CN101292862A

CN101292862A - 视网膜细胞显微成像系统

Info

Publication number: CN101292862A
Application number: CNA2007100217795A
Authority: CN
Inventors: 周明宝; 张运海; 任建伟
Original assignee: Suzhou 66 Visual Science & Technology Co Ltd; JIANGYIN DRAGON OUTDOING TECHNOLOGIES Ltd
Current assignee: Suzhou 66 Visual Science & Technology Co Ltd; JIANGYIN DRAGON OUTDOING TECHNOLOGIES Ltd
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2027-04-25
Also published as: CN101292862B

Abstract

本发明公开了一种视网膜细胞显微成像系统，它包括显微成像照明单元、光纤输出激光照明单元，以及依次设置在照明系统光轴线上的第一偏振分束棱镜PBS(401)，第一孔径匹配镜头组(700)、第二偏振分束棱镜PBS(402)、第二孔径匹配镜头组(1000)、显微成像光学单元；第一偏振分束棱镜PBS(401)分束的另一光路上设置分层扫描光学单元；第二偏振分束棱镜PBS(402)分束的另一光路上依次设置1/4波片(800)和波前校正器(900)；第二孔径匹配镜头组(1000)与显微成像光学单元之间设置有一半反半透镜(1100)，将光路分二，其另一分光路上设置波前传感器(1200)。本发明能清晰地观察视网膜在细胞尺度上的组织形态，从而能准确分析和判断眼底状况。

Description

视网膜细胞显微成像系统

技术领域

本发明属于人眼视网膜医疗设备制造技术领域，尤其涉及一种视网膜细胞显微成像系统。

背景技术

通过视网膜细胞显微成像系统能清晰地观察视网膜在细胞尺度上的组织形态，从而能准确判断眼底病的类型、精确判断眼底病治疗方法的可行性、客观判断眼底病药物的有效性。

中国科学院光电技术研究所是国内对视网膜自适应成像技术研究较早、较深入、较系统的单位，其申请的CN99115051.1、CN99115052.X、CN99115053.8和CN99115054.6等专利中提供了一些视网膜细胞显微成像技术。不过相对于本发明有很多不同和不足之处：本发明采用的自适应光学技术是基于MEMS技术的、微型化的波前校正技术，而激光信标采用的是由光纤、耦合物镜和半导体激光器组成的光纤输出点光源；本发明开发的消杂光技术采用偏振光学技术，而上述专利采用共焦光阑消杂光；本发明采用的干涉相衬技术是采用剪切干涉技术，而上述专利采用相衬板。此外，在本装置中还开发了能对视网膜结构进行分层观察的分层扫描系统。

发明内容

本发明的目的是：提供一种视网膜细胞显微成像系统，能通过它清晰地观察视网膜在细胞尺度上的组织形态，从而能准确判断眼底病的类型、精确判断眼底病治疗方法的可行性、客观判断眼底病药物的有效性。

本发明的技术方案是：视网膜细胞显微成像系统，用于通过光学系统观察人眼视网膜结构，它包括显微成像照明单元、光纤输出激光照明单元，以及依次设置在所述照明系统光轴线上的第一偏振分束棱镜PBS，第一孔径匹配镜头组、第二偏振分束棱镜PBS、第二孔径匹配镜头组、显微成像光学单元；所述第一偏振分束棱镜PBS分束的另一光路上设置分层扫描光学单元，所述分层扫描光学单元位于人眼前；所述第二偏振分束棱镜PBS分束的另一光路上依次设置1/4波片和波前校正器；所述第二孔径匹配镜头组与显微成像光学单元之间设置有一半反半透镜，将光路分二，一光路连接显微成像光学单元，另一分光路上设置波前传感器。

下面对上述技术方案进行进一步解释：

1.所述显微成像照明单元包括光源，其光轴上依次设置有聚光物镜、分划板、投影物镜、带通滤光片。

2.所述光纤输出激光照明单元包括激光信标和准直物镜，所述激光信标由光纤、耦合物镜和半导体激光器组成。

3.所述半反半透镜与显微成像光学单元之间设置有一将位相型的透明视网膜结构转换成对应的具有光强强弱变化的图像的干涉相衬光学单元。

4.所述干涉相衬光学单元包括有第一半反半透镜、第一全反射镜、第二半反半透镜、第二全反射镜、补偿板和光楔组；所述第一半反半透镜、第一全反射镜、第二全反射镜和第二半反半透镜呈长方形的四个顶点位置设置，其中两片全反射镜互为对角设置，两片半反半透镜互为对角设置；所述补偿板位于第一半反半透镜和第二全反射镜之间，所述光楔组位于第一全反射镜和第二半反半透镜之间；入射光波通过第一半反半透镜后被分成两半，这两束光波几乎完全一样，一束光波经过补偿板后由第二全反射镜反射到第二半反半透镜，另一束光波由第一全反射镜反射后通过光楔组，并产生了要求距离的横向移动，然后传输到第二半反半透镜。

5.所述分层扫描光学单元包括第一物镜和第二物镜，所述第一物镜和/或第二物镜可以作精密移动。

6.所述显微成像光学单元包括接目镜头和小景深成像镜头。

本发明的优点是：

1.本发明的视网膜细胞显微成像系统，能通过它清晰地观察视网膜在细胞尺度上的组织形态，从而能准确判断眼底病的类型、精确判断眼底病治疗方法的可行性、客观判断眼底病药物的有效性。

2.本发明的视网膜细胞显微成像系统，克服了人眼缺陷、光学系统缺陷、装配缺陷等因素导致的像差的影响；消除了来自人眼、光学系统或外界的杂散光；解决了视网膜结构由于是透明的从而导致图像清晰度不够的缺陷，从而大大提高了视网膜成像分辨率，获得了细胞尺度的视网膜图像，同时可对视网膜的结构进行分层观察。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：

图1为本发明的结构示意图。

其中：101反光镜；102光源；103隔热片；104中性密度片；110聚光物镜；111分划板；112投影物镜；113带通滤光片；201激光信标；202准直物镜；300全反镜；401第一偏振分束棱镜PBS；402第二偏振分束棱镜PBS；501第一物镜；502第二物镜；601人眼；603视网膜；700第一孔径匹配镜头组；701孔径匹配镜头；702孔径匹配镜头；8001/4波片；900波前校正器；1000第二孔径匹配镜头组；1001孔径匹配镜头；1002孔径匹配镜头；1100半反半透镜；1200波前传感器；1301半反半透镜；1302全反射镜；1303半反半透镜；1304全反射镜；1305补偿板；1306光楔组；1401接目镜头；1402小景深成像镜头；1500成像面。

具体实施方式

实施例：如图1所示，视网膜细胞显微成像系统，用于通过光学系统观察人眼视网膜结构，它包括显微成像照明单元、光纤输出激光照明单元，以及依次设置在所述照明系统光轴线上的第一偏振分束棱镜PBS 401，第一孔径匹配镜头组700、第二偏振分束棱镜PBS 402、第二孔径匹配镜头组1000、显微成像光学单元。

第一偏振分束棱镜PBS 401分束的另一光路上设置分层扫描光学单元，所述分层扫描光学单元位于人眼601前。

第二偏振分束棱镜PBS 402分束的另一光路上依次设置1/4波片800和波前校正器900。

第二孔径匹配镜头组1000与显微成像光学单元之间设置有一半反半透镜1100，将光路分二，一光路连接显微成像光学单元，另一分光路上设置波前传感器1200。

所述显微成像照明单元包括光源102，其光轴上依次设置有聚光物镜110；分划板111；投影物镜112；带通滤光片113。

光纤输出激光照明单元包括激光信标201和准直物镜202，所述激光信标201由光纤、耦合物镜和半导体激光器组成。

半反半透镜1100与显微成像光学单元之间设置有一将位相型的透明视网膜结构转换成对应的具有光强强弱变化的图像的干涉相衬光学单元。

干涉相衬光学单元包括有第一半反半透镜1301、第一全反射镜1302、第二半反半透镜1303、第二全反射镜1304、补偿板1305和光楔组1306；所述第一半反半透镜1301、第一全反射镜1302、第二全反射镜1304和第二半反半透镜1303呈长方形的四个顶点位置设置，其中两片全反射镜1302、1304互为对角设置，两片半反半透镜1301、1302互为对角设置。补偿板1305位于第一半反半透镜1301和第二全反射镜1304之间，所述光楔组1306位于第一全反射镜1302和第二半反半透镜1303之间。

入射光波通过第一半反半透镜1301后被分成两半，这两束光波几乎完全一样，一束光波经过补偿板1305后由第二全反射镜1304反射到第二半反半透镜1303，另一束光波由第一全反射镜1302反射后通过光楔组1306，并产生了要求距离的横向移动，然后传输到第二半反半透镜1303。

分层扫描光学单元包括第一物镜501和第二物镜502。其中，第一物镜501和/或第二物镜502可以作精密移动。在本实施例中，选取第一物镜501设置成固定、而第二物镜502可以作精密移动。

显微成像光学单元包括接目镜头1401和小景深成像镜头1402。

视网膜细胞显微成像系统使用时，首先要通过分划板114上的视力表和移动分层扫描光学单元中的第一物镜501和/或第二物镜502(在本实施例中，移动第二物镜502)，对人眼601进行屈光度调节。调节完成后，启动自适应光学系统通过波前校正器900对像差进行补偿或校正。校正结束后便可通过显微成像光学单元在成像面1500上观察视网膜图像。

对于像差补偿或校正过程，其机理是来自光纤输出激光照明单元(由激光信标201和准直物镜202组成)的光束经过第一偏振分束棱镜PBS 401反射后通过分层扫描光学单元(第一物镜501和第二物镜502)和人眼晶状体聚焦在视网膜603上，经视网膜603反射后经过分层扫描光学单元和第一偏振分束棱镜PBS 401后并透过第二偏振分束棱镜PBS 402和1/4波片800投射到波前校正器900的反射面上，波前校正器900依据波前传感器1200对波前的测量结果实时控制反射面的面形，对波前像差进行补偿或校正。

激光信标201的结构如图2所示，由光纤213、耦合物镜212和半导体激光器211组成。半导体激光器211辐射出的激光经过耦合物镜212后耦合到光纤纤芯213中，从光纤纤芯输出的激光球面波经过准直物镜后成为平面波。

像差校正后激光被关闭，全反镜300撤出光路，显微成像系统便可工作，其机理是显微成像照明单元均匀照明分划板114，从分划板114透过的光束经过准直物镜115准直后通过分层扫描光学单元(第一物镜501和第二物镜502)和人眼晶状体聚焦在视网膜603上，经视网膜603反射后经过分层扫描光学单元和第一偏振分束棱镜PBS 401，通过干涉相衬光学单元以及显微成像光学单元，在成像面1500上干涉成像，形成能反映视网膜603结构细节的图像。此时可通过精密移动分层扫描光学单元中的第二物镜502，结合显微成像光学单元(接目镜头1401和小景深成像镜头1402)，便可对视网膜细胞结构进行分层扫描观察。

在视网膜细胞显微成像系统中，分层扫描光学单元的机理是当显微成像光学单元(接目镜头1401和小景深成像镜头1402)对视网膜清晰成像时，精密移动分层扫描光学单元中的第一物镜501和/或第二物镜502(在本实施例中，移动第二物镜502)，此时由人眼屈光体对照明光束形成的聚焦面在视网膜内也同步地前后移动，由光束焦面所在层反射出的光束返回到分层扫描光学系统后形成平行光束，入射到接目物镜1401后在其焦面上形成视网膜某层的图像，再通过小景深成像镜头1402后在其成像面1500上形成视网膜该层的图像。由于小景深成像镜头1402成像景深小，因此，视网膜其它膜层不能清晰成像。

在视网膜细胞显微成像系统中，消除杂散光的机理是来自光源102的平行光束进入第一偏振分束棱镜PBS 401后，沿纸平面方向振动的P光透过，垂直纸平面方向振动的S光被反射并向人眼601瞳孔方向传输。由于晶状体、角膜等人眼组织以及其它一些产生杂散光的表面对偏振光的反射基本不改变光的偏振特性或改变不大，因此入射的S光经它们反射后光束仍为S光，当它们返回第一偏振分束棱镜PBS 401时被第一偏振分束棱镜PBS 401反射掉，从而不能进入后续的成像系统中参加成像。由于偏振光经视网膜反射后，光束失去偏振特性，因此经过视网膜反射的S光将失去偏振特性，反射光中出现了P光分量，并可透过第一偏振分束棱镜PBS 401进入后续的成像系统中参加成像。可见由第一偏振分束棱镜PBS 401构成的消杂光系统有效地消除了由晶状体、角膜等人眼组织以及其它一些产生杂散光的表面产生的杂散光。

在视网膜细胞显微成像系统中，干涉相衬光学单元的作用是将来自人眼601的波前进行剪切，使之产生剪切干涉，从而可以将光学上呈位相特性的透明的视网膜603表面的细部结构通过光强的强弱变化清晰地反映出来。其工作机理是入射光波通过第一半反半透镜1301后被分成两半，这两束光波几乎完全一样；向第二全反射镜1304方向传输的光波经过补偿板1305后由第二全反射镜1304反射到第二半反半透镜1303，向第一全反射镜1302方向传输的光波由第一全反射镜1302反射后通过光楔组1306，并产生了要求距离的横向移动，然后传输到第二半反半透镜1303。当两束光波通过第二半反半透镜1303汇合后，相对之间产生了偏移，两束光波将在成像面1500上进行干涉。干涉光强的强度取决于两者之间的位相差，而此位相差对应视网膜603上两相邻点的高度差。因此成像面上的图像反映了视网膜603上的结构细节。

在视网膜细胞显微成像系统中，显微成像光学单元是最主要光学单元，其它各种分单元就其实质是为了完善显微成像光学单元，提高其分辨率，使之达到衍射限制的成像质量。

当然，本发明的视网膜细胞显微成像系统还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims

1.视网膜细胞显微成像系统，用于通过光学系统观察人眼视网膜的组织形态，其特征在于：它包括显微成像照明单元、光纤输出激光照明单元，以及依次设置在所述照明系统光轴线上的第一偏振分束棱镜PBS(401)，第一孔径匹配镜头组(700)、第二偏振分束棱镜PBS(402)、第二孔径匹配镜头组(1000)、显微成像光学单元；所述第一偏振分束棱镜PBS(401)分束的另一光路上设置分层扫描光学单元，所述分层扫描光学单元位于人眼(601)前；所述第二偏振分束棱镜PBS(402)分束的另一光路上依次设置1/4波片(800)和波前校正器(900)；所述第二孔径匹配镜头组(1000)与显微成像光学单元之间设置有一半反半透镜(1100)，将光路分二，一光路连接显微成像光学单元，另一分光路上设置波前传感器(1200)。

2.根据权利要求1所述的视网膜细胞显微成像系统，其特征在于：所述显微成像照明单元包括光源(102)，其光轴上依次设置有聚光物镜(110)、分划板(111)、投影物镜(112)、带通滤光片(113)。

3.根据权利要求1所述的视网膜细胞显微成像系统，其特征在于：所述光纤输出激光照明单元包括激光信标(201)和准直物镜(202)，所述激光信标(201)由光纤、耦合物镜和半导体激光器组成。

4.根据权利要求1所述的视网膜细胞显微成像系统，其特征在于：所述半反半透镜(1100)与显微成像光学单元之间设置有一将位相型的透明视网膜结构转换成对应的具有光强强弱变化的图像的干涉相衬光学单元。

5.根据权利要求4所述的视网膜细胞显微成像系统，其特征在于：所述干涉相衬光学单元包括有第一半反半透镜(1301)、第一全反射镜(1302)、第二半反半透镜(1303)、第二全反射镜(1304)、补偿板(1305)和光楔组(1306)；所述第一半反半透镜(1301)、第一全反射镜(1302)、第二全反射镜(1304)和第二半反半透镜(1303)呈长方形的四个顶点位置设置，其中两片全反射镜(1302、1304)互为对角设置，两片半反半透镜(1301、1302)互为对角设置；所述补偿板(1305)位于第一半反半透镜(1301)和第二全反射镜(1304)之间，所述光楔组(1306)位于第一全反射镜(1302)和第二半反半透镜(1303)之间；入射光波通过第一半反半透镜(1301)后被分成两半，这两束光波几乎完全一样，一束光波经过补偿板(1305)后由第二全反射镜(1304)反射到第二半反半透镜(1303)，另一束光波由第一全反射镜(1302)反射后通过光楔组(1306)，并产生了要求距离的横向移动，然后传输到第二半反半透镜(1303)。

6.根据权利要求1所述的视网膜细胞显微成像系统，其特征在于：所述分层扫描光学单元包括第一物镜(501)和第二物镜(502)，所述第一物镜(501)和/或第二物镜(502)可以作精密移动。

7.根据权利要求1所述的视网膜细胞显微成像系统，其特征在于：所述显微成像光学单元包括接目镜头(1401)和小景深成像镜头(1402)。