CN104523222A

CN104523222A - 一种眼底相机照明系统

Info

Publication number: CN104523222A
Application number: CN201410780432.9A
Authority: CN
Inventors: 严俊文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2015-04-22

Abstract

本发明提供了一种眼底相机照明系统，所述眼底相机照明系统包括环形光源、匀光镜、半反半透镜和反射镜，所述环形光源发射出的光线经过反射镜改变光路，经过匀光镜后再经过半反半透镜抵达接目物镜，从而成环形光斑。本发明提供的眼底相机照明系统，相对于传统的照明系统而言，结构更加简单，对眼底的照明更加均匀充分，照明系统的光能利用率大大提高。

Description

一种眼底相机照明系统

技术领域

本发明涉及一种用于眼底相机中的照明设备，尤其涉及一种眼底相机照明系统，属于医学眼底成像领域。

背景技术

人眼视网膜上的血管是全身唯一能够直接被观察到的血管，对于如何能够对人眼视网膜成像的研究在很早以前就已经开始。由于人眼本身并不发光，需要用外部光源对其进行照明，但人眼瞳孔尺寸在白天一般不会超过3mm，瞳孔尺寸太小，照明系统能够进入眼底的光能量比较小，加之角膜反射率比眼底反射率更高，对人眼进行观察，就相当于在夜晚从室内观察室外景物，只能看到室内景象一样，并不能直接得到视网膜的像，因而对于眼底照相机的研究进展非常缓慢。直到二十世纪初可自由反射的间接式的检眼镜的出现，使眼底照相机的制造成为可能。此类检眼镜要求照明系统和成像系统经过眼睛的不同部分，以避免角膜的背光反射，这种设计原则，为眼底相机的设计提供了重要的方法。

现代的眼底照相机是对二十世纪初设计的可自由反射的间接式的检眼镜的继承和改进。1925年，由德国Zeiss 公司设计了世界上第一台眼底照相机。该眼底照相机主要包括成像系统和照明系统，采用标准的Zeiss 眼底照相机结构形式，照明系统和成像系统为两个独立的系统，通过半反半透镜进行连接。由照明系统的光源发出的光经过照明光路后进入人眼内，经眼底反射后进入成像系统，并最后在接收像面上成像。该相机在对人眼成像之前，需要对人眼进行散瞳处理，对人体具有一定的副作用。而且由于照明系统和成像系统不共用接目物镜，系统的能量利用率比较低。

1969年由Knoll发明了一种新的眼底相机结构。该结构的成像系统和照明系统共用一组接目物镜。相比于Zeiss提出的标准结构形式，该结构由于成像系统和照明系统共用一组接目物镜，系统设计起来更加复杂，像差也更难校正。但是Knoll提供的结构形式照明效率更高，所采用的镜片数目更少，虽然经过四十多年的发展，系统的结构形式变化不大。现阶段存在的眼底相机，仍多采用此种结构形式。

眼底相机的光学系统主要包括成像系统和照明系统，由于照明系统的照明对象是人眼视网膜，如果入射到眼底的光束不均匀，不仅被观察者会感到不适，对最终成像质量也会有很大的影响，因此对眼底进行均匀照明是眼底相机照明系统的首要条件。

目前对于明视场照明主要有临界照明和柯勒照明两种方式。临界照明将光源直接成像到被照明的物体上，保证光源和被照明物体的共轭性。临界照明在光源亮度不均匀或呈现明显的灯丝结构时，将会反映到被照明物体上，使被照明面不均匀。为了达到均匀照明，要求照明光源本身的均匀性较高。柯勒照明把光源成像到后续物镜的入瞳面上。由于不直接成像到被观察物体上，被照明面上有较为平滑的照明，避免了临界照明存在的不均匀性。柯勒照明最重要的优点是可以实现均匀照明，但是在使用过程中人们发现柯勒照明的球差较大。

近年来研究发现，环形光斑的眼底成像效果好，而且不会造成人眼不适，为了得到环形光斑，传统设计方法是在照明系统中加入环形光阑，光源发出的光首先在环形光阑处成一次中间像，最后再将中间像成在角膜处。利用传统方法进行设计，对于一般的基于机械调焦方式的成像系统，设计得到如图1所示的照明系统。

如图1所示，现有的照明系统包括光源1（一般采用卤钨灯）、环形光阑2、反射镜3、匀光镜4、半反半透镜5和接目物镜6，光源1出射的光经环形光阑2形成环形光斑，再经反射镜5改变光路方向进入匀光镜4、再经过半反半透镜5抵达接目物镜6，在人的角膜位置7形成环形光斑。

上述的照明系统因为需要得到一次中间像，导致需要采用多组镜片，而且需要环形光阑2使用系统结构比较复杂，而且成本高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种结构简单的眼底相机照明系统。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：相较于现有技术，

一种眼底相机照明系统，包括：环形光源、匀光镜、半反半透镜和反射镜，所述环形光源发射出的光线经过反射镜改变光路，经过匀光镜后再经过半反半透镜抵达接目物镜，形成环形光斑。

所述的眼底相机照明系统中，所述环形光源上设置有若干近红外LED和白光闪光LED，所述近红外LED和白光闪光LED交替排列成环形。

所述的眼底相机照明系统中，白光闪光LED作为眼底相机照明系统的闪光灯，用于对眼底图像进行拍照；近红外 LED用于对眼底图像进行实时观察。

所述的眼底相机照明系统中，所述环形光源还可以利用光纤排布得到。

所述的眼底相机照明系统中，匀光镜片数为3片。

所述的眼底相机照明系统中，所述环形光斑的内直径为3mm，外直径为6mm，光源最大直径12mm。

所述的眼底相机照明系统中，所述眼底相机照明系统的照明眼底均匀度U为：

其中，P_center为照明区域中心点的功率密，P85%为照明区域内85%位置上的功率密度，P_max为最大功率。

本发明提供的眼底相机照明系统，相对于传统的照明系统而言，结构更加简单，对眼底的照明更加均匀充分，照明系统的光能利用率大大提高。

附图说明

图1 为传统照明系统的结构示意图。

图2 为本发明照明系统的结构示意图。

图3为本发明照明系统中环形光源的结构示意图。

图4a 为本发明在角膜处的照明环形光斑仿真效果示意图。

图4b 为本发明眼底照明仿真效果示意图。

图4c 为本发明眼底照明的能量分布曲线示意图。

图5 为本发明照明系统的像差曲线图。

具体实施方式

本发明提供一种眼底相机照明系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

请参阅图2，本实施例公开的眼底相机照明系统，包括环形光源10、反射镜20、匀光镜30、半反半透镜40和接目物镜50，环形光源10发射出的光线经过反射镜20改变光路，经过匀光镜30后再经过半反半透镜40抵达接目物镜50，从而在60位置形成环形光斑。如图3所示，所述环形光源采用由近红外LED101和白光闪光LED102交替排列成环形光源，通过照明系统的匀光镜30和接目物镜40将光源直接成像在眼瞳处，以得到尺寸合适的环形光斑，匀光镜片30数为3 片，白光闪光LED 102作为系统的闪光灯，用于对眼底图像进行拍照；近红外 LED101用于对眼底图像进行实时观察，白光闪光 LED102和近红外 LED101均匀排列成一个圆环，有利于照明系统对眼底进行均匀充分的照明。

为了消除角膜反射产生的杂光，最终入射到角膜的照明光束必须是环形光斑。设计环形光斑内直径 3mm，外直径 6mm，光源最大直径 12mm，根据成像系统计算公式，照明系统的放大率为β：

对于理想系统，接目物镜到人眼瞳孔的工作距离为 40mm，角膜前表面到瞳孔距离3.66mm，因此接目物镜到角膜的工作距离为36.34mm，即照明系统的物距。由于照明系统和成像系统共用一组接目物镜，因此进行系统设计时只需要对照明系统后组匀光镜进行设计。

为了简化系统结构，降低系统设计难度，本发明对现在的照明系统的结构进行改进。光源不再采用传统的卤钨灯，而是采用由近红外和白光闪光LED交替排列成环形光源，通过照明系统的匀光镜和接目物镜将光源直接成像在眼瞳处，以得到尺寸合适的环形光斑。采用LED光源不仅可以在结构上把光源设计成环形，而且由LED的发光效率较高，在最终获得等量照度的情况下光源功率可以得到有效降低。

图2给出了改进后的照明系统结构。从图中可以看出，与图1所示的系统相比，照明系统中不再有中间像，环形光阑因而也不再设置，系统匀光镜片数由原来的6片降低到3片，系统结构的得到有效地简化。对于LED 光源，白光LED102作为系统的闪光灯，用于对眼底图像进行拍照；近红外LED101用于对眼底图像进行实时观察。白光闪光LED102和近红外LED101均匀排列成一个圆环，有利于照明系统对眼底进行均匀充分的照明。此外，由于系统中不在有环形光阑进行拦光，照明系统的光能利用率将大大提高。

对于环形光源的设计，除了由近红外和白光闪光LED 组合获得之外，还可以利用光纤排布得到。利用LightTools 对照明系统的均匀性进行仿真和分析。在照明时，设置光源功率为100W，光源发散角为 30°，追迹光线 10000000条。图4 为得到的照明效果图。图4（a）为在眼睛角膜处得到的环形光斑照明效果图，光斑内径 3mm，外径 6mm；图4（b）为得到的在视网膜上的照明效果图。照明系统能够对眼底直径20mm 的区域内照明；图4（c）为眼底的照明能量分布图。

本发明定义眼底相机照明系统的照明眼底均匀度U为：

在图4（c）所示的照度分布曲线图中，±4.47mm 对应眼底 30°（±15°）范围内的照明区域，中心点的功率密度Pcenter最高，为0.01286W/mm2，30°照明区域内85%位置上的功率密度P85%，为0.01166W/mm2，最大功率Pmax 为0.01286W/mm2。本发明设计的照明系统对眼底30°范围内照明均匀度达90.7%，满足照明系统要求。

照明系统对于成像质量的要求并不严格，因为照明系统的像质并不影响被照明物体的成像质量，只是影响被照明物体的照度。但是照明系统在有些时候需要对系统的球差进行适当控制。由于光源一般尺寸不大，发散角比较大，即光源的视场不大，相对孔径比较大，在这时系统的像差主要为球差。如果系统的球差较大，当照明系统某一视场的主光线通过成像系统的光瞳中心时，其他视场的主光线就不能通过光瞳中心，这将有可能导致成像系统产生渐晕，最终导致像面的照度不均匀。照明系统对于球差的校正要求并不严格，并不需要完全校正，只需将球差控制在一定的范围内即可。图5给出了改进后的照明系统的球差、场曲和畸变曲线。从图中可以看出，该系统的球差在±0.5mm 范围内，能够满足照明系统的像质要求。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种眼底相机照明系统，其特征在于：所述眼底相机照明系统包括:环形光源、匀光镜、半反半透镜和反射镜，所述环形光源发射出的光线经过反射镜改变光路，经过匀光镜后再经过半反半透镜抵达接目物镜，形成环形光斑。

2.根据权利要求1 所述的眼底相机照明系统，其特征在于：所述环形光源上设置有若干近红外LED和白光闪光LED，所述近红外LED和白光闪光LED交替排列成环形。

3.根据权利要求2所述的眼底相机照明系统，其特征在于：白光闪光LED作为眼底相机照明系统的闪光灯，用于对眼底图像进行拍照；近红外 LED用于对眼底图像进行实时观察。

4.根据权利要求1 所述的眼底相机照明系统，其特征在于：所述环形光源还可以利用光纤排布得到。

5.根据权利要求1 所述的眼底相机照明系统，其特征在于：匀光镜片数为3 片。

6.根据权利要求1 所述的眼底相机照明系统，其特征在于：所述环形光斑的内直径为3mm，外直径为6mm，光源最大直径12mm。

7.根据权利要求1 所述的眼底相机照明系统，其特征在于：所述眼底相机照明系统的照明眼底均匀度U为：

其中，P^center为照明区域中心点的功率密，P85%为照明区域内85%位置上的功率密度，P^max为最大功率。