CN108283484A - 一种oct眼底成像视度补偿光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种OCT眼底成像视度补偿光学系统，包括振镜、扫描镜组、接目镜，接目镜与人眼之间的间距大于20mm；还包括视度补偿透镜，所述视度补偿透镜的中心视场光程长度小于边缘视场光程长度；通过前后整体移动扫描镜组从而扩展补偿视度。本发明在OCT成像系统中结合两种视度补偿方法，对于高视度误差（+/‑30D）人眼而言，在具有一定光焦度的视度补偿透镜基础上，通过光学设计的优化可以同时满足对视场边缘与中心的光程差补偿的功能，使其仍在OCT的相干探测范围内，实现高视度眼底大视场OCT成像。
Description
技术领域
本发明属于眼底成像技术领域，尤其涉及一种OCT眼底成像视度补偿光学系统。
背景技术
光学相干层析成像(OCT，Optical Coherence Tomography)技术，具有高分辨率，高成像速度，无辐射损伤等特点。其中拥有眼科诊断和治疗的OCT装置为OCT技术最广泛的应用之一。在眼科诊断中，部分病患眼由于高视度误差(-30D～30D)传统设备无法覆盖其范围，特别是高度近视导致眼轴增长，相应探测光到达眼底中心和边缘的光程差也增大，甚至超过OCT轴向测试范围，难以获得大视场高质量的眼底成像结果。因此，进行高视度补偿及相应的光程差补偿是有必要的。
例如已公开专利US8085408中介绍了一种OCT眼科诊断设备光路。其中通过同时移动眼睛和接目镜可以完成+/-20视度眼睛的聚焦补偿，对于超过+/-20视度的更高视度误差，专利中所描述系统不能提供补偿。
已公开专利US7377642B2中介绍了一种眼底镜成像光路，其中介绍可以在光路中插入不同光焦度的聚焦透镜进行正负视度补偿。此专利是传统眼底成像系统，所以完全不考虑视场光程差的问题。
部分病患眼由于高视度(-30D～30D)传统设备无法覆盖其范围，特别是高度近视导致眼轴增长，相应从OCT系统探测端扫描镜到达眼底中心和边缘的光程差也增大，甚至超过OCT轴向相干探测范围，超出轴向探测范围的样品组织会在OCT影像中形成镜像伪像，难以获得大视场高质量的眼底成像结果。
Llorente，Lourdes&Barbero，Sergio&Cano，Daniel&Dorronsoro，Carlos&Marcos，Susana.Myopic versus hyperopic eyes：Axial length，corneal shape and opticalaberrations.Journal ofVision.4.288-98.10.1167/3.12.27，(2004).统计结果说明近视眼的屈光度绝对值与眼轴长度呈正相关性。
如文献A Atchison，David&Pritchard，Nicola&Schmid，Katrina&H Scott，Dion&EJones，Catherine&Pope，James.(2005).Shape of the Retinal Surface in Emmetropiaand Myopia.Investigative ophthalmology&visual science.46.2698-707.10.1167/iovs.04-1506.统计对比了标准屈光度和近视眼条件下眼球形状，当近视程度增加时，眼球轴向长度RZ比径向尺寸RX或RY增加更快，即随近视程度的增加，眼轴长度比径向直径增加快，同时眼底曲率变化。
根据文献章节Retina Ellipsoid Shapes and Sizes中给出的眼球随视度变化的尺寸变化系数，绘制出0D，-5D与-11D的人眼光路示意图，如图1(a)所示；绘出0D，5D与11D的人眼光路示意图，如图1(b)所示。光路计算分析可知随近视视度增加，眼底中心视场和边缘视场的光程差呈递增趋势。具体地，对应28.5度光线入射到-10D近视的人眼，到达眼底时其光程相对于0度入射的光线(视场中心)相差大于2mm；对于高度近视的人眼，到达眼底视场边缘与中心光程差会大于3mm。考虑OCT轴向相干探测范围有限，通常仅为2到4mm，高度近视边缘视场下会超出其轴向探测范围，即不能给出高度近视眼球的大视场OCT图像。而如图1b所示的远视眼，光路计算分析可知随近视视度增加，眼底中心视场和边缘视场的光程差呈递减趋势，即比零视度的光程差还要小，因此不会对OCT探测范围造成影响。
根据已公开文献中眼球形状与近视程度相关性的描述，随近视程度的增加，眼轴长度比径向直径增加快，同时眼底曲率相应变化。实际大视场OCT应用中，高度近视患者的眼底光程差，甚至超出了OCT的深度探测范围，出现OCT系统中眼底图像弯折的伪像，因此OCT光路设计中，对视场边缘与中心的光程差补偿对于高度近视的OCT影像尤其重要。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的高视度误差眼轴增长导致难以获得大视场高质量的眼底成像结果的问题，本发明提供一种OCT眼底成像视度补偿光学系统。
技术方案：一种OCT眼底成像视度补偿光学系统，包括振镜、扫描镜组、接目镜，接目镜与人眼之间的间距大于20mm；还包括视度补偿透镜，所述视度补偿透镜的中心视场光程长度小于边缘视场光程长度；通过前后整体移动扫描镜组从而扩展补偿视度；所述视度补偿透镜满足以下条件：
其中，为中心视场光线束在补偿透镜上投影直径；为视度补偿透镜全部视场有效通光口径。
优选的，振镜发出的光依次经过扫描镜组、接目镜、视度补偿透镜到达人眼，从眼底出射的光依次从视度补偿透镜、接目镜、扫描镜组出射；所述视度补偿透镜与人眼之间的间距大于10mm，且满足以下条件：
优选的，所述视度补偿透镜为弯月式结构的负光焦度透镜或正光焦度透镜，视度补偿透镜的两个光学表面的圆心位置朝向人眼一侧。
优选的，振镜发出的光依次经过扫描镜组、视度补偿透镜、接目镜到达人眼，从眼底出射的光依次从接目镜、视度补偿透镜、扫描镜组出射；所述视度补偿透镜满足以下条件：
优选的，所述视度补偿透镜为弯月式结构的负光焦度透镜，视度补偿透镜的两个光学表面的圆心位置朝向共轭中间像面，共轭中间像面位于接目镜与扫描镜组之间。
优选的，所述视度补偿透镜为弯月式结构的正光焦度透镜，视度补偿透镜的两个光学表面的圆心位置朝向人眼一侧。
优选的，所述扫描镜组包括第一镜组和第二镜组，第一镜组远离振镜位置，第二镜组靠近振镜位置，视度补偿透镜位于第一镜组和第二镜组之间；振镜发出的光依次经过第二镜组、视度补偿透镜、第一镜组、接目镜到达人眼，从眼底出射的光依次从接目镜、第一镜组、视度补偿透镜、第二镜组出射；接目镜与人眼之间的间距大于20mm；所述视度补偿透镜满足以下条件：
优选的，所述视度补偿透镜为弯月式结构的负光焦度透镜，视度补偿透镜的两个光学表面的圆心位置朝向人眼一侧。
优选的，所述视度补偿透镜为正光焦度透镜。
优选的，所述视度补偿透镜的两个光学表面中至少有一个表面设置为非球面或衍射光学表面。
有益效果：本发明提供一种OCT眼底成像视度补偿光学系统，在OCT成像系统中结合两种视度补偿方法，对于高视度误差(+/-30D)人眼而言，在具有一定光焦度的视度补偿透镜基础上，通过光学设计的优化可以同时满足对视场边缘与中心的光程差补偿的功能，使其仍在OCT的相干探测范围内，实现高视度眼底大视场OCT成像。
附图说明
图1(a)为不同近视视度眼球形状示意图；
图1(b)为不同远视视度眼球形状示意图；
图2为本发明零视度位置光路设计图；
图3为实施例一增加高度近视补偿透镜的OCT样本臂光路图；
图4是实施例一增加高度近视补偿透镜后-26D视度位置的光程差图；
图5是实施例一增加高度近视补偿透镜后-26D视度光程差补偿效果图；
图6是实施例二例增加高度远视补偿透镜的OCT样本臂光路图；
图7是实施例二增加高度远视补偿透镜后+26D视度位置的光程差图；
图8是实施例三增加高度近视补偿透镜的OCT样本臂光路图；
图9是实施例三增加高度近视补偿透镜后-26D视度位置的光程差图；
图10是实施例三增加高度近视补偿透镜后-26D视度光程差补偿效果图；
图11是实施例四增加高度远视补偿透镜的OCT样本臂光路图；
图12是实施例四增加高度远视补偿透镜后+26D视度位置的光程差图；
图13是实施例五增加高度近视补偿透镜的OCT样本臂光路图；
图14是实施例五增加高度近视补偿透镜后-26D视度补偿位置的光程差图；
图15是实施例六增加高度远视补偿透镜的OCT样本臂光路图；
图16是实施例六增加高度远视补偿透镜后+26D视度位置的光程差图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
眼底成像零视度光路如图2所示，包括振镜11、扫描镜组12、接目镜13，接目镜13靠近人眼14，扫描镜组12包括第一镜组121和第二镜组122，第一镜组121远离振镜位置，第二镜组122靠近振镜位置，眼底共轭中间像面15位置在接目镜13与第一镜组121之间，具体位于接目镜13后焦面位置。在不增加视度补偿透镜时，OCT光路依靠扫描镜组12整体相对接目镜13的前后移动(沿图中AB方向)可实现±20视度补偿；若增加视度补偿透镜，前后整体移动扫描镜组与视度补偿透镜，可使视度补偿范围扩展到±30D，且扫描镜组整体移动补偿范围小于接目镜的后焦距。
零视度人眼眼底OCT成像中心视场光程大于边缘视场，这个光程差随着视场增大而增大，也随着近视度数的增加而增加，应用中常见高度近视人眼在进行大视场眼底OCT成像检测中图像极度弯折现象即是此原因。因此本发明近视视度补偿透镜设计为中心视场光程长度小于边缘视场光程长度，即与人眼中心与边缘光程差符号相反，互为互补。
针对大视场，以本发明为例，以下实施例的扫描视场均大于40度，需要考虑视度补偿中的光程差补偿问题。
应将视度补偿透镜放置在理论光阑与理论眼底共轭中间像面之间或者靠近理论眼底共轭中间像面的位置；且视场各点投影在视度补偿透镜上的高度有差异，以进行视度补偿同时进行视场各点的光程差补偿。
以下给出几种情况的实施例，分别针对放置在不同位置不同结构的视度补偿透镜带来的补偿效果进行说明。
实施例一：
如图3所示，OCT眼底成像视度补偿光学系统在零视度光路的基础上增加了视度补偿透镜24，视度补偿透镜24为高度近视视度补偿透镜，其光焦度为负，弯月式结构，两个光学表面的圆心位置朝向人眼一侧。视度补偿透镜24位于人眼25和接目镜23之间，与人眼25之间的间距大于10mm，接目镜23与人眼25之间的间距大于20mm。振镜21发出的光依次经过扫描镜组22、接目镜23、视度补偿透镜24到达人眼25，从眼底出射的光依次从视度补偿透镜24、接目镜23、扫描镜组22出射。眼底共轭中间像面26位置在接目镜23与扫描镜组22之间。
为保证各视场投影在镜片上的高度有差异，以进行各视场的光程差校正，根据本实施例扫描视场需求，所述视度补偿透镜需满足以下条件：
其中，为中心视场光线束在补偿透镜上投影直径；为镜片全部视场有效通光口径。
考虑到高度近视的光程差补偿需求，补偿透镜E1其中一个表面或两个表面设置为非球面帮助进行光程差矫正，也可设置为衍射光学表面DOE，DOE面可以在不改变镜片光焦度的情况下额外引入光程差进行补偿。经过实施例一视度补偿透镜设计，48度眼底扫描视场范围内的光路总体光程差比眼底本身光程差减小了0.6mm，在此基础上扫描视场范围越大光程差补偿作用越明显。
图4为本实施例增加视度补偿透镜后-26D位置的像质光程差图，其全视场光程差＜0.5波长。
如图5为本实施例增加视度补偿透镜前后在-26D视度位置的光程差补偿效果图，0度对应眼底中心视场，在24度半视场角位置，补偿后光程差绝对值减少了0.6mm。
本实施例依靠扫描镜组整体相对接目镜的移动距离-9mm～-27mm(靠近接目镜方向为负)，可以实现视度补偿范围-18D到-30D高度近视补偿。
实施例二：实施例二和实施例一的OCT眼底成像视度补偿光学系统类似，区别在于将负光焦度透镜替换为弯月结构的正光焦度透镜，两个光学表面的圆心位置朝向人眼一侧。如图6所示。视度补偿透镜34位于人眼35和接目镜33之间，与人眼35之间的间距大于10mm，接目镜33与人眼35之间的间距大于20mm。振镜31发出的光依次经过扫描镜组32、接目镜33、视度补偿透镜34到达人眼35，从眼底出射的光依次从视度补偿透镜34、接目镜33、扫描镜组32出射。眼底共轭中间像面36位置在接目镜33与扫描镜组32之间。
依靠扫描镜组整体相对接目镜的移动距离+2mm～+23mm(远离接目镜方向为正)，可以实现视度补偿范围+16D到+30D，即扩展远视视度补偿范围从0到+30D。
如图7为本实施例增加视度补偿透镜后26D位置的像质光程差图，其90％以内视场光程差＜0.5波长。
对于高度远视的补偿，如图1b所示眼底中心视场和边缘视场的光程差呈递减趋势，即比零视度的光程差还要小，因此不需要进一步补偿视场不同点的光程差。
实施例三：
如图8所示，OCT眼底成像视度补偿光学系统在零视度光路的基础上增加了视度补偿透镜，视度补偿透镜位于接目镜和扫描镜组之间，视度补偿透镜为高度近视视度补偿透镜，其光焦度为负，弯月式结构，两个光学表面的圆心位置朝向共轭中间像面，共轭中间像面位于接目镜和扫描镜组之间，如图3所示。接目镜与人眼之间的间距大于20mm。振镜41发出的光依次经过扫描镜组42、视度补偿透镜43、接目镜44到达人眼45，从眼底出射的光依次从接目镜44、视度补偿透镜43、扫描镜组42出射；眼底共轭中间像面46位置在接目镜44与扫描镜组42之间。所述视度补偿透镜43满足以下条件：
考虑到高度近视的光程差补偿需求，视度补偿透镜43其中一个表面或两个表面可设置为非球面帮助进行光程差矫正，也可设置为衍射光学表面DOE，DOE面可以在不改变镜片光焦度的情况下额外引入光程差进行补偿。经过本实施例补偿透镜设计，46度眼底扫描视场范围内的光路总体光程差比眼底本身光程差减小了0.6mm，在此基础上扫描视场范围越大光程差补偿作用越明显。
如图9为本实施例增加视度补偿透镜43后-26D位置的像质光程差图，其全视场光程差＜1波长。
如图10为本实施例增加视度补偿透镜43前后在-26D视度位置的光程差补偿效果图，0度对应眼底中心视场，在23度半视场角位置，补偿后光程差绝对值减少了0.6mm。
依靠扫描镜组42整体相对接目镜44的前后移动距离-4mm～-28mm(靠近接目镜方向为负)，可以实现视度补偿范围-18D～-26D，即扩展近视视度补偿范围从0到-26D。
实施例四：实施例四和实施例三的OCT眼底成像视度补偿光学系统类似，区别在于将负光焦度透镜替换为正光焦度透镜，弯月式结构，其两个光学表面的圆心位置在弯向人眼一侧，如图11所示。振镜51发出的光依次经过扫描镜组52、视度补偿透镜53、接目镜54到达人眼55，从眼底出射的光依次从接目镜54、视度补偿透镜53、扫描镜组52出射；眼底共轭中间像面56位置在接目镜54与扫描镜组52之间。
依靠扫描镜组52整体相对接目镜54的前后移动距离-2mm～+18mm(远离接目镜方向为正)，可以扩展补偿视度补偿范围从0～+16D到0～+30D高度远视补偿。
如图12为本实施例增加视度补偿透镜53后26D位置的像质光程差图，其90％以内视场光程差＜1波长。
对于高度远视的补偿，如图1b所示眼底中心视场和边缘视场的光程差呈递减趋势，即比零视度的光程差还要小，因此不需要进一步补偿视场不同点的光程差。
实施例五：
如图13所示，OCT眼底成像视度补偿光学系统在零视度光路的基础上增加了视度补偿透镜63，视度补偿透镜63位于第一镜组621和第二镜组622之间，第一镜组621和第二镜组622组成扫描镜组62，接目镜64与人眼65之间的间距大于20mm。视度补偿透镜63为高度近视视度补偿透镜，其光焦度为负，弯月形结构，其两个光学表面的圆心位置在弯向人眼一侧。振镜61发出的光依次经过第二镜组622、视度补偿透镜63、第一镜组621、接目镜64到达人眼65，从眼底出射的光依次从接目镜64、第一镜组621、视度补偿透镜63、第二镜组622出射。眼底共轭中间像面66位置在接目镜64与扫描镜组62之间。
为保证视场各点投影在视度补偿透镜上的高度有差异，以进行视场各点的光程差校正，所述视度补偿透镜63满足以下条件：
依靠扫描镜组62(包括插入的视度补偿透镜63)整体相对接目镜的前后移动，可以实现视度补偿范围-18D～-30D，即扩展近视视度补偿范围从0到-30D。
图14为本实施例增加视度补偿透镜63后-26D视度补偿位置46度视场范围内的光程差图，其全视场光程差＜0.5波长。
实施例六：
实施例六和实施例五的OCT眼底成像视度补偿光学系统类似，区别在于将负光焦度透镜替换为正光焦度透镜，如图15所示。振镜71发出的光依次经过第二镜组722、视度补偿透镜73、第一镜组721、接目镜74到达人眼75，从眼底出射的光依次从接目镜74、第一镜组721、视度补偿透镜73、第二镜组722出射。眼底共轭中间像面76位置在接目镜74与扫描镜组72之间。
依靠扫描镜组72(包括插入的补偿透镜)整体相对接目镜74的前后移动，可以实现视度补偿范围+16D～+30D，即扩展远视视度补偿范围从0到30D。视度补偿透镜73为正透镜，如图16为本实施例增加视度补偿透镜73后+26D位置的像质光程差图，其40度全视场范围内光程差＜2波长。
Claims (10)
1.一种OCT眼底成像视度补偿光学系统，包括振镜、扫描镜组、接目镜，其特征在于，接目镜与人眼之间的间距大于20mm；还包括视度补偿透镜，所述视度补偿透镜的中心视场光程长度小于边缘视场光程长度；通过前后整体移动扫描镜组从而扩展补偿视度；所述视度补偿透镜满足以下条件：
其中，为中心视场光线束在补偿透镜上投影直径；为视度补偿透镜全部视场有效通光口径。
2.根据权利要求1所述的OCT眼底成像视度补偿光学系统，其特征在于，振镜发出的光依次经过扫描镜组、接目镜、视度补偿透镜到达人眼，从眼底出射的光依次从视度补偿透镜、接目镜、扫描镜组出射；所述视度补偿透镜与人眼之间的间距大于10mm，且满足以下条件：
。
3.根据权利要求2所述的OCT眼底成像视度补偿光学系统，其特征在于，所述视度补偿透镜为弯月式结构的负光焦度透镜或正光焦度透镜，视度补偿透镜的两个光学表面的圆心位置朝向人眼一侧。
4.根据权利要求1所述的OCT眼底成像视度补偿光学系统，其特征在于，振镜发出的光依次经过扫描镜组、视度补偿透镜、接目镜到达人眼，从眼底出射的光依次从接目镜、视度补偿透镜、扫描镜组出射；所述视度补偿透镜满足以下条件：
。
5.根据权利要求4所述的OCT眼底成像视度补偿光学系统，其特征在于，所述视度补偿透镜为弯月式结构的负光焦度透镜，视度补偿透镜的两个光学表面的圆心位置朝向共轭中间像面，共轭中间像面位于接目镜与扫描镜组之间。
6.根据权利要求4所述的OCT眼底成像视度补偿光学系统，其特征在于，所述视度补偿透镜为弯月式结构的正光焦度透镜，视度补偿透镜的两个光学表面的圆心位置朝向人眼一侧。
7.根据权利要求1所述的OCT眼底成像视度补偿光学系统，其特征在于，所述扫描镜组包括第一镜组和第二镜组，第一镜组远离振镜位置，第二镜组靠近振镜位置，视度补偿透镜位于第一镜组和第二镜组之间；振镜发出的光依次经过第二镜组、视度补偿透镜、第一镜组、接目镜到达人眼，从眼底出射的光依次从接目镜、第一镜组、视度补偿透镜、第二镜组出射；接目镜与人眼之间的间距大于20mm；所述视度补偿透镜满足以下条件：
。
8.根据权利要求7所述的OCT眼底成像视度补偿光学系统，其特征在于，所述视度补偿透镜为弯月式结构的负光焦度透镜，视度补偿透镜的两个光学表面的圆心位置朝向人眼一侧。
9.根据权利要求7所述的OCT眼底成像视度补偿光学系统，其特征在于，所述视度补偿透镜为正光焦度透镜。
10.根据权利要求3、5、6、8、9任一所述的OCT眼底成像视度补偿光学系统，其特征在于，所述视度补偿透镜的两个光学表面中至少有一个表面设置为非球面或衍射光学表面。
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