CN111110183A - 一种双眼光学相干自动对焦成像装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能同时调节对焦双眼的光学相干自动对焦成像装置及工作方法，首先由瞳孔照明支路发出照明光，进入瞳孔反射后，由图像传感器接受并判定瞳孔位置；然后控制机构调节两个瞳孔反射镜的位置，使得两个瞳孔支路各自正对同侧瞳孔。激光器发出激光，部分激光射入瞳孔，扫描眼内不同结构的位置信息，并被反射后，携带位置信息，至接受面板；部分激光由参考平面反射后，也入射接受面板；同时参考平面前后移动，直至参考光与信息光发生干涉，确定信息光对应的眼内结构位置。扫描过程中，重复多次执行瞳孔定位操作。通过实时追踪两侧瞳孔位置，保持对焦，简化了眼部OCT操作的步骤，节约了病人眼部扫描操作的时间，提高了病人就诊的舒适度。

Description

一种双眼光学相干自动对焦成像装置及工作方法

技术领域

本发明涉及眼部OCT扫描成像领域，尤其涉及一种双眼光学相干自动对焦成像装置及工作方法。

背景技术

光学相干断层扫描技术(Optical Coherence Tomography,OCT)是近十年迅速发展起来的一种成像技术，它利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图像。

因为人眼瞳孔内的血管是体外可见的，故眼科OCT检查是临床和体检中十分常见的检查项目。具体为：利用仪器，通过光反射的原理，来检查出眼睛内部的状况，比如说血液的循环，血液的病变，还有神经***的病变等等。在眼科检查中，眼科OCT检查除了可以检查黄斑病变和视神经病变以外，还可以反映眼睛的周边视力，以及眼底的血液循环状态等等。其主要原理是通过连续相干性红外光光波来对眼睛瞳孔内部进行扫描，根据瞳孔内每一层的反射光所携带的位置信息来绘制出眼球内的情况。

在目前技术中，医院所用的OCT设备，都是对单眼进行检测的，即每次都首先对准病人的一只眼睛，调节并对焦，对眼底扫描完毕后，再移动对准另一只眼睛，并再次调节对焦，再次进行眼底扫描工作。

而因为调节对焦需要的时间较长，故病人很难全程控制自己的双眼不转动，始终保持在同一个瞳孔位置。若病人在对焦时和在扫描时，瞳孔位置发生改变，所获得的扫描图像就会失去足够的清晰度，丢失临床分析作用。

故而对于眼科检查来说，一次眼部检查就需要两次调节对焦所述OCT设备，就很浪费时间，并且长时间要求病人保持眼球不转动，也使得病人的舒适感降低。

因此，现有技术还有待于进一步改进和提高。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是，提供一种能同时调节对焦双眼的光学相干自动对焦成像装置及工作方法，以减少眼部OCT检查所需要的时间，提供病人的舒适度。

为实现上述目的，本发明首先提供了一种双眼光学相干自动对焦成像装置，包括对眼光路，所述对眼光路包括主光路和多个通过设置于所述主光路中、以45度角放置的分束镜而与所述主光路垂直光连接的支路光路；所述支路光路包括提供用于照亮瞳孔的照明光的瞳孔照明支路、提供激光光源的激光支路、垂直光连接至一接受面板的接受支路、和经过两个瞳孔反射镜反射后，正对左右瞳孔的两个瞳孔支路；所述主光路上连接有用于跟踪并定位两个瞳孔的定位结构，包括图像传感器，所述图像传感器接受从眼球反射回来的照明光，识别并反馈两个瞳孔位置至一控制机构，所述控制机构用于调节两个瞳孔反射镜之间的距离，使得两个所述瞳孔支路各自正对一个瞳孔；还包括激光扫描结构，包括激光器，发出激光，沿所述对眼光路分别进入两个瞳孔，由眼部不同层面反射后，返回所述对眼光路，发送至一接受面板；平行并正对所述接受面板，设置有全反射的参考平面，所述参考平面与所述接受面板通过一接受分束镜相互光连接，所述参考平面与所述接受面板的距离可调节。

优选地，所述瞳孔反射镜分别安装于一滑块上，每个滑块连接一直线电机的活塞，每个直线电机由所述控制机构分别控制，根据所述瞳孔位置伸缩所述活塞。

优选地，所述瞳孔照明支路包括单色照明光源，通过照明透镜组以平行光射入照明分束镜后，进入所述对眼光路。

优选地，所述主光路上还连接有用于投射视标至瞳孔的视标支路，所述视标支路包括视标光源，发出可见光，通过视标聚光镜后照射于视标图像上，携带视标信息的光线经过视标分束镜反射后，进入所述主光路。

优选地，所述视标图像与所述视标分束镜之间，还设置有视标投射镜，所述视标投射镜可调节视标的大小，并将视标投射于所述视标分束镜上。

优选地，每个所述瞳孔支路上设置有一个光阀开关，用于切断或连通经过所述瞳孔支路的光线。

优选地，所述参考平面装载于一滑车上，所述滑车接受所述控制机构驱动而调节与所述接受面板的距离。

优选地，所述照明光为红外光。

优选地，所述激光为红外激光。

本发明还公开了所述的双眼光学相干自动对焦成像装置的工作方法，病人移动至双眼正对所述双眼光学相干自动对焦成像装置后，由所述控制机构控制，依次执行步骤：

A.所述瞳孔照明支路工作，照明光从眼球反射后，通过所述对眼光路入射至所述图像传感器，所述图像传感器识别并发送所述瞳孔位置至所述控制机构；

B.调节两个瞳孔反射镜的具***置，使得两个瞳孔支路各自正对同侧的瞳孔；

C.关闭所述照明光，所述激光器发出激光，部分激光进入瞳孔，由眼部不同层面反射后，携带眼球内部组织的位置信息，构成信息光，返回所述对眼光路，入射所述接受面板；部分激光射入所述参考平面，由所述参考平面反射，构成参考光，入射所述接受面板；

D.沿垂直方向前后平移所述参考平面，至所述信息光与所述参考光发生光干涉；

E.记录所述接受面板与所述参考平面之间的距离；

所述步骤A至步骤C重复多次。

技术效果

本发明公开了一种能同时调节对焦双眼的光学相干自动对焦成像装置及工作方法，首先由瞳孔照明支路发出照明光，进入瞳孔反射后，由定位结构的图像传感器接受并判定瞳孔位置；然后控制机构调节两个瞳孔反射镜的位置，使得两个瞳孔支路各自正对同侧瞳孔。然后激光器发出激光，部分激光经过对眼光路射入瞳孔，扫描眼部不同结构的位置信息，被反射后，携带位置信息，至接受面板；部分激光则射入所述参考平面，由所述参考平面反射后，也入射所述接受面板；同时所述参考平面在控制机构调节下，前后移动，直至参考光与信息光发生干涉，确定信息光对应的眼内结构位置。并且在扫描过程中，重复多次执行瞳孔定位操作，实时定位瞳孔位置。本发明通过同时对两侧瞳孔对焦，并实时追踪瞳孔位置，保持对焦状态，简化了眼部OCT操作的步骤，节约了病人眼部扫描操作的时间，提高了病人就诊的舒适度。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的双眼光学相干自动对焦成像装置的工作光路图。

图2是本发明的一个较佳实施例的双眼光学相干自动对焦成像装置的工作流程图。

图中，10.左瞳孔支路、11.左光阀开关、12.瞳孔分束镜、13.左瞳反射镜、15.左眼球、20.右瞳孔支路、21.右光阀开关、22.末端反射镜、23.右瞳反射镜、25.右眼球、30.瞳孔照明支路、31.传感器透镜组、32.照明分束镜、33.图像传感器、35.单色照明光源、36.照明透镜组、40.视标支路、41.视标聚光镜、42.视标分束镜、43.视标投射镜、44.视标图像、45.视标光源、50.激光源支路、51.激光器、52.激光分束镜、60.接受支路、61.参考平面、62.接受分束镜、65.接受面板、70.主光路。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本发明提供了一种双眼光学相干自动对焦成像装置，其光路图如图1所示，包括对眼光路，所述对眼光路包括主光路70和多个支路光路，所述支路光路通过设置于所述主光路中的各个分束镜，与所述主光路70垂直光连接，因此，各个所述分束镜都是以45度角方向放置于所述主光路70中，当光线以45度角照射至所述分束镜上时，部分光线保持原来方向通过所述分束镜，另外部分光线则被所述分束镜反射，而与原始入射方向呈90度角，离开所述分束镜。

如图1所示，所述主光路70上，光连接有多个支路光路，包括提供用于照亮瞳孔的照明光的瞳孔照明支路30、提供激光光源的激光支路50、垂直光连接至一接受面板65的接受支路60、和经过两个瞳孔反射镜反射后，分别正对左右瞳孔的两个瞳孔支路，分别对应为左瞳孔支路10和右瞳孔支路20。相应地，所述瞳孔反射镜即为左瞳孔反射镜13和右瞳孔反射镜23。

其中，所述瞳孔照明支路30优选为使用一单色照明光源35发出照明光，所述照明光通过照明透镜组36后，形成平行光，再由照明分束镜32反射后，改变角度，进入垂直方向的所述主光路，向下发射。

经过一系列的分束镜后，到达瞳孔分束镜12，部分照明光被所述瞳孔分束镜12垂直转向左侧，经过L1距离后，照射至左瞳反射镜13，被所述左瞳反射镜13反射，照亮左眼球15。而左眼球15的反射光则原路返回所述主光路70，逆行照射至所述照明分束镜32，部分反射光保持方向穿过所述照明分束镜32后，由传感器透镜组31聚焦，并在一图像传感器33上成像左眼球，在左眼球成像中可以读取左侧瞳孔的位置。

到达瞳孔分束镜12的另外部分照明光则保持原方向穿过所述瞳孔分束镜12后，被末端反射镜22改变方向至右瞳反射镜23再次变向后，照亮右眼球25。同样的，右眼球25的反射光也原路返回所述主光路70，逆行照射至所述照明分束镜32，部分反射光也保持方向穿过所述照明分束镜32后，也被所述传感器透镜组31聚焦，成像右眼球于所述图像传感器33中，在右眼球成像中也可以读取右侧瞳孔的位置

因此，通过在所述主光路70上接入所述瞳孔照明支路30，以及接入包括所述传感器透镜组31和所述图像传感器33的定位结构，实现了对左右瞳孔的实时定位。并且，所述图像传感器33还实时反馈两个瞳孔位置至一控制机构，所述控制机构根据所述瞳孔位置、调节两个瞳孔反射镜的位置，即图1中的L1和L2，使得两个所述瞳孔支路各自正对一个瞳孔，方便后续的激光扫描工作。

具体地，在一个实施例中，例如，所述瞳孔反射镜分别安装于一滑块上，每个滑块连接一直线电机的活塞，每个直线电机由所述控制机构分别控制，根据所述瞳孔位置伸缩所述活塞，从而调节各个瞳孔反射镜至正对相应侧的瞳孔。

并且，在后续激光扫描过程中，上述的实时定位操作仍然需要重复多次，以防止因为眼球转动，使得瞳孔位置改变，而导致扫描失败。

考虑到使用可见光作为照明光，可能对人眼产生一定的影响和不适，故所述照明光优先选择为不可见光，尤其是红外光，即所述单色照明光源35为红外光源。

其中，虽然不同病人的双眼位置并不相同，即左瞳反射镜13和所述右瞳反射镜23的初始位置未必就可以反射所述照明光照亮相应侧的全部眼球，但这可以通过硬件和软件两个方面进行克服。例如，硬件方面，可以调节两个反射镜的初始位置，软件方面，现有技术中，完全可以通过图像识别处理，根据不完全的眼球成像找到瞳孔位置。

为了吸引病人的视线注意力，保证扫描的顺利进行，在所述主光路70上，还连入一视标支路40，用于投射视标至瞳孔，从而吸引病人的视线。

具体地，如图1所示，所述视标支路40包括视标光源45，发出可见光，通过视标聚光镜41后照射于视标图像44上，携带视标信息的光线汇聚于视标分束镜42上，并由所述视标分束镜42反射、进入所述主光路70，再沿所述主光路70，到达所述瞳孔分束镜12后，被分别投射入两侧的眼球中，从而吸引病人的目光，减少眼球的大幅度运动。

在一个更佳的实施例中，考虑到可以通过改变所述视标的大小，以产生透视感，从而更加吸引眼球注意力，在所述视标图像44与所述视标分束镜42之间，还设置有视标投射镜43，所述视标投射镜43可调节视标的大小，并将视标投射于所述视标分束镜42上。

当所述瞳孔反射镜都被调节至正对同侧的瞳孔后，即可启动激光扫描操作，对瞳孔内结构进行扫描。具体地，所述主光路70上还光连接有激光扫描结构，包括激光器51，发出激光，优选为红外激光，因为是不可见，故不会引起眼球注意而引起眼球动作。激光由激光分束镜52反射，进入所述对眼光路，并沿所述对眼光路分别进入两个瞳孔，经过眼部不同层面反射后，例如角膜反射、虹膜反射、晶状体反射、和视网膜反射，以及视网膜上高度不同的细节结构反射后，携带各结构的高度位置信息，作为信息光，返回所述对眼光路，传送至一接受面板65上。

考虑到眼部不同层面都会产生反射，故需要将各层的反射光区分开，即需要定位各结构的位置。这具体是通过光干涉完成的。具体地，如图1所示，平行并正对所述接受面板65，设置有全反射的参考平面61，所述参考平面61与所述接受面板65通过一接受分束镜62相互光连接，从而照射入所述激光分束镜52上的激光，一束向下传播至射入瞳孔，而另一束则被反射至所述参考平面61，并被所述参考平面61反射回，成为参考光，也射入所述接受面板65，与所述信息光混合。

其中，所述参考平面61与所述接受面板65之间的距离可调节，例如，所述参考平面61装载于一滑车上，而所述滑车接受所述控制机构驱动而移动，从而调节所述参考平面61与所述接受面板65之间的距离。通过改变所述参考平面61与所述接受面板65之间的距离，就可以改变所述参考光的相位，直至发生干涉。故当所述参考平面61处于一个合适的位置时，即从所述接受分束镜62开始算起，所述信息光按图中向下、行至瞳孔内部，并从瞳孔内部某层返回所述接受分束镜62的光程，等于所述参考光按图中向右、行至所述参考平面61，并被反射返回所述接受分束镜62的光程。当所述参考光与所述信息光发生干涉时，即可根据所述参考平面61的位置、而读取出瞳孔内部该层结构的位置，并且通过比较不同位置之间的相对距离信息，即可绘制出具体的瞳孔内部结构，例如最近距离的角膜反射层，较远距离的虹膜反射层、更远距离的晶状体反射层、以及最远距离的视网膜反射层，甚至所述视网膜反射层上的下凹的黄斑区域、凸起的血管等细节结构。即当发生光干涉后，记录此时对应的参考平面61的位置，即获得瞳孔内某个结构的位置信息。

考虑到通常人的双眼位置是对称的，故而左眼与右眼的光程基本相等，则相关信息可能不容易分辨，此时，就可以在每个所述瞳孔支路上都设置一个光阀开关，用于切断或连通经过所述瞳孔支路的光线。具体地，如图1所示，在左瞳孔支路10上设置左光阀开关11，在右瞳孔支路20上设置右光阀开关21。在扫描时，控制机构依次开启一侧的光路，并关闭另一侧的光路。

因此，所述双眼光学相干自动对焦成像装置的工作方法如图2的流程图所示，依次包括步骤：

一、病人移动至所述双眼光学相干自动对焦成像装置前，微调两个瞳孔反射镜的位置，使得病人的双眼正对同侧的瞳孔反射镜；

二、控制机构控制瞳孔照明支路30工作，单色透明光源35发出照明光，沿所述对眼光路照射至眼球，并从眼球反射后，返回所述对眼光路，入射至所述图像传感器33，所述图像传感器33记录下眼球图像，可直接连接一处理器，使用通用的图像识别技术，实时识别出两个瞳孔的位置，并发送瞳孔位置至所述控制机构；

三、所述控制机构根据所述瞳孔位置，改变L1和L2的大小，即调节两个瞳孔反射镜的具***置，使得两个瞳孔支路各自正对同侧的瞳孔，从而保证后续的扫描激光可以总是射入瞳孔中；

四、所述控制机构关闭所述照明光，激光器51发出激光，部分激光进入瞳孔，由眼部不同层面反射后，携带眼部信息，构成信息光，返回所述对眼光路，入射至所述接受面板65；另一部分激光则射入所述参考平面61，由所述参考平面61反射，构成参考光，入射所述接受面板65；

五、所述控制机构沿垂直方向前后平移所述参考平面61，至所述信息光与所述参考光发生光干涉；

六、所述控制机构记录所述接受面板65与所述参考平面61之间的距离。

并且，在扫描过程中，为了防止病人的眼球移动幅度过大，造成扫描不清晰的问题，所述步骤二至步骤四需要重复多次，即在扫描中实时追踪瞳孔的位置，并根据瞳孔的实时位置调整两个瞳孔反射镜的具***置。

综上所述，本发明公开了一种能同时调节对焦双眼的光学相干自动对焦成像装置及工作方法，首先由瞳孔照明支路30发出照明光，进入瞳孔反射后，由定位结构的图像传感器33接受并判定瞳孔位置；然后控制机构调节两个瞳孔反射镜的位置，使得两个瞳孔支路各自正对同侧瞳孔。然后激光器51发出激光，部分激光经过对眼光路射入瞳孔，扫描眼球内不同结构的位置信息，被反射后，携带位置信息，至接受面板65；部分激光则射入所述参考平面61，由所述参考平面61反射后，也入射所述接受面板65；同时所述参考平面61在控制机构调节下，前后移动，直至参考光与信息光发生干涉，确定信息光对应的眼内结构位置。并且在扫描过程中，重复多次执行瞳孔定位操作，实时定位瞳孔位置。本发明通过同时对两侧瞳孔对焦，并实时追踪瞳孔位置，保持对焦状态，简化了眼部OCT操作的步骤，节约了病人眼部扫描操作的时间，提高了病人就诊的舒适度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双眼光学相干自动对焦成像装置，其特征在于，包括对眼光路，所述对眼光路包括主光路和多个通过设置于所述主光路中、以45度角放置的分束镜而与所述主光路垂直光连接的支路光路；

所述支路光路包括提供用于照亮瞳孔的照明光的瞳孔照明支路、提供激光光源的激光支路、垂直光连接至一接受面板的接受支路、和经过两个瞳孔反射镜反射后，正对左右瞳孔的两个瞳孔支路；

所述主光路上连接有用于跟踪并定位两个瞳孔的定位结构，包括图像传感器，所述图像传感器接受从眼球反射回来的照明光，识别并反馈两个瞳孔位置至一控制机构，所述控制机构用于调节两个瞳孔反射镜之间的距离，使得两个所述瞳孔支路各自正对一个瞳孔；

还包括激光扫描结构，包括激光器，发出激光，沿所述对眼光路分别进入两个瞳孔，由眼部不同层面反射后，返回所述对眼光路，发送至一接受面板；

平行并正对所述接受面板，设置有全反射的参考平面，所述参考平面与所述接受面板通过一接受分束镜相互光连接，所述参考平面与所述接受面板的距离可调节。

2.根据权利要求1所述的双眼光学相干自动对焦成像装置，其特征在于，所述瞳孔反射镜分别安装于一滑块上，每个滑块连接一直线电机的活塞，每个直线电机由所述控制机构分别控制，根据所述瞳孔位置伸缩所述活塞。

3.根据权利要求1所述的双眼光学相干自动对焦成像装置，其特征在于，所述瞳孔照明支路包括单色照明光源，通过照明透镜组以平行光射入照明分束镜后，进入所述对眼光路。

4.根据权利要求1所述的双眼光学相干自动对焦成像装置，其特征在于，所述主光路上还连接有用于投射视标至瞳孔的视标支路，所述视标支路包括视标光源，发出可见光，通过视标聚光镜后照射于视标图像上，携带视标信息的光线经过视标分束镜反射后，进入所述主光路。

5.根据权利要求4所述的双眼光学相干自动对焦成像装置，其特征在于，所述视标图像与所述视标分束镜之间，还设置有视标投射镜，所述视标投射镜可调节视标的大小，并将视标投射于所述视标分束镜上。

6.根据权利要求1所述的双眼光学相干自动对焦成像装置，其特征在于，每个所述瞳孔支路上设置有一个光阀开关，用于切断或连通经过所述瞳孔支路的光线。

7.根据权利要求1所述的双眼光学相干自动对焦成像装置，其特征在于，所述参考平面装载于一滑车上，所述滑车接受所述控制机构驱动而调节与所述接受面板的距离。

8.根据权利要求1所述的双眼光学相干自动对焦成像装置，其特征在于，所述照明光为红外光。

9.根据权利要求1所述的双眼光学相干自动对焦成像装置，其特征在于，所述激光为红外激光。

10.根据权利要求1至9任一所述的双眼光学相干自动对焦成像装置的工作方法，其特征在于，病人移动至双眼正对所述双眼光学相干自动对焦成像装置后，由所述控制机构控制，依次执行步骤：

A.所述瞳孔照明支路工作，照明光从眼球反射后，通过所述对眼光路入射至所述图像传感器，所述图像传感器识别并发送所述瞳孔位置至所述控制机构；

B.调节两个瞳孔反射镜的具***置，使得两个瞳孔支路各自正对同侧的瞳孔；

C.关闭所述照明光，所述激光器发出激光，部分激光进入瞳孔，由眼部不同层面反射后，携带眼球内部组织的位置信息，构成信息光，返回所述对眼光路，入射所述接受面板；部分激光射入所述参考平面，由所述参考平面反射，构成参考光，入射所述接受面板；

D.沿垂直方向前后平移所述参考平面，至所述信息光与所述参考光发生光干涉；

E.记录所述接受面板与所述参考平面之间的距离；

所述步骤A至步骤C重复多次。

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