[发明专利]成像角膜曲率计光学系统

说明书

技术领域

 本发明属于光学测试仪器领域，涉及一种新型成像角膜曲率计的光学系统。

背景技术

角膜是人眼最重要的屈光介质，约占人眼总屈光力的2/3，准确测量角膜的屈光状态，对于指导角膜接触镜的佩戴，角膜屈光手术以及人工晶体的植入具有重要的意义。

人类对于人眼角膜曲率的测量由来已久。最早，人们曾利用直尺和圆规对人眼角膜的曲率半径进行粗略的测量。直到十八世纪下半叶，科学家们为了研究人眼视物过程中的调节机制开始提出一些精确测量角膜曲率的方法。但是由于时代的限制，这些方法的测量精度有限。

1853年，Hermann Von Helmholtz 设计了一款双像角膜曲率计，较为准确的测量了人眼角膜的曲率。时至今日，已经出现了多种类型的角膜曲率计，但是其基本原理都是源自于Helmholtz 角膜曲率计。根据获得双像对准方法的不同，传统的角膜曲率计分为可变双像法角膜曲率计和固定双像法角膜曲率计。Bausch & Lomb 角膜曲率计是目前应用较为广泛的角膜曲率计，是一种典型的可变双像系统的手动角膜曲率计，其测量精度一般认为是0.25D。此外，手动操作不可避免的引入了主观测量误差，并且对于测试者的操作熟练度要求较高。Orbscan 角膜地形图仪是一款基于光学裂隙扫描原理对角膜进行测量的仪器，其对于角膜曲率的测量精度为0.25D。Pentacam是目前最为先进的测量角膜面型的眼科测量仪器。其实质是：仪器带有的Scheimpflug摄像机围绕角膜中心点旋转拍摄，旋转一周可以得到25000个高度点数据，通过计算机对这些高度点数据进行模拟重建，得到精确的眼前节形态，其测量角膜曲率的精度为0.2D。

上世纪末，随着客观测量人眼波前像差成为可能，波前像差技术成功地应用于眼科临床及其他相关学科、领域，人眼像差的测量精度得到了大幅的提高。2004年，Thibos等人的研究表明，客观方法测量人眼波前像差的精度可以达到0.125D。但，以上各种现有方法的测量精度仍然不能满足对于指导角膜接触镜的佩戴、角膜屈光手术以及人工晶体植入的精度要求。因此，提高角膜曲率的测量精度具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提高角膜曲率的测量精度，提出一种新型成像角膜曲率计光学系统，以便快速、准确的测量角膜前表面的曲率和散光。

本发明提供的新型成像角膜曲率计光学系统包括：环形光标，一次成像系统，半透半反镜，二次成像系统，CCD接收器；此外角膜曲率计还包括校准系统。

所述一次成像系统的光轴与环形光标的光路方向重合，半透半反镜位于一次成像系统的出射光路上且与光路方向成45度角，半透半反镜的反射面朝向被测试者角膜方向，二次成像系统设置在半透半反镜的透射光路上，CCD接收器位于二次成像系统的相面上。

所述校准系统包括角膜曲率计光学系统中的一次成像系统和半透半反镜组，此外在一次成像系统与环形光标之间，靠近一次成像系统的第一片镜处增加另一组半透半反镜组，波长650nm的发光靶标和平凹镜设计而成，校准系统出射平行光，进入眼底，测试过程中，被试者始终注视发光靶标，以避免眼球的晃动造成误差。校准系统独立于角膜曲率计的光学系统，不参与成像。

环形光标经过一次成像系统成像、角膜前表面反射、二次成像系统成像，最终在CCD接收器上成环形像。利用现代图像处理技术分析所成环形像，计算得到被测角膜的曲率半径和散光值。

所述的一次成像系统基于六片式双高斯镜组设计而成，有效焦距为70mm，后工作距为80mm，物像放大率为0.566。一次成像系统的倒数第二面设置为环曲面，用以矫正系统本身的像散；一次成像系统的最后一面设置为非球面，用以矫正系统的球差及其他像差。

所述的二次成像系统基于七片式双高斯镜组设计而成，有效焦距为84mm，物像放大率为0.566；二次成像系统的像距和放大率随着被测角膜曲率的变化而变化，也即光学系统采用外调焦方式进行测量。

对于不同曲率半径的被测角膜，新型成像角膜曲率计采用外调焦的测量方式进行测量。校准系统出射平行光，使测量过程中，光学系统的光轴与被试眼的视轴重合。

设计目标为模拟结果达到：测试范围：5.5mm-11mm，测量精度：在人眼角膜曲率半径平均值7.8mm时达到0.08D。工作波长：850nm，输出功率5mW。环形光标内径4.6mm，外径5mm。角膜前表面测试范围：以角膜顶点为中心的半径1mm~2mm的区域内。像分辨率                                               ： 133lp/mm。