專利名稱：一種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及自適應光學眼底成像技木，為ー種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置，可廣泛用于活體人眼視網膜三維高分辨率成像。
背景技術：
自適應光學技術具有實時校正動態波前像差的能力，將其應用到眼底視網膜成像技術中，可以校正時間和空間上都隨機變化的活體人眼像差，從而實現接近衍射極限的活體人眼視網膜高分辨率成像。
美國專利5777719，5949521，6095651，6379005B1，6948818B2 介紹了ー種自適
應光學視網膜成像系統，用哈特曼波前傳感器測量人眼像差，用單塊波前校正器校正所測的像差。這套系統采用單塊分立式變形反射鏡作為波前校正器校正能力有限，難以滿足實際人眼像差的校正要求。中國專利CN1282564, CN1282565, CN1306796, CN1306797,CN2728418介紹了另外幾種自適應視網膜成像系統，雖然采用新的技術和方法來提高了成像質量，但是對波前校正器卻并為進行有效的改進，對像差的校正能力仍顯不足。中國專利ZL201010197028. 0，介紹了ー種基于自適應光學的反射式激光掃描檢眼鏡系統，將自適應光學技術與激光掃描共焦檢眼鏡技術結合，有效地提高了視網膜圖像的質量，但是，由于僅采用了單塊波前校正器用于像差校正和縱向層析，波前校正器的行程不足照成了圖像的縱向空間分辨率低。中國專利CN10884524A將自適應光學技術和譜域光學相干層析技術相結合，利用單塊變形鏡實現對人眼像差的實時校正，得到了高分辨率三維成像，但從臨床應用來看，該系統對于部分人群像差校正能力仍然不足，其像差校正能力受限于單塊變形鏡的校正能力，同時圖像的橫向分辨率又存在ー些不足。為了同時獲得人眼視網膜的縱向高分辨率層析成像以及橫向高分辨率成像圖像，中國專利CN101869466A提出將自適應光學共焦掃描與自適應光學相干層析成像相結合，利用單塊波前校正器可以實現人眼視網膜的高分辨率三維成像。但是據統計，人眼像差主要包括較大的低階像差和較小的高階像差，特別是低階像差隨著人群過目成誦很大，離焦可達±10D，散光±5D，目前只采用單塊波前校正器的成像系統像差校正范圍難以滿足不同人群的像差校正需求，殘余像差對成像分辨率存在嚴重的影響，亟待解決。
發明內容
為了解決上述的不足，本發明提供了一種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置，該系統采用兩塊波前校正器能夠分別同時校正人眼低階像差和人眼高階像差，提高了系統對人眼像差的校正能力，可以同時實現自適應光學激光共焦掃描橫向高分辨成像以及自適應光學相干層析縱向高分辨成像，從而實現對視網膜高分辨率的三維成像。本發明采用的技術方案為一種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置，包括自適應光學組件、眼底監視成像及視標組件、共焦掃描組件以及光學相干層析組件；
所述的自適應光學組件包括波前傳感器、雙波前校正器以及一系列球面反射鏡，雙波前校正器分別為第一波前校正器以及第ニ波前校正器，所述波前傳感器接收由人眼反射回來的反射光進行波前探測，得到人眼低階像差和高階像差，由計算機計算后控制高壓放大器輸出電壓，控制雙波前校正器校正人眼低階像差和高階像差；所述的眼底監視成像和視標組件包括視標、相機、第一分光鏡、第一透鏡以及第一分光鏡，視標上的點光源發出的光經第一分光鏡反射一部分后經第一透鏡準直為平行光束，該平行光束經第一分光鏡偏轉反射后進入人眼，從人眼眼底反射回的監視光束經第一分光鏡偏轉反射后經第一透鏡聚焦后透射出第一分光鏡到達相機，相機即能夠對監視位置進行成像，通過改變視標上不同點光源發光位置，可以實現對不同眼底位置的監視成像；所述的共焦掃描組件包括光源、準直透鏡、第二至第六分光鏡、第二、第三透鏡、第ニ至第九球面反射鏡、X方向掃描振鏡以及Y方向掃描振鏡，由光源發出的光依次經過透鏡、第二、第三分光鏡、第二透鏡、反射鏡、第三透鏡、第四分光鏡、所述的第二波前校正器、第二、第三球面反射鏡、第一波前校正器、第四、第五球面反射鏡、第五分光鏡、X方向掃描振 鏡、第六分光鏡、第六、第七球面反向鏡、Y方向掃描振鏡、第八、第九球面反射鏡、第一分光鏡后進入人眼，并在視網膜上匯聚成ー個點，從人眼視網膜反射后的光束沿原路返回到第三分光鏡進入分光，一部分進入波前傳感器，由波前傳感器對人眼像差進入探測，得到人眼像差后由所述的計算機控制高壓放大器對第一、第二兩個波前校正器進入控制，從而分別同時校正人眼低階像差和高階像差；另一部分的光經第二分光鏡，第四透鏡后進入針孔，針孔位置與光束在人眼視網膜的會聚點共軛，以便于濾除背景光，最后由光電探測器進行探測，經所述的計算機采集后得到人眼視網膜圖像；所述的光學相干層析組件包括第一、第二光纖準直器、光纖偶合器、光纖偏振控制器、平面反射鏡、光纖環形器、平衡探測器及掃頻光源，掃頻光源發出的掃頻光經光纖環形器后進入光纖耦合器，由光纖耦合器進行分光，一部分經過光纖偏振控制器和第一光纖準直器后入射到平面反射鏡，由平面反射鏡反射后經原路進入光纖耦合器；另一部分的光經第二光纖準直器后進入第四分光鏡，由第四分光鏡反射，經第二波前校正器，第二、第三球面反射鏡，第一波前校正器，第四、第五球面反射鏡，第五分光鏡，X方向掃描振鏡,第六分光鏡，第六、第七球面反射鏡，Y方向掃描振鏡,第八、第九球面反射鏡,第一分光鏡,最后進入到人眼視網膜，由人眼視網膜反射后經原路回到光纖耦合器；兩個反射光束在光纖耦合器進行干涉后進入平衡探測器，由所述的計算機進行數據采集及數據重建后得到人眼視網膜的高分辨層析成像。其中，所述波前傳感器為微透鏡波前傳感器、或微棱鏡波前傳感器、或剪切干涉波前傳感器、或曲率傳感器、或四棱錐波前傳感器。其中，所述第一波前校正器為分立壓電式連續鏡面變形鏡、或整體壓電式連續鏡面變形鏡、或雙壓電片變形鏡、或壓電膜片變形鏡、或微機械薄膜變形鏡、或表面微機械變形鏡、或液晶空間光調制器，用于校正人眼像差。其中，所述第二波前校正器為分立壓電式連續鏡面變形鏡、或整體壓電式連續鏡面變形鏡、或雙壓電片變形鏡、或壓電膜片變形鏡、或微機械薄膜變形鏡、或表面微機械變形鏡、或液晶空間光調制器，用于校正人眼像差。其中，所述第一波前校正器可以用于校正人眼低階像差，則所述第二波前校正器用于校正人眼高階像差。其中，所述第一波前校正器可以用于校正人眼高階像差，則所述第二波前校正器用于校正人眼低階像差。相對于現有的技術，本發明具有以下的優點I、采用雙波前校正器，利用一塊波前校正器校正人眼低階像差，同時利用另ー塊波前校正器校正人眼高階像差，可提高系統對人眼像差的校正能力，從而滿足不同人群的像差校正需求。2、將自適應光學激光共焦掃描成像技術與自適應光學相干層析成像技術相結合，通過雙波前校正器對人眼像差的校正，可以同時實現對人眼的橫向高分辨率和縱向高分辨率成像，提高系統的實用性。
圖I是本發明具體實施方案中一種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置。
具體實施例方式以下結合附圖及以最佳實施方式對本發明的技術方案進行詳細說明一種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置包括自適應光學組件、眼底監視成像及視標組件、共焦掃描組件及光學相干層析組件，可以實現自適應光學激光掃描共焦成像及自適應光學相干層析成像。自適應光學組件包括波前傳感器27、雙波前校正器18和21以及一系列球面反射鏡，其中由球面反射鏡19、球面反射鏡20組成口徑匹配的縮束擴束系統。波前傳感器27對從人眼出射的帶有波前像差的光束進行探測，得到人眼的低階像差和高階像差，探測得到的像差數據經計算機43解算為校正像差的控制電壓并由高壓放大器42控制波前校正器18和波前校正器21分別對低階像差和高階像差實現實時校正。波前傳感器27可采用微透鏡波前傳感器，即哈特曼-夏克傳感器。波前校正器18可選用雙壓電片變形鏡，波前校正器21可選用微機械薄膜變形鏡。眼底監視成像和視標組件包括視標2、相機3、分光鏡4、透鏡5以及分光鏡6。視標2上的點光源發出的光經分光鏡4反射一部分后經透鏡5準直為平行光束，該平行光束經分光鏡6偏轉反射后進入人眼，從人眼眼底反射回的監視光束經分光鏡6偏轉反射后經透鏡5聚焦后透射出分光鏡4到達相機3，相機3即能夠對監視位置進行成像，通過改變視標2上不同點光源發光位置，可以實現對不同眼底位置的監視成像。視標2采用LED ニ維陣列，優先采用8*8排布的LED陣列。相機3可采用面陣CMOS，也可采用面陣CXD，優先采用面陣CMOS。共焦掃描組件包括光源30、準直透鏡29、分光鏡28、26、22、15、12、透鏡25、23、球面反射鏡17、16、11、10、8、7、X方向掃描振鏡13以及Y方向掃描振鏡9。由光源30發出的光依次經過透鏡29、分光鏡28、26、透鏡25、反射鏡24、透鏡23、分光鏡22、波前校正器21、球面反射鏡20、19、波前校正器18、球面反射鏡17、16、分光鏡15、X方向掃描振鏡13、分光鏡12、球面反向鏡11、10、Y方向掃描振鏡9、球面反射鏡8、7、分光鏡6后進入人眼I,并在視網膜上匯聚成ー個點，從人眼視網膜反射后的光束沿原路返回到分光鏡26進入分光，一部分進入波前傳感器27，由波前傳感器27對人眼像差進入探測，得到人眼像差后由計算機43控制高壓放大器42對兩個波前校正器21、18進入控制，從而分別同時校正人眼低階像差和高階像差；另一部分的光經分光鏡28，透鏡31后進入針孔32，針孔位置與光束在人眼視網膜的會聚點共軛，以便于濾除背景光，最后由光電探測器33進行探測，經計算機43采集后得到人眼視網膜圖像。光源30可采用多種波長的超輻射發光二極管SLD，優先采用680nm的SLD。 光電探測器33可采用光電倍增管PMT，也可以采用雪崩ニ極管APD，優先采用PMT。針孔32直徑可在20-80 ii m之間。分光鏡12、15、22為ニ向色分光鏡。
光學相干層析組件包括光纖準直器34、37、光纖偶合器35、光纖偏振控制器36、平面反射鏡38、光纖環形器39、平衡探測器40及掃頻光源41。掃頻光源41發出的掃頻光經光纖環形器39后進入光纖稱合器35,由光纖稱合器35進行分光,一部分經過光纖偏振控制器36和光纖準直器37后入射到平面反射鏡38，由平面反射鏡38反射后經原路進入光纖耦合器35 ;另一部分的光經光纖準直器34后進入分光鏡22,由分光鏡22反射,經波前校正器21，球面反射鏡20、19，波前校正器18，球面反射鏡17、16，分光鏡15，X方向掃描振鏡14，分光鏡12,球面反射鏡11、10, Y方向掃描振鏡9,球面反射鏡8、7，分光鏡6,最后進入到人眼視網膜，由人眼視網膜反射后經原路回到光纖耦合器35 ;兩個反射光束在光纖耦合器35進行干涉后進入平衡探測器40，由計算機43進行數據采集及數據重建后得到人眼視網膜的高分辨層析成像。掃頻光源41可采用840nm波段的掃頻光源，可以采用1060nm波段的掃頻光源，也可以采用13IOnm波段的掃頻光源，優先采用13IOnm波段的掃頻光源。光纖耦合器35采用2X2寬帶耦合器，中心波長在1310nm，帶寬lOOnm，分光比50:50。以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
權利要求
1.一種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置，包括自適應光學組件、眼底監視成像及視標組件、共焦掃描組件以及光學相干層析組件，其特征在于 所述的自適應光學組件包括波前傳感器(27)、雙波前校正器以及一系列球面反射鏡，雙波前校正器分別為第一波前校正器(18)以及第二波前校正器(21)，所述波前傳感器(27)接收由人眼反射回來的反射光進行波前探測，得到人眼低階像差和高階像差，由計算機(43)計算后控制高壓放大器(42)輸出電壓，控制雙波前校正器校正人眼低階像差和高階像差； 所述的眼底監視成像和視標組件包括視標(2)、相機(3)、第一分光鏡(4)、第一透鏡(5)以及第一分光鏡(6),視標(2)上的點光源發出的光經第一分光鏡(4)反射一部分后經第一透鏡(5)準直為平行光束，該平行光束經第一分光鏡(6)偏轉反射后進入人眼，從人眼眼底反射回的監視光束經第一分光鏡(6)偏轉反射后經第一透鏡(5)聚焦后透射出第一分光鏡(4 )到達相機(3 )，相機(3 )即能夠對監視位置進行成像，通過改變視標(2 )上不同點光 源發光位置，可以實現對不同眼底位置的監視成像； 所述的共焦掃描組件包括光源(30)、準直透鏡(29)、第二至第六分光鏡(28、26、22、.15、12)、第二、第三透鏡(25、23)、第二至第九球面反射鏡(20、19、17、16、11、10、8、7)、父方向掃描振鏡(13)以及Y方向掃描振鏡(9)，由光源(30)發出的光依次經過透鏡(29)、第二、第三分光鏡(28、26)、第二透鏡(25)、反射鏡(24)、第三透鏡(23)、第四分光鏡(22)、所述的第二波前校正器(21)、第二、第三球面反射鏡(20、19)、第一波前校正器(18)、第四、第五球面反射鏡(17、16)、第五分光鏡(15)、X方向掃描振鏡(13)、第六分光鏡(12)、第六、第七球面反向鏡(11、10)、Y方向掃描振鏡(9)、第八、第九球面反射鏡(8、7)、第一分光鏡(6)后進入人眼(1)，并在視網膜上匯聚成一個點，從人眼視網膜反射后的光束沿原路返回到第三分光鏡(26)進入分光，一部分進入波前傳感器(27)，由波前傳感器(27)對人眼像差進入探測，得到人眼像差后由所述的計算機(43)控制高壓放大器(42)對第一、第二兩個波前校正器(18、21)進入控制，從而分別同時校正人眼低階像差和高階像差；另一部分的光經第二分光鏡(28)，第四透鏡(31)后進入針孔(32)，針孔位置與光束在人眼視網膜的會聚點共軛，以便于濾除背景光，最后由光電探測器(33)進行探測，經所述的計算機(43)采集后得到人眼視網膜圖像； 所述的光學相干層析組件包括第一、第二光纖準直器(37、34)、光纖偶合器(35)、光纖偏振控制器(36)、平面反射鏡(38)、光纖環形器(39)、平衡探測器(40)及掃頻光源(41)，掃頻光源(41)發出的掃頻光經光纖環形器(39)后進入光纖耦合器(35)，由光纖耦合器(35)進行分光，一部分經過光纖偏振控制器(36)和第一光纖準直器(37)后入射到平面反射鏡(38)，由平面反射鏡(38)反射后經原路進入光纖耦合器(35);另一部分的光經第二光纖準直器(34)后進入第四分光鏡(22)，由第四分光鏡(22)反射，經第二波前校正器(21)，第二、第三球面反射鏡(20、19),第一波前校正器(18),第四、第五球面反射鏡(17、16),第五分光鏡(15), X方向掃描振鏡(14),第六分光鏡(12),第六、第七球面反射鏡(11、10), Y方向掃描振鏡(9)，第八、第九球面反射鏡(8、7)，第一分光鏡(6)，最后進入到人眼視網膜，由人眼視網膜反射后經原路回到光纖耦合器(35);兩個反射光束在光纖耦合器(35)進行干涉后進入平衡探測器(40)，由所述的計算機(43)進行數據采集及數據重建后得到人眼視網膜的高分辨層析成像。
2.根據權利要求I所述的ー種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置，其特征在于所述波前傳感器(27)為微透鏡波前傳感器、或微棱鏡波前傳感器、或剪切干涉波前傳感器、或曲率傳感器、或四棱錐波前傳感器。
3.根據權利要求I所述的ー種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置，其特征在于所述第一波前校正器(18)為分立壓電式連續鏡面變形鏡、或整體壓電式連續鏡面變形鏡、或雙壓電片變形鏡、或壓電膜片變形鏡、或微機械薄膜變形鏡、或表面微機械變形鏡、或液晶空間光調制器，用于校正人眼像差。
4.根據權利要求I所述的ー種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置，其特征在于所述第二波前校正器(21)為分立壓電式連續鏡面變形鏡、或整體壓電式連續鏡面變形鏡、或雙壓電片變形鏡、或壓電膜片變形鏡、或微機械薄膜變形鏡、或表面微機械變形鏡、或液晶空間光調制器，用于校正人眼像差。
5.根據權利要求I所述的ー種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置，其特征在干所述第一波前校正器(18)可以用于校正人眼低階像差，則所述第二波前校正器(21)用于校正人眼高階像差。
6.根據權利要求I所述的ー種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置，其特征在干所述第一波前校正器(18)可以用于校正人眼高階像差，則所述第二波前校正器(21)用于校正人眼低階像差。
全文摘要
本發明提供一種基于雙波前校正器的人眼視網膜三維成像裝置，該裝置包括自適應光學組件、眼底監視成像及視標組件、共焦掃描組件以及光學相干層析組件，自適應光學組件包括波前傳感器(27)、雙波前校正器以及一系列球面反射鏡，雙波前校正器分別為波前校正器(18)以及波前校正器(21)，所述波前傳感器(27)接收由人眼反射回來的反射光進行波前探測，得到人眼低階像差和高階像差，由計算機(43)計算后控制高壓放大器(42)輸出電壓，控制雙波前校正器校正人眼低階像差和高階像差。本發明采用雙波前校正器提高了自適應光學系統對人眼像差的校正能力；同時實現對人眼視網膜的高分辨率三維成像。
文檔編號A61B3/15GK102860816SQ201210385660
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月12日 優先權日2012年10月12日
發明者張雨東, 何益, 史國華, 何杰鈴, 王志斌 申請人:中國科學院光電技術研究所