CN102860816B - 一种基于双波前校正器的人眼视网膜三维成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双波前校正器的人眼视网膜三维成像装置，该装置包括自适应光学组件、眼底监视成像及视标组件、共焦扫描组件以及光学相干层析组件，自适应光学组件包括波前传感器（27）、双波前校正器以及一系列球面反射镜，双波前校正器分别为波前校正器（18）以及波前校正器（21），所述波前传感器（27）接收由人眼反射回来的反射光进行波前探测，得到人眼低阶像差和高阶像差，由计算机（43）计算后控制高压放大器（42）输出电压，控制双波前校正器校正人眼低阶像差和高阶像差。本发明采用双波前校正器提高了自适应光学系统对人眼像差的校正能力；同时实现对人眼视网膜的高分辨率三维成像。

Description

一种基于双波前校正器的人眼视网膜三维成像装置

技术领域

本发明涉及自适应光学眼底成像技术，为一种基于双波前校正器的人眼视网膜三维成像装置，可广泛用于活体人眼视网膜三维高分辨率成像。

背景技术

自适应光学技术具有实时校正动态波前像差的能力，将其应用到眼底视网膜成像技术中，可以校正时间和空间上都随机变化的活体人眼像差，从而实现接近衍射极限的活体人眼视网膜高分辨率成像。

美国专利5777719，5949521，6095651，6379005B1，6948818B2介绍了一种自适应光学视网膜成像系统，用哈特曼波前传感器测量人眼像差，用单块波前校正器校正所测的像差。这套系统采用单块分立式变形反射镜作为波前校正器校正能力有限，难以满足实际人眼像差的校正要求。中国专利CN1282564，CN1282565，CN1306796，CN1306797，CN2728418介绍了另外几种自适应视网膜成像系统，虽然采用新的技术和方法来提高了成像质量，但是对波前校正器却并为进行有效的改进，对像差的校正能力仍显不足。中国专利ZL201010197028.0，介绍了一种基于自适应光学的反射式激光扫描检眼镜系统，将自适应光学技术与激光扫描共焦检眼镜技术结合，有效地提高了视网膜图像的质量，但是,由于仅采用了单块波前校正器用于像差校正和纵向层析，波前校正器的行程不足照成了图像的纵向空间分辨率低。

中国专利CN10884524A将自适应光学技术和谱域光学相干层析技术相结合，利用单块变形镜实现对人眼像差的实时校正，得到了高分辨率三维成像，但从临床应用来看，该系统对于部分人群像差校正能力仍然不足，其像差校正能力受限于单块变形镜的校正能力，同时图像的横向分辨率又存在一些不足。

为了同时获得人眼视网膜的纵向高分辨率层析成像以及横向高分辨率成像图像，中国专利CN101869466A提出将自适应光学共焦扫描与自适应光学相干层析成像相结合，利用单块波前校正器可以实现人眼视网膜的高分辨率三维成像。但是据统计，人眼像差主要包括较大的低阶像差和较小的高阶像差，特别是低阶像差随着人群过目成诵很大，离焦可达±10D，散光±5D，目前只采用单块波前校正器的成像系统像差校正范围难以满足不同人群的像差校正需求，残余像差对成像分辨率存在严重的影响，亟待解决。

发明内容

为了解决上述的不足，本发明提供了一种基于双波前校正器的人眼视网膜三维成像装置，该系统采用两块波前校正器能够分别同时校正人眼低阶像差和人眼高阶像差，提高了系统对人眼像差的校正能力，可以同时实现自适应光学激光共焦扫描横向高分辨成像以及自适应光学相干层析纵向高分辨成像，从而实现对视网膜高分辨率的三维成像。

本发明采用的技术方案为：一种基于双波前校正器的人眼视网膜三维成像装置，包括自适应光学组件、眼底监视成像及视标组件、共焦扫描组件以及光学相干层析组件；

所述的自适应光学组件包括波前传感器、双波前校正器以及一系列球面反射镜，双波前校正器分别为第一波前校正器以及第二波前校正器，所述波前传感器接收由人眼反射回来的反射光进行波前探测，得到人眼低阶像差和高阶像差，由计算机计算后控制高压放大器输出电压，控制双波前校正器校正人眼低阶像差和高阶像差；

所述的眼底监视成像和视标组件包括视标、相机、第一分光镜、第一透镜以及第一分光镜，视标上的点光源发出的光经第一分光镜反射一部分后经第一透镜准直为平行光束，该平行光束经第一分光镜偏转反射后进入人眼，从人眼眼底反射回的监视光束经第一分光镜偏转反射后经第一透镜聚焦后透射出第一分光镜到达相机，相机即能够对监视位置进行成像，通过改变视标上不同点光源发光位置，可以实现对不同眼底位置的监视成像；

所述的共焦扫描组件包括光源、准直透镜、第二至第六分光镜、第二、第三透镜、第二至第九球面反射镜、X方向扫描振镜以及Y方向扫描振镜，由光源发出的光依次经过透镜、第二、第三分光镜、第二透镜、反射镜、第三透镜、第四分光镜、所述的第二波前校正器、第二、第三球面反射镜、第一波前校正器、第四、第五球面反射镜、第五分光镜、X方向扫描振镜、第六分光镜、第六、第七球面反向镜、Y方向扫描振镜、第八、第九球面反射镜、第一分光镜后进入人眼，并在视网膜上汇聚成一个点，从人眼视网膜反射后的光束沿原路返回到第三分光镜进入分光，一部分进入波前传感器，由波前传感器对人眼像差进入探测，得到人眼像差后由所述的计算机控制高压放大器对第一、第二两个波前校正器进入控制，从而分别同时校正人眼低阶像差和高阶像差；另一部分的光经第二分光镜，第四透镜后进入针孔，针孔位置与光束在人眼视网膜的会聚点共轭，以便于滤除背景光，最后由光电探测器进行探测，经所述的计算机采集后得到人眼视网膜图像；

所述的光学相干层析组件包括第一、第二光纤准直器、光纤偶合器、光纤偏振控制器、平面反射镜、光纤环形器、平衡探测器及扫频光源，扫频光源发出的扫频光经光纤环形器后进入光纤耦合器，由光纤耦合器进行分光，一部分经过光纤偏振控制器和第一光纤准直器后入射到平面反射镜，由平面反射镜反射后经原路进入光纤耦合器；另一部分的光经第二光纤准直器后进入第四分光镜，由第四分光镜反射，经第二波前校正器，第二、第三球面反射镜，第一波前校正器，第四、第五球面反射镜，第五分光镜，X方向扫描振镜，第六分光镜，第六、第七球面反射镜，Y方向扫描振镜，第八、第九球面反射镜，第一分光镜，最后进入到人眼视网膜，由人眼视网膜反射后经原路回到光纤耦合器；两个反射光束在光纤耦合器进行干涉后进入平衡探测器，由所述的计算机进行数据采集及数据重建后得到人眼视网膜的高分辨层析成像。

其中，所述波前传感器为微透镜波前传感器、或微棱镜波前传感器、或剪切干涉波前传感器、或曲率传感器、或四棱锥波前传感器。

其中，所述第一波前校正器为分立压电式连续镜面变形镜、或整体压电式连续镜面变形镜、或双压电片变形镜、或压电膜片变形镜、或微机械薄膜变形镜、或表面微机械变形镜、或液晶空间光调制器，用于校正人眼像差。

其中，所述第二波前校正器为分立压电式连续镜面变形镜、或整体压电式连续镜面变形镜、或双压电片变形镜、或压电膜片变形镜、或微机械薄膜变形镜、或表面微机械变形镜、或液晶空间光调制器，用于校正人眼像差。

其中，所述第一波前校正器可以用于校正人眼低阶像差，则所述第二波前校正器用于校正人眼高阶像差。

其中，所述第一波前校正器可以用于校正人眼高阶像差，则所述第二波前校正器用于校正人眼低阶像差。

相对于现有的技术，本发明具有以下的优点：

1、采用双波前校正器，利用一块波前校正器校正人眼低阶像差，同时利用另一块波前校正器校正人眼高阶像差，可提高系统对人眼像差的校正能力，从而满足不同人群的像差校正需求。

2、将自适应光学激光共焦扫描成像技术与自适应光学相干层析成像技术相结合，通过双波前校正器对人眼像差的校正，可以同时实现对人眼的横向高分辨率和纵向高分辨率成像，提高系统的实用性。

附图说明

图1是本发明具体实施方案中一种基于双波前校正器的人眼视网膜三维成像装置。

具体实施方式

以下结合附图及以最佳实施方式对本发明的技术方案进行详细说明：

一种基于双波前校正器的人眼视网膜三维成像装置包括自适应光学组件、眼底监视成像及视标组件、共焦扫描组件及光学相干层析组件，可以实现自适应光学激光扫描共焦成像及自适应光学相干层析成像。

自适应光学组件包括波前传感器27、双波前校正器18和21以及一系列球面反射镜，其中由球面反射镜19、球面反射镜20组成口径匹配的缩束扩束系统。波前传感器27对从人眼出射的带有波前像差的光束进行探测，得到人眼的低阶像差和高阶像差，探测得到的像差数据经计算机43解算为校正像差的控制电压并由高压放大器42控制波前校正器18和波前校正器21分别对低阶像差和高阶像差实现实时校正。

波前传感器27可采用微透镜波前传感器，即哈特曼-夏克传感器。

波前校正器18可选用双压电片变形镜，波前校正器21可选用微机械薄膜变形镜。

眼底监视成像和视标组件包括视标2、相机3、分光镜4、透镜5以及分光镜6。视标2上的点光源发出的光经分光镜4反射一部分后经透镜5准直为平行光束，该平行光束经分光镜6偏转反射后进入人眼，从人眼眼底反射回的监视光束经分光镜6偏转反射后经透镜5聚焦后透射出分光镜4到达相机3，相机3即能够对监视位置进行成像，通过改变视标2上不同点光源发光位置，可以实现对不同眼底位置的监视成像。

视标2采用LED二维阵列，优先采用8*8排布的LED阵列。

相机3可采用面阵CMOS，也可采用面阵CCD，优先采用面阵CMOS。

共焦扫描组件包括光源30、准直透镜29、分光镜28、26、22、15、12、透镜25、23、球面反射镜17、16、11、10、8、7、X方向扫描振镜13以及Y方向扫描振镜9。由光源30发出的光依次经过透镜29、分光镜28、26、透镜25、反射镜24、透镜23、分光镜22、波前校正器21、球面反射镜20、19、波前校正器18、球面反射镜17、16、分光镜15、X方向扫描振镜13、分光镜12、球面反向镜11、10、Y方向扫描振镜9、球面反射镜8、7、分光镜6后进入人眼1，并在视网膜上汇聚成一个点，从人眼视网膜反射后的光束沿原路返回到分光镜26进入分光，一部分进入波前传感器27，由波前传感器27对人眼像差进入探测，得到人眼像差后由计算机43控制高压放大器42对两个波前校正器21、18进入控制，从而分别同时校正人眼低阶像差和高阶像差；另一部分的光经分光镜28，透镜31后进入针孔32，针孔位置与光束在人眼视网膜的会聚点共轭，以便于滤除背景光，最后由光电探测器33进行探测，经计算机43采集后得到人眼视网膜图像。

光源30可采用多种波长的超辐射发光二极管SLD，优先采用680nm的SLD。

光电探测器33可采用光电倍增管PMT，也可以采用雪崩二极管APD，优先采用PMT。

针孔32直径可在20-80μm之间。

分光镜12、15、22为二向色分光镜。

光学相干层析组件包括光纤准直器34、37、光纤偶合器35、光纤偏振控制器36、平面反射镜38、光纤环形器39、平衡探测器40及扫频光源41。扫频光源41发出的扫频光经光纤环形器39后进入光纤耦合器35，由光纤耦合器35进行分光，一部分经过光纤偏振控制器36和光纤准直器37后入射到平面反射镜38，由平面反射镜38反射后经原路进入光纤耦合器35；另一部分的光经光纤准直器34后进入分光镜22，由分光镜22反射，经波前校正器21，球面反射镜20、19，波前校正器18，球面反射镜17、16，分光镜15，X方向扫描振镜14，分光镜12，球面反射镜11、10，Y方向扫描振镜9，球面反射镜8、7，分光镜6，最后进入到人眼视网膜，由人眼视网膜反射后经原路回到光纤耦合器35；两个反射光束在光纤耦合器35进行干涉后进入平衡探测器40，由计算机43进行数据采集及数据重建后得到人眼视网膜的高分辨层析成像。

扫频光源41可采用840nm波段的扫频光源，可以采用1060nm波段的扫频光源，也可以采用1310nm波段的扫频光源，优先采用1310nm波段的扫频光源。

光纤耦合器35采用2×2宽带耦合器，中心波长在1310nm，带宽100nm，分光比50:50。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (1)

1.一种基于双波前校正器的人眼视网膜三维成像装置，包括自适应光学组件、眼底监视成像及视标组件、共焦扫描组件以及光学相干层析组件，其特征在于：

所述的自适应光学组件包括波前传感器(27)、双波前校正器以及一系列球面反射镜，双波前校正器分别为第一波前校正器(18)以及第二波前校正器(21)，所述波前传感器(27)接收由人眼反射回来的反射光进行波前探测，得到人眼低阶像差和高阶像差，由计算机(43)计算后控制高压放大器(42)输出电压，控制双波前校正器校正人眼低阶像差和高阶像差；

所述的眼底监视成像和视标组件包括视标(2)、相机(3)、第一分光镜(4)A、第一透镜(5)以及第一分光镜(6)B，视标(2)上的点光源发出的光经第一分光镜(4)A反射一部分后经第一透镜(5)准直为平行光束，该平行光束经第一分光镜(6)B偏转反射后进入人眼，从人眼眼底反射回的监视光束经第一分光镜(6)B偏转反射后经第一透镜(5)聚焦后透射出第一分光镜(4)A到达相机(3)，相机(3)即能够对监视位置进行成像，通过改变视标(2)上不同点光源发光位置，可以实现对不同眼底位置的监视成像；

所述的共焦扫描组件包括光源(30)、准直透镜(29)、第二至第六分光镜(28、26、22、15、12)、第二、第三透镜(25、23)、第二至第九球面反射镜(20、19、17、16、11、10、8、7)、X方向扫描振镜(13)以及Y方向扫描振镜(9)，由光源(30)发出的光依次经过透镜(29)、第二、第三分光镜(28、26)、第二透镜(25)、反射镜(24)、第三透镜(23)、第四分光镜(22)、所述的第二波前校正器(21)、第二、第三球面反射镜(20、19)、第一波前校正器(18)、第四、第五球面反射镜(17、16)、第五分光镜(15)、X方向扫描振镜(13)、第六分光镜(12)、第六、第七球面反向镜(11、10)、Y方向扫描振镜(9)、第八、第九球面反射镜(8、7)、第一分光镜(6)B后进入人眼(1)，并在视网膜上汇聚成一个点，从人眼视网膜反射后的光束沿原路返回到第三分光镜(26)进入分光，一部分进入波前传感器(27)，由波前传感器(27)对人眼像差进入探测，得到人眼像差后由所述的计算机(43)控制高压放大器(42)对第一、第二两个波前校正器(18、21)进入控制，从而分别同时校正人眼低阶像差和高阶像差；另一部分的光经第二分光镜(28)，第四透镜(31)后进入针孔(32)，针孔位置与光束在人眼视网膜的会聚点共轭，以便于滤除背景光，最后由光电探测器(33)进行探测，经所述的计算机(43)采集后得到人眼视网膜图像；

所述的光学相干层析组件包括第一、第二光纤准直器(37、34)、光纤偶合器(35)、光纤偏振控制器(36)、平面反射镜(38)、光纤环形器(39)、平衡探测器(40)及扫频光源(41)，扫频光源(41)发出的扫频光经光纤环形器(39)后进入光纤耦合器(35)，由光纤耦合器(35)进行分光，一部分经过光纤偏振控制器(36)和第一光纤准直器(37)后入射到平面反射镜(38)，由平面反射镜(38)反射后经原路进入光纤耦合器(35)；另一部分的光经第二光纤准直器(34)后进入第四分光镜(22)，由第四分光镜(22)反射，经第二波前校正器(21)，第二、第三球面反射镜(20、19)，第一波前校正器(18)，第四、第五球面反射镜(17、16)，第五分光镜(15)，X方向扫描振镜(14)，第六分光镜(12)，第六、第七球面反射镜(11、10)，Y方向扫描振镜(9)，第八、第九球面反射镜(8、7)，第一分光镜(6)B，最后进入到人眼视网膜，由人眼视网膜反射后经原路回到光纤耦合器(35)；两个反射光束在光纤耦合器(35)进行干涉后进入平衡探测器(40)，由所述的计算机(43)进行数据采集及数据重建后得到人眼视网膜的高分辨层析成像；

所述波前传感器(27)为微透镜波前传感器、或微棱镜波前传感器、或剪切干涉波前传感器、或曲率传感器、或四棱锥波前传感器；

所述第一波前校正器(18)为分立压电式连续镜面变形镜、或整体压电式连续镜面变形镜、或双压电片变形镜、或压电膜片变形镜、或微机械薄膜变形镜、或表面微机械变形镜、或液晶空间光调制器，用于校正人眼像差；

所述第二波前校正器(21)为分立压电式连续镜面变形镜、或整体压电式连续镜面变形镜、或双压电片变形镜、或压电膜片变形镜、或微机械薄膜变形镜、或表面微机械变形镜、或液晶空间光调制器，用于校正人眼像差；

所述第一波前校正器(18)可以用于校正人眼低阶像差，则所述第二波前校正器(21)用于校正人眼高阶像差；

所述第一波前校正器(18)可以用于校正人眼高阶像差，则所述第二波前校正器(21)用于校正人眼低阶像差；

该装置将自适应光学激光共焦扫描成像技术与自适应光学相干层析成像技术相结合，通过双波前校正器对人眼像差的校正，可以同时实现对人眼的横向高分辨率和纵向高分辨率成像，提高该装置的实用性。