CN104287692A - 一种眼底照相装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种眼底照相装置，用于医学上对人眼眼底病理检查，通过光学成像方法获得人眼眼底图像，以判断眼底病理和病灶。

Description

一种眼底照相装置

技术领域

本发明涉及一种眼底照相装置，属于医疗器械领域，用于拍摄人眼眼底图像，起到眼底病检查以及辅助其他器官病情判断的功能。

背景技术

眼底照相设备是医疗影像领域重要的、不可或缺的光学检测设备之一。采用眼底照相设备，可以检查眼底的视神经、视网膜、脉络膜及屈光介质等眼底状况，通过眼底症状还可以协助对其他器官疾病进行诊断和病情判断。人眼本身即是一个有线口径非理想光学***，人眼的瞳孔口径直接限制了眼底照相设备的最大分辨率，离焦等像差又会进一步降低眼底照相设备的光学性能。

相对于有限瞳孔口径的对最大分辨率的限制，克服人眼离焦对眼底照相设备分辨率的影响更为迫切，人们提出一些在眼底照相机中校正离焦的方法和装置。论文“可诱导人眼自动调焦的眼底相机光学***设计”(光学学报2014年4月第34卷、第4期，0422001.1-0422001.7)公布了一种采用轴锥镜组产生环形光照明的可诱导人眼自动调焦的眼底相机光学***，通过设置视标，诱导人眼自动调焦，实现人眼初级像差的初步校正。

名为“一种手持式眼底照相机”的中国发明专利(申请号：201410108059)公布了一种手动调节成像器件位置达到调焦功能的眼底照相机。

名为“一种自动对焦补偿装置”的中国发明专利(申请号：201320057059.5)公开了一种基于图像清晰度的反馈式自动调焦装置。

名为“一种可视度调节的自适应光学眼底照相机”(申请号：201310207225.X)的中国发明专利，公布了一种基于自适应光学技术校正人眼和光学***像差的装置。

名为“眼底摄像方法和眼底摄像设备”(中国申请号201110430451.5)提出了一种通过校正单元校正光学***像差，提高眼底照相机分辨率的装置。

论文“免散瞳眼底照相机的精密调焦”提出了一种称为双光楔裂像调焦的方法(光学精密工程，Vol.17No.52009 1014-1019)。

传统的眼底照相装置校正离焦的思路是在光路中增加离焦补偿元件，相应的增加反馈控制组件，包括自动反馈控制或者手动控制调焦机构，这大大增加了包括眼底照相装置的复杂度。名为“一种变曲率式液体透镜便携眼底照相机”(申请号：201310728493.6)的中国发明专利，公布了一种变曲率式液体透镜的便携式眼底照相机，主要目的是采用液体变曲率透镜代替传统的机械调焦结构，起到简化***结构的目的，但是依然无法免除调焦组件和反馈***。现有眼底照相装置几乎都面临体积较大、***结构复杂的缺点。

本发明提出了一种眼底照相装置，在眼底成像光学***中增加一个微透镜阵列，利用二维感光元件记录光线的强度和传输方向等信息，采用信号处理单元将二维感光元件记录的数据进行数字重聚焦实现数字对焦功能，可以采用动态光场再参量化技术实现玻璃体混浊情况下的高清眼底成像，还可以通过三维重构技术获得眼底三维显微结构，实现眼底高解析度低畸变成像等多项功能。本发明提出了一种眼底照相装置具有体积小，携带方便，性能稳定等优点。

发明内容

一种眼底照相装置，用于对眼底进行拍照或摄影，包括：

眼底照明光源，用于对眼底进行照明；

图像传感器，为CCD、CMOS或一维传感阵列组成的二维光电传感器件，用于将光学信号转换成数字信号；

摄影光学组件，可以是一段空间距离，也可以由一组透镜、反射镜、分光器件、偏振器件等光学元件组成，其中透镜是单透镜或者是胶合透镜，用于使眼底反射的回光聚焦到图像传感器上；

信号处理单元，为CPU、FPGA或DSP等大规模数字逻辑集成电路，与眼底照明光源和图像传感器相连，完成信号采集、图像处理、***控制等功能；

控制组件，为与信号处理单元相连的机械按键、触控屏幕、能够识别生物电波的输入器件、或可以识别肢体动作的体感输入等设备，实现对所述眼底照相设备的控制；

电源组件，为所述的眼底照相机提供电力能源；

所述的眼底照相设备还包括至少一个显示模块，或至少一个数据存储单元，或者至少一个数据传输接口；

所述的存储单元，为机械硬盘、固态硬盘、SD或T-Flash等存储卡，也可以是基于网络的云存储等设备；

所述的数据传输接口，为USB、CameraLink等有线数据接口，也可以是Wifi、Zigbee、蓝牙等无线数据接口，用以实现所述的眼底照相设备与其他设备的连接，达到数据传输或者对所述的眼底照相设备的控制功能；

所述的眼底照相设备，其光信号、电信号传输和转换流向表述如下，所述的照明光源发出的光束首先进入眼底，对眼底进行照明，被眼底反射回的光束经过摄影光学组件变换，入射到图像传感器上，由图像传感器将光信号转化为电信号，输入信号处理单元，由信号处理单元将处理后的图像信息发送到显示模块、数据存储单元或者数据传输接口；

所述的眼底照相设备，其特征在于，

所述的摄影光学组件包含至少一个微透镜阵列，当所述的摄影光学组件为空间距离，所述的微透镜阵列位于人眼和二维感光元件之间，当所述的摄影光学组件为一组光学元件时，所述的微透镜阵列位于人眼和摄影光学组件之间，或摄影光学组件中光学元件之间或者雕刻于光学元件表面，或者位于摄影光学组件和二维感光元件之间。

所述的眼底照相设备还包含固视光源，所述的固视光源发出波长在400nm-800nm之间的窄波段单色或宽波段可见光束，光束经过分光器件进入人眼瞳孔，用于稳定人眼观察方向。

所述的眼底照相设备还包含一个壳体，所述的眼底照明光源、图像传感器、摄影光学组件、信号处理单元、控制组件、电源组件、数据传输接口位于壳体内；数据存储单元、显示模块装嵌于所述的壳体内，也可以是外接设备；所述的壳体，可以是独立的，也可以是几个独立壳体模块的组合。

所述的电源组件为接入电网的电源适配器，或者是电池。

附图说明

图1是本发明眼底照相装置的结构示意图

图2带有无线传输接口的眼底照相装置示意图

图3带有内固视的便携式眼底照相装置示意图

图4带有手动调焦的便携式眼底照相装置示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例经行详细阐述，使本发明的优点和特征能更易被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更清楚明确的界定。

具体实施方式1

请参阅图1，一种便携式眼底照相装置，由眼底照明光源(1)、照明光源起偏器(2)、接目透镜(3)、回光检偏器(4)、摄影透镜群组(5)、微透镜阵列(6)、二维感光元件(7)、信号处理单元(8)、显示组件(9)、电源(10)、控制按键(11)及相应的主体外壳(12-1和12-2)组成。

其中接目透镜(3)和摄影透镜群组(5)组成摄影光学组件，本实施实例中还引入了照明光源起偏器(2)和回光检偏器(4)，起到消除杂光和鬼像的作用。本发明实施实例中，微透镜阵列(6)位于摄影透镜群组(5)和二维感光元件(7)之间，准确的位置是位于摄影透镜群组(5)的像方平面内，二维感光元件(7)位于微透镜阵列(6)的焦平面上。

眼底照明光源(1)发出的光束，经过照明光源起偏器(2)后成为线偏振光束，线偏振光束被接目透镜(3)聚焦到待检测人眼的瞳孔，穿过人眼瞳孔和视网膜之间的组织，均匀照明眼底；其中所述的眼底照明光源(1)包含一个红外波段的LED和可见光LED。近红外LED其典型波长在850nm附近，白光LED发光波长是从400nm到750nm的连续波段的光波。

所述的眼底照明光源(1)位于光轴偏上方，并且与摄影透镜群组(5)和接目透镜(3)的光轴有一定角度，斜入射接目透镜(3)。所述的接目透镜(3)的两个光学表面为凸面。被视网膜反射出的回光，依次透过接目透镜(3)、回光检偏器(4)、摄影透镜模组(5)在二维感光元件(7)上汇聚；本实施实例中，所述的二维感光元件(7)为一个CMOS图像传感芯片。所述的信号处理单元(8)与所述的二维感光元件(7)、微透镜阵列(6)、显示组件(9)、眼底照明光源(1)和电源(10)相连。所述的调焦组件与二维感光元件相连，可以使二维感光元件，沿着摄影透镜群组的光轴前后移动。

本发明实施实例中，主体外壳(12)由两个部分组成(主体外壳12-1和主体外壳12-2)。主体外壳的第一部分(12-1)和主体外壳的第二部分(12-2)通过卡口连接。该卡口起到机械上固定的功能，还带有电路和通信接口，用来为眼底照明光源(1)供电，并实现眼底照明光源(1)的控制功能。眼底照明光源(1)、照明光源起偏器(2)、接目透镜(3)、回光检偏器(4)、摄影透镜群组(5)和微透镜阵列(6)位于主体外壳的第一部分(12-1)中。二维感光元件(7)、信号处理单元(8)、显示组件(9)、电源(10)和控制按键(11)位于主体外壳的第二部分(12-2)中。

控制组件(11)与信号处理单元(8)连接，负责拍照、设置***参数、以及调节***状态。用户可以通过按钮对***多种参数做设置，比如照明光源能量的强弱、视频与照片模式、浏览图片模式、照明模式、时间设置、日期设置。本实施实例的电源为一锂电池，其功能是负责为整个电路***提供电源支持，包括LED照明，液晶显示供电等，同时负责为电池充电的功能。可以使用USB2.0数据接口连接到电脑或220V-5V电源适配器进行充电。电源模块在电池充满后自动停充，保护电源设备。本发明可以将拍摄眼底的图片实时显示到液晶显示器上，同时能将拍摄的图片保存在SD存储卡内。还可以通过USB数据线与电脑直接连接。通过读取SD卡的内容，可以保存并打印所拍摄的图片。

数字重聚焦实现数字对焦功能时信号处理单元需要巨大的计算能力，实施实例1中，信号处理单元(8)由FPGA和ARM芯片组成，其中FPGA芯片用以实现数字重聚焦，ARM芯片作为主控芯片。

具体实施例2

具体实施实例2是在实例1的基础上使用无线数据传输接口-Wifi接口，实现眼底照相机与图形工作站(13)之间的数据互联。由图形工作站(13)完成大规模图像数据存储，以及数字重聚焦算法、动态光场再参量化算法和三维图像重构等算法的实现。图形工作站(13)还配有大尺寸显示器(14)，有利于观察图像细节。

具体实施实例3

实施实例3是在实施实例1的光学***中增加固视光源的眼底照相机，其中固视灯(15)为可见光二极管激光器，发出的光束经过分束器(14)进入人眼中，起到固定人眼观测方向的作用。

具体实施实例4

实施实例4公开了一种在具体实施实例1形式的基础上，带有机械调焦结构的眼底照相机。在具体实施实例4中图像传感器与调焦结构相连，其中调焦结构包含一个凸轮曲线筒，凸轮曲线筒上还配置有伞型齿轮、传动机构和调焦旋钮。图像传感器集成在调焦结构的凸轮曲线筒上，以保证调焦结构对图像传感器的调节。壳体由两部分组成，外壳的第二部分(12-2)后端有显示模组，由显示片与显示屏幕组成，其下端是手柄，手柄内部放置了电源控制板、锂电池、调焦旋钮。调焦旋钮上也配置了伞型齿轮，与凸轮曲线筒的伞型齿轮相匹配。

需要说明的是，本发明的较佳方案公布如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被用于本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可以很容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所描述的图例。

Claims (9)

1.一种眼底照相装置，用于对眼底进行拍照或摄影，包括：

眼底照明光源，用于对眼底进行照明；

图像传感器，用于将光学信号转换成数字信号；

摄影光学组件，由一组光学元件或者空间距离构成，用于使眼底反射的回光聚焦到图像传感器上；

信号处理单元，与眼底照明光源和图像传感器相连；

控制组件，与信号处理单元相连，实现对所述眼底照相装置的控制；

电源组件，为所述的眼底照相机提供电力能源；

所述的眼底照相装置还包括至少一个显示模块，或至少一个数据存储单元，或者至少一个数据传输接口；

所述的眼底照相装置，其光信号、电信号传输和转换流向表述如下，所述的照明光源发出的光束首先进入眼底，对眼底进行照明，被眼底反射回的光束经过摄影光学组件变换，入射到图像传感器上，由图像传感器将光信号转化为电信号，输入信号处理单元，由信号处理单元将处理后的图像信息发送到显示模块、数据存储单元或者数据传输接口；

所述的眼底照相装置，其特征在于，

所述的摄影光学组件包含至少一个微透镜阵列，当所述的摄影光学组件为空间距离，所述的微透镜阵列位于人眼和二维感光元件之间，当所述的摄影光学组件为一组光学元件时，所述的微透镜阵列位于人眼和摄影光学组件之间，或摄影光学组件中光学元件之间或者雕刻于光学元件表面，或者位于摄影光学组件和二维感光元件之间。

2.根据权利要求1所述的眼底照相装置，其特征在于，所述的眼底照相装置还包含固视光源，所述的固视光源发出波长在400nm-800nm之间的窄波段单色或宽波段可见光束，光束经过分光器件进入人眼瞳孔，用于稳定人眼观察方向。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的眼底照相装置，其特征在于，所述的眼底照明光源、图像传感器、摄影光学组件、信号处理单元、控制组件、电源组件、数据传输接口位于一壳体内；

数据存储单元、显示模块装嵌于所述的壳体内，也可以是外接装置；

所述的壳体，可以是独立的，也可以是几个独立壳体模块的组合。

4.根据权利要求1所述的眼底照相装置，其特征在于，

所述的图像传感器为CCD、CMOS或一维传感阵列组成的二维光电传感器件；

所述的摄影光学组件，可以是一段空间距离，也可以由一组透镜、反射镜、分光器件、偏振器件等光学元件组成，其中透镜是单透镜或者是胶合透镜；

所述的信号处理单元，为CPU、FPGA或DSP等大规模数字逻辑集成电路。

5.根据权利要求1所述的眼底照相装置，其特征在于所述的控制组件，为与信号处理单元相连的机械按键、触控屏幕、能够识别生物电波的输入器件、或可以识别肢体动作的体感输入等装置；

所述的触控屏幕与权力要求1所述的显示模块可以为同一个装置。

6.根据权利要求1所述的眼底照相装置，其特征在于所述的存储单元，为机械硬盘、固态硬盘、SD或T-Flash等存储卡，也可以是基于网络的云存储等装置。

7.据权利要求1所述的眼底照相装置，其特征在于所述的数据传输接口，为USB、CameraLink等有线数据接口，也可以是Wifi、Zigbee、蓝牙等无线数据接口，用以实现所述的眼底照相装置与其他装置的连接，达到数据传输或者对所述的眼底照相装置的控制功能。

8.根据权利要求1所述的眼底照相装置，其特征在于，所述的电源组件为接入电网的电源适配器，或者是电池。

9.根据权利要求1所述的眼底照相装置，其特征在于，所述的所述的眼底照相装置还可以包含调焦结构，调焦结构可以驱动摄影光学组件中的一个或者一组光学元件，或驱动图像传感器。