本發(fā)明涉及涉及結(jié)合自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的像差可調(diào)的模擬眼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于空間光調(diào)制器像差可調(diào)的模擬眼的實時動態(tài)模擬裝置及其實時動態(tài)模擬方法。

背景技術(shù)：

在眼科教學(xué)或者科研過程中，很多眼科儀器或者研發(fā)的眼科系統(tǒng)都要用到受試者作為檢查對象，由于教學(xué)或者科研過程中難免存在學(xué)生使用不當(dāng)或者研發(fā)的系統(tǒng)不穩(wěn)定等因素，從而可能造成受試者人眼受傷等現(xiàn)象；同時，臨時急用或者長時間配合的受試者較難找到，這些情況都會對科研或教學(xué)工作者帶來不方便；此外，每個人具有不同的人眼結(jié)構(gòu)，最典型的有近視眼、遠視眼等，觀察物體時將產(chǎn)生不同的人眼像差，對檢查設(shè)備產(chǎn)生不同的效果，所以設(shè)計一種人眼像差可調(diào)的能真實模擬人眼的模擬眼具有非常重要的研究意義。此外，不同人眼不同觀察角度會產(chǎn)生不同的人眼像差，從而觀察物體時眼底會呈現(xiàn)出不同共軛像，實時動態(tài)觀察人眼屈光不正調(diào)節(jié)引起眼底共軛像的變化對人眼像差調(diào)節(jié)方式具有一定的研究意義，所以非常有必要設(shè)計一種能實時動態(tài)模擬人眼像差變化的裝置。

目前市場上出現(xiàn)的模擬眼基本上都是靜態(tài)模擬眼，很多眼科儀器標(biāo)定或測試都是使用靜態(tài)模擬眼，無法通過改變模擬眼內(nèi)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)屈光可調(diào)（人眼像差可調(diào)），滿足不了教學(xué)或科研所需的功能，只能通過采用不同屈光度的模擬眼來模擬各種眼屈光不正情況，實現(xiàn)不同人眼的儀器觀察與測試，其缺點操作不方便，效率低，真實性差，精度低，不能實時動態(tài)觀察等特點。此外，市場上也出現(xiàn)存在極少部分帶有簡單屈光可調(diào)的模擬眼，雖然可模擬遠視或近視，但都是定性模擬，無法精確模擬或者設(shè)計出各種人眼像差，也無法真實反映出通過人眼在眼底所成的圖像，其精度低，調(diào)節(jié)能力弱，真實性差（不能完全模擬人眼真實像差），不能實時動態(tài)觀察等缺點。

中國發(fā)明專利CN201210132443中，描述了一種屈光度可調(diào)的模擬眼，只能改變?nèi)搜蹅€別像差，無法真實模擬人眼，也無法真實反映屈光不正人眼通過人眼在眼底所成的圖像情況，具體內(nèi)容可見專利CN201210132443。類似專利還有專利CN201610051712等，關(guān)于基于空間光調(diào)制器像差可調(diào)的模擬眼及其實時動態(tài)模擬裝置專利基本上未看到過。

因此，迫切需要一種基于空間光調(diào)制器像差可調(diào)的模擬眼及其實時動態(tài)模擬的裝置，根據(jù)不同人眼像差，模擬出真實人眼像差，實現(xiàn)觀察與測試，觀察各種像差情況下的眼底所成圖像，能在任何眼科儀器設(shè)備中代替各種情況下的人眼，并具有操作方便、效率高、精度高、真實性好、調(diào)節(jié)范圍廣、能實時觀察眼底所成像等特點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，本發(fā)明提供一種基于空間光調(diào)制器像差可調(diào)的模擬眼的實時動態(tài)模擬裝置及其實時動態(tài)模擬方法，該裝置能實時動態(tài)模擬出各種人眼像差，包括高階像差和低階像差，通過圖像能直觀的呈現(xiàn)出眼睛調(diào)節(jié)過程，方便眼科教學(xué)以及人眼像差調(diào)節(jié)方式的研究，具有操作方便、效率高、精度高、真實性好、調(diào)節(jié)范圍廣、能實時觀察眼底所成的像等特點。

本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案是：一種基于空間光調(diào)制器像差可調(diào)的模擬眼的實時動態(tài)模擬裝置，所述的裝置包括波前探測器M2和模擬眼M1以及光源M3和頭托及人眼M4，所述的頭托及人眼M4的正前方還設(shè)有移動載物臺及物體M5，所述的頭托及人眼M4與移動載物臺及物體M5的連線與波前傳感器M2和模擬眼M1的連線相互垂直，所述的模擬眼M1與移動載物臺及物體M5的前端分別設(shè)有可見光帶通濾光片M6，所述的光源M3的前端還設(shè)有準(zhǔn)直透鏡M9，所述的光源M3與波前傳感器M2和模擬眼M1的連線之間以及頭托及人眼M4與移動載物臺及物體M5的連線與波前傳感器M2和模擬眼M1的連線的交匯處分別設(shè)有分束片M8，所述的兩個分束片M8之間還設(shè)有近紅外帶通濾光片M7。

所述的波前探測器M2可為夏克-哈特曼波前探測器。

所述的光源M3為超輻射發(fā)光二極管或者激光，波長選用近紅外波段。

一種實時動態(tài)模擬裝置的實時動態(tài)模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）人眼M4觀察物體M5，物體M5發(fā)出的光線經(jīng)濾光片M6和分束片M8進入到人眼M4，引起晶狀體調(diào)節(jié)，以達到看清物體，同時，由光源M3發(fā)出的光線經(jīng)準(zhǔn)直透鏡M9準(zhǔn)直，入射到人眼M4，由人眼M4眼底反射過來的光線，再經(jīng)分束片M8和濾光片M7進入到波前探測器M2里，通過波前傳感器M2獲取光學(xué)系統(tǒng)波前分割的點陣圖，發(fā)送到計算機上，通過軟件計算人眼像差在點陣圖上的斜率向量，從而可以重構(gòu)出波前曲面方程，得到人眼像差參數(shù)值；

（2）根據(jù)像差參數(shù)向量計算出各單元電極電壓值，將計算得到電壓值信號發(fā)送給所述的模擬眼M1，控制液晶空間調(diào)制器33的單元電極電壓，使模擬眼M1系統(tǒng)像差與此時人眼M4像差一致，從而精確模擬出人眼；

（3）通過移動物體M5，人眼為了看清物體M5會調(diào)節(jié)晶狀體面型，從而改變?nèi)搜巯癫睿鄣姿傻膱D像由模糊變清晰，模擬眼M1通過反饋過來的動態(tài)像差，可以實時模擬出人眼像差，眼底所成的圖像通過光電傳感器4在計算機上顯示出來，從而可實現(xiàn)實時動態(tài)觀察人眼像差變化引起的眼底所成圖像變換情況。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種基于空間光調(diào)制器像差可調(diào)的模擬眼的實時動態(tài)模擬裝置及其實時動態(tài)模擬方法，所述的實時動態(tài)模擬裝置包括波前探測器、模擬眼、光源、頭托及人眼、移動載物臺及物體、帶通濾光片、分束片和準(zhǔn)直透鏡，能模擬各種情況下的人眼實時動態(tài)變化情況，通過圖像能直觀的呈現(xiàn)出眼睛調(diào)節(jié)過程，方便眼科教學(xué)，能實時觀察到眼睛所成像的實時圖像，同時該裝置能實現(xiàn)實時動態(tài)觀察人眼像差變化引起的眼底所成圖像變換情況，為科研工作者提供人眼像差調(diào)節(jié)方式研究的依據(jù)，并具有操作方便、效率高、精確高、真實性好、調(diào)節(jié)范圍廣、能實時觀察眼底所成像等特點，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的模擬眼具體實施例的結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖2是圖1所示的具體實施例模擬近視眼的結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖3是圖1所示的具體實施例模擬遠視眼的結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖4是本發(fā)明模擬眼中計算像差響應(yīng)矩陣的自適應(yīng)系統(tǒng)實驗裝置圖。

圖5是本發(fā)明的實時動態(tài)模擬人眼像差變化裝置具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1-仿真角膜部件，2-仿真虹膜部件，3-仿真晶狀體部件，4-仿真視網(wǎng)膜部件，5-殼體，6-透明液體，7-計算機，8-前腔，9-后腔，31-透鏡，32-偏振片，33-透射式液晶空間調(diào)制器，34-控制器，35-控制軟件。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于空間光調(diào)制器像差可調(diào)的模擬眼，包括殼體（5）與計算機（7），所述的殼體（5）后壁呈內(nèi)凹球面狀，所述的殼體（5）的前端從外至內(nèi)依次設(shè)有仿真角膜部件（1）、仿真虹膜部件（2）、仿真晶狀體部件（3），所述的仿真角膜部件（1）向外呈球面凸出，所述的仿真角膜部件（1）為負彎月形薄透明材料，所述的仿真角膜部件（1）為負彎月形薄透鏡或人工角膜中的一種。所述的仿真虹膜部件（2）為可變通光孔。所述的仿真晶狀體部件（3）為空間光調(diào)制器。通過改變空間光調(diào)制器來實現(xiàn)人眼像差的改變，所述的仿真晶狀體部件（3）還包括控制器（34）和控制軟件（35），所述的控制器（34）安裝到殼體（5）上，所述的控制軟件（35）安裝在計算機（7）上。所述的仿真虹膜部件2位于仿真角膜部件（1）后部且緊靠仿真晶狀體部件（3），所述的仿真晶狀體部件（3）的后部還設(shè)有仿真視網(wǎng)膜部件4，所述的仿真視網(wǎng)膜部件4為光電傳感器。所述的光電傳感器可為CCD傳感器或CMOS傳感器等。所述的仿真視網(wǎng)膜部件4安裝在殼體（5）的后壁上，所述的殼體（5）被仿真晶狀體部件（3）分隔成前腔（8）和后腔（9），所述的前腔（8）和后腔（9）分別充有互不相溶的透明液體（6），所述的透明液體（6）可為油或者水等。所述的仿真角膜部件（1）、仿真虹膜部件（2）、仿真晶狀體部件（3）均安裝在前腔（8）的前部，所述的計算機（7）與仿真晶狀體部件（3）和仿真視網(wǎng)膜部件（4）分別相連。

所述的仿真晶狀體部件（3）包括透鏡（31）、偏振片（32）、透射式液晶空間調(diào)制器（33），所述的透鏡（31）位于偏振片（32）或透射式液晶空間調(diào)制器（33）的前側(cè)或者后側(cè)，其主要目的是給模擬眼M1一個初始的屈光度，而像差調(diào)節(jié)由所述透射式液晶空間調(diào)制器33來實現(xiàn)，在給定的初始屈光度基礎(chǔ)上進行正負方向調(diào)節(jié)；所述的偏振片（32）位于透射式液晶空間調(diào)制器（33）前端，用于將入射的自然光轉(zhuǎn)換成偏振光，所述的透射式液晶空間調(diào)制器由許多小液晶單元以及對應(yīng)的液晶單元電極組成。通過所述的控制軟件35輸入所要求的人眼波前像差曲面方程（可采用澤尼克多項式）的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)波前像差與液晶空間調(diào)制器33所需驅(qū)動電壓間的關(guān)系計算出各單元電極驅(qū)動電壓值，將電壓值信號發(fā)送給所述的控制器，控制液晶空間調(diào)制器的單元電極驅(qū)動電壓，通過改變加在液晶單元電極上的驅(qū)動電壓值，就可逐點控制入射光的相位，進而實現(xiàn)人眼波前像差的變化。

本發(fā)明能模擬出不同屈光狀態(tài)下人眼，例如，如圖2所示的近視眼狀態(tài)，如圖3所示的遠視眼狀態(tài)，方便眼科教學(xué)和系統(tǒng)科研。

為了實現(xiàn)模擬眼系統(tǒng)像差可調(diào)，在本發(fā)明的具體實施例中，一種基于空間光調(diào)制器像差可調(diào)的模擬眼的像差調(diào)節(jié)方法，所述的調(diào)節(jié)方法包括以下步驟：

（1）將仿真晶狀體部件（空間光調(diào)制器）和仿真視網(wǎng)膜部件（光電傳感器）與所述的計算機連接在一起；

（2）將已知的人眼通過波前像差探測器計算得到的波前像差相關(guān)參數(shù)（如澤尼克多項式系數(shù)值）或者人為任意給定的波前像差相關(guān)參數(shù)，手動輸入到安裝在計算機的控制軟件里；

（3）控制軟件根據(jù)波前像差參數(shù)向量A與空間光調(diào)制器所需驅(qū)動電壓向量V間的關(guān)系式，如公式1所示，由波前像差參數(shù)和像差響應(yīng)矩陣計算出各單元電極驅(qū)動電壓值，

（1）

其中D為像差響應(yīng)矩陣，其像差響應(yīng)矩陣可通過如下方式得到：搭建一個的自適應(yīng)系統(tǒng)M，如圖4所示，所述的自適應(yīng)系統(tǒng)包括夏克-哈特曼波前傳感器M2和模擬眼M1以及光源M3，所述的夏克-哈特曼波前傳感器M2和模擬眼M1的連線之間還設(shè)有分束片M8，所述的光源M3與分束片M8的連線與夏克-哈特曼波前傳感器M2和模擬眼M1的連線相互垂直，所述的光源M3與分束片M8之間還設(shè)有準(zhǔn)直透鏡M9；

通過夏克-哈特曼波前傳感器M2獲取光學(xué)系統(tǒng)波前分割的點陣圖，計算人眼像差在點陣圖上的斜率向量，分離斜率向量中傾斜、平移等零階像差，以消除光學(xué)系統(tǒng)中像差的整體傾斜或平移，然后，通過對空間光調(diào)制器單元電極的獨立測試，獲得像差校正空間光調(diào)制器的像差響應(yīng)矩陣；

（4）將計算得到電壓值信號發(fā)送給所述的控制器，控制液晶空間調(diào)制器的單元電極驅(qū)動電壓，通過改變加在液晶單元電極上的驅(qū)動電壓值，就可逐點控制入射光的相位，進而實現(xiàn)人眼波前像差的變化。

為了實現(xiàn)實時動態(tài)觀察人眼像差變化引起的眼底所成圖像變換情況，在本發(fā)明具體實施例中，如圖5所示，一種基于空間光調(diào)制器像差可調(diào)的模擬眼的實時動態(tài)模擬裝置，包括波前探測器M2和模擬眼M1以及光源M3和頭托及人眼M4，所述的頭托及人眼M4的正前方還設(shè)有移動載物臺及物體M5，所述的頭托及人眼M4與移動載物臺及物體M5的連線與波前傳感器M2和模擬眼M1的連線相互垂直，所述的模擬眼M1與移動載物臺及物體M5的前端分別設(shè)有可見光帶通濾光片M6，所述的可見光帶通濾光片M6主要目的是為了濾去除了可見光外的其他雜散光，采用可見光用于觀察物體，近紅外光用于像差探測，觀察和像差探測分離，有利于功能的實現(xiàn)，所述的光源M3的前端還設(shè)有準(zhǔn)直透鏡M9，所述的光源M3與波前傳感器M2和模擬眼M1的連線之間以及頭托及人眼M4與移動載物臺及物體M5的連線與波前傳感器M2和模擬眼M1的連線的交匯處分別設(shè)有分束片M8，所述的兩個分束片M8之間還設(shè)有近紅外帶通濾光片M7。所述的近紅外帶通濾光片M7主要目的是為了濾掉由物體M5發(fā)出的可見光經(jīng)人眼M4和模擬眼M1反射過來的可見光，減少雜散光對波前探測精度的影響。

所述的波前探測器M2可為夏克-哈特曼波前探測器。

所述的光源M3為超輻射發(fā)光二極管或者激光，波長選用近紅外波段。減少眼睛對光線的敏感引起晶狀體的調(diào)節(jié)，從而影響人眼對物體的觀察。

一種實時動態(tài)模擬裝置的實時動態(tài)模擬方法，具體實現(xiàn)的步驟和方法如下：

（1）人眼M4觀察物體M5，物體M5發(fā)出的光線經(jīng)濾光片M6和分束片M8進入到人眼M4，引起晶狀體調(diào)節(jié)，以達到看清物體，同時，由光源M3發(fā)出的光線經(jīng)準(zhǔn)直透鏡M9準(zhǔn)直，入射到人眼M4，由人眼M4眼底反射過來的光線，再經(jīng)分束片M8和濾光片M7進入到波前探測器M2里，通過波前傳感器M2獲取光學(xué)系統(tǒng)波前分割的點陣圖，發(fā)送到計算機上，通過軟件計算人眼像差在點陣圖上的斜率向量，從而可以重構(gòu)出波前曲面方程，得到人眼像差參數(shù)值；

（2）根據(jù)像差參數(shù)向量計算出各單元電極電壓值，將計算得到電壓值信號發(fā)送給所述的模擬眼M1，控制液晶空間調(diào)制器33的單元電極電壓，使模擬眼M1系統(tǒng)像差與此時人眼M4像差一致，從而精確模擬出人眼；

（3）通過移動物體M5，人眼為了看清物體M5會調(diào)節(jié)晶狀體面型，從而改變?nèi)搜巯癫睿鄣姿傻膱D像由模糊變清晰，模擬眼M1通過反饋過來的動態(tài)像差，可以實時模擬出人眼像差，眼底所成的圖像通過光電傳感器4在計算機上顯示出來，從而可實現(xiàn)實時動態(tài)觀察人眼像差變化引起的眼底所成圖像變換情況。

本發(fā)明的基于空間光調(diào)制器像差可調(diào)的模擬眼及其實時動態(tài)模擬裝置設(shè)計巧妙獨特，能在任何眼科儀器設(shè)備中代替各種情況下的人眼，方便眼科教學(xué)、為眼科設(shè)備提供可靠真實的人眼模型，并具有操作方便、效率高、精確高、真實性好、調(diào)節(jié)范圍廣、能實時觀察眼底所成像等特點，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。