立体折光仪的制作方法
专利名称：立体折光仪的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及人眼的光学测量领域。更具体地说，本发明涉及用于观察和测量眼睛或配有视力矫正装置如接触透镜或眼内透镜的眼睛的折光偏差和/或光学均匀性的立体分布的装置。
条纹照相(Schlieren)技术已广泛用于光学表面的检测。从本质上讲，条纹照相技术涉及通过阻挡或调整光线而检测光线的位移。光线的阻挡或调整可通过在光线会聚的任一平面置入屏蔽板而完成，该光线或者从被测光学表面通过，或者从其上反射。条纹照相技术的一种型式是傅科(Foucault)刀口检验。
在一种简单情况下，傅科检验涉及将一刀口置于观察者和待检验透镜之间。配置一个受照狭缝，使来自狭缝的光通过透镜，并由刀口改向。观察者由发暗区域来检测透镜的不规则性。基于傅科刀口检验的仪器已用于评价大直径望远镜的光学偏差。
业已提出用基于傅科检验的光学方法来评价人眼。例如，F.Berny和S.Slansky详述了一种涉及在视网膜上成像的狭缝光源的技术(OpticalInstrumentsandTechniques，P375-386)。将一个刀口置于人眼和检测装置(例如照相机)之间。经过眼睛晶状体从视网膜图像上射出的光线由刀口改向，从而在眼睛晶状体中产生波前扭曲的尺寸图。尽管该参考文献详述了一种测量人眼偏差的实验技术，但并未公开用来产生眼睛的不同折光偏差的图像的仪器。
使用称为“眼膜曲率器”的手持仪器的、通称为视网膜镜检法的临床技术也运用傅科原理。在使用眼膜曲率器时，使用傅科针孔代替傅科刀口。眼膜曲率器使用与观察孔同轴的光点或光条纹，该孔充当傅科针孔。通过扫描经过眼睛瞳孔的仪器光线可测定眼睛的总体平均放大率。来自视网膜的反射光(视网膜反射光)的相对移位用来推定眼睛的总体折光偏差。使用眼膜曲率器的测定涉及使用矫正透镜以抵消眼睛的折光偏差。因为该眼膜曲率器是手持的，所以其使用要求熟练者，而且包含一定程度的操作者误差。此外，它仅能得到折光偏差的平均总体测量值。
在F.Berny和S.Slansky的题为“WavefrontDeterminationResultingfromFoucaultTestasAppliedtotheHumanEyeandVisualInstruments”(Dickson，J.H.OpticalInstrumentsandTechniques，1969)的参考文献中，公开了一种计算人眼的波前轮廓的仪器。当该仪器使用傅科刀口时，与绝对放大率测定相反，其目的是测定放大率变化。此外，未提供固定或专用光源以使患者能聚焦并使眼睛移动降至最小。
业已使用自动折光仪来测定单个透镜的总体折光偏差。然而自动折光仪不能产生图像，尤其是具有大致均匀折光偏差的眼睛区域的图像。因此，尽管自动折光仪可降低操作者误差，但不能提供眼睛的折光偏差的立体分布图像。
因此，需要一种更准确精密的装置来测定人眼的折光能力。还需要一种对操作者技能具有最低要求的折光仪。此外还需要一种与提供平均总体放大率测量相反，能通过提供不同区域眼睛的折光偏差的图像而提供立体折光偏差分布的折光仪。
本发明的一个目的是提供一种能测量和/或显示代表人眼不同区域的折光偏差的图像的仪器。
本发明的另一个目的是提供一种能测量和/或显示代表配有视力矫正装置如接触透镜或眼内透镜的人眼不同区域折光偏差的图像的仪器。
本发明的又一目的是提供一种在眼膜曲率器的操作中有用的仪器，该仪器相对于手持眼膜曲率器来说准确性和/或精密度得到提高。
本发明的再一目的是提供一种能在折光外科手术过程中提供快速折光偏差测量和/或图像显示的仪器。
本发明的还一目的是提供在评价水合软接触透镜与人眼的适应性中有用的仪器。
本发明是能提供眼睛或配有矫正透镜，特别是接触透镜的眼睛的折光偏差分布的图像的仪器。该仪器包括一个将源光通过一个源孔发射到一个物镜上的光源。物镜使源光射向患者眼睛，并接收从眼睛反射的观测光。该仪器还包括一个观测孔，透过物镜的观测光通过该孔到达一观测点上。优选的是将光源，源孔和观测孔固定到一个可相对于物镜移动的坚固辅助装置上。
在对配有接触透镜的眼睛进行测试时，当由光源发射出的光通过源孔时操作仪器。一部分光透过物镜射到眼睛的矫正透镜上，通过眼睛照射到视网膜上。从视网膜反射的观测光通过眼睛，矫正透镜和物镜传送回来。透过物镜的一部分观测光被扫描孔挡住，从而产生傅科图像，该图像由使用者观测到和/或送入记录装置以便以后观测。
在一个优选实施方案中，该仪器包括一个用来产生并发射固定光到眼睛的装置。该固定光提供了一个眼睛可聚焦于其上的图像。优选的是固定光程与源光程一致。
在另一优选实施方案中，从扫描狭缝透过的光到达照相机，照相机产生图像信号并将其传送到监测器。该监测器显示用来评价眼睛或眼睛/矫正透镜的偏差的图像。任选的是信号可由监测器产生，并传送到录像器上供记录和以后的检索。
图1为本发明的折光偏差测量仪器的一个实施方案的示意图。
图2和3从立体折光仪的观测孔来说明图像。
图4为本发明的折光偏差测量仪器的另一实施方案的示意图。
参照图1，它显示了本发明立体折光仪10的一个实施方案的示意图。在操作中，光源12发射出光，该光首先经过过滤器14，然后经过源孔16。从源孔出来的一部分光经第一光束分离器18反射到第二光束分离器20上，而剩余的大部分光穿过第一光束分离器18。进入第二光束分离器的一部分光穿过物镜22，而剩余的大部分光反射掉。穿过物镜22的光进入待检测的眼睛28，如果眼睛上配有矫正透镜30，则光任选通过该透镜。
进入眼睛28的一部分光照射到视网膜上并经眼睛28反射回来，任选再经过矫正透镜30。反射光在到达扫描孔32之前穿过物镜22，第二光束分离器20，和第一光束分离器18。通过扫描孔32的光由照相机34检测，从而产生图像信号。图像信号经信号线36传送到监测器38，使图像显示以供评价。监测器38将图像信号经信号线40传送到录像器42供记录和贮存。
图1说明了本发明的一个优选实施方案，其中，使用了固定光。固定光源25经固定面26中的固定孔发射光。固定光然后到达反射镜24并反射到第二光束分离器20上。一部分固定光从光束分离器20反射到患者眼睛上，而剩余的光无用。使用固定光源使得患者可聚焦在一图像上，从而使眼睛保持在基本不动的位置和基本一致的形状。因此，在同时使用该仪器的其他部分时，固定光照射到眼睛上，从而得到眼睛的立体折光偏差图像。
该仪器包括一个用来调整光学放大率以轻易改变眼睛的折光偏差图像的装置。改变该仪器放大率的一种方法是提供各种各样的具有不同放大率的物镜。这些透镜可以互换，以改变该仪器的放大率。在一个优选实施方案中，将光源12，源孔16和观测孔32固定到一个可相对于物镜22移动的坚固辅助装置11上以改变该仪器的放大率。
改变折光仪的光学放大率的另一方法是在该装置内使某些部件相互间移动。例如，为了使用上述图1实施方案测定眼睛特定区域的折光偏差，辅助装置11轴向移动，即沿朝向或远离物镜22的方向移动，直到发现平衡视场。平衡视场表明在狭缝平面形成了双程图像，即达到了反转点或平衡点。观测者实际上在放大率被抵消的区域看到了明亮区，而在放大率未被抵消的区域看到了黑暗区。抵消区的放大率可由光源到物镜的距离和物镜的放大率计算出，即区域放大率[折光度]=焦点的位移(光从光源到物镜移动的距离)[米]/(物镜焦距)2[米2]。
辅助装置11的优选构造是使源光从源孔16移到物镜22的距离基本上与观测光从物镜22移到观测孔32的距离相同。更优选的是以较长距离为准这两个距离的改变不大于1%。最优选的是这两个距离相等。
光源12的波长可在可见光到红外光间变动，即约500-约1400纳米(nm)。光源优选具有较窄的带宽和小于约650nm的中央波长。光强应低于视网膜上的最大允许照射(MPE)。美国国家标准协会的标准Z-136.1(1976)将MPE规定为小于2.92J/cm2。光源的亮度优选小于约32烛光/平方厘米(cd/cm2)。
位于光源12和光源狭缝16之间的过滤器14起限制来自散射光源的光的波长范围的作用。过滤器14优选提供波长约600nm至约700nm的光。这一波长的光是优选的，因为它落在CCD相机感度范围的中部，同时又基本上处于人眼的峰值感度之外。因此，尽管CCD相机在该范围能很好地检测光线，但患者不会感到大的不适。
位于过滤器14和第一光束分离器18间的源孔16起以狭缝形式产生光像，从而使傅科图像能够产生的作用。这里使用的术语“孔隙”指在一个能改变从其中通过的光线的表面上的通孔。因此孔隙包括小孔(如“针孔”)，狭缝，“刀口”等。该孔隙优选为具有基本一致的宽度的狭缝。减少狭缝宽度有利地增加了仪器的感度，但还减少了图像的强度。各孔(即源孔16，观测孔32和固定孔24)的宽度优选低于约0.2mm。更优选源孔16和观测孔32的宽度基本相同。
在另一实施方案中，光源12和源孔16组合在一个光产生和改变装置中。例如，可使用细丝灯来产生基本等同于经过狭缝的分离光源的光线。
位于源孔16和物镜22之间的光产生通道内的光束分离器18和20起使源光程和固定光程重合的作用。第一光束分离器18对准观测光程，而第二光束分离器20对准固定光程。固定光允许患者聚焦于与观测光程共轴的一个点上。因此，固定光程和源光程优选重合在一起。这些光束分离器可从各种各样的商售的立方体(cube)或镜式光束分离器中选择。光透射率优选大于约70%。
物镜22和观测孔32之间的距离，即焦距f′可为约50-约250mm。焦距f′优选约100-约150mm。物镜22的口径优选至少8mm，更优选大于约15mm。
物镜22和眼睛或眼睛/矫正装置组合间的距离f优选至少约100-200mm。该距离允许该仪器被移动而不触及患者。
将一部分来自固定光源25的光反射到第二光束分离器20上的反射镜24可选自各种各样的商业平板镜。优选的是该镜的第一表面涂层具有单波长表面精度。
接收从反射镜24反射来的光线并将光线反射回反射镜24的固定表面26用来为患者提供可聚焦于其上的可见目标。因此，固定表面26有一个穿透的小孔。目标图像优选与源光程及观测光程共轴。
立体折光仪10的检测装置优选包括与监测器38具有信号传递关系的照相机34，而监测器38又与录像器42具有信号传递关系。显然，对于该体系来说并不是所有部件都要求起作用。例如在一个设计用于预记录信息的后续分析的体系中，照相机可单独与录像器相连。换句话说，照相机可直接将信号传至计算机，此时的输出可以是由处理图像信号的各种软件控制的数字式或图式显示。
该检测装置优选包括最小照度低于0.02勒克司(lux)的CCD照相机，以适当地检测通过该仪器的低光度。更优选该相机为带有图像增大器的高分辨CCD相机，以达到约10-6lux的最小照度。相机透镜的焦距优选大于约25mm，F指数低于2.8。更优选焦距为36-75mm，F指数为约1.2。尽管监测器和录像器可广泛选自于各种各样的商售仪器，但监测器优选具有高分辨率，即大于约500垂直线。
现在参照图2和图3，提供了来自立体折光仪的观测孔的潜像。图2描绘的是当源孔68(见图1)与观测孔66共轴时从观测孔看到的图像，而图3描绘的是观测孔66位于源孔68右侧时的情况。在图2，中从近视仪器观察到的图像60与从远视仪器观察到的图像64很相似，即都产生明亮而狭窄的图像。然而，当调节该仪器放大率达到平衡时，图像62模糊且宽阔。在图3中，很明显将观测孔设置在偏离源像中心对于区分近视和远视仪器位置很有利。近视图像70的较亮区出现在观测孔76的对侧，而远视图像74的较亮区出现在观测孔76的邻侧。相反，当该仪器调到平衡点时，在图3中图像72得到平衡且变暗。
应当注意，图2和图3均涉及对折光偏差均匀的眼睛的评价。当患者眼睛中存在折光偏差立体分布时，将出现更斑驳的阴影图案。暗度均一或亮度均一的区域对应于折光偏差基本相同的区域。
现在参照图4，它以图解形式表示了立体折光仪的部件的另一排列方式。在操作中，光源52发射出指向反射镜54的光。反射镜54将光线反射到源孔56。一部分照射到源孔56的光通过源孔56照射到反射镜60上。反射镜60将光线反射到投影透镜62上。投影透镜62将光线聚焦到可调观测孔64上。一部分经过观测孔64的光线由第一光束分离器66反射到待评价的眼睛68。
进入眼睛68的一部分光照射到视网膜上，并反射出眼睛68。一部分从眼睛68出来的光线通过光束分离器66和物镜70而照射到第二光束分离器72上。一部分该光线通过光束分离器72到达扫描孔78并通过扫描孔78照射到照相机80上。
如图4所示，折光仪优选包括一个允许患者眼睛凝视或聚焦的装置，以便能得到更准确的读数。在图4中，固定光源77通过固定表面76上的固定孔投射光线。一部分固定光传到反射镜74上，反射到光束分离器72，由光束分离器72通过物镜70和光束分离器66反射到眼睛68上。在该方法中，在使用立体折光仪测定折光偏差时固定光允许患者聚焦并保持眼睛基本静止。
图4的立体折光仪50的放大率可以按与图1的立体折光仪相似的方式调节。为改变放大率，辅助装置51可朝向和远离折光仪50的剩余部件移动。辅助装置51包括源孔56和观测孔78。辅助装置51优选还包括反射镜54，光源52和照相机80。
读者将能认识到这一新型立体折光仪的部件可以有各种各样的排列。然而，该立体折光仪将具有某些基本部件，这些部件使该仪器能对眼睛的折光偏差分布或配有视力矫正装置的眼睛的折光偏差提供观察和/或测量。该立体折光仪将包括(a)一个光源，该光源能产生射向(b)一个光线调整装置的源光。光线调整装置位于光源和(c)一个物镜之间的光程中。
该折光仪进一步包括一个位于由被观测眼睛出发的一束观测光的光程中的透镜。该透镜可与物镜相同，或可以是第二透镜。该折光仪还包括(d)第二光线调整装置，该装置优选位于接收观测光束的透镜和观测光束光源，即被观测眼睛(或折光仪的观测孔)之间。最后，该折光仪包括一个用来调节该仪器的光学放大率的装置。在一个优选实施方案中，光线调整装置均为狭窄孔，尤其是狭缝。
这里所公开的仪器在评价人眼的光学缺陷，变形或偏差上有用。该仪器尤其有用于评价配有视力矫正装置如接触透镜或眼内透镜的眼睛的光学特性。此外，该仪器在折光外科手术过程中的眼睛光学特性的快速评价中有用。
前面的公开将使本领域的普通熟练者能实施本发明。为了更好地使读者了解其具体实施方案及优点，建议参照如下实施例。
实施例Ⅰ按图4所述制造用于测量眼睛表面特性的立体折光仪。观测孔宽度为0.100mm。用该仪器检查人眼。该折光仪产生的感度低于0.25折光度。
感度定义为通过折光仪观测到的阴影的镜像反转可用肉眼检测到时的折光度值。因此，感度是通过用肉眼比较立体折光仪在不同折光度设置下，即不同放大率下产生的图像中的阴影而主观确定的。放大率设置从阴影反转肉眼可分辨的放大率设置改变到阴影反转不能再由肉眼分辨的放大率设置。肉眼可分辨反转时的最低放大率设置差异就是感度。
放大率通过将照明/观测孔辅助装置(图4的辅助装置51)移向或移离眼睛而调节。为了调节图像的光学对中，观测孔以垂直于由照相机和眼睛所限定的直线的方向移动，而相机静止不动。
实施例Ⅱ将实施例Ⅰ的折光仪的观测狭缝变为0.200mm。当检查人眼时该折光仪产生约0.25折光度的感度。
实施例Ⅲ将实施例Ⅰ的折光仪的观测狭缝变为0.500mm。当检查人眼时该折光仪产生约0.50折光度的感度。
实施例Ⅳ将实施例Ⅰ的折光仪的观测狭缝变为刀口。当检查人眼时该折光仪产生约0.75折光度的感度。
实施例Ⅴ使用实施例Ⅰ的折光仪(0.100mm观测孔)来测量“模拟眼”(即，aSchematicEye，1994分类号BC2174，可由位于SouthBend，Indiana的Bernell公司购买)。当检查模拟眼时该折光仪产生低于约0.1折光度的感度。
实施例Ⅵ使用实施例Ⅱ的折光仪(0.200mm观测孔)测量模拟眼。该折光仪产生低于约0.1折光度的感度。
实施例Ⅶ使用实施例Ⅲ的折光仪(0.500mm观测孔)测量模拟眼。该折光仪产生低于约0.1折光度的感度。
实施例Ⅷ使用实施例Ⅳ的折光仪(观测孔为刀口)测量模拟眼。该折光仪产生低于约0.1折光度的感度。表1总结了实施例Ⅰ-Ⅷ的结果。
表1狭缝宽度0.100mm0.200mm0.500mm刀口人眼感度<0.250.250.500.75(折光度)模拟眼感度<0.1<0.1<0.1<0.1(折光度)
实施例Ⅴ-Ⅷ表明在模拟眼试验中感度基本不随狭缝宽度而改变。然而，实施例Ⅰ-Ⅳ令人惊奇地表明，狭缝宽度的增加会降低用于人眼的立体折光仪的感度。此外，对于人眼观测，所有狭缝宽度都表现出比刀口好的感度。
为了使读者无需更多试验就能实施本发明，本发明业已参照某些优选实施方案得到详细描述。然而，本领域的普通熟练者很容易认识到前面的公开中有许多可在不背离本发明的范围和要旨的情况下作某种程度的变更或修改。因此，本发明的知识产权仅由如下权利要求所限定。
权利要求
1.一种观察和/或测量眼睛的折光偏差分布，或配有视力矫正装置的眼睛的折光偏差的仪器，该仪器包括(a)一个光源，该光源能产生源光，该源光射向(b)一个光线调整装置，该装置位于所述光源和一个物镜之间的光程中，并能调整所述源光以产生一个光点或狭窄源光束，该光点或光束射向(c)所述物镜，该物镜能接收和透射所述源光光束，并能接收和透射观测光束，该观测光束朝向(d)一个第二光线调整装置，该装置位于所述物镜和一个观察孔之间的光程中，能调整所述观测光以产生一个射向所述观测孔的光点或狭窄源光束；和(e)一个调整所述仪器的光学放大率的装置，这样，所述仪器能产生确定折光偏差基本一致的区域的人眼图像。
2.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于所述放大率调整装置包括一个可相对于所述物镜移动的辅助装置，该辅助装置包括装于坚固支座上的所述光源和所述第一和第二光线调整装置。
3.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于所述放大率调整装置包括一套可互换物镜。
4.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于所述第一和第二光线调整装置为选自狭缝，孔和刀口的孔隙。
5.根据权利要求4所述的一种仪器，其特征在于所述第一和第二光线调整装置为狭缝。
6.根据权利要求5所述的一种仪器，其特征在于所述狭缝的缝宽低于约0.2mm。
7.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于它进一步包括一个产生朝向所述眼睛的固定光的装置，所述固定光为所述眼睛提供一个聚焦点。
8.根据权利要求7所述的一种仪器，其特征在于它进一步包括一个使所述源光和所述固定光的光程基本重合的装置。
9.根据权利要求8所述的一种仪器，其特征在于所述用于重合所述光程的装置包括第一和第二光束分离器，所述第一光束分离器位于所述第一光线调整装置和所述物镜之间，而所述第二光束分离器位于所述第一光束分离器和所述物镜之间。
10.根据权利要求9所述的一种仪器，其特征在于所述固定光装置包括(a)位于所述源光光程中的所述第二光束分离器；(b)一个固定光源；(c)一个带有孔隙的固定表面，该表面位于所述源光光程外部，并处于所述固定光和一个反射镜之间；和(d)所述反射镜，它位于所述源光光程外部，并处于所述固定表面和所述第二光束分离器之间，这样，所述固定光源能发射固定光，使之通过所述孔隙到达所述反射镜，所述固定光能从所述反射镜反射到所述第二光束分离器上，并由所述第二光束分离器反射到所述眼睛。
11.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于它进一步包括一个能接收并显示所述观测光的显示装置。
12.根据权利要求11所述的一种仪器，其特征在于所述显示装置包括一个与监测器具有信号传递关系的照相机，而所述监测器能显示由眼睛反射来的光线的图像。
13.根据权利要求11所述的一种仪器，其特征在于它进一步包括一个与所述照相机有信号接收关系的录像器，该录像器能记录由所述照相机传送的图像。
14.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于它进一步包括一过滤器，该过滤器能挡住某些波长的光并允许预定波长的光通过，位于所述光源和所述第一光线调整装置之间。
15.根据权利要求14所述的一种仪器，其特征在于所述过滤器透射约600-700nm波长的光。
16.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于所述第一光线调整装置和所述物镜之间的距离与所述第二光线调整装置和所述物镜之间的距离基本相同。
17.根据权利要求16所述的一种仪器，其特征在于所述光线调整装置和所述物镜之间的所述距离为约50-约250nm。
18.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于所述调整放大率的装置包括一套放大率不同的可互换物镜。
19.一种测量眼睛或配有视力矫正装置的眼睛某一区域的折光偏差的方法，该方法包括如下步骤(a)产生一束光，其光源选自点光源或狭缝光源；(b)使所述光通过一物镜和所述眼睛，由此使光照射到所述眼睛的视网膜上并由所述眼睛反射出来，再经过所述物镜；(c)通过相对于所述眼睛轴向移动其上具有狭缝的光线调整装置而调整所述反射光，由此产生一平衡视场；和(d)检测眼睛的至少一个光线通过的区域的折光偏差，所述测定值为光由所述物镜传播到所述调整装置的距离和所述物镜放大率的函数。
20.根据权利要求19所述的一种方法，其特征在于它进一步包括如下一步提供朝向所述眼睛的固定光源，由此允许所述眼睛聚焦于所述固定光源上。
21.一种观察和/或测量眼睛的折光偏差分布或配有视力矫正装置的眼睛的折光偏差的仪器，该仪器包括(a)一个光源，它能产生源光，该源光射向(b)一个光线调整装置，该装置位于所述光源和一个投影透镜之间的光程中，且能调整所述源光以产生一个光点或狭窄源光束，该光点或光束朝向(c)所述投影透镜，它能接收所述源光束并将其透射到一个待观测物体上，(d)一个物镜，它能接收来源于待观测物体的观测光束并将所述观测光束透射到(e)一个第二光线调整装置上，该装置位于所述物镜和一个观测孔之间的光程中，能调整所述观测光以产生一个朝向所述观测孔的光点或狭窄源光束；和(f)一个调节所述仪器光学放大率的装置，这样，所述仪器能产生确定折光偏差基本一致的区域的人眼图像。
22.根据权利要求21所述的一种仪器，其特征在于所述光线调整装置为狭缝。
23.根据权利要求22所述的一种仪器，其特征在于所述狭缝的宽度小于约0.2mm。
全文摘要
公开了一种用来测量眼睛的折光偏差或配有矫正装置的眼睛的折光偏差的仪器和方法。该仪器在评价配有接触透镜的眼睛的折光偏差中尤其有用。该仪器还在折光外科手术中快速评价眼睛的折光偏差中有用。
文档编号G01M11/02GK1109729SQ95101168
公开日1995年10月11日 申请日期1995年1月11日 优先权日1994年1月12日
发明者R·E·佩耀, S·D·佩耀, M·叶, X·X·张 申请人:希巴-盖吉股份公司
技术领域：
本发明总的涉及人眼的光学测量领域。更具体地说，本发明涉及用于观察和测量眼睛或配有视力矫正装置如接触透镜或眼内透镜的眼睛的折光偏差和/或光学均匀性的立体分布的装置。
条纹照相(Schlieren)技术已广泛用于光学表面的检测。从本质上讲，条纹照相技术涉及通过阻挡或调整光线而检测光线的位移。光线的阻挡或调整可通过在光线会聚的任一平面置入屏蔽板而完成，该光线或者从被测光学表面通过，或者从其上反射。条纹照相技术的一种型式是傅科(Foucault)刀口检验。
在一种简单情况下，傅科检验涉及将一刀口置于观察者和待检验透镜之间。配置一个受照狭缝，使来自狭缝的光通过透镜，并由刀口改向。观察者由发暗区域来检测透镜的不规则性。基于傅科刀口检验的仪器已用于评价大直径望远镜的光学偏差。
业已提出用基于傅科检验的光学方法来评价人眼。例如，F.Berny和S.Slansky详述了一种涉及在视网膜上成像的狭缝光源的技术(OpticalInstrumentsandTechniques，P375-386)。将一个刀口置于人眼和检测装置(例如照相机)之间。经过眼睛晶状体从视网膜图像上射出的光线由刀口改向，从而在眼睛晶状体中产生波前扭曲的尺寸图。尽管该参考文献详述了一种测量人眼偏差的实验技术，但并未公开用来产生眼睛的不同折光偏差的图像的仪器。
使用称为“眼膜曲率器”的手持仪器的、通称为视网膜镜检法的临床技术也运用傅科原理。在使用眼膜曲率器时，使用傅科针孔代替傅科刀口。眼膜曲率器使用与观察孔同轴的光点或光条纹，该孔充当傅科针孔。通过扫描经过眼睛瞳孔的仪器光线可测定眼睛的总体平均放大率。来自视网膜的反射光(视网膜反射光)的相对移位用来推定眼睛的总体折光偏差。使用眼膜曲率器的测定涉及使用矫正透镜以抵消眼睛的折光偏差。因为该眼膜曲率器是手持的，所以其使用要求熟练者，而且包含一定程度的操作者误差。此外，它仅能得到折光偏差的平均总体测量值。
在F.Berny和S.Slansky的题为“WavefrontDeterminationResultingfromFoucaultTestasAppliedtotheHumanEyeandVisualInstruments”(Dickson，J.H.OpticalInstrumentsandTechniques，1969)的参考文献中，公开了一种计算人眼的波前轮廓的仪器。当该仪器使用傅科刀口时，与绝对放大率测定相反，其目的是测定放大率变化。此外，未提供固定或专用光源以使患者能聚焦并使眼睛移动降至最小。
业已使用自动折光仪来测定单个透镜的总体折光偏差。然而自动折光仪不能产生图像，尤其是具有大致均匀折光偏差的眼睛区域的图像。因此，尽管自动折光仪可降低操作者误差，但不能提供眼睛的折光偏差的立体分布图像。
因此，需要一种更准确精密的装置来测定人眼的折光能力。还需要一种对操作者技能具有最低要求的折光仪。此外还需要一种与提供平均总体放大率测量相反，能通过提供不同区域眼睛的折光偏差的图像而提供立体折光偏差分布的折光仪。
本发明的一个目的是提供一种能测量和/或显示代表人眼不同区域的折光偏差的图像的仪器。
本发明的另一个目的是提供一种能测量和/或显示代表配有视力矫正装置如接触透镜或眼内透镜的人眼不同区域折光偏差的图像的仪器。
本发明的又一目的是提供一种在眼膜曲率器的操作中有用的仪器，该仪器相对于手持眼膜曲率器来说准确性和/或精密度得到提高。
本发明的再一目的是提供一种能在折光外科手术过程中提供快速折光偏差测量和/或图像显示的仪器。
本发明的还一目的是提供在评价水合软接触透镜与人眼的适应性中有用的仪器。
本发明是能提供眼睛或配有矫正透镜，特别是接触透镜的眼睛的折光偏差分布的图像的仪器。该仪器包括一个将源光通过一个源孔发射到一个物镜上的光源。物镜使源光射向患者眼睛，并接收从眼睛反射的观测光。该仪器还包括一个观测孔，透过物镜的观测光通过该孔到达一观测点上。优选的是将光源，源孔和观测孔固定到一个可相对于物镜移动的坚固辅助装置上。
在对配有接触透镜的眼睛进行测试时，当由光源发射出的光通过源孔时操作仪器。一部分光透过物镜射到眼睛的矫正透镜上，通过眼睛照射到视网膜上。从视网膜反射的观测光通过眼睛，矫正透镜和物镜传送回来。透过物镜的一部分观测光被扫描孔挡住，从而产生傅科图像，该图像由使用者观测到和/或送入记录装置以便以后观测。
在一个优选实施方案中，该仪器包括一个用来产生并发射固定光到眼睛的装置。该固定光提供了一个眼睛可聚焦于其上的图像。优选的是固定光程与源光程一致。
在另一优选实施方案中，从扫描狭缝透过的光到达照相机，照相机产生图像信号并将其传送到监测器。该监测器显示用来评价眼睛或眼睛/矫正透镜的偏差的图像。任选的是信号可由监测器产生，并传送到录像器上供记录和以后的检索。
图1为本发明的折光偏差测量仪器的一个实施方案的示意图。
图2和3从立体折光仪的观测孔来说明图像。
图4为本发明的折光偏差测量仪器的另一实施方案的示意图。
参照图1，它显示了本发明立体折光仪10的一个实施方案的示意图。在操作中，光源12发射出光，该光首先经过过滤器14，然后经过源孔16。从源孔出来的一部分光经第一光束分离器18反射到第二光束分离器20上，而剩余的大部分光穿过第一光束分离器18。进入第二光束分离器的一部分光穿过物镜22，而剩余的大部分光反射掉。穿过物镜22的光进入待检测的眼睛28，如果眼睛上配有矫正透镜30，则光任选通过该透镜。
进入眼睛28的一部分光照射到视网膜上并经眼睛28反射回来，任选再经过矫正透镜30。反射光在到达扫描孔32之前穿过物镜22，第二光束分离器20，和第一光束分离器18。通过扫描孔32的光由照相机34检测，从而产生图像信号。图像信号经信号线36传送到监测器38，使图像显示以供评价。监测器38将图像信号经信号线40传送到录像器42供记录和贮存。
图1说明了本发明的一个优选实施方案，其中，使用了固定光。固定光源25经固定面26中的固定孔发射光。固定光然后到达反射镜24并反射到第二光束分离器20上。一部分固定光从光束分离器20反射到患者眼睛上，而剩余的光无用。使用固定光源使得患者可聚焦在一图像上，从而使眼睛保持在基本不动的位置和基本一致的形状。因此，在同时使用该仪器的其他部分时，固定光照射到眼睛上，从而得到眼睛的立体折光偏差图像。
该仪器包括一个用来调整光学放大率以轻易改变眼睛的折光偏差图像的装置。改变该仪器放大率的一种方法是提供各种各样的具有不同放大率的物镜。这些透镜可以互换，以改变该仪器的放大率。在一个优选实施方案中，将光源12，源孔16和观测孔32固定到一个可相对于物镜22移动的坚固辅助装置11上以改变该仪器的放大率。
改变折光仪的光学放大率的另一方法是在该装置内使某些部件相互间移动。例如，为了使用上述图1实施方案测定眼睛特定区域的折光偏差，辅助装置11轴向移动，即沿朝向或远离物镜22的方向移动，直到发现平衡视场。平衡视场表明在狭缝平面形成了双程图像，即达到了反转点或平衡点。观测者实际上在放大率被抵消的区域看到了明亮区，而在放大率未被抵消的区域看到了黑暗区。抵消区的放大率可由光源到物镜的距离和物镜的放大率计算出，即区域放大率[折光度]=焦点的位移(光从光源到物镜移动的距离)[米]/(物镜焦距)2[米2]。
辅助装置11的优选构造是使源光从源孔16移到物镜22的距离基本上与观测光从物镜22移到观测孔32的距离相同。更优选的是以较长距离为准这两个距离的改变不大于1%。最优选的是这两个距离相等。
光源12的波长可在可见光到红外光间变动，即约500-约1400纳米(nm)。光源优选具有较窄的带宽和小于约650nm的中央波长。光强应低于视网膜上的最大允许照射(MPE)。美国国家标准协会的标准Z-136.1(1976)将MPE规定为小于2.92J/cm2。光源的亮度优选小于约32烛光/平方厘米(cd/cm2)。
位于光源12和光源狭缝16之间的过滤器14起限制来自散射光源的光的波长范围的作用。过滤器14优选提供波长约600nm至约700nm的光。这一波长的光是优选的，因为它落在CCD相机感度范围的中部，同时又基本上处于人眼的峰值感度之外。因此，尽管CCD相机在该范围能很好地检测光线，但患者不会感到大的不适。
位于过滤器14和第一光束分离器18间的源孔16起以狭缝形式产生光像，从而使傅科图像能够产生的作用。这里使用的术语“孔隙”指在一个能改变从其中通过的光线的表面上的通孔。因此孔隙包括小孔(如“针孔”)，狭缝，“刀口”等。该孔隙优选为具有基本一致的宽度的狭缝。减少狭缝宽度有利地增加了仪器的感度，但还减少了图像的强度。各孔(即源孔16，观测孔32和固定孔24)的宽度优选低于约0.2mm。更优选源孔16和观测孔32的宽度基本相同。
在另一实施方案中，光源12和源孔16组合在一个光产生和改变装置中。例如，可使用细丝灯来产生基本等同于经过狭缝的分离光源的光线。
位于源孔16和物镜22之间的光产生通道内的光束分离器18和20起使源光程和固定光程重合的作用。第一光束分离器18对准观测光程，而第二光束分离器20对准固定光程。固定光允许患者聚焦于与观测光程共轴的一个点上。因此，固定光程和源光程优选重合在一起。这些光束分离器可从各种各样的商售的立方体(cube)或镜式光束分离器中选择。光透射率优选大于约70%。
物镜22和观测孔32之间的距离，即焦距f′可为约50-约250mm。焦距f′优选约100-约150mm。物镜22的口径优选至少8mm，更优选大于约15mm。
物镜22和眼睛或眼睛/矫正装置组合间的距离f优选至少约100-200mm。该距离允许该仪器被移动而不触及患者。
将一部分来自固定光源25的光反射到第二光束分离器20上的反射镜24可选自各种各样的商业平板镜。优选的是该镜的第一表面涂层具有单波长表面精度。
接收从反射镜24反射来的光线并将光线反射回反射镜24的固定表面26用来为患者提供可聚焦于其上的可见目标。因此，固定表面26有一个穿透的小孔。目标图像优选与源光程及观测光程共轴。
立体折光仪10的检测装置优选包括与监测器38具有信号传递关系的照相机34，而监测器38又与录像器42具有信号传递关系。显然，对于该体系来说并不是所有部件都要求起作用。例如在一个设计用于预记录信息的后续分析的体系中，照相机可单独与录像器相连。换句话说，照相机可直接将信号传至计算机，此时的输出可以是由处理图像信号的各种软件控制的数字式或图式显示。
该检测装置优选包括最小照度低于0.02勒克司(lux)的CCD照相机，以适当地检测通过该仪器的低光度。更优选该相机为带有图像增大器的高分辨CCD相机，以达到约10-6lux的最小照度。相机透镜的焦距优选大于约25mm，F指数低于2.8。更优选焦距为36-75mm，F指数为约1.2。尽管监测器和录像器可广泛选自于各种各样的商售仪器，但监测器优选具有高分辨率，即大于约500垂直线。
现在参照图2和图3，提供了来自立体折光仪的观测孔的潜像。图2描绘的是当源孔68(见图1)与观测孔66共轴时从观测孔看到的图像，而图3描绘的是观测孔66位于源孔68右侧时的情况。在图2，中从近视仪器观察到的图像60与从远视仪器观察到的图像64很相似，即都产生明亮而狭窄的图像。然而，当调节该仪器放大率达到平衡时，图像62模糊且宽阔。在图3中，很明显将观测孔设置在偏离源像中心对于区分近视和远视仪器位置很有利。近视图像70的较亮区出现在观测孔76的对侧，而远视图像74的较亮区出现在观测孔76的邻侧。相反，当该仪器调到平衡点时，在图3中图像72得到平衡且变暗。
应当注意，图2和图3均涉及对折光偏差均匀的眼睛的评价。当患者眼睛中存在折光偏差立体分布时，将出现更斑驳的阴影图案。暗度均一或亮度均一的区域对应于折光偏差基本相同的区域。
现在参照图4，它以图解形式表示了立体折光仪的部件的另一排列方式。在操作中，光源52发射出指向反射镜54的光。反射镜54将光线反射到源孔56。一部分照射到源孔56的光通过源孔56照射到反射镜60上。反射镜60将光线反射到投影透镜62上。投影透镜62将光线聚焦到可调观测孔64上。一部分经过观测孔64的光线由第一光束分离器66反射到待评价的眼睛68。
进入眼睛68的一部分光照射到视网膜上，并反射出眼睛68。一部分从眼睛68出来的光线通过光束分离器66和物镜70而照射到第二光束分离器72上。一部分该光线通过光束分离器72到达扫描孔78并通过扫描孔78照射到照相机80上。
如图4所示，折光仪优选包括一个允许患者眼睛凝视或聚焦的装置，以便能得到更准确的读数。在图4中，固定光源77通过固定表面76上的固定孔投射光线。一部分固定光传到反射镜74上，反射到光束分离器72，由光束分离器72通过物镜70和光束分离器66反射到眼睛68上。在该方法中，在使用立体折光仪测定折光偏差时固定光允许患者聚焦并保持眼睛基本静止。
图4的立体折光仪50的放大率可以按与图1的立体折光仪相似的方式调节。为改变放大率，辅助装置51可朝向和远离折光仪50的剩余部件移动。辅助装置51包括源孔56和观测孔78。辅助装置51优选还包括反射镜54，光源52和照相机80。
读者将能认识到这一新型立体折光仪的部件可以有各种各样的排列。然而，该立体折光仪将具有某些基本部件，这些部件使该仪器能对眼睛的折光偏差分布或配有视力矫正装置的眼睛的折光偏差提供观察和/或测量。该立体折光仪将包括(a)一个光源，该光源能产生射向(b)一个光线调整装置的源光。光线调整装置位于光源和(c)一个物镜之间的光程中。
该折光仪进一步包括一个位于由被观测眼睛出发的一束观测光的光程中的透镜。该透镜可与物镜相同，或可以是第二透镜。该折光仪还包括(d)第二光线调整装置，该装置优选位于接收观测光束的透镜和观测光束光源，即被观测眼睛(或折光仪的观测孔)之间。最后，该折光仪包括一个用来调节该仪器的光学放大率的装置。在一个优选实施方案中，光线调整装置均为狭窄孔，尤其是狭缝。
这里所公开的仪器在评价人眼的光学缺陷，变形或偏差上有用。该仪器尤其有用于评价配有视力矫正装置如接触透镜或眼内透镜的眼睛的光学特性。此外，该仪器在折光外科手术过程中的眼睛光学特性的快速评价中有用。
前面的公开将使本领域的普通熟练者能实施本发明。为了更好地使读者了解其具体实施方案及优点，建议参照如下实施例。
实施例Ⅰ按图4所述制造用于测量眼睛表面特性的立体折光仪。观测孔宽度为0.100mm。用该仪器检查人眼。该折光仪产生的感度低于0.25折光度。
感度定义为通过折光仪观测到的阴影的镜像反转可用肉眼检测到时的折光度值。因此，感度是通过用肉眼比较立体折光仪在不同折光度设置下，即不同放大率下产生的图像中的阴影而主观确定的。放大率设置从阴影反转肉眼可分辨的放大率设置改变到阴影反转不能再由肉眼分辨的放大率设置。肉眼可分辨反转时的最低放大率设置差异就是感度。
放大率通过将照明/观测孔辅助装置(图4的辅助装置51)移向或移离眼睛而调节。为了调节图像的光学对中，观测孔以垂直于由照相机和眼睛所限定的直线的方向移动，而相机静止不动。
实施例Ⅱ将实施例Ⅰ的折光仪的观测狭缝变为0.200mm。当检查人眼时该折光仪产生约0.25折光度的感度。
实施例Ⅲ将实施例Ⅰ的折光仪的观测狭缝变为0.500mm。当检查人眼时该折光仪产生约0.50折光度的感度。
实施例Ⅳ将实施例Ⅰ的折光仪的观测狭缝变为刀口。当检查人眼时该折光仪产生约0.75折光度的感度。
实施例Ⅴ使用实施例Ⅰ的折光仪(0.100mm观测孔)来测量“模拟眼”(即，aSchematicEye，1994分类号BC2174，可由位于SouthBend，Indiana的Bernell公司购买)。当检查模拟眼时该折光仪产生低于约0.1折光度的感度。
实施例Ⅵ使用实施例Ⅱ的折光仪(0.200mm观测孔)测量模拟眼。该折光仪产生低于约0.1折光度的感度。
实施例Ⅶ使用实施例Ⅲ的折光仪(0.500mm观测孔)测量模拟眼。该折光仪产生低于约0.1折光度的感度。
实施例Ⅷ使用实施例Ⅳ的折光仪(观测孔为刀口)测量模拟眼。该折光仪产生低于约0.1折光度的感度。表1总结了实施例Ⅰ-Ⅷ的结果。
表1狭缝宽度0.100mm0.200mm0.500mm刀口人眼感度<0.250.250.500.75(折光度)模拟眼感度<0.1<0.1<0.1<0.1(折光度)
实施例Ⅴ-Ⅷ表明在模拟眼试验中感度基本不随狭缝宽度而改变。然而，实施例Ⅰ-Ⅳ令人惊奇地表明，狭缝宽度的增加会降低用于人眼的立体折光仪的感度。此外，对于人眼观测，所有狭缝宽度都表现出比刀口好的感度。
为了使读者无需更多试验就能实施本发明，本发明业已参照某些优选实施方案得到详细描述。然而，本领域的普通熟练者很容易认识到前面的公开中有许多可在不背离本发明的范围和要旨的情况下作某种程度的变更或修改。因此，本发明的知识产权仅由如下权利要求所限定。
权利要求
1.一种观察和/或测量眼睛的折光偏差分布，或配有视力矫正装置的眼睛的折光偏差的仪器，该仪器包括(a)一个光源，该光源能产生源光，该源光射向(b)一个光线调整装置，该装置位于所述光源和一个物镜之间的光程中，并能调整所述源光以产生一个光点或狭窄源光束，该光点或光束射向(c)所述物镜，该物镜能接收和透射所述源光光束，并能接收和透射观测光束，该观测光束朝向(d)一个第二光线调整装置，该装置位于所述物镜和一个观察孔之间的光程中，能调整所述观测光以产生一个射向所述观测孔的光点或狭窄源光束；和(e)一个调整所述仪器的光学放大率的装置，这样，所述仪器能产生确定折光偏差基本一致的区域的人眼图像。
2.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于所述放大率调整装置包括一个可相对于所述物镜移动的辅助装置，该辅助装置包括装于坚固支座上的所述光源和所述第一和第二光线调整装置。
3.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于所述放大率调整装置包括一套可互换物镜。
4.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于所述第一和第二光线调整装置为选自狭缝，孔和刀口的孔隙。
5.根据权利要求4所述的一种仪器，其特征在于所述第一和第二光线调整装置为狭缝。
6.根据权利要求5所述的一种仪器，其特征在于所述狭缝的缝宽低于约0.2mm。
7.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于它进一步包括一个产生朝向所述眼睛的固定光的装置，所述固定光为所述眼睛提供一个聚焦点。
8.根据权利要求7所述的一种仪器，其特征在于它进一步包括一个使所述源光和所述固定光的光程基本重合的装置。
9.根据权利要求8所述的一种仪器，其特征在于所述用于重合所述光程的装置包括第一和第二光束分离器，所述第一光束分离器位于所述第一光线调整装置和所述物镜之间，而所述第二光束分离器位于所述第一光束分离器和所述物镜之间。
10.根据权利要求9所述的一种仪器，其特征在于所述固定光装置包括(a)位于所述源光光程中的所述第二光束分离器；(b)一个固定光源；(c)一个带有孔隙的固定表面，该表面位于所述源光光程外部，并处于所述固定光和一个反射镜之间；和(d)所述反射镜，它位于所述源光光程外部，并处于所述固定表面和所述第二光束分离器之间，这样，所述固定光源能发射固定光，使之通过所述孔隙到达所述反射镜，所述固定光能从所述反射镜反射到所述第二光束分离器上，并由所述第二光束分离器反射到所述眼睛。
11.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于它进一步包括一个能接收并显示所述观测光的显示装置。
12.根据权利要求11所述的一种仪器，其特征在于所述显示装置包括一个与监测器具有信号传递关系的照相机，而所述监测器能显示由眼睛反射来的光线的图像。
13.根据权利要求11所述的一种仪器，其特征在于它进一步包括一个与所述照相机有信号接收关系的录像器，该录像器能记录由所述照相机传送的图像。
14.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于它进一步包括一过滤器，该过滤器能挡住某些波长的光并允许预定波长的光通过，位于所述光源和所述第一光线调整装置之间。
15.根据权利要求14所述的一种仪器，其特征在于所述过滤器透射约600-700nm波长的光。
16.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于所述第一光线调整装置和所述物镜之间的距离与所述第二光线调整装置和所述物镜之间的距离基本相同。
17.根据权利要求16所述的一种仪器，其特征在于所述光线调整装置和所述物镜之间的所述距离为约50-约250nm。
18.根据权利要求1所述的一种仪器，其特征在于所述调整放大率的装置包括一套放大率不同的可互换物镜。
19.一种测量眼睛或配有视力矫正装置的眼睛某一区域的折光偏差的方法，该方法包括如下步骤(a)产生一束光，其光源选自点光源或狭缝光源；(b)使所述光通过一物镜和所述眼睛，由此使光照射到所述眼睛的视网膜上并由所述眼睛反射出来，再经过所述物镜；(c)通过相对于所述眼睛轴向移动其上具有狭缝的光线调整装置而调整所述反射光，由此产生一平衡视场；和(d)检测眼睛的至少一个光线通过的区域的折光偏差，所述测定值为光由所述物镜传播到所述调整装置的距离和所述物镜放大率的函数。
20.根据权利要求19所述的一种方法，其特征在于它进一步包括如下一步提供朝向所述眼睛的固定光源，由此允许所述眼睛聚焦于所述固定光源上。
21.一种观察和/或测量眼睛的折光偏差分布或配有视力矫正装置的眼睛的折光偏差的仪器，该仪器包括(a)一个光源，它能产生源光，该源光射向(b)一个光线调整装置，该装置位于所述光源和一个投影透镜之间的光程中，且能调整所述源光以产生一个光点或狭窄源光束，该光点或光束朝向(c)所述投影透镜，它能接收所述源光束并将其透射到一个待观测物体上，(d)一个物镜，它能接收来源于待观测物体的观测光束并将所述观测光束透射到(e)一个第二光线调整装置上，该装置位于所述物镜和一个观测孔之间的光程中，能调整所述观测光以产生一个朝向所述观测孔的光点或狭窄源光束；和(f)一个调节所述仪器光学放大率的装置，这样，所述仪器能产生确定折光偏差基本一致的区域的人眼图像。
22.根据权利要求21所述的一种仪器，其特征在于所述光线调整装置为狭缝。
23.根据权利要求22所述的一种仪器，其特征在于所述狭缝的宽度小于约0.2mm。
全文摘要
公开了一种用来测量眼睛的折光偏差或配有矫正装置的眼睛的折光偏差的仪器和方法。该仪器在评价配有接触透镜的眼睛的折光偏差中尤其有用。该仪器还在折光外科手术中快速评价眼睛的折光偏差中有用。
文档编号G01M11/02GK1109729SQ95101168
公开日1995年10月11日 申请日期1995年1月11日 优先权日1994年1月12日
发明者R·E·佩耀, S·D·佩耀, M·叶, X·X·张 申请人:希巴-盖吉股份公司
最新回复(0)