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高精度角膜曲率半径测量系统

李华建 肖作江 刘颖 赵媛媛 王睿智 贺肖影

李华建, 肖作江, 刘颖, 赵媛媛, 王睿智, 贺肖影. 高精度角膜曲率半径测量系统[J]. 中国光学, 2020, 13(3): 501-509. doi: 10.3788/CO.2019-0174
引用本文: 李华建, 肖作江, 刘颖, 赵媛媛, 王睿智, 贺肖影. 高精度角膜曲率半径测量系统[J]. 中国光学, 2020, 13(3): 501-509. doi: 10.3788/CO.2019-0174
LI Hua-jian, XIAO Zuo-jiang, LIU Ying, ZHAO Yuan-yuan, WANG Rui-zhi, HE Xiao-ying. High precision corneal curvature radius measurement system[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 501-509. doi: 10.3788/CO.2019-0174
Citation: LI Hua-jian, XIAO Zuo-jiang, LIU Ying, ZHAO Yuan-yuan, WANG Rui-zhi, HE Xiao-ying. High precision corneal curvature radius measurement system[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 501-509. doi: 10.3788/CO.2019-0174

高精度角膜曲率半径测量系统

doi: 10.3788/CO.2019-0174
基金项目: 吉林省重点研发项目(No. 20180201025GX)
详细信息
    作者简介:

    李华建(1995—),男,江苏泰州人,硕士研究生,2018年于长春理工大学光电信息学院光电信息科学与工程专业获得学士学位,现为长春理工大学硕士研究生,主要研究方向为光学仪器设计、光电检测。E-mail:lhj1663126998@163.com

    肖作江(1973—),男,吉林长春人,博士,副研究员,硕士生导师,2003年于长春理工大学获得机械设计理论硕士学位,2009年于长春理工大学获得光学工程博士学位,主要研究方向为精密测量、光电检测。E-mail:xiao2706@163.com

    通讯作者:

    肖作江(通讯作者)(1973—),吉林长春人,2003年获得长春理工大学机械设计理论硕士学位,2009年获得长春理工大学光学工程博士学位,现为长春理工大学副研究员、硕士生导师,主要研究方向为精密测量、光电检测。E-mail:xiao2706@163.com

  • 中图分类号: TP394.1;TH691.9

High precision corneal curvature radius measurement system

Funds: Supported by Jilin Province Key Research and Development Project (No. 20180201025GX)
More Information
  • 摘要: 为了实现成像角膜曲率计沿光轴方向的精确对准,提高角膜曲率的测量精度,设计了一种高精度成像角膜曲率测量系统。对该系统的成像光源、成像光学系统、干涉测量系统等进行研究。通过LED阵列均匀照射靶环形成光源;成像物镜采用双远心镜头,使景深变大,有利于对准测量,同时保证成像物镜的放大率不会受景深的影响;引用低相干干涉测量技术,利用低相干干涉信号定位角膜顶点和测量光源的位置,利用光栅尺监测扫描反射镜的位置,实现了角膜顶点到测量光源距离的精确测量。最后,分析了该系统成像物镜放大率的稳定性和角膜曲率测量误差,在理论基础上,做出了实验样机,用所设计的样机对标准角膜模拟眼进行测试,系统精度达到±0.02 mm,基本满足角膜曲率的测量要求。
  • 图  1  角膜曲率半径测量原理图

    Figure  1.  Measurement principle of corneal curvature radius

    图  2  误差分析图

    Figure  2.  Error analysis chart

    图  3  高精度角膜曲率半径测量系统原理图

    Figure  3.  Schematic diagram of measurement system for high precision corneal curvature radius

    图  4  靶环装置

    Figure  4.  Target ring device

    图  5  靶环装置成像原理图

    Figure  5.  Schematic diagram of imaging principle of target ring device

    图  6  靶环装置组成图

    Figure  6.  Composition diagram of target ring device

    图  7  靶环装置光源仿真图

    Figure  7.  Simulation diagram of light source for target ring device

    图  8  模拟面的辐照度

    Figure  8.  Irradiances of the simulated surface

    图  9  双远心镜头成像原理图

    Figure  9.  Imaging principle of double telecentric lens

    图  10  干涉测量系统

    Figure  10.  Interferometry measurement system

    图  11  干涉图

    Figure  11.  Interferogram

    图  12  $b$为100 μm时角膜曲率半径的误差

    Figure  12.  The error of corneal curvature radius when $b$ is 100 μm

    图  13  $b$为−100 μm时角膜曲率半径的误差

    Figure  13.  The error of corneal curvature radius when $b$ is −100 μm

    图  14  实验样机

    Figure  14.  Experimental prototype

    图  15  图像处理结果

    Figure  15.  Image processing results

    表  1  景深对应的$b$$\beta $

    Table  1.   The $b$ and $\beta $ values corresponding to different depthes of field

    景深/mm$b$/mm$\beta $/mm
    −367−0.464
    −268−0.459
    −169−0.456
    070−0.450
    171−0.446
    272−0.441
    373−0.437
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    表  2  双远心镜头参数

    Table  2.   Double telecentric lens parameters

    参数数值
    物距/mm100
    前景深/mm4.68
    后景深/mm5.47
    放大率–0.45
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    表  3  不同物距的放大率

    Table  3.   Magnifications corresponding to different object distances

    物距/mm放大率
    97−0.450 19
    98−0.450 15
    99−0.450 12
    100−0.450 00
    101−0.449 92
    102−0.449 86
    103−0.449 82
    104−0.449 78
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    表  4  实验结果

    Table  4.   Experimental results

    标准值测量值/mm误差/mm标准值测量值/mm误差/mm
    6.656${r_{\max }}$6.675﹢0.0197.988${r_{\max}}$7.9970.009
    ${r_{\min }}$6.641−0.015${r_{\min}}$7.975−0.013
    6.656${r_{\max}}$6.673+0.0179.458${r_{\max}}$9.466+0.008
    ${r_{\min }}$6.637−0.019${r_{\min }}$9.443−0.015
    6.656${r_{\max}}$6.669+0.0139.458${r_{\max}}$9.473+0.015
    ${r_{\min }}$6.647+0.011${r_{\min }}$9.455−0.003
    7.988${r_{\max}}$7.999+0.0119.458${r_{\max}}$9.477+0.019
    ${r_{\min }}$7.974−0.014${r_{\min }}$9.459+0.001
    7.988${r_{\max}}$7.998+0.010
    ${r_{\min }}$7.980−0.008
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-27
  • 修回日期:  2019-11-08
  • 刊出日期:  2020-06-01

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