電腦驗光儀的沿革

文/陶會榮 靳瑾

1 概述

電腦驗光儀是綜合運用電子、計算機、現(xiàn)代光學(xué)等技術(shù)研制而成，以客觀檢查被測眼的屈光狀態(tài)，之所以被稱為電腦驗光儀，是因為它利用了電子計算機系統(tǒng)來進行驗光。最早的電腦驗光儀由電子管、晶體管兩者并用而成，主機重達(dá)500多斤，另外還有2臺電動機控制，其中一臺控制主機姿態(tài)，另外一臺則控制儀器升降。此外，驗光數(shù)據(jù)還需一臺自動電傳打字機打印，且需兩個人同時操作。以后，隨著集成電路的出現(xiàn)，電腦驗光儀體積顯著縮小，設(shè)備重量隨之減輕，電腦運算速度也得到了提升。同時，人們利用雙針孔成像原理、激光技術(shù)、紅外線等先進技術(shù)，加上電腦革新技術(shù)，在20世紀(jì)六七十年代研制出新型的電腦驗光儀。但這種新型電腦驗光儀沒有全自動檢測眼睛的功能，即不能實現(xiàn)自動尋找被測眼瞳孔、自動對焦、自動換眼檢測的功能，而且它檢測眼睛時，電腦接收的反射光只是幾個點而不是一個圓環(huán)，不過測量數(shù)據(jù)能夠通過電腦自動處理，因此可以稱之為半自動電腦驗光儀，半自動電腦驗光儀成為日后全自動電腦驗光儀的基礎(chǔ)。后來，隨著科技的發(fā)展，全自動電腦驗光儀開始問世，它兼具自動檢測和手動檢測功能，雖然內(nèi)部復(fù)雜，但外部結(jié)構(gòu)簡單、易操作，在短時間內(nèi)就能學(xué)會使用，而且其自動檢測功能不需要驗光師手動去對準(zhǔn)眼睛，能夠自動對焦、自動換眼檢測，如果出現(xiàn)一些基本故障，它還能夠通過顯示屏顯示出來，這為后續(xù)的維修工作帶來很多便利。全自動電腦驗光儀準(zhǔn)確率大大提高，避免了人為操作的誤差，提升了驗光工作效率，實現(xiàn)了對眼睛真正意義上的全自動檢測。如今，電腦驗光儀正向著更加自動化、精確化的方向發(fā)展，不僅能夠檢測被測眼的近（遠(yuǎn)）視程度，還能檢測被測眼的散光、光軸、軸位等，并附加了許多其他功能。

2 外部結(jié)構(gòu)圖

圖1 早期電腦驗光儀

圖2 現(xiàn)今全自動電腦驗光儀

3 分類及特點

電腦驗光儀有主觀型與客觀型之分。被測者在測屈光狀態(tài)時調(diào)整測試視標(biāo)的位置，使得被測眼能夠清晰地看到測試視標(biāo)移動的位移，進而判斷被測眼的屈光不正程度，此為主觀型電腦驗光儀；不借助被測者的主觀知覺，完全通過電腦或者檢影來判斷遠(yuǎn)點的位置，驗光儀中的計算機根據(jù)光學(xué)知識計算判斷被測眼的屈光不正程度，此為客觀型電腦驗光儀?，F(xiàn)今大多數(shù)電腦驗光儀為客觀型自動電腦驗光儀，其優(yōu)點是快速、直觀、準(zhǔn)確，為主觀驗光提供了一個很好的參考標(biāo)準(zhǔn)。其缺點是會受一些不相干元素影響。

4 基本組成

如圖3所示，電腦驗光儀一般包括升降工作臺、定位系統(tǒng)、驗光儀主機等，驗光儀主機由放松調(diào)節(jié)與固視（霧視）系統(tǒng)、觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、移動光斑系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等組成。

圖3 電腦驗光儀基本結(jié)構(gòu)圖

5 原理

最早出現(xiàn)的驗光儀采用盤氏原理。如圖3所示，它是根據(jù)眼睛看物體時的調(diào)節(jié)張力來判斷眼睛的屈光程度，然后再加上鏡片，把人眼所成的像根據(jù)光學(xué)原理調(diào)節(jié)到視網(wǎng)膜上，完成驗光。但是這種方法會直接受瞳孔大小的變化和調(diào)節(jié)影響，而且驗光時間較長。

圖4 根據(jù)調(diào)節(jié)張力判斷屈光程度

后來的電腦驗光儀則利用雙針孔成像原理制成。如圖4所示，是用一個雙針孔片放在被測眼的前方觀察目標(biāo)，檢測目標(biāo)是否在被測眼的遠(yuǎn)點處，它的像是否是單像，如果為單像就說明正常，若出現(xiàn)雙像就說明屈光不正，以此為根據(jù)來判斷被測眼的屈光不正程度。

圖5 雙針孔成像原理驗光

隨著驗光準(zhǔn)確度要求的提高，早期半自動電腦驗光儀出現(xiàn)，這是一種可以消除強光刺激的紅外線半自動電腦驗光儀，通過將一種僅讓紅外線穿過的光學(xué)濾片放置在光源前，從而使被檢者看不到測試視標(biāo)。同時，觀察系統(tǒng)內(nèi)安裝電子聚焦接受器或安裝一種可將從視網(wǎng)膜返回的紅外線轉(zhuǎn)換為可見光的圖像轉(zhuǎn)換器來代替驗光者，從而較準(zhǔn)確地測試被檢眼的屈光狀態(tài)。

如今的電腦驗光儀則根據(jù)眼球自身的屈光原理以及人眼的視覺特性來進行屈光不正的測定，目前市場上客觀型電腦驗光儀居多。盡管客觀型電腦驗光儀的型號、生產(chǎn)的廠商不同，其工作原理也不盡相同，但概括起來主要有3種原理：謝納原理、焦度計原理和檢影鏡原理。如圖6所示，根據(jù)雙針孔成像原理，改變進入眼內(nèi)的光線聚散度，使視標(biāo)清晰地成像在視網(wǎng)膜上，據(jù)此判斷眼的屈光度為謝納原理(a)；或者在眼前加一個光學(xué)系統(tǒng)，使遠(yuǎn)點移到眼前適當(dāng)距離來判斷屈光不正為焦度計原理(b)；或由檢査者通過一套特定的裝置，將光線射到視網(wǎng)膜上，根據(jù)眼底反光聚散度來判定屈光度為檢影鏡原理(c)。經(jīng)過多方面實踐，現(xiàn)今大部分電腦驗光儀采用紅外線技術(shù)，如圖6所示，由紅外線光源經(jīng)過視網(wǎng)膜反射后在電腦上顯示的圖像來看，它從幾個點演變成了一個圓環(huán)，能夠更加準(zhǔn)確地檢查被測眼的屈光力。

圖6 電腦驗光儀工作原理

圖7 電腦驗光儀性能演變

目前，大部分電腦驗光儀的設(shè)計基于間接眼底鏡的原理。如圖8所示，它使用兩個物鏡或聚焦鏡和一個分光器，當(dāng)光源進入眼睛時，檢測光標(biāo)可以順著投影系統(tǒng)的軸移動，將它移動到被測眼最清晰的位置，若是正常眼，它的像在無限遠(yuǎn)處；若屈光不正，檢測光標(biāo)就會前后移動，使得被測眼能夠看到最清晰的像。通過改變進入眼睛光線的聚散度使光標(biāo)清晰成像在視網(wǎng)膜上，從而自動計算出屈光度，并可將檢測結(jié)果數(shù)據(jù)經(jīng)熱敏打印機打印后輸出。

圖8 自動電腦驗光儀基本原理

6 市場

如今全自動電腦驗光儀已逐漸取代半自動電腦驗光儀，品牌也越來越多，目前市場上主流全自動電腦驗光儀品牌主要有國外的拓普康（TOPCON）、尼德克（NIDEK）、貴精工以及國內(nèi)新緣、雄博、佳樂普等，其銷售價格在1萬到10萬元不等。