CN102657515B - 应用于视网膜成像***的对准光路装置 - Google Patents

应用于视网膜成像***的对准光路装置 Download PDF

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Abstract

应用于视网膜成像***的对准光路装置，属于医用光学仪器、生物识别领域，为解决现有技术中无法保证工作距离为设计值，使视网膜图片的边缘清晰度下降的问题，本发明装置，包括网膜物镜固定组、网膜物镜变焦组、切换镜组、中空反射镜、第一中继镜、第一反光板、第二中继镜和近红外光探测器；所述网膜物镜固定组和网膜物镜变焦组之间设置切换镜组，虹膜发出的光信号依次网膜物镜固定组、网膜物镜变焦组、切换镜组、中空反射镜、第一中继镜、第一反光板和第二中继镜被近红外光探测器接收；切换镜组包括切换镜前组、双光楔和切换镜后组；双光楔为并列放置的倾斜方向相反的两个光楔的组合，此对准方法具有很高的调整精度，可广泛应用于视网膜成像***。

Description

应用于视网膜成像***的对准光路装置
技术领域
本发明涉及应用于视网膜成像***的对准光路装置，属于医用光学仪器、生物识别领域。
背景技术
视网膜成像技术逐渐被广泛应用在医疗和生物身份识别等领域。医学上，对视网膜病变进行及时探测、跟踪，可以对多种疾病起到有效的诊断、预警作用。在生物识别领域，视网膜具有远多于指纹、掌纹等的生物特征，可以大大提高识别精度；而且视网膜深入眼底，不容易被外界获取，具有非常高的保密性。
视网膜成像仪包含成像光路、照明光路和定位光路三个必要的组成部分，其中成像光路和定位光路需要设计成变焦结构，并协同运行，用以实现不同屈光度人眼视网膜的清晰成像。与常规的成像仪器相比，视网膜成像光学***在设计的时候需要将人眼光学***作为这个光路的一部分进行优化设计，因此，视网膜成像***在进行视网膜拍摄之前，首先要保证视网膜成像光学***和人眼光学***实现光瞳衔接。实现光瞳衔接有两个要求，一是成像光学***的入瞳和人眼的瞳孔共轴，一是使成像***的工作距离（即成像光学***的入瞳和人眼瞳孔的间距）为设计值。
专利US7025459是一款便携式视网膜拍摄相机。该相机的前端添加了四个光电二极管，用于探测虹膜所散射的照明光束。当照明光束完全入射人眼的时候，没有光线被虹膜散射，光电二极管的示数为0，此时人眼的瞳孔和光学***的入瞳同轴，但工作距离与设计值会有一定的偏差，该偏差的存在会使所拍摄视网膜图片的边缘清晰度下降，且***使用时为保证光电二极管能够正常工作，一般要求暗室环境。
专利US7219996是一款台式医用视网膜拍摄相机，该相机在网膜物镜后利用分光板分出一路光，用单独的CCD探测虹膜的像，调整相机使虹膜的像清晰且位于视场中央。此方法可以保证成像光学***的入瞳和人眼的瞳孔共轴，但由于光学***都由一定的景深，虹膜成像清晰时仍无法严格保证工作距离为设计值，也会使所拍摄视网膜图片的边缘清晰度下降。而且该方案多用一个CCD相机,大大增加了成本、体积。
现有技术所描述的视网膜拍摄相机中没有使用对准光路装置。操作时是通过观测调焦定位光路中的目标靶是否清晰来判断光瞳衔接是否完成。该方法操作复杂、误差大，且不利于实现自动化。
发明内容
为了解决现有视网膜成像***中无法保证工作距离为设计值，使视网膜图片的边缘清晰度下降的问题，本发明提供应用于视网膜成像***的对准光路装置。
本发明提供的应用于视网膜成像***的对准光路装置，包括网膜物镜固定组、网膜物镜变焦组、切换镜组、中空反射镜、第一中继镜、第一反光板、第二中继镜和近红外光探测器；所述网膜物镜固定组、网膜物镜变焦组、切换镜组、中空反射镜、第一中继镜和第一反光板共轴放置；所述网膜物镜固定组和网膜物镜变焦组之间设置切换镜组；虹膜发出的光依次通过网膜物镜固定组、切换镜组、网膜物镜变焦组、中空反射镜、第一中继镜和第一反光板，光通过第一反光板被折反90°后入射到第二中继镜，光通过第二中继镜后被近红外光探测器接收；所述切换镜组包括切换镜前组、双光楔和切换镜后组，且三者共轴放置，所述双光楔为并列放置的倾斜方向相反的两个光楔的组合。
本发明的有益效果：本发明所述应用于视网膜成像***的对准光路装置为共轴光学***，其前端具有焦距可变的网膜物镜，该网膜物镜由网膜物镜固定组和网膜物镜变焦组组成，网膜物镜固定组和网膜物镜变焦组的间距较大，可***切换镜组。切换镜组由切换镜前组、双光楔组和切换镜后组组成，切换镜组切入光路以后，使原本与视网膜互为共轭面的探测器变成与虹膜平面共轭；同时，由于双光楔的倾斜面作用，虹膜视场被分割成两部分，分别向两个方向偏移，只有当工作距离为设计值的时候，两部分虹膜视场才完成拼接。此对准方法具有很高的调整精度，且操作方面，调节目标明确，为视网膜成像***的全自动运行提供了判断目标。
附图说明
图1为本发明应用于视网膜成像***的对准光路装置的结构图；
图2为本发明对准光路装置的双光楔结构图；
图3为本发明对准光路装置的工作原理图；
图4为本发明对准光路装置的设计光路图。
具体实施方式
如图1所示，应用于视网膜成像仪的对准光路装置包括网膜物镜固定组1-1、网膜物镜变焦组1-2、切换镜组2、中空反射镜3、第一中继镜4、第一反光板5、第二中继镜6和近红外光探测器7。网膜物镜固定组1-1、网膜物镜变焦组1-2、切换镜组2、中空反射镜3、第一中继镜4和第一反光板5共轴放置。网膜物镜固定组1-1和网膜物镜变焦组1-2之间设置切换镜组2。虹膜发出的光依次通过网膜物镜固定组1-1、切换镜组2、网膜物镜变焦组1-2、中空反射镜3、第一中继镜4和第一反光板5，光通过第一反光板5被折反90°后入射到第二中继镜6，光通过第二中继镜6后被近红外光探测器7接收；切换镜组2包括切换镜前组2-1、双光楔2-2和切换镜后组2-3，且三者共轴放置。
如图2所示，双光楔是并列放置的倾斜方向相反的两个光楔的组合。由于双光楔的倾斜面作用，虹膜视场被分割成两部分，分别向两个方向偏移，只有当工作距离为设计值的时候，两部分虹膜视场才完整拼接；工作距离调整完成以后，调整上下左右相机的位置，当拼接完整的虹膜刚好位于视场中央的时候，成像仪和人眼共轴；此时完成人眼光学***和成像仪光学***的光瞳衔接。
在整个成像过程中，中空反射镜3的通光孔为整个光路的光阑，以此光阑为物面反向追迹光线，该光阑被其前面的网膜物镜变焦组1-2、切换镜后组2-3和双光楔2-2投射到双光楔2-2和切换镜前组2-1之间，形成虚光阑。由于受到双光楔倾斜面的影响，光路向上下两方向发生偏折，形成位于光轴上方的上虚光阑8-1和位于光轴下方的下虚光阑8-2；同时据前所述，双光楔的后平面为虹膜的一次成像像面，双光楔将该一次成像像面分割成两部分，分别对应上虚光阑8-1和下虚光阑8-2。
如图3所示，虹膜一次成像像面9出来的成像光束经上虚光阑8-1和下虚光阑8-2，成像光束被分割成两部分，分别为上成像光束12和下成像光束13，上成像光束12和下成像光束13经对准光路后分别会聚在探测器平面11上的上会聚点14和下会聚点15。虹膜经对准光路后在虹膜二次成像像面10上成像。
如图3（a）所示，当工作距离等于设计距离的时候，上成像光束12和下成像光束13经对准光路后分别在探测器平面11上的上会聚点14和下会聚点15重合，由双光楔造成的两半幅虹膜图片完整拼接；如图3（b）所示，当工作距离比设计距离短的时候，上成像光束12在探测器平面11上的上会聚点14在光轴以上，下成像光束13在探测器平面11上的下会聚点15在光轴以下，即光阑8-1对应的半幅图片上移，光阑8-2对应的半幅图片下移；如图3（c）所示，当工作距离比设计距离长的时候，成像光束12在探测器平面11上的会聚点14在光轴以下，成像光束13在探测器上的会聚点15在光轴以上，即光阑8-1对应的半幅图片下移，光阑8-2对应的半幅图片上移。因此只有当满足图3（a）所示状态时，工作距离调整完成。工作距离调整完成以后，虹膜在探测器上清晰成像，上下左右调整相机位置，使虹膜成像在探测器视场的中央，此时完成了成像光学***和人眼光学***的光瞳衔接。
如图4所示，本发明所述对准光路装置的设计光路图，图中虹膜的二次成像像面10位于第一中继镜4之后，虹膜平面16经过各个镜组最后成像在虹膜的二次成像像面10上。对准光路装置中的切换镜组包含三部分镜组：切换镜前组2-1、双光楔2-2和切换镜后组2-3，三部分镜组表面具有不同的光学参数。
对准光路装置的切换镜组三部分镜组设计参数如下：
为了矫正色差，切换镜前组采用双胶合镜片，其两片镜片分别为2-1-1和2-1-2；工作距离的定位精度与光楔倾角的大小有关，倾角越大，定位精度越高；但倾角太大会增大***的离轴量，使虹膜所成像的畸变增大。综合考虑以上因素，设计光楔倾角为10度，工作距离定位精度可达±0.05mm，同时保证采集图片的畸变量小于5%。

Claims (1)

1.应用于视网膜成像***的对准光路装置，包括网膜物镜固定组（1-1）、中空反射镜（3）、第一中继镜（4）、第一反光板（5）、第二中继镜（6）和近红外光探测器（7），其特征在于，该装置还包括网膜物镜变焦组（1-2）、切换镜组（2）；所述网膜物镜固定组（1-1）、网膜物镜变焦组（1-2）、切换镜组（2）、中空反射镜（3）、第一中继镜（4）和第一反光板（5）共轴放置；所述网膜物镜固定组（1-1）和网膜物镜变焦组（1-2）之间设置切换镜组（2）；虹膜发出的光依次通过网膜物镜固定组（1-1）、切换镜组（2）、网膜物镜变焦组（1-2）、中空反射镜（3）、第一中继镜（4）和第一反光板（5），光通过第一反光板（5）被折反90°后入射到第二中继镜（6），光通过第二中继镜（6）后被近红外光探测器（7）接收；所述切换镜组（2）包括切换镜前组（2-1）、双光楔（2-2）和切换镜后组（2-3），且三者共轴放置，所述双光楔（2-2）为并列放置的倾斜方向相反的两个光楔的组合。 
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