为减小成像角膜曲率计沿光轴方向的对准误差, 提高角膜屈光度测量精度, 设计一种高精度成像角膜曲率计光学系统。光学系统包括成像系统和低相干干涉测量系统。成像系统由成像物镜、角膜和测量靶环构成, 其中成像物镜采用双远心光路设计; 低相干干涉测量系统采用光栅尺实现扫描反射镜的位移测量, 再通过低相干干涉信号对角膜顶点和测量靶环进行定位, 实现了对角膜顶点和测量靶环距离间的精确测量。成像物镜在最大空间频率为70 lp/mm处的调制传递函数大于0.4, 畸变小于0.05%。设计结果表明, 该系统结构紧凑, 成像质量好, 操作简单, 满足成像角膜曲率计对角膜屈光度的高精度测量需求。

为实现简化的角膜曲率测量系统, 提出一种以角膜反射成像为原理的角膜曲率计, 其测量方法是将六个呈正六边形排布的点光源准直后投射到角膜前表面, 角膜反射图像经物方远心光路成像在CMOS上; 利用重心算法求出角膜反射图像中位于正六边形长对角线上的两个点光源的距离, 进而求得角膜曲率。本文对系统的成像质量、测量范围和测量精度进行了理论分析, 并且采用标准模拟眼和人眼进行实验, 以验证理论分析结果。结果表明: 本文设计的测量系统的角膜曲率半径测量范围为5.5 mm~11 mm(对应角膜屈光度30 m-1~60 m-1), 测量误差为±0.02 mm。这将为自动角膜曲率计的设计及优化提供技术支持。

为了提高角膜曲率计的测量精度, 借助于现代光电子技术, 设计了一款高精度的成像角膜曲率计。系统包括环形物、一次成像系统、角膜、二次成像系统和CCD探测器。首先在ZEMAX软件中, 设计了成像角膜曲率计的一次成像系统和二次成像系统, 分别对两个成像系统进行优化设计; 然后通过半透半反镜组将一次成像系统和二次成像系统拼接, 组成成像角膜曲率计的光学系统, 并对其进行整体的优化设计。最后, 利用TracePro对所得的环形像进行模拟和分析。结果表明: 所设计的成像角膜曲率计的测量范围约为30~60D（对应角膜曲率半径5.5~11 mm）, 测量精度在角膜曲率半径7.8 mm时达到0.072D。