CN106725297A - 用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，包括：第一光源、沿第一光源的光路依次设置的第一透镜和二向色镜；与所述第一光源的照射方向不同的第二光源；与所述第一光源及所述第二光源的照射方向均不同的第三光源；沿所述二向色镜的反射光路依次设置的第二透镜和二向色反射镜；以及沿所述二向色反射镜的反射光路依次设置的光阑、双层光路镜组和二维图像采集器。本发明通过对对准光路(外层光路)进行设计，即增加外层光路，从而通过成像光路(内层光路)和对准光路(外层光路)的放大率分离，既实现前后对准的灵敏度、对准精度的提高，同时能提高对准的客观性和快速性，且本系统简便易实现。

Description

用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统
技术领域
本发明涉及临床眼科技术领域，尤其是一种用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统。
背景技术
普通的眼科装置如验光仪和眼底相机对人眼进行检查时，检查人员通过观察屏幕上的图像的清晰度来判断对准是否准确，且此过程耗时较长并且存在一定的主观性，导致对准不准，进而导致一系列检查误差。
现有专利技术CN02122186:提出了一种眼科装置自动对准的的方法，其方法是在对准光路上放一带有两个棱镜的光圈，这个光路对瞳孔成的像是三个分离的点，根据三个分离的点的相对位置来判断对准是否准确，当三个点竖直在一条直线上时，则说明此时对准准确，当三个点呈逆时针旋转时则说明人眼和测量设备距离过远，当三个点呈顺时针旋转时，则说明人眼距离测量设备过近。此方法相比较直接观察屏幕图像的清晰度来判断是否对准的方法来说，很好的解决了对准的准确性与快速性。此方法的对准灵敏度与对准光路的光学轴向放大率直接相关，即在人眼对准时，轴向放大率越大，设备前后移动单位距离时，在采集的图像上能够观察到的三个点分离的趋势越明显，其对准灵敏度就越高，而此专利采用了人眼成像光路和对准光路共用一个光路的方法，这就使得其对准光路的轴向放大率受到成像光路的放大率的限制，而成像光路的放大率由物方视场范围(瞳孔区域)和像方成像器件有效面积约束。其放大率不可能无限制提高，这就使得对准光路的灵敏度无法进一步提高。尤其在采用小尺寸的图像采集器时(通常代表着更低的成本)，由于成像光路的轴向放大率较小，此时对准光路的放大率和成像光路的放大率一致，即也比较小，这就导致对准光路的灵敏度较低，也就导致在一些需要高精度对准的仪器上(例如近视激光手术的高精度角膜曲率测量、眼压测量等)，其对准精度达不到要求，限制了此方法的应用范围。
可见，现有专利方法采用的对准光路设计的对准精度受限于瞳孔成像光路的放大率，导致对准灵敏度和精度无法满足实际应用需求。解决现有专利方法因对准光路放大率受限而导致的对准精度问题的方案，有很大的应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，包括：
第一光源、沿第一光源的光路依次设置的第一透镜和二向色镜；
与所述第一光源的照射方向不同的第二光源；
与所述第一光源及所述第二光源的照射方向均不同的第三光源；
沿所述二向色镜的反射光路依次设置的第二透镜和二向色反射镜；
以及沿所述二向色反射镜的反射光路依次设置的光阑、双层光路镜组和二维图像采集器；
其中，所述双层光路镜组包括镜体、设置于所述镜体内的内层光路镜组和嵌套在所述内层光路镜组外周的外层光路镜组。
优选的是，所述镜体内部设有沿光路方向贯通的内层通道和套设在所述内层通道外围的外层通道。
优选的是，所述内层光路镜组包括沿光路方向依次间隔设置于所述内层通道内的第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜。
优选的是，所述外层光路镜组包括沿光路方向依次间隔设置于所述外层通道内的第七透镜、第八透镜和第九透镜，所述外层光路镜组的各个透镜中部均设有开孔，以配合嵌套于所述内层光路镜组外周。
优选的是，所述第一透镜的光学轴线与所述第一光源跟人眼中心的连线重合。
优选的是，所述二向色镜的中心处于所述第一光源跟人眼中心的连线上。
优选的是，所述第二透镜的光学轴线与所述二向色镜的反射轴线重合。
优选的是，所述二向色反射镜的中心处于所述二向色镜的反射轴线上。
优选的是，所述光阑、双层光路镜组和二维图像采集器的光学轴线与所述二向色反射镜的反射轴线重合。
优选的是，其特征在于，所述光阑上沿直线开三个孔，两侧的两个孔上分别粘接有用于偏转光束的第一光楔和第二光楔。
本发明的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统采用双层光路镜组形成双层光路，且双层光路共用一个二维图像采集器来进行对准。其中内层光路对人眼成像，其放大率与使用的成像器件靶面尺寸相匹配，内层光路即为成像光路。外层光路因只对人眼瞳孔成像(人眼瞳孔相对人眼较小)，所以外层光路的放大率可以不考虑二维图像采集器尺寸的限制，即外层光路的放大率可以与内层光路的放大率不同，同时还可以共用一个二维图像采集器,外层光路即为对准光路。本发明实现成像光路和对准光路的光路同轴而放大率分离，使对准光路和成像光路放大率互不干扰，进而通过提高外层对准光路的放大率实现前后对准灵敏度与精度的提升。
本发明的有益效果：本发明在保证同样的视场范围的前提下(内层光路放大率不变)，通过对对准光路(外层光路)重新设计，即增加外层光路，从而通过成像光路(内层光路)和对准光路(外层光路)的放大率分离，既实现前后对准的灵敏度、对准精度的提高，同时能提高对准的客观性和快速性，且本系统简便易实现。
附图说明
图1为本发明的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统的光学结构示意图；
图2为本发明的光阑的结构示意图；
图3为本发明的双层光路镜组的结构示意图；
图4A为本发明的系统在对准太远状态时得到的图像；
图4B为本发明的系统在对准好的状态时得到的图像；
图4C为本发明的系统在对准太近状态时得到的图像。
附图标记说明：
1—第一光源；2—第一透镜；3—二向色镜；4—第二透镜；5—二向色反射镜；6—光阑；7—双层光路镜组；8—二维图像采集器；9a—第二光源；9b—第三光源；10—人眼；60—中间孔；61—第一侧孔；62—第二侧孔；610—第一光楔；620—第二光楔；70—镜体；71—外层通道；72—第七透镜；73—第八透镜；74—第九透镜；75—内层通道；76—第三透镜；77—第四透镜；78—第五透镜；79—第六透镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-4所示，本实施例的一种用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，包括：
第一光源1、沿第一光源1的光路依次设置的第一透镜2和二向色镜3；第一透镜2的光学轴线与第一光源1跟人眼10中心的连线重合，二向色镜3的中心处于第一光源1跟人眼10中心的连线上，
与第一光源1的照射方向不同的第二光源9a；
与第一光源1及第二光源9a的照射方向均不同的第三光源9b；
沿二向色镜3的反射光路依次设置的第二透镜和二向色反射镜5；第二透镜的光学轴线与二向色镜3的反射轴线重合，二向色反射镜5的中心处于二向色镜3的反射轴线上；
以及沿二向色反射镜5的反射光路依次设置的光阑6、双层光路镜组7和二维图像采集器8；光阑6、双层光路镜组7和二维图像采集器8的光学轴线与二向色反射镜5的反射轴线重合。
其中，双层光路镜组7包括镜体70、设置于镜体70内的内层光路镜组和嵌套在内层光路镜组外周的外层光路镜组。镜体70内部设有沿光路方向贯通的内层通道75和套设在内层通道75外围的外层通道71，
内层光路镜组包括沿光路方向依次间隔设置于内层通道75内的第三透镜76、第四透镜77、第五透镜78和第六透镜79。
外层光路镜组包括沿光路方向依次间隔设置于外层通道71内的第七透镜72、第八透镜73和第九透镜74，外层光路镜组的各个透镜中部均设有开孔，以配合嵌套于内层光路镜组外周。外层光路镜组的各个透镜外周与镜体70内部固定连接。
其中，光阑6上沿直线开三个孔，处于中央的中间孔60和位于中间孔60两侧的第一侧孔61和第二侧孔62，第一侧孔61和第二侧孔62上分别粘接有用于偏转光束的第一光楔610和第二光楔620，且第一光楔610和第二光楔620粘接于光阑6迎向光照的一侧或背向光照的一侧均可。
其中，第一透镜2采用准直透镜，以形成准直光束。
其中，第二光源9a和第三光源9b的波长与第一光源1的波长相异，第二光源9a和第三光源9b设置于第一光源1于人眼10中心连线的两侧，且第一光源1、第二光源9a和第三光源9b发出的光相互之间不会干扰。
内层光路镜组的各镜片上镀有第一膜层，只通过第一光源1发出的光，阻挡第二光源9a和第三光源9b发出的光通过内层光路；外层光路镜组的各镜片上镀有第二膜层，第二膜层通过第二光源9a和第三光源9b发出的光，阻挡第一光源1发出的光。
本发明的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统采用双层光路镜组7形成双层光路，且双层光路共用一个二维图像采集器8来进行对准。其中内层光路对人眼10成像，其放大率与使用的成像器件靶面尺寸相匹配，内层光路即为成像光路。外层光路因只对人眼10瞳孔成像(人眼10瞳孔相对人眼10较小)，所以外层光路的放大率可以不考虑二维图像采集器8尺寸的限制，即外层光路的放大率可以与内层光路的放大率不同，同时还可以共用一个二维图像采集器8,外层光路即为对准光路。本发明实现成像光路和对准光路的光路同轴而放大率分离，使对准光路和成像光路放大率互不干扰，进而通过提高外层对准光路的放大率实现前后对准灵敏度与精度的提升。
本实施例提供的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，工作时，由第一光源1发出的光通过第一透镜2形成准直光束，准直光束经过二向色镜3照到人眼10，经过人眼10角膜反射回来的光沿光路返回，照射到二向色镜3上，由二向色镜33反射到第二透镜，通过第二透镜后再照射到二向色反射镜5上，由二向色反射镜5再反射到装有光楔的光阑6，光通过光阑6中央的中间孔60,然后光再依次透过双层光路镜组7的内层光路镜组中的第三透镜76、第四透镜77、第五透镜78和第六透镜79，最后在二维图像采集器8上形成图像中处于中间的点b(如图4A、4B、4C中的点b)；
由第二光源9a和第三光源9b发出的另一种波长的两束光照射到人眼10角膜上，由人眼10角膜反射到二向色镜3上，然后由二向色镜3反射到第二透镜，通过第二透镜后再照射到二向色反射镜5上，由二向色反射镜5再反射到装有光楔的光阑6，两束光分别通过光阑6上的第一侧孔61和第二侧孔62，并分别在第一光楔610和第二光楔620作用下发生一定角度的偏折，然后再依次经过双层光路镜组7的外层光路镜组中的第七透镜72、第八透镜73和第九透镜74，最终在二维图像采集器8上形成点a和点c(如图4A、4B、4C中的点a和点c),其中通过第一光楔610的光形成点a，通过第二光楔620的光形成点c，根据三个点a、b、c的相对位置，可以判断对准位置的正确与否。图4A示出了该系统与人眼10前后对准距离过远时得到的图像；图4B示出了该系统与人眼10前后对准正确时得到的图像；图4C示出了该系统与人眼10前后对准距离过近的时得到的图像。
其中，曲率半径1为透镜迎光面的曲率半径，曲率半径2为透镜背光面的曲率半径。本实施例中,外层光路镜组的放大率与内层光路镜组的放大率不同，以实现成像光路(内层光路)和对准光路(外层光路)的放大率分离，且外层光路镜组的放大率大于内层光路镜组的放大率，从而使本实施例的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统获得了很高的对准灵敏度与对准精度。
外层光路镜组的放大率通过改变其中各透镜的参数值来改变，如透镜的曲率半径、厚度、材质、透镜相互之间的距离等，当需要改变对准的灵敏度时，只要改变外层光路镜组的放大率即可，所以本发明不限于双层光路，也可以由三层光路或更多层的光路组成，这样就至少有两个不同灵敏度的光路，低灵敏度的光路可以进行粗略对准(确定一个对准的大范围)，再用高灵敏度的光路进行精确对准(在大范围内的一个小范围精确对准)，这样就可以更快速和精确的进行对准，缩短对准时间。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，其特征在于，包括：
第一光源、沿第一光源的光路依次设置的第一透镜和二向色镜；
与所述第一光源的照射方向不同的第二光源；
与所述第一光源及所述第二光源的照射方向均不同的第三光源；
沿所述二向色镜的反射光路依次设置的第二透镜和二向色反射镜；
以及沿所述二向色反射镜的反射光路依次设置的光阑、双层光路镜组和二维图像采集器；
其中，所述双层光路镜组包括镜体、设置于所述镜体内的内层光路镜组和嵌套在所述内层光路镜组外周的外层光路镜组。
2.根据权利要求1所述的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，其特征在于，所述镜体内部设有沿光路方向贯通的内层通道和套设在所述内层通道外围的外层通道。
3.根据权利要求2所述的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，其特征在于，所述内层光路镜组包括沿光路方向依次间隔设置于所述内层通道内的第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜。
4.根据权利要求3所述的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，其特征在于，所述外层光路镜组包括沿光路方向依次间隔设置于所述外层通道内的第七透镜、第八透镜和第九透镜，所述外层光路镜组的各个透镜中部均设有开孔，以配合嵌套于所述内层光路镜组外周。
5.根据权利要求1所述的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，其特征在于，所述第一透镜的光学轴线与所述第一光源跟人眼中心的连线重合。
6.根据权利要求1所述的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，其特征在于，所述二向色镜的中心处于所述第一光源跟人眼中心的连线上。
7.根据权利要求1所述的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，其特征在于，所述第二透镜的光学轴线与所述二向色镜的反射轴线重合。
8.根据权利要求1所述的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，其特征在于，所述二向色反射镜的中心处于所述二向色镜的反射轴线上。
9.根据权利要求1所述的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，其特征在于，所述光阑、双层光路镜组和二维图像采集器的光学轴线与所述二向色反射镜的反射轴线重合。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的用于眼科装置的双层光路高精度快速对准光学系统，其特征在于，所述光阑上沿直线开三个孔，两侧的两个孔上分别粘接有用于偏转光束的第一光楔和第二光楔。
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