大視場液晶自適應光學眼底成像的系統的制作方法

專利名稱：大視場液晶自適應光學眼底成像的系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于眼底顯微成像技術領域，涉及眼波像差自適應校正光學成像技術，是一種結構簡單、大視場的自適應像差校正眼底成像設計，具體地說是一種大視場液晶自適應光學眼底成像系統。
背景技術：
眼球是個復雜光學系統，即使是無屈光不正的眼睛也不可避免地存在光學像差， 因此采用臨床所用的檢眼鏡很難看清20微米以下的血管，更談不上觀察視錐細胞。從上個世紀九十年代起，人們開始探討變形鏡自適應光學校正技術在眼底成像中的應用。但是目前使用的變形鏡驅動單元數一般不超過37單元，而隨屈光不正程度增加或高齡化引入的高階像差經常超出變形鏡所能校正的空間頻率。盡管利用微機電技術可以使驅動單元數增加到2000單元以上，此時校正量又成為問題，所以變形鏡自適應光學校正技術至今未在眼科臨床實用。液晶波前校正器具有十萬到百萬個驅動像素，校正精度高，重復性好，可以進行單次探測的開環校正，最大限度地降低入射人眼的光能使用量，安全程度提高，更利于應用在眼底自適應光學成像系統上。關于液晶自適應光學技術在眼底成像中的應用，已在中國專利公報上公開，如“視度自調節液晶自適應像差校正視網膜成像的光學系統”(公開號CN101766472A)，“能量高效利用的液晶自適應像差校正視網膜成像裝置”(公開號 CN101797149A)，“普適性液晶自適應像差校正視網膜成像系統”(公開號CN101791212A)，使得該技術具有安全、普適的優勢。但是這三項公開的專利申請，沒能解決自適應成像視場小的問題，視場直徑只有150微米 200微米。眼底自適應成像系統中，波前探測光源需要點光源，這個“點”的直徑應該在80微米 150微米，如果探測與成像使用同一光源，勢必導致成像視場小的問題。實際上眼底成像視場受人眼等暈角限制，最大直徑可達500微米，如果眼底照明光斑的直徑能夠達到500 微米的話，即可把成像視場直徑擴大到500微米。為解決探測與成像對光源要求上的矛盾， 人們在眼底自適應成像系統中提出雙光源的設計，即一個100微米直徑的細光束作為“點光源，，用于波前探測，一個500微米直徑的粗光束作為“面光源，，用于眼底成像。為使兩個光源共光路又不至于使波前探測與眼底成像相互影響，兩個光源采用不同波段，并在哈特曼探測器與眼底成像相機的分光處采用分色片將兩束不同波段的光分開。但由于人眼屈光系統中色差的影響，探測與校正有些分歧，眼底成像效果大受影響，而且雙光源結構增加光學系統的復雜性以及成本，不利于臨床實用化。

發明內容
本發明為了克服現有技術存在的缺陷，針對只設置一個眼底照明光源的液晶自適應光學眼底成像系統，在照明支路中插入變徑光闌，即時改變眼底被照明的面積，既可滿足波前探測的點光源要求，又可滿足眼底大視場成像的面光源要求，目的是提供一種大視場液晶自適應光學眼底成像的系統。為理解本發明，下面詳述這種結構簡單、大視場的眼底自適應成像系統結構。本發明的光學結構如圖1，由照明光源1、第一透鏡2、視場切換光闌3、第二透鏡 4、環形光闌5、視標點光源6、第三透鏡7、二向色耦合分束器8、第四透鏡9、人眼10、線性位移機構11、第五透鏡12、分光棱鏡13、第六透鏡14、液晶波前校正器15、反射鏡16、第七透鏡17、PBS偏振分束器(PBS分束器)18、波前探測器19、第八透鏡20、成像(XD21、瞳孔相機 22、LED23、分色片M組成。系統包括照明支路、視標支路、探測支路、成像支路、可視化瞳孔位置標定輔助光路。照明支路由照明光源1、第一透鏡2、視場切換光闌3、第二透鏡4、環形光闌5、二向色耦合分束器8、第四透鏡9、分光棱鏡13、第五透鏡12構成，視標支路由視標點光源6、第三透鏡7、二向色耦合分束器8、第四透鏡9、分光棱鏡13、第五透鏡12構成，探測支路由人眼10、線性位移機構11、第五透鏡12、分光棱鏡13、第六透鏡14、液晶波前校正器15、反射鏡16、第七透鏡17、PBS偏振分束器18、波前探測器19構成，成像支路由人眼10、線性位移機構11、第五透鏡12、分光棱鏡13、第六透鏡14、反射鏡16、第七透鏡17、PBS偏振分束器 18、第八透鏡20、成像(XD21構成，可視化瞳孔位置標定輔助光路由LED23、人眼10、線性位移機構11、第五透鏡12、分光棱鏡13、第四透鏡9、分色片24、瞳孔相機22構成。其中，照明光源1提供人眼波前探測及眼底成像照明用，發光波長λ i依據眼底成像組織的光學特性而定，視標光源6的波長λ2屬于可見光波段，λ2比入工短，照明瞳孔的 LED (23)的波長λ 3比X1還長，即λ 2 < λ丄< λ 3。在照明支路中，設置焦距為的第一透鏡2，照明光源1與第一透鏡2相距1. If1, 這會使照明光源1的光束通過第一透鏡2后在Ilf1處成像，且像比物放大10倍，成為尺寸可調的新的照明光源，稱為像光源。視場切換光闌3置于這個像光源處，視場切換光闌3 是一個電控變徑光闌，可以控制像光源的尺寸，在波前探測時，視場切換光闌3置于小孔位置，使得照射在人眼眼底的光斑直徑僅為100士20微米；在校正成像時，視場切換光闌3置于大孔位置，使得照射在人眼眼底的光斑直徑為400微米 600微米。由于人眼像差會隨時間變化，需要將探測到校正成像過程的時間控制在50ms以內，方可忽略像差變化對校正效果的影響，而探測和成像分別需要IOms曝光，故要求視場切換光闌3的切換響應時間短于30ms。這種孔徑切換設計解決了波前探測與成像對光源要求不同的矛盾。接下去，第二透鏡4和第四透鏡9組成一對共軛透鏡組，使視場切換光闌3處的像光源成像，成為次像光源。二向色耦合分束器(8)與像光源光束的光軸成45°角配置，反射波長為入工的照明光束，并將其折軸90°。分光棱鏡13與第四透鏡9的光軸成45°角配置，使像光源的光束被反射再次折軸90°，然后經第五透鏡12后到達眼底。從眼底反射出來的信號光必須透過分光棱鏡13才能進入后續光路，為保證眼底信號光的最大利用率，分光棱鏡13的透反比為 9 1。第五透鏡12與人眼瞳孔的距離為第五透鏡12的焦距，第五透鏡12和人眼10組成第二對共軛透鏡組，二者被固定在線性位移機構11上，調整線性位移機構11可使次像光源成像在人眼眼底上。環形光闌5緊貼于第二透鏡4之后，使光束通過環形光闌5后變成環形光束入射人眼，直接濾除正入射人眼角膜區域的強反射干擾光。第四透鏡9和第五透鏡 12通過分光棱鏡13組成共軛透鏡組，用于將環形光闌5成像于人眼瞳孔處，調整環形光闌 5的外直徑使入眼環形光束的外直徑略小于被測人眼瞳孔的直徑。第五透鏡12到第四透鏡9的光路長度d依賴人眼屈光度數D而變化，需按公式(1)進行計算，d= (IOOO-Df12) f12/1000+f9 (1)其中，f9為第四透鏡9的焦距，f12為第五透鏡12的焦距，D無單位，且D彡4、當近視低于400度時D = 4，其它參量單位為mm。通過調節線性位移機構11使被測者清晰看到視標點光源6的像來保證d的準確度。在視標支路中，視標點光源6提供人眼凝視的視標光源，發光波長λ 2在可見光波段，位于第三透鏡7的焦點處，波長為λ 2的視標光可以透過二向色耦合分束器8。第三透鏡 7和第四透鏡9也組成共軛透鏡組，使視標點光源6也能在人眼眼底成像，即讓人眼看到視標，定位眼底成像區域，如果視標在顯示屏上移動，眼球也會相應轉動，可以選擇成像區域。 二向色耦合分束器8置于視標支路與照明支路的垂直交匯處，在環形光闌5之后，并插在第三透鏡7與第四透鏡9之間，形成與兩互為垂直的光軸成45°角配置。二向色耦合分束器 8的作用是利用照明光源1與視標點光源6的光波長不同，反射照明光使其折角90°、同時透射視標光，形成二光束共光路進入后續系統，基于這個設計，才能通過人眼盯視視標點光源6來選擇和控制眼底成像區域。在探測支路中，從人眼(10)反射出的信號光束通過由人眼10和第五透鏡12組成的共軛透鏡組，第五透鏡12和第六透鏡14也組成共軛透鏡組，液晶波前校正器15與第六透鏡14的距離為第六透鏡14的焦距，這樣的配置，使瞳孔成像于液晶波前校正器15上。第五透鏡12和第六透鏡14的焦距比等于瞳孔直徑與液晶波前校正器15 口徑的比值，以保證從眼底反射出來的信號光通過分光棱鏡13后被第六透鏡14變成與液晶波前校正器15孔徑匹配的平行光束。第六透鏡14的光軸相對第五透鏡12的光軸向右側偏離4mm 6mm， 以使入射和反射出液晶波前校正器15的兩束光分別左右偏心通過第六透鏡14。液晶波前校正器15能夠校正的偏振方向與PBS偏振分束器(PBS分束器)18的P偏振光對應，從液晶波前校正器15反射的光束在到達反射鏡16時，這束反射光束與入射光束的光軸間距離為8mm 12mm，使得只有反射光束被反射鏡16接收，并被反射鏡16折軸90°進入第七透鏡17，第七透鏡17與第六透鏡14間的光路長度為二者的焦距之和，以使通過第七透鏡17 的光束再次變為平行光。后續的第七透鏡17和第八透鏡20是共軛透鏡組，二者之間的距離為第七透鏡17的焦距，二者中間放置PBS分束器18，將此平行光束分成透射P偏振光和反射S偏振光。S偏振光是未經液晶波前校正器15校正、攜帶眼波像差的光，進入波前探測器19，從而檢測出人眼的波前像差。波前探測器19到第七透鏡17的光路長度為第七透鏡 17的焦距長度，以保證經過第六透鏡14和第七透鏡17這對共軛透鏡組將液晶波前校正器 15成像于波前探測器19的孔徑位置。對于成像支路，從人眼10到第七透鏡17這部分光路與探測支路共光路，而從PBS 分束器18透射的P偏振光才進入成像支路，P偏振光是經液晶波前校正器15校正后的無眼波像差的光，通過第八透鏡20聚焦在成像(XD21上，第八透鏡20和第七透鏡17是共軛透鏡組，成像(XD21使眼底被照明區域成像。為使瞳孔能便利地與入射光軸對準，設置一個可視化瞳孔位置標定輔助光路，同時利用探測支路對瞳孔的正確位置進行標定，如圖1 在人眼前上方20mm 30mm距離處放置發光波長830nm 900nm的LED 23，照明被測者瞳孔，第五透鏡12和第四透鏡9成為共軛透鏡組，使瞳孔成像于第四透鏡9的左方焦點處；在第四透鏡9和二向色耦合分束器8之間再插入與二向色耦合分束器8垂直的分色片M，使波長大于830nm的LED 23的光束垂直反射出光路，但不影響波長小于830nm的照明與視標光束通過，在第四透鏡9的折軸焦點處設置瞳孔相機22，瞳孔相機22與主控計算機相連。打開照明光源1和LED 23，開啟波前探測器19和瞳孔相機22，從與主控計算機相連的顯示屏上可看到瞳孔的像和波前探測器19的光點陣列。利用固定頭部的頭托架對人眼的位置進行微調，直到波前像差中無傾斜且整體光點陣列全部呈現在顯示屏上；此時，瞳孔相機22中所拍攝的瞳孔像的位置即為瞳孔與入射光軸對準的位置；主控計算機以瞳孔像的中心為圓心，以瞳孔半徑3mm為半徑畫一圓圈， 作為瞳孔的正確位置，將該圓圈及其坐標系保存到文件，存入主控計算機的控制程序中。本發明采用雙脈沖觸發光源照明，保證了波前探測與眼底成像時需要的照明光， 而關閉了探測信號被處理時間內的眼底照明，避免了不必要的光能進入人眼，有效減少照明光對人眼的危害。由于照明光源1的激光器觸發需要用TTL信號，另外視場切換光闌3 — 般需要超過IOV電壓驅動，所以使用單片機控制盒實現對照明光源1和視場切換光闌3的控制，單片機控制盒與主控計算機連接，使用單片機可以控制照明光源1和視場切換光闌3 的觸發時刻精確到1ms。建立波前探測器19對波前校正器15的響應矩陣R 首先將人眼10用模擬眼替代，模擬眼由焦距為20mm的雙膠合透鏡和漫反射屏組成，雙膠合透鏡放置在原人眼瞳孔所處的位置，漫反射屏放置在原人眼視網膜所處的位置。開啟照明光源1，可以在漫反射屏上看到會聚光點；開啟波前探測器19可以探測到從模擬眼出射的波前，前后移動調節漫反射屏直到被測波前上的離焦量最小。然后開啟響應矩陣測量控制軟件，測量前36項Zernike 模式波前的響應矩陣R。將響應矩陣R存入主控計算機中。撤掉模擬眼，使被測量的人眼10位于圖1所示位置處，即可開始像差自適應校正的眼底成像過程。控制程序裝在主控計算機中，線性位移機構11、液晶波前校正器15、波前探測器 19、成像CCD21、瞳孔相機22和視標點光源6都與主控計算機相連，受其中的程序控制，照明光源1、視場切換光闌3通過單片機控制盒間接與主控計算機相連。系統工作流程的第一步是使被測者瞳孔對準入射光軸將主控計算機中的標記瞳孔正確位置的圓圈顯示在顯示屏上，被測者頭部固定在頭托架上，打開視標點光源6，粗調頭托架以使人眼能看到視標的像，細調線性位移機構11使人眼看到的視標像變得清晰，開啟LED 23和瞳孔相機22，對人眼瞳孔進行攝像，細調頭架，直到瞳孔像與標定圓圈重合；令視場切換光闌3處于小孔位置，以產生波前探測所需的“點光源”；然后按圖2所示的流程控制觸發波前探測器19的曝光快門開啟，隨即觸發照明光源1開啟，“點光源”發出脈沖光，脈沖時間為5ms 10ms， 波前探測器19在該時間內持續曝光，然后關閉快門；繼而令視場切換光闌3切換為大孔以產生成像所需的“面光源”，與此同時計算機順序進行波前處理、向液晶波前校正器15發送校正信號、等待液晶波前校正器15響應；然后再觸發照明光源1開啟，“面光源”發出脈沖光，脈沖持續時間為5ms 10ms，同時令成像CCD21開啟快門曝光，在脈沖結束時關閉成像 (XD21的快門；最后成像(XD21將獲得的眼底圖像傳給主控計算機。


圖1為本發明的大視場眼底自適應成像光學結構示意圖。其中，1為照明光源、2為
9第一透鏡、3為視場切換光闌、4為第二透鏡、5為環形光闌、6為視標點光源、7為第三透鏡、8 為二向色耦合分束器、9為第四透鏡、10為人眼、11為線性位移機構、12為第五透鏡、13為分光棱鏡、14為第六透鏡、15為液晶波前校正器、16為反射鏡、17為第七透鏡、18為PBS分束器、19為波前探測器、20為第八透鏡、21為成像(XD、22為瞳孔相機、23為發光波長830nm 900nm的LEDJ4為分色波長830nm的長波通分色片。圖2為大視場眼底自適應成像的受控工作流程。圖3為500度近視人眼的視網膜視錐細胞圖像，其中(a)為視場擴大前獲得的100 微米視場圖像，(b)為在本發明系統上獲得的500微米視場的圖像。
具體實施例方式為了更清楚理解本發明，下面結合實施方式對所做的設計結構進行詳細說明。實施例對500度近視人眼的眼底視錐細胞成像1)所用照明光源1為小型半導體激光器，帶有光纖耦合，纖芯直徑500 μ m，發光波長λ i為808nm，輸出功率在IOmW 20mW范圍可調；緊挨著光纖發射端有一由電機控制連續旋轉的毛玻璃，旋轉速率范圍IOOOrpm 2000rpm，輸出激光通過具有75 % 80 %透過率的毛玻璃，以消除自相干的散斑。2)第一透鏡2、第二透鏡4、第三透鏡7、第四透鏡9、第五透鏡12、第六透鏡14、第七透鏡17、第八透鏡20均為雙膠合消色差透鏡，且表面鍍有增透膜。口徑依次為10mm、 25mm、25mm、20mm、20mm、40mm、20mm、20mm ；焦距依次為20mm、250mm、250mm、250mm、200mm、 250mm、86mm、IOOmm03)所用視場切換光闌3為兩葉式電控機械光闌，通電開啟為大孔，直徑5mm，關閉電源還原為小孔，直徑Imm;開啟電壓12V，開啟響應時間^ns ；初始處于小孔位置，照射在人眼眼底的圓形光斑直徑為100微米；探測完畢后切換為大孔，照射在人眼眼底的圓形光斑直徑為500微米。4)所用環形光闌5的外徑7. 3mm、內徑3mm，緊貼于第二透鏡4后；通過第四透鏡 9、分光棱鏡13和第五透鏡12成像到人眼瞳孔位置，其像的外徑略小于瞳孔為5. 8mm、內徑 2. 4mm。5)采用發光波長λ ‘為550nm的發光二極管作為視標點光源6。6)所用二向色耦合分束器8，口徑25mm，對λ : = 808nm波長的眼底照明光具有 95%的反射率，對λ 2 = 550nm波長的視標光具有95%的透過率。7)被測人眼10為500度近視，在較暗環境下使瞳孔直徑穩定在6. 0mm。8)所用的線性位移機構11為一維位移器，位移精度0. 01mm，行程120mm。9)所用的分光棱鏡13對808nm波長眼底照明光的透反比約為9 1。10)所用液晶校正器15，純位相型反射式LCOS器件，美國BNS公司生產，型號 P512-0785，通光窗口 7.68mm X 7. 68mm，象素數512 X 512，中心校正波長785nm，液晶對驅動電壓的響應時間為15ms。11)所用的反射鏡16為薄型平面反射鏡，面積15mmX 15mm，厚度2mm，反射率 95%。12)所用PBS分束器18，直徑50mm，當808nm波長的眼底照明光透過時分出的P偏振光的消光比為ιχιο_3。13)所用波前探測器19，為哈特曼型，有效微透鏡數為91，2. 5mm接收孔徑，配置的C⑶為英國ANDOR公司生產，型號EM-DV897，128X128像素，量子效率在808nm波長處為 70 %，波前探測速度200Hz，測量誤差峰谷值0. 05 λ i，均方根值0.01 A1014)所用成像C⑶相機21為高靈敏度科學級(XD，英國ANDOR公司生產，型號 EM-DV897,512X512 像素。15)所用瞳孔相機22為COOKE公司生產的CCD相機，型號Pixel Fly QE, 1390X 10 像素。16)所用LED 23為紅外二極管光源，發光波長λ 3為830nm 900nm波段，功率 600 μ W。17)所用分色片24，口徑25mm，是截止波長為830nm的長波通濾光片。對波長大于 830nm的光具有95%的反射率，對波長小于830nm的光具有95%的透過率。18)利用上述元件按照圖1所示的光路結構搭建大視場液晶自適應像差校正眼底成像光學系統，其中第六透鏡14的光軸相對第五透鏡12的光軸向右側偏離5mm的距離，使入射和反射出液晶波前校正器15的兩束光分離；調節線性位移機構11使第四透鏡9到第五透鏡12的光路長度d = 250mm ；配置自適應控制與信號處理的主控計算機，視標點光源 6、線性位移機構11、液晶波前校正器15、波前探測器19、成像(XD21和瞳孔相機22均與主控計算機相連，受其控制，照明光源1、視場切換光闌3也通過單片機控制盒與主控計算機連接。19)建立波前探測器19對波前校正器15的響應矩陣R 將人眼10用模擬眼替代。 開啟照明光源1，在模擬眼的漫反射屏上看到會聚光點；開啟波前探測器19探測從模擬眼出射的波前，前后移動調節漫反射屏直到被測波前上的離焦量最小。然后開啟響應矩陣測量控制軟件，測量前36項^rnike模式波前的響應矩陣R。將響應矩陣R存入主控計算機。20)撤掉模擬眼，被測量的人眼10位于圖1所示位置處，使瞳孔與入射光軸對準 從主控計算機中調出標記瞳孔正確位置的圓圈，將其顯示在與主控計算機相連的顯示屏上；打開視標點光源6，粗調頭托架以使人眼能看到視標的像；細調線性位移機構11使人眼看到的視標像變得清晰；開啟LED 23和瞳孔相機22，對人眼瞳孔進行攝像，并使瞳孔像也顯示在顯示屏上；細調頭托架，直到瞳孔像與標記圓圈重合，完成瞳孔與入射光軸的對準。21)開始人眼10的自適應像差校正眼底成像過程將視場切換光闌3置于小孔位置，點亮視標點光源6，令人眼10主動凝視第四透鏡9與第五透鏡12共焦面處的視標像，直到視覺清晰；觸發波前探測器19的曝光快門開啟，隨即觸發照明光源1開啟，“點光源”發出IOms的脈沖光，波前探測器19接受脈沖曝光；繼而令視場切換光闌3切換為大孔，切換響應25ms，與此同時計算機順序進行波前數據處理、向液晶波前校正器15發送校正信號、 等待液晶波前校正器15響應，這三個過程耗時^ms ；隨即再觸發照明光源1開啟，“面光源”發出8ms的脈沖光，成像CCD21接受脈沖曝光，獲得直徑為500微米的大視場視錐細胞成像；視錐細胞圖像輸入主控計算機。22)分析結果圖3所示為同一被測人眼在視場擴大前后的視錐細胞圖片，其中(a)圖的視場為 200微米，(b)圖為本發明系統中獲得的像，視場為500微米，清楚顯示出本發明的效果。
權利要求
1. 一種大視場液晶自適應光學眼底成像的系統，其特征是在液晶自適應光學眼底成像系統的照明支路中插入變徑光闌，即時改變眼底被照明的面積，既可滿足波前探測的點光源要求，又可滿足眼底大視場成像的面光源要求。大視場液晶自適應光學眼底成像的系統包括照明支路、視標支路、探測支路、成像支路、可視化瞳孔位置標定輔助光路。照明支路由照明光源(1)、第一透鏡O)、視場切換光闌(3)、第二透鏡0)、環形光闌 (5)、二向色耦合分束器(8)、第四透鏡(9)分光棱鏡(13)、第五透鏡(1 構成，視標支路由視標點光源(6)、第三透鏡(7)、二向色耦合分束器(8)、第四透鏡(9)、分光棱鏡(13)、第五透鏡(12)構成，探測支路由人眼(10)、線性位移機構(11)、第五透鏡(12)、分光棱鏡(13)、 第六透鏡(14)、液晶波前校正器(15)、反射鏡(16)、第七透鏡(17)、PBS偏振分束器(18)、 波前探測器(19)構成，成像支路由人眼(10)、線性位移機構(11)、第五透鏡(12)、分光棱鏡(13)、第六透鏡(14)、反射鏡(16)、第七透鏡(17)、PBS偏振分束器(18)、第八透鏡(20)、 成像(XDQl)組成；可視化瞳孔位置標定輔助光路由LED(23)、人眼(10)、線性位移機構(11)、第五透鏡(12)、分光棱鏡(13)、第四透鏡(9)、分色片(M)、瞳孔相機(22)構成；所述的照明光源(1)的波長X1依據眼底成像組織的光學特性而定，視標光源(6)的波長λ2屬于可見光波段，λ2比入^豆，照明瞳孔的LED(23)的波長人3比X1還長，gp A2 <、< λ3;在照明支路中，設置焦距為的第一透鏡⑵與照明光源⑴相距1. If1，使照明光源 (1)通過第一透鏡( 后在Ilf1處10倍放大成像，視場切換光闌(；3)置于這個像光源處； 第二透鏡(4)和第四透鏡(9)組成一對共軛透鏡組，使視場切換光闌(；3)處的像光源成像為次像光源；二向色耦合分束器(8)與像光源光束的光軸成45°角配置，反射波長為λ工的照明光束，并將其折軸90° ；分光棱鏡(1 與第四透鏡(9)的光軸成45°角配置，使像光源的光束被反射再次折軸90°，然后經第五透鏡(1 后到達眼底；第四透鏡(9)和第五透鏡(1 通過分光棱鏡(1 組成共軛透鏡組，第五透鏡(1 與人眼瞳孔的距離為第五透鏡(12)的焦距，第五透鏡(1 和人眼(10)組成第二對共軛透鏡組，二者被固定在線性位移機構(11)上，調整線性位移機構(11)可使次像光源成像在人眼眼底上；環形光闌(5)緊貼于第二透鏡(4)之后，使光束通過環形光闌( 后變成環形光束入射人眼；第五透鏡(12)到第四透鏡(9)的光路長度d依賴人眼屈光度數D而變化，按公式(1)進行計算，d= (IOOO-Df12) f12/1000+f9 (1)其中，f9為第四透鏡(9)的焦距，f12為第五透鏡(12)的焦距，D無單位，且D彡4、其它參量單位為mm ；二向色耦合分束器(8)置于視標支路與照明支路的垂直交匯處，在環形光闌( 之后， 并插在第三透鏡(7)與第四透鏡(9)之間，形成與兩互為垂直的光軸成45°角配置；在視標支路中，發光波長為可見光波段λ2的視標點光源(6)，位于第三透鏡(7)的焦點處；第三透鏡(7)和第四透鏡(9)組成共軛透鏡組，使視標點光源(6)在人眼眼底成像；在探測支路中，從人眼(10)反射出的信號光束通過由人眼10和第五透鏡12組成的共軛透鏡組；液晶波前校正器(1 與第六透鏡(14)的距離為第六透鏡(14)的焦距，第五透鏡(1 和第六透鏡(14)組成另一對共軛透鏡組，將瞳孔成像于液晶波前校正器(1 上； 第六透鏡(14)的光軸相對第五透鏡(1 的光軸向右側偏離4mm 6mm，以使入射和反射出液晶波前校正器(1 的兩束光分別左右偏心通過第六透鏡(14)；液晶波前校正器(15)校正的偏振方向與PBS偏振分束器(1 的P偏振光對應，從液晶波前校正器(1 反射的光束在到達反射鏡(16)時，反射光束與入射光束的光軸間距離為8mm 12mm，使得只有反射光束被反射鏡(16)接收，并被反射鏡16折軸90°進入第七透鏡(17)，第七透鏡(17)與第六透鏡(14)間的光路長度為二者的焦距之和；第七透鏡(17)和第八透鏡00)是共軛透鏡組，二者之間的距離為第七透鏡(17)的焦距，二者中間放置PBS分束器(18)，將此平行光束分成透射P偏振光和反射S偏振光；S偏振光是未經液晶波前校正器(15)校正、攜帶眼波像差的光，進入波前探測器(19)，從而檢測出人眼的波前像差；波前探測器(19)到第七透鏡(17)的光路長度為第七透鏡(17)的焦距長度，使經過第六透鏡(14)和第七透鏡(17) 這對共軛透鏡組將液晶波前校正器(1 成像于波前探測器(19)的孔徑位置；對于成像支路，從人眼(10)到第七透鏡(17)這部分光路與探測支路共光路，而從PBS 分束器(18)透射的P偏振光才進入成像支路，P偏振光是經液晶波前校正器(1 校正后的無眼波像差的光，通過第八透鏡00)聚焦在成像CCDQ1)上，使眼底被照明區域成像；在可視化瞳孔位置標定輔助光路中，在人眼(10)前上方20mm 30mm距離處放置 LED(23)，照明被測者瞳孔，經第五透鏡(12)和第四透鏡(9)使瞳孔成像于第四透鏡(9) 的左方焦點處；在第四透鏡(9)和二向色耦合分束器⑶之間插入的與二向色耦合分束器 (8)垂直的分色片(M)，使波長大于等于X3&LED(23)光束垂直反射出光路，進入在第四透鏡(9)的折軸焦點處設置的瞳孔相機02)；線性位移機構(11)、液晶波前校正器(15)、波前探測器(19)、成像CCD 01)、瞳孔相機 (22)和視標點光源(6)都與裝有控制程序的主控計算機相連，照明光源(1)、視場切換光闌 (3)通過單片機控制盒間接與主控計算機相連；使用可視化瞳孔位置標定輔助光路和探測支路標定瞳孔的正確位置打開照明光源 (1)和LED (23)，開啟波前探測器(19)和瞳孔相機(22)，從與主控計算機相連的顯示屏上看到瞳孔的像和波前探測器(19)的光點陣列；利用固定頭部的頭托架對人眼的位置進行微調，直到波前像差中無傾斜且整體光點陣列全部呈現在顯示屏上；此時，瞳孔相機02)中所拍攝的瞳孔像的位置即為瞳孔與入射光軸對準的位置；主控計算機以瞳孔像的中心為圓心，以瞳孔半徑3mm為半徑畫一圓圈，作為瞳孔正確位置的標記，將該圓圈及其坐標系保存到文件，存入主控計算機的控制程序中；大視場液晶自適應光學眼底成像的程序調整頭托架使瞳孔與標記位置“圓圈”對準； 打開視標點光源(6)，使人眼盯視視標的像，細調線性位移機構11使人眼看到的視標像變得清晰；視場切換光闌(3)處于小孔位置，產生波前探測所需的“點光源”；觸發波前探測器(19)的曝光快門開啟，隨即觸發照明光源(1)開啟，“點光源”發出脈沖光，脈沖時間為 5ms 10ms，波前探測器(19)在該時間內持續曝光，然后關閉快門；繼而令視場切換光闌 (3)切換為大孔以產生成像所需的“面光源”，與此同時計算機順序進行波前處理、向液晶波前校正器(15)發送校正信號、等待液晶波前校正器(15)響應；再觸發照明光源(1)開啟， “面光源”發出脈沖光，脈沖持續時間為5ms 10ms，同時令成像CCDQl)開啟快門曝光，在脈沖結束時關閉成像CCD的快門；最后成像CCDQ1)將獲得的眼底圖像傳給主控計算機。
2.根據權利要求1所述的大視場液晶自適應光學眼底成像系統，其特征是照明支路中的分光棱鏡(13)的透反比為9 1 ；視場切換光闌(3)置于小孔位置，照射在人眼(10)眼底的光斑直徑為100士20微米，視場切換光闌(3)置于大孔位置，照射在人眼(10)眼底的光斑直徑為400微米 600微米；視場切換光闌(3)的切換響應時間短于 30ms ；探測支路中的第五透鏡(12)和第六透鏡(14)的焦距比等于瞳孔直徑與液晶波前校正器(1 口徑的比值，使從眼底反射出來的信號光通過分光棱鏡(1 后被第六透鏡(14)變成與液晶波前校正器(1 孔徑匹配的平行光束。
3.根據權利要求1所述的大視場液晶自適應光學眼底成像系統，其特征是一、設置一個可視化瞳孔位置標定輔助光路在人眼(10)前上方20mm 30mm距離處放置發光波長830nm 900nm的LED (23)，照明被測者瞳孔，第五透鏡(12)和第四透鏡(9)使瞳孔成像于第四透鏡(9)的左方焦點處； 在第四透鏡(9)和二向色耦合分束器⑶之間插入與二向色耦合分束器⑶垂直的分色片 (24)，使波長大于830nm的LED (23)的光束垂直反射出光路，但不影響波長小于830nm的照明與視標光束通過，在第四透鏡(9)的折軸焦點處設置瞳孔相機(22)，瞳孔相機0 與主控計算機相連；二、對瞳孔的正確位置進行標定打開照明光源(1)和LED ( )，開啟波前探測器(19)和瞳孔相機(22)，從與主控計算機相連的顯示屏上看到瞳孔的像和波前探測器(19)的光點陣列；利用固定頭部的頭托架對人眼的位置進行微調，直到波前像差中無傾斜且整體光點陣列全部呈現在顯示屏上；此時，瞳孔相機02)中所拍攝的瞳孔像的位置即為瞳孔與入射光軸對準的位置；主控計算機以瞳孔像的中心為圓心，以瞳孔半徑3mm為半徑畫一圓圈，作為瞳孔的正確位置標記，將該圓圈及其坐標系保存到文件，存入主控計算機的控制程序中；三、被測者瞳孔與入射光軸對準將主控計算機中的標記瞳孔正確位置的圓圈顯示在顯示屏上，被測者頭部固定在頭托架上；打開視標點光源(6)，粗調頭托架以使人眼能看到視標的像；細調線性位移機構(11) 使人眼看到的視標像變得清晰；開啟LED(23)和瞳孔相機(22)，對人眼瞳孔進行攝像，細調頭架，直到瞳孔像與標定圓圈重合。
4.根據權利要求1所述的大視場液晶自適應光學眼底成像系統，其特征是1)所用照明光源(1)為小型半導體激光器，帶有光纖耦合，纖芯直徑500μ m，發光波長 λ工為808nm，輸出功率在IOmW 20mW范圍可調；緊挨著光纖發射端有一由電機控制連續旋轉的毛玻璃，旋轉速率范圍IOOOrpm 2000rpm，輸出激光通過具有75 % 80 %透過率的毛玻璃，以消除自相干的散斑；2)第一透鏡O)、第二透鏡G)、第三透鏡(7)、第四透鏡(9)、第五透鏡(12)、第六透鏡(14)、第七透鏡(17)、第八透鏡00)均為雙膠合消色差透鏡，且表面鍍有增透膜，口徑依次為10mm、邪讓、邪讓、20mm、20mm、40mm、20mm、20mm，焦距依次為:20mm>250mm>250mm> 250mm、200mm、250mm、86mm、100mm ；3)所用視場切換光闌(3)為兩葉式電控機械光闌，通電開啟為大孔時直徑5mm，關閉電源還原為小孔時直徑Imm ；開啟電壓12V，開啟響應時間^ms ；初始處于小孔位置，照射在人眼眼底的圓形光斑直徑為100微米；探測完畢后切換為大孔，照射在人眼眼底的圓形光斑直徑為500微米；4)所用的分光棱鏡(1 對808nm波長眼底照明光的透反比為9 1 ；5)采用發光波長λ2為550nm的發光二極管作為視標點光源(6)；6)所用二向色耦合分束器(8)，口徑25mm，對λ: = 808nm波長的眼底照明光具有95% 的反射率，對入2 = 550nm波長的視標光具有95%的透過率；7)所用液晶校正器(15)，純位相型反射式LCOS器件，美國BNS公司生產，型號 P512-0785，通光窗口 7. 68mm X 7. 68mm,象素數512X512，中心校正波長785nm，液晶對驅動電壓的響應時間為15ms ；8)所用波前探測器(19)，為哈特曼型，有效微透鏡數為91，2.5mm接收孔徑，配置的CXD 為英國ANDOR公司生產，型號EM-DV897，128 X 128像素，量子效率在808nm波長處為70%， 波前探測速度200Hz，測量誤差峰谷值0. 05 λ工，均方根值0. 01 λ工；9)所用成像CCD相機為高靈敏度科學級CCD，英國ANDOR公司生產，型號 EM-DV897,512X512 像素；10)所用瞳孔相機(22)為COOKE公司生產的CCD相機，型號PixelFlyQE, 1390 X 1024 像素；11)所用LED(23)為紅外二極管光源，發光波長入3為83011111 900nm波段，功率600W;12)所用分色片04)，口徑25mm，是截止波長為830nm的長波通濾光片，對波長大于 830nm的光具有95%的反射率，對波長小于830nm的光具有95%的透過率；13)第六透鏡(14)的光軸相對第五透鏡(1 的光軸向右側偏離5mm的距離，使入射和反射出液晶波前校正器(15)的兩束光分離IOmm ；調節線性位移機構(11)使第四透鏡(9) 到第五透鏡(12)的光路長度d = 250mm ；14)所用PBS分束器(18)，直徑50mm，當808nm波長的眼底照明光透過時分出的P偏振光的消光比為1X10_3;15)所用環形光闌(5)的外徑7.3mm、內徑3mm，通過第四透鏡(9)、分光棱鏡(13)和第五透鏡(12)成像到人眼瞳孔位置，其像的外徑略小于瞳孔為5. 8mm、內徑2. 4mm；16)所用的線性位移機構(11)為一維位移器，位移精度0.01mm，行程120mm;17)所用的反射鏡(16)為薄型平面反射鏡，面積15mmX15mm，厚度2mm，反射率95%。
全文摘要
本發明屬于眼底顯微成像技術領域，是一種大視場液晶自適應光學眼底成像系統。該系統中只設置一個眼底照明光源，在照明支路中先將照明光源放大10倍成像，將此像作為照明眼底的真正光源。在像面處插入電控變徑光闌，首先處于小孔位置產生“點光源”，觸發波前探測器的快門開啟，隨即令照明光源發出第一束脈沖光，波前探測器曝光隨即關閉；電控變徑光闌切換為大孔以產生“面光源”，計算機順序進行波前處理、驅動液晶校正器校正波前，隨即令照明光源發出第二束脈沖光，即可在成像CCD上獲得500微米直徑的大視場眼底視錐細胞圖像。為使被測者瞳孔與成像光束對準，加入可視化瞳孔位置標定輔助光路，使本發明具有很好的臨床實用性。
文檔編號A61B3/15GK102429636SQ20111029343
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者劉永剛, 夏明亮, 姚麗雙, 孔寧寧, 宣麗, 彭增輝, 曹召良, 李大禹, 李抄, 穆全全, 胡立發, 魯興海, 齊岳 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所