CN104856643A - 基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，包括成像系统和照明系统，成像系统包括孔径光阑、接目物镜、分光镜、成像物镜、液体透镜和像面，上述部件的连接顺序分别是孔径光阑后面依次设置有接目物镜、分光镜、成像物镜和液体透镜，所述液体透镜设置在成像物镜和相面之间。本发明设计了一种基于机械调焦方式的成像系统，在成像系统中引入液体变焦透镜，通过调节电压可以连续改变液体透镜的表面曲率，实现对不同视度的人眼清晰成像，这种调焦方式只需采用定焦的机械结构形式，机械结构简单，对操作者熟练程度要求也更低，而且可以通过连续改变透镜表面曲率实现更加精确的调节。

Description

基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统

技术领域

本发明涉及一种眼底相机，尤其涉及一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，属于医学眼底成像领域。

背景技术

人眼视网膜，又叫眼底，是一层结构高度复杂的薄膜，是人眼的重要组成部分。视网膜在眼睛里的地位相当于成像系统的接收器。眼视网膜上分布着大量的血管，对人眼视网膜上的血管脉络进行观测，可以为医生进行许多眼部疾病，甚至是全身许多疾病的诊断提供重要依据。例如，糖尿病性视网膜病变是糖尿病患者致盲的主要原因，已经成为患者致盲的四大病变之一。糖尿病正在成为一种全球性流行病，全世界有3.47亿人患有糖尿病，据预测，在今后10年内，由糖尿病造成的死亡总数将增加50％以上，到2030年糖尿病将成为全球第七大死亡原因。发现糖尿病后，除了在医生指导下严格控制血糖、血压和血脂外，还需要定期检查眼底，根据病情及时进行治疗，防止新生血管发生，保存一定视力。对于湿性老年性黄斑变性不治则导致100％致盲，早期发现是关键，而且早期治疗效果显著。在患者出现明显视力障碍之前，提前进行视网膜检查，是及时发现病变、及时治疗的唯一有效途径。此外，像冠心病、高血压等疾病，也可以通过进行早期的视网膜筛查，及早发现、进行及时治疗。眼底照相机便是用于对眼底病变进行检查的眼科设备，是医生进行视网膜检查的重要手段。

眼底相机是一种用于观察人眼视网膜病变的重要眼科设备，在临床上有着重要的应用。眼底相机的光学系统包括照明系统和成像系统，工作谱段覆盖近红外和可见光，近红外与可见光照明系统实现对眼底均匀、充分的照明，成像系统实现将视网膜最终成像在位于最佳像面的传感器上。具体的工作过程为由光源发出的光依次经过匀光镜透射、半反半透镜的反射以及接目物镜透射后入射到人眼。进入眼睛的光由眼底反射后出射，经过接目物镜收集后先成一次中间像，再由成像物镜将中间像成像到接收器上，并最后经过显示器件显示出来。为了同时满足医生观察和拍摄的需要，光源一般选用可见光和近红外波长两种。近红外波段的光源用于医生进行观察和瞄准，可见波段的光源用于拍照。眼底照相机是一种重要的眼科设备。对眼底相机的研究主要包括对成像系统的设计和对照明系统的设计。如图1所示，成像系统由靠近眼睛的接目物镜，靠近接收器件的成像物镜，以及接收器件和显示器件组成；照明系统由光源，靠近光源的匀光镜和靠近眼睛的接目物镜组成。由于照明系统和成像系统需要共用部分光路，照明系统和成像系统通过半反半透镜连接起来。

国内对于眼底相机的研究起步较晚，目前国内使用的眼底相机多数依靠从国外进口，然后再进行数字化改造。国内对于眼底相机的研究还比较有限，相关的研究论文比较少。国内开发的大多数眼底相机存在以下问题：设备需要专业的医生或者护士进行操作，设备成本费和医疗费用较高，需要用药物对人眼进行散瞳，而散瞳对人体具有一定的副作用。这些都严重限制了眼底相机的使用。

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基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统。

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，本发明提供的基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，包括成像系统和照明系统，成像系统由靠近眼睛的接目物镜，靠近接收器件的成像物镜，以及接收器件和显示器件组成；照明系统由光源，靠近光源的匀光镜和靠近眼睛的接目物镜组成，照明系统和成像系统通过半反半透镜连接起来，所述眼底相机成像系统中还设置有液体变焦透镜。

本发明还提供一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，包括成像系统和照明系统，成像系统包括孔径光阑、接目物镜、分光镜、成像物镜、液体透镜和像面，上述部件的连接顺序分别是孔径光阑后面依次设置有接目物镜、分光镜、成像物镜和液体透镜，所述液体透镜设置在成像物镜和相面之间。

本发明还提供一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，包括成像系统和照明系统，成像系统由靠近眼睛的接目物镜，靠近接收器件的成像物镜，以及接收器件和显示器件组成；照明系统由光源，靠近光源的匀光镜和靠近眼睛的接目物镜组成，照明系统和成像系统通过半反半透镜连接起来，所述眼底相机成像系统中还设置有液体变焦透镜，所述液体变焦透镜设置在成像系统后面，所述液体变焦透镜还配设有对应的共调节焦距用的驱动装置；所述接收器件使用CCD；所述系统的主要参数具体如下：眼底相机成像系统总长：＜170mm；视场角：±30°；入瞳直径：3mm；

工作波段：可见光，850nm；工作距离：40mm；视度调节范围：-8D至+10D；系统总焦距：6.928mm；成像分辨率：＞116lp/mm。

本发明设计了一种基于机械调焦方式的成像系统，在成像系统中引入液体变焦透镜，通过调节电压可以连续改变液体透镜的表面曲率，实现对不同视度的人眼清晰成像，这种调焦方式只需采用定焦的机械结构形式，机械结构简单，对操作者熟练程度要求也更低，而且可以通过连续改变透镜表面曲率实现更加精确的调节。

附图说明

图1为眼底照相机成像系统和照明系统结构示意图；

图2为ARCTIC 416SLV3系列液体透镜的结构参数图；

图3为液体透镜的光学结构图；

图4为正常眼的成像系统光路示意图；

图5为成像系统对正常人眼的MTF曲线图；

图6为成像系统对正常人眼的像差曲线图。

具体实施方式

本发明提供一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，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

本实施例公开的基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，结构形式一一采用机械调焦方式，通过调节像面的位置来满足对不同视度人眼清晰成像的要求。相比于定焦结构，机械调焦需要设计凸轮曲线，因而具有更复杂的结构形式，而且对于操作者操作熟练程度具有更高的要求。结构形式二利用电压调焦的方式代替机械调焦，在成像系统中引入液体变焦透镜。通过调节电压可以连续改变液体透镜的表面曲率，实现对不同视度的人眼清晰成像。这种调焦方式只需采用定焦的机械结构形式，机械结构简单，对操作者熟练程度要求也更低，而且可以通过连续改变透镜表面曲率实现更加精确的调节。

液体变焦透镜是由一种或多种液体制成，并通过改变表面曲率来改变焦距的透镜。相比于传统的透镜形式，液体透镜最大的特点就是焦距可变。目前主要通过电力法和机械力法两种方法来改变液体透镜的焦距。电力法是利用一种新特性叫做“电浸润”来改变液体的表面张力，而机械力的方法是通过直接在透镜体上加力使透镜形状产生物理形变。目前生产液体透镜的公司主要由Philips和法国varioptic。本发明选用法国varioptic公司生产的ARCTIC 416SLV3系列液体透镜作为所设计成像系统的组成部分。该液体透镜的结构参数如图2所示。

ARCTIC 416SLV3系列液体透镜的调节能力如表1所示，其参数与图2相对应。

表1光学参数随电压变化表

利用CODE V对液体透镜进行建模，得到液体透镜的光学结构如图3所示。

根据上面的介绍，将ARCTIC 416SLV3系列液体透镜作为成像系统的一部分进行设计，考虑到成本，接收器件仍选用基于机械调焦方式的成像系统使用的CCD，系统的设计指标具体如表2所示：

表2基于液体透镜调焦方式的成像系统设计参数

液体透镜加在成像系统的最后，作为接收器之前的最后一个元件，补偿成像系统的像差以及由不同视度引起的像质变化，利用CODE V的多重结构对视度从-8D至+10D设置8重结构，最终得到的成像系统结构如图4所示。

最终设计结果在不同人眼视度下的系统参数如表3所示。

表3可见光光谱范围内的部分系统结构参数

由上表可知，成像系统不再需要进行机械调焦。

对正常人眼，成像系统的MTF曲线如图5所示。从图中可以看出，成像系统的MTF值在120lp/mm处大于0.2，满足系统设计要求。

对正常人眼，成像系统的球差、场曲和畸变曲线如图6所示。从图中可以看出，成像系统对正常人眼的畸变值在各个视场下均小于6％，满足系统设计要求。对于其他视度人眼，通过对调节液体透镜的表面曲率进行像差校正，各重结构的MTF曲线和畸变曲线均与对正常人眼的相似。

本发明设计了一种基于机械调焦方式的成像系统，在成像系统中引入液体变焦透镜，通过调节电压可以连续改变液体透镜的表面曲率，实现对不同视度的人眼清晰成像，这种调焦方式只需采用定焦的机械结构形式，机械结构简单，对操作者熟练程度要求也更低，而且可以通过连续改变透镜表面曲率实现更加精确的调节。

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 (3)

1.一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，包括成像系统和照明系统，其特征在于：所述成像系统由靠近眼睛的接目物镜，靠近接收器件的成像物镜，以及接收器件和显示器件组成；照明系统由光源，靠近光源的匀光镜和靠近眼睛的接目物镜组成，照明系统和成像系统通过半反半透镜连接起来，所述眼底相机成像系统中还设置有液体变焦透镜。

2.一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，包括成像系统和照明系统，其特征在于：所述成像系统包括孔径光阑、接目物镜、分光镜、成像物镜、液体透镜和像面，上述部件的连接顺序分别是孔径光阑后面依次设置有接目物镜、分光镜、成像物镜和液体透镜，所述液体透镜设置在成像物镜和相面之间。

3.一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，包括成像系统和照明系统，其特征在于：所述成像系统由靠近眼睛的接目物镜，靠近接收器件的成像物镜，以及接收器件和显示器件组成；照明系统由光源，靠近光源的匀光镜和靠近眼睛的接目物镜组成，照明系统和成像系统通过半反半透镜连接起来，所述眼底相机成像系统中还设置有液体变焦透镜，所述液体变焦透镜设置在成像系统后面，所述液体变焦透镜还配设有对应的共调节焦距用的驱动装置；所述接收器件使用CCD；所述系统的主要参数具体如下：眼底相机成像系统总长：＜170mm；视场角：±30°；入瞳直径：3mm；工作波段：可见光，850nm；工作距离：40mm；视度调节范围：-8D至+10D；系统总焦距：6.928mm；成像分辨率：＞1161p/mm。