CN1148150C - 自适应光学视网膜成像系统(1) - Google Patents
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Abstract
自适应光学视网膜成像系统，属于自适应光学波前校正技术领域。其特征是成像光学系统中，人眼瞳孔至CCD相机之间的光路中，置有将低对比度的视网膜细胞相分布转换成可见的光强分布的相衬板和消除杂散光的共焦滤波光栏。本发明提供了一种改善对比度和信噪比的高清晰自适应光学视网膜成像系统。
Description
本发明是一种自适应光学视网膜成像系统，涉及自适应光学波前校正技术领域，属于用于人眼视网膜成像的医疗设备制造技术领域。
美国专利5,777,719介绍了一种自适应光学视网膜成像系统，用哈特曼波前传感器测量人眼像差，用37单元、口径φ100的变形反射镜来校正所测得的像差。然后移动一切换反射镜，将光束切换到成像光路中的CCD相机，从而获得人眼瞳孔衍射的高分辨率视网膜成像。进入波前校正器前的光束与从波前校正器反射出的光束为不同光路结构。这套系统虽能获得视网膜成像，但由于人眼视网膜细胞对光的透过率很高，是一种低对比度的位相分布物体，该系统仅以减小像差完善成像，不能有效的分辨相物体；其次，系统杂散光多，成像得不到良好的信噪比。
本发明的目的在于避免上述现有技术的不足而提供一种自适应光学视网膜成像系统，采用相衬技术和共焦滤波方式提高相物体像的对比度和提高像的信噪比。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：自适应光学视网膜成像系统，采用哈特曼波前传感器测量人眼像差，波前校正器校正所得像差，通过反射光束成像到光路中的CCD相机靶面，从而获得人眼视网膜的像。进入波前校正器前的光束与从波前校正器反射出的光束为非共光路。成像光学系统中，人眼瞳孔至波前校正器之间、波前校正器至CCD相机之间的光路中，置有将低对比度的视网膜细胞相分布转换成可见的光强分布的相衬板和消除杂散光的共焦滤波光阑。
本发明的目的还可以通过以下措施来达到：成像光学系统中人眼瞳孔或该瞳孔实像的位置可以有相衬板；相衬板置于波前校正器的镜面，可用镀膜技术或蚀刻技术在波前校正器的表面镀膜或蚀刻成相衬板，二者为一体结构；相衬板置于成像耦合物镜与照像机之间；相衬板置于分束镜和反射镜之间；成像光学系统中视场光阑面或视场光阑实像面可以有共焦滤波光阑；共焦滤波光阑位于光束匹配望远镜的前组和后组透镜的公共焦点处；光束匹配望远镜的前组和后组透镜的公共焦点处同时置有共焦滤波光阑。
附图为本发明结构图
下面将结合附图对本发明作进一步阐述：
如图所示，具有相衬板和共焦滤波光阑的自适应光学视网膜成像系统采用哈特曼光学传感器测量人眼像差，变形反射镜校正所得像差，通过反射光束成像到光路中的CCD相机靶面，从而获得人眼视网膜的像。进入波前校正器前的光束与从波前校正器反射出的光束为非共光路。系统中，置有将低对比度的视网膜细胞相分布转换成可见的光强分布的相衬板(10)。相衬板(10)置于波前校正器(11)的镜面，可用镀膜技术在波前校正器(11)的表面镀膜成相衬板，做为一体。共焦滤波光阑(9)同时或单独置于光束匹配望远镜1(8)和2(12)的前组和后组透镜的公共焦点处，构成共焦滤波器。波前校正器(11)是变形反射镜(或是液晶波前校正器，或是微机械薄膜变形镜，或是双压电陶瓷变形镜)。
本系统中，将人眼瞳孔(6)视网膜像成像于CCD相机(24)的靶面，根据泽尼克(Zernike)相衬法，相衬板置于光学成像系统光瞳面或孔径光阑面，它使中心序(或零级角谱)的位相相对于各衍射谱(各级角谱)滞后或超前1/4周期，例如本系统中相衬板(10)可以放在该成像光学系统的孔径光阑面或光瞳实像面位置，如：置于人眼瞳孔(6)靠近瞳孔的位置、或者相衬板(10)可以紧贴波前校正器(11)放置(也可以将波前校正器(11)表面用镀膜或蚀刻技术做成相衬板，使(10)和(11)合二为一)，还可以放在反射镜(13)至CCD相机(24)之间任一光瞳实像面上。这样，若一低对比度的位相物体：
F(x)＝eiφ(x)
F(x)为物分布，φ(x)为物体的相分布，当|φ|＜＜1时，上式写为：
F(x)≈1+iφ(x)
经上述相衬光学系统后，在像面分布为
G(x)＝1±2φ(x)
G(x)为像面光强分布，从而将物体的不可见的相分布变成了可见的光强分布。
系统工作时，首先进行光学自适应校正，由信标(1)发出的光，由扩束系统(2)扩束、反射镜(3)和起偏器(4)后，变成线偏光；再由分光镜(5)反射进人眼瞳孔(6)；人眼瞳孔(6)眼底反射的光是退偏的，透过分光镜(5)、检偏器(7)(偏振方向与起偏器垂直)后变成线偏光，该光束透过光束匹配望远镜1(8)(根据共焦成像原理，共焦滤波光阑(9)置于成像系统的视场光阑面或视场光阑实像面，例如在光束匹配望远镜1(8)的两组透镜的公共焦点处的共焦滤波光阑(9)，只让眼底反射光透过，从而消除杂光(因此采用共焦滤波光阑(9)时，可以不用起偏器(4)和检偏器(7))，再经相衬板(10)，和与之紧贴的变形反射镜(11)反射，通过光束匹配望远镜2(12)，至反射镜(13)，反射镜(13)将反射光透过分束镜(14)反射进哈特曼波前传感器(15)，哈特曼波前传感(15)将测得的误差信号送至处理机(16)，处理成控制信号，控制信号送高压放大器(17)放大后，施加到变形反射镜(11)上，从而校正光路中的波前误差；误差校正完毕，处理机控制成像照明光源(18)工作，成像照明光源(18)发出的光经照明光学系统(19)、滤光片(20)、反射镜(21)，沿上述信标光所走的通道，经反射镜(3)和起偏器(4)后，变成线偏光；再由分光镜(5)反射进人眼瞳孔(6)；眼底反射的光是退偏的，经分光镜(5)、检偏器(7)(偏振方向与起偏器垂直)后变成线偏光，该光束透过光束匹配望远镜1(8)，再经相衬板(10)和与之紧贴的变形反射镜(11)反射，通过光束匹配望远镜2(12)，经反射镜(13)、分束镜(14)和反射镜(22)反射进成像耦合物镜(23)，成像于CCD相机(24)靶面，从而获得人眼视网膜像。由于系统中使用了相衬板(10)，所以低对比度的视网膜细胞位相分布，被转换成了与位相分布成比例的强度分布；自适应光学校正控制系统校正了人眼和成像系统的像差，故CCD相机(24)可获得高分辨率、对比度较好的视网膜细胞像；相衬板(10)可以放在人眼瞳孔(6)或该瞳孔实像的位置；相衬板(10)可置于波前校正器的镜面，可用镀膜技术或蚀刻技术在波前校正器的表面镀膜或蚀刻成相衬板，二者为一体结构；相衬板还可以置于波前校正器(11)镜面被光束匹配望远镜2(12)成实像的像面(如图中反射镜((13))与分束镜(14)之间虚线相衬板(10))；也可以放置于成像耦合物镜与照像机之间获得的效果都是一样的；根据共焦成像原理，共焦滤波光阑(9)置于成像系统的视场光阑面或视场光阑实像面，例如在光束匹配望远镜1(8)的两组透镜的公共焦点处的共焦滤波光阑(9)，只让眼底反射光透过，从而消除杂光，因此采用共焦滤波光阑(9)时，可以不用起偏器(4)和检偏器(7)。
本发明相比已有技术具有如下优点：1、采用相衬板，将低对比的视网膜细胞相分布转变为可见的、成比例的光强分布，使低对比度的视网膜细胞像对比度得到改善，提高了像的质量；2、采用共焦滤波方式消除杂光，提高了像的信噪比；3、本发明避免了光路切换造成的成像清晰度下降。综上所述，本发明提供了一种能获得接近衍射极限并具有良好对比度的自适应光学视网膜成像系统。
Claims (9)
1、自适应光学视网膜成像系统，进入波前校正器前的光束与从波前校正器反射出的光为非共光路，采用哈特曼波前传感器测量人眼像差，波前校正器校正所得像差，通过反射光束成像到光路中的CCD相机靶面，从而获得人眼视网膜的像，其特征在于：成像光学系统中，人眼瞳孔(6)至波前校正器(11)之间、波前校正器(11)至CCD相机(24)之间的光路中，置有将低对比度的视网膜细胞相位分布转换成可见的光强分布的相衬板(10)和消除杂散光的共焦滤波光阑(9)。
2、如权利要求1所述的自适应光学视网膜成像系统，其特征在于成像光学系统中人眼瞳孔(6)或该瞳孔实像的位置可以有相衬板(10)。
3、如权利要求1或2所述的自适应光学视网膜成像系统，其特征在于相衬板(10)置于波前校正器(11)的镜面，可用镀膜技术在波前校正器(11)的表面镀膜成相衬板，二者为一体结构。
4、如权利要求1或2所述的自适应光学视网膜成像系统，其特征在于相衬板(10)置于成像耦合物镜(23)与照像机(24)之间。
5、如权利要求1或2所述的自适应光学视网膜成像系统，其特征在于相衬板(10)置于分束镜(14)和反射镜(13)之间。
6、如权利要求1所述的自适应光学视网膜成像系统，其特征在于成像光学系统中视场光阑面或视场光阑成像面可以有共焦滤波光阑(9)。
7、如权利要求1或2或6所述的自适应光学视网膜成像系统，其特征在于共焦滤波光阑(9)位于光束匹配望远镜1(8)的前组和后组透镜的公共焦点处。
8、如权利要求1或2或6所述的自适应光学视网膜成像系统，其特征在于共焦滤波光阑(9)位于光束匹配望远镜2(12)的前组和后组透镜的公共焦点处。
9、如权利要求1或2或6所述的自适应光学视网膜成像系统，其特征在于光束匹配望远镜1(8)和光束匹配望远镜2(12)的前组和后组透镜的公共焦点处同时置有共焦滤波光阑(9)。
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