CN113208559A - 一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统 - Google Patents

一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统，包括从左至右依次同轴设置的网膜物镜组、调焦镜组以及成像镜组，网膜物镜组与调焦镜组间一次成像；网膜物镜组由两个胶合透镜与一个正透镜组合而成；调焦镜组由两个弯月透镜组成，且调焦镜组采用步进电机根据多项式拟合曲线带动光学透镜进行精确调焦；成像镜组包括两个准对称形式的胶合透镜和一个正透镜，正透镜的出射光线垂直入射至成像焦面。本发明采用二次成像系统设计，实现眼底大视场免散瞳成像，同时可以消除杂光和鬼像；本发明的最小拍摄瞳孔直径为2mm，成像视场高达60度，便于眼部疾病的诊断；本发明的光学系统结构简单，简化了装调步骤，各个透镜均采用标准面形，加工简单。

Description

一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统。
背景技术
医学研究表明，人眼视网膜上分布的毛细血管，是人体内唯一能够直接观测到的小动脉、小静脉，素有“全身疾病窗口”之称。对人眼底血管的准确、及时的检测，是早期诊断眼科疾病以及身体系统性疾病的重要依据。因此眼底相机已经成为不可或缺的医疗仪器。但是传统眼底相机成像视场较小，普通眼底相机其成像视场一般为40度左右，这给很多疾病的诊断带来了制约，且易形成杂光与鬼像，同时传统眼底相机的结构复杂，给装调带来一定的困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统，以解决现有技术中传统眼底相机存在的问题。
为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：
一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统，包括从左至右依次同轴设置的网膜物镜组、调焦镜组以及成像镜组，所述网膜物镜组与所述调焦镜组间一次成像；
所述网膜物镜组由两个胶合透镜与一个正透镜组合而成；
所述调焦镜组由两个弯月透镜组成，且所述调焦镜组采用步进电机带动光学透镜进行线性移动，实现系统精确内调焦；
所述成像镜组包括两个准对称形式的胶合透镜和一个正透镜，所述正透镜的出射光线垂直入射至成像焦面。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所提出的大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统采用二次成像系统设计，实现眼底大视场免散瞳成像；本发明的光学系统的最小拍摄瞳孔直径为2mm，成像视场高达60度，便于眼部疾病的诊断；本发明的光学系统结构简单，简化了装调步骤，各个透镜均采用标准球面，加工简单。
附图说明
图1本发明的一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底可见光成像光学系统光路结构图；
图2为本发明实施例所述的光学系统的光学传递函数曲线图；
图3为本发明实施例所述的光学系统的场曲图；
图4为本发明实施例所述的光学系统的畸变图；
图5为本发明实施例所述的光学系统的点列图。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
在其中一个实施例中，如图1所示，本发明提供一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统，该系统包括从左至右依次同轴设置的网膜物镜组、调焦镜组以及成像镜组。
本发明中大视场免散瞳宽屈光补偿的可见光眼底成像光学系统采用二次成像系统设计，网膜物镜组由两个胶合透镜与一个正透镜组合而成，可在保证孔径光阑和瞳孔明显的共轭关系的前提下，尽可能完全地校正人眼自身的像差。为了引出超大视场眼底图像，网膜物镜组采用Erfle目镜，在减小光线发散角的同时，初步校正系统像差，从而使视场高达60度。
网膜物镜组与调焦镜组间一次成像，方便加入可拆卸高性能消杂散光照明系统，从而避免眼底成像曝光量不足的问题。保持网膜物镜组不动，设置内调焦结构即调焦镜组，调焦镜组由两个弯月透镜组成，并且调焦镜组采用步进电机带动光学镜片线性移动进行系统精确内调焦，以满足正常眼、近视眼与远视眼的不同离焦量需求。本发明通过大视场免散瞳眼底成像技术和适配性高性能消杂光照明系统，实现眼底大视场免散瞳成像。
成像镜组包括两个准对称形式的胶合透镜和一个正透镜，前一部分的两个胶合透镜采用准对称形式，综合校正系统剩余像差，最后通过一个正透镜组成像方远心的形式，正透镜的出射光线垂直入射至成像焦面，使像面照度均匀，并保证了出瞳大小与位置的稳定性。
本实施例所提出的大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统采用二次成像系统设计，实现眼底大视场免散瞳成像；本实施例的光学系统的最小拍摄瞳孔直径为2mm，成像视场高达60度，便于眼部疾病的诊断；本实施例的光学系统结构简单，简化了装调步骤，各个透镜均采用标准球面，加工简单。
网膜物镜组既要保证孔径光阑和瞳孔明显的共轭关系，以达到眼底大视场成像的要求，又要充分利用网膜物镜尽可能完全地校正人眼自身的像差，主要包含球差、彗差、像散、场曲和色差等像差。网膜物镜组通过两个胶合透镜与一个正透镜组合而达到校正人眼自身像差的目的，沿光轴方向从左至右依次为：第一镜面201，曲率半径为-126.433mm，第二镜面202，曲率半径为-128.775mm，第三镜面203，曲率半径为-48.576mm，第四镜面204，曲率半径为128.150mm，第五镜面205，曲率半径为-90.239mm，第六镜面206，曲率半径为-60.191mm，第七镜面207，曲率半径为151.486mm，第八镜面208，曲率半径为-96.601mm。
调焦镜组用来补偿人眼离焦，进入相机的光线可能是平行光(正视眼)、会聚光(近视眼)或者发散光(远视眼)。为保证照明光路不受影响，系统的工作距离不变，即必须保持网膜物镜不动，因此该成像光路采用内调焦方式，在网膜物镜组与成像镜组之间引入调焦镜组。调焦镜组采用弯月透镜，并由步进电机带动光学镜片线性移动精确调焦，从而达到补偿人眼不同离焦量的目的。调焦镜组由两个弯月透镜组成，沿光轴方向从左至右依次为：第九镜面301，曲率半径为40.129mm，第十镜面302，曲率半径为24.487mm，第十一镜面303，曲率半径为67.582mm，第十二镜面304，曲率半径为499.027mm。
成像镜组采用准对称形式，可综合校正系统剩余像差，如慧差、像散等轴外像差。成像镜组最后一块透镜采用正透镜，使光线垂直入射至焦面，像面照度均匀，成像清晰。其沿光轴方向从左至右依次为：第十三镜面401，曲率半径为26.225mm，第十四镜面402，曲率半径为-26.356mm，第十五镜面403，曲率半径为24.575mm，第十六镜面404，曲率半径为-40.807mm，第十七镜面405，曲率半径为-45.505mm，第十八镜面406，曲率半径为-38.490mm，第十九镜面407，曲率半径为860.573mm，第二十镜面408，曲率半径为-47.375mm。
本发明的光学系统各元件的具体参数参见表1。
表1
表面 类型 顶点曲率半径/mm 厚度或间隔/mm 口径/mm
镜面201 标准面 -126.433 7.992 29.870
镜面202 标准面 -128.775 15.248 33.476
镜面203 标准面 -48.576 0.405 36.058
镜面204 标准面 128.150 20.863 41.838
镜面205 标准面 -90.239 6.566 41.780
镜面206 标准面 -60.191 7.997 39.376
镜面207 标准面 151.486 20.966 42.893
镜面208 标准面 -96.601 116.697 42.535
镜面301 标准面 40.129 13.054 21.664
镜面302 标准面 24.487 90.128 16.365
镜面303 标准面 67.582 6.990 15.515
镜面304 标准面 499.027 124.269 15.973
镜面401 标准面 26.225 6.686 11.267
镜面402 标准面 -26.356 3.153 10.469
镜面403 标准面 24.575 11.660 10.738
镜面404 标准面 -40.807 3.000 14.068
镜面405 标准面 -45.505 3.000 14.918
镜面406 标准面 -38.490 14.157 14.656
镜面407 标准面 860.573 7.469 18.492
镜面408 标准面 -47.375 59.986 18.951
图2至图5分别为采用表1所示参数得到的光学系统的光学传递函数曲线图、场曲图、畸变图以及点列图。由图2可以看出，在奈奎斯特频率处全视场平均传函为0.411@50lp/mm，达到衍射极限。由图3和图4可以看出，该光学系统的场曲与畸变校正情况良好，全场畸变小于≤1.8％。图4显示该光学系统校正慧差效果良好，每个视场光斑的均方根值均小于探测器像元尺寸大小。综合分析可知，该成像光学系统成像效果良好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统，其特征在于，包括从左至右依次同轴设置的网膜物镜组、调焦镜组以及成像镜组，所述网膜物镜组与所述调焦镜组间一次成像；
所述网膜物镜组由两个胶合透镜与一个正透镜组合而成；
所述调焦镜组由两个弯月透镜组成，且所述调焦镜组采用步进电机带动光学透镜进行线性移动，实现系统精确内调焦；
所述成像镜组包括两个准对称形式的胶合透镜和一个正透镜，所述正透镜的出射光线垂直入射至成像焦面。
2.根据权利要求1所述的一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统，其特征在于，
所述网膜物镜组沿光轴方向从左至右依次为：第一镜面201，曲率半径为-126.433mm；第二镜面202，曲率半径为-128.775mm；第三镜面203，曲率半径为-48.576mm；第四镜面204，曲率半径为128.150mm；第五镜面205，曲率半径为-90.239mm；第六镜面206，曲率半径为-60.191mm；第七镜面207，曲率半径为151.486mm；第八镜面208，曲率半径为-96.601mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统，其特征在于，
所述调焦镜组沿光轴方向从左至右依次为：第九镜面301，曲率半径为40.129mm；第十镜面302，曲率半径为24.487mm；第十一镜面303，曲率半径为67.582mm；第十二镜面304，曲率半径为499.027mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学系统，其特征在于，
所述成像镜组沿光轴方向从左至右依次为：第十三镜面401，曲率半径为26.225mm；第十四镜面402，曲率半径为-26.356mm；第十五镜面403，曲率半径为24.575mm；第十六镜面404，曲率半径为-40.807mm；第十七镜面405，曲率半径为-45.505mm；第十八镜面406，曲率半径为-38.490mm；第十九镜面407，曲率半径为860.573mm；第二十镜面408，曲率半径为-47.375mm。
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