CN107260123A - 一种手机外接眼底成像镜头及眼底图像获取方法 - Google Patents

一种手机外接眼底成像镜头及眼底图像获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种手机外接眼底成像镜头及眼底图像获取方法，是基于波前编码技术的便携式医疗眼底成像方法以及镜头；成像光路依次为接目物镜、准直镜、波前编码元件、手机镜头；接目物镜和准直镜可将人眼出瞳成像到手机镜头的入瞳，使得人眼出瞳与手机镜头的入瞳匹配；波前编码元件可以校正由于人眼屈光不正导致成像不清晰，利用手机镜头的自动对焦功能拍摄高分辨率清晰视网膜图像，通过对拍摄的电子图像进行滤波处理即可获得视网膜的像；使用者可以对自身眼睛情况进行无创伤检测，并能随时发现病况及时就医。

Description

一种手机外接眼底成像镜头及眼底图像获取方法
技术领域
本发明涉及成像光学技术领域，特别是涉及一种眼底成像镜头及眼底成像方法。
背景技术
人眼眼部的眼底视神经是大脑向外延伸的部分，是重要的视觉器官，视网膜作为全身唯一可在活体、无创条件下观察血管及其分布状态的组织，成为了目前诊断眼病以及相关的全身系统性疾病的重要窗口。通常，借助眼底图像可进行眼底疾病或某些全身疾病提供早期诊断或预后判断，因此，高质量的眼底图像获取技术，对眼科疾病或某些全身疾病的诊断和研究具有重要的价值。眼底的图像可通过眼底相机等仪器进行采集,传统的眼底相机不便于携带且通常景深较浅、此外，眼部的屈光信息不同，一定程度上反映了眼部的形状存在一定的差异，例如屈光不正的类型和屈光不正程度不同，眼球的变形程度不尽相同，眼底形状也相应呈现出一定程度的差异，而基于传统的眼底相机采集眼底的图像应用中，没有考虑不同眼部屈光信息的个体差异，无法实现适应不同眼部屈光信息的眼底图像的针对性采集，进而影响了眼底成像的质量。
发明内容
本发明欲解决的传统眼底相机不便携带以及传统眼底相机针对不同屈光度眼底成像适应性差的技术问题。具体采取的技术方案如下：
一种手机外接眼底成像镜头，包括镜头组、镜筒、用于将所述镜筒装配在手机上的装配连接件，其中所述镜头组装配于所述镜筒中，以物方为左侧，所述镜头组在光轴上从左到右依次包括接目物镜、准直镜和波前编码元件，其中所述接目物镜的像方焦平面与所述准直镜的物方焦平面重合。
上述技术方案中所述的波前编码元件可沿所述光轴移动。
优选的技术方案：所述的波前编码元件设置在手机摄像头的孔径附近或者入瞳附近。
上述技术方案中所述的接目物镜与所述准直镜面形结构关于所述接目物镜的像方焦平面对称。
上述技术方案中所述的接目物镜由第一双胶合透镜和第二双胶合透镜组成，其中所述第一双胶合透镜由第一正透镜和第一负透镜胶合而成，所述第二双胶合透镜由第二正透镜和第二负透镜胶合而成，第一正透镜和第二正透镜对向放置；所述的准直镜由第三双胶合透镜和第四双胶合透镜组成，其中所述第三双胶合透镜由第三正透镜和第三负透镜胶合而成，所述第四双胶合透镜由第四正透镜和第四负透镜胶合而成，第三正透镜和第四正透镜对向放置。
上述技术方案中所述的第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜以及第四正透镜的半径、厚度以及口径参数都相等；所述的第一负透镜、第二负透镜、第三负透镜以及第四负透镜的半径、厚度以及口径参数都相等。
上述技术方案中所述的波前编码元件包括相位掩模板。
上述技术方案中所述的用于将所述镜筒装配在手机摄像头上的装配连接件包括吸盘、卡槽、双面胶、磁铁。
优选技术方案：所述接目物镜的焦距f满足：20mm<f<40mm，f超出上限不利于系统小型化，超出下限不利于像差的消除和系统像方远心的控制；为了便于消色差负透镜的玻璃材料应满足如下条件：所述第一负透镜和第二负透镜的玻璃折射率n满足：1.6<n1<1.8，所述第一负透镜和第二负透镜的玻璃阿贝数v满足：15<v1<40。
基于上述技术方案的手机外接眼底成像镜头，本发明还提供一种眼底图像获取方法，具体方案如下：包括：使用接目物镜与准直镜将人眼球出瞳成像到手机镜头的入瞳，在手机摄像头的孔径附近或者入瞳附近放置波前编码元件，通过装配连接件将所述的由接目物镜、准直镜以及波前编码元件组成的眼底成像镜头装配于手机的摄像头上；使用手机摄像头拍摄获取眼底视网膜的中间像，对所述中间像进行滤波处理还原出眼底视网膜上的像。
本发明，光源照射到视网膜后，从人眼发射出近似平行光，视网膜为被观测目标，从人眼出来的光线经过接目物镜聚焦到一次像面位置，再经过后准直镜的准直，最后光线经波前编码元件进入手机镜头拍照成像，对所拍摄的图像进行线性滤波处理即可还原出清晰地电子图像。成像光路依次为接目物镜、准直镜、波前编码元件，接目物镜和准直镜的作用为：将人眼出瞳成像到手机镜头的入瞳，使得人眼出瞳与手机镜头的入瞳匹配，获得更多的光能利用率；波前编码元件的作用为增大手机相机的景深，以适应不同屈光的眼底成像，有利于实现适应不同眼部屈光信息的眼底图像的针对性采集，改善眼底成像的质量。
与现有技术相比，其显著优点:
(1)、更加便携，可直接接在手机上，利用手机自带的相机完成眼底拍摄。
(2)、适应性强，可对不同屈光度的眼球进行眼底成像，成像更加清晰。
附图说明
图1.手机外接眼底成像镜头结构示意图；
图2.手机外接眼底成像镜头初始配置构成图；
图3.手机外接眼底成像镜头初始配置点扩散函数图；
图4.手机外接眼底成像镜头初始配置初始系统MTF曲线；
图5.加入编码元件后系统结构图；
图6.加入编码元件后点扩散函数图；
图7.加入编码元件后系统MTF曲线。
其中：1为眼球；2为视网膜；3为镜筒；4为用于将所述镜筒装配在手机摄像头上的装配连接件；5为接目物镜；6为准直镜；7为波前编码元件；8为接目物镜的像方焦平面；9为眼球出瞳。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明“一种手机外接眼底成像镜头”做进一步描述。
实施例一：一种手机外接眼底成像镜头，如图1所示，包括镜头组、镜筒3、用于将所述镜筒装配在手机摄像头上的装配连接件4，其中所述镜头组装配于所述镜筒中，以物方为左侧，其特征在于：所述镜头组在光轴上从左到右依次包括接目物镜5、准直镜6和波前编码元件7，其中所述接目物镜的像方焦平面8与所述准直镜的物方焦平面重合；接目物镜与准直镜将人的眼球1出瞳成像到手机镜头的入瞳，从而使从人眼出射的光能够全部进入到手机镜头中，能有效提高光能利用率；通过波前编码元件7的使用扩大了整个光学系统焦深，对视网膜2进行拍摄成像时，将拍摄获得图像进行滤波处理即可还原出清晰的眼底图像。
实施例二：一种手机外接眼底成像镜头，镜头满足表1所示的条件：
表1.镜头性能指标
系统全长(TTL) 137.798mm
光谱范围 可见光
视场(FOV) 40度
工作距离(WL) 30mm
接目物镜焦距f1 39.732mm
准直镜焦距f2 39.732mm
MTF 所有视场的MTF>0.3(100lp/mm)
其中，系统全长TTL指从接目物镜第一表面到手机镜头入瞳的轴上距离；工作距离WL指人眼出瞳距离接目物镜第一表面的轴上距离。
初始结构接目物镜和准直镜的曲率半径R、透镜的中心厚度以及透镜间的距离d、折射率nd、阿贝数vd，工作距离WL＝30mm，手机镜头采用500万像素手机摄像镜头。经优化设计后的镜头结构参数如表2所示，其手机外接眼底成像镜头初始配置构成图如图2所示，用接目物镜5与准直镜6将人眼球出瞳9成像到手机镜头的入瞳；图3为手机外接眼底成像镜头初始配置点扩散函数图，图4为手机外接眼底成像镜头初始配置初始系统MTF曲线，从图3以及图4可看出在最大视场弥散斑半径小于3um，视场角达到30度，可以覆盖视网膜30度的范围；工作距离WL＝30mm；MTF在100lp/mm位置所有视场下均大于0.3，具有高的分辨率。
表2.镜头结构参数表
编码元件结构设计，如图5所示，在不改变初始系统结构参数的前提下，在系统中插入波前编码元件7，具体为三次位相编码板，面形公式为z＝α(x3+y3)，编码系数为α＝0.0055(相当于10π的位相差)；图6为编码后系统的弥散斑大小图，从图中可以看出编码后的系统点扩散函数在不同视场具有很好的一致性；图7为系统编码后的MTF曲线，图中在空间频率100lp/mm位置在各个视场MTF>0.1，即不同视场编码后具有很好的一致性，后期可以通过维纳滤波复原算法将系统所成的模糊像复原，得到清晰的视网膜图像。
由于成像的视网膜是一个曲面，而传统的成像系统的景深无法满足30度范围内的景深清晰成像，本技术方案基于波前编码技术在手机摄像机镜头入瞳处设置波前编码元件，使得在像面处得到模糊但与像面位置无关的中间像，也就是对离焦不敏感，再利用维纳滤波复原算法对模糊图像进行复原，得到最终的清晰图像，该技术方案能够有效延拓眼底成像光学系统的景深，适用不同屈光度眼底成像。

Claims (10)

1.一种手机外接眼底成像镜头，包括镜头组、镜筒、用于将所述镜筒装配在手机摄像头上的装配连接件，其中所述镜头组装配于所述镜筒中，以物方为左侧，其特征在于：所述镜头组在光轴上从左到右依次包括接目物镜、准直镜和波前编码元件，其中所述接目物镜的像方焦平面与所述准直镜的物方焦平面重合。
2.根据权利要求1所述的手机外接眼底成像镜头，其特征在于所述的波前编码元件可沿所述光轴移动。
3.根据权利要求1所述的手机外接眼底成像镜头，其特征在于所述的波前编码元件设置在手机摄像头的孔径附近或者入瞳附近。
4.根据权利要求1所述的手机外接眼底成像镜头，其特征在于所述的接目物镜与所述准直镜面形结构关于所述接目物镜的像方焦平面对称。
5.根据权利要求1所述的手机外接眼底成像镜头，其特征在于所述的接目物镜由第一双胶合透镜和第二双胶合透镜组成，其中所述第一双胶合透镜由第一正透镜和第一负透镜胶合而成，所述第二双胶合透镜由第二正透镜和第二负透镜胶合而成，第一正透镜和第二正透镜对向放置；所述的准直镜由第三双胶合透镜和第四双胶合透镜组成，其中所述第三双胶合透镜由第三正透镜和第三负透镜胶合而成，所述第四双胶合透镜由第四正透镜和第四负透镜胶合而成，第三正透镜和第四正透镜对向放置。
6.根据权利要求5所述的手机外接眼底成像镜头，其特征在于所述的第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜以及第四正透镜的半径、厚度以及口径参数都相等；所述的第一负透镜、第二负透镜、第三负透镜以及第四负透镜的半径、厚度以及口径参数都相等。
7.根据权利要求5所述的手机外接眼底成像镜头，其特征在于所述接目物镜的焦距f满足：20mm<f<40mm；所述第一负透镜和第二负透镜的玻璃折射率n满足：1.6<n1<1.8；所述第一负透镜和第二负透镜的玻璃阿贝数v满足：15<v1<40。
8.根据权利要求1～7之一所述的手机外接眼底成像镜头，其特征在于所述的波前编码元件包括相位掩模板。
9.根据权利要求8所述的手机外接眼底成像镜头，其特征在于所述的用于将所述镜筒装配在手机摄像头上的装配连接件包括吸盘、卡槽、双面胶、磁铁。
10.一种眼底图像获取方法，其特征在于，包括：使用接目物镜与准直镜将人眼球出瞳成像到手机镜头的入瞳，在手机摄像头的孔径附近或者入瞳附近放置波前编码元件，通过装配连接件将所述的由接目物镜、准直镜以及波前编码元件组成的眼底成像镜头装配于手机的摄像头上；使用手机摄像头拍摄获取眼底视网膜的中间像，对所述中间像进行滤波处理还原出眼底视网膜上的像。
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