为了降低眼球的自动调节功能对屈光度测量的影响, 建立了敞开视窗型自然验光仪光学系统。对该系统的光学成像特性、屈光度测量方法等进行研究, 提出了一种通过测量眼底反射像环的厚度来验光的方法（简称环厚法）, 同时还设计了一组适合环厚法的调焦光路来实现。首先, 介绍了敞开视窗型自然验光仪的光路结构及工作原理。接着, 通过理论分析得出屈光度与远点距之间的关系, 并提出环厚法用于测量远点距。然后, 在 Zemax软件中建立相应的光学模型进行仿真测试, 最后, 通过搭建相应的光学系统对九种模拟眼进行实验测量。实验结果表明: 九种模拟眼测量的相对误差控制在 7%以内。该光学系统具备结构紧凑、成本低、准确、稳定可靠等特点, 能够满足屈光度测量的要求。

选取适合角膜地形图仪的调焦函数并设计搜索方法。基于角膜地形图仪的图像拍摄要求及调焦系统原理,采用八种调焦评价函数对实验图像进行处理,对比分析不同调焦函数的单峰性、一致性、灵敏度、计算速度等指标。结果显示:除了Variance函数的单峰性较差,其他七种函数都有良好的单峰性、一致性和计算速度,而Laplacian函数灵敏度最高,有效测量范围小,适合精确调焦;NRSS函数灵敏度低,有效测量范围大,适合粗调焦。基于所选取的调焦评价函数,针对角膜地形图仪调焦系统,设计了一种基于阈值判别条件的搜索方法,确定其调焦阈值,并通过实验验证该方案的有效性。

图像清晰度评价函数可以反映调焦系统的调焦准确性。为了验证所选择的评价函数满足调焦准确性的要求,现选择在不同调焦位置拍摄图像并进行处理,找出最佳成像位置,然后利用调焦透镜的移动量与屈光度的关系计算出屈光度,与实际使用的模拟眼比较并计算误差。通过对不同屈光度的模拟眼分别测量,最终结果表明:该评价函数能够较好地满足调焦的准确性要求。