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一種可視度調節的自適應光學眼底相機.pdf

摘要
申請專利號:

CN201310207225.X

申請日:

2013.05.30

公開號:

CN103271717B

公開日:

2014.12.24

當前法律狀態:

終止

有效性:

無權

法律詳情: 未繳年費專利權終止 IPC(主分類):A61B 3/15申請日:20130530授權公告日:20141224終止日期:20160530|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):A61B 3/15申請日:20130530|||公開
IPC分類號: A61B3/15; A61B3/12 主分類號: A61B3/15
申請人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
發明人: 鞏巖; 李春才
地址: 130033 吉林省長春市東南湖大路3888號
優先權:
專利代理機構: 長春菁華專利商標代理事務所 22210 代理人: 陶尊新
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310207225.X

授權公告號:

|||103271717B||||||

法律狀態公告日:

2017.07.21|||2014.12.24|||2013.10.09|||2013.09.04

法律狀態類型:

專利權的終止|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種可進行視度調節的自適應光學眼底相機,涉及眼底顯微成像領域,解決現有成像系統存在接目物鏡的調節范圍大,導致實際操作困難的問題,包括照明光學系統、視度調節光學系統、自適應光學成像系統。首先放置在人眼前的預校正透鏡組校正人眼初級像差,其次讓被測人眼凝視視度調節光學系統中的視標,通過人眼自動調焦以及調節調焦直角棱鏡使人眼看清視標,校正人眼殘余的初級像差;最后利用成像光學系統中的哈特曼傳感器探測人眼波像差,使用多驅動單元變形鏡校正人眼高階像差。通過前兩步視度調節大幅度降低了人眼的初級像差,使殘余像差在第三步自適應光學校正的范圍之內,提高了眼底相機的校正范圍。

權利要求書

權利要求書
1.   一種可視度調節的自適應光學眼底相機,包括照明光學系統、視度調節光學系統和自適應光學成像系統,視度調節系統校正人眼初級像差后,照明光學系統對人眼照明,自適應光學成像系統獲得視網膜的像;其特征是,
所述視度調節光學系統包括激光光源(1)、第一透鏡(2)、第二透鏡(3)、分劃板(4)、第三透鏡(5)、第一二向色耦合器(6)、中繼鏡(7)、中空反射鏡(18)、第一濾波小孔(17)、內調焦直角棱鏡組(16)、接目物鏡(15)和預校正透鏡組(14);所述激光光源(1)發出可見光經第一透鏡(2)擴束和第二透鏡(3)會聚之后照明分劃板(4);分劃板(4)作為視標,所述可見光透過第三透鏡(5)、第一二向色耦合器(6)、中繼鏡(7)、中空反射鏡(18)后在第一濾波小孔(17)處成像;人眼通過預校正透鏡組(14)、接目物鏡(15)和內調焦直角棱鏡組(16)凝視視標在第一濾波小孔(17)處所成的像,通過左右移動內調焦直角棱鏡組(16)對不同視度的人眼進行調焦,校正初級像差;人眼經視度調節系統看清視標后,近紅外光源(11)發出近紅外光經照明光學系統照明人眼眼底,眼底反射光經自適應光學成像系統成像,獲得視網膜的像。

2.   根據權利要求1所述的一種可視度調節的自適應光學眼底相機,其特征在于,所述自適應光學成像系統包括預校正透鏡組(14)、接目物鏡(15)、內調焦直角棱鏡組(16)、第一濾波小孔(17)、第一準直鏡(19)、變形鏡(20)、會聚鏡(21)、平面反射鏡(22)、第二濾波小孔(23)、第二準直鏡(24)、半透半反鏡(25)、成像物鏡(26)、哈特曼傳感器(28)和計算機(29);所述人眼眼底反射光經預校正透鏡組(14)、接目物鏡(15)以及內調焦直角棱鏡組(16)后在第一濾波小孔(17)處成像,然后經過中空反射鏡(18)、第一準直鏡(19)后到達變形鏡(20),經變形鏡(20)反射的光透過會聚鏡(21)經平面反射鏡(22)反射后會聚在第二濾波小孔(23)處,再經第二準直鏡(24)準直成為平行光,所述平行光經半透半反鏡(25)反射至哈特曼傳感器(28);計算機(29)根據哈特曼傳感器(28)探測的人眼波像差控制變形鏡(20)產生形變校正波像差;然后計算機(29)控制閃光燈(8)開關打開,照明人眼眼底,所述的人眼眼底反射光經校正波像差后的自適應光學成像系統中的成像物鏡(26)在CCD(27)上成像,獲得視網膜的像。

3.   根據權利要求2所述的一種可視度調節的自適應光學眼底相機,其特征在于,所述的半透半反鏡(25)的表面在接收激光光源時鍍有增透膜,接收近紅外光時鍍有增反膜。

4.   根據權利要求1所述的一種可進行視度調節的自適應光學眼底相機,其特征在于,所述照明光學系統包括第一二向色耦合器(6)、中繼鏡(7)、閃光燈(8)、聚光鏡(9)、第二二向色耦合器(10)、勻光鏡(12)、環形光闌(13)、預校正透鏡組(14)、接目物鏡(15)、內調焦直角棱鏡組(16)、第一濾波小孔(17)和中空反射鏡(18);所述閃光燈(8)發出的光經聚光鏡(9)聚光后進入第二二向色耦合器(10),經第二二向色耦合器(10)透射的光依次經勻光鏡(12)和環形光闌(13)后變為環形平行光,所述環形平行光經第一二向色耦合器(6)反射后入射至中繼鏡(7)和中空反射鏡(18),經中空反射鏡(18)反射的光依次經第一濾波小孔(17)、內調焦直角棱鏡組(16)、接目物鏡(15)以及預校正透鏡組(14)投射在人眼角膜上。

5.   根據權利要求1所述的一種可視度調節的自適應光學眼底相機,其特征在于,視度調節光學系統中的內調焦直角棱鏡組(16)包括第一直角棱鏡(161)和第二直角棱鏡(162),所述第二直角棱鏡(162)左右移動,對不同視度的人眼進行調焦,校正初級像差。

6.   根據權利要求5所述的一種可視度調節的自適應光學眼底相機,其特征在于,所述的第一直角棱鏡(161)的外表面a面和b面以及第二直角棱鏡(162)的內表面c面和d面是反射面,且a面、b面、c面和d面均鍍有增反膜。

7.   根據權利要求1所述的一種可視度調節的自適應光學眼底相機,其特征在于,所述的激光光源(1)是波長為632.8nm的He?Ne激光器。

8.   根據權利要求1所述的一種可視度調節的自適應光學眼底相機,其特征在于,分劃板(4)上面刻有十字叉絲。

9.   根據權利要求1所述的一種可視度調節的自適應光學眼底相機,其特征在于,所述的閃光燈(8)為氙閃光燈,波長范圍在450nm~700nm之間。

10.   根據權利要求1所述的一種可視度調節的自適應光學眼底相機,其特征在于,所述的預校正透鏡組(14)包括球面鏡(141)和柱面鏡(142),所述球面鏡(141)校正人眼近視和遠視,所述柱面鏡(142)繞光軸旋轉,用于校正不同方向的散光。

說明書

說明書一種可視度調節的自適應光學眼底相機
技術領域
本發明涉及眼底顯微成像領域,具體涉及一種基于自適應光學系統,且有視力校正系統的光學眼底相機。
背景技術
通過對人眼視網膜毛細血管的觀測,可以正確的診斷出患者的視網膜病變及全身微循環系統的改變。然而人眼是一個復雜的光學系統,即使正常的人眼也不可避免的存在一定像差。人眼像差的主要來源有以下幾種:一、人眼內部各屈光介質折射率不均;二、人眼內部各屈光介質厚度不均,不同人眼表面曲率偏差嚴重;三、人眼各屈光介質不同軸;四、人眼色散嚴重,屈光介質對各色光的折射率偏差很大。由于上述原因,對視網膜高分辨率成像需要校正人眼的各階像差。
近年來,隨著科技的發展,自適應光學技術已經成功運用到醫用光學領域。使用自適應光學成像技術能夠實現人眼視網膜的高分辨率成像。已在中國專利公報上公開的有:專利名稱為自適應光學視網膜成像系統,公開號為CN1282564A,專利名稱一種基于雙壓電片變形鏡的自適應光學視網膜成像系統,公開號為CN101612032,專利名稱為視度自調節液晶自適應像差校正視網膜成像的光學系統,公開號為CN101766472A,專利名稱為普適性液晶自適應像差校正視網膜成像系統,公開號為CN101791212A,其中專利公開號為CN1282564A和CN101612032的專利分別使用變形鏡作為波前校正器,但是它們只是單純的使用基于自適應光學的波前校正器校正人眼像差,存在很大的局限性,校正范圍不大,只能對低于500度的近視人眼成清晰像;在公開號為CN101766472A和CN101791212A的專利中使用液晶空間光調制器代替變形鏡作為波前校正器。它們首先通過前后移動接目物鏡實現人眼自動調焦,然后再利用自適應光學成像系統中的波前校正器校正人眼像差。這兩個專利雖然提高了校正范圍,但是接目物鏡的調節范圍卻很大,在實際操作中很不方便。
發明內容
本發明為解決現有成像系統存在接目物鏡的調節范圍大,導致實際操作困難的問題,提供一種可視度調節的自適應光學眼底相機。
一種可視度調節的自適應光學眼底相機,包括照明光學系統、視度調節光學系統和自適應光學成像系統,視度調節系統校正人眼初級像差后,照明光學系統對人眼照明,自適應光學成像系統獲得視網膜的像;
所述視度調節光學系統包括激光光源、第一透鏡、第二透鏡、分劃板、第三透鏡、第一二向色耦合器、中繼鏡、中空反射鏡、第一濾波小孔、內調焦直角棱鏡組、接目物鏡和預校正透鏡組;所述激光光源發出可見光經第一透鏡擴束和第二透鏡會聚之后照明分劃板;分劃板作為視標,所述可見光透過第三透鏡、第一二向色耦合器、中繼鏡、中空反射鏡后在第一濾波小孔處成像;人眼通過預校正透鏡組、接目物鏡和內調焦直角棱鏡組凝視視標在第一濾波小孔處所成的像,通過左右移動內調焦直角棱鏡組對不同視度的人眼進行調焦,校正初級像差;
人眼經視度調節系統看清視標后,近紅外光源發出近紅外光經照明光學系統照明人眼眼底,眼底反射光經自適應光學成像系統成像,獲得視網膜的像。
本發明的有益效果:本發明所述的自適應光學眼底相機,在所述的視度調節系統中的接目物鏡之后加入內調焦直角棱鏡組,其中第二直角棱鏡可以通過一個機械結構實現左右移動。通過調節第二直角棱鏡實現光學系統的內調焦,使人眼凝視視標,直至人眼能夠看清視標,校正初級像差。由于內調焦直角棱鏡組為反射式結構,相對于單純的調節接目物鏡,大大減小了調節距離,便于實際操作;同時在視度調節光學系統中加入預校正透鏡組,且該預校正透鏡組可插拔替換,用于校正視力。其中球面鏡校正人眼近視和遠視,柱面鏡校正散光。柱面鏡可以旋轉以便校正不同方向的散光。在自適應光學成像系統中使用多驅動單元變形鏡校正人眼高階像差。通過三次校正人眼像差,可以大大提高成像質量;并且由于預校正透鏡組和內調焦直角棱鏡組校正了人眼的初級像差,降低了對系統中變形鏡校正單元和變形量的要求,使儀器成本降低。
附圖說明
圖1為本發明所述一種可進行視度調節的自適應光學眼底相機的光學結構示意圖;
圖2為本發明所述一種可進行視度調節的自適應光學眼底相機中視度調節光學系統的結構示意圖;
圖3為本發明所述一種可進行視度調節的自適應光學眼底相機中內調焦的直角棱鏡組結構示意圖。
具體實施方式
具體實施方式一、結合圖1至圖3說明本實施方式,一種可視度調節的自適應光學眼底相機,包括照明光學系統、視度調節光學系統和自適應光學成像系統,分別采用照明光學系統、視度調節光學系統和自適應光學成像系統對人眼進行三次像差校正;
所述視度調節光學系統包括激光光源1、第一透鏡2、第二透鏡3、分劃板4、第三透鏡5、第一二向色耦合器6、中繼鏡7、中空反射鏡18、第一濾波小孔17、內調焦直角棱鏡組16、接目物鏡15和預校正透鏡組14;所述激光光源1發出可見光經第一透鏡2擴束和第二透鏡3會聚之后照明分劃板4;分劃板4作為視標,經過第三透鏡5、第一二向色耦合器6、中繼鏡7、中空反射鏡18后在第一濾波小孔17處成像;人眼通過預校正透鏡組14、接目物鏡15和內調焦直角棱鏡組16校正球差和像散的初級像差后,凝視分劃板4在第一濾波小孔處17處所成的像;
所述照明光學系統包括第一二向色耦合器6、中繼鏡7、閃光燈8、聚光鏡9、第二二向色耦合器10、近紅外光源11、勻光鏡12、環形光闌13、預校正透鏡組14、接目物鏡15、內調焦直角棱鏡組16、第一濾波小孔17和中空反射鏡18;所述閃光燈8發出的光經聚光鏡9聚光后進入第二二向色耦合器10,經第二二向色耦合器10透射的光依次經勻光鏡12和環形光闌13后變為環形平行光,所述環形平行光經第一二向色耦合器6反射后入射至中繼鏡7和中空反射鏡18,經中空反射鏡18反射的光依次經第一濾波小孔17、內調焦直角棱鏡組16、接目物鏡15以及預校正透鏡組14投射在人眼角膜上;
所述自適應光學成像系統包括預校正透鏡組14、接目物鏡15、內調焦直角棱鏡組16、第一濾波小孔17、第一準直鏡19、變形鏡20、會聚鏡21、平面反射鏡22、第二濾波小孔23、第二準直鏡24、半透半反鏡25、哈特曼傳感器28、成像物鏡26和CCD27;人眼經視度調節系統看清視標后,近紅外光源11發出近紅外光照明人眼眼底,眼底反射光經預校正透鏡組14、接目物鏡15以及內調焦直角棱鏡組16后在第一濾波小孔17處成實像,然后經過中空反射鏡18、第一準直鏡19后到達變形鏡20,經變形鏡20反射的光透過會聚鏡21經平面反射鏡22反射后會聚在第二濾波小孔23處,再經第二準直鏡24準直成為平行光,所述平行光經半透半反鏡25反射至哈特曼傳感器28,所述哈特曼傳感器28探測人眼波像差;并將探測的人眼波像差傳送至計算機29,計算機29根據接收的人眼波像差控制變形鏡20產生形變,校正波像差;然后計算機29控制閃光燈8開關打開,照明人眼眼底,所述的人眼眼底反射光經過經預校正透鏡組14、接目物鏡15以及內調焦直角棱鏡組16之后在第一濾波小孔17處成實像,然后經過中空反射鏡18、第一準直鏡19之后到達已產生形變的變形鏡20進行波像差校正,經變形鏡20反射后透過會聚鏡21,經平面反射鏡22反射后會聚在第二濾波小孔23處,再經第二準直鏡24準直成為平行光,平行光透過半透半反鏡25后經成像物鏡26成像在CCD上,獲得視網膜的像。
結合圖3,本實施方式所述的內調焦直角棱鏡組16包括161和162兩個直角棱鏡,其中直角棱鏡162可以通過一個機械結構實現左右移動。調節直角棱鏡162可以改變光學系統的光學長度,以適應不同視度的人眼進行調焦,校正初級像差,即視度調節。所述的第一直角棱鏡161的外表面a面和b面以及第二直角棱鏡162的內表面c面和d面是反射面,且這四個反射面均鍍有增反膜。
本實施方式所述的本實施方式所述的激光光源1為波長為632.8nmHe?Ne激光器所述的視標為分劃板4,上面刻有十字叉絲。
本實施方式所述的預校正透鏡組14包括球面鏡141和柱面鏡142,用于校正人眼視力。球面鏡141校正人眼近視和遠視,柱面鏡142校正散光。柱面鏡142可以繞光軸旋轉,以校正不同方向的散光。對于不同視度的人眼配備不同的球面鏡141和柱面鏡142,使人眼能夠輕松地看清遠處或明視距離處的物體。這樣可以基本校正人眼的初級像差。
本實施方式所述的閃光燈8為氙閃光燈,波長范圍450nm~700nm,所述的近紅外光源11為超發光二極管,波長為735nm;所述的變形鏡20為THORLABS公司生產,型號DM140?35?UP01,驅動單元12×12,有效孔徑4.4mm×4.4mm,平均步長小于1nm,響應時間小于100us;所述的半透半反鏡25表面對可見光鍍有增透膜,對近紅外光鍍有增反膜。
具體實施方式二、結合圖1至圖3說明本實施方式,本實施方式為具體實施方式一所述的一種可視度調節的自適應光學眼底相機的工作過程:
首先進行人眼視度調節;根據被檢人眼的視力度數配備相應的球面鏡141以及柱面鏡142,旋轉柱面鏡142使人眼可以輕松地看清遠處物體。然后將配備好的球面鏡141和柱面鏡142固定在人眼前。此時,作為視標光源1的He?Ne激光器發出信標光,經由第一透鏡2、第二透鏡3準直、放大后照亮分劃板4。分劃板4上的十字叉絲經共軛透鏡組(第三透鏡5和中繼鏡7)成像在第一濾波小孔17處。配有預校正透鏡組14的人眼,通過接目物鏡15、內調焦直角棱鏡組16觀察在第一濾波小孔17處的十字叉絲的像。左右調節第二直角棱鏡162,直至人眼看清十字叉絲的像。此時認為人眼已經初步校正了初級像差。打開和近紅外光源11,即超發光二極管,發出近紅外光經照明系統照射人眼眼底,帶有人眼像差的眼底反射光經成像系統到達哈特曼傳感器28。哈特曼傳感器28探測眼底反射光的波像差,并將波像差信息反饋給計算機29。根據此波像差信息,計算機29控制變形鏡20校正波像差。此探測校正過程可反復進行,直至哈特曼傳感器28探測到的波像差在允許范圍之內。
其次,在使用變形鏡20校正好人眼像差之后,計算機29控制照明光路中的閃光燈8開關打開。照明光經聚光鏡9和勻光鏡12之后變成平行光。平行光經過環形光闌13之后變成環形平行光束。環形光經過二項色耦合器6、中繼鏡7、中空反射鏡18、內調焦直角棱鏡組16、接目物鏡15和預校正透鏡組14之后,照明光在角膜上形成一個環形光斑,避開了反射最強的角膜中心,經角膜邊緣均勻照明人眼眼底。人眼眼底反射光經過校正好的成像光學系統之后成像在成像CCD27上,進而獲得視網膜的像。
結合圖2,視度調節可分兩步完成:首先給被檢人眼配備預校正透鏡組14;其次讓被檢人眼凝視視標,通過左右調節第二直角棱鏡162實現內調焦,直至人眼看清視標。此時認為人眼的初級像差以基本校正完畢。結合自適應光學系統實現人眼的三次像差校正。內調焦棱鏡組16的結構示意圖,結合圖3,該棱鏡組的結構用于實現人眼視度調節,降低調節范圍,便于實際操作。
本實施方式所述的整個眼底相機可對人眼進行三次像差校正。首先放置在人眼前的預校正透鏡組校正人眼初級像差,其中球面鏡用來校正近視和遠視,柱面鏡用來校正散光;其次讓被測人眼凝視視度調節光學系統中的視標,通過人眼自動調焦以及調節調焦直角棱鏡使人眼看清視標,校正人眼殘余的初級像差;最后利用成像光學系統中的哈特曼傳感器探測人眼波像差,使用多驅動單元變形鏡校正人眼高階像差。通過前兩步視度調節大幅度降低了人眼的初級像差,使殘余像差在第三步自適應光學校正的范圍之內,提高了眼底相機的校正范圍。本發明使用多種方式校正人眼像差,大大提高了成像質量,具有很好的成像分辨率。

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一種 可視 調節 自適應 光學 眼底 相機
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