CN103300816A - 一种眼底相机的环形照明装置 - Google Patents

Abstract

一种眼底相机的环形照明装置，涉及医用光学领域，解决了现有眼底相机中照明系统能量利用率低、视网膜照明不均匀且使用环形光阑高成本等问题；光源发出的照明光源经照明光学系统后产生均匀的环形光斑照射人眼角膜边缘区域，可避开对光强烈反射的角膜中心区域，提高眼底照明的均匀度；并且环形光束的宽度可以通过调节照明光路中正负轴锥镜之间的距离来改变，以适应不同人眼。而且系统中间成两次实像，通过加入共焦滤波小孔、采用反射镜折叠光路，大大降低了角膜反射光等杂散光对成像质量的影响。

Description

一种眼底相机的环形照明装置

技术领域

本发明涉及医用光学领域，具体涉及眼底显微成像领域。

技术背景

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。人眼内部各屈光介质厚度、折射率不均匀，不同人眼表面曲率偏差严重。自然界中光线进入眼球后，虽然能够照亮人眼眼底，但光线很弱，不足以用来对人眼眼底成像。由于人眼角膜的反射光相对眼底的亮度来说过于强大，因此眼底相机必须包括一个能用较强的光照亮人眼眼底的照明系统和一个能避开人眼角膜上的强烈反射光对底片影响的成像系统。

要减少角膜上的反射光，可以通过照明系统在人眼角膜上形成一个环行的亮斑。中央暗斑区挡住了大部分入射到角膜上并且极有可能要直接反射回到接目物镜的近轴光线，而且由于人眼角膜的曲率半径较小，使得亮环区的反射光线反射角度大而不能重新返回到接目物镜中。

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CN1282564A；专利名称为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等专利，其中公开号为CN1282564A和公开号为CN101612032的专利，使用变形镜作为波前校正器，没有考虑人眼角膜反射光对成像质量的影响，容易产生杂散光，在像面上易产生鬼像。公开号为CN101766472A和公开号为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，在照明光路中添加可变环形光阑产生环形平行光束照明人眼眼底。这种方法虽然能够在角膜处形成环形照明，但是它却避开了光源均匀性最好、强度最高的中心区域，降低了视网膜上光照的均匀度，能量利用率低；且使用可变环形光阑增加了仪器成本，变换环形光束半径时使响应速度变慢。

发明内容

本发明为解决现有眼底相机中照明系统能量利用率低、视网膜照明不均匀且使用环形光阑高成本等问题，提供一种眼底相机的环形照明装置。

一种眼底相机的环形照明装置，该装置包括闪光灯、聚光镜、半透半反镜、匀光镜、轴锥镜组、二向色耦合器、中继镜、中空反射镜、滤波小孔和接目物镜；所述闪光灯发出的光经聚光镜和匀光镜后变为准直平行光，所述准直平行光经轴锥镜组后形成环形平行光，环形平行光经二向色耦合器、中继镜、中空反射镜、滤波小孔和接目物镜后在人眼角膜上形成环形光斑；其特征是；所述轴锥镜组包括负轴锥镜和正轴锥镜；环形光斑的内径r通过公式一计算：

公式一、 $r=\frac{d\tan [\arcsin \left(n\sin \mathrm{\θ}\right)-\mathrm{\θ}]}{1-\tan \mathrm{\θ}\tan [\arcsin \left(n\sin \mathrm{\θ}\right)-\mathrm{\θ}]}$

式中，d为负轴锥镜和正轴锥镜之间的距离，n为轴锥镜玻璃折射率，θ为轴锥镜的锥角。

本发明的有益效果：采用如上的设计后，相比于使用环形光阑来说，基于轴锥镜的环形照明方案能够使光源发光均匀且光强强的中心区域投射在人眼视网膜的中心，提高了眼底照明的强度和均匀性，大大提高了光能利用率。而且对应于不同角膜半径的人眼，可以通过前后调节正负轴锥镜之间的距离，产生相应半径的环形光束照明人眼角膜，适应范围广泛。并且通过调节正负轴锥镜之间的距离，可以快速实现探测光源照明和成像光源照明之间的切换，缩短响应时间。在这种情况下，使用轴锥镜产生环形光，可以获得更好的照明效果，有利于提高眼底相机的成像质量。

附图说明

图1为本发明的眼底相机的光学结构示意图；

图2为照明光学系统中轴锥镜实现环形光照明的光学结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，一种眼底相机的环形照明装置；设置在主要由照明光学系统、视度调节光学系统、自适应光学成像系统组成的眼底相机中。在照明光学系统中加入轴锥镜实现环形光束照射人眼角膜边缘，避开反射较强的角膜中心区域。

一种眼底相机的环形照明装置，设置在主要由照明光学系统、视度调节光学系统、自适应光学成像系统组成的眼底相机中，照明光学系统中由匀光镜12准直形成的平行光经过轴锥镜组13之后形成环形平行光束，且环形光斑的内径可以通过调节负轴锥镜13a和正轴锥镜13b之间的距离进行调节。环形光斑的内径r可以通过公式一进行计算：

公式一、 $r=\frac{d\tan [\arcsin \left(n\sin \mathrm{\θ}\right)-\mathrm{\θ}]}{1-\tan \mathrm{\θ}\tan [\arcsin \left(n\sin \mathrm{\θ}\right)-\mathrm{\θ}]}$

其中，d为负轴锥镜13a和正轴锥镜13b之间的距离，n为轴锥镜玻璃折射率，θ为轴锥镜的锥角。

本实施方式所述的正轴锥镜13b的锥角θ为15°～30°，负轴锥镜13a的锥角与正轴锥镜13b的锥角θ相同，材料相同且表面镀有增透膜；所述正轴锥镜13b位于中继镜7的焦平面上，以保证正轴锥镜13b的出射面与瞳孔共轭，实现均匀环形照明。

本实施方式所述的激光光源1为波长为632.8nm的He-Ne激光器。所述的闪光灯8为氙闪光灯，波长范围450nm～700nm，所述的探测光源11为超发光二极管，波长为735nm。所述的变形镜18为THORLABS公司生产，型号DM140-35-UP01，驱动单元12X12，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23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、本实施方式为具体实施方式一所述的环形照明装置在眼底相机中应用的实施例：眼底相机中还包括视度调节系统和自适应光学成像系统；

视度调节光学系统中的激光光源1发光，经第一透镜2、第二3后照明视标分划板4，使分划板4经共轭透镜组（第三透镜5和中继镜7）成像在滤波小孔15处。人眼通过接目物镜14观察在滤波小孔15处的分划板4的像。同时可以前后移动接目物镜14直至人眼看清分划板4的像，此时可以认为人眼已经初步自动校正了初级像差。打开探测光源11，发出近红外光经环形照明装置照射人眼眼底；带有人眼像差的人眼眼底反射光经自适应光学成像系统到达哈特曼传感器26；（所述成像系统包括接目物镜14会聚在滤波小孔15处，经过中空反射镜16和准直镜17后准直成平行光，平行光经变形镜18反射之后透过会聚镜19经平面反射镜20反射后会聚在第二滤波小孔21处，再经第二准直镜22准直成为平行光，所述平行光经半透半反镜23反射至哈特曼传感器26；所述哈特曼传感器26探测人眼眼底反射光，获得人眼眼底反射光的波前信息，并将该波前信息反馈给计算机27。根据波前信息，计算机27控制变形镜18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26探测到的波像差在允许范围之内。

变形镜18校正好人眼像差之后，计算机27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。平行光经过轴锥镜13之后变成半径可调节的环形平行光束。环形平行光束的半径可以通过调节负轴锥镜13a和13b之间的距离进行控制，具体关系可以由公式一得到。环形光经过二项色耦合器6、中继镜7、中空反射镜16、接目物镜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CCD25上，获得人眼眼底的图像。

Claims (4)

1.一种眼底相机的环形照明装置，包括闪光灯（8）、聚光镜（9）、半透半反镜（10）、匀光镜（12）、轴锥镜组（13）、二向色耦合器（6）、中继镜（7）、中空反射镜（16）、滤波小孔（15）和接目物镜（14）；所述闪光灯（8）发出的光经聚光镜（9）和匀光镜（12）后变为准直平行光，所述准直平行光经轴锥镜组（13）后形成环形平行光，环形平行光经二向色耦合器（6）、中继镜（7）、中空反射镜（16）、滤波小孔（15）和接目物镜（14）后在人眼角膜上形成环形光斑；其特征是；所述轴锥镜组（13）包括负轴锥镜（13a）和正轴锥镜（13b）；环形光斑的内径r通过公式一计算：

公式一、 $r=\frac{d\tan [\arcsin \left(n\sin \mathrm{\θ}\right)-\mathrm{\θ}]}{1-\tan \mathrm{\θ}\tan [\arcsin \left(n\sin \mathrm{\θ}\right)-\mathrm{\θ}]}$

式中，d为负轴锥镜（13a）和正轴锥镜（13b）之间的距离，n为轴锥镜玻璃折射率，θ为轴锥镜的锥角。

2.根据权利要求1所述的一种眼底相机的环形照明装置，其特征在于，所述负轴锥镜（13a）的锥角与正轴锥镜（13b）的锥角θ相等，锥角θ为15°～30°。

3.根据权利要求1所述的一种眼底相机的环形照明装置，其特征在于，所述负轴锥镜（13a）和正轴锥镜（13b）的材料相同且表面镀有增透膜。

4.根据权利要求1所述的一种眼底相机的环形照明装置，其特征在于，所述正轴锥镜（13b）位于中继镜（7）的焦平面上，保证正轴锥镜（13b）的出射面与瞳孔共轭，实现均匀环形照明。

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