CN114732353B - 一种高分辨率眼底光学成像*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高分辨率眼底光学成像***，属于光学成像技术领域。它包括若干片透镜和一个孔径光阑，从物侧至像侧依次为：接目物镜和二次成像组G1；二次成像组G1由孔径光阑、固定镜组G2、调焦镜组G3和补偿镜组G4组成，固定镜组G2、调焦镜组G3和补偿镜组G4分别由若干片透镜构成，其中，固定镜组G2的焦距为f2，补偿镜组G4的焦距为f3，整个***焦距为f，需满足下列关系式：26.149≤f2/f≤40.223；‑12.117≤f3/f≤‑8.817。本发明的屈光度调节范围可达‑20D~+20D，***视场角为50°，物方分辨率可达0.185mm，实现了高分辨率成像，使获取到的眼底图像信息更加清晰丰富。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，具体地说，一种眼底成像光学成像***技术，更具体地说，涉及一种高分辨率眼底光学成像***。
背景技术
人眼是一个精密的光学成像***，视网膜相当于光学成像***中的接收器，对获取外界信息至关重要，因此，视网膜作为全身唯一可在活体、无创条件下观察血管及其分布状态的组织，成为了目前诊断眼病以及相关的全身***性疾病的重要窗口。眼底成像就是对眼底视网膜组织进行拍摄，运用这种手段不仅可以检查常见的白内障、青光眼等眼科疾病，还可诊断早期高血压、糖尿病等全身***性疾病。
传统的眼底成像***视场角普遍比较小，大都在40°左右，且结构复杂，屈光度补偿范围也不足。根据临床需求的不同，眼底成像***的研发也越来越深入，总体上是向大视场、小型化、高分辨率和低能耗、彩色成像的方向发展。
中国专利申请，申请号202110538617 .9，公开日2021年08月6日，公开了一种大视场免散瞳宽屈光补偿的眼底成像光学成像***，包括从左至右依次同轴设置的网膜物镜组、调焦镜组以及成像镜组，网膜物镜组与调焦镜组间一次成像；网膜物镜组由两个胶合透镜与一个正透镜组合而成；调焦镜组由两个弯月透镜组成，成像镜组包括两个准对称形式的胶合透镜和一个正透镜，正透镜的出射光线垂直入射至成像焦面。该专利采用二次成像***设计，实现眼底大视场免散瞳成像，同时可以消除杂光和鬼像，其最小拍摄瞳孔直径为2mm，成像视场高达60度，便于眼部疾病的诊断；但是该专利所述的网膜物镜加工难度较大，该网膜物镜采用5片式结构，物镜镜片数量多，导致***的后向散射鬼像增多，消除难度大，增加***复杂度。
中国专利申请，申请号201810103123.6，申请公布日2018年06月5日，公开了一种眼底成像光学成像***，从人体视网膜向外的方向共光轴依次设有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和感光芯片，图像经过所述第一透镜组和第二透镜组后，在所述第二透镜组和第三透镜组之间第一次成像，然后经过所述第三透镜组、第四透镜组和感光芯片后在像面位置处第二次成像。该专利的眼底成像光学成像***视角大、分辨率高且方便操作。该专利虽然视场很大，但是工作距为0，紧贴眼角膜，主要针对新生儿和未完全发育的小孩人群，测量调试难度很大，且会对人眼造成不适。
发明内容
要解决的问题
针对传统的眼底成像***视场角普遍比较小，大都在40°左右的问题，本发明提供的眼底光学成像***，***视场角50°，物方分辨率可达0.185mm；针对传统的眼底成像***结构复杂，屈光度补偿范围也不足的问题，本发明提供的眼底光学成像***，屈光度调节范围可达-20D~+20D，补偿范围广，满足大部分人眼的屈光度调节。
技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的高分辨率眼底光学成像***，所述***包括若干片透镜和一个孔径光阑，从物侧至像侧依次为：接目物镜和二次成像组G1；其中二次成像组G1由孔径光阑、固定镜组G2、调焦镜组G3和补偿镜组G4组成，固定镜组G2、调焦镜组G3和补偿镜组G4分别由若干片透镜构成，其中，固定镜组G2的焦距为f2，补偿镜组G4的焦距为f3，整个***焦距为f，需满足下列关系式：26.149 ≤ f2/f ≤ 40.223；-12.117 ≤ f3/f ≤ -8.817。本发明的***，图像经过接目物镜后在一次像面位置第一次成像，然后经过二次成像组G1在二次像面位置第二次成像。
更进一步地，本发明中固定镜组G2由第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜构成；调焦镜组G3由第九透镜和第十透镜构成；补偿镜组G4由第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜构成。其中第五透镜、第十透镜、第十二透镜为负透镜；第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十一透镜和第十三透镜为正透镜。
更进一步地，本发明中的固定镜组G2中的第六透镜和第七透镜胶合，补偿镜组G4中的第十一透镜和第十二透镜胶合，补偿镜组G4的主要功能是校正***剩余像差。
更进一步地，本发明中的接目物镜是非球面透镜，镜片数量少，有效减少物镜后向散射的鬼像；非球面透镜的焦距为f1，厚度为d，且满足下列关系式：
1.553≤f1/d≤1.730。
更进一步地，本发明中的接目物镜使得一次像面位于接目物镜和二次成像组G1之间，且远离接目物镜，一次像面距接目物镜距离3.5mm以上，避免了接目物镜表面成像到二次像面，对最终图像效果造成干扰。
更进一步地，本发明中的***长度为TTL，即接目物镜的物侧面到像面的距离，且满足下列关系式：
195mm ≤ TTL≤ 205 mm。
更进一步地，本发明中的第五透镜物侧到二次像面距离为TTL1，且满足下列关系式：
0.385≤ TTL1/TTL ≤ 0.415，其中，TTL为所述***长度，即接目物镜的物侧面到二次像面的距离。
更进一步地，本发明中的调焦镜组G3的调焦总行程为x，且满足下列关系式：
9.562mm ≤ x ≤ 10.263mm。
更进一步地，本发明中的***可满足-20D~+20D屈光度调节，且在每个屈光度下，MTF满足以下大小关系：
零视场，MTF ≥ 0.1@205lp/mm；
半视场，MTF ≥ 0.1@120lp/mm；
全视场，MTF ≥ 0.1@80lp/mm。
有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
（1）本发明可实现高分辨率眼底成像，该***物方分辨率可达0.185mm，实现了高分辨率成像，对眼底血管等组织清晰成像，为临床诊断提供了更多便利以及准确性。
（2）本发明可实现-20D~+20D大范围屈光度调节，且满足高成像质量，基本覆盖了大部分视力正常、近视、远视人眼的屈光度调节需求，实用性更高。
（3）本发明接目物镜仅使用了一片非球面透镜，结构简单，有效减少了物镜后向散射的鬼像，且一次像面位置远离接目物镜，避免接目物镜表面在***中成像，将表面瑕疵带入像面，给最终图像带来不良干扰。
（4）本发明的眼底成像***，能同时实现高分辨率，工作距30mm左右，同时又满足±20D屈光度下的大视场（全视场角FOV=50°）；与已公开的具有大视场角的成像***相比较，如果要保证常规使用的工作距30mm左右，同时又满足±20D屈光度下的大视场，想实现高分辨在光学设计上是比较难的。要想得到更大的视场要么缩小工作距；要么改变光学思路，比如共聚焦扫描，这与本发明的思路已完全不同。如果工作距很小，会造成测量不便，甚至对人眼造成不适等问题，不便使用。
附图说明
图1为：本发明眼底光学成像***的结构示意图；
图2为：实施例1的光学成像***在0D屈光度下的MTF曲线图；
图3为：实施例1的光学成像***在-20D屈光度下的MTF曲线图；
图4为：实施例1的光学成像***在+20D屈光度下的MTF曲线图；
图5为：实施例2的光学成像***在0D屈光度下的MTF曲线图；
图6为：实施例2的光学成像***在-20D屈光度下的MTF曲线图；
图7为：实施例2的光学成像***在+20D屈光度下的MTF曲线图；
图8为：实施例3的光学成像***在0D屈光度下的MTF曲线图；
图9为：实施例3的光学成像***在-20D屈光度下的MTF曲线图；
图10为：实施例3的光学成像***在+20D屈光度下的MTF曲线图；
图中：1、瞳孔；2、接目物镜；3、一次像面；4、孔径光阑；5、第五透镜；6、第六透镜；7、第七透镜；8、第八透镜；9、第九透镜；10、第十透镜；11、第十一透镜；12、第十二透镜；13、第十三透镜；14、二次像面；
G1、二次成像组；G2、固定镜组；G3、调焦镜组；G4、补偿镜组。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
如图1所示，本发明提供了一种高分辨率眼底光学成像***，共包括十片透镜和一个孔径光阑，从物方到像方依次为瞳孔1、接目物镜2、一次像面3、二次成像组G1和二次像面14。其中二次成像组G1由孔径光阑4、固定镜组G2、调焦镜组G3和补偿镜组G4组成，固定镜组G2由第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8构成；调焦镜组G3由第九透镜9和第十透镜10构成；补偿镜组G4由第十一透镜11、第十二透镜12和第十三透镜13构成。其中第五透镜5、第十透镜10、第十二透镜12为负透镜；第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十一透镜11和第十三透镜13为正透镜。其中，固定镜组G2的焦距为f2，补偿镜组G4的焦距为f3，整个***焦距为f，需满足下列关系式：26.149 ≤ f2/f ≤ 40.223；-12.117 ≤ f3/f ≤ -8.817。本发明的***，图像经过接目物镜后在一次像面3的位置第一次成像，然后经过二次成像组G1在二次像面14的位置第二次成像。
在一些实施方式中，固定镜组G2中的第六透镜6和第七透镜7胶合，补偿镜组G4中的第十一透镜11和第十二透镜12胶合。
在一些实施方式中，该光学成像***的接目物镜2是一块非球面透镜，有效减少物镜后向散射的鬼像，并使一次像面3位于接目物镜2和二次成像组G1之间，远离接目物镜2，一次像面3距接目物镜距离3.5mm以上，避免了接目物镜表面成像到二次像面14，对最终图像效果造成干扰。接目物镜焦距为f1，厚度为d，且满足下列关系式：
1.553≤f1/d≤1.730。
在一些实施方式中，本发明的光学成像***长度为TTL，即接目物镜2物侧面到二次像面14的距离，且满足下列关系式：
195mm≤TTL≤205mm。
在一些实施方式中，本发明的光学成像***中的第五透镜5物侧到二次像面14距离为TTL1，且满足下列关系式：
0.385≤TTL1/TTL≤0.415。
在一些实施方式中，本发明的光学成像***中的调焦镜组G3，其调焦总行程为x，且满足下列关系式：
9.562mm≤x≤10.263mm。
在一些实施方式中，本发明的光学成像***，拍照光源为可见光，工作波长为430nm-680nm，中心波长为587nm；预览光源为红外光，工作波长为760nm-800nm。优选的，预览光源为波长780nm的红外光。
在一些实施方式中，本发明的光学成像***，全视场角FOV=50°。
在一些实施方式中，本发明的光学成像***，可满足-20D~+20D屈光度调节，且在每个屈光度下，MTF满足以下大小关系：
零视场，MTF≥0.1@205lp/mm；
半视场，MTF≥0.1@120lp/mm；
全视场，MTF≥0.1@80lp/mm。
在满足以上条件的前提下，给出了3个具体实施方式。
实施例1
实施例1中，光学成像***参数满足如下表格：
表1 实施例1中***的参数条件
另外，f1=27.672 mm；f=-8.300；fov=50°；TTL=200 mm；TTL1=77 mm；d=10.263 mm；FNO=5.922
图2—图4列出了实施例1分别在0D、-20D、+20D屈光度下的MTF曲线，从图中可以看出，***最大视场为50°，且零视场，MTF≥0.1@205lp/mm；半视场，MTF≥0.1@120lp/mm；全视场，MTF≥0.1@80lp/mm。最小可分辨眼底0.13μm血管细节。本实施例的***物方分辨率可达0.185mm，由于人眼的成像放大作用，最小可分辨眼底0.13μm血管细节，实现高分辨成像。
实施例2
实施例2中，光学成像***参数满足如下表格：
表2 实施例2中***的参数条件
另外，f1=25.639 mm；f=-8.300；fov=50°；TTL=195 mm；TTL1=75 mm；d=9.562 mm；FNO=5.918
图5—图7列出了实施例2分别在0D、-20D、+20D屈光度下的MTF曲线，从图中可以看出，***最大视场为50°，且零视场，MTF≥0.1@205lp/mm；半视场，MTF≥0.1@120lp/mm；全视场，MTF≥0.1@80lp/mm。最小可分辨眼底0.13μm血管细节，实现高分辨成像。
实施例3
实施例3中，光学成像***参数满足如下表格：
表3 实施例3中***的参数条件
另外，f1=24.855 mm；f=-8.300；fov=50°；TTL=205 mm；TTL1=85 mm；d=9.622 mm；FNO=5.920
图8—图10列出了实施例3分别在0D、-20D、+20D屈光度下的MTF曲线，从图中可以看出，***最大视场为50°，且零视场，MTF≥0.1@205lp/mm；半视场，MTF≥0.1@120lp/mm；全视场，MTF≥0.1@80lp/mm。最小可分辨眼底0.13μm血管细节，实现高分辨成像。
Claims (8)
1.一种高分辨率眼底光学成像***，其特征在于，所述***包括若干片透镜和一个孔径光阑，从物侧至像侧依次为：接目物镜和二次成像组G1；其中二次成像组G1由孔径光阑、固定镜组G2、调焦镜组G3和补偿镜组G4组成，所述固定镜组G2由第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜构成；所述的调焦镜组G3由第九透镜和第十透镜构成，补偿镜组G4由第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜构成，固定镜组G2中的第六透镜和第七透镜胶合，补偿镜组G4中的第十一透镜和第十二透镜胶合；其中，固定镜组G2的焦距为f2，补偿镜组G4的焦距为f3，整个***焦距为f，需满足下列关系式：26.149 ≤ f2/f ≤ 40.223；-12.117 ≤ f3/f ≤ -8.817；所述接目物镜是非球面透镜，第一透镜至第六透镜均为标准透镜，其中第五透镜、第十透镜、第十二透镜为负透镜；第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十一透镜和第十三透镜为正透镜。
2.根据权利要求1中所述的高分辨率眼底光学成像***，其特征在于：所述接目物镜是非球面透镜，其焦距为f1，厚度为d，且满足下列关系式：
1.553≤f1/d≤1.730。
3.根据权利要求1中所述的高分辨率眼底光学成像***，其特征在于：***的一次像面位于接目物镜和二次成像组G1之间，且远离接目物镜，一次像面距接目物镜距离3.5mm以上。
4.根据权利要求1中所述的高分辨率眼底光学成像***，其特征在于：所述***长度为TTL，即接目物镜的物侧面到二次像面的距离，且满足下列关系式：
195mm ≤ TTL≤ 205 mm。
5.根据权利要求1中所述的高分辨率眼底光学成像***，其特征在于：第五透镜物侧到二次像面距离为TTL1，且满足下列关系式：
0.385 ≤ TTL1/TTL ≤ 0.415 ，
其中，TTL为所述***长度，即接目物镜的物侧面到二次像面的距离。
6.根据权利要求1中所述的高分辨率眼底光学成像***，其特征在于：调焦镜组G3的调焦总行程为x，且满足下列关系式：
9.562mm ≤ x ≤ 10.263mm。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的高分辨率眼底光学成像***，其特征在于：所述光学成像***的拍照光源为可见光，工作波长为430nm-680nm，中心波长为587nm；预览光源为红外光，工作波长为760nm-800nm。
8.根据权利要求1中所述的高分辨率眼底光学成像***，其特征在于：所述***满足-20D~+20D屈光度调节，且在每个屈光度下，MTF满足以下大小关系：
零视场，MTF ≥ 0.1@205lp/mm；
半视场，MTF ≥ 0.1@120lp/mm；
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