自然验光仪的光路设计及屈光度测量实验

验光是检查光线入射眼球后的聚焦情况，它以正视眼状态为标准，测出受检眼与正视眼间的聚散差异程度。自动验光仪，是用于测试人眼屈光度及其它相关数据的-种医疗器械，其测试原理是通过对比眼底反射像与标准像在形状位置等方面发生的变化来测量人眼屈光度 。因其使用便捷，测量时无需临床医生收稿日期：2013-03-20； 收到修改稿日期：2013-06-10基金项目：2011年浙江省重大科技专项资助项目(2011C11048)；浙江省自然科学基金资助项目(LY12F05006)；浙江侍育厅资助项目(Y201121906)作者简介：姚铖(1987.)，男(汉族)，浙江杭州人。硕士研究生，主要研究工作是视光学的研究。E-mail：yao5cheng###sina.tom。

http：//52 光电工程 2013年 7月CCD摄像机选用的是索尼 XC-EI30，图像采集卡为OKM 10A。

由于人眼的正前方除了半透半反镜D之外并无其它物体，所以测试者可以透过D正视前方，以达到人眼自然松弛的效果，故称此类验光仪为 自然验光仪[ 。

2 屈光度的测试原理及方法2.1屈光度与远点距的关系视力检测报告中的人眼度数并非是人眼自身的静态屈光度，而是指配镜处中的眼镜度数，是屈光度的100倍 。而屈光度的大小与远点距之间存在以下关系[6。

S-1/d其中： 为任意的屈光度，d为该屈光度所对应的远点距。

(1)注意，本文其他地方所标注的如20D中的D是在本文中选用九种标准模拟眼为测量对象，它们的屈光度分别为-20D，-15D，-10D，-5D，0D，5D，10D，15D，20D。根据式(1)可得表 1中的对应关系。

表 1 模拟眼与远点距的理论对应关系Table 1 The theoretical relationship ofsimulation eye and far point distanceDiopter/D -20 ·15 -10 ·5 0 5 10 15 20Inf -200 .100 .67 -50 Far point distance/mm 50 67 100 2002.2环厚法测定远点距本文中采用环厚法来测定眼底反射像距，即远点距，从而达到测定人眼屈光度的目的。为此，可通过以下作图法来证实成像后环带最窄的位置即为反射像所在的位置 。

此方法为常用方法，在此不做赘述∩通过该方法由环带最窄的位置来确定成像所在位置，从而测得反射像距。

/ / / / / / / / / / B- 《 F1： . Ⅳ -M -/ - / -/ / / / / / / / / / J P 、 、、1 r 、 、、图2 环厚法测定反射像距的光路分析Fig.2 The optical analysis ofmeasuring reflection image distance with rings thick method3 建模分析屈光度的测定以Hwey.Lan Lion提出的正常眼模型为基础[引，通过设定不同的角膜前表面曲率半径来获得屈光度分别为.20D，-10D，.5D，.1D，0D，1D，5D，IOD，20D九种模拟眼的模型参数[9o再运用Zemax软件中光线追迹模式和多重结构功能，建立并优化以上九种模拟眼验光时的光路模型[ 们，并进行模拟验光。

以.5D模拟眼的验光为例，在图 3中，前固定组A、调焦组 B和后固定组 c共同组成调焦光学系 ，其光学参数如表 2所示 ，其中d为变焦组与前固定组之间的距离。

http：//第40卷第7期 姚 铖，等：自然验光仪的光路设计及屈光度测量 555 结 论图 7 测量屈 光不正模拟 眼所得 到的归-化环厚及所对应的拟合 曲线Fig 7 The normalization rings thick and the related curve programming of measuring ametropic simulation eyes袁 4 八种屈光不正模拟眼的实验测量结果Table 4 The experimental results ofmeasuring the eight ametropic simulation eyes本文中提出了-种敞开视窗型自然验光仪的光路结构，其有助于控制人眼自动调节功能给验光带来的影响，并用该光路结构进行屈光度的测量与研究。首先，运用理论分析和计算得到屈光度与反射像距成反比，再提出-种环厚法来判定反射环环厚最小的位置即是反射像所在处，因此，只需通过对比采集到反射环环厚的大写可找到反射像所在处，即间接达到验光的目的。然后，在 Zemax软件中建立相应的光学模型对上述理论分析进行模拟验光，其结果与理论分析结果-致。最后搭建光学实验平台，依次对-20D，-15D，http：//56 光电工程 2013年7月- 10D，-5D，0D，5D，10D，15D，20D九种标准模拟眼进行实验测量。在实验结果中，九种模拟眼的测量误差保持在 7%以内，除测量-20D模拟眼外，其余的误差保持在 5%以内测量结果分析表明，运用所设计的自然验光仪光路进行人眼屈光度测量具有可靠性。