CN108433698A - 一种消鬼影眼底相机照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消鬼影眼底相机照明系统，其技术方案的要点是从物方到像方依次包括有分束器、准直透镜、集光系统、视场光阑、偏振分光器、反射镜、场镜、第一偏振分光片、接目物镜，在所述分束器的左侧设有第一光源、在所述分束器的上侧设有第二光源；所述第一光源和第二光源发射出的光线依次经过分束器、准直透镜、集光系统在视场光阑上形成一次像，然后依次经过偏振分光器、反射镜、场镜、第一偏振分光片、接目物镜在眼睛瞳孔或者晶状体内形成视场光阑状的光斑。本发明相对于传统照明系统而言，结构更加简单，照明更加均匀，消鬼影效果更好。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种消鬼影眼底相机照明系统。
【背景技术】
由于眼底本身不发光，而瞳孔直径白天一般不会超过3mm，需求照明设备照射光线和成像设备光线同时通过如此小的通光口径实现均匀照明和成像，并且不产生鬼影，传统的环形照明要求照明光源为环形或者是列阵面光源加环形光阑或者是直接采用光纤外照明与成像系统不共用镜片，所述环形照明的光斑占瞳孔的面积会较大，留给成像出瞳面积就会少，而两者如果重合的话容易产生晶状体鬼影，这样会导致成像入瞳小，光效低或者照明不均匀，传统照明未采用偏振片的方式消除角膜鬼影，而是采用小角度的方式将光源成像于角膜，虽然可以解决角膜鬼影，但是晶状体鬼影无法解决，若照射角度增大到45°以上，该方式必然产生角膜鬼影或晶状体鬼影，所述光纤外照明不与成像系统共用镜片导致结构不紧凑，照明光线光心在眼睛外，照明难以均匀化，相比环形照明更容易产生鬼影。
申请号为201510216416.1的中国发明专利申请，公开了一种眼底相机照明系统，参见该专利申请说明书附图1，该眼底相机照明系统采用的照明方式为科勒照明，光斑为环形光斑，该方式照明角度小，在30°左右，可以避免角膜反射，但是光斑在晶状体内很容易与成像系统的出瞳重合，导致晶状体的反射鬼影，当照明角度增大到45°以上，该方式也无法避免角膜鬼影，同时环形光斑占瞳孔的面积较大，要避免晶状体鬼影必然导致成像出瞳变小，成像亮度变暗相当于鬼影效果增强。
本发明就是基于这种情况作出的。
【发明内容】
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种照明更加均匀、消鬼影效果更好的消鬼影眼底相机照明系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：从物方到像方依次包括有分束器、准直透镜10、集光系统4、视场光阑11、偏振分光器3、反射镜7、场镜8、第一偏振分光片9、接目物镜6，在所述分束器的左侧设有第一光源1、在所述分束器的上侧设有第二光源2；所述第一光源1和第二光源2发射出的光线依次经过分束器、准直透镜10、集光系统4在视场光阑11上形成一次像，然后依次经过偏振分光器3、反射镜7、场镜8、第一偏振分光片9、接目物镜6在眼睛瞳孔或者晶状体内形成视场光阑状的光斑。
如上所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述第一光源1与光轴偏心和倾斜，所述第二光源2与光轴偏心和倾斜。
如上所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述分束器为分光棱镜5，所述分光棱镜5倾斜设置。
如上所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述第一光源1为白光LED灯101，白光LED灯101采用闪光灯模式进行拍照；所述第二光源2为红外LED灯201，红外LED灯201采用持续照明模式进行实时观测，所述分光棱镜5胶合面的镀膜对可见光高透，对红外光高反。
如上所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述第一光源1为红外LED灯201，红外LED灯201采用持续照明模式进行实时观测；所述第二光源2为白光LED灯101，白光LED灯101采用闪光灯模式进行拍照，所述分光棱镜5胶合面的镀膜对可见光高反，对红外光高透。
如上所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述准直透镜10采用双凸的非球面，准直透镜10的R2面较准直透镜10的R1面更凸。
如上所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述集光系统4包括四片镜片，其中包含一个由两片镜片胶合成的第一镜片组401，所述视场光阑11的形状为弧形，所述场镜8采用非球面透镜，所述第一偏振分光片9的偏振透光轴方向与偏振片正交，所述接目物镜6采用三片式结构，其中包含一个由两片镜片胶合成的第二镜片组601。
如上所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述分束器为分光片。
如上所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述偏振分光器3为半反半透镜301和偏振片302的组合、第二偏振分光片303和偏振分光棱镜中的任意一种。
如上所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述第一光源1与所述第二光源2均为光纤光源。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明相对于传统照明系统而言，结构更加简单，照明更加均匀，消鬼影效果更好。
【附图说明】
图1为本发明照明系统实施例一的光路示意图；
图2是本发明照明系统实施例一的结构示意图，图中只在偏振分光器处画有光路；
图3是本发明照明系统实施例二的结构示意图，图中只在偏振分光器处画有光路；
图4a为本发明在眼瞳处的照明弧形光斑仿真效果示意图；
图4b为本发明在眼底的照明仿真照度分布示意图；
图4c为本发明在眼底的照明仿真能量分布示意图；
图4d未添加偏振片且光斑聚焦到眼瞳时COMS上的鬼影示意图；
图5a未添加偏振片且光斑聚焦到晶状体内时COMS上的鬼影示意图；
图5b为添加偏振片且光斑聚焦到晶状体内时时COMS上的消除鬼影后的示意图；
图6a为本发明照明系统的像差曲线示意图之一；
图6b为本发明照明系统的像差曲线示意图之二；
图6c为本发明照明系统的弥散斑点示意图。
图中：1为第一光源；101为白光LED灯；2为第二光源；201为红外LED灯；3为偏振分光器；301为半反半透镜；302为偏振片；303为第二偏振分光片；4为集光系统；401为第一镜片组；5为分光棱镜；6为接目物镜；601为第二镜片组；7为反射镜；8为场镜；9为第一偏振分光片；10为准直透镜；11为视场光阑。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明技术特征作进一步详细说明以便于所述领域技术人员能够理解。
一种消鬼影眼底相机照明系统，如图1至图6c所示，从物方到像方依次包括有分束器、准直透镜10、集光系统4、视场光阑11、偏振分光器3、反射镜7、场镜8、第一偏振分光片9、接目物镜6，在所述分束器的左侧设有第一光源1、在所述分束器的上侧设有第二光源2。
所述第一光源1可以为白光LED灯101，所述第二光源2可以为红外LED灯201，即所述白光LED灯101和红外LED灯201分别放置如图1分光棱镜5的左侧和上侧并与光轴偏心和倾斜，其中偏心使照明光斑可以位于眼瞳通光口径的边缘，倾斜可以补偿LED配光曲线的限制和主光线入射角非0°引起的不均匀问题，这样照明会更加均匀，白光LED灯101采用闪光灯模式进行拍照，红外LED灯201采用持续照明模式进行实时观测，所述分束器可以为分光棱镜5或者分光片，所述分光棱镜5倾斜设置一定角度，防止光线在棱镜面入射较大，导致反射率高。
根据光源位置的不同，分光棱镜5胶合面的镀膜方式也不同，可以是如图1的方式放置LED，即所述第一光源1为白光LED灯101，所述第二光源2为红外LED灯201，所述分光棱镜5胶合面的镀膜对可见光高透，对红外光高反。
如果所述第一光源1为红外LED灯201，所述第二光源2为白光LED灯101，白光LED灯101采用闪光灯模式进行拍照，红外LED灯201采用持续照明模式进行实时观测，所述分光棱镜5胶合面的镀膜对可见光高反，对红外光高透。高透是高透射的简称，高反是高反射的简称。
所述准直透镜10采用双凸的非球面，准直透镜10的R2面较准直透镜10的R1面更凸。这样有效的是准直了光线，缩小了孔径角，为后续光路的集光做好了铺垫。
所述集光系统4包括四片镜片，其中包含一个由两片镜片胶合成的第一镜片组401，所述视场光阑11的形状为弧形，充分利用了眼瞳的通光口径并有效地使成像系统的出瞳像与照明光斑在晶状体内分离，所述场镜8采用非球面透镜，用来矫正大孔径角产生的球差和光源偏心产生的慧差和场曲。所述第一偏振分光片9的偏振透光轴方向与偏振片正交，使进入到成像系统的角膜鬼影消除。所述接目物镜6采用三片式结构，其中包含一个由两片镜片胶合成的第二镜片组601。
所述偏振分光器3为半反半透镜301和偏振片302的组合、第二偏振分光片303和偏振分光棱镜中的任意一种。所述半反半透镜301用来导入固视标系统发射的光线，所述偏振片302用来起偏。所述反射镜7用来转折光路使成像系统能够导入。本发明实施例一偏振分光器3采用的是半反半透镜301和偏振片302的组合，如图1和图2所示。实施例二采用的是第二偏振分光片303，如图3所示，两个实施例其他部分相同。
所述第一光源1与所述第二光源2均为光纤光源。即上述led灯源可以用光纤光源代替。进一步地，第一光源1为白色光纤光源，第二光源2为红色光纤光源；或者第一光源1为红色光纤光源，第二光源2为白色光纤光源，对应地分光棱镜胶合面的镀膜方式也会不同。
为了消除晶状体鬼影本发明采用弧形光斑，设计光斑如图4a所示弧宽为0.7mm左右，外弧在半径为1.5mm眼瞳内，内弧在半径为1mm，心相对眼瞳中心向上偏0.5mm的圆外，这样成像系统出瞳与照明系统弧形光斑在晶状体内不重合，从而避免晶状体带有双折射特性的反射，该种反射无法用偏振片滤除。设计时给出的物高-1到-2mm，成像后也接近-1和-2mm所以放大率为1，这样眼睛需要相对于接目物镜光轴向下偏移0.5mm，又为了留余量需要用视场光阑根据物像关系拦光，最后在晶状体内的照明光斑形状为0.7mm宽的弧形，形成才能满足消除晶状体鬼影的要求。
通常眼底照明系统的工作距离为20～40mm，本发明给出接目物镜到眼睛入瞳的距离为26mm，由于角膜到眼瞳的距离为3.71mm，模拟得到接目物镜角膜的距离为22.86mm时，光斑最小，而实际使用时需要减少此距离让光斑聚焦到晶状体内所以工作距离为20.86mm到21.86mm。
改进后的本申请采用的也是科勒照明方式，光斑为弧形光斑，该方式留给成像系统出瞳的面积会比环形的面积大，成像亮度变亮相当于鬼影效果减弱，照明角度为47°左右，虽然无法避免角膜反射，但是可以使用偏振片消除，而晶状体提鬼影可以采用照明系统光斑与成像系统出瞳不重合的方式消除。
对于照明光源设计，本发明分别采用1颗白光LED灯和红外LED灯，公用一个照明系统有效较少镜片数量，为了得到眼底照明效果图和CMOS上的鬼影效果图，利用Lighttools7软件进行模拟，模拟输入光线数为2500000条，相对光线功率阈值为1E-5，光源为1.4mm半径的球型面光源，光谱为正白光光谱。模拟的效果图如图4所示，图4a为光斑聚焦在眼瞳处是的光斑，图4b为眼底的照度分布图，图4c眼底的能量分布图，图4d为未加偏振片时CMOS的鬼影示意图。查看图4b可以看出眼底照明比较均匀，查看图4c可以得到眼底的均匀度,均匀度计算公式为
其中照明中心照度Pcenter＝13.1lx，照明区域内85％位置处P85％＝12.5lx照明区域内照度最大值Pmax＝13.6lx。
根据上述公式可以计算出47°照明区域内的均匀度U＝95.6％，满足照明要求。
查看图4d可以看出光斑聚焦在眼瞳处并未加偏振片，COMS上鬼影较多，最上面最亮的为角膜鬼影，中心圆状鬼影为接目物镜反射的鬼影，最下面的弧状鬼影为晶状体反射鬼影，查看图5a发现将光斑聚焦到晶状体内，可以看出晶状体内反射的弧形鬼影消除，查看图5b可以看出加入偏振片和偏振分光片时CMOS上的鬼影消除。
以上所述原理为偏振片与偏振分光片的透光轴互相垂直，镜面反射并不改变偏振特性，所以角膜反射的光线无法通过偏振分光片，角膜鬼影被消除，而眼底的漫反射有消偏振特性，所以眼底的光可以部分通过偏振分光片，到相机COMS成像，又由于晶状体有双折射特效，所以晶状体内反射的光在COMS形成的鬼影无法通过偏振片完全消除。
照明系统的成像质量没有成像系统要求的那么严格，但是成像的质量关系到成像的亮度，这样若鬼影效果不变的情况下，成像质量越好，消除鬼影的效果越好，并且47°照明的孔径相对于30°传统照明孔径大了许多，这样使用非球面就是比不可少的了。查看图6a可以看出场曲和畸变都比较小，图6b可以看出相差在100μm内，图6c可以看出GEO光斑半径在91μm内，RMS光斑半径42μm内，成像效果良好，满足像质要求。
本发明提供的消鬼影眼底相机照明系统，相对于传统照明系统而言，结构更加简单，照明更加均匀，消鬼影效果更好。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：从物方到像方依次包括有分束器、准直透镜(10)、集光系统(4)、视场光阑(11)、偏振分光器(3)、反射镜(7)、场镜(8)、第一偏振分光片(9)、接目物镜(6)，在所述分束器的左侧设有第一光源(1)、在所述分束器的上侧设有第二光源(2)；所述第一光源(1)和第二光源(2)发射出的光线依次经过分束器、准直透镜(10)、集光系统(4)在视场光阑(11)上形成一次像，然后依次经过偏振分光器(3)、反射镜(7)、场镜(8)、第一偏振分光片(9)、接目物镜(6)在眼睛瞳孔或者晶状体内形成视场光阑状的光斑。
2.根据权利要求1所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述第一光源(1)与光轴偏心和倾斜，所述第二光源(2)与光轴偏心和倾斜。
3.根据权利要求2所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述分束器为分光棱镜(5)，所述分光棱镜(5)倾斜设置。
4.根据权利要求3所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述第一光源(1)为白光LED灯(101)，白光LED灯(101)采用闪光灯模式进行拍照；所述第二光源(2)为红外LED灯(201)，红外LED灯(201)采用持续照明模式进行实时观测，所述分光棱镜(5)胶合面的镀膜对可见光高透，对红外光高反。
5.根据权利要求3所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述第一光源(1)为红外LED灯(201)，红外LED灯(201)采用持续照明模式进行实时观测；所述第二光源(2)为白光LED灯(101)，白光LED灯(101)采用闪光灯模式进行拍照，所述分光棱镜(5)胶合面的镀膜对可见光高反，对红外光高透。
6.根据权利要求1所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述准直透镜(10)采用双凸的非球面，准直透镜(10)的R2面较准直透镜(10)的R1面更凸。
7.根据权利要求1所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述集光系统(4)包括四片镜片，其中包含一个由两片胶合成的第一镜片组(401)，所述视场光阑(11)的形状为弧形，所述场镜(8)采用非球面透镜，所述第一偏振分光片(9)的偏振透光轴方向与偏振片正交，所述接目物镜(6)采用三片式结构，其中包含一个由两片胶合成的第二镜片组(601)。
8.根据权利要求1所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述分束器为分光片。
9.根据权利要求1所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述偏振分光器(3)为半反半透镜(301)和偏振片(302)的组合、第二偏振分光片(303)和偏振分光棱镜中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的消鬼影眼底相机照明系统，其特征在于：所述第一光源(1)与所述第二光源(2)均为光纤光源。
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