人眼波前像差测量及矫正系统的补偿装置.pdf

本发明涉及一种人眼波前像差测量及矫正系统的补偿装置，设置在人眼波前像差测量及矫正系统中，调焦系统由扩束透镜、准直透镜和精密电控平移台组成，其中准直透镜固定在精密电控平移台上的可移动端，并与计算机控制系统相连；离焦补偿系统设置在分光镜与可变形反射镜之间，并由一望远系统和精密电控平移台构成，其中精密电控平移台设置在望远系统的两透镜之间，并与计算机控制系统相连。本发明与现有技术相比有很大的完善；对比插片式的补偿方式，更具有连续性，可以不受限制的对任何大小的离焦量进行矫正；与手动式平移台相比具有精确、速度快、移动量确定等优点。

权利要求书
1.  一种人眼波前像差测量及矫正系统的补偿装置，设置在由信标光源(1)、调焦系统(2)、口径匹配系统(9)、离焦补偿系统(6)、根据哈特曼波前传感器(10)测量像差控制并引导变形反射镜对该像差进行矫正的光学自适应系统组成的人眼波前像差测量及矫正系统中，其特征在于，所述调焦系统(2)由扩束透镜(L1)、准直透镜(L2)和精密电控平移台组成，其中准直透镜(L2)固定在精密电控平移台上的可移动端，并与计算机(11)控制系统相连；所述离焦补偿系统(6)设置在分光镜(4)与可变形反射镜(7)之间，并由一望远系统和精密电控平移台构成，其中精密电控平移台设置在望远系统的两透镜(L3，L4)之间，并与计算机(11)控制系统相连。

2.  根据权利要求1所述的人眼波前像差测量及矫正系统的补偿装置，其特征在于，在所述离焦补偿系统(6)中的精密电控平移台行程为100mm。

3.  根据权利要求1或3所述的人眼波前像差测量及矫正系统的补偿装置，其特征在于，在所述精密电控平移台上装有四块反射镜(M1、M2、M3、M4)，其中反射镜(M1，M2)固定在精密电控平移台的固定端，反射镜(M3，M4)固定在精密电控平移台的可移动端，反射镜(M3，M4)随计算机(11)控制的精密电控平移台移动端共同移动，改变两透镜(L3，L4)之间的光学距离。

说明书人眼波前像差测量及矫正系统的补偿装置
技术领域
本发明涉及一种医用检测设备，尤其是人眼波前像差测量及矫正设备。
背景技术
眼睛是人类获取外界信息最重要的途径，由于内部结构的复杂多变，人眼存在大量波前像差。准确测量人眼像差对指导眼科医生进行屈光矫正手术，提高人眼的成像质量具有重要意义。个体化切削在手术中需要很高的精确性来准确的控制激光切削。因此在波前像差引导的“个体化”角膜屈光手术中，波前像差的精确测量及矫正是至关重要的。
人眼波前像差测量及矫正装置是利用自适应光学原理，对人眼眼底视网膜的波前像差进行精确的测量及矫正的医疗器械。测量过程中用一束半导体激光从瞳孔射入眼内，经人眼眼底散射出的光伴随有人眼的波前像差，用哈特曼传感器测量该像差，并引导可变形反射镜对该像差进行矫正。
在人眼波前像差测量中，除了能对普通眼镜即可以补偿的人眼低阶像差进行测量外，还可以测量出人眼中严重影响视觉质量的多项高阶像差，从而获得比普通验光更精确的测量结果。但对近视、远视度数很大的人眼来说，由于信标点是由半导体激光器经扩束准直光学系统后的一束小口径平行光通过被观察人眼瞳孔后在人眼眼底视网膜形成的亮点，因此人眼像差对眼底信标点的形状和大小有直接影响，由于通过人眼瞳孔的激光束口径小，正常视力的人眼在小口径内像差较小，对眼底信标点的影响小，但屈光不正视力异常的人眼在小口径内的像差对眼底信标点就有明显的影响。对于近视或远视度数很大的人眼来说，信标光射入人眼瞳孔后并不聚焦在人眼视网膜上，而是聚焦在视网膜前方或后方，从人眼眼底散射通过瞳孔射出的光不再是平行光。因此在对该人眼进行波前像差测量时，哈特曼传感器检测到的信号十分微弱，这样会严重影响人眼像差的测量精度。
人眼波前像差矫正过程中，除了能对普通眼镜即可补偿的人眼低阶像差进行矫正外，还可以矫正人眼中严重影响视觉质量的多项高阶像差，从而获得比普通眼镜更好的矫正效果。对于变形反射镜来说，只能矫正较小的离焦量，对离焦量很大的人眼，变形反射镜无法完成矫正。通过实验证明本系统使用的变形反射镜只能对±1.5D以内的离焦量进行矫正，超过此数值的离焦，变形反射镜无法进行矫正。此外，变形反射镜的大部分矫正能力都用来矫正本可用普通眼镜就可以矫正的低阶像差，也是不必要的浪费。如果采取某种补偿措施预先将离焦量矫正掉，本系统所用的变形反射镜的变形量就可以小很多，不但可以提高可变形镜的矫正精度，还可以降低设计和加工难度，从而有利于降低制造成本。
目前国内外已经对上述两种问题进行了初步的解决。在专利“活体人眼视网膜细胞成像仪的预补偿装置”中，采用在人眼托架的近前方设置用于安装补偿人眼的球镜补偿片的固定插槽即插片式补偿法，对人眼的离焦量进行预补偿。该申请号为200420060165.X。以及其他相关专利中使用手动平移台来改变前组调焦透镜和后组调焦透镜之间的距离等方式对人眼波前像差进行预补偿及矫正。但插片式补偿法的补偿精度有限，因为大部分镜片的最小度数为25度。采用手动平台的方法，速度、精度都受到很大限制，同时移动量也很难精确计算。
发明内容
本发明是要提供一种人眼波前像差测量及矫正系统的补偿装置，将精密电控平移台应用于该装置中的调焦系统和离焦补偿系统中，在整个装置中仅通过移动电控平移台就可实现调焦和离焦补偿功能，不需移动装置中的任何其他光学原件，通过调焦系统对视力异常人眼的离焦量进行预补偿，使信标光能精确的聚焦于被测量人眼的视网膜，提高眼底信标点质量，进而提高人眼像差的测量精度；通过使用离焦补偿装置对哈特曼传感器检测出的人眼离焦量进行精密矫正，从而提高可变形反射镜的矫正精度，降低变形反射镜校正时对变形量要求，使仪器设备制造成本降低。
本发明的技术方案如下：
一种人眼波前像差测量及矫正系统的补偿装置，设置在由信标光源、调焦系统、口径匹配系统、离焦补偿系统、根据哈特曼波前传感器测量像差控制并引导变形反射镜对该像差进行矫正的光学自适应系统组成的人眼波前像差测量及矫正系统中，其特点是：调焦系统由扩束透镜、准直透镜和精密电控平移台组成，其中准直透镜固定在精密电控平移台上的可移动端，并与计算机控制系统相连；离焦补偿系统设置在分光镜与可变形反射镜之间，并由一望远系统和精密电控平移台构成，其中精密电控平移台设置在望远系统的两透镜之间，并与计算机控制系统相连。
在离焦补偿系统中精密电控平移台行程为100mm；精密电控平移台上装有四块反射镜，其中两块反射镜固定在精密电控平移台的固定端，另两块反射镜固定在精密电控平移台的可移动端，并随计算机控制的精密电控平移台移动端共同移动，改变两透镜之间的光学距离。
本发明的有益效果是：将精密电控平移台应用于调焦系统和离焦补偿系统中，在整个装置中仅通过移动电控平移台就可实现调焦和离焦补偿功能，不需移动装置中的任何其他光学原件，通过调焦系统对视力异常人眼的离焦量进行预补偿，使信标光能精确的聚焦于被测量人眼的视网膜，提高眼底信标点质量，进而提高人眼像差的测量精度；
使用离焦补偿装置对哈特曼传感器检测出的人眼离焦量进行精密矫正，从而提高可变形反射镜的矫正精度，降低变形反射镜校正时对变形量要求，使仪器设备制造成本降低。电控平移台的加入增加了系统的稳定性，并且操作方便。同时通过计算机控制使平移台的移动精度达到了微米量级，进而大大提高了人眼像差测量和矫正精度。
本发明与现有技术相比有很大的完善；对比插片式的补偿方式，更具有连续性，可以不受限制的对任何大小的离焦量进行矫正；与手动式平移台相比具有精确、速度快、移动量确定等优点。
附图说明
图1是本发明的人眼波前像差测量及矫正系统的光路图；
图2是补偿系统程序控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详述。
如图1所示，人眼波前像差测量及矫正系统，包括由LD半导体激光器构成的信标光源1、调焦系统2、一号反射镜3、分光镜4、被测量人眼5、离焦补偿系统6、可变形反射镜7、二号反射镜8、口径匹配系统9、哈特曼传感器10、计算机11、高压放大器12。
本发明的人眼波前像差测量及矫正系统的补偿装置，设置在由信标光源1、调焦系统2、离焦补偿系统6、根据哈特曼波前传感器10测量像差控制并引导变形反射镜对该像差进行矫正的光学自适应系统组成的人眼波前像差测量及矫正系统中。
(1)调焦系统由扩束透镜L1、准直透镜L2和精密电控平移台组成，该系统可对人眼的离焦量进行预补偿。其中准直透镜L2固定在平移台上的可移动端，并与计算机控制系统11相连，通过控制该平移台对准直透镜进行调焦，进而实现调焦系统的调焦功能，使信标光能准确的聚焦于被测量人眼5的视网膜处，提高人眼5像差的测量精度。
(2)在分光镜4与可变形反射镜7之间加入离焦补偿系统6，该系统由一望远系统和精密电控平移台构成。其中精密平移台设置在望远系统的两透镜L3，L4之间，通过计算机11控制，移动精密精密电控平移台，对被观察人眼的离焦量进行矫正。变形反射镜7仅对人眼像差中除去离焦的其他像差进行矫正，使人眼像差的矫正效果更好、精度更高。同时也大大降低了变形反射镜7矫正单元变形量的要求，使波前校正器的设计、制造和加工更容易，制造成本降低。
(3)在整个装置中仅通过移动电控平移台就可实现被测量人眼的离焦量预补偿和矫正功能。不需移动装置中的任何其他光学原件。通过此方法既可以方便控制又可以增强整个系统的稳定性。同时通过计算机控制使平移台的移动精度达到了微米量级，进而大大提高了人眼像差测量和矫正的精度。
本发明的工作原理(如图1，2所以)：由LD半导体激光器构成的信标光源1发出的信标光，由调焦系统2中的扩束透镜L1和准直透镜L2进行扩束、准直，经一号反射镜3反射后，再经分光镜4反射进入人眼5的瞳孔；被观察人眼5眼底散射的信标光透过分光镜再透过离焦补偿系统6，经变形反射镜反射，通过二号反射镜8反射，再通过口径匹配系统9进入哈特曼波前传感器10，哈特曼传感器10将测得的误差信号送至控制计算机11，通过计算机11观察哈特曼传感器10接收到的信号的图像，即人眼波前像差光斑点阵图。移动调焦系统2中的电控平移台，直到显示器中人眼的光斑点阵图最清晰，然后进行人眼波前像差的测量及矫正。由信标光源1发出的信标光，由调焦系统2，经一号反射镜3反射后，再经分光镜反射入人眼的瞳孔；被观察人眼5眼底散射的信标光透过分光镜再透过离焦补偿系统6，经变形反射镜7反射，通过二号反射镜8反射，再通过口径匹配系统9进入哈特曼波前传感器10，哈特曼传感器10将测得的误差信号送至控制计算机11，计算机11将像差中的离焦量转换成相应的位移量，然后通过计算机11采集卡的开关量输出端向细分电路发出脉冲信号，细分电路就会驱动平移台的步进电机来控制平移台移动，从而对哈特曼波前传感器10测得的离焦量进行矫正。计算机11再将离焦量除外的的其他像差处理成控制信号，控制信号送高压放大器12放大后，施加到变形反射镜7上，从而对人眼的波前像差进行矫正。
在离焦补偿系统6中精密电控平移台行程为100mm。精密电控平移台上装有四块反射镜M1、M2、M3、M4。其中反射镜M1，M2设置在平移台的一端固定不动，将反射镜M3，M4固定在平移台的可移动端，通过计算机11控制反射镜M3，M4随着精密电控平移台的移动端共同移动。从而来改变扩束透镜L1和准直透镜L2之间的光学距离。系统设计中，使用三十二细分电路控制精密电控平移台的步进电机，通过计算机11采集卡向细分电路发出脉冲信号，来控制平移台移动。同时使用VB对采集卡进行编程实现平移台控制。
补偿系统6程序控制过程如图2所示：开始测量，将哈特曼传感器检测出的离焦量转换成相应的位移量，通过计算机控制平移台移动，对检测出的离焦量进行矫正。继续用哈特曼传感器进行检测，如果像差中离焦不为零，继续移动电控平移台，对离焦量进行矫正；如果像差中离焦为零，停止移动电控平移台，退出程序。