CN110141188B - 一种大视场眼底相机均匀照明方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大视场眼底相机均匀照明方法及系统，包括：照明模块、第一透镜组、遮光板、第二透镜组、反射镜和网膜透镜组，所述反射镜的中部开有内孔；所述第一透镜组、第二透镜组和网膜透镜组的光焦度均为正；所述第一透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第一透镜、光阑、第二透镜和第三透镜；所述第二透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第四透镜和第五透镜；所述网膜透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第六透镜、第七透镜和第八透镜；本发明实现大视场照明，将照明视场角提升到45°；减少镜片的使用数量，优化系统结构。本发明在实现均匀照明眼底视网膜的同时消除角膜反射光进入成像光路的杂散光。

Description

一种大视场眼底相机均匀照明方法及系统

技术领域

本发明涉及光学照明系统技术领域，更具体地说涉及一种大视场眼底相机均匀照明方法及系统。

背景技术

眼底相机的原理是利用照明系统的均匀光照亮眼底视网膜，再通过眼底视网膜的反射光进入成像光路。照明系统的均匀性将直接影响成像系统的质量。因此眼底相机的均匀照明对眼底相机的成像性能起决定性作用。如专利号为[CN104757934A]眼底相机照明系统，利用环形白光LED和近红外LED环形灯管，实现对眼底的均匀照明的同时避免角膜反射。

专利号为[CN108433698A]能够均匀地照亮眼底，但照明视场角小，大约为30°，获得视网膜信息比较少，医生进行诊断时可能存在缺漏；若提高照明视场角，光线将会经过角膜中心区域，便会有角膜反射光进入成像系统，由于角膜反射率比眼底视网膜的反射率高，角膜反射光便会形成杂散光进入成像系统，影响成像质量；同时采用的镜片数量较多，结构较为复杂。

发明内容

本发明提供一种大视场眼底相机均匀照明方法及系统，实现大视场照明，将照明视场提升到45°，减少镜片的使用数量，优化系统结构。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种大视场眼底相机均匀照明方法，包括：照明模块、第一透镜组、遮光板、第二透镜组、反射镜和网膜透镜组，所述方法包括：

所述照明模块发出的光束通过第一透镜组的会聚后，产生交错光束，所述遮光板将部分交错光束吸收后，剩余的所有光束经过第二透镜组会聚后在反射镜上完成第一次成像，经过反射镜的反射后通过网膜透镜组，网膜透镜组的透射光射入眼部，并完成第二次成像，在角膜处形成环形光斑，在眼底视网膜形成互不重叠的光斑。

进一步，所述环形光斑的内径大于或等于外径小于或等于/>

进一步，还包括：

拍照时，所述照明模块发出可见光光束；

照明时，所述照明模块发出近红外光光束。

进一步，所述近红外光光束的波段为780nm，所述可见光光束的波段为550-580nm。

一种大视场眼底相机均匀照明系统，包括：照明模块、第一透镜组、遮光板、第二透镜组、反射镜和网膜透镜组，所述反射镜的中部开有内孔；

所述第一透镜组、第二透镜组和网膜透镜组的光焦度均为正；

所述第一透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第一透镜、光阑、第二透镜和第三透镜；

所述第二透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第四透镜和第五透镜；

所述网膜透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第六透镜、第七透镜和第八透镜；

所述照明模块发出的光束依次通过第一透镜组、遮光板和第二透镜组后，经过反射镜反射，反射光经过网膜透镜组后射入眼部。

进一步，所述第一透镜为匀光镜，所述第二透镜和第三透镜组成双胶合透镜。

进一步，所述第四透镜和第五透镜组成双胶合透镜。

进一步，所述照明模块包括第一光源、第二光源、第三光源和第四光源，所述第一光源和第二光源前后对称分布且均为可见光光源，所述第三光源和第四光源左右对称分布且均为近红外光光源。

本发明的有益效果是：本发明实现大视场照明，将照明视场角提升到45°以上；减少镜片的使用数量，优化系统结构。本发明在实现均匀照明眼底视网膜的同时消除角膜反射光进入成像光路的杂散光。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本发明照明系统的结构示意图；

图2是本发明中的照明模块示意图；

图3是本发明照明系统的光路示意图；

图4是眼底视网膜光线追踪模拟；

图5是眼底视网膜几何像分析图；

图6是瞳孔点斑半径检测图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

实施例1，一种大视场眼底相机均匀照明方法，包括：照明模块110、第一透镜组、遮光板120、第二透镜组、反射镜130和网膜透镜组，所述反射镜130的中部开有内孔131，所述第一透镜组中设有光阑150；所述照明模块110包括第一光源111和第二光源112、第三光源113和第四光源114；

所述方法包括：

拍照时，所述照明模块110中的第一光源111和第二光源112同时发出可见光光束；照明时，所述照明模块110中的第三光源113和第四光源114同时发出近红外光光束；

所述照明模块110发出的光束通过第一透镜组的会聚后，产生交错光束，所述遮光板120将部分交错光束吸收后，剩余的所有光束经过第二透镜组会聚后在反射镜130上完成第一次成像，经过反射镜130的反射后通过网膜透镜组，网膜透镜组的透射光射入眼部，并完成第二次成像，在角膜处形成环形光斑，在眼底视网膜形成互不重叠的光斑。

作为优化，所述环形光斑的内径大于或等于外径小于或等于/>

作为优化，所述近红外光光束的波段为780nm，所述可见光光束的波段为550-580nm。

参照图1和图2，所述一种大视场眼底相机均匀照明方法可以应用在一种大视场眼底相机均匀照明系统，包括：照明模块110、第一透镜组、遮光板120、第二透镜组、反射镜130和网膜透镜组，所述反射镜130的中部开有内孔131；

所述第一透镜组、第二透镜组和网膜透镜组的光焦度均为正；

所述第一透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第一透镜101、光阑150、第二透镜102和第三透镜103；

所述第二透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第四透镜104和第五透镜105；

所述网膜透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第六透镜106、第七透镜107和第八透镜108；

所述照明模块110发出的光束依次通过第一透镜组、遮光板120和第二透镜组后，经过反射镜130反射，反射光经过网膜透镜组后射入眼部。

本实施例设有眼部模型140，所述网膜透镜组的出射光射入眼部模型140。

本实施例中，所述遮光板120为椭圆黑色遮光板，用于吸收光线。

所述光阑150为孔径光阑，所述孔径光阑设置在第一透镜组中，其目的是为了与眼底的像共轭。

所述第一透镜组对照明模块110发出的光束进行会聚，所述第一透镜组的出射光中有交错光束，所述遮光板120吸收部分交错光束，所述第二透镜组用于会聚经过遮光板120吸收后剩下的所有出射光。

作为优化，所述第一透镜101为匀光镜，所述第二透镜102和第三透镜103组成双胶合透镜。

作为优化，所述第四透镜104和第五透镜105组成双胶合透镜。

本实施例中，网膜透镜组使用三片透镜，设计时仅采用了一个非球面透镜，本实施例中为第八透镜108为非球面透镜，降低成本的使用，且保证成像系统的像质。

作为优化，所述照明模块110包括第一光源111、第二光源112、第三光源113和第四光源114，所述第一光源111和第二光源112前后对称分布且均为可见光光源，所述第三光源113和第四光源114左右对称分布且均为近红外光光源。

本发明的工作原理：

当进行照明观察时，所述照明模块110左右对称分布的第三光源113和第四光源114发出780nm波段的近红外光，经过第一透镜组、遮光板120和第二透镜组之后，光束第一次成像在反射镜130处，其中遮光板120竖直放置，将第一透镜组出射光的部分交错光束吸收，保证眼底照明的均匀性且同时消除角膜反射光进入成像系统形成的杂散光；所述反射镜130的反射光射入网膜透镜组，所述网膜透镜组将第一次成像之后发散的光线进行会聚，并减少部分像差；光线透过眼部模型140的角膜之后第二次成像在瞳孔处，光线将继续发散，均匀照亮眼底视网膜。当需要对眼部模型140进行观察时，通过设置成像系统，眼底视网膜的反射光进入成像系统后进行观察。

当进行拍照时，所述照明模块110前后对称分布的第一光源111和第二光源112发出550-580nm波段的可见光，经过第一透镜组、遮光板120和第二透镜组之后，光束第一次成像在反射镜130处，其中遮光板120竖直放置，将第一透镜组出射光的部分交错光束吸收，保证眼底照明的均匀性且同时消除角膜反射光进入成像系统形成的杂散光；所述反射镜130的反射光射入网膜透镜组，所述网膜透镜组将第一次成像之后发散的光线进行会聚，并减少部分像差；光线透过眼部模型140的角膜之后第二次成像在瞳孔处，光线将继续发散，均匀照亮眼底视网膜。当需要对眼部模型140进行拍照时，通过设置成像系统，眼底视网膜的反射光进入成像系统后进行观察。

本照明系统采用科勒照明的方式，选择550-580nm波段的LED光源用于拍照，780nm波段的LED光源用于观察。

光束通过第一透镜组之后且在通过第二透镜组之前，第一光源111的光束与第二光源112的光束会出现交错光束，或者第四光源114的光束与第三光源113的光束部分会出现交错光束，在此位置设置遮光板120，吸收部分交错光束，保证眼底照明的均匀性且同时消除角膜反射光进入成像系统形成的杂散光。

网膜透镜组射出的光束进入眼部模型140，在瞳孔位置形成了点然后发散，最后在眼底形成光斑。而网膜透镜组的出射光在眼底形成了两个光斑，假如没有遮光板120吸收部分交错光束，产生的交错光束经过第二透镜组和网膜透镜组后在眼底形成的光斑会有重叠部分。

根据所述重叠部分的大小和第一透镜组、第二透镜组和网膜透镜组的放大倍率逆推计算出遮光板120的大小和位置，而所述遮光板120用于吸收交错光束，使眼底形成的两个光斑没有重叠部分。

眼部的角膜具有曲率半径，可反射入射光，为了防止角膜的反射光进入成像系统，通过计算角膜的反射光进入成像光路的临界角度，需要保证角膜的中心直径内的区域无照明光通过。

当进入眼部的入射光直径为时，受到人眼瞳孔大小的限制，光线无法穿过瞳孔进入视网膜当中。

计算出当眼部的入射光在角膜上形成的光斑为内径大于或等于外径小于或等于/>的环形光斑时，将能够保证眼底照明的均匀性且同时消除角膜反射光进入成像系统形成的杂散光。

通过调整第一透镜组、第二透镜组和网膜透镜组的光学参数和距离，使照明模块110的出射光在反射镜130形成第一次成像，并在眼部瞳孔处第二次成像，并控制遮光板120的长轴和短轴的大小和位置，获得在角膜处的内径大于或等于外径小于或等于/>的环形光斑，使眼底形成的两个光斑没有重叠部分。

本实施例中根据以上要求，通过软件Zemax模拟照明系统，得出一组本照明系统具体参数：

第一透镜101前表面曲率半径为-13.740mm，后表面曲率半径为-6.500mm，中心厚度为5.572mm，透镜通光口径为

第二透镜102前表面曲率半径为-42.630mm，中心厚度为5.000mm，透镜通光口径为

第三透镜103前表面曲率半径为-6.250mm，后表面曲率半径为-19.100mm，中心厚度为4.000mm，透镜通光口径为

第四透镜104前表面曲率半径为14.630mm，中心厚度为6.500mm，透镜通光口径为

第五透镜105前表面曲率半径为-12.115mm，后表面为平面，中心厚度为6.000mm，透镜通光口径为

第六透镜106前表面为平面，后表面曲率半径为44.123mm，中心厚度为14.613mm，透镜通光口径为

第七透镜107前表面曲率半径为-50.003mm，中心厚度为8.949mm，透镜通光口径为

第八透镜108前表面曲率半径为-38.587mm，后表面曲率半径为-706.345mm，中心厚度为12.259mm，透镜通光口径为41.424mm。

因为透镜也存在反射率，因此本实施例中反射镜130设置在第二透镜组之后10mm的位置，可以避免网膜透镜组的反射光进入成像光路中。所述反射镜130的内孔131的半径为只允许眼底视网膜反射回来的光线通过。

网膜透镜组的出射光汇聚到瞳孔后，继续传播照亮视网膜；通用软件进行模拟，通过追迹光线的位置以及几何像分析，得到均匀的圆斑。

本发明实现大视场照明，将照明视场角提升到45°；减少镜片的使用数量，优化系统结构。本发明在实现均匀照明眼底视网膜的同时消除角膜反射光进入成像光路的杂散光。

参考图3、图4和图5，通过软件Zemax对光路进行模拟，图3为本照明系统的光路示意图，图4为眼底视网膜光线追踪模拟，通过追迹眼底的光线来确保眼底照明的均匀度。图5中眼底视网膜的光斑分布均匀，因此本发明照明系统的均匀度好。同时根据图5中照亮视网膜的面积可以得知照明视场角为45°。

参考图6，图6为本发明照明系统的第二次成像在瞳孔处的点列图，从图6中可以看出瞳孔处形成的光斑rms半径为21.7μm，满足照明光路的成像质量要求。

本发明照明系统中瞳孔处形成的光斑半径大小控制在22μm以内。

本发明利用遮光板120吸收交错光束，保证眼底照明的均匀性，还能消除角膜反射光进入成像光路当中，不影响成像质量，实现大视场眼底均匀照明系统。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种大视场眼底相机均匀照明方法，其特征在于，包括：照明模块、第一透镜组、遮光板、第二透镜组、反射镜和网膜透镜组，所述照明模块包括第一光源、第二光源、第三光源和第四光源，所述方法包括：

拍照时，所述照明模块中的第一光源和第二光源同时发出光束，照明时，所述第三光源和第四光源同时发出光束；

所述照明模块发出的光束通过第一透镜组的会聚后，产生交错光束，所述遮光板将部分交错光束吸收后，剩余的所有光束经过第二透镜组会聚后在反射镜上完成第一次成像，经过反射镜的反射后通过网膜透镜组，网膜透镜组的透射光射入眼部，并完成第二次成像，在角膜处形成环形光斑，在眼底视网膜形成互不重叠的光斑。

2.根据权利要求1所述的一种大视场眼底相机均匀照明方法，其特征在于：所述环形光斑的内径大于或等于φ3mm，外径小于或等于φ7mm。

3.根据权利要求1所述的一种大视场眼底相机均匀照明方法，其特征在于：还包括：

拍照时，所述照明模块发出可见光光束；

照明时，所述照明模块发出近红外光光束。

4.根据权利要求3所述的一种大视场眼底相机均匀照明方法，其特征在于：所述近红外光光束的波段为780nm，所述可见光光束的波段为550-580nm。

5.一种大视场眼底相机均匀照明系统，其特征在于，实现如权利要求1至4中任一项所述的一种大视场眼底相机均匀照明方法，包括：照明模块、第一透镜组、遮光板、第二透镜组、反射镜和网膜透镜组，所述反射镜的中部开有内孔；

所述第一透镜组、第二透镜组和网膜透镜组的光焦度均为正；

所述第一透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第一透镜、光阑、第二透镜和第三透镜；

所述第二透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第四透镜和第五透镜；

所述网膜透镜组包括沿光线入射方向依次设置的第六透镜、第七透镜和第八透镜；

所述照明模块发出的光束依次通过第一透镜组、遮光板和第二透镜组后，经过反射镜反射，反射光经过网膜透镜组后射入眼部。

6.根据权利要求5所述的一种大视场眼底相机均匀照明系统，其特征在于：所述第一透镜为匀光镜，所述第二透镜和第三透镜组成双胶合透镜。

7.根据权利要求5所述的一种大视场眼底相机均匀照明系统，其特征在于：所述第四透镜和第五透镜组成双胶合透镜。

8.根据权利要求5所述的一种大视场眼底相机均匀照明系统，其特征在于：所述照明模块包括第一光源、第二光源、第三光源和第四光源，所述第一光源和第二光源前后对称分布且均为可见光光源，所述第三光源和第四光源左右对称分布且均为近红外光光源。