哈特曼人眼色差测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种哈特曼人眼色差测量系统，多波长信标发出的光，经准直镜、合束镜、光阑、分光镜、进入人眼瞳孔；从眼底漫反射的后向散射光通过瞳孔，经过分光镜、调焦系统、口径匹配系统、滤波器，各波长光分别进入相应的哈特曼波前传感器，哈特曼波前传感器的CCD将采集到的波前数据传输到计算机。计算机根据测得的波前数据，将其转换为泽尼克多项式，通过各波长的泽尼克多项式系数第四项离焦项计算人眼轴向色差；通过哈特曼波前传感器的每一个微透(或棱)镜阵列的各波长位置偏差，计算对应人眼瞳孔位置的局部横向色差。本发明专利技术实现了在同时测量人眼横向色差与轴向色差的前提下，避免了人眼微快速扫视等视网膜抖动和动态像差对色差数据的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及人眼色差测量的
，具体涉及一种哈特曼人眼色差测量系统。
技术介绍
人类的眼睛结构复杂，它的成像系统主要由角膜、前房、虹膜、晶状体和玻璃体组成。每一部分的屈光程度不一样，而大多数情况我们希望研究的眼底视网膜却在人眼的成像系统之后。多波长光经过这一透光系统进入眼底视网膜的过程，必然伴随色差的产生，有研究表明，角膜的不规则是横向色差产生的主要原因。换言之，无论是希望进行多波长的眼底视网膜成像，还是白内障复明手术所需要的人工晶体(IOL)眼的评价，还有其他术前、术后眼的色差评估都可能要对人眼色差进行测量、校正和补偿。因此，研究人眼色差的测量有极其重大的意义，是视网膜成像质量提高和白内障患者在可见光下清晰视物的重要前提。由几何光学的知识，可以将人眼色差可以分为轴向色差和横向色差。轴向色差(LongitudinalorAxialChromaticAberration)简称LCA，描述两种色光对轴上物点成像位置的差异，造成视网膜成像的离焦；横向色差(TransverseorLateralChromaticAberration)简称TCA，主要是由人眼光学系统本身色散性质造成，在视网膜成像中表现为图像放大率的不同和空间位移的改变(见图1)。若将人眼由角膜、前房、虹膜、晶状体和玻璃体组成的成像系统，看成一个透镜组合系统，又由于物方为实物，物方色差为0，可以定义轴上色差为(几何光学、像差、光学设计，李晓彤，岑兆丰，范世福，2012年12月第二版)：δlch,k′=1nK′uK2ΣcI]]>其中ΣC1为初级轴上色差系数，也定义为第一色差和数；n′k为不同组成部分的折射率，uk则为每一部分的视场角。类似的，横向色差可以定义为：δych′=-1nK′uK′ΣcII]]>其中ΣCΠ为初级横向色差系数，也定义为第二色差和数。从横向色差的公式可以看出，初级横向色差仅与视场的一次方成比例，表明光学系统在视场不大时，就会有横向色差的有害影响。单色球面波(或平面波)经过光学系统后，将由于像差而发生变形。如果物方球面波时复色的，那么各色波面经系统后，将因各自像差的不同而又不同程度的变形。而不同波长的两光波面间的偏离量，可用来表征色差，称之为波色差。按照习惯，轴向色差一般用光焦度作为单位，而横向色差则采用角度作为单位。从二十世纪40年代开始，已经有人开展了人眼色差测量的研究，GeorgeWald等人采用光谱细孔屈光镜测量得到14只人眼在365nm至750nm波段的LCA为3.2D(GeorgeWald,DonaldR,Griffin.May1947,Vol.37,No.5：321～336)。一直到今天，色差测量的研究从未停止过，色差测量的方法可分为直接测量法和间接测量法，其中直接测量法由主观测量发展为更为准确、快捷的客观测量，而间接测量法则通过软件建立模拟人眼进行仿真研究。若按照色差种类划分，也就是分为轴向色差和横向色差。轴向色差随着哈特曼人眼像差技术的发展实现了测量，通过将不同波长光的泽尼克多项式第四离焦项系数相减可得轴向色差。2008年，SilvestreManzanera等人采用哈特曼波前传感器对人眼LCA进行了客观测量。(Awavelengthtunablewavefrontsensorforthehumaneye.SilvestreManzanera,CarmenCanovas,PedroM.Prieto.etal.OPTICSEXPRESS.26May2008.Vol.16,No.11：7748～7755)该方法具体采用了一个Xe白光灯和一个用于波长选择的干涉滤波器作为光源，一台哈特曼波前传感器用于人眼波前信息的采集，再采用一个可动变焦模块适应波长改变焦距的调整。该研究方法没有实现人眼横向色差的测量。对于横向色差的测量，1987年，YoumayU.Ogboso和HaroldE.Bedell通过双色视标法从主观上测量横向色差(Magnitudeoflateralchromaticaberrationacrosstheretinaofthehumaneye.YoumayU.Ogboso,HaroldE.Bedell.OpticalSocietyofAmerica.1987.August.Vol.4,No.8.1666～1672)。2012年，WolfM.Harmening通过不同波长光的眼底成像图之间的偏移量，客观测量横向色差，并与主观方法做了比较，验证了准确性。(Measurementandcorrectionoftransversechromaticoffsetsformulti-wavelengthretinalmicroscopyinthelivingeye.WolfM.Harmening,PavanTiruveedhula,AustinRoorda.BIOMEDICALOPTICSEXPRESS.2012september.Vol.3,No.9.2066～2077)2013年，饶丰等人在其专利(基于哈特曼传感器的人眼色差测量装置，授权公告号：CN103230254A)中提出了另一种采用哈特曼测量人眼色差的方法，可分时测量人眼的横向色差与轴向色差。该方法采用交替发光的单色光光源，通过一台哈特曼波前传感器分时测量每一波长的波前信息，再通过计算得到人眼的色差。该方法有不足之处：1、在实际的哈特曼单色相差测量中，固视状态下，活体人眼自身不可避免的有震颤tremor、微快速扫视microsaccade、和偏移drift的存在(RalfEngbert,ReinholdKliegl.VisionResearch.432003：1035–1045)，这些视网膜抖动使得瞳孔对应的微透(或棱)镜上光线发生变化，有可能影响横向色差的准确性，必须予以考虑。在这些固视视网膜抖动中，不规则的、高频率(50～100Hz)的震颤幅度极小，约为视锥细胞直径大小，仅约20秒视角；微快速扫视速度约每秒几分视角；由大量震颤运动构成的偏移可达6分视角，是缓慢的曲线运动。可知微快速扫视是造成视网膜抖动的主要原因。与此同时，人眼内在的像差的动态变化也给测量带来影响。2、由于哈特曼的量程限制，对于屈光不正的人眼可能无法实现完美的视网膜聚焦，造成测量结果不准确。
技术实现思路
本专利技术克服了目前哈特曼色差测量系统的不足，提供一种基于哈特曼波前传感器的人眼色差测量系统，是一种人眼横向色差与轴向色差可同时测量的光学仪器，旨在实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
哈特曼人眼色差测量系统，其特征在于：包括可预调焦的可见光或近红外光信标，光阑(7)，第一分光镜(8)，活体人眼(9)，调焦系统(10)，第二分光镜(11)，口径匹配系统(12)，第一滤波器(13)，第二滤波器(15)，第二反射镜(17)，三个哈特曼波前传感器(14、16、18)，观察目标系统(19)和计算机(20)组成；可预调焦的可见光或近红外光信标包括第一波长信标(1)，第二波长信标(3)，第三波长信标(5)，第一反射镜(2)，第一合束镜(4)和第二合束镜(6)；三个哈特曼波前传感器(14、16、18)为第一哈特曼波前传感器(14)，第二哈特曼波前传感器(16)和第三哈特曼波前传感器(18)；可见光或近红外光三波长信标的第一波长信标(1)发出信标光，信标光预先准直后，经第一反射镜(2)反射后再经第一合束镜(4)透射到达第二合束镜(6)后被第二合束镜(6)反射，可见光或近红外光三波长信标的第二波长信标(3)发出信标光，信标光预先准直后，经第一合束镜(4)反射后到达第二合束镜(6)后被第二合束镜(6)反射，可见光或近红外光三波长信标的第三波长信标(5)发出信标光，信标光预先准直后，经第二合束镜(6)透射，该第二合束镜(6)将三束光波汇聚成一束不相干的离散光，经光阑(7)、第一分光镜(8)反射进入人眼(9)瞳孔；人眼(9)眼底视网膜漫反射的后向散射光，通过第一分光镜(8)、调焦系统(10)、第二分光镜(11)，经口径匹配系统(12)，第一滤波器(13)选择出第一波长光透射进入第一哈特曼波前传感器(14)，同理，由第一滤波器(13)反射的剩余的两束光，经第二滤波器(15)选择出第二波长光反射到第二哈特曼波前传感器(16)，最后一束光透过第二滤波器(15)由第二反射镜(17)反射，进入第三哈特曼波前传感器(18)，三个哈特曼波前传感器(14、16、18)将采集到的光斑图像送至计算机(20)，计算机(20)根据测得的三波长人眼波相差经控制软件转化为泽尼克多项式，通过各波长泽尼克多项式系数第四项(即离焦)之差计算人眼轴向色差；通过各波长在相应哈特曼波前传感器的每一微透镜或棱镜或某几个微透镜或棱镜区域的位置偏差，计算对应瞳孔位置的局部横向色差；通过改变观察目标系统(19)的位置，让人眼(9)主动进行眼球的转动，从而改变视轴与测量轴的角度，用于测量不同视轴角度下的人眼(9)色差；通过前后移动调焦系统(10)，配合观察目标系统(19)进行测量前的调焦。...

【技术特征摘要】
1.哈特曼人眼色差测量系统，其特征在于：包括可预调焦的可见光或近红外光信标，
光阑(7)，第一分光镜(8)，活体人眼(9)，调焦系统(10)，第二分光镜(11)，口径匹配
系统(12)，第一滤波器(13)，第二滤波器(15)，第二反射镜(17)，三个哈特曼波前传感
器(14、16、18)，观察目标系统(19)和计算机(20)组成；可预调焦的可见光或近红外
光信标包括第一波长信标(1)，第二波长信标(3)，第三波长信标(5)，第一反射镜(2)，
第一合束镜(4)和第二合束镜(6)；三个哈特曼波前传感器(14、16、18)为第一哈特曼
波前传感器(14)，第二哈特曼波前传感器(16)和第三哈特曼波前传感器(18)；
可见光或近红外光三波长信标的第一波长信标(1)发出信标光，信标光预先准直后，
经第一反射镜(2)反射后再经第一合束镜(4)透射到达第二合束镜(6)后被第二合束镜
(6)反射，可见光或近红外光三波长信标的第二波长信标(3)发出信标光，信标光预先准
直后，经第一合束镜(4)反射后到达第二合束镜(6)后被第二合束镜(6)反射，可见光
或近红外光三波长信标的第三波长信标(5)发出信标光，信标光预先准直后，经第二合束
镜(6)透射，该第二合束镜(6)将三束光波汇聚成一束不相干的离散光，经光阑(7)、第
一分光镜(8)反射进入人眼(9)瞳孔；人眼(9)眼底视网膜漫反射的后向散射光，通过
第一分光镜(8)、调焦系统(10)、第二分光镜(11)，经口径匹配系统(12)，第一滤波器
(13)选择出第一波长光透射进入第一哈特曼波前传感器(14)，同理，由第一滤波器(13)
反射的剩余的两束光，经第二滤波器(15)选择出第二波长光反射到第二哈特曼波前传感器
(16)，最后一束光透过第二滤波器(15)由第二反射镜(17)反射，进入第三哈特曼波前<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雨东，邓杨春，戴云，赵军磊，康健，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51