CN201840464U

CN201840464U - 一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统

Info

Publication number: CN201840464U
Application number: CN2010205102371U
Authority: CN
Inventors: 邹文镔; 肖明志
Original assignee: Union Optech Co Ltd
Current assignee: Union Optech Co Ltd
Priority date: 2010-08-22
Filing date: 2010-08-22
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-08-22

Abstract

本实用新型公开了一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，包括有从物方向镜方共光轴依次设有第一透镜群、第二透镜群和第三透镜群以及感光芯片。在第二透镜群与第三透镜群之间设有光阑。在第一透镜群靠近物方的第一枚透镜与第二枚透镜之间设有与光轴成45°角的可使一部分光线透过、一部分光线反射的半透明的反射镜。在成像光轴旁边设有一个照明光路，所述照明光路通过一个45°的反射镜面把光线反射进入所述的反射镜中。本实用新型提供了一种高分辨率、大画角、可自动对焦、方便移动、同轴照明的光学系统。

Description

一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统

【技术领域】

本发明涉及一种光学系统，是一款新型的医疗检查用于拍摄眼底的光学系统，该光学系统由多片透镜、棱镜、反射镜、感光芯片及光源组成。

【背景技术】

目前，眼底检查多是由医生用肉眼透过传统检眼镜直接观察检查患者的眼睛，既没有客观的对比效果，也难以进行资料存档管理。

传统检眼镜采用非同轴照明，照明光路与观察光路有一个偏角，导致照明均匀度差，可观察角度小，一般观察角度为30度左右，同时，非同轴照明也导致传统检眼镜必须在瞳孔较大的状态下使用，往往要求病人要作扩瞳才能检查。

传统检眼镜对于不同的眼球大小及屈光度使用了10～20pcs透镜来分段调节焦距，其对焦的清晰效果不如连续对焦；传统检眼镜对于大人、小孩病人不同的眼球前后径及不同的屈光度必须通过手动转动转盘来切换不同的放大镜来调节焦距，比较不方便。

本发明的光学系统可以对前后径为14mm～27mm的眼球自动、连续对焦成像，拍摄视网膜角度达到了100度以上，分辨率大于800TV Line、达到了5M静态照片和1080P视频的清晰度要求，同轴照明做到与被摄画面重合、均匀、无暗角。本系统成像的数码照片不仅客观明确，且拍摄照片也可以作为医疗档案，方便管理使用。本系统使用方便，可以使用在普通多媒体PC上，且容易操作。像面成像大小达到了1/2.5″，适合采用廉价的高感光度的感光芯片。

【发明内容】

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种高分辨率、大画角、可自动对焦、方便移动、同轴照明的光学系统。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用相关技术方案：

一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于从物方向镜方共光轴依次设有第一透镜群、第二透镜群和第三透镜群以及感光芯片；在第二透镜群与第三透镜群之间设有光阑；在第一透镜群靠近物方的第一枚透镜与第二枚透镜之间设有与光轴成45°角的可使一部分光线透过、一部分光线反射的半透明的反射镜；在成像光轴旁边设有一个照明光路，所述照明光路通过一个45°的反射镜面把光线反射进入所述的反射镜中。

如上所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述的反射镜为平面反射镜。

如上所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述的反射镜为由两个等腰直角三角形棱镜胶合而成，在等腰直角三角形棱镜45°角的面上镀有的半透明的反射膜。

如上所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述第一透镜群靠近物方的第一枚透镜的焦距为正。

如上所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述第三透镜群的整体焦距为正。

如上所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述的第一透镜群、第二透镜群、感光芯片之间的相对位置不变；所述第三透镜群相对与第一透镜群、第二透镜群的距离可以调节以实现调焦，所述光阑与第三透镜群一起移动。

如上所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述照明光路由一多枚镜片、一个环形光阑和一个光源组成。

如上所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述环形光阑的内径与外径比例为：1％-95％。

本发明与现有技术相比具有本发明有如下的优点：

1、本光学系统实现了高分辨率，可以清晰检查眼底的细微血管及神经等，分辨率大于800TV Line，满足5M以上感光芯片的分辨率要求，也完全满足全高清(1080P)的视频拍摄要求。

2、本发明的拍摄视网膜角度达到了100度以上，远远超过了传统的检眼镜。

3、本发明采用同轴照明，照明范围覆盖成像范围，成像亮度均匀无暗角。

4、本发明采用同轴照明，在瞳孔直径2mm的时候就可以使用，同时也使到本镜头在相对角膜倾斜检查眼底的时候照明光源不容易被瞳孔遮挡。

5、本发明使用环形光阑及对镜片及棱镜镀增强多层膜来消除同轴照明引起的中心反射光斑。

6、本光学系统利用第三透镜群来进行自动聚焦，可以对前后径为14mm～27mm的眼球对焦成像，这个尺寸覆盖了从早产儿到成人的眼球大小，使本光学系统具有最广泛的适应性，连续对焦的清晰度远高于传统检眼镜，自动对焦也避免了传统检眼镜需要手动切换镜头的不便。

7、本发明的变焦镜头体积适当，单人即可手持使用，且移动方便。

8、本光学系统的像面成像大小达到了1/2.5″，适合采用廉价的高感光度的感光芯片，降低了成本。

【附图说明】

图1是本发明的示意图；

图2是本发明的光学原理图。

【具体实施方式】

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，可以用于相对高像素的CMOS感光片或ccd芯片等感光器件。其包括依次设有从物方向镜方共光轴依次设有第一透镜群2、第二透镜群3和第三透镜群4以及感光芯片6。在第二透镜群3与第三透镜群4之间设有光阑8。

具体来说，所述第一透镜群2靠近物方的第一枚透镜21的焦距为正。所述第三透镜群4的整体焦距为正。所述的第一透镜群2、第二透镜群3、感光芯片6之间的相对位置不变。所述第三透镜群4相对与第一透镜群2、第二透镜群3的距离可以调节以实现调焦，所述光阑8与第三透镜群4一起移动。

在第一透镜群2靠近物方的第一枚透镜21与第二枚透镜22之间设有与光轴成45°角的可使一部分光线透过、一部分光线反射的半透明的反射镜5。在本实施例中，所述的反射镜5为平面反射镜，平面反射镜为半透明的平面反射镜。当然所述的反射镜5也可为由两个等腰直角三角形棱镜胶合而成，在等腰直角三角形棱镜45°角的面上镀有的半透明的反射膜51。

为了加强照明作用，在成像光轴旁边设有一个照明光路10，所述照明光路10通过一个45°的反射镜面14把光线反射进入所述的反射镜5中。具体来说，所述照明光路10由一多枚镜片11、一个环形光阑12和一个光源13组成。在本实施例中，所述环形光阑12的内径与外径比例为：1％-95％。

本案例的高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的光学系统，主要通过以下方法实现：

1、第一透镜群2把视网膜成像在一个空间面上，该空间面位于第一透镜群2和第二透镜群3之间，这是第一次成像，像面比视网膜大、为放大成像。

2、第二透镜群3和第三透镜群4把第一透镜群所成的空间像面再作第二次成像、成像到感光芯片上，这第二次成像是缩小成像。

3，第三透镜群4在承担上述第二次成像的同时，独立承担对焦的功能，移动第三透镜群4能够使到第二次成像的像面发生移动，从而实现对不同直径、不同屈光度眼球的对焦功能。

4、在第一透镜群的第一枚透镜21和第二枚透镜22之间设有一个反射镜5，该反射镜5可为平面镜或者棱镜，在本实施例中为棱镜。该棱镜是由两枚等腰直角三角形棱镜胶合而成，45度的胶合面上镀50％的反射膜51，使旁轴的照明光线的光轴与成像光轴垂直，旁轴的照明光线入射到棱镜的45度反射面上，经过反射之后就变成照明光轴与成像光轴重合，达到同轴照明。

此外，为了消除同轴照明光源13在第一枚透镜片21及棱镜5上产生可反射进入感光芯片的中心圆形光斑，在照明旁轴上使用了环形光阑12。环形光阑12相当于在普通圆形光阑的中心增加一个直径为原光阑外径的5％～90％的圆形遮光片，使到照明光线是通过一个环形开口，这样可以有效消除同轴照明光源在第一枚透镜片21及棱镜5上产生可反射进入感光芯片的中心圆形光斑。

在本案例中，设计时采用宽光谱，且设计的理论解像力适当高于理论需要值，保证了图像锐利度和色彩还原性。

下面举一本光学系统的实际设计案例

序号类型半径间隔(厚度) 光学材料直径

1 标准 -10.64 8.070 H-K9L φ5.34

2 标准 -9.6 12.131 Air φ12.31

3 标准无穷大 23.29 H-K8A φ20.1

4 标准无穷大 9.24 Air φ20.1

5 标准 -25.55 0.901 H-ZF8 φ20.35

6 标准 245.44 0 Air φ23.25

7 标准 245.44 5.59 H-LAF3 φ24

8 标准 -20.17 0.105 Air φ24

9 标准无穷大 0.90 H-ZLAF78 φ26

10 标准 30.360 Air φ26

11 标准 30.36 7.7 H-ZF6 φ26

12 标准 -39.19 0.10 Air φ27

13 标准无穷大 0 Air φ28

14 标准无穷大 0.5 Air φ28

15 标准 25.37 10.38 H-ZLAF1 φ29

16 标准 550.6 17.7 Air φ26.4

17 标准 -40.48 10.27 H-ZF6 φ19.4

18 标准 21.63 8.98 Air φ16

19 标准 -139.2 10.3 H-LAK6A φ19

20 标准 -31.894 Air φ22

21 标准 235.79 6.75 H-QF3L φ23.3

22 标准 -65.17 20.05 Air φ23.2

23 标准无穷大 0 H-K10 φ16.4

24 标准无穷大 34.6 Air φ16.4

25 STO 无穷大 0.76 Air φ5.4

26 标准 11.49 1.69 H-ZPK1 φ5.78

27 标准 -25.29 0.196 Air φ5.77

28 标准 -16.34 1.004 H-ZF3 φ5.71

29 标准 71.004 0.112 Air φ5.71

30 标准 7.515 2.035 H-ZK2 φ5.75

31 标准无穷大 0.405 Air φ5.36

32 标准 -31.4 3.23 H-QF3 φ5.24

33 标准 4.29 1.868 Air φ4.45

34 标准 13.47 2.919 H-ZBAF50 φ5.05

35 标准 -41.73 0 Air φ5.28

36 标准 4.29 1.868 Air φ4.45

37 标准 13.47 2.919 H-ZBAF50 φ5.05

38 标准 -41.73 4.83 Air φ5.05

39 标准无穷大 4.83 Air φ10

40 标准无穷大 1.05 H-K9L φ6

二群组与芯片间隔62mm；

三群组和像面间隔5mm～15mm。

Claims

1.一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于从物方向镜方共光轴依次设有第一透镜群(2)、第二透镜群(3)和第三透镜群(4)以及感光芯片(6)；在第二透镜群(3)与第三透镜群(4)之间设有光阑(8)；在第一透镜群(2)靠近物方的第一枚透镜(21)与第二枚透镜(22)之间设有与光轴成45°角的可使一部分光线透过、一部分光线反射的半透明的反射镜(5)；在成像光轴旁边设有一个照明光路(10)，所述照明光路(10)通过一个45°的反射镜面(14)把光线反射进入所述的反射镜(5)中。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述的反射镜(5)为平面反射镜。

3.根据权利要求1所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述的反射镜(5)为由两个等腰直角三角形棱镜胶合而成，在等腰直角三角形棱镜45°角的面上镀有的半透明的反射膜(51)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述第一透镜群(2)靠近物方的第一枚透镜(21)的焦距为正。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述第三透镜群(4)的整体焦距为正。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述的第一透镜群(2)、第二透镜群(3)、感光芯片(6)之间的相对位置不变；所述第三透镜群(4)相对与第一透镜群(2)、第二透镜群(3)的距离可以调节以实现调焦，所述光阑(8)与第三透镜群(4)一起移动。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述照明光路(10)由一多枚镜片(11)、一个环形光阑(12)和一个光源(13)组成。

8.根据权利要求7所述的一种高分辨率、大画角、可自动对焦、同轴照明的视网膜成像光学系统，特征在于所述环形光阑(12)的内径与外径比例为：1％-95％。