CN103271717B - 一种可视度调节的自适应光学眼底相机 - Google Patents

Abstract

一种可进行视度调节的自适应光学眼底相机，涉及眼底显微成像领域，解决现有成像系统存在接目物镜的调节范围大，导致实际操作困难的问题，包括照明光学系统、视度调节光学系统、自适应光学成像系统。首先放置在人眼前的预校正透镜组校正人眼初级像差，其次让被测人眼凝视视度调节光学系统中的视标，通过人眼自动调焦以及调节调焦直角棱镜使人眼看清视标，校正人眼残余的初级像差；最后利用成像光学系统中的哈特曼传感器探测人眼波像差，使用多驱动单元变形镜校正人眼高阶像差。通过前两步视度调节大幅度降低了人眼的初级像差，使残余像差在第三步自适应光学校正的范围之内，提高了眼底相机的校正范围。

Description

一种可视度调节的自适应光学眼底相机

技术领域

本发明涉及眼底显微成像领域，具体涉及一种基于自适应光学系统，且有视力校正系统的光学眼底相机。 

背景技术

通过对人眼视网膜毛细血管的观测，可以正确的诊断出患者的视网膜病变及全身微循环系统的改变。然而人眼是一个复杂的光学系统，即使正常的人眼也不可避免的存在一定像差。人眼像差的主要来源有以下几种：一、人眼内部各屈光介质折射率不均；二、人眼内部各屈光介质厚度不均，不同人眼表面曲率偏差严重；三、人眼各屈光介质不同轴；四、人眼色散严重，屈光介质对各色光的折射率偏差很大。由于上述原因，对视网膜高分辨率成像需要校正人眼的各阶像差。 

近年来，随着科技的发展，自适应光学技术已经成功运用到医用光学领域。使用自适应光学成像技术能够实现人眼视网膜的高分辨率成像。已在中国专利公报上公开的有：专利名称为自适应光学视网膜成像系统，公开号为CN1282564A，专利名称一种基于双压电片变形镜的自适应光学视网膜成像系统，公开号为CN101612032，专利名称为视度自调节液晶自适应像差校正视网膜成像的光学系统，公开号为CN101766472A，专利名称为普适性液晶自适应像差校正视网膜成像系统，公开号为CN101791212A，其中专利公开号为CN1282564A和CN101612032的专利分别使用变形镜作为波前校正器，但是它们只是单纯的使用基于自适应光学的波前校正器校正人眼像差，存在很大的局限性，校正范围不大，只能对低于500度的近视人眼成清晰像；在公开号为CN101766472A和CN101791212A的专利中使用液晶空间光调制器代替变形镜作为波前校正器。它们首先通过前后移动接目物镜实现人眼自动调焦，然后再利用自适应光学成像系统中的波前校正器校正人眼像差。这两个专利虽然提高了校正范围，但是接目物镜的调节范围却很大，在实际操作中很不方便。 

发明内容

本发明为解决现有成像系统存在接目物镜的调节范围大，导致实际操作困 难的问题，提供一种可视度调节的自适应光学眼底相机。 

一种可视度调节的自适应光学眼底相机，包括照明光学系统、视度调节光学系统和自适应光学成像系统，视度调节光学系统校正人眼初级像差后，照明光学系统对人眼照明，自适应光学成像系统获得视网膜的像； 

所述视度调节光学系统包括激光光源、第一透镜、第二透镜、分划板、第三透镜、第一二向色耦合器、中继镜、中空反射镜、第一滤波小孔、内调焦直角棱镜组、接目物镜和预校正透镜组；所述激光光源发出可见光经第一透镜扩束和第二透镜会聚之后照明分划板；分划板作为视标，所述可见光透过第三透镜、第一二向色耦合器、中继镜、中空反射镜后在第一滤波小孔处成像；人眼通过预校正透镜组、接目物镜和内调焦直角棱镜组凝视视标在第一滤波小孔处所成的像，通过左右移动内调焦直角棱镜组对不同视度的人眼进行调焦，校正初级像差； 

人眼经视度调节光学系统看清视标后，近红外光源发出近红外光经照明光学系统照明人眼眼底，眼底反射光经自适应光学成像系统成像，获得视网膜的像。 

本发明的有益效果：本发明所述的自适应光学眼底相机，在所述的视度调节系统中的接目物镜之后加入内调焦直角棱镜组，其中第二直角棱镜可以通过一个机械结构实现左右移动。通过调节第二直角棱镜实现光学系统的内调焦，使人眼凝视视标，直至人眼能够看清视标，校正初级像差。由于内调焦直角棱镜组为反射式结构，相对于单纯的调节接目物镜，大大减小了调节距离，便于实际操作；同时在视度调节光学系统中加入预校正透镜组，且该预校正透镜组可插拔替换，用于校正视力。其中球面镜校正人眼近视和远视，柱面镜校正散光。柱面镜可以旋转以便校正不同方向的散光。在自适应光学成像系统中使用多驱动单元变形镜校正人眼高阶像差。通过三次校正人眼像差，可以大大提高成像质量；并且由于预校正透镜组和内调焦直角棱镜组校正了人眼的初级像差，降低了对系统中变形镜校正单元和变形量的要求，使仪器成本降低。 

附图说明

图1为本发明所述一种可进行视度调节的自适应光学眼底相机的光学结构示意图； 

图2为本发明所述一种可进行视度调节的自适应光学眼底相机中视度调节光学系统的结构示意图； 

图3为本发明所述一种可进行视度调节的自适应光学眼底相机中内调焦的直角棱镜组结构示意图。 

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，一种可视度调节的自适应光学眼底相机，包括照明光学系统、视度调节光学系统和自适应光学成像系统，分别采用照明光学系统、视度调节光学系统和自适应光学成像系统对人眼进行三次像差校正； 

所述视度调节光学系统包括激光光源1、第一透镜2、第二透镜3、分划板4、第三透镜5、第一二向色耦合器6、中继镜7、中空反射镜18、第一滤波小孔17、内调焦直角棱镜组16、接目物镜15和预校正透镜组14；所述激光光源1发出可见光经第一透镜2扩束和第二透镜3会聚之后照明分划板4；分划板4作为视标，经过第三透镜5、第一二向色耦合器6、中继镜7、中空反射镜18后在第一滤波小孔17处成像；人眼通过预校正透镜组14、接目物镜15和内调焦直角棱镜组16校正球差和像散的初级像差后，凝视分划板4在第一滤波小孔处17处所成的像； 

所述照明光学系统包括第一二向色耦合器6、中继镜7、闪光灯8、聚光镜9、第二二向色耦合器10、近红外光源11、匀光镜12、环形光阑13、预校正透镜组14、接目物镜15、内调焦直角棱镜组16、第一滤波小孔17和中空反射镜18；所述闪光灯8发出的光经聚光镜9聚光后进入第二二向色耦合器10，经第二二向色耦合器10透射的光依次经匀光镜12和环形光阑13后变为环形平行光，所述环形平行光经第一二向色耦合器6反射后入射至中继镜7和中空反射镜18，经中空反射镜18反射的光依次经第一滤波小孔17、内调焦直角棱镜组16、接目物镜15以及预校正透镜组14投射在人眼角膜上； 

所述自适应光学成像系统包括预校正透镜组14、接目物镜15、内调焦直角棱镜组16、第一滤波小孔17、第一准直镜19、变形镜20、会聚镜21、平面反射镜22、第二滤波小孔23、第二准直镜24、半透半反镜25、哈特曼传感器28、成像物镜26和CCD27；人眼经视度调节系统看清视标后，近红外光源11发出 近红外光照明人眼眼底，眼底反射光经预校正透镜组14、接目物镜15以及内调焦直角棱镜组16后在第一滤波小孔17处成实像，然后经过中空反射镜18、第一准直镜19后到达变形镜20，经变形镜20反射的光透过会聚镜21经平面反射镜22反射后会聚在第二滤波小孔23处，再经第二准直镜24准直成为平行光，所述平行光经半透半反镜25反射至哈特曼传感器28，所述哈特曼传感器28探测人眼波像差；并将探测的人眼波像差传送至计算机29，计算机29根据接收的人眼波像差控制变形镜20产生形变，校正波像差；然后计算机29控制闪光灯8开关打开，照明人眼眼底，所述的人眼眼底反射光经过经预校正透镜组14、接目物镜15以及内调焦直角棱镜组16之后在第一滤波小孔17处成实像，然后经过中空反射镜18、第一准直镜19之后到达已产生形变的变形镜20进行波像差校正，经变形镜20反射后透过会聚镜21，经平面反射镜22反射后会聚在第二滤波小孔23处，再经第二准直镜24准直成为平行光，平行光透过半透半反镜25后经成像物镜26成像在CCD上，获得视网膜的像。 

结合图3，本实施方式所述的内调焦直角棱镜组16包括161和162两个直角棱镜，其中直角棱镜162可以通过一个机械结构实现左右移动。调节直角棱镜162可以改变光学系统的光学长度，以适应不同视度的人眼进行调焦，校正初级像差，即视度调节。所述的第一直角棱镜161的外表面a面和b面以及第二直角棱镜162的内表面c面和d面是反射面，且这四个反射面均镀有增反膜。 

本实施方式所述的本实施方式所述的激光光源1为波长为632.8nmHe-Ne激光器所述的视标为分划板4，上面刻有十字叉丝。 

本实施方式所述的预校正透镜组14包括球面镜141和柱面镜142，用于校正人眼视力。球面镜141校正人眼近视和远视，柱面镜142校正散光。柱面镜142可以绕光轴旋转，以校正不同方向的散光。对于不同视度的人眼配备不同的球面镜141和柱面镜142，使人眼能够轻松地看清远处或明视距离处的物体。这样可以基本校正人眼的初级像差。 

本实施方式所述的闪光灯8为氙闪光灯，波长范围450nm～700nm，所述的近红外光源11为超发光二极管，波长为735nm；所述的变形镜20为THORLABS公司生产，型号DM140-35-UP01，驱动单元12×12，有效孔径4.4mm×4.4mm，平均步长小于1nm，响应时间小于100us；所述的半透半反镜25表面对可见光 镀有增透膜，对近红外光镀有增反膜。 

具体实施方式二、结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的一种可视度调节的自适应光学眼底相机的工作过程： 

首先进行人眼视度调节；根据被检人眼的视力度数配备相应的球面镜141以及柱面镜142，旋转柱面镜142使人眼可以轻松地看清远处物体。然后将配备好的球面镜141和柱面镜142固定在人眼前。此时，作为视标光源1的He-Ne激光器发出信标光，经由第一透镜2、第二透镜3准直、放大后照亮分划板4。分划板4上的十字叉丝经共轭透镜组(第三透镜5和中继镜7)成像在第一滤波小孔17处。配有预校正透镜组14的人眼，通过接目物镜15、内调焦直角棱镜组16观察在第一滤波小孔17处的十字叉丝的像。左右调节第二直角棱镜162，直至人眼看清十字叉丝的像。此时认为人眼已经初步校正了初级像差。打开和近红外光源11，即超发光二极管，发出近红外光经照明系统照射人眼眼底，带有人眼像差的眼底反射光经成像系统到达哈特曼传感器28。哈特曼传感器28探测眼底反射光的波像差，并将波像差信息反馈给计算机29。根据此波像差信息，计算机29控制变形镜20校正波像差。此探测校正过程可反复进行，直至哈特曼传感器28探测到的波像差在允许范围之内。 

其次，在使用变形镜20校正好人眼像差之后，计算机29控制照明光路中的闪光灯8开关打开。照明光经聚光镜9和匀光镜12之后变成平行光。平行光经过环形光阑13之后变成环形平行光束。环形光经过二向色耦合器6、中继镜7、中空反射镜18、内调焦直角棱镜组16、接目物镜15和预校正透镜组14之后，照明光在角膜上形成一个环形光斑，避开了反射最强的角膜中心，经角膜边缘均匀照明人眼眼底。人眼眼底反射光经过校正好的成像光学系统之后成像在成像CCD27上，进而获得视网膜的像。 

结合图2，视度调节可分两步完成：首先给被检人眼配备预校正透镜组14；其次让被检人眼凝视视标，通过左右调节第二直角棱镜162实现内调焦，直至人眼看清视标。此时认为人眼的初级像差已基本校正完毕。结合自适应光学系统实现人眼的三次像差校正。内调焦棱镜组16的结构示意图，结合图3，该棱镜组的结构用于实现人眼视度调节，降低调节范围，便于实际操作。 

本实施方式所述的整个眼底相机可对人眼进行三次像差校正。首先放置在 人眼前的预校正透镜组校正人眼初级像差，其中球面镜用来校正近视和远视，柱面镜用来校正散光；其次让被测人眼凝视视度调节光学系统中的视标，通过人眼自动调焦以及调节调焦直角棱镜使人眼看清视标，校正人眼残余的初级像差；最后利用成像光学系统中的哈特曼传感器探测人眼波像差，使用多驱动单元变形镜校正人眼高阶像差。通过前两步视度调节大幅度降低了人眼的初级像差，使残余像差在第三步自适应光学校正的范围之内，提高了眼底相机的校正范围。本发明使用多种方式校正人眼像差，大大提高了成像质量，具有很好的成像分辨率。 

Claims (9)

1.一种可视度调节的自适应光学眼底相机，包括照明光学系统、视度调节光学系统和自适应光学成像系统，视度调节光学系统校正人眼初级像差后，照明光学系统对人眼照明，自适应光学成像系统获得视网膜的像；其特征是，所述视度调节光学系统包括激光光源(1)、第一透镜(2)、第二透镜(3)、分划板(4)、第三透镜(5)、第一二向色耦合器(6)、中继镜(7)、中空反射镜(18)、第一滤波小孔(17)、内调焦直角棱镜组(16)、接目物镜(15)和预校正透镜组(14)；所述激光光源(1)发出可见光经第一透镜(2)扩束和第二透镜(3)会聚之后照明分划板(4)；分划板(4)作为视标，所述可见光透过第三透镜(5)、第一二向色耦合器(6)、中继镜(7)、中空反射镜(18)后在第一滤波小孔(17)处成像；人眼通过预校正透镜组(14)、接目物镜(15)和内调焦直角棱镜组(16)凝视视标在第一滤波小孔(17)处所成的像，通过左右移动内调焦直角棱镜组(16)对不同视度的人眼进行调焦，校正初级像差；人眼经视度调节光学系统看清视标后，近红外光源(11)发出近红外光经照明光学系统照明人眼眼底，眼底反射光经自适应光学成像系统的哈特曼传感器(28)成像，获得视网膜的像。

2.根据权利要求1所述的一种可视度调节的自适应光学眼底相机，其特征在于，所述自适应光学成像系统包括预校正透镜组(14)、接目物镜(15)、内调焦直角棱镜组(16)、第一滤波小孔(17)、第一准直镜(19)、变形镜(20)、会聚镜(21)、平面反射镜(22)、第二滤波小孔(23)、第二准直镜(24)、半透半反镜(25)、成像物镜(26)、哈特曼传感器(28)和计算机(29)；所述眼底反射光经预校正透镜组(14)、接目物镜(15)以及内调焦直角棱镜组(16)后在第一滤波小孔(17)处成像，然后经过中空反射镜(18)、第一准直镜(19)后到达变形镜(20)，经变形镜(20)反射的光透过会聚镜(21)经平面反射镜(22)反射后会聚在第二滤波小孔(23)处，再经第二准直镜(24)准直成为平行光，所述平行光经半透半反镜(25)反射至哈特曼传感器(28)；计算机(29)根据哈特曼传感器(28)探测的人眼波像差控制变形镜(20)产生形变校正波像差；然后计算机(29)控制闪光灯(8)开关打开，照明人眼眼底，眼底反射光经校正波像差后的自适应光学成像系统中的成像物镜(26)在CCD(27)上成像，获得视网膜的像。

3.根据权利要求1所述的一种可视度调节的自适应光学眼底相机，其特征在于，所述照明光学系统包括第一二向色耦合器(6)、中继镜(7)、闪光灯(8)、聚光镜(9)、第二二向色耦合器(10)、匀光镜(12)、环形光阑(13)、预校正透镜组(14)、接目物镜(15)、内调焦直角棱镜组(16)、第一滤波小孔(17)和中空反射镜(18)；所述闪光灯(8)发出的光经聚光镜(9)聚光后进入第二二向色耦合器(10)，经第二二向色耦合器(10)透射的光依次经匀光镜(12)和环形光阑(13)后变为环形平行光，所述环形平行光经第一二向色耦合器(6)反射后入射至中继镜(7)和中空反射镜(18)，经中空反射镜(18)反射的光依次经第一滤波小孔(17)、内调焦直角棱镜组(16)、接目物镜(15)以及预校正透镜组(14)投射在人眼角膜上。

4.根据权利要求1所述的一种可视度调节的自适应光学眼底相机，其特征在于，视度调节光学系统中的内调焦直角棱镜组(16)包括第一直角棱镜(161)和第二直角棱镜(162)，所述第二直角棱镜(162)左右移动，对不同视度的人眼进行调焦，校正初级像差。

5.根据权利要求4所述的一种可视度调节的自适应光学眼底相机，其特征在于，所述的第一直角棱镜(161)的外表面a面和b面以及第二直角棱镜(162)的内表面c面和d面是反射面，且a面、b面、c面和d面均镀有增反膜。

6.根据权利要求1所述的一种可视度调节的自适应光学眼底相机，其特征在于，所述的激光光源(1)是波长为632.8nm的He-Ne激光器。

7.根据权利要求1所述的一种可视度调节的自适应光学眼底相机，其特征在于，分划板(4)上面刻有十字叉丝。

8.根据权利要求3所述的一种可视度调节的自适应光学眼底相机，其特征在于，所述的闪光灯(8)为氙闪光灯，波长范围在450nm～700nm之间。

9.根据权利要求1所述的一种可视度调节的自适应光学眼底相机，其特征在于，所述的预校正透镜组(14)包括球面镜(141)和柱面镜(142)，所述球面镜(141)校正人眼近视和远视，所述柱面镜(142)绕光轴旋转，用于校正不同方向的散光。