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几何屈光力测量装置

阅读：5发布：2022-01-31

专利汇可以提供几何屈光力测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种眼睛屈光力测量装置(例如320、420、720、820、920)可以包括光源 (例如910)，其被配置成将输入光束引导至患者的眼睛中。眼睛屈光力测量装置还可以包括孔(例如330、430、730、830、930)，其被配置成接收输出光束，该输出光束包括来自输入光束的、从眼睛的视网膜上的位置散射并且穿过眼睛的瞳孔而出射的光。眼睛屈光力测量装置还可以包括检测器(例如340、440、740、840、940)，其被配置成在输出光束已经通过孔之后接收该输出光束。处理器(例如370、470、770、870、970)可以被配置成：确定由输出光束在检测器上产生的光斑的尺寸，并且基于该光斑的尺寸来确定眼睛的屈光力。，下面是几何屈光力测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种眼睛屈光力测量装置，包括：
光源，其被配置成将输入光束引导至患者的眼睛中；
孔，其被配置成接收来自所述眼睛的输出光束，所述输出光束包括来自所述输入光束的、从所述眼睛的视网膜上的位置散射并且穿过所述眼睛的瞳孔而出射的光；
检测器，其被配置成在所述输出光束已经通过所述孔之后接收所述输出光束；以及处理器，其被配置成确定由所述输出光束在所述检测器上产生的光斑的尺寸，并且基于所述光斑的尺寸来确定所述眼睛的屈光力。
2.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述处理器被配置成：测量所述光斑的沿至少一个轴取得的宽度，并且基于所述光斑的沿所述轴的所述宽度来确定所述眼睛的屈光力。
3.根据权利要求2所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述屈光力包括所述眼睛的球面屈光力。
4.根据权利要求2所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述处理器被配置成：测量所述光斑的沿多个轴取得的多个宽度，并且基于所述光斑的分别沿所述多个轴的所述多个宽度来确定所述眼睛的屈光力。
5.根据权利要求4所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述屈光力包括所述眼睛的球面屈光力和柱面屈光力。
6.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述处理器被配置成：仅基于所述检测器上的所述光斑的尺寸来确定所述眼睛的屈光力。
7.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述孔可动态调节，并且其中，所述处理器被配置成：控制所述孔的尺寸，以仅透射所述输出光束中的穿过所述眼睛的瞳孔的期望分析区域而出射的部分。
8.根据权利要求7所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述眼睛的瞳孔的期望分析区域包括：所述瞳孔的具有约4mm直径的中心圆形部分。
9.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，进一步包括一个或更多个光学部件，其被配置成将所述输出光束从所述眼睛中继至所述孔。
10.根据权利要求9所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述一个或更多个光学部件包括透镜，当所述眼睛屈光力测量装置位于相对于所述眼睛的期望空间位置处时，所述透镜的共轭平面近似位于所述孔和所述眼睛的出射光瞳处。
11.根据权利要求10所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述孔具有固定尺寸。
12.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，进一步包括对准系统，其用于将所述屈光力测量装置定位于相对于所述眼睛的期望空间位置处。
13.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述屈光力测量装置与手术显微镜集成。
14.根据权利要求13所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述手术显微镜适合于进行白内障手术。
15.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述屈光力测量装置为手持装置。
16.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述屈光力测量装置具有适合于测量所述眼睛的晶状体屈光力、假晶状体屈光力或无晶状体屈光力的动态范围。
17.根据权利要求16所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述屈光力测量装置的所述动态范围为至少约-5.0屈光度至约+20.0屈光度。
18.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述处理器进一步被配置成：
基于对所述眼睛的无晶状体屈光力的测量来针对所述患者确定适合的人工晶状体的屈光力。
19.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述检测器包括电子传感器阵列或者漫反射表面和被配置成对所述漫反射表面进行成像的相机。
20.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述光源包括激光器或超发光二极管。
21.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述输入光束被准直。
22.根据权利要求1所述的眼睛屈光力测量装置，其中，所述输入光束具有1mm或更小的直径。
23.一种眼睛屈光力测量方法，包括：
将输入光束引导至眼睛中，使得所述输入光束从视网膜上的位置散射，从而产生穿过所述眼睛的瞳孔而出射的输出光束；
确定所述输出光束的角大小；以及
基于所述输出光束的角大小来确定所述眼睛的屈光力。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，确定所述输出光束的角大小包括：确定所述输出光束的圆锥角。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，确定所述输出光束的圆锥角包括：确定由所述光束在通过孔之后在检测器上产生的光斑的尺寸。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，确定所述输出光束的圆锥角进一步包括：确定所述光斑的沿至少一个轴取得的宽度。
27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括：基于沿至少一个轴取得的宽度来确定所述眼睛的球面屈光力。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，确定所述输出光束的圆锥角进一步包括：确定所述光斑的沿多个轴取得的多个宽度。
29.根据权利要求28所述的方法，进一步包括：基于沿所述多个轴取得的多个宽度来确定所述眼睛的柱面屈光力。
30.根据权利要求25所述的方法，其中，确定所述输出光束的圆锥角进一步包括：将所述光斑的尺寸与所述孔的尺寸进行比较。
31.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：改变所述孔的尺寸，以仅透射所述输出光束中的穿过所述眼睛的瞳孔的期望分析区域而出射的部分。
32.根据权利要求24所述的方法，进一步包括：确定所述眼睛的瞳孔的直径，并且基于所述眼睛的瞳孔直径和所述输出光束的圆锥角来确定所述眼睛的屈光力。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，确定所述瞳孔直径包括：在距离所述眼睛的已知距离处确定所述输出光束的圆锥角。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，确定所述瞳孔直径包括：在距离所述眼睛的瞳孔的已知距离处确定所述输出光束的圆锥角。
35.根据权利要求32所述的方法，其中，确定所述瞳孔直径包括：使用成像系统将所述眼睛的瞳孔以光学方式成像到检测器上，并且基于所述成像系统的放大率和所述检测器上的所述瞳孔的直径来确定所述瞳孔的直径。
36.根据权利要求24所述的方法，进一步包括：确定所述眼睛的无晶状体屈光力。
37.根据权利要求36所述的方法，进一步包括：基于所述眼睛的无晶状体屈光力来针对患者确定适合的人工晶状体的屈光力。

说明书全文

几何屈光力测量装置

[0001] 对任意优先权申请的交叉引用

[0002] 在与本申请一起提交的申请资料表中确定的针对其外国或本国优先权声明的任意和所有申请按照37CFR 1.57通过引用结合于此。特别地，该申请请求2013年3月12日提交的名为“GEOMETRIC OPTICAL POWER MEASUREMENT DEVICE”的美国专利申请13/797,702和2012年9月27日提交的名为“GEOMETRIC OPTICAL POWER MEASUREMENT DEVICE”的美国临时专利申请61/706,630的优先权，这两个申请的全部内容在本文中通过引用结合于此。

[0003] 背景

技术领域

[0004] 本发明的领域涉及用于执行眼睛的屈光力测量的仪器。

[0005] 相关领域的描述

[0006] 人眼包括想要将进入眼睛的瞳孔的光聚焦到视网膜上的角膜和晶状体。然而，眼睛可能表现出导致光未被适当地聚焦到视网膜上并且可能使视敏度降低的各种屈光不正。眼像差的范围可以从引起近视、远视或规则散光的相对简单的球面误差和柱面误差到可以引起例如人的视觉中的光晕和星暴的更复杂的屈光不正。

[0007] 多年来，已经开发出许多干预措施来矫正各种眼像差。这些干预措施包括：球柱面矫正光学元件，例如眼镜、隐形眼镜和人工晶状体(IOL)；或者角膜屈光手术，例如LASIK。对于眼像差的诊断和矫正通常涉及屈光力测量装置的使用，以确定眼睛的屈光力。虽然已经产生了许多不同类型的目标屈光力测量装置，但是更简单、更便宜的目标光学屈光力测量装置可以是有益的。

发明内容

[0008] 公开了一种眼睛屈光力测量装置。在一些实施方式中，眼睛屈光力测量装置包括：光源，其被配置成将输入光束引导至患者的眼睛中；孔，其被配置成接收来自眼睛的输出光束，所述输出光束包括来自输入光束的、从眼睛的视网膜上的位置散射并且穿过眼睛的瞳孔而出射的光；检测器，其被配置成在输出光束已经通过孔之后接收该输出光束；以及处理器，其被配置成确定由输出光束在检测器上产生的光斑的尺寸，并且基于光斑的尺寸来确定眼睛的屈光力。

[0009] 公开了一种眼睛屈光力测量方法。在一些实施方式中，眼睛屈光力测量方法包括：将输入光束引导至眼睛中，使得输入光束从视网膜上的位置散射，从而产生穿过眼睛的瞳孔而出射的输出光束；确定输出光束的角的大小；以及基于输出光束的角的大小来确定眼睛的屈光力。

[0010] 附图概述

[0011] 出于对本公开进行概述的目的，本文已经描述了本发明的某些方面、优点和特征。要理解的是，可以不必根据本发明的任意具体实施方式来实现所有这样的优点。因而，本发明可以用以下方式进行实施或实行：实现或优化如本文所教示的一个优点或一组优点，而不必实现本文可能教示或建议的其它优点。在附图中图示了某些实施方式，该附图仅出于说明性的目的。

[0012] 图1为从正视眼的视网膜散射的输入光束的示意图。

[0013] 图2为从远视眼的视网膜散射的输入光束的示意图。

[0014] 图3为用于确定来自眼睛的输出光束的圆锥角的屈光力测量装置的示意图。

[0015] 图4为用于确定来自远视眼的输出光束的圆锥角的屈光力测量装置的示意图。

[0016] 图5为由来自未表现出基本散光度的眼睛的输出光束在检测器上形成的光斑的示意图。

[0017] 图6为由来自表现出散光度的眼睛的输出光束在检测器上形成的光斑的示意图。

[0018] 图7为包括用于以光学方式确定眼睛的瞳孔的直径的瞳孔成像透镜的屈光力测量装置的示意图。

[0019] 图8为包括用于将输出光束中继至孔的中继透镜的屈光力测量装置的示意图。

[0020] 图9为包括孔、检测器、光源和计算装置的屈光力测量装置的示意图。

[0021] 具体描述

[0022] 图1为从正视眼102的视网膜104散射的输入光束112的示意图。从光源110沿着如正视眼102的视轴或光轴发射入射光束112。光源可以为如激光器或超发光二极管。输入光束112可以如具有1mm或更小直径的准直光束。在一些实施方式中，光源110输出红外光(例如785nm)。输入光束112在角膜顶端处或角膜顶端附近进入正视眼102，并且穿过眼睛传播至视网膜104。当输入光束112到达视网膜104时，其向后散射，因此产生输出光束114。输出光束114的尺寸受限于眼睛102的瞳孔，其中输出光束114必须通过瞳孔以离开眼睛。因为图1中的眼睛102是正视眼，所以输出光束114是基本准直的。因而，在正视眼102的情况下，输出光束的直径基本对应于瞳孔的直径d瞳孔。在远视眼或近视眼的情况下，输出光束114将不是准直的，而将是发散光束或会聚光束。

[0023] 图2为从远视眼202的视网膜204散射的输入光束212的示意图。从光源210发射输入光束212。输入光束212和光源210可以例如与上面关于图1所描述的输入光束和光源相类似。然而在图2中，因为眼睛202为远视，所以输出光束214不是准直的。换言之，眼睛202缺少足够的屈光力以使输出光束214准直。因此，输出光束214是具有圆锥角θ或圆锥半角θ1/2的发散光束。相应地，输出光束212的直径d随着距离眼睛202的纵向距离z的增大而增大。

[0024] 如果眼睛202与图2中所示的眼睛相比远视较严重，则圆锥角将较大。类似地，如果眼睛202与图2中所示的眼睛相比远视较轻微，那么圆锥角将较小。虽然未示出，但是如果眼睛202为近视，则输出光束214在其离开眼睛直到到达位于眼睛外部的焦点为止将会是会聚光束。越过该点，输出光束214将变成发散光束。再者，在近视眼的情况下输出光束214的特定圆锥角将作为近视度数的函数而变化。

[0025] 因为不管眼睛为远视眼(例如，圆锥角被限定为θ>0)、正视眼(即θ＝0)还是近视眼(例如，圆锥角被限定为θ<0)，输出光束214的圆锥角都作为眼睛202的屈光力的函数而变化，所以可以使用对圆锥角的测量以便确定眼睛202的屈光力。例如，可以根据下面的等式来限定眼睛的屈光力(例如，球面屈光力和/或柱面屈光力)：

[0026]

[0027] 其中，EFL是实现由准直光束在视网膜上最佳聚焦的、在眼睛的角膜平面处的晶状体的有效焦距，并且测量的单位例如米。可以依次根据下面的等式来限定眼睛的EFL：

[0028]

[0029] 其中，d瞳孔是眼睛的瞳孔的直径，而θ1/2是输出光束214的圆锥半角。因此，如果可以确定输出光束的圆锥角和眼睛的瞳孔的直径，则也可以确定眼睛的屈光力。然而，如本文所讨论的，在一些实施方式中，对输出光束的圆锥角的测量受限于瞳孔的特定分析区域(例如，瞳孔的中心约4mm的部分)。在这样的实施方式中，分析区域的直径替换方程式(2)中的瞳孔直径，并且可以在未确定眼睛的瞳孔的直径的情况下使用测量的圆锥角来确定眼睛的屈光力。

[0030] 图3为用于确定来自眼睛302的输出光束314的圆锥角的屈光力测量装置320的示意图。虽然图3中未示出，但是屈光力测量装置320可以包括(例如类似于光源110的)光源，以将(例如类似于输入光束112的)输入光束(例如经由分束器)引导至眼睛302中。输入光束从视网膜304向后散射，从而形成输出光束314。如本文所讨论的，屈光力测量装置320还可以包括计算装置370，该计算装置370可以用于如分析检测器图像和/或控制孔330。

[0031] 屈光力测量装置320还包括孔330和检测器340。如本文进一步讨论的，孔330可以是如圆形形状并且可以具有固定的直径或动态可变的直径。检测器340可以是如CCD、CMOS、传感器元件阵列、胶卷或扫描检测器。替代地，检测器340可以是由相机(未示出)成像的漫射表面的组合。

[0032] 屈光力测量装置320的光轴可以被限定为如垂直于检测器340的表面并且通过孔330的中心的轴。在一些实施方式中，屈光力测量装置320还包括用于将屈光力测量装置
320与眼睛302对准的对准系统(未示出)。例如，在一些实施方式中，对准系统可以用于(例如沿x方向和y方向)对屈光力测量装置320进行定位，使得屈光力测量装置320的光轴与眼睛302的光轴或视轴一致。另外，如本文所讨论的，对准系统可以用于(例如沿z方向)将屈光力测量装置320定位于距离眼睛302的已知距离处。2008年9月9日提交的名为“OPTICAL INSTRUMENT ALIGNMENT SYSTEM”的美国专利8,333,474公开了这样的对准系统的示例，其中所述美国专利的全部内容通过引用结合于此。

[0033] 当将屈光力测量装置320与眼睛302充分地以光学方式对准时，输出光束314通过孔330并且入射在检测器340上，因此在检测器340上形成光斑。可以改变孔330的尺寸为例如以下：当屈光力测量装置320被定位于距离眼睛302的期望距离处时，使得具有期望圆锥角范围(其依次对应于眼睛屈光力的范围)的各种输出光束314充满孔330(例如，孔330可以是输出光束的限制孔，而非眼睛的瞳孔)。换言之，在一些实施方式中，期望的是：
改变孔330的尺寸使得输出光束314的直径在输出光束314进入孔的点处至少与孔330一样大。可以使用各种测量值例如光束的半峰全宽(FWHM)来限定输出光束314的宽度。

[0034] 输出光束314的圆锥角θ1/2可以由屈光力测量装置320通过如以下来进行测量：确定由输出光束314在检测器340上形成的光斑的尺寸，并且然后将光斑尺寸与孔330的尺寸进行比较。可以使用各种测量法例如光斑的半峰全宽来确定检测器340上的光斑的尺寸。可以例如根据下面的等式来完成光斑尺寸与孔直径之间的比较：

[0035]

[0036] 其中，dCCD是由输出光束在检测器340上形成的光斑的尺寸(例如，直径)，d孔是孔330的尺寸(例如，直径)，而R是孔330与检测器340之间沿光轴的已知距离。

[0037] 等式(3)可以根据例如由输出光束414的边、检测器440和在孔430的边界处与检测器440垂直的线的相交而形成的直角三角形435中的一个来导出。如图4所指出的，这样的直角三角形435的角中的一个为输出光束414的圆锥半角θ1/2。三角形435的与θ1/2相对的直角边的长度是检测器440上的光斑的直径与孔430的直径之间的差的一半。三角形435的剩余直角边的长度由孔430与检测器440之间的距离R给出。相应地，等式3遵循以下：将正切函数的几何定义应用于直角三角形435。然而，还可以使用其它方法和/或等式来对输出光束314在检测器340上的光斑的尺寸与孔330的尺寸进行比较，以便给出对输出光束的圆锥角的指示。

[0038] 如图3所示，在正视眼302的情况下，输出光束314是基本准直的。因此，由输出光束314在检测器340上形成的光斑的尺寸基本与孔330的尺寸相同(忽略衍射)。因此，如下面的方程式所示，依据等式(3)，输出光束314的圆锥半角等于0：

[0039]

[0040] 图4为用于确定来自远视眼402的输出光束414的圆锥角的屈光力测量装置420的示意图。屈光力测量装置420包括孔430、检测器440和计算装置470。屈光力测量装置420可以类似于例如本文关于图3所讨论的屈光力测量装置(即320)。然而，图4中的屈光力测量装置430具有较大的孔430，以便容纳来自远视眼402的发散输出光束414。因为输出光束414为发散光束，所以输出光束414在检测器440上形成大于孔430的光斑。将等式(3)应用于图4的屈光力测量装置420和远视眼402，给出下面的结果：

[0041]

[0042] 替代地，如果将屈光力测量装置用于通过分析会聚输出光束来测量近视眼的屈光力，则检测器上的光斑将小于孔，并且应用等式(3)将导致小于0的圆锥半角测量值。注意，在一些实施方式中，屈光力测量装置420被设计成在比会聚光束的焦点更接近眼睛的位置处测量来自近视眼的会聚光束。这可以约束屈光力测量装置420的动态范围和/或屈光力测量装置420与眼睛之间的工作距离。例如，-4.0D眼睛会将输出光束414聚焦在距离角膜顶端250mm的点处。因此，可以将屈光力测量装置420定位成较接近于眼睛(例如，将一个原型设计成位于距离角膜孔130mm)，以便在光束的焦点之前测量输出光束的圆锥角。替代地，在一些实施方式中，屈光力测量装置420可以包括以下光学装置：该光学装置用于在会聚光束离开瞳孔时将会聚光束的波前中继至如孔430，以便减小在测量近视眼时对装置的动态范围和/或工作距离的约束。

[0043] 在一些实施方式中，孔430的尺寸是可调节的，以容纳来自具有不同屈光力量的眼睛的各种输出光束414。例如，在来自近视眼的会聚输出光束的情况下可以缩小孔430，而在来自远视眼的发散输出光束的情况下可以增大孔430的尺寸。在一些实施方式中，屈光力测量装置具有至少约-5.0屈光度至约+20.0屈光度的动态范围。另外，在一些实施方式中，动态调节孔430的尺寸，以便仅使从眼睛402的瞳孔的期望部分或分析区域出射的光通过。例如，可以期望的是，基本上仅使用离开瞳孔的中心光学区的光来执行测量。在一些实施方式中，分析区域为瞳孔的直径近似为4mm的中心光学区。通过将输出光束414限制成从瞳孔的中心光学区出射的光，可以增大使用装置420进行的屈光力测量的一致性，因为所述测量将较少依赖于瞳孔尺寸和光学像差，其中瞳孔尺寸可以取决于环境照明状况而变化，光学像差可以影响通过瞳孔的外周的光。

[0044] 在一些实施方式中，可以使孔430的尺寸对应于眼睛上的限定分析区域，并且可以(例如使用迭代过程和/或反馈回路，或者任意其它合适的方法)利用测量的发散/会聚来控制孔430的尺寸，以确保孔430为正确的尺寸。例如，在一些情况下，测量的输出光束的圆锥角和对应的测量的眼睛的屈光力可能取决于由被测量的眼睛的外部光学边缘引起的球面像差。因此，随着孔430的尺寸被动态调节成包括或者不包括通过眼睛的瞳孔的外部的输出光束的部分，测量的圆锥角/屈光力可以在某种程度上可以改变。可以使用校准透镜、经校准的(例如，一个或更大屈光力的)模型眼等来以推理方式确定校准数据如校准曲线，以限定球面像差与测量的圆锥角/屈光力之间的关系。可以用针对孔430的多个直径设置来进行对圆锥角/屈光力的测量。然后，可以使用校准数据(例如通过使测量值符合校准曲线)来确定针对孔430的直径设置中的哪一个对应于瞳孔的期望分析区域。例如，可以用如4mm的孔尺寸进行第一测量。在使用校准数据的情况下，可以确定的是第一测量可以对应于瞳孔处的如6mm的分析区域。然后，可以(例如基于校准数据)调节孔尺寸并且进行第二测量。可以继续该过程直到确定孔尺寸对应于瞳孔的期望分析区域为止。

[0045] 在一些实施方式中，在产生发散输出光束的远视眼的情况下，可以通过使用下面的关系来限定或调节孔430的尺寸：

[0046] D＝(瞳孔直径)+(从孔到角膜顶端的距离)*tanθ1/2

[0047] 在产生会聚光束的近视眼的情况下，可以通过使用下面的关系来限定或调节孔的直径：

[0048] D＝(瞳孔直径)-(从孔到角膜顶端的距离)*tanθ1/2

[0049] 使用该控制方案，其遵循：发散越大或者测量的远视程度越大，则孔430会变得越大。这些控制方案仅作为示例。还可以使用其它控制方案。

[0050] 图5为由来自未表现出基本散光度的眼睛的输出光束(例如414)在检测器(例如440)上形成的光斑542的示意图。如所图示的，光斑542基本上为圆形，这表示测量的输出光束所来自的眼睛的主要光学像差为旋转对称散焦误差。(取决于输出光束的圆锥角，眼睛还可以具有零散焦误差。)散焦误差的量的特征在于，可以沿检测器的x-y平面中的任意轴来测量光斑542的直径544。例如，可以确定光斑542的直径544，并且随后使用等式(3)来将直径544与屈光力测量装置(例如420)的孔(例如430)的直径进行比较。采用这种方式，可以确定输出光束(例如414)的圆锥角。然后，如本文所讨论的，可以将该值用于计算眼睛的有效焦距和/或球面屈光力。

[0051] 图6为由来自表现出散光度的眼睛的输出光束(例如414)在检测器(例如440)上形成的光斑642的示意图。如所图示的，光斑642为椭圆形，这表示测量的输出光束所来自的眼睛的屈光力不完全旋转对称。特别地，椭圆形光斑642表示的是，眼睛具有沿两条正交子午线(即，柱面屈光力或散光度)中的每条的不同程度的屈光力。可以通过确定光斑642的沿长轴644方向和沿短轴646方向的各自的尺寸来测量沿两条子午线中的每条的屈光力。可以通过应用等式(3)来将这些测量值中的每个与孔(例如430)的直径进行比较，以便测量输出光束(例如414)沿眼睛的散光度的轴的圆锥角。如本文所讨论的，然后可以将这些值用于计算眼睛的沿正交子午线中的每条的有效焦距，和/或计算眼睛的球面屈光力和散光屈光力。另外，可以确定长轴644或短轴646在检测器上的角定向(即所述轴中的任一个与参考方向之间的角)，以便识别患者的散光的轴。例如，在图6中，长轴644平行于y轴，而短轴646平行于x轴。然而，情况不一定是这样，因为椭圆可以具有检测器的x-y平面中的任意定向，并且椭圆的定向将表示眼睛的柱面屈光力的轴。如已经讨论的，椭圆的沿长轴方向和短轴方向的尺寸将表示眼睛的柱面屈光力的量值。

[0052] 虽然图5和图6图示了可以如何使用本文所描述的屈光力测量装置来测量眼睛的球面屈光力和柱面屈光力，但是在一些实施方式中还可以测量高阶像差。这可以例如通过以下来完成：在装置的孔(例如430)中引入哈特曼板(Hartmann plate)，并且对由输出光束(例如414)的通道通过哈特曼板并且到达检测器(例如440)上形成的所获得的光斑执行另外的分析。

[0053] 当确定输出光束(例如414)的(一个或多个)角大小(例如一个或多个圆锥半角)时，可以类似地确定眼睛的(一个或多个)有效焦距和/或(一个或多个)屈光力。因为圆锥角测量可能受限于瞳孔的选择分析区域(例如，通过使测量装置的孔为输出光束的限制孔)，所以一些实施方式可能不涉及对瞳孔的直径的另外的测量。然而，在一些实施方式中，如在例如等式(1)和等式(2)中所示的，瞳孔直径还用于确定眼睛的(一个或多个)有效焦距和/或(一个或多个)屈光力。

[0054] 存在各种确定眼睛的瞳孔的直径的方式。例如，在一些实施方式中，采用类似于以下方式来确定瞳孔的直径：如参照图4所讨论的，用于测量等式(3)中的圆锥半角的方式。可以使用类似的直角三角形436来写类似的等式，其中直角三角形436由输出光束414的边、孔430的平面以及在眼睛402的瞳孔的边界处与孔430的平面垂直的线的相交而形成。
具体地，等式可以被写成以下：

[0055]

[0056] 其中，d孔为孔430的尺寸(例如直径)，d瞳孔为眼睛402的瞳孔的尺寸(例如直径)，θ1/2为输出光束414的圆锥半角，该圆锥半角是使用屈光力测量装置420来测量的，以及z0为眼睛402(例如瞳孔平面)与孔430的平面之间沿光轴的已知距离。等式(6)遵循以下：将正切函数的几何定义应用于直角三角形436。如本文所讨论的，可以使用如对准系统将屈光力测量装置420沿眼睛的光轴或视轴定位在距离眼睛402的已知距离处来确定距离z0或一些其它相关距离(例如，角膜顶端与屈光力测量装置420之间的距离z0')。替代地和/或附加地，可以使用距离测定法、三角测量法、距离测量干涉法或一些其它测量法来确定距离z0或一些其它相关距离。

[0057] 如本文所示，当使用如等式(3)确定了输出光束的圆锥半角并且使用如等式(6)确定了瞳孔直径时，可以使用等式(1)和等式(2)来确定眼睛402的有效焦距和/或屈光力。(附带地，可以基于与直角三角形435和436类似的(眼睛内部的)又一直角三角形来导出等式(2)。)虽然图4示意性地图示了通过将屈光力测量装置420定位于距离眼睛402的已知距离z0处来部分地确定瞳孔直径的方法，但是其它方法也是可行的。

[0058] 图7为包括瞳孔成像透镜752的屈光力测量装置720的示意图，该瞳孔成像透镜752用于以光学方式来确定眼睛702的瞳孔的直径。屈光力测量装置720包括孔730和检测器740，所述孔730和检测器740可以与在本文其它地方描述的孔和检测器相类似。如本文所讨论的，屈光力测量装置720还可以包括计算装置770，其可以用于如分析检测器图像和/或控制孔730。另外，图7中的屈光力测量装置720包括瞳孔成像透镜752。来自瞳孔的光被如分束器754引导至瞳孔成像透镜752。瞳孔成像透镜752在瞳孔成像检测器756上形成眼睛702的瞳孔的像。换言之，瞳孔成像检测器756和眼睛702的瞳孔可以位于瞳孔成像透镜752的各个共轭平面处。瞳孔成像透镜752可以是固定焦距透镜或者可变焦距透镜。瞳孔成像透镜752可以包括一个或更多个光学元件。

[0059] 可以通过如识别瞳孔成像检测器756上的瞳孔的尺寸来确定瞳孔的直径d瞳孔。然后，可以基于瞳孔成像透镜752的放大率来使检测器756上的瞳孔的尺寸与瞳孔的实际尺寸相关。如本文所讨论的，当确定了瞳孔直径时，可以结合输出光束714的角大小的测量值来使用瞳孔直径，以便使用等式(1)和等式(2)来确定眼睛702的有效焦距和/或屈光力。

[0060] 图8为包括中继透镜860的屈光力测量装置820的示意图，该中继透镜860用于将输出光束814中继至孔830。屈光力测量装置820还包括与本文其它地方描述的检测器和计算装置相类似的检测器840和计算装置。如关于图4所讨论的，在屈光力测量装置的一些实施方式中，孔(例如430)的尺寸是可调节且可活动的。这可以允许使可以被测量的屈光力的动态范围增大。另外，可调节的孔(例如430)可以用于收集来自瞳孔的一致的中心光学区的光，以便增加屈光力测量的可靠性。然而，图8的屈光力测量装置820包括(例如具有可调节的放大率的)中继透镜860，该中继透镜860可以在一些实施方式中免除对可调节孔的需求。因此，在一些实施方式中，屈光力测量装置820中的中继透镜860伴随有固定孔830。

[0061] 中继透镜860可以是固定焦距透镜或可变焦距透镜。中继透镜860可以包括一个或更多个光学元件。在操作中，可以使中继透镜860聚焦在例如眼睛802的瞳孔上，并且可以在孔830的平面处形成瞳孔的像。采用这种方式，中继透镜860在输出光束814于眼睛802的瞳孔处出射时将其中继至孔830。因此，中继透镜860可以允许屈光力测量装置820测量具有相异的角大小的各种输出光束814，而不必要求改变孔830的尺寸以容纳不同的输出光束。另外，可以取决于中继透镜860的放大率来设置孔830的尺寸，以使其对应于瞳孔的期望光学区(例如，瞳孔的中心4mm区域)。例如，如果中继透镜860给予1:1的放大率，则在孔830具有4mm的直径的情况下，孔830将仅透射来自瞳孔的4mm光学区的光。如本文所公开的，通过保持瞳孔的一致的分析区域，可以改进屈光力测量的一致性和准确性。

[0062] 图9为包括孔930、检测器940、光源910和计算装置970的屈光力测量装置920的示意图。如图9所示，屈光力测量装置920还包括分束器916，用于将来自光源910的输入光束912引导至眼睛902中。还图示了中继透镜960。虽然未示出，但是屈光力测量装置920还可以包括瞳孔成像光学装置。这些元件中的每个均可以类似于本文其它地方描述的对应元件中的任意元件。例如，光源910可以是红外激光器或超发光二极管。孔930可以是固定的或可变的。

[0063] 如所图示的，屈光力测量装置920可以包括计算装置970，其具有例如处理器和存储器。计算装置970可以包括一个或更多个模块(例如软件和/或硬件)，用于确定输出光束914的角大小，并且基于输出光束的角大小来确定晶状体眼睛、无晶状体眼睛或假晶状体眼睛902的屈光力。计算装置970可以通过使用一个或更多个模块来确定输出光束914的角大小，以便确定输出光束914在检测器940上形成的光斑的尺寸，并且将光斑的尺寸与孔930的尺寸进行比较。计算装置970可以被设计成如沿一个或更多个轴来测量检测器940上的光斑的尺寸。另外，计算装置970可以例如基于以下来确定眼睛902的瞳孔的尺寸：瞳孔成像检测器上的瞳孔的尺寸，或者将屈光力测量装置920定位于距离眼睛902的已知距离处。计算装置970可以控制孔830的尺寸，以测量来自眼睛802的输出光束814的期望部分。另外，如例如在2004年4月8日提交的名为“INTRAOPERATIVE ESTIMATION OF INTRAOCULAR LENS POWER”的美国专利7,556,378中和在2010年7月13日提交的名为“DETERMINATION OF THE EFFECTIVE LENS POSITION OF AN INTRAOCULAR LENS USING APHAKIC REFRACTIVE POWER”的美国专利公布2011/0015541中所讨论的，计算装置970可以针对要嵌入到眼睛902中的人工晶状体(IOL)来计算合适的球面屈光力和/或柱面屈光力，其中以上文献的全部内容通过引用结合于此。

[0064] 在一些实施方式中，屈光力测量装置920包括对准系统，其用于相对于眼睛902横向地和纵向地对所述装置进行精确定位。该对准系统可以如与先前通过引用结合于此的美国专利8,333,474中公开的对准系统相类似。

[0065] 在一些实施方式中，屈光力测量装置920为桌面装置或手持装置。替代地，屈光力测量装置920可以被设计成集成到适合于进行白内障手术的手术显微镜中。例如，屈光力测量装置920可以采用以下方式集成到手术显微镜中：与2005年4月20日提交的名为“INTEGRATED SURGICAL MICROSCOPE AND WAVEFRONT SENSOR”的美国专利7,883,505中的波前传感器相同或类似的方式，该专利的全部内容通过引用结合于此。在一些实施方式中，屈光力测量装置920包括具有贯通的光学通道的壳体。分束器、分色镜等可以放置在壳体的光学通道中。屈光力测量装置还可以包括用于将装置附接至手术显微镜和将装置从手术显微镜移除的连接器，使得装置与手术显微镜光学对准。例如，可以将屈光力测量装置920安装在手术显微镜的物镜下方，使得物镜可以接收穿过贯穿测量装置920的光通道的光。位于屈光力测量装置壳体中的分束器或分色镜可以如将红外光引导至测量装置920的光学部件，同时将可见光透射至手术显微镜的物镜。在一些实施方式中，屈光力测量装置920和手术显微镜可以不共享透镜。在其它实施方式中，屈光力测量装置920和手术显微镜可以共享透镜，但是屈光力测量装置920可以基本上不损害手术显微镜的焦距。

[0066] 已经结合附图描述了多个实施方式。然而，应当理解的是，附图不是按比例绘制的。距离、角度等仅是说明性的，并且未必带有所示装置的实际尺寸和布局的准确关系。另外，已经以允许本领域的普通技术人员中的一个制造并使用本文所描述的装置、系统等的细节的水平来对前述实施方式进行了描述。各种变型是可行的。可以用将被本领域的普通技术人员所理解的方式来对部件、元件和/或步骤进行更改、添加、移除或者重新布置。

[0067] 为了便于说明，前述公开已经将装置和系统划分成多个部件或模块。可以将部件或模块实施为计算机硬件(例如，处理器、易失性或非易失性存储器、电路板、芯片集等)。然而，要理解的是，一个或更多个部件或模块可以作为单个单元来工作。相反，单个部件或模块可以包括一个或更多个子部件或子模块。此外，部件或模块之间的通信可以以诸如硬件实现(例如，通过网络、串行接口、并行接口或内部总线)、软件实现(例如，数据库、传递变量)或者硬件与软件的组合等各种方式发生。这样的通信可以使用各种信号、协议和标准。另外，在方法被描述为至少部分地或者可以至少部分地由计算机软件执行的情况下，应当理解的是，可以将这样的方法设置在计算机可读介质(例如，诸如CD或DVD等光盘、硬盘驱动器、闪速存储器或磁盘等)上，其中所述计算机可读介质在被计算机或其它处理装置读取时使计算机或其它处理装置执行该方法。

[0068] 本文所描述的系统和方法可以使用例如计算机软件、硬件、固件或者以上三者的任意组合进行有利地实施。软件模块可以包括用于执行本文所描述的功能的计算机可执行代码。在一些实施方式中，计算机可执行代码由一个或更多个通用计算机来执行。然而，本领域的技术人员根据本公开将认识到，可以使用要在通用计算机上执行的软件来实施的任意模块也可以使用硬件、软件或固件的不同组合进行实施。例如，这样的模块可以使用集成电路的组合完全地以硬件方式进行实施。替代地或另外地，这样的模块可以完全地或部分地使用被设计成执行本文所描述的特定功能的专用计算机而非通过通用计算机来进行实施。

[0069] 本领域的技术人员根据本公开还将认识到，多个分布式计算装置可以代替本文所示的任意一个计算装置。在这样的分布式实施方式中，所述一个计算装置的功能被分布成使得某些功能在分布式计算装置中的每个上被执行。

[0070] 虽然已经确切地描述了某些实施方式，但是基于本公开，其它实施方式对于本领域的普通技术人员将变得明显。因此，本发明的范围意在参照权利要求进行限定，而非仅关于确切描述的实施方式进行限定。

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