CN212489859U - 基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统 - Google Patents

Abstract

基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统，涉及一种用于对视网膜进行高分辨成像的医学成像诊断技术，为了解决现有眼底成像系统采用反射式系统造成整个装置体积庞大以及容易引入额外的光学像差问题。本新型的波前传感器实时探测出人眼和光学系统的像差，以此为反馈控制透射式波前校正器进行像差的实时校正，实现接近衍射极限的视网膜成像。本发明的采用透射式元件作为自适应光学扫描激光眼底成像系统的主要元件，大大缩小了系统的体积，减小了成本；此外，透射式系统的更加容易控制系统的光学像差，有利于提高系统成像质量。

Description

基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于对视网膜进行高分辨成像的医学成像诊断技术。

背景技术

视网膜是人类的视觉感受器，视网膜疾病往往会导致患者视力下降甚至致盲；视网膜也是人类深部组织和大脑的延伸；眼睛是唯一活体非侵入条件下可以直接观察到微细血管和深部组织的器官；因此对视网膜的高分辨率成像是研究视网膜相关疾病、视觉机理及大脑认知的重要科学手段；然而真实人眼并不是一个完美的光学系统，随着瞳孔变大眼睛像差也迅速变大，光学成像系统的分辨率反而会降低。现有的光学设计(如镜片补偿)只能校正我们熟知的近视、散光等像差，对其他像差(特别是高阶及动态像差)无能为力；受人眼像差影响，现有视网膜成像系统的分辨率受到很大的限制。

自适应光学是近几十年发展起来的一种波前校正技术，通过调整变形镜的面形实现对光路中畸变波前的校正，提高成像分辨率；将自适应光学技术应用到眼底视网膜成像技术中，可以校正在时间和空间上具有随机变化的人眼像差，从而实现接近衍射极限的活体人眼视网膜高分辨成像。

美国专利US6890076介绍了一种基于自适应光学的扫描激光眼底成像系统，用哈特曼波前传感器测量人眼像差，用一个反射式变形镜作为波前校正器对人眼像差进行校正，提高视网膜成像的分辨率；中国专利ZL20100197028.0介绍了一种基于自适应光学的反射式的扫描激光眼底成像系统，采用一个反射式的变形镜用于校正像差和纵向层析。中国专利ZL20120385660.7介绍了一种双波前校正器的人眼视网膜三维成像装置，其采用两个反射式变形镜分别校正人眼的低阶像差和高阶像差，提高成像分辨率。然而这些自适应光学扫描眼底成像系统都是采用了反射式的光学设计，即波前校正器是反射式的，光路中的主要光学元件都采用球面反射镜，属于反射式系统；但反射式系统的应用造成整个装置体积庞大，不利于小型化，且反射式系统更容易引入额外的光学像差，不利于成像分辨率。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有眼底成像系统采用反射式系统造成整个装置体积庞大以及容易引入额外的光学像差问题，提出了基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统。

本实用新型所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统包括激光光源、准直透镜、一号4f光学系统、二号4f光学系统、三号4f光学系统、四号4f光学系统、光阑、近视散光校正器、透射式波前校正器、波前传感器、第一扫描振镜、第二扫描振镜、第一分光镜、第二分光镜、二色镜和光电探测系统；

所述激光光源发出的光通过准直透镜准直后，又经过光阑获得限定直径的平行光束，光阑处于准直透镜的焦面上；平行光束进入一号4f光学系统后经过第一分光镜分光为第一反射光和第一透射光，第一分光镜输出的第一反射光到达第一扫描振镜进行再次反射，其中第一扫描振镜水平设置；经第一扫描振镜反射之后的光束进入二号4f光学系统后，入射至第二扫描振镜进行反射，其中第二扫描振镜垂直设置；之后经过第二扫描振镜反射的光束经过三号4f光学系统后；再依次穿过二色镜、近视散光校正器和透射式波前校正器之后进入人眼，聚焦到视网膜上；

人眼的反射光沿原光路返回，并依次经过波前校正器、近视散光校正器、二色镜、三号4f光学系统、第二扫描振镜、二号4f光学系统、第一扫描振镜和第一分光镜；其中，第一分光镜再次分光为第二反射光和第二透射光，第二透射光进入四号4f光学系统，四号4f光学系统的出射光到达第二分光镜，第二分光镜的出射光分光为第三反射光和第三透射光；第三透射光射入波前传感器；而第三反射光射入光电探测系统；

光电探测系统反映了光点在视网膜上扫描区域信息，以形成视网膜图像；

所述激光光源、视网膜上光点及光电探测系统的光点是共轭的，并且光阑、第一扫描振镜、第二扫描振镜、人眼光瞳、波前传感器和光电探测系统都在该共轭面上；

波前校正器的校正信号输入端与计算机的校正信号输出端相连；波前传感器的传感信号输出端与计算机的传感信号输入端相连。

本实用新型利用波前传感器实时探测出人眼像差和光路系统中的像差，以此为反馈控制波前校正器进行像差的实时校正，实现接近衍射极限的视网膜成像。

本实用新型的有益效果是采用透射式元件作为自适应光学扫描激光眼底成像系统的主要元件，大大缩小了该眼底成像系统的体积，减小了成本；此外，该眼底成像系统以反馈的形式对波前校正器进行像差进行实时校正，更加容易控制光学像差，有利于提高该眼底成像系统的成像质量。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统的原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统包括激光光源1、准直透镜2、一号4f光学系统、二号4f光学系统、三号4f光学系统、四号4f光学系统、光阑3、近视散光校正器4、透射式波前校正器5、波前传感器7、第一扫描振镜21、第二扫描振镜22、第一分光镜31、第二分光镜32、二色镜33和光电探测系统；

所述激光光源1发出的光通过准直透镜2准直后，又经过光阑3获得限定直径的平行光束，光阑3处于准直透镜的焦面上；平行光束进入一号4f光学系统后经过第一分光镜31分光为第一反射光和第一透射光，第一分光镜31输出的第一反射光到达第一扫描振镜21进行再次反射，其中第一扫描振镜21水平设置；经第一扫描振镜21反射之后的光束进入二号4f光学系统后，入射至第二扫描振镜22进行反射，其中第二扫描振镜22垂直设置；之后经过第二扫描振镜22反射的光束经过三号4f光学系统后；再依次穿过二色镜 33、近视散光校正器4和透射式波前校正器5之后进入人眼34，聚焦到视网膜上；

人眼34的反射光沿原光路返回，并依次经过波前校正器5、近视散光校正器4、二色镜33、三号4f光学系统、第二扫描振镜22、二号4f光学系统、第一扫描振镜21和第一分光镜31；其中，第一分光镜31再次分光为第二反射光和第二透射光，第二透射光进入四号4f光学系统，四号4f光学系统的出射光到达第二分光镜32，第二分光镜32的出射光分光为第三反射光和第三透射光；第三透射光射入波前传感器7；而第三反射光射入光电探测系统；

光电探测系统反映了光点在视网膜上扫描区域信息，以形成视网膜图像；

所述激光光源1、视网膜上光点及光电探测系统的光点是共轭的，并且光阑3、第一扫描振镜21、第二扫描振镜22、人眼光瞳、波前传感器7和光电探测系统都在该共轭面上；

波前校正器5的校正信号输入端与计算机35的校正信号输出端相连；波前传感器7的传感信号输出端与计算机35的传感信号输入端相连。

在本实施方式中，激光光源1为点光源；近视散光校正器4主要通过标准镜片对人的近视散光进行校正；透射式波前校正器5实时校正人眼34的动态像差；通过第一扫描振镜21和第二扫描振镜22配合工作将光束在水平和垂直方向产生小角度的偏摆，使光束在视网膜上形成的光点在水平和垂直方向扫描；而光电探测系统探测的光电信号反映了光点在视网膜上扫描区域的信息，形成视网膜图像；第一扫描振镜21和第二扫描振镜22中有一个要比另外一个工作频率高很多，例如成像速率为30帧每秒，垂直方向的第二扫描振镜30Hz，水平方向的第一扫描振镜16kHz，电探测系统同步采集，可得512像素×512 像素的图像。

在本实施方式中，一号4f光学系统包括三号透镜10和四号透镜11；二号4f光学系统包括五号透镜12和六号透镜13；三号4f光学系统包括七号透镜14和八号透镜15；四号4f光学系统包括九号透镜17和十号透镜18。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统进一步限定，在本实施方式中，该眼底成像系统还包括视标系统；

所述视标系统包括电子显示屏6和一号透镜16；

电子显示屏6用于显示标记，该标记的光线通过一号透镜16后，再经过二色镜33反射，最后依次通过近视散光校正器4和透射式波前校正器5，进入人眼34，并在视网膜上成像。

在本实施方式中，增加视标系统目的在于让人眼注视着电子显示屏6显示的标记，以减轻人眼的晃动。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统进一步限定，在本实施方式中，电子显示屏6的显示信号输入端与计算机35的显示信号输出端相连。

在本实施方式中，电子显示屏6显示的标记通过电脑进行控制。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统进一步限定，在本实施方式中，光电探测系统包括二号透镜 19、针孔8和光电倍增管9；

经第二分光镜32反射的另外一部分光，先通过二号透镜19将光束聚焦到针孔8上，之后被光电倍增管9接收。

在本实施方式中，针孔8用于过滤非焦平面上和非焦点处的杂散光。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统进一步限定，在本实施方式中，光电倍增管9的光电信号输出端与计算机35的光电信号输入端相连。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统进一步限定，在本实施方式中，第一扫描振镜21的控制信号输入端与计算机35的第一控制信号输出端相连；第二扫描振镜22的控制信号输入端与计算机35的第二控制信号输出端相连。

在本实施方式中，通过计算机分别实时控制第一扫描振镜21和第二扫描振镜22，便于光束在视网膜上形成的光点在水平和垂直方向扫描。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统，其特征在于，该眼底成像系统包括激光光源(1)、准直透镜(2)、一号4f光学系统、二号4f光学系统、三号4f光学系统、四号4f光学系统、光阑(3)、近视散光校正器(4)、透射式波前校正器(5)、波前传感器(7)、第一扫描振镜(21)、第二扫描振镜(22)、第一分光镜(31)、第二分光镜(32)、二色镜(33)和光电探测系统；

所述激光光源(1)发出的光通过准直透镜(2)准直后，又经过光阑(3)获得限定直径的平行光束，光阑(3)处于准直透镜的焦面上；平行光束进入一号4f光学系统后经过第一分光镜(31)分光为第一反射光和第一透射光，第一分光镜(31)输出的第一反射光到达第一扫描振镜(21)进行再次反射，其中第一扫描振镜(21)水平设置；经第一扫描振镜(21)反射之后的光束进入二号4f光学系统后，入射至第二扫描振镜(22)进行反射，其中第二扫描振镜(22)垂直设置；之后经过第二扫描振镜(22)反射的光束经过三号4f光学系统后；再依次穿过二色镜(33)、近视散光校正器(4)和透射式波前校正器(5)之后进入人眼(34)，聚焦到视网膜上；

人眼(34)的反射光沿原光路返回，并依次经过波前校正器(5)、近视散光校正器(4)、二色镜(33)、三号4f光学系统、第二扫描振镜(22)、二号4f光学系统、第一扫描振镜(21)和第一分光镜(31)；其中，第一分光镜(31)再次分光为第二反射光和第二透射光，第二透射光进入四号4f光学系统，四号4f光学系统的出射光到达第二分光镜(32)，第二分光镜(32)的出射光分光为第三反射光和第三透射光；第三透射光射入波前传感器(7)；而第三反射光射入光电探测系统；

光电探测系统反映了光点在视网膜上扫描区域信息，以形成视网膜图像；

所述激光光源(1)、视网膜上光点及光电探测系统的光点是共轭的，并且光阑(3)、第一扫描振镜(21)、第二扫描振镜(22)、人眼光瞳、波前传感器(7)和光电探测系统都在该共轭面上；

波前校正器(5)的校正信号输入端与计算机(35)的校正信号输出端相连；波前传感器(7)的传感信号输出端与计算机(35)的传感信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统，其特征在于，该眼底成像系统还包括视标系统；

所述视标系统包括电子显示屏(6)和一号透镜(16)；

电子显示屏(6)用于显示标记，该标记的光线通过一号透镜(16)后，再经过二色镜(33)反射，最后依次通过近视散光校正器(4)和透射式波前校正器(5)，进入人眼(34)，并在视网膜上成像。

3.根据权利要求2所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统，其特征在于，电子显示屏(6)的显示信号输入端与计算机(35)的显示信号输出端相连。

4.根据权利要求1所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统，其特征在于，光电探测系统包括二号透镜(19)、针孔(8)和光电倍增管(9)；

经第二分光镜(32)反射的另外一部分光，先通过二号透镜(19)将光束聚焦到针孔(8)上，之后被光电倍增管(9)接收。

5.根据权利要求4所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统，其特征在于，光电倍增管(9)的光电信号输出端与计算机(35)的光电信号输入端相连。

6.根据权利要求1所述的基于透射光学元件的自适应光学扫描激光眼底成像系统，其特征在于，第一扫描振镜(21)的控制信号输入端与计算机(35)的第一控制信号输出端相连；第二扫描振镜(22)的控制信号输入端与计算机(35)的第二控制信号输出端相连。

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