CN1164234C - 观测眼睛的光学诊断仪 - Google Patents

Abstract

一种观测眼睛的光学诊断仪，主要用于观察人眼虹膜并同时获得虹膜的图像及数据。包括两条光轴相互垂直的摄像计算光路和目视观察光路。置于摄像计算光路上有准直镜、反射元件、道威棱镜的入射面、聚焦镜和摄像机。摄像机经过模数转换器与计算机相连。置于目视观察光路上有观察聚焦镜和双筒目镜。被检者眼睛置放在准直镜的前焦面处。观察者双眼置放在双筒目镜的双筒前。置放在摄像计算光路上的光学元件构成摄像整体部分，置放在目视观察光路上的光学元件构成观察整体部分。摄像整体部分沿目视观察光路的光轴方向能够相对观察整体部分移动。本发明与在先技术比，具有功能多，既可目视观察，又能同时获取图像和数据。诊断效率高和准确度高。

Description

观测眼睛的光学诊断仪

技术领域：

本发明涉及一种观测眼睛的光学诊断仪，主要用于观察人眼虹膜并同时获得虹膜图像和数据，所说的图像可供观察、保存，以便于疾病诊断或身份识别。

背景技术：

在先技术中，发明人罗永红在实用新型专利(专利号为ZL92235084.1)中提供的一种“虹膜望诊辅助器”的光学装置，结构如图1所示。中国科学院自动化研究所提供的实用新型专利(专利号为ZL99217063.X)“虹膜图像采集装置”的光学装置，结构如图2所示。在先技术[1]的图1中观察者眼睛3通过放大镜2对被检者眼睛1进行观察，放大镜2通常是一个短焦距的单筒目镜。在先技术[2]的图2，采用一个摄象机镜头4将被检者眼睛1成像于含有电荷耦合器摄像头的摄象机(称为CCD摄象机5)上，摄象机镜头4通常是一个对无穷远成像清晰的普通摄像镜头。

上述在先技术的缺点是：

1.功能单一。如图1所示***只能由观察者观察被检者眼睛1，而无法记载被检者眼睛1的虹膜的数字图像；图2所示装置只能获得被检者眼睛1的虹膜的数字图像，观察者无法直接看到虹膜的纹理结构。

2.诊断效率低、准确度差。因为对于图1所示装置，只能由观察者来完成对被检者眼睛1的虹膜纹理结构的诊断和分析，诊断效率低，存在一定的主观性，且无图像作病史记录；而对于图2所示装置，欲对虹膜纹理进行诊断和分析，只能由计算机来完成，灵活性差，影响诊断的准确性。

3.观察者易疲劳，对诊断效果不利。图1所示装置只有一条光路，和目镜观察者只能用一只眼睛进行观察，观察者眼睛易疲劳，这会影响诊断结果的可靠性。

4.工作距离短，易对被检者眼睛造成伤害。为了获得清晰的大尺寸图像，图1中放大镜2的焦距必须很短，所以观察时放大镜2需靠近被检者眼睛1；而图2所示装置在工作时必须把该装置的上端扣在被检者的眼睛上。

发明内容：

本发明的观测眼睛的光学诊断仪，如图3所示。包含两条光轴相互垂直的光路，一条是摄像计算光路，另一条是目视观察光路。在摄像计算光路上，有接收面位于聚焦镜8后焦面处的摄象机5，摄象机5经过模数转换器12与计算机13相连。被检者眼睛1置放在准直镜6的前焦面处。在准直镜6与聚焦镜8之间置有反射元件7，在反射元件7与聚焦镜8之间置有与反射元件7反射面C₁C₂平行的道威棱镜9的入射面D₁D₂；在目视观察光路上，有双筒目镜11，双筒目镜11的前焦面与置于双筒目镜11与道威棱镜9之间的观察聚焦镜10的后焦面重合，观察者眼睛3放在双筒目镜11的双筒前；上述置放在摄像计算光路上的准直镜6、反射元件7、道威棱镜9、聚焦镜8以及摄像机5构成摄像整体部分A。置放在目视观察光路上的观察聚焦镜10和双筒目镜11构成观察整体部分B。摄像整体部分A能够沿着目视观察光路的光轴方向相对于观察整体部分B移动。

本发明上述的结构中含有两条光路：目视观察光路和摄像计算光路，分别提供给观察者目视观察被检者眼睛1，及摄像记录、保存被检者眼睛1的图像。这两条光路的前半部分共用，而这两条光路的非共用部分的光轴相互垂直。在目视观察光路上，从被检者眼睛1出发，依次有准直镜6、反射元件7、道威棱镜9、观察聚焦镜10和双筒目镜11，观察者眼睛3位于双筒目镜11之双筒前。被检者眼睛1位于准直镜6的前焦面处。准直镜6和观察聚焦镜10组成一个有限倍率的成像***，其放大倍率等于观察聚焦镜10的焦距与准直镜6的焦距之比值。在摄像计算光路上，从被检者眼睛1出发，依次是准直镜6、反射元件7、道威棱镜9的入射面D₁D₂、聚焦镜8和摄象机5。摄象机5的接收面位于聚焦镜8的后焦面处。准直镜6和聚焦镜8组成一个有限倍率的成像***，其放大倍率等于聚焦镜8的焦距与准直镜6的焦距之比值。在结构布置上，本发明中的准直镜6、反射元件7、聚焦镜8、摄象机5和道威棱镜9组成一个摄像整体部分A；观察聚焦镜10和双筒目镜11组成另外一个观察整体部分B，摄像整体部分A可相对于观察整体部分B沿目视观察光路的光轴方向移动，以实现对被检者左右双眼虹膜的相继观察与图像采集。如图3所示。

从本发明的结构如图3与在先技术的结构如图1、2比较，本发明的特点就是含有目视观察光路和摄像计算光路；在两条光路共用的前半部分光路上，在准直镜6之后置有反射元件7；在反射元件7之后的目视观察光路上，在观察聚焦镜10之前置有道威棱镜9；摄像整体部分A和观察整体部分B可以沿目视观察光路的光轴方向相对移动，实现对被检者双眼的观察与数字图像的获取。

本发明中的准直镜6是一个长焦距准直物镜，利用它可以获得大工作距，并使从被检者眼睛1发出的发散光束变成平行光束。

当所说的反射元件7是一个单次反射直角棱镜时，准直镜6的光轴OO从45°方向入射于其反射面C₁C₂上的O点后，出射光轴OO′以垂直于光轴OO方向出射。因为光轴OO在反射面C₁C₂上的入射角大于其临界角，所以在反射面C₁C₂上无需镀膜，利用其反射面C₁C₂的全反射特性，在不损失光能的情况下实现了光路的90°转向；反射元件7或者是一个平面反射镜，这个平面反射镜的反射面必须镀宽带全反射膜。

所说的道威棱镜9的入射面D₁D₂上镀有宽带分光膜，实现目视观察光路和摄像计算光路的分离。道威棱镜9的斜反射面D₁E₁与从反射元件7出射的出射光轴OO′相平行。出射光轴OO′进入道威棱镜9后，以大于临界角的方向入射于其斜反射面D₁E₁，在斜反射面D₁E₁上光线发生全反射。利用道威棱镜9的斜反射面D₁E₁的全反射特性，在不损失光能和不改变光轴方向的情况下消除了由反射元件7反射面C₁C₂的反射产生的镜像。道威棱镜9的出射面E₁E₂镀有宽带增透膜。

本发明的光学诊断仪的工作过程是：位于准直镜6的前焦面上的被检者眼睛1发出的发散光束经准直镜6后变成平行光束射向反射元件7，在反射元件7的反射面C₁C₂上发生全发射后，该平行光束的前进方向偏转了90°，再射向道威棱镜9的入射面D₁D₂。道威棱镜9的入射面D₁D₂上镀有分光膜，它使入射于它上面的平行光束一分为二：其中的一部分光束被道威棱镜9的入射面D₁D₂反射而进入聚焦镜8，并在聚焦镜8的后焦面上成像，形成眼睛内部虹膜的像，摄象机5的接收面位于聚焦镜8的后焦面处，将所接收到的眼睛虹膜图像通过摄象机5经模数转换器12被输送到计算机13内待计算；其中的另一部分光束经道威棱镜9的入射面D₁D₂折射后，又经道威棱镜9的斜反射面D₁E₁全反射及道威棱镜9的出射面E₁E₂射出后，进入观察聚焦镜10，在观察聚焦镜10的后焦面处形成眼内虹膜的像，该虹膜像位于双筒目镜11的前焦面处，观察者眼睛3通过双筒目镜11可以清晰地看到被检者眼睛1内部虹膜的图像。在检查完被检者的一个眼睛的虹膜后，将摄像整体部分A相对于观察整体部分B移动一个瞳距，即可开始检查另一个眼睛的虹膜。

本发明与在先技术相比：

1.功能多。本发明诊断仪含有目视观察光路和摄像计算光路两条光路，可同时实现对被检者眼睛1的目视观察与数据图像的获取。同时，通过移动本发明中的两个整体部分A和B，可实现对被检者双眼虹膜的观察和图像数据的获取。

2.诊断效率高、准确度高。本发明诊断仪可同时实现对被检者眼睛1的目视观察与数字图像的获取；另外，两条光路的前半部分共用准直镜6和反射元件7，保证两条光路获得相同的虹膜信息。因而发挥了两种检查方式各自的优点，相互补充，可大大降低误诊现象的发生。

3.观察者工作强度低。观察者通过双筒目镜11观察被检者眼睛1，不易疲劳，这也有利于提高诊断效率和准确性。

4.工作距离大，本发明诊断仪消除了对被检者眼睛产生伤害的可能性。因为准直镜6的焦距长、工作距离大，被检者眼睛1与本发明诊断仪之间的距离远。

5.光能的利用率高，而且消除了镜像。因为本发明诊断仪中利用了反射元件7的反射面C₁C₂和道威棱镜9的斜反射面D₁E₁的全反射特性，这二次反射既延长了光路，消除了镜像又使光能损耗较小。

附图说明：

图1是在先技术[1]虹膜望诊辅助器的光学装置的结构示意图。

图2是在先技术[2]虹膜图像采集装置的光学装置的结构示意图。

图3是本发明的光学诊断仪的结构示意图。

具体实施方式：

如图3的结构所示。准直镜6采用一个三片分离型镜组，其焦距为150mm；被检者眼睛1与准直镜6的第一个光学表面的距离为127mm，可知工作距离是大的，不会对被检者眼睛造成伤害；反射元件7采用直角棱镜，它的通光口径为25mm×25mm；道威棱镜9的通光口径为25mm×25mm，其入射面D₁D₂上镀有宽带介质分光膜，在400nm～700nm波段内具有均匀一致的反射率和透过率，反射率为20％，透过率为80％，从而保证两条光路的图像色彩逼真一致；观察聚焦镜10的结构与准直镜6相同，但其中各个光学透镜的朝向与准直镜6相反，所以由准直镜6和观察聚焦镜10组成的成像***的放大倍率等于-1倍；双筒目镜11由两个焦距均为15.625mm的相同目镜组成，目镜视场为φ13mm，目镜放大倍率为-16倍，所以目视观察光路的总放大倍率为16倍。聚焦镜8由两个双胶合透镜组成，其焦距为37.5mm，所以摄像计算光路的放大倍率为-0.25倍。摄像机5是一个1/3英寸彩色摄像机，其接收面尺寸为3.6mm×4.8mm。人眼虹膜尺寸通常为φ12mm，所以由目视观察光路和摄像计算光路均能看到完整的眼内虹膜图像。

目视观察光路和摄像计算光路都经过精心设计，它们的图像分辨率均优于100线对/mm，可获得纹理清晰的、色彩逼真的眼内虹膜图像，以确保诊断结果的准确性。

摄像整体部分A相对于观察整体部分B在目视观察光路的光轴方向上，最大可移动80mm，保证可对具有不同瞳距的被检者的双眼进行观察与诊断。

Claims (3)

1.一种观测眼睛的光学诊断仪，包括摄像机(5)经过模数转换器(12)与计算机(13)连接，其特征在于：包括两条光轴相互垂直的光路--摄像计算光路和目视观察光路；在摄像计算光路上，有接收面位于聚焦镜(8)后焦面处的摄像机(5)，被检者眼睛(1)置放在准直镜(6)的前焦面处，在准直镜(6)与聚焦镜(8)之间置有反射元件(7)，在反射元件(7)与聚焦镜(8)之间置有与反射元件(7)反射面(C₁C₂)平行的道威棱镜(9)的入射面(D₁D₂)；在目视观察光路上，有双筒目镜(11)，双筒目镜(11)的前焦面与置于双筒目镜(11)与道威棱镜(9)之间的观察聚焦镜(10)的后焦面重合，观察者眼睛(3)放在双筒目镜(11)的双筒前；上述在摄像计算光路上的准直镜(6)、反射元件(7)、道威棱镜(9)、聚焦镜(8)和摄像机(5)构成摄像整体部分(A)，在目视观察光路上的观察聚焦镜(10)和双筒目镜(11)构成观察整体部分(B)，摄像整体部分(A)能够沿着目视观察光路的光轴方向相对于观察整体部分(B)移动。

2.根据权利要求1所述的观测眼睛的光学诊断仪，其特征在于所说的反射元件(7)是反射面镀有宽带全反射膜的平面反射镜，或者是直角棱镜。

3.根据权利要求1所述的观测眼睛的光学诊断仪，其特征在于所说的道威棱镜(9)的入射面(D₁D₂)镀有宽带分光膜，道威棱镜(9)的斜反射面(D₁E₁)与从反射元件(7)出射的出射光轴(OO′)相平行，所说的出射光轴(OO′)是准直镜(6)的光轴(OO)和反射元件(7)反射面(C₁C₂)交点(O)处的垂直线，道威棱镜(9)的出射面(E₁E₂)镀有宽带增透膜。

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