專利名稱：基于徑向剪切干涉的角膜地形光學(xué)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種徑向剪切光學(xué)干涉系統(tǒng)，特別是一種用于人眼角膜地形測量的光
學(xué)徑向剪切干涉測量裝置。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)研究中對角膜形態(tài)信息是以不同特征的偽彩色圖來表示的，因其貌似地理學(xué) 中地形表面高低起伏的狀態(tài)，故稱為角膜地形圖。獲取角膜地形圖，了解和評估角膜形態(tài)分 布，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。 目前，角膜地形的測量方法，主要有Placido盤法、裂隙掃描法和干涉測量法。其 中已商品化成型的角膜地形儀，主要是基于鏡面反射原理的Placido盤系統(tǒng)和基于散射 原理的裂隙掃描系統(tǒng)，但它們?nèi)源嬖谝欢ǖ木窒扌?，例如，Placido盤系統(tǒng)精度難以達(dá)到波 長量級，對角膜表面微小的變化難于發(fā)現(xiàn)；裂隙掃描系統(tǒng)的測量精度與角膜霧狀混濁及其 混濁程度有關(guān)，系統(tǒng)誤差的影響給臨床工作帶來的問題不容忽視。而且，目前國內(nèi)的這類 測量儀器都從國外進(jìn)口，價格昂貴。而光學(xué)測試技術(shù)中的干涉測量法以高精度著稱，基于 干涉法的角膜地形測量系統(tǒng)也具有優(yōu)于其他角膜測量法的精確性。1995年波蘭弗羅茨瓦 夫(Wroclaw)科技大學(xué)的Kasprzak等人提出了用泰曼-格林干涉儀來進(jìn)行角膜測量的 方法(Interferometric measurements of fine corneal topography. SPIE， 1995， 2329 : 32-39)，這種泰曼-格林干涉儀為雙光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有較高靈敏性，這種高靈敏性在測 量時造成的缺陷是對眼球的轉(zhuǎn)動非常敏感，當(dāng)眼球不自覺的轉(zhuǎn)動或傾斜時就會引起被測 波面的傾斜而看不到干涉條紋，從而無法得到角膜地形信息，因此該設(shè)備很難應(yīng)用到角膜 地形的實(shí)際測量中去。2002年他們在期刊0ptik上發(fā)表的文章中又提出了基于馬赫_曾 德爾徑向剪切干涉儀的方法，以克服泰曼-格林干涉系統(tǒng)對活體眼球測量敏感的不足 (Corneal topogr即hy measurement by means of radial shearinginterference :Part II-experiment results. Optik， 2002， 113 (1) :46-50)，該系統(tǒng)采用的徑向剪切元件主要由 兩個梯形分光棱鏡、一塊玻璃磚和兩個楔形平板組成的馬赫_曾德爾系統(tǒng)構(gòu)成，其中梯形 棱鏡是由一個直角棱鏡和一個斜方棱鏡膠合而成，而且，玻璃磚和兩個平行放置的楔形平 板又需分別位于產(chǎn)生干涉的兩個光路中，與剪切比有關(guān)的光束放大率由玻璃磚引入，所以， 剪切干涉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，測量光路不易調(diào)整，因此不利于實(shí)驗研究與實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能適用于角膜地形測量，尤其是人眼角膜地形測量， 且測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)調(diào)整方便和成本低的基于徑向剪切干涉的角膜地形光學(xué)測
量裝置。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的基于徑向剪切干涉的角膜地形光學(xué)測 量裝置，它包括沿光路方向依次設(shè)置的激光器、激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、分光平板、光束擴(kuò)束系 統(tǒng)、會聚透鏡系統(tǒng) 被測角膜位于會聚透鏡系統(tǒng)的出射光路上，會聚透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)與被測角膜前表面的曲率中心重合，本發(fā)明的特征是在分光平板的反射光路上設(shè)置由另一分光平 板和兩個平面反射鏡、一個無焦透鏡組構(gòu)成的環(huán)路徑向剪切干涉系統(tǒng)，其中兩個平面反射 鏡位于經(jīng)分光平板后的反射和透射光路上，并與分光平板構(gòu)成環(huán)形光路，無焦透鏡組設(shè)在 兩個平面反射鏡之間的光路上，在環(huán)路徑向剪切干涉系統(tǒng)的出射光路上設(shè)置用于獲取和處 理圖像的圖像采集及計算機(jī)處理系統(tǒng)。 本發(fā)明采用共光路形式的環(huán)路徑向剪切干涉方法，使測量系統(tǒng)處于一個閉環(huán)的工
作狀態(tài)，無需參考光路、對振動不敏感，其具體工作原理為激光器發(fā)出的光束經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直
系統(tǒng)后成為具有一定口徑的平行光束，該平行光束經(jīng)分光平板和為了增大測量范圍的光束
擴(kuò)束系統(tǒng)，再經(jīng)會聚透鏡系統(tǒng)后成為光瞳直徑和會聚角大的會聚光束，由于該會聚透鏡系
統(tǒng)的焦點(diǎn)與被測角膜前表面的曲率中心重合，所以會聚光束正入射至被測角膜，并在角膜
前表面反射，返回含有角膜地形信息的被測波面，依次經(jīng)會聚透鏡系統(tǒng)和光束擴(kuò)束系統(tǒng)后，
由分光平板反射至環(huán)路徑向剪切干涉系統(tǒng)，進(jìn)入環(huán)路徑向剪切干涉系統(tǒng)中含有角膜地形信
息的被測波面首先被分光平板一部分反射，一部分透射，其中反射光束依次經(jīng)反射光路平
面反射鏡、無焦透鏡組和透射光路平面反射鏡形成縮束波面，再由分光平板反射至圖像采
集及計算機(jī)處理系統(tǒng)；經(jīng)分光平板透射的光束，依次經(jīng)透射光路平面反射鏡、無焦透鏡組和
反射光路平面反射鏡形成擴(kuò)束波面，再由分光平板透射至圖像采集及計算機(jī)處理系統(tǒng)；經(jīng)
分光平板后的這兩束縮束波面與擴(kuò)束波面的中心部分重疊發(fā)生徑向剪切干涉，產(chǎn)生干涉條
紋圖像，通過圖像采集及計算機(jī)處理系統(tǒng)對干涉圖像的獲取和分析處理，如可以采用單幅
干涉圖的快速傅立葉分析方法，最后得到被測波面的三維圖、被測角膜的地形圖。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著的優(yōu)點(diǎn)是(1)系統(tǒng)環(huán)路徑向剪切干涉采用共光路
干涉，對眼球的轉(zhuǎn)動不敏感，光路簡潔、容易實(shí)現(xiàn)等光程干涉，測量精度高，精確性優(yōu)于現(xiàn)有
角膜測量法；(2)本發(fā)明環(huán)路徑向剪切干涉系統(tǒng)的徑向剪切比由無焦透鏡組的放大倍率決
定，無焦透鏡組是一個由一正一負(fù)透鏡構(gòu)成的簡單的伽利略式望遠(yuǎn)系統(tǒng)，只要根據(jù)被測波
面的質(zhì)量和測量靈敏度，確定了剪切比，就可選取合適的透鏡組成放大倍率一定的無焦透
鏡組，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，克服了上述的基于馬赫_曾德爾徑向剪切干涉測量法的缺點(diǎn)；(3)
本發(fā)明方法簡單，系統(tǒng)中的各部件加工或購買方便，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，具備小型化、易于
使用的特點(diǎn)，能廣泛應(yīng)用于視光學(xué)領(lǐng)域中高精度光學(xué)干涉的動態(tài)的測量。 本發(fā)明的具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由以下的附圖和實(shí)施例給出。


附圖是根據(jù)本發(fā)明所述基于徑向剪切干涉的角膜地形光學(xué)測量裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，以測量人眼角膜地形為例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 參見附圖，根據(jù)本發(fā)明制作的基于徑向剪切干涉的角膜地形光學(xué)測量裝置，它主
要由激光器1、激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)2、分光平板3、光束擴(kuò)束系統(tǒng)4、會聚透鏡系統(tǒng)5、環(huán)路徑向
剪切干涉系統(tǒng)7和圖像采集及計算機(jī)處理系統(tǒng)8組成。激光器1采用對人眼安全的近紅外
半導(dǎo)體激光器，發(fā)出的光束經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)2成為一定口徑的平行光束，分光平板3為半透
半反的平行平板，它是以45。角設(shè)置在擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)2后的光路上，為了增大角膜測量范圍，光束擴(kuò)束系統(tǒng)4采用伽利略式望遠(yuǎn)系統(tǒng)，接收經(jīng)分光平板3的透射光，會聚透鏡系統(tǒng)5 是光學(xué)成像質(zhì)量高的系統(tǒng)，采用3 5片透鏡組成，光束經(jīng)會聚透鏡系統(tǒng)5后成為光瞳直徑 和會聚角大的會聚光束正入射至被測眼角膜6，會聚透鏡系統(tǒng)5的焦點(diǎn)與被測角膜前表面 的曲率中心應(yīng)重合，這樣光束在眼角膜前表面反射后按原路返回含有角膜地形信息的被測 波面，依次再經(jīng)會聚透鏡系統(tǒng)5和光束擴(kuò)束系統(tǒng)4后，由分光平板3反射至環(huán)路徑向剪切干 涉系統(tǒng)7。環(huán)路徑向剪切干涉系統(tǒng)7是由分光平板9、平面反射鏡10、平面反射鏡11和無焦 透鏡組12構(gòu)成；其中分光平板9位于分光平板3的反射光路上，接收由分光平板3反射的 含有角膜地形信息的被測波面，平面反射鏡IO和平面反射鏡11分別位于分光平板9的反 射和透射光路上，并與分光平板9構(gòu)成環(huán)形光路，無焦透鏡組12是一個由一正一負(fù)透鏡構(gòu) 成的簡單的伽利略式望遠(yuǎn)系統(tǒng)，設(shè)在平面反射鏡IO和平面反射鏡11之間的光路上；在環(huán)路 徑向剪切干涉系統(tǒng)7的出射光路即分光平板9的出射光路上設(shè)置用于獲取和處理圖像的圖 像采集及計算機(jī)處理系統(tǒng)8。含有角膜地形信息的被測波面經(jīng)分光平板9 一部分反射， 一部 分透射，反射光依次經(jīng)第一平面反射鏡10、無焦透鏡組12和第二平面反射鏡11形成縮束波 面，再由分光平板9反射；經(jīng)分光平板9透射的光束，依次經(jīng)第二平面反射鏡11、無焦透鏡 組12和第一平面反射鏡10形成擴(kuò)束波面，再由分光平板9透射；經(jīng)分光平板9后縮束波面 與擴(kuò)束波面的中心部分重疊干涉，產(chǎn)生干涉條紋圖像。干涉圖由圖像采集及計算機(jī)處理系 統(tǒng)8獲得和處理，可采用單幅干涉圖的快速傅立葉分析方法，最后得到被測波面的三維圖、 被測角膜的地形圖。 本發(fā)明在測量時，會聚透鏡系統(tǒng)5的相對孔徑大小和光束擴(kuò)束系統(tǒng)4的擴(kuò)束比決 定被測角膜的測量范圍，可根據(jù)不同的測量范圍要求，對這兩個參數(shù)進(jìn)行不同的匹配選取。
權(quán)利要求
一種基于徑向剪切干涉的角膜地形光學(xué)測量裝置，它包括沿光路方向依次設(shè)置的激光器[1]、激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)[2]、分光平板[3]、光束擴(kuò)束系統(tǒng)[4]、會聚透鏡系統(tǒng)[5]，被測角膜[6]位于會聚透鏡系統(tǒng)[5]的出射光路上，會聚透鏡系統(tǒng)[5]的焦點(diǎn)與被測角膜[6]前表面的曲率中心重合，本發(fā)明的特征是在分光平板[3]的反射光路上設(shè)置由另一分光平板[9]和平面反射鏡[10]、平面反射鏡[11]以及一個無焦透鏡組[12]構(gòu)成的環(huán)路徑向剪切干涉系統(tǒng)[7]，其中分光平板[9]位于分光平板[3]的反射光路上，平面反射鏡[10]和平面反射鏡[11]分別位于經(jīng)分光平板[9]后的反射和透射光路上，并與分光平板[9]構(gòu)成環(huán)形光路，無焦透鏡組[12]設(shè)在平面反射鏡[10]和平面反射鏡[11]之間的光路上，在環(huán)路徑向剪切干涉系統(tǒng)[7]的出射光路設(shè)置用于獲取和處理圖像的圖像采集及計算機(jī)處理系統(tǒng)[8]。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于徑向剪切干涉的角膜地形光學(xué)測量裝置，其特征是光束擴(kuò) 束系統(tǒng)[4]采用伽利略式望遠(yuǎn)系統(tǒng)。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于徑向剪切干涉的角膜地形光學(xué)測量裝置，其特征是環(huán)路徑 向剪切干涉系統(tǒng)[7]中的無焦透鏡組[12]是一個由一正一負(fù)透鏡構(gòu)成的伽利略式望遠(yuǎn)系 統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于徑向剪切干涉的角膜地形光學(xué)測量裝置，其特征是會聚透 鏡系統(tǒng)[5]由3 5片的透鏡組成，以達(dá)到光學(xué)成像質(zhì)量的高要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于徑向剪切干涉的角膜地形光學(xué)測量裝置，它是由激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、分光平板、光束擴(kuò)束系統(tǒng)、會聚透鏡系統(tǒng)、環(huán)路徑向剪切干涉系統(tǒng)和圖像采集及計算機(jī)處理系統(tǒng)組成。本發(fā)明采用共光路形式的環(huán)路徑向剪切干涉方法，使測量系統(tǒng)處于一個閉環(huán)的工作狀態(tài)，徑向剪切比由無焦透鏡組的放大倍率決定，無需參考光路，對眼球的轉(zhuǎn)動或振動不敏感，光路簡潔、容易實(shí)現(xiàn)等光程干涉，方法簡單，測量精度高，實(shí)現(xiàn)了高精度光學(xué)干涉的動態(tài)測量在視光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
文檔編號A61B3/107GK101721196SQ20081015480
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者孔梅梅, 高志山 申請人:南京理工大學(xué)