專利名稱：一種客觀驗光儀的光學系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，它屬于測量人眼屈光不正程度的光學系統(tǒng)。
目前測量人眼屈光不正的儀器分為主觀驗光儀和客觀驗光儀兩種類型，主觀驗光儀需要被驗者觀察并判別儀器內(nèi)的視力表符號并與驗光師對話，因此測量時間長、測量過程繁瑣，遇到低能者或其它困難者就無法進行測量。為克服上述缺點，產(chǎn)生了客觀驗光儀，避免了測量時人與人的對話，實現(xiàn)了測量過程的自動化和智能化。但由于該客觀驗光儀的光學系統(tǒng)中的投影光路與測量光路不分離，大部分的光學元件都是共用的(稱同光路設計)，使在投影光路光學元件表面上產(chǎn)生的反射雜散光進入測量光路中CCD圖像傳感器上形成雜光噪聲，降低了測量的準確度。
本發(fā)明的目的是提供一種能有效降低雜光噪聲、結(jié)構(gòu)簡單、零件工藝性好的客觀驗光儀的光學系統(tǒng)。
本發(fā)明的任務是采用下列技術(shù)方案實現(xiàn)的該光學系統(tǒng)包括投影光路、測量光路、固視系統(tǒng)和被測眼定位監(jiān)示系統(tǒng)，投影光路與測量光路分別為獨立的光路。
投影光路由紅外光源、聚光鏡、小孔、兩組透鏡、環(huán)光欄、反射鏡和目鏡組成，紅外光源設在聚光鏡的一側(cè)，聚光鏡的另一側(cè)設有小孔、透鏡和環(huán)光欄，在環(huán)光欄之后設有反射鏡，反射鏡之后設有透鏡和目鏡。
上述紅外光源為紅外發(fā)光管或具有安全保證的小功率紅外激光管。
上述環(huán)光欄為圓環(huán)光欄或點環(huán)光欄；圓環(huán)光欄的透光圓環(huán)的寬度a＝(1/8～1/12)Φ，式中Φ為環(huán)中徑；在點環(huán)光欄的中徑上均布著4或6個透光小圓孔。
上述目鏡的截距前小后大，后截距不小于75mm，以保證加入分光鏡后被測眼還具有足夠大的工作距。
測量光路由CCD圖像傳感器，攝像鏡頭、消雜光光欄、一組測量物鏡和一組透鏡、分光鏡和反射鏡組成，在CCD圖像傳感器和反射鏡之間依序設有攝像鏡頭、消雜光光欄和透鏡；在分光鏡和反射鏡之間設有測量物鏡；分光鏡設在投影光路目鏡之后、測量光路測量物鏡之前，將兩支光路分開，以便于消除同光路設計中在CCD圖像傳感器上產(chǎn)生的雜光噪聲現(xiàn)象。
上述分光鏡由多層膜真空法制作，其對指定紅外光源波長的透射和反射比為1∶1。
固視系統(tǒng)由可見光源、固視圖、透鏡和分光鏡組成，固視圖設在可見光源和透鏡之間，分光鏡設在透鏡之后并位于投影光路的反射鏡和透鏡之間。
上述固視圖可使用普通風景攝影的方法在彩色軟片上制得，也可用彩色硬片或圖片翻版的方法制得；在固視圖中心必須具有一特殊目標物吸引人眼注視，以達到固定眼軸的作用。
被測眼定位監(jiān)示系統(tǒng)由CCD圖像傳感器、攝影鏡頭、分光鏡和紅外光源組成，攝影鏡頭設在CCD圖像傳感器和分光鏡之間，分光鏡設在投影光路的透鏡和目鏡之間，紅外光源設在被測眼周側(cè)。
由于本發(fā)明采用了上述投影光路與測量光路分離的技術(shù)方案，因此與背景技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點1、有效地降低了雜光噪聲，保證了測量結(jié)果的準確性；2、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好。由于整個系統(tǒng)中各光學零件表面鍍復透光膜的技術(shù)要求能夠放寬，并對信號處理電路的要求也可適當放寬，因此本系統(tǒng)工藝性好且結(jié)構(gòu)簡單。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圓環(huán)光欄的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是點環(huán)光欄的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是截距前小后大的目鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明包括投影光路(100序列)，測量光路(200序列)、固視系統(tǒng)(300序列)和被測眼定位監(jiān)示系統(tǒng)(400序列)，投影光路(100序列)與測量光路(200序列)分別為獨立的光路。投影光路(100序列)由紅外發(fā)光管構(gòu)成的紅外光源101、聚光鏡102、小孔103、兩組透鏡104、107、圓環(huán)光欄105、反射鏡106和目鏡108組成。紅外光源101設在聚光鏡102的一側(cè)，聚光鏡102的另一側(cè)設有小孔103、透鏡104和圓環(huán)光欄105，在圓環(huán)光欄105之后設有反射鏡106，反射鏡106之后設有透鏡107和目鏡108。測量光路(200序列)由CCD圖像傳感器207、攝像鏡頭206、消雜光光欄205、一組測量物鏡202、一組透鏡204、分光鏡201和反射鏡203組成，在CCD圖像傳感器207和反射鏡203之間依序設有攝像鏡頭206、消雜光光欄205和透鏡204，在分光鏡201和反射鏡203之間設有測量物鏡202，分光鏡201設在投影光路目鏡108之后、測量光路測量物鏡202之前，將兩支光路分開，以便于消除同光路設計中在CCD圖像傳感器上產(chǎn)生的雜光噪聲現(xiàn)象。固視系統(tǒng)(300序列)由可見光源301、用普通風景攝影的方法制得的固視圖302、透鏡303和分光鏡304組成，固視圖302設在可見光源301和透鏡303之間，分光鏡304設在透鏡303之后并位于投影光路的反射鏡106和透鏡107之間。被測眼定位監(jiān)示系統(tǒng)(400序列)由CCD圖像傳感器404、攝影鏡頭403、分光鏡402和紅外光源401組成。攝影鏡頭403設在CCD圖像傳感器404和分光鏡402之間，分光鏡402設在投影光路的透鏡107和目鏡108之間，紅外光源401設在被測眼109周側(cè)。
本發(fā)明的工作原理是紅外光源101發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡102會聚于小孔103(A1)處，小孔103位于透鏡104的焦面上，經(jīng)透鏡104和環(huán)光欄105形成環(huán)形目標，再經(jīng)反射鏡106、透鏡107會聚于A2處。A2是透鏡107的后焦點，也是目鏡108的前焦點，再經(jīng)目鏡108平行射入被測眼109中。如果被測眼109為正常眼，環(huán)形目標成像在視網(wǎng)膜A3上，從眼底A3反射回來的光線射出瞳孔到達分光鏡201折向測量物鏡202，經(jīng)反射鏡203、透鏡204以及消雜光光欄205、攝像鏡頭206，在CCD圖像傳感器207上形成一定大小清晰的環(huán)像A4(見圖1中A4-a圖)，證明被測眼109正常。如果人眼存在屈光不正(近視或遠視)，CCD圖像傳感器207上的環(huán)像大小發(fā)生變化并且不清晰，則由虛線框內(nèi)器件組成的掃描器進行掃描補償，使環(huán)形目標仍然清晰地成像于視網(wǎng)膜上。當以正常眼(通常是用OD模擬眼)標定了CCD圖像傳感器207上環(huán)像(A4-a)的直徑后，測量非正常眼時只要在CCD圖像傳感器207上獲得與之相同大小的環(huán)像，那么掃描器的位移量就對應被測眼遠視或近視的度數(shù)，由牛頓公式x·x′＝-f′2得x/D＝-f′2D＝-x/f′2式中f′為目鏡的焦距，x為掃描器位移量即目鏡物方離焦量，x′為目鏡像方離焦量，D為被測眼屈光不正球鏡值(遠視或近視)。
如果被測眼存在散光，在CCD圖像傳感器207上得到變了形的環(huán)像——橢圓(見圖1中A4-b圖)，通過掃描器掃描使該橢圓的長短軸分別與正常眼標定值的圓直徑相等，兩次掃描器位移之差就對應被測眼的散光值，其中一軸的位移量對應被測眼屈光不正的球鏡值，散光軸角可以通過數(shù)據(jù)處理，擬合橢圓曲線得到。
固視圖302在可見光源301的照射下，經(jīng)分光鏡304以及透鏡107成像于A2處，再經(jīng)目鏡108平行射出，進入被測眼109中，成像于視網(wǎng)膜A3處。測量時被測眼注視固視圖302即可幫助被測眼109準確定位。固視圖302具有+1～+2D的正偏置，可引導被測眼放松，提高測量精度。
被測眼定位監(jiān)示系統(tǒng)的工作原理如下被測眼109前眼部(上下眼皮、角膜和瞳孔部位)B2被紅外光401(波長不同于紅外光101)照射，攝影鏡頭403對被測眼前眼部成像，使前眼部在CCD圖像傳感器404上成像(B3)清晰，并使被測眼瞳孔的像B3-C和監(jiān)示器上預置的點狀圓B3-d同心，來保證瞳孔中心通過光學系統(tǒng)的光軸，這樣就能保證被測眼準確定位，減小測量誤差。
上述紅外光源101除可選用紅外發(fā)光管外也可選用具有安全保證的小功率紅外激光管。選用小功率紅外激光管時，必須要在嚴格的使用條件下(束內(nèi)觀察條件下)，根據(jù)激光致眼損傷閾值和輻射限值，精確地計算出激光管功率的安全值，并且應使用精密的激光功率計監(jiān)測進入人眼的激光功率。紅外光源101的紅外波長范圍為近紅外波段(800μm～1000μm之間)。
如圖2、圖3所示，環(huán)光欄為圓環(huán)光欄或點環(huán)光欄。環(huán)光欄的圓環(huán)中徑及環(huán)寬的參數(shù)受人眼瞳孔的大小、光學系統(tǒng)放大率、分辯率及CCD圖像傳感器元件的特性的限制，因此本發(fā)明采用的參數(shù)如下到達被測眼處的圓環(huán)中徑φ＝2.8±0.2mm；透光圓環(huán)1的寬度a＝(1/8～1/12)Φ。在點環(huán)光欄的中徑上均布著4個透光的小圓孔2。點環(huán)的中徑和透光小圓孔2的直徑可按圓環(huán)光欄的原則確定。上述環(huán)光欄可用光刻法制造，也可使用其它方法制造。點環(huán)光欄的中徑上還可均布著6個透光的小圓孔2。
如圖4所示，本發(fā)明的目鏡108是一種不對稱的結(jié)構(gòu)，該目鏡108的截距前小后大，后截距不小于75mm，以保證加入分光鏡后被測眼還具有足夠大的工作距。圖中F、F′為目鏡108前、后焦點；H、H′為目鏡108前、后主面；-f、f′為目鏡108前、后焦距；-LF、L′F為目鏡108前、后截距。
上述測量光路中的分光鏡201為一平面鏡，一面鍍以紅外光源101波長的增透膜，另一面鍍以該波長半透半反的分光膜，透射和反射比為1∶1，使用多層膜真空法制得。盡管進入測量光路的光線兩次經(jīng)過分光鏡201的作用，光強都以50％的幾何級數(shù)衰減，但使用CCD圖像傳感器元件，其靈敏度已經(jīng)足夠。
固視系統(tǒng)中的固視圖302既可使用普通風景攝影的方法在彩色軟片上制得，也可用彩色硬片或圖片翻版的方法制得；在固視圖中心必須具有一特殊目標物吸引人眼注視，以達到固定眼軸的作用。固視圖302在可見光源301的照明下形成一彩色圖景目標，它的作用是讓人眼注視，用來固定人眼的視軸，使視軸與光學系統(tǒng)的光軸重合，它對透鏡303應有+1～+2D的正偏置，引導被測眼放松，提高測量精度。
權(quán)利要求
1.一種客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，其特征在于該光學系統(tǒng)包括投影光路、測量光路、固視系統(tǒng)和被測眼定位監(jiān)示系統(tǒng)，投影光路與測量光路分別為獨立的光路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，其特征在于所述投影光路由紅外光源、聚光鏡、小孔、兩組透鏡、環(huán)光欄、反射鏡和目鏡組成，紅外光源設在聚光鏡的一側(cè)，聚光鏡的另一側(cè)設有小孔、透鏡和環(huán)光欄，在環(huán)光欄之后設有反射鏡，反射鏡之后設有透鏡和目鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，其特征在于所述紅外光源為紅外發(fā)光管或具有安全保證的小功率紅外激光管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)光欄為圓環(huán)光欄或點環(huán)光欄；圓環(huán)光欄的透光圓環(huán)的寬度a＝(1/8～1/12)Φ，式中Φ為環(huán)中徑；在點環(huán)光欄的中徑上均布著4或6個透光小圓孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，其特征在于所述目鏡的截距前小后大，后截距不小于75mm，以保證加入分光鏡后被測眼還具有足夠大的工作距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，其特征在于所述測量光路由CCD圖像傳感器，攝像鏡頭、消雜光光欄、一組測量物鏡和一組透鏡、分光鏡和反射鏡組成，在CCD圖像傳感器和反射鏡之間依序設有攝像鏡頭、消雜光光欄和透鏡；在分光鏡和反射鏡之間設有測量物鏡；分光鏡設在投影光路目鏡之后、測量光路測量物鏡之前，將兩支光路分開，以便于消除同光路設計中在CCD圖像傳感器上產(chǎn)生的雜光噪聲現(xiàn)象。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，其特征在于所述分光鏡由多層膜真空法制作，其對指定紅外光源波長的透射和反射比為1∶1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，其特征在于所述固視系統(tǒng)由可見光源、固視圖、透鏡和分光鏡組成，固視圖設在可見光源和透鏡之間，分光鏡設在透鏡之后并位于投影光路的反射鏡和透鏡之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，其特征在于所述固視圖可使用普通風景攝影的方法在彩色軟片上制得，也可用彩色硬片或圖片翻版的方法制得；在固視圖中心必須具有一特殊目標物吸引人眼注視，以達到固定眼軸的作用。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客觀驗光儀的光學系統(tǒng)，其特征在于所述被測眼定位監(jiān)示系統(tǒng)由CCD圖像傳感器、攝影鏡頭、分光鏡和紅外光源組成，攝影鏡頭設在CCD圖像傳感器和分光鏡之間，分光鏡設在投影光路的透鏡和目鏡之間，紅外光源設在被測眼周側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種客觀驗光儀的光學系統(tǒng),它屬于測量人眼屈光不正程度的光學系統(tǒng)。該光學系統(tǒng)包括投影光路、測量光路、固視系統(tǒng)和被測眼定位監(jiān)示系統(tǒng)。投影光路與測量光路分別為獨立的光路,解決了同光路設計中形成雜光噪聲的現(xiàn)象。因此本發(fā)明具有有效降低了雜光噪聲,保證了測量結(jié)果的準確性,結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好等優(yōu)點。
文檔編號A61B3/103GK1194131SQ98107168
公開日1998年9月30日 申請日期1998年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月30日
發(fā)明者朱林泉, 劉增祿, 趙剡, 郭庭麟 申請人:華北工學院