[0001] 本公开涉及一种用于测量周边像差的系统和方法。

[0002] 直到不久前，传统的像差仪都仅被配置为测量轴上像差。最近，研究人员观察到周边聚焦状态在近视发展中起着重要作用，并且市场上推出了第一款将周边图像聚焦在视网膜前方以减缓近视发展进程的接触透镜。

[0003] 用于测量周边像差的已知手段包括使用自动屈光仪和使用基于波前传感器的像差仪。本领域已知的自动屈光仪由于其测量光路是固定的，因此需要较长的时间来测量周边像差，并且需要个人在每次测量时改变他/她的头部或眼睛的取向。进一步地，与传统的像差仪相比，自动屈光仪捕获的信息规模要小得多，并且仅捕获比如散焦和散光等低阶像差，或者换句话说，仅捕获一阶和二阶泽尼克(Zernike)多项式。

[0004] 传统的像差仪大多基于哈特曼‑夏克(Hartmann‑Shack)波前传感器，这些波前传感器将携带来自眼睛的波前信息的光转换为数码相机上的一组光斑或数据点。这些光斑是在微透镜将光聚焦到放置在微透镜焦平面上的相机上时产生的。然而，传统的像差仪无法使激光束从不同方向照射到人眼中并接收反射光，并且进一步地，无法实现多子午线周边像差测量。

[0005] 因此，本领域中存在对用于高效测量人眼的周边像差的系统的未实现且未解决的需求，并且这形成了本发明的主要目的。

[0035] 本发明涉及一种用于测量周边像差的系统，更具体地涉及一种包括为高效测量人眼的周边像差而专门构造的多面反射镜的系统。

[0036] 该系统包括多面反射镜、可操作地联接到多面反射镜的扫描仪、安装在多面反射镜的焦平面上的一个或多个波前传感器、可操作地联接到波前传感器和多面反射镜的计算设备、以及可操作地联接到计算设备的一个或多个红外光源和图像捕获装置。适当地，扫描仪是检流计扫描仪。计算设备被配置为接收来自波前传感器的多个输入并更改检流计扫描仪的取向。波前传感器可以是例如哈特曼‑夏克传感器。

[0037] 对于此应用，该系统是为人眼像差测量而设计的。波前传感器的位置是相对于人眼的入瞳平面(测量波前的平面)而言的。

[0038] 参见图1和图2，多面反射镜101的每个面沿着椭圆形轮廓分布。入瞳中心和检流计扫描仪的旋转中心位于椭圆形轮廓的两个焦点处。该椭圆形轮廓上任意点的法线平分由该点和椭圆形轮廓的两个焦点的连接线所形成的角。这种构造确保了恒定的光路。多面反射镜101的长度等于在该椭圆形轮廓与多条光线的每个交点处绘制的多条切线的交点之间形成的线段的长度。

[0039] 该多条光线从入瞳中心处的焦点延伸至入瞳中心处的多个其他焦点。如图1和图2所示，每条光线相对于彼此相邻的光线具有五(5)度的梯度差。多面反射镜101是基于扫描仪的光学角度、最接近人眼的透镜的焦距以及要使用系统测量的视场角度来设计的。

[0040] 将理解，多面反射镜的形状可以根据所需的应用而特别设计。设计时可以考虑三个因素，即：扫描仪的光学角度、最接近人眼的透镜的焦距以及要测量的视场角度。为保证光路恒定，反射镜的每个面沿着椭圆形轮廓和入瞳中心分布，人眼的入瞳中心和检流计的旋转中心位于该椭圆形轮廓的两个焦点处。每个反射镜的取向都基于椭圆的特性：椭圆上任意点的法线都是由椭圆上的点和两个焦点的连接线所形成的角的平分线。每个反射镜的长度通过以下方法确定。首先，产生间隔为5度的从人眼的入瞳中心的焦点朝向另一个焦点的光线。然后，在光线与椭圆的交点处绘制切线，由切线之间的交点所形成的线段的长度就是单个反射镜的长度。

[0041] 该光路图示出了硬件的关系。该系统中示出了两个激光源，一个是850nm的，另一个是940nm的。该图片中的850nm的红外光用于测量(细光束进入眼睛并被波前传感器接收)，而激光源102是940nm的，用于照亮人眼前表面，从而使得可以看到来自瞳孔相机的用于对齐的眼睛的图像。

[0042] 然而，光源的数量不限于两个。根据本发明的一个实施例，设想可以将Scheimpflug成像和Placido盘添加到系统中。Scheimpflug成像需要475nm的蓝色裂隙LED灯，Placido盘需要625nm的红色表面光源(LED阵列)。

[0043] 图3展示了显示其椭圆形轮廓的多面反射镜101的三维视图，并且图4是根据本发明的优选实施例的多面反射镜101的实际图像。

[0044] 图5展示了根据本发明的优选实施例的组装在用于测量周边像差的系统中的多面反射镜101和检流计扫描仪103。图6示出了布置在多面反射镜101的一端上方和下方的一对红外光源102，这对红外光源用于照亮眼睛前表面。当系统启动时，细的红外光束会被投射到人眼的眼底。检流计扫描仪103将细激光束引导至反射镜上的特定反射表面，然后到达周边视网膜。来自眼睛的携带波前信息的反向散射光被多面反射镜101、然后是被检流计扫描仪103反射，并被波前传感器捕获。周边像差是根据波前传感器的检测器上的光斑图案来测量的。

[0045] 图7展示了使用30mm笼式系统构造的实验室中的实验设置。该框架在基于实验室的光路以及一些商业成像系统中可靠且受欢迎。通过构建这样一组光路，实现了图1中设计的测量方案。从850nm的连续紧凑型激光二极管照射出直径0.5mm的细激光束。该光束经分束器和检流计扫描仪反射后进入眼睛。由于视网膜的反射，出射的宽光束携带像差、进入HS传感器。入瞳平面处的波前通过一对中继透镜(具有650‑1050nm的AR涂层的200mm FL透镜和250mm FL透镜)共轭到HS传感器的微透镜阵列上。HS传感器捕获光斑场图像，所有波前信息均从光斑分布得出。有时，HS传感器上会出现角膜反射，这是不期望的。偏光技术可以有效减少来自角膜和其他光学元件的反射。同时，眼睛的前表面由一对940nm的TO1 3/4外壳LED照亮，以确保瞳孔相机接收到足够的能量进行成像和对齐。下巴和前额托安装在X‑Y手动平移台上，用于固定受试者的头部。

[0046] 图8是计算设备的用户界面104的示意图。用户界面104被配置为显示以下项：多个光斑场图像、多个实时重构的多维波前图像、人眼的瞳孔的多个实时图像、不同视角下的傅里叶验光系数、以及不同视角下的泽尼克系数。用户界面104还被配置为启用多种周边像差测量模式，比如单点测量和快速测量。用户界面104还提供用于报告生成的装置。生成的报告包括比如受试者的个人信息、时间戳、波前统计数据、不同视场角度下的傅里叶验光系数和泽尼克系数等详细信息。

[0047] 系统上可执行的软件可以基于LabVIEW。该软件控制瞳孔相机、扫描反射镜和波前传感器。用户界面允许不同的测量模式：单位置测量和快速测量。此外，用户界面还应实时显示光斑场图像、重构的3D和2D波前表面以及瞳孔图像。此外，还需要示出傅里叶验光系数和泽尼克系数。

[0048] 对于软件结构，该软件包括三个模块：主功能模块、瞳孔监测模块和波前传感器模块，这些模块并行执行。在主功能模块中，它与数据采集卡通信以发送命令信号，从而将扫描仪反射镜转向期望的角度并读取波前传感器。如果保存按钮变亮，它还可以生成报告。主功能模块和波前传感器模块是基于状态机结构开发的，该状态机结构是非常常用的结构。

[0049] 对于数据导出，使用报告生成模块开发了子VI。其示出受试者的个人信息、时间戳、波前统计数据、不同视场角度下的傅里叶验光系数和泽尼克系数。

[0050] 应当理解，多面反射镜可以由可沿着椭圆形轨迹可操作地移动的一个或多个可旋转反射镜、或者可沿着椭圆形轨迹可操作地移动的检流计扫描仪来替代。使用椭圆或椭圆形元件的特性来确保扫描的光路相等的所有修改都在本发明的范围内。这些更改并不脱离所限定的本发明的精神或范围。

[0051] 进一步地，将理解，其被设计为测量人眼的周边像差。但其功能并不限于周边像差测量。将周边像差测量与其他功能集成的修改不脱离所限定的本发明的精神或范围。

[0052] 将理解，该系统被设计用于测量人眼。但是，该系统可以用于测量一些其他光学元件。尽管已经参考特定实施例描述了本发明，但是该描述不意味着以限制意义进行解释。在参考本主题的描述后，所公开的实施例的各种修改以及本主题的替代实施例对于本领域技术人员将变得显而易见。因此，可以设想在不脱离所限定的本发明的精神或范围的情况下进行这种修改。

[0053] 进一步地，本领域的普通技术人员将理解，结合本文公开的实施例描述的各种说明性方法步骤可以使用电子硬件或硬件和软件的组合来实施。为了清楚地说明硬件与硬件和软件的组合的这种可互换性，上文已经大体根据其功能描述了各种图示和步骤。这种功能被实施为硬件还是硬件和软件的组合取决于本领域普通技术人员的设计选择。这样的技术人员可以针对每个特定应用以各种方式实施所描述的功能，但是这样的明显设计选择不应被解释为导致偏离本发明的范围。

[0054] 在说明书中，术语“包括(comprise)、包括(comprises)、包括(comprised)和包括(comprising)”或其任何变体以及术语“包含(include)、包含(includes)、包含(included)和包含(including)”或其任何变体被认为是完全可互换的，并且它们应该都被提供尽可能最广泛的解释，并且反之亦然。

[0055] 本发明不限于上文所述的实施例，而是可以在构造和细节两者上变化。