CN109512382A - 一种线光束调制模块及视网膜成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线光束调制模块及视网膜成像装置，该线光束调制模块包括：沿平行光束出射方向依次排布的柱面透镜和鲍威尔棱镜；柱面透镜的柱面朝向平行光束出射方向；鲍威尔棱镜的柱形二次曲面朝向柱面透镜的平面；鲍威尔棱镜的前焦面与柱面透镜的后焦面重合。通过设置线光束调制模块，将鲍威尔棱镜的前焦面与柱面透镜的后焦面重合，使鲍威尔棱镜与柱面透镜组成4f系统的光路，这样可以使平行光束经过柱面透镜和鲍威尔棱镜后产生一种能量分布均匀的线光束，该线光束的光功率密度径向分布均匀性好，横向分布窄，是一种性能优异的极细尺寸的均匀线光束，解决了圆形激光束的高斯特性的问题。

Description

一种线光束调制模块及视网膜成像装置
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种线光束调制模块及视网膜成像装置。
背景技术
现有的视网膜激光共焦扫描成像系统，基于线光束扫描的方式实现对眼底视网膜成像，由于只采用一片扫描振镜的一维扫描即可实现对视网膜进行成像，系统结构简单，成像速度快，成像分辨率高，具备众多优点。但是，由于采用激光点光源作为照明光源，经调制后的线光束的光束能量分布不均匀，线光束截面光功率密度在两个方向上的分布均为中心高边缘低，类似为高斯分布，必然导致视网膜照明的不均匀性，使得成像图像表现出中心亮边缘暗的特点，降低了成像图像质量，不利于对视网膜微细结构的观察。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种线光束调制模块及视网膜成像装置，以解决消除视网膜激光共焦扫描成像系统中圆形激光束的高斯特性的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种线光束调制模块，包括：沿平行光束出射方向依次排布的柱面透镜和鲍威尔棱镜；柱面透镜的柱面朝向平行光束出射方向；鲍威尔棱镜的柱形二次曲面朝向柱面透镜的平面；鲍威尔棱镜的前焦面与柱面透镜的后焦面重合。
可选地，柱面透镜用于将平行光束调制为高斯分布的线光束；鲍威尔棱镜用于将高斯型分布的线光束调制为均匀分布的线光束。
可选地，柱面透镜与鲍威尔棱镜的直母线空间方向一致。
可选地，柱面透镜包括：平凸柱面透镜或双胶合消色差平凸柱面透镜；柱面透镜的焦距为25mm－300mm。
可选地，鲍威尔棱镜发散角小于10度，鲍威尔棱镜的柱形二次曲面为双曲面。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种视网膜成像装置，包括：如上述任一实施例的线光束调制模块，分光镜，扫描模块以及成像模块；光束调制模块用于将平行光束调制成均匀分布的线光束；分光镜用于将线光束至少部分分光至扫描模块以及将从扫描模块反射回的成像光束进行偏转出射到达成像模块；扫描模块利用分光镜出射的线光束对人眼底视网膜进行扫描照明以及将人眼底视网膜成像光束反射至分光镜；成像模块用于将分光镜偏转出射的成像光束光强信号转变成图像信号。
可选地，视网膜成像装置还包括：光源准直模块，设置在光源与线光束调制模块之间，用于将点光源出射的散光束变成平行光束；输出模块，用于将成像模块生成的图像信号输出。
可选地，分光镜包括：分光平片、分光棱镜或具有反光层的透光本底的任意一种。
可选地，扫描模块包括：沿线光束出射方向依次排布设置的扫描振镜、扫描物镜、变焦透镜和平场物镜。
可选地，成像模块包括：聚光物镜、光电转换单元和成像单元。
本发明实施例提供的一种线光束调制模块及视网膜成像装置，通过设置线光束调制模块，将鲍威尔棱镜的前焦面与柱面透镜的后焦面重合，使鲍威尔棱镜与柱面透镜组成4f系统的光路，这样可以使平行光束经过柱面透镜和鲍威尔棱镜后产生一种能量分布均匀的线光束，该线光束的光功率密度径向分布均匀性好，横向分布窄，是一种性能优异的极细尺寸的均匀线光束，解决了圆形激光束的高斯特性的问题。并且该光束调制模块不仅可以生成高质量的均匀线光束，并且结构简单，可靠性高，装调使用便捷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例中线光束调制模块的结构示意图；
图2(a)示出了本发明实施例线光束的截面光功率密度径向分布图；
图2(b)示出了本发明实施例线光束的截面光功率密度横向分布图；
图3(a)示出了现有技术线光束的截面光功率密度径向分布图；
图3(b)示出了现有技术线光束的截面光功率密度横向分布图；
图4是示出了本发明实施例视网膜成像装置结构示意图。
其中，附图标记：
1－光源准直模块；2－线光束调制模块；3－分光镜；4－扫描振镜；5－扫描模块；6－人眼；7－成像模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种线光束调制模块，其结构如图1所示，包括：沿平行光束出射方向依次排布的柱面透镜201和鲍威尔棱镜202；柱面透镜201的柱面朝向平行光束出射方向；鲍威尔棱镜202的柱形二次曲面朝向柱面透镜201的平面，鲍威尔棱镜202的前焦面与柱面透镜201的后焦面重合。
在本实施例中，柱面透镜201与鲍威尔棱镜202沿光轴中心方向排布，柱面透镜201的直母线与鲍威尔棱镜202的直母线空间方向一致。柱面透镜201的柱面朝向平行光束出射方向，平行光束经过柱面透镜201输出为高斯分布的线光束。鲍威尔棱镜202的前焦面与柱面透镜201的后焦面重合，如图1中平面位置203，这样设置使鲍威尔棱镜与柱面透镜组成了4f系统的光路。鲍威尔棱镜202的柱形二次曲面朝向柱面透镜202的平面，柱面透镜201输出的高斯分布的线光束经鲍威尔棱镜202调制后，出射为均匀线光束。该均匀线光束的截面光功率密度分布如图2所示，线光束的径向分布非常均匀，如图2(a)所示。该线光束的截面光功率横向分布如图2(b)所示，线光束横向宽度受柱面透镜201的调制被限制得很窄，实用性高。本实施例中通过选取特定的光学器件，均匀线光束的横向宽度约为50微米，线光束的径向长度约为18毫米，径向长度上光束均匀性高于99％。
为更好的说明本实施例的线光束调制模块的效果，图3(a)和图3(b)示出了现有技术中经调制后的线光束截面光功率密度的分布图作为本实施例的对比例，其中对比例中线光束截面光功率密度径向分布如图3(a)所示，线光束截面光功率密度横向分布如图3(b)所示，该线光束在横向和径向分布为非常典型的扇面光。该扇面光的横向宽度大于420微米，50％能量分布的横向宽度约为400微米，宽度非常大。扇面光的径向宽度接近14毫米，50％能量分布的径向宽度约为13.7mm，扇面光中心为能量最强位置，沿横向和径向分布呈扇形下降趋势，为类高斯分布。因此，可以较为明显的得出，经本实施例的线光束调制模块调制的线光束的径向分布非常均匀，线光束横向宽度受柱面透镜的调制被限制得很窄，实用性高。
在本实施例中，对柱面透镜201和鲍威尔棱镜202的具体结构不做特殊的规定。
在可选地实施例中，柱面透镜201为长焦距的柱面透镜，柱面透镜201的焦距为25mm－300mm。柱面透镜201可以是平凸柱面透镜，也可以是双胶合消色差平凸柱面透镜，本实施例以焦距为50mm的平凸柱面透镜进行说明。
在可选地实施例中，鲍威尔棱镜202的发扇角小于10度，鲍威尔棱镜202的柱形二次曲面为双曲面。
通过设置线光束调制模块，将鲍威尔棱镜的前焦面与柱面透镜的后焦面重合，使鲍威尔棱镜与柱面透镜组成4f系统的光路，这样可以使平行光束经过柱面透镜和鲍威尔棱镜后产生一种能量分布均匀的线光束，该线光束的光功率密度径向分布均匀性好，横向分布窄，是一种性能优异的极细尺寸的均匀线光束，解决了圆形激光束的高斯特性的问题。并且该光束调制模块不仅可以生成高质量的均匀线光束，并且结构简单，可靠性高，装调使用便捷。
本发明实施例还提供了一种视网膜成像装置，如图4所示，包括：如上述任一实施例的线光束调制模块2，分光镜3，扫描模块5以及成像模块7；光束调制模块2用于将平行光束调制成均匀分布的线光束；分光镜3用于将线光束至少部分分光至扫描模块5以及将从扫描模块5反射回的成像光束进行偏转出射到达成像模块7；扫描模块5利用分光镜出射的线光束对人眼底视网膜进行扫描照明以及将人眼底视网膜成像光束反射至分光镜3；成像模块7用于将分光镜3偏转出射的成像光束光强信号转变成图像信号。
在本实施例中，视网膜成像装置还包括光源准直模块1，设置在光源与线光束调制模块2之间，用于将点光源出射的散光束变成平行光束。点光源为激光光源或发光二极管或超辐射发光二极管。本实施例采用的是激光光源，波长为830nm的红外光。
在本实施例中，对分光镜3的具体结构不做特殊限制。例如，分光镜3可以是能量分光的分光平片或分光棱镜，也可以是具有反光层的透光本底。本实施例以分光镜3为具有反光层的透明本底为例进行说明，当分光镜3为具有反光层的透光本底时，该反光层位于分光镜3的中心区域，反光层形状可以是圆形、正方形或矩形，该反光层面向扫描模块5，该反光层将光束调制模块2出射的均匀线光束全部反射引导至扫描模块5。分光镜3的透明本底围绕该反光层，分光镜3的透明本底部分用于将扫描模块5反射至分光镜3的光引导至成像模块7。
本发明中，对扫描模块5的具体结构不做特殊限制。例如，扫描模块5可以包括沿线光束出射方向依次排布设置的扫描振镜4、扫描物镜、变焦透镜和平场物镜。扫描物镜将扫描振镜4出射的线光束聚焦到变焦透镜，变焦透镜将扫描物镜出射的光束透射后，经平场物镜传递到达人眼6角膜位置。变焦透镜在外加电压的控制下可以产生可控的离焦量，从而控制线光束聚焦在人眼6视网膜的不同深度，实现对视网膜不同深度层的层析成像。
在本实施例中，对成像模块7的具体结构不做特殊限制。例如，成像模块7可以包括聚光物镜、光电转换单元和成像单元，聚光物镜将分光镜3引导至成像模块7的成像光束聚焦到光电转换单元，光电转换单元可以将接收到的光信号转换为电信号，成像单元能够根据电信号生成图像信号。
在本实施例中，视网膜成像装置还包括：输出模块，用于将成像模块7生成的图像信号输出。
本发明实施例提供的视网膜成像装置，采用柱面透镜和鲍威尔棱镜为线光束调制模块，可以方便地将高斯分布的激光光束转换为均匀分布的线光束，线光束均匀性好，线光束横向尺寸极细。该装置结构简单、可靠性高、便于装调使用，可以有效地抑制高斯型光束分布造成的照明非均匀误差，提高视网膜成像质量。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种线光束调制模块，其特征在于，包括：
沿平行光束出射方向依次排布的柱面透镜和鲍威尔棱镜；
所述柱面透镜的柱面朝向平行光束出射方向；
所述鲍威尔棱镜的柱形二次曲面朝向所述柱面透镜的平面；
所述鲍威尔棱镜的前焦面与所述柱面透镜的后焦面重合。
2.根据权利要求1所述的线光束调制模块，其特征在于，
所述柱面透镜用于将所述平行光束调制为高斯分布的线光束；
所述鲍威尔棱镜用于将所述高斯型分布的线光束调制为均匀分布的线光束。
3.根据权利要求2所述的线光束调制模块，其特征在于，
所述柱面透镜与所述鲍威尔棱镜的直母线空间方向一致。
4.根据权利要求3所述的线光束调制模块，其特征在于， 所述柱面透镜包括：
平凸柱面透镜或双胶合消色差平凸柱面透镜；
所述柱面透镜的焦距为25mm－300mm。
5.根据权利要求3所述的线光束调制模块，其特征在于，
所述鲍威尔棱镜的柱形二次曲面为双曲面，所述鲍威尔棱镜发散角小于10度。
6.一种视网膜成像装置，其特征在于，包括：
如权利要求1－5任意一项所述的线光束调制模块，分光镜，扫描模块以及成像模块；
所述光束调制模块用于将平行光束调制成均匀分布的线光束；
所述分光镜用于将所述线光束至少部分分光至所述扫描模块以及将从所述扫描模块反射回的成像光束进行偏转出射到达所述成像模块；
所述扫描模块利用所述分光镜出射的所述线光束对人眼底视网膜进行扫描照明以及将人眼底视网膜成像光束反射至分光镜；
所述成像模块用于将所述分光镜偏转出射的成像光束光强信号转变成图像信号。
7.根据权利要求6所述的视网膜成像装置，其特征在于，还包括：
光源准直模块，设置在光源与所述线光束调制模块之间，用于将点光源出射的散光束变成平行光束；
输出模块，用于将所述成像模块生成的图像信号输出。
8.根据权利要求6所述的视网膜成像装置，其特征在于，所述分光镜包括：
分光平片、分光棱镜或具有反光层的透光本底的任意一种。
9.根据权利要求6所述的视网膜成像装置，其特征在于，所述扫描模块包括：
沿所述线光束出射方向依次排布设置的扫描振镜、扫描物镜、变焦透镜和平场物镜。
10.根据权利要求6所述的视网膜成像装置，其特征在于，所述成像模块包括：
聚光物镜、光电转换单元和成像单元。
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