红外偏心摄影验光仪的空间变分析和数字模拟

　　1　引　言

　　偏心摄影验光法最早由Kaakinen[1]在1979年提出。它是一种通过摄影手段来测量眼睛视度的客观方法,不需要被检者对目视现象的主观描述,因此特别适用于婴幼儿的视力普查。Howlland[2],Roorda[3],Kusel[4]等人先后对该技术进行了研究,讨论了偏心摄影验光仪的结构对瞳孔像的光强分布的影响等问题。但他们的分析都是建立在几何光学的基础上的。

　　近年来,产生了一种利用傅里叶光学理论分析偏心摄影验光仪的空间变光学系统的方法。为了提高验光仪的测量性能,文献[5]提出采用近红外发光二极管阵列作为摄影验光仪光源并改进了光阑结构,可以同时测量视度和散光,并通过实验验证了其可行性[5]。其光阑结构为正六边形,在每个边外安置一个近红外发光二极管阵列,目前还需要对该验光系统中CCD上的光强分布进行分析计算,以便作准确的数据处理,得到被测量的视度和散光。

　　现从标量衍射理论出发,对采用红外LED阵列作为光源的红外偏心摄影验光系统进行了空间变分析。并给出了不同屈光度下的近视眼瞳孔像光强分布模拟图。

　　2　红外偏心摄影验光仪的空间变模型

　　2.1　红外偏心摄影验光仪的简介

　　为了提高测量性能,改进后的红外摄影验光仪采用高功率的红外发光二极管作为光源,波长为850nm,最大工作电流为100mA。红外LED发出的近红外线对人眼影响较小,可获得较好的测量状态。实际使用时采用多个红外LED组成阵列,串联驱动从而增加发光强度。对光阑也作出相应改进,光阑通光面是正六边形。

　　2.2　偏心摄影验光的空间变模型

　　如图1所示,在实际测量中,l远大于瞳孔直径,可将系统考虑为理想近轴光学系统。假定图1中被测眼光轴与CCD相机光轴共轴,且点光源位于CCD照相机的光阑平面上。点光源发出的光照亮整个眼瞳,经过眼瞳折射后,光线到达视网膜,由于近视,点光源在视网膜上形成一个圆形弥散斑。远点面和视网膜是共轭的,视网膜上的弥散斑通过漫反射把光射向眼瞳,经眼瞳折射,通过从点光源到瞳孔的照明光锥与远点面的交界面,在接收面上形成一个投影圆。后向散射光在各个方向同具有相同的光强分布,故眼睛瞳孔上各点的光照度相等。现设点光源的坐标为(x′,y′,l),通过几何光学的理论分析可知,眼瞳上某一点(x,y,0)在接收面上投影圆的半径R和中心坐标(xl,yl)应该是

  (1)

式(1)中b表示瞳孔的直径,r是远点面与瞳孔间的距离。

　　CCD相机光阑与投影圆的重叠部分,即CCD相机有效光阑,是随着瞳孔上点的位置变化而变化的。这就造成CCD成像系统对于眼瞳和眼瞳像来说,不同于通常的二维空间不变线性系统,而是一个空间变的系统。虽然CCD成像系统对于眼瞳的非相干成像并不是二维空间不变,但仍然是线性的。其像面光强度分布需用叠加积分表示: