CN214906733U - 一种免散瞳眼底相机光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种免散瞳眼底相机光学系统，包括成像系统、照明系统、裂线调焦系统，成像系统依次包括网膜物镜、大反射镜、中空反射镜、二次成像固定、变倍、补偿组和探测器；照明系统实现白光和红外光双波段照明，共用成像光路的网膜物镜、大反射镜、中空反射镜，还包括依次设置的第一聚光镜、第一中继镜组、小反射镜、第二中继镜组、第二聚光镜、照明孔径光阑、分色镜、白光LED灯和红外LED灯；调焦系统与照明系统共用网膜物镜、大反射镜、中空反射镜和第一聚光镜，还包括依次设置的裂线分光镜、裂线调焦镜、裂线狭缝光阑、双光楔裂像屏、准直透镜和红外LED灯。本实用新型实现红外光预览、可见光拍摄，具备免散瞳的能力。

Description

一种免散瞳眼底相机光学系统

技术领域

本实用新型涉及医用眼科光学仪器领域，特别涉及一种免散瞳眼底相机光学系统。

背景技术

眼睛是人类感官中获取外界信息的一项重要器官，可把人眼看作一台精密的光学仪器，通过调节晶状体的屈光度把所观察物体成像在视网膜上，视网膜将获取的信息传递给大脑。视网膜是人体唯一可直接并无创观察血管的组织，它可直接反应出高血压、糖尿病、脑溢血、动脉硬化等疾病，因此利用眼底相机获取视网膜信息成为临床医学多病种检查的重要手段。

眼底相机的工作原理是先对人眼眼底进行照明，将眼底反射回的光线成像在光传感器上，再传输在显示屏幕上供医生诊断。

传统眼底相机在使用时，需先对被测人员眼睛涂抹散瞳药物做扩瞳处理，该药物虽危害性较小，但恢复时间较长。因此实现红外光预览定位调焦、可见光拍摄是免散瞳眼底相机的关键。

目前免散瞳眼底相机光学系统主要有三个部分组成，分别为照明系统、成像系统、调焦系统。其中常见的照明系统可分为外部照明和内部照明，外部照明结构复杂并且体积较大；内部照明能量利用率高，并且合理利用黑点板可消除大部分网膜物镜后向散射的杂光，为眼底相机拍摄高质量的图像提供保证。常见的调焦方法有对比度调焦和裂线调焦，对比度调焦是通过检测图像轮廓边缘的亮度梯度实现的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种免散瞳眼底相机光学系统，可实现红外光预览、可见光拍摄，具备免散瞳的能力，极大地减少被测人员的不适感；其照明系统采用柯拉照明光路，提高光束均匀性；其照明系统选取环形光源，在人眼入瞳处的环形光圈内直径为2.4mm，外直径为6mm，成像光束在人眼入瞳处的最大直径为1.6mm，很好地避免了照明光束经角膜的反射光进入成像系统；其照明系统采用黑点板消杂光方案，与偏振片消杂光法相比，即可极大的削弱网膜物镜后向反射的杂散光，又可降低了能量的损耗。采用裂线调焦方式，提高对不同屈光度眼睛的调焦精度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种免散瞳眼底相机光学系统，所述免散瞳眼底相机光学系统包括成像系统、照明系统、裂线调焦系统；其中，所述成像系统包括成像光路以及集成在成像光路上的固视光路和定位光路，成像光路依次包括网膜物镜、大反射镜、中空反射镜、二次成像固定组、二次成像变倍组、二次成像补偿组和光学探测器；所述照明系统可实现白光和红外光双波段照明，共用所述成像光路的网膜物镜、大反射镜、中空反射镜，还包括依次设置的第一聚光镜、第一中继镜组、小反射镜、第二中继镜组、第二聚光镜、照明孔径光阑、分色镜、白光LED灯和红外LED灯，分色镜保证白光和红外光同轴发出，白光LED灯和红外LED灯的前面均设置聚光镜；所述调焦系统与照明系统共用网膜物镜、大反射镜、中空反射镜和第一聚光镜，还包括依次设置的裂线分光镜、裂线调焦镜、裂线狭缝光阑、双光楔裂像屏、准直透镜和红外LED灯；所述中空反射镜、裂线分光镜和小反射镜相互平行设置。

进一步地，所述大反射镜使所述成像光路的光轴与所述免散瞳眼底相机光学系统的Y轴平行；

所述中空反射镜为所述成像光路孔径光阑的位置，中空反射镜的中孔的口径对应孔径光阑的口径，中空反射镜与所述免散瞳眼底相机光学系统的z轴的夹角为135-170°。

进一步地，所述固视光路包括固视分光镜和固视灯板，在成像光路的后焦距中设置固视分光镜，将所述成像光路的光轴折转90°与所述免散瞳眼底相机光学系统的z轴平行，所述固视灯板设置在固视分光镜的右侧，该位置与所述光学探测器位置共轭；

所述定位光路为在所述中空反射镜上增加的两个相对于所述成像光路的光轴对称的红外光纤光源，红外光纤光源经过大反射镜和网膜物镜后呈准直光进入眼睛。

进一步地，所述照明系统的工作状态为：在红外光预览模式下，红外LED灯点亮，白光LED灯熄灭；拍照时红外LED灯熄灭，白光LED灯闪烁。

进一步地，所述白光LED灯和红外LED灯分别为环形白光LED灯和环形红外LED灯；

所述小反射镜和第二中继镜组之间设置黑点板，通过反向追迹网膜物镜在照明系统的光路中的杂散光，确定黑点板的大小和位置，使其在光损耗较小的情况下削弱大部分杂散光。

进一步地，所述分色镜使白光透射、红外光反射，分色镜与所述照明系统的光轴呈45°放置，并在左侧再放置所述红外LED灯，保证白光和红外光同轴发出。

进一步地，所述裂线分光镜仅对红外光进行分光，白光透射；所述双光楔裂像屏与所述光学探测器的位置为共轭关系，且所述裂线调焦镜与所述二次成像变倍组联动。

本实用新型的优点如下：

(1)本实用新型的照明系统为白光、红外光双波段工作模式，由于人眼对红外光不敏感，因此使用红外预览模式定位、调焦时瞳孔不会感觉刺激而收缩；在拍照时，本实用新型可在毫秒级曝光时间下拍摄眼底照片，该状态下瞳孔来不及收缩，因此本实用新型具备免散瞳的能力。

(2)本实用新型的照明系统为柯拉照明光路，提高了照明光束的均匀性，并且利用分色镜使白光、红外光同轴，使该照明系统即可实现红外光预览，又可实现白光闪光拍摄；白光光源和红外光源均使用环形光源，使照明系统光束在人眼瞳孔处的最小直径为2.4mm，成像光束在人眼瞳孔处的最大直径为1.6mm，因此可很好的避免照明光线经眼睛角膜反射进入成像系统；采用黑点板消杂光方法，与偏振片消杂光相比，该方法能量利用率高。

(3)本实用新型成像系统采用二次成像的方法，可获得较高的解像能力；通过移动二次成像变倍组，可实现在人眼屈光度±20D范围内获得较好的成像质量。(4)本实用新型采用裂线调焦方式，调焦精度高，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型免散瞳眼底相机光学系统的示意图；

图2为本实用新型中成像系统的示意图；

图3为本实用新型中中空反射镜的示意图；

图4为本实用新型中照明系统的示意图；

图5为本实用新型中调焦系统的示意图；

其中，1-网膜物镜，2-大反射镜，3-中空反射镜，4-二次成像固定组，5-二次成像变倍组，6-二次成像补偿组，7-固视分光镜，8-光学探测器，9-固视灯板，10-红外光纤光源，11-第一聚光镜，12-裂线分光镜，13-第一中继镜组，14-小反射镜，15-黑点板，16-第二中继镜组，17-第二聚光镜，18-照明孔径光阑，19-分色镜，20-第三聚光镜组A，21-环形白光闪光LED灯，22-第三聚光镜组B，23-环形红外LED灯，24-裂线调焦镜，25-裂线狭缝光阑，26-双光楔裂像屏，27-准直透镜，28-红外LED灯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，本实施例的免散瞳眼底相机光学系统包括成像系统、照明系统和调焦系统组成。其中成像系统不仅包括成像光路，还集成了定位光路和固视光路；照明系统可实现白光和红外光双波段照明，采用环形光源避免角膜反射的杂散光，采用柯拉照明光路提高照明均匀性，采用黑点板削弱网膜物镜反射的杂散光；调焦系统采用裂线调焦方式，调焦准确性高，操作方便。

如图2所示，成像系统包括成像光路、固视光路和定位光路。其中，成像光路包括网膜物镜1、大反射镜2、中空反射镜3、二次成像固定组4、二次成像变倍组5、二次成像补偿组6、光学探测器(CCD)8。网膜物镜1是由两组双胶合透镜组成，经优化使人眼入瞳和成像光路的孔径光阑共轭，并对人眼眼底进行一次成像，在网膜物镜1后放置大反射镜2，大反射镜2与Y轴的夹角设为45°，将光轴折转90°，使光轴与Y轴平行，此时中空反射镜3为该成像光路孔径光阑的位置，中孔a的口径对应孔径光阑的口径；二次成像固定组4由一片凹透镜、一片凸透镜组成，二次成像变倍组5由一片平凸透镜和一片凹透镜组成，二次成像补偿组6是由一组双胶合透镜和一片凸透镜组成，上述二次成像组件很好的校正了网膜物镜1的一次成像所剩余的像差，最后将人眼眼底清晰成像在光学探测器(CCD)8上。其中通过移动二次成像变倍组5可对屈光度±20D范围内的人眼均可清晰成像。该光学探测器8可响应白光和红外光。

照明光线在眼底反射后，经过网膜物镜1第一次成像，再由大反射镜2将光线反射到中空反射镜3上，中空反射镜3与z轴的夹角为135-170°(本实施例中的中空反射镜3与z轴的夹角为150°)，中空反射镜3的孔为该成像光路的孔径光阑，与人眼的瞳孔共轭，将瞳孔发出的成像光束的最大口径限制在1.6mm，然后光线经二次成像固定组4、二次成像变倍组5、二次成像补偿组6再次成像到光学探测器8上，光学探测器8可响应光谱为400nm～1100nm，对白光、红外光均可成像。

如图2所示，固视光路包括固视分光镜7和固视灯板9。在成像光路的后焦距中插入一片固视分光镜7，固视分光镜7与z轴的夹角设为45°，将光轴折转90°与z轴平行，将固视灯板9放置在固视分光镜7的右侧，该位置与光学探测器8位置共轭，使固视灯板10发出的绿光经过固视分光镜8反射，进入成像光路入射到人眼中，给检查者提供注视标定点，使检查者的眼睛处于一个比较稳定的状态。

如图2所示，定位光路是在中空反射镜3中加入两个相对于光轴对称的红外光纤光源10，中空反射镜3位置和人眼瞳孔共轭，因此红外光纤光源10经过大反射镜2和网膜物镜1后呈准直光进入眼睛，由于眼睛的角膜反射率较高，因此该准直光经过反射后成像在角膜后方R/2处(R为角膜半径)，在人眼角膜上反射成虚像，该虚像进入成像光路最后成像在光学探测器8上，因此可通过确定该虚像点的位置精确调整本眼底相机光学系统的工作距离(可根据虚像点的位置和大小调整眼轴与眼底相机共轴和工作距离)。

该中空反射镜3的放大后如图3所示，a是中空反射镜的中孔，也是成像光路的孔径光阑，b为两个红外光纤光源10的固定点。

如图4所示，照明系统包括网膜物镜1、大反射镜2、中空反射镜3、第一聚光镜11、第一中继镜组13、小反射镜14、黑点板15、第二中继镜组16、第二聚光镜17、照明孔径光阑18、分色镜19、第三聚光镜组20、22(共两组，即第三聚光镜组A20和第三聚光镜组B22)、环形白光闪光LED灯21以及环形红外LED灯23。其中网膜物镜1、大反射镜2、中空反射镜3与成像系统共用。

其中小反射镜14与中空反射镜3相互平行设置，即小反射镜14与z轴的夹角为135-170°，本实施例中的小反射镜14与z轴的夹角为150°。分色镜19使白光透射、红外光反射，该分色镜19与光轴呈角度45°放置，并在左侧再放置第三聚光镜组B22以及环形红外LED灯23，保证白光和红外光同轴发出。环形白光闪光LED灯21发射出环形光束，经过第三聚光镜组A20、照明孔径光阑18、第二聚光镜17、第二中继镜组16、黑点板15，经小反射镜14反射使光轴折转，到达第一中继镜组13、第一聚光镜11以及中空反射镜3，其中中空反射镜3实现了照明光束和成像光束物理隔离的目的，随后经大反射镜2反射，通过网膜物镜1出射，到达人眼瞳孔上的环形光斑内直径为2.4mm，外直径为6mm。红外光束同理。整个照明系统的工作状态为：在红外光预览模式下，环形红外LED灯23点亮，环形白光LED灯21熄灭；拍照时环形红外LED灯23熄灭，环形白光LED灯21闪烁一次。

通过反向追迹网膜物镜1在照明光路中的杂散光，确定黑点板15的大小和位置，使其在光损耗较小的情况下削弱大部分杂散光。在黑点板15后放置分色镜19，该分色镜19可使白光透和红外光反射，提高光能量利用率。人眼在正常拍摄情况下瞳孔最大直径为6mm，利用本实施例照明光束经光路出射到人眼瞳孔的环形光斑内直径为2.4mm，外直径为6mm，可为绝大部分尺寸的瞳孔进行照明，并且内直径远大于瞳孔上成像光束的最大直径，可很好的避免照明光束在角膜上的反射光进入成像系统。在眼底相机定位调焦时，开启环形红外LED灯28进行预览，环形白光闪光LED灯21关闭；在眼底相机拍照时，闪烁环形白光闪光LED灯21一次，环形红外LED灯23关闭。

如图5所示，调焦系统包括网膜物镜1、大反射镜2、中空反射镜3、第一聚光镜11、裂线分光镜12、裂线调焦镜24、裂线狭缝光阑25、双光楔裂像屏26、准直透镜27以及红外LED灯28。调焦系统与照明系统共用网膜物镜1、大反射镜2、中空反射镜3以及第一聚光镜11。

其中裂线反射镜12和中空反射镜3相互平行设置，本实施例中的裂线分光镜12与z轴的夹角为150°，并仅对红外光进行分光，白光透射。其中双光楔裂像屏26与成像光路中光学探测器8的位置为共轭关系，并且裂线调焦镜24与成像变倍组(即二次成像变焦组5)联动，其效果体现在调焦系统中两条裂线对齐后，成像光路同步调焦完成，本实施例屈光度调节范围为±20D。

红外LED灯28经过准直透镜27发出平行光，经双光楔裂像屏26分裂成两束不同出射角度的光线，经裂线狭缝光阑25整形成一条长方形的光束，随后通过裂线调焦镜24、裂线分光镜12、第一聚光镜11，再经中空反射镜3、大反射镜2光轴折转，通过网膜物镜1出射进入眼底，由眼底反射回成像系统，在光学探测器(CCD)8上成一条线状的像。调焦系统中双光楔裂像屏26的位置与成像系统中探测器(CCD)9共轭，裂线调焦镜24和二次成像变倍组5联动，调动这两组元件时，线状像分裂成互相错位且模糊的两部分，当且仅当焦点在双光楔裂像屏26的交点上时，裂线清晰并重合。该调焦系统精度高，操作简单方便。

裂线调焦原理是在成像平面上放置裂线狭缝和裂像双光楔，光束通过裂像双光楔分裂成两束光线，将裂线狭缝投影在眼底，反射进入成像系统，此时当光焦点在双光楔交点前后时表现为两条分开、模糊的狭缝像，当光线点恰好在双光楔交点上时表现为完整、清晰的狭缝像，该方法操作简单、调焦精度较高。

本实施例的免散瞳眼底相机光学系统通过使用大反射镜2、中空反射镜3和裂线分光镜12，将成像系统、照明系统以及调焦系统集成于一体，布局合理，结构紧凑。

本实施例的免散瞳眼底相机光学系统的应用场景包括如下：

1)移动筛查场景：社区、体检中心、义诊筛查、城市基础公共卫生健康服务项目。

2)固定辅诊场景：社区医院、眼科门诊、内分泌门诊、视光诊所。

本实施例的免散瞳眼底相机光学系统的使用方法：患者将头放置在托架上，工作人员拖动手柄移动眼底相机，在红外预览模式下，通过定位光路调整眼睛与眼底相机的光轴共轴并确定工作距；转动调焦旋钮，将屏幕中的辅助调焦裂线对齐，这时可在红外预览模式下清楚观察到患者的视盘等信息，转换为白光LED灯，按下拍照键，记录患者眼底相片。

以上所述仅为本实用新型的优选例实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种免散瞳眼底相机光学系统，其特征在于，所述免散瞳眼底相机光学系统包括成像系统、照明系统、裂线调焦系统；

其中，所述成像系统包括成像光路以及集成在成像光路上的固视光路和定位光路，成像光路依次包括网膜物镜、大反射镜、中空反射镜、二次成像固定组、二次成像变倍组、二次成像补偿组和光学探测器；

所述照明系统可实现白光和红外光双波段照明，共用所述成像光路的网膜物镜、大反射镜、中空反射镜，还包括依次设置的第一聚光镜、第一中继镜组、小反射镜、第二中继镜组、第二聚光镜、照明孔径光阑、分色镜、白光LED灯和红外LED灯，分色镜保证白光和红外光同轴发出，白光LED灯和红外LED灯的前面均设置聚光镜；

所述调焦系统与照明系统共用网膜物镜、大反射镜、中空反射镜和第一聚光镜，还包括依次设置的裂线分光镜、裂线调焦镜、裂线狭缝光阑、双光楔裂像屏、准直透镜和红外LED灯；

所述中空反射镜、裂线分光镜和小反射镜相互平行设置。

2.如权利要求1所述的一种免散瞳眼底相机光学系统，其特征在于，所述大反射镜使所述成像光路的光轴与所述免散瞳眼底相机光学系统的Y轴平行；

所述中空反射镜为所述成像光路孔径光阑的位置，中空反射镜的中孔的口径对应孔径光阑的口径，中空反射镜与所述免散瞳眼底相机光学系统的z轴的夹角为135-170°。

3.如权利要求2所述的一种免散瞳眼底相机光学系统，其特征在于，所述固视光路包括固视分光镜和固视灯板，在成像光路的后焦距中设置固视分光镜，将所述成像光路的光轴折转90°与所述免散瞳眼底相机光学系统的z轴平行，所述固视灯板设置在固视分光镜的右侧，该位置与所述光学探测器位置共轭；

所述定位光路为在所述中空反射镜上增加的两个相对于所述成像光路的光轴对称的红外光纤光源，红外光纤光源经过大反射镜和网膜物镜后呈准直光进入眼睛。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的一种免散瞳眼底相机光学系统，其特征在于，所述照明系统的工作状态为：在红外光预览模式下，红外LED灯点亮，白光LED灯熄灭；拍照时红外LED灯熄灭，白光LED灯闪烁。

5.如权利要求4所述的一种免散瞳眼底相机光学系统，其特征在于，所述白光LED灯和红外LED灯分别为环形白光LED灯和环形红外LED灯；

所述小反射镜和第二中继镜组之间设置黑点板，通过反向追迹网膜物镜在照明系统的光路中的杂散光，确定黑点板的大小和位置，使其在光损耗较小的情况下削弱大部分杂散光。

6.如权利要求5所述的一种免散瞳眼底相机光学系统，其特征在于，所述分色镜使白光透射、红外光反射，分色镜与所述照明系统的光轴呈45°放置，并在左侧再放置所述红外LED灯，保证白光和红外光同轴发出。

7.如权利要求1-3中任意一项所述的一种免散瞳眼底相机光学系统，其特征在于，所述裂线分光镜仅对红外光进行分光，白光透射；所述双光楔裂像屏与所述光学探测器的位置为共轭关系，且所述裂线调焦镜与所述二次成像变倍组联动。

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