CCD14，離焦補(bǔ)償系統(tǒng)15'設(shè)置于口徑匹配系統(tǒng)24內(nèi)部，散光補(bǔ) 償系統(tǒng)17位于口徑匹配系統(tǒng)24和夏克-哈特曼波前傳感器18之間，夏克-哈特 曼波前傳感器18與計(jì)算機(jī)19相連。所述的口徑匹配系統(tǒng)24，其為由第一凸透鏡8和第二凸透鏡16組成的縮束 系統(tǒng)，由于眼瞳直徑較大，夏克-哈特曼波前傳感器18的口徑較小，故在口徑匹 配系統(tǒng)24中，靠近眼瞳的第一凸透鏡8焦距大于靠近散光補(bǔ)償系統(tǒng)17的第二凸 透鏡16的焦距，兩凸透鏡共焦，以實(shí)現(xiàn)眼瞳直徑和夏克-哈特曼波前傳感器18 的口徑匹配。所述口徑匹配系統(tǒng)24,其兩個(gè)凸透鏡的焦距分別為120ram和300mm。 所述的離焦補(bǔ)償系統(tǒng)15包括兩個(gè)直角棱鏡20、 21,兩個(gè)直角棱鏡20、 21之間平行設(shè)置，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)直角棱鏡之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)離焦補(bǔ)償。所述的散光補(bǔ)償系統(tǒng)17包括正柱鏡22和負(fù)柱鏡23，正柱鏡22和負(fù)柱鏡23之間正交放置，兩棱柱之間的角度可調(diào)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)兩個(gè)柱鏡的相對(duì)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)散光補(bǔ)償。所述的夏克-哈特曼波前傳感器18，包括微透鏡陣列、光電耦合器件和數(shù)據(jù)采集卡，微透鏡陣列的焦面與光電耦合器件的表面重合，光電耦合器件通過(guò)數(shù) 據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)19相連。所述微透鏡陣列通過(guò)口徑匹配系統(tǒng)與人眼的瞳孔3共軛。 本實(shí)施例可以工作在角膜地形圖測(cè)量和人眼整體像差測(cè)量?jī)煞N狀態(tài)下-當(dāng)系統(tǒng)工作在角膜地形圖測(cè)量狀態(tài)下時(shí)，目標(biāo)物11通過(guò)目標(biāo)物成像物鏡10 由第三分光鏡9成像于角膜，第三分光鏡9監(jiān)視CCD14對(duì)焦角膜表面，閃光燈7 照射光柵6，光柵6通過(guò)濾光投影系統(tǒng)5、第二分光鏡4和第一分光鏡2投射到 角膜外表面上，被角膜表面漫反射，通過(guò)第一分光鏡2、第二分光鏡4、第一透 鏡8、第三分光鏡9、第四分光鏡12后，被濾光成像系統(tǒng)13成像于監(jiān)視CCD14 上，光柵6被角膜表面漫反射的圖像被監(jiān)視CCD14采集，通過(guò)計(jì)算光柵6的變形 得到角膜地形數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)工作在人眼整體像差測(cè)量狀態(tài)下時(shí),采用氦氖激光器或LD作為光源， 準(zhǔn)直激光光源1出射的光取中心部分的細(xì)光束通過(guò)第一分光鏡2入射到人眼的眼 底，從眼底漫反射出的波陣面受到眼球的屈光介質(zhì)的影響產(chǎn)生形變，通過(guò)第一分 光鏡2、第二分光鏡4、第一透鏡8、第三分光鏡9、第四分光鏡12后，射入離 焦補(bǔ)償系統(tǒng)15補(bǔ)償高度離焦，出射波陣面通過(guò)第二透鏡16后，射入散光補(bǔ)償系 統(tǒng)17補(bǔ)償高度散光，出射波陣面射入夏克-哈特曼波前傳感器18，由夏克-哈特 曼波前傳感器18完成數(shù)據(jù)采集和波前重建運(yùn)算，得到波前像差數(shù)據(jù)。監(jiān)視CCD14 提供眼的瞳孔的位置信息，瞳孔通過(guò)口徑匹配系統(tǒng)24和夏克-哈特曼波前傳感器 18上的微透鏡陣列共軛。離焦補(bǔ)償系統(tǒng)15中的兩個(gè)直角棱鏡用于補(bǔ)償離焦，散 光補(bǔ)償系統(tǒng)17中的正、負(fù)柱鏡用于補(bǔ)償散光，通過(guò)這兩個(gè)補(bǔ)償，系統(tǒng)能夠測(cè)量 患者為高度近視和高度散光的情況。本實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作都比較簡(jiǎn)單，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)角膜形態(tài)測(cè)量、角膜 像差測(cè)量、全眼像差測(cè)量和晶體像差測(cè)量四個(gè)功能，還能夠快速準(zhǔn)確測(cè)得角膜形 態(tài)、眼低階和高階像差數(shù)據(jù)，以及角膜像差和晶體像差數(shù)據(jù)。本實(shí)施例有助于了 解人眼整體像差、角膜像差和人眼內(nèi)部的晶體像差，以及各種像差對(duì)視力的影響， 在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面有著重要的意義。本實(shí)施例能夠高精度的測(cè)量角膜地形圖和 人眼整體像差，同時(shí)高精度的計(jì)算出角膜像差和人眼內(nèi)部像差，精度能夠達(dá)到 0. Olum以上。
權(quán)利要求
1.一種視覺(jué)光學(xué)分析系統(tǒng)，包括準(zhǔn)直激光光源、第一分光鏡、第二分光鏡、第三分光鏡、目標(biāo)物成像物鏡、目標(biāo)物、第四分光鏡、監(jiān)視CCD、口徑匹配系統(tǒng)、夏克-哈特曼波前傳感器、計(jì)算機(jī)，其特征在于，還包括濾光成像系統(tǒng)、濾光投影系統(tǒng)、光柵、閃光燈、離焦補(bǔ)償系統(tǒng)、散光補(bǔ)償系統(tǒng)，其中準(zhǔn)直激光光源的出射光經(jīng)過(guò)第一分光鏡反射至角膜，閃光燈的燈光通過(guò)光柵和濾光投影系統(tǒng)后的出射光投射到第二分光鏡，第二分光鏡位于濾光投影系統(tǒng)與第一分光鏡之間，口徑匹配系統(tǒng)和目標(biāo)物成像物鏡之間設(shè)有第三分光鏡，目標(biāo)物置于第三分光鏡外側(cè)，第三分光鏡和濾光成像系統(tǒng)之間設(shè)有第四分光鏡，角膜的一部分出射光反射經(jīng)濾光成像系統(tǒng)到達(dá)監(jiān)視CCD，離焦補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)置于口徑匹配系統(tǒng)內(nèi)部，散光補(bǔ)償系統(tǒng)位于口徑匹配系統(tǒng)和夏克-哈特曼波前傳感器之間，夏克-哈特曼波前傳感器與計(jì)算機(jī)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺(jué)光學(xué)分析系統(tǒng)，其特征是，所述的口徑匹配 系統(tǒng)，其為由兩個(gè)凸透鏡組成的縮束系統(tǒng)，靠近眼瞳的凸透鏡焦距大于靠近散光 補(bǔ)償系統(tǒng)的凸透鏡的焦距，兩凸透鏡共焦。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺(jué)光學(xué)分析系統(tǒng)，其特征是，所述的離焦補(bǔ)償 系統(tǒng)包括兩個(gè)直角棱鏡，兩個(gè)直角棱鏡之間平行放置。'
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺(jué)光學(xué)分析系統(tǒng)，其特征是，所述的散光補(bǔ)償系統(tǒng)包括正柱鏡和負(fù)柱鏡，正柱鏡和負(fù)柱鏡之間正交放置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視覺(jué)光學(xué)分析系統(tǒng)，其特征是，所述的夏克-哈特曼波前傳感器，包括微透鏡陣列、光電耦合器件和數(shù)據(jù)采集卡，微透鏡陣列的 焦面與光電耦合器件的表面重合，光電耦合器件通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的視覺(jué)光學(xué)分析系統(tǒng)，其特征是，所述微透鏡陣列通過(guò)口徑匹配系統(tǒng)與人眼的瞳孔共軛。
全文摘要
一種醫(yī)用光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的視覺(jué)光學(xué)分析系統(tǒng)，本發(fā)明中，準(zhǔn)直激光光源的出射光經(jīng)過(guò)第一分光鏡反射至角膜，閃光燈的燈光通過(guò)光柵和濾光投影系統(tǒng)后的出射光投射到第二分光鏡，第二分光鏡位于濾光投影系統(tǒng)與第一分光鏡之間，口徑匹配系統(tǒng)和目標(biāo)物成像物鏡之間設(shè)有第三分光鏡，目標(biāo)物置于第三分光鏡外側(cè)，第三分光鏡和濾光成像系統(tǒng)之間設(shè)有第四分光鏡，角膜的一部分出射光反射經(jīng)濾光成像系統(tǒng)到達(dá)監(jiān)視CCD，離焦補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)置于口徑匹配系統(tǒng)內(nèi)部，散光補(bǔ)償系統(tǒng)位于口徑匹配系統(tǒng)和夏克-哈特曼波前傳感器之間，夏克-哈特曼波前傳感器與計(jì)算機(jī)相連。本發(fā)明能夠高精度的測(cè)量角膜地形圖和人眼整體像差，同時(shí)高精度的計(jì)算出角膜像差和人眼內(nèi)部像差。
文檔編號(hào)A61B3/10GK101248982SQ20081003555
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者任秋實(shí), 雷 余, 周傳清 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)