消除误差双柱面镜矫正散光装置以及主客观一体验光仪的制作方法

1.本实用新型涉及眼科用的光学测量技术领域，特别是涉及主观和客观测量用的高精度验光装置。


背景技术：

2.目前，临床常用的综合验光仪主要包括组合镜片和视力表，人们在进行验光配镜时，常规流程是先通过检眼镜或客观验光仪获得左右眼的屈光度数，然后在综合验光仪上根据测得的患者屈光度进行模拟佩戴，验光师发出调节指令对模拟佩戴度数进行修正，直至修正至患者主观感受最佳。
3.中国专利cn201610303646.6介绍了一种综合验光仪的验光方法，患者屈光度数的获得需要在一台客观验光仪上事先测量，然后移至综合验光仪，由组合镜片产生相应的度数完成综合验光，该验光流程中客观验光获得连续的屈光不正度数，但主观验光只能台阶式的选取试镜片，其间的差异影响验光的准确性；且散光镜片有方向性，其角度容限较小，操作者手动插片时角度误差会影响验光的准确性。
4.cn105942971 a介绍了自动综合验光仪的系统和方法，患者初始屈光度数的获得需要在一台客观验光仪上事先测量，在综合验光仪上自动完成屈光度微调的流程。由于其屈光度的微调依靠组合镜片完成，采用离散度数的试镜片，且验光流程中没有主观过程，忽略了人眼神经系统对视功能的影响，本身是不可取的验光方式。常见的主客观验光流程中客观验光与主观验光在不同仪器上完成，环境不同会带来瞳孔大小、照明亮度等多方面的不同影响最终验光的准确性；同时手动的主观验光过程繁琐，需反复选取不同视镜片，被测试者的耐受力也会影响最终验光的准确性。
5.公开号为cn201910777661.8的专利报道了一种主客观一体式验光装置和方法，该装置将客观验光和主观验光结合在一起，能有效提高验光效率，但其结构上有两个缺陷影响其测量的准确性：1.未对瞳孔的轴向位置精确定位，当屈光度较大时瞳孔是否与测量器件和矫正器件共轭将严重影响测量结果。2.该专利中，对矫正散光的技术是：“根据测得的人眼屈光误差，绕光轴分别旋转柱面镜对中的单片柱面镜，采用柱镜合成的方式补偿人眼散光。”这种矫正技术要求柱面镜正好设置在与被测人眼瞳孔共轭的位置。但该专利中，在与被测人眼瞳孔共轭面的位置附近有两个分离的、但又是重叠设置的柱面镜，由于柱面镜是有厚度的，所以这两个柱面镜不能同时都处在同一个共轭面的位置，无论一个柱面镜在共轭面的位置，另一个柱面镜不在共轭面的位置，还是两个柱面镜分别位于共轭面的两侧，在技术上均存在两个柱面镜不能同时处于瞳孔共轭面位置的技术缺陷，其结果导致两个柱面镜产生的合成散光与需要矫正的散光之间存在误差，散光值越大误差越大。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供能精确矫正人眼散光的散光矫正装置和带有该散光矫正装置的主客观一体验光仪。
7.本实用新型的构思是：在瞳孔共轭面处，增加两个凸透镜组成一个4f系统，生成两个瞳孔共轭面，在这两个瞳孔共轭面上分别设置一个柱面镜，使两个矫正散光用的柱面镜均位于瞳孔共轭面上，这两个柱面镜相对转动可以组合产生连续的散光值和散光方向，由于这两个柱面镜转动产生的组合值大于其中任何一个柱面镜的矫正范围，则消除了现有技术提供的两个靠近排布的柱面镜矫正散光方案产生的误差，这就是本实用新型的消除误差的双柱面镜矫正散光装置。把消除误差的双柱面镜矫正散光装置设置在主客观一体式验光仪的前置装置与视标成像装置之间的光路上，该验光仪就成为消除矫正散光误差的主客观一体式验光仪。
8.本实用新型专利的结构是：
9.一、消除双柱面镜矫正散光误差装置，包括两个柱面镜和两个凸透镜，其特征在于：在同一个光路上依次排列第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11，其中第一凸透镜9和第二凸透镜10组成一个4f系统的结构；第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11两两之向保持固定的间隔位置；第一柱面镜8位于第一凸透镜9的焦平面位置，第二柱面镜11位于第二凸透镜10的焦平面位置；屈光矫正框架上还设有柱面镜驱动器23，两个柱面镜驱动器23分别与第一柱面镜8和第二柱面镜11连接，控制其沿光轴旋转。
10.本矫正散光装置的结构原理和避免合成屈光度值产生误差的原理如下：
11.本矫正散光装置是用第一柱面镜8和第二柱面镜11在同一转动中心轴为基础，用两个柱面镜产生相对转动，可以组合产生出负2倍到正2倍屈光度范围内的散光值，这样，可以把固定值变为连接可调范围的区域值，则能够在不更换柱面镜的条件下，对区域值内的任何散光度的患者进行矫正散光，不仅方便了操作、减少了更换柱面镜时嵌入位置误差造成的散光矫正参数屈光度误差，还可以在范围内任意选用数值，提高测量屈光度的精确性。
12.第一柱面镜8和第二柱面镜11以同一转动中心轴为基础转动时，柱面镜驱动器23可以手动，也可以电动，电动调节时操作柱面镜驱动器23转动角度和转动速度，自动调节第一柱面镜8和第二柱面镜11合成屈光度值，自动矫正散光。
13.第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11这四个部件之间的相对间距是固定不变的，以保证当第一柱面镜8处在某被测眼睛瞳孔的共轭面时，第二柱面镜11也在等效共轭面，实现第一柱面镜8和第二柱面镜11在不同位置等效于都在同一个瞳孔共轭面位置产生一个屈光度值。
14.本专利的矫正散光装置的两个柱面镜分别位于两个不同位置的瞳孔共轭面产生一个合成屈光度值，避免了现有技术中国专利201910777661.8公开的两个柱面镜在靠近排布的不同位置，但两个柱面镜总有一不在瞳孔共轭面，或两个都不在瞳孔共轭面的问题，也就避免了两个柱面镜产生的合成屈光度值有误差的问题。
15.另外，第一柱面镜8和第二柱面镜11的选用范围是：可以是两个都为正屈光度的柱面镜、可以是两个都为负屈光度的柱面镜、也可以是一个柱面镜为正屈光度而另一个柱面镜为负屈光度；单个柱面镜的屈光度值取值范围同于现有散光检测时用的柱面镜的屈光度值取值范围，但优选柱面镜的屈光度值取值为 5 d或-5 d。以下是两个柱面镜可配合形式：
16.一个 5d、另一个 5d，合成屈光度值的范围是-10 d到 10d；
17.一个-5d、另一个-5d， 合成屈光度值的范围是-10 d到 10d；
18.一个 5d、另一个-5d，合成屈光度值的范围是-10 d到 10d。
19.二、带有消除双柱面镜矫正散光误差装置的主客观一体验光仪，包括前置装置18，前置装置18包括眼部照明灯2、瞳孔相机3、第一调焦镜4、第二调焦镜5、第一分光镜6、光源7；眼部照明灯2和瞳孔相机3设置在接触人眼1的人眼接触基架上，依次序沿光轴排列的第一调焦镜4、第二调焦镜5和第一分光镜6在同一条直线光路上，即在同一条调焦光路上；第一调焦镜4和第二调焦镜5组成一个4f系统的结构；第一分光镜6和光源7的光路为测量用光源光路，调焦光路光轴与测量用光源光路光轴成90度夹角；眼部照明灯2、瞳孔相机3和第一调焦镜4与人眼接触基架固定连接；
20.其特征在于：还包括消除双柱面镜矫正散光误差装置19和视标检查装置20，
21.前置装置18、消除双柱面镜矫正散光误差装置19、视标检查装置20的光路结构关系如下：
22.在前置装置18的调焦光路和视标检查装置20的视标进入光路之间设有消除双柱面镜矫正散光误差装置19，即消除双柱面镜矫正散光误差装置19的散光矫正光路两端分别与前置装置18的调焦光路和视标检查装置20的视标进入光路相对接成同一条直线的光轴；
23.消除双柱面镜矫正散光误差装置19的光路结构：包括两个柱面镜和两个凸透镜，在同一个光路上依次排列第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11，其中第一凸透镜9和第二凸透镜10组成一个4f系统的结构；第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11两两之向保持固定的间隔位置；第一柱面镜8位于第一凸透镜9的焦平面位置，第二柱面镜11位于第二凸透镜10的焦平面位置；屈光矫正框架上还设有柱面镜驱动器23，两个柱面镜驱动器23分别与第一柱面镜8和第二柱面镜11转动连接，这四个部件组成的光路为散光矫正光路；
24.视标检查装置20的光路结构：包括在同一条光路上，并依次排列的第二分光镜12、第一匹配透镜13、第二匹配透镜14和波前传感器15，这四个部件组成的光路为屈光测量光路，第一匹配透镜13和第二匹配透镜14组成一个4f系统的结构；还包括视标成像镜16和视标显示器17，依次排列的第二分光镜12、视标成像镜16和视标显示器17在一条光路上，这三个部件组成的光路为视标进入光路，屈光测量光路光轴与视标进入光路光轴成90度夹角；
25.前置装置18、消除双柱面镜矫正散光误差装置19、视标检查装置20的机械结构关系如下：
26.前置装置18的眼部照明灯2、瞳孔相机3和第一调焦镜4这三个部件固定设置在接触眼部框架21上；
27.前置装置18的第二调焦镜5、以及消除双柱面镜矫正散光误差装置19的所有部件和视标检查装置20的所有部件固定设置在屈光矫正框架22上，固定设置在屈光矫正框架22上的部件中，前置装置18中的调焦光路光轴、消除双柱面镜矫正散光误差装置19的散光矫正光路光轴和视标检查装置20的视标进入光路光轴这三条光路光轴在同一条直线光路光轴上；
28.接触眼部框架21与验光仪整体机架24固定连接，屈光矫正框架22与验光仪整体机架24滑动或转动连接。
29.本验光仪除具有上述“本矫正散光装置的结构原理和避免合成屈光度值产生误差的原理”所述特点和优点外，还具有的特点和优点如下：
30.本验光仪包括一个主光路和两个支光路，主光路是眼睛直视到视标显示器17图像的光路，即主光路包括调焦光路、散光矫正光路、视标进入光路三部分；而两个支光路是测量客观屈光不正的光路，一个是测量用光源7经过分光镜进入主光路的支光路；另一个是眼底后向反射光携带眼睛屈光不正信息经过分光镜进入波前传感器15的支光路。测量用光源7和波前传感器15分别只经过一个分光镜与主光路连通可以减少分光折射误差，并且单次的折射对分光镜的镀膜要求更低，结构上的优点可以大大节约器件成本。现有中国专利201910777661.8有两个支光路分别通过反射和折射后进入主光路，连续多次折射放大了支光路的折射误差，而且不能分明误差是那个分光镜的折射产生的，不易找到修正方法，不易修正误差；并且测量用光源和视标光路通过分光镜合成一个光路，在分光镜的选择上对镀膜要求严格，设计和加工成本高昂。因此相比中国专利201910777661.8，本专利对支光路进入主光路的级数少且结构更合理。
31.本验光仪主光路的技术特点是只有一条直线性的光路中心线，即主光路的光路中心线即主光路光轴是一条直线，不弯折，这种不弯折的优点是避免了引入反射误差，提高了客观和主观评价分折的精确性。
32.本实用新型的优点：用设置两个瞳孔共轭面的结构解决了现有两个柱面镜不能同时设置在共轭面上而产生的问题，获得了没有误差的合成屈光度技术方案，本实用新型解决了矫正散光时不更换柱光镜而能连续变化精确的屈光度参数问题，使屈光度测量快具精确。本实用新型主光路和两个支光路的连通设计合理，使支光路的通道路径简短，因为支光路产生的误差小，使验光仪获得的客观和主观测量结果更精确。
附图说明
33.图1是本实用新型用接触眼部框架和屈光矫正框架这两个外部固定物划分全部光学部件位置关系的光学结构示意图；
34.图2是本实用新型用前置装置、消除双柱面镜矫正散光误差装置、视标检查装置这三个光学用途划分全部光学部件位置关系的光学结构示意图。
35.1是人眼、2是眼部照明灯、3是瞳孔相机、4是第一调焦镜、5是第二调焦镜、6是第一分光镜、7是测量用光源、8是第一柱面镜、9是第一凸透镜、10是第二凸透镜、11是第二柱面镜、12是第二分光镜、13是第一匹配透镜、14是第二匹配透镜、15是有光视标发生器、16是视标成像镜、17是视标检测显示器、18是前置装置、19是消除双柱面镜矫正散光误差装置、20是视标检查装置、21是接触眼部框架、22是屈光矫正框架、23是柱面镜驱动器、24是验光仪整体机架。
具体实施方式
36.实施例1、消除双柱面镜矫正散光误差装置
37.如图1和2。
38.[一]矫正散光装置结构：包括两个柱面镜和两个凸透镜，其特征在于：在同一个光路上依次排列第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11，其中第一凸透镜9和第二凸透镜10组成一个4f系统的结构；第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11两两之向保持固定的间隔位置；第一柱面镜8位于第一凸透镜9的焦平面位置，第
二柱面镜11位于第二凸透镜10的焦平面位置；屈光矫正框架上还设有柱面镜驱动器23，两个柱面镜驱动器23分别与第一柱面镜8和第二柱面镜11连接，控制其沿光轴旋转。
[0039]
用一个两端开口的管子作为屈光矫正框架，第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10和柱面镜驱动器23分别与屈光矫正框架固定连接，第一柱面镜8和第二柱面镜11分别与两个柱面镜驱动器23转动连接，柱面镜驱动器23与屈光矫正框架固定连接；
[0040]
[二]部件的参数选择如下：
[0041]
第一柱面镜8选用 5d；
[0042]
第一凸透镜9选用 20d；
[0043]
第二凸透镜10选用 20d；
[0044]
第二柱面镜11选用 5d；
[0045]
第一柱面镜8和第二柱面镜11能产生的合成散光范围是-10d到 10d。
[0046]
第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11的位置设置满足几何光学中的4f系统设置，使第一凸透镜9和第二凸透镜10成为一个中继光路。
[0047]
实施例2、消除双柱面镜矫正散光误差装置
[0048]
如图1、2，
[0049]
[一]矫正散光装置结构：同于实施例1。
[0050]
[二]部件的参数选择如下：
[0051]
第一柱面镜8选用-5d；
[0052]
第一凸透镜9选用 20d；
[0053]
第二凸透镜10选用 20d；
[0054]
第二柱面镜11选用-5d；
[0055]
第一柱面镜8和第二柱面镜11能产生的合成散光范围是-10d到 10d。
[0056]
第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11的位置设置满足几何光学中的4f系统设置，使第一凸透镜9和第二凸透镜10成为一个中继光路。
[0057]
实施例3、消除双柱面镜矫正散光误差装置
[0058]
如图1、2，
[0059]
[一]矫正散光装置结构：同于实施例1。
[0060]
[二]部件的参数选择如下：
[0061]
第一柱面镜8选用 5d；
[0062]
第一凸透镜9选用 20d；
[0063]
第二凸透镜10选用 20d；
[0064]
第二柱面镜11选用-5d；
[0065]
第一柱面镜8和第二柱面镜11能产生的合成散光范围是-10d到 10d。
[0066]
第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11的位置设置满足几何光学中的4f系统设置，使第一凸透镜9和第二凸透镜10成为一个中继光路。
[0067]
实施例4、带有消除双柱面镜矫正散光误差装置的主客观一体验光仪
[0068]
如图1和2。
[0069]
带有消除双柱面镜矫正散光误差装置的主客观一体验光仪，包括前置装置18，前置装置18包括眼部照明灯2、瞳孔相机3、第一调焦镜4、第二调焦镜5、第一分光镜6、光源7；
眼部照明灯2和瞳孔相机3设置在接触人眼1的人眼接触基架上，依次序沿光轴排列的第一调焦镜4、第二调焦镜5和第一分光镜6在同一条直线光路上，即在同一条调焦光路上；第一调焦镜4和第二调焦镜5组成一个4f系统的结构；第一分光镜6和光源7的光路为测量用光源光路，调焦光路光轴与测量用光源光路光轴成90度夹角；眼部照明灯2、瞳孔相机3和第一调焦镜4与人眼接触基架固定连接；
[0070]
其特征在于：还包括消除双柱面镜矫正散光误差装置19和视标检查装置20，
[0071]
前置装置18、消除双柱面镜矫正散光误差装置19、视标检查装置20的光路结构关系如下：
[0072]
在前置装置18的调焦光路和视标检查装置20的视标进入光路之间设有消除双柱面镜矫正散光误差装置19，即消除双柱面镜矫正散光误差装置19的散光矫正光路两端分别与前置装置18的调焦光路和视标检查装置20的视标进入光路相对接成同一条直线的光轴；
[0073]
消除双柱面镜矫正散光误差装置19的光路结构：包括两个柱面镜和两个凸透镜，在同一个光路上依次排列第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11，其中第一凸透镜9和第二凸透镜10组成一个4f系统的结构；第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11两两之向保持固定的间隔位置；第一柱面镜8位于第一凸透镜9的焦平面位置，第二柱面镜11位于第二凸透镜10的焦平面位置；屈光矫正框架上还设有柱面镜驱动器23，两个柱面镜驱动器23分别与第一柱面镜8和第二柱面镜11转动连接，这四个部件组成的光路为散光矫正光路；
[0074]
视标检查装置20的光路结构：包括在同一条光路上，并依次排列的第二分光镜12、第一匹配透镜13、第二匹配透镜14和波前传感器15，这四个部件组成的光路为屈光测量光路，第一匹配透镜13和第二匹配透镜14组成一个4f系统的结构；还包括视标成像镜16和视标显示器17，依次排列的第二分光镜12、视标成像镜16和视标显示器17在一条光路上，这三个部件组成的光路为视标进入光路，屈光测量光路光轴与视标进入光路光轴成90度夹角；
[0075]
前置装置18、消除双柱面镜矫正散光误差装置19、视标检查装置20的机械结构关系如下：
[0076]
前置装置18的眼部照明灯2、瞳孔相机3和第一调焦镜4这三个部件固定设置在接触眼部框架21上；
[0077]
前置装置18的第二调焦镜5、以及消除双柱面镜矫正散光误差装置19的所有部件和视标检查装置20的所有部件固定设置在屈光矫正框架22上，固定设置在屈光矫正框架22上的部件中，前置装置18中的调焦光路光轴、消除双柱面镜矫正散光误差装置19的散光矫正光路光轴和视标检查装置20的视标进入光路光轴这三条光路光轴在同一条直线光路光轴上；
[0078]
接触眼部框架21与验光仪整体机架24固定连接，屈光矫正框架22与验光仪整体机架24滑动或转动连接。
[0079]
视标显示器17可选用分辩率为800*600微型显示器；
[0080]
视标成像镜16可选用焦距200mm的透镜；
[0081]
第一柱面镜8可选用 5d柱面镜；
[0082]
第一凸透镜9可选用 20d凸透镜；
[0083]
第二凸透镜10可选用 20d凸透镜；
[0084]
第二柱面镜11可选用 5d柱面镜；
[0085]
第一柱面镜8和第二柱面镜11能产生的合成散光范围是-10d到 10d。
[0086]
第一柱面镜8、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第二柱面镜11的位置设置满足几何光学中的4f系统设置，使第一凸透镜9和第二凸透镜10成为一个中继光路。
[0087]
波前传感器15可选用阵列数20*20、子孔径200微米、焦距10毫米的微透镜阵列；
[0088]
第一匹配透镜13可选用 40d凸透镜；
[0089]
第二匹配透镜14可选用 40d凸透镜；
[0090]
光源7可选用波长840纳米ld光源；
[0091]
第一调焦镜4可选用 20d凸透镜；
[0092]
第二调焦镜5可选用 20d凸透镜；
[0093]
消除双柱面镜矫正散光误差装置19结构为：用一个两端开口的管子作为屈光矫正框架，第一柱面镜8与柱面镜驱动器23转动连接，柱面镜驱动器23与屈光矫正框架固定连接，并且第二柱面镜11与柱面镜驱动器23转动连接；屈光不正测量完成后，依据测量结果分别计算出第一柱面镜8和第二柱面镜11的转动角度，手动或者驱动柱面镜驱动器自动转动到该位置完成散光矫正。
[0094]
接触眼部框架21中的部件设置：按现在技术人眼验光仪的方式，把前置装置18的眼部照明灯2、瞳孔相机3和第一调焦镜4这三个部件固定设置在接触眼部框架21上；各部件的设置位按现有技术人眼验光仪的方式设置，并把接触眼部框架21固定在验光仪整体机架24上。
[0095]
屈光矫正框架22中的部件设置：前置装置18的第二调焦镜5、第一分光镜6、光源7、以及消除双柱面镜矫正散光误差装置19的所有部件和视标检查装置20的所有部件固定设置在屈光矫正框架22上，并把屈光矫正框架22以滑动或转动方式连接在验光仪整体机架24上。使前置装置18中的调焦光路、消除双柱面镜矫正散光误差装置19的散光矫正光路和视标检查装置20的视标进入光路共光轴。