眼底光學成像系統的制作方法

本發明涉及醫學成像領域，特別是涉及一種眼底光學成像系統。

背景技術：

隨著我國經濟發展，新生兒醫療科學技術日新月異，新生兒的眼底視網膜疾病逐漸受到關注。眼底視網膜疾病嚴重時可導致失明，是目前兒童失明的首位原因，對家庭和社會造成沉重負擔。

新生兒的眼底視網膜疾病的發生病因有多種，大部分兒童的第一次眼睛檢查都是在幼兒園入學前檢查，由于不少的視覺異常可能只短暫的出現，越來越多的醫生相信對新生兒童的眼睛進行篩查可以提早發現視覺異常，-比如像玻璃體出血這樣的情況，其很可能是最終導致弱視的前兆。弱視這一嚴重的疾病會對兒童造成長期的影響，甚至導致成人以后永久性的失明。如果能夠在早期發現和診斷像玻璃體出血以及其他多種嚴重的疾病，新生兒童將可以及時得到有效的治療，從而防止出現嚴重的視覺損害。新生兒的眼底視網膜疾病可通過早期篩查和正確治療可以阻止病變的發展，這大大減少致盲率，具有重大的社會效益。

目前，大部分的眼底成像系統都是可見光寬光譜成像，然后在光路中間提供安裝濾光片的機構，以獲得特定光譜的圖像。這種眼底成像系統體積龐大，且結構復雜不適宜用于新生兒的眼底檢查。

技術實現要素：

基于此，有必要針對目前眼底成像系統體積龐大的問題提供一種眼底光學成像系統。

一種眼底光學成像系統，其特征在于，所述系統依次包括前端物鏡、濾光片、后端中繼鏡和圖像傳感器，所述前端物鏡與濾光片之間設置有中間像面；

所述前端物鏡用于獲取眼底視網膜的圖像并成像于所述中間像面處；

所述濾光片用于將所述中間像面上的圖像過濾為單色圖像；

所述后端中繼鏡用于將所述單色圖像成像于所述圖像傳感器。

在其中一個實施例中，所述前端物鏡包括依次設置的：

角膜接觸鏡片，用于接觸角膜以獲取眼底視網膜的圖像；

錐形鏡片，用于控制從所述角膜接觸鏡片入射的光線的偏折方向；

雙膠合鏡片，用于控制所述前端物鏡的整體色差；

雙凸鏡片，用于控制從所述雙膠合鏡片入射的光線在所述中間像面上的成像高度和入射至所述濾光片的光線方向。

在其中一個實施例中，所述錐形鏡片包括凹面和與所述凹面連接的凸面，所述錐形鏡片的凹面覆蓋于所述角膜接觸鏡片的凸面，使所述角膜接觸鏡片的凸面兩側對稱地形成非覆蓋凸面。

在其中一個實施例中，所述系統還包括分別設置于所述非覆蓋凸面的環形照明裝置。

在其中一個實施例中，所述前端物鏡的成像角度大于130度，所述環形照明裝置的照明角度大于130度，且亮度均勻。

在其中一個實施例中，所述環形照明裝置為錐形的導光體，其中，光纖射出的光束經所述導光體和所述角膜接觸鏡片進入所述眼底視網膜。

在其中一個實施例中，所述導光體包括多個傾斜角度相同或不同的斜面體，所述斜面體上端形成入射端口，下端形成內環出光端口和外環出光端口。

在其中一個實施例中，所述濾光片為液晶可調制濾光片，包括多層液晶基片，每層所述液晶基片均連接有通過電壓控制所述液晶基片內部液晶分子取向以改變雙折射率的電線。

在其中一個實施例中，所述后端中繼鏡包括依次設置的第一鏡片、第二鏡片、與所述第一鏡片、第二鏡片分別對稱設置的第三鏡片、第四鏡片以及設置于所述第二鏡片和第三鏡片之間的光闌，其中，所述第一鏡片用于控制入射光的偏折方向，所述第二鏡片和第三鏡片用于控制入射光的色差，所述光闌用于控制入射的光束寬度，所述第四鏡片用于控制入射的光線成像于所述圖像傳感器的成像高度。

在其中一個實施例中，所述圖像傳感器為ccd圖像傳感器。

以上所述眼底光學成像系統依次設置前端物鏡、濾光片、后端中繼鏡和圖像傳感器，前端物鏡與濾光片之間設置有中間像面，前端物鏡、后端中繼鏡和圖像傳感器為根據濾光片的特性設置的光路器件，從而將濾光片融入到整個光路中，不需要增加額外的空間體積，從而減小眼底光學成像系統的體積。

附圖說明

圖1為眼底光學成像系統的結構示意圖；

圖2為圖1中前端物鏡的結構示意圖；

圖3為光線在前端物鏡110中的雙凸鏡片114、中間像面120、和濾光片130之間傳輸的示意圖；

圖4為圖1中后端中繼鏡140的結構示意圖；

圖5為導光體的正視圖；

圖6為導光體的側視圖；

圖7為導光體的側面剖視圖；

圖8為光束在導光體中傳輸的原理圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，一實施例的眼底光學成像系統依次設置前端物鏡110、濾光片130、后端中繼鏡140和圖像傳感器150，所述前端物鏡110與濾光片130之間設置有中間像面120；

前端物鏡110用于獲取眼底視網膜的圖像并成像于中間像面120處；

濾光片130用于將中間像面120上的圖像過濾為單色圖像；

后端中繼鏡140用于將單色圖像成像于圖像傳感器150。

以上所述眼底光學成像系統依次設置前端物鏡、濾光片、后端中繼鏡和圖像傳感器，前端物鏡、后端中繼鏡和圖像傳感器為根據濾光片的特性設置的光路器件，從而將濾光片融入到整個光路中，不需要增加額外的空間體積，從而減小眼底光學成像系統的體積。明顯的，更小體積的眼底光學成像系統可以更為方便的操作使用。

其中，前端物鏡110和后端中繼鏡140分開設計，前端物鏡110和后端中繼鏡140有各自鏡筒，鏡筒長度30到40mm，具體的，前端物鏡110長約30mm，后端中繼鏡140長約40mm。二者分開裝配內部的鏡片，然后經過對準機構定位并鎖緊，方便前端物鏡110的拆卸。前端物鏡110和后端中繼鏡140分開設計使得前端物鏡可快速更換，甚至根據需求不同可替換為其他視角范圍的物鏡。

參照圖2所示，前端物鏡110包括角膜接觸鏡片111、錐形鏡片112、雙膠合鏡片113和雙凸鏡片114。

角膜接觸鏡片111，用于接觸角膜以獲取眼底視網膜的圖像。

錐形鏡片112，用于控制從角膜接觸鏡片111入射的光線的偏折方向，從而使雙膠合鏡片113、雙凸鏡片114和后端中繼鏡140具有較小的口徑，減小系統的體積。

雙膠合鏡片113，用于控制前端物鏡110的整體色差。

雙凸鏡片114，用于控制從雙膠合鏡片113入射的光線在中間像面上的成像高度和入射至濾光片的光線方向。

其中，角膜接觸鏡片111包括可與眼球貼合接觸的凹面及與凹面連接的凸面。角膜接觸鏡片111的凹面曲率半徑為7.0mm到15mm之間，以匹配人體眼睛中角膜的曲率，使其與角膜充分匹配，以保護眼睛。

錐形鏡片112包括凹面和與凹面連接的凸面，錐形鏡片112的凹面覆蓋于角膜接觸鏡片111的凸面，使角膜接觸鏡片111的凸面兩側對稱地形成非覆蓋凸面。錐形鏡片112可以控制光線的偏折，從而使發散的光線按需要的方向偏折，以便于收集到更多的光線，也保證后端中繼鏡140口徑不被擴大，進而減少眼底光學成像系統的體積。

眼底光學成像系統還設置有環形照明裝置160，環形照明裝置160分別設置于角膜接觸鏡片111的凸面兩側形成的非覆蓋凸面。為保證照明亮度均勻，環形照明裝置160為錐形的導光體，導光體為塑料制品，容易加工，如可以為透明材料abs或pc或pmma或san等。控制其放置的傾斜角度、口徑大小和光束發散角的大小等，可以實現照明區域的亮度均勻。光纖射出的光束經導光體和角膜接觸鏡片111進入眼底視網膜，使得可獲取眼底視網膜的圖像信息。本實施例中，在角膜接觸鏡片111的凹面鍍有減反射膜，以減少角膜接觸鏡片111凹面的后向反射光，消除反射雜光的影響，獲取更清晰的眼底視網膜圖像。

本實施例中，導光體是單一結構，而非多個獨立結構的組合或者粘合，大大減少了制造和安裝上的困難，節省加工和人工成本。

參照圖5和圖6所示，為實現光照的亮度均勻，本實施例將導光體設置為多個傾斜角度相同或不同的斜面體，每個斜面體的傾斜角度是設置好的，且其中的一個斜面體為全反射面504，斜面體上端形成入射端口503，下端形成內環出光端口501和外環出光端口502，需要指出的是，內環出光端口501是依據全反射面504形成的，外環出光端口502則是直接折射形成的。內環出光端口501和外環出光端口502的正視圖參照圖5所示。圖7顯示了導光體的側面剖視圖，更清楚地顯示了入射端口503以及內環出光端口501和外環出光端口502。

如圖8所示的光束在導光體中傳輸的原理圖，眼球0與角膜接觸鏡片111接觸后，光束從入射端口503進入后，被分為兩部分。一部分光束經過全反射面504反射到內環出射端口501，再經過內環出射端口501折射后通過角膜接觸鏡片111到達第一眼底區域01；另一部分光束直接經過外環出光端口502折射后通過角膜接觸鏡片111到達第二眼底區域02。本實施例中，導光體只有一個入射端口503，使每個斜面體的傾斜角度根據需要進行設置，利用全反射和折射，可以形成僅有的兩個出光端口，實現光對眼球內部結構的分區域照射，如圖8所示的第一眼底區域01和第二眼底區域02。小區域的均勻照射更容易實現，所以切割為兩個分區域的均勻照射，可以實現大區域范圍的130度眼底均勻照明。

一般新生兒發生視網膜病變的涉及區域比較大，觀察是在120度的視網膜區域內，甚至更大。如果觀察區域過小會出現漏診和誤診等問題，所以成像系統的觀察區域要大于120度的范圍。

本實施例中，前端物鏡110為廣角物鏡，可捕獲大于130度的眼底視網膜圖像。環形照明裝置160的照明范圍也大于130度，而且亮度均勻，保證整個系統可清晰拍攝130度內的眼底視網膜。需要指出的是，常規的光學成像系統中，照明超過120度的眼底視網膜區域時，一般無法保證照明亮度分布的均勻性，會導致形成的眼底視網膜的圖像出現過曝和暗角，從而影響醫生對圖像局部區域的分析判斷。本實施例可以做到照明范圍大于130度，且照亮均勻，提升后續對眼底視網膜的成像效果。

本實施例中，濾光片130為液晶可調制濾光片，包括多層液晶基片，總厚度為30mm，每層液晶基片均連接有通過電壓控制液晶基片內部液晶分子取向以改變雙折射率的電線。改變雙折射率會導致偏振干涉的變化，實現濾光波長的選取。需要指出的是，本實施例中，前端物鏡110與后端中繼鏡140之間的空氣間隔中以放入濾光片130。由于前端物鏡、后端中繼鏡和圖像傳感器根據濾光片的特性設置的光路器件，從而將濾光片融入到整個光路中，不需要增加額外的空間體積，從而減小了眼底光學成像系統的體積。除此之外，通過精密電壓控制電路改變電壓可使液晶可調制濾光片快速切換波長以實現濾光效果，獲得多張不同波長的圖像，病變組織在不同的波長下表現不一樣，可容易分離判斷出來。同時，多光譜圖像可以提供2+1維的信息，增加光譜維度信息方便了圖像處理，可實現智能化地識別篩選病變區域，減少工作量、判斷更加客觀和流程化。

本實施例中，液晶可調制濾光片完全由電控制，沒有機械振動，控制更為方便。

如圖3所示，控制前端物鏡110的雙凸鏡片114的第一次成像光束的主光線垂直于分光器件液晶可調制濾光片130，而且光束的發散角小于液晶可調制濾光片130波長選擇準確的可接受角度。

如圖4所示，后端中繼鏡140采用對稱的鏡頭結構，可以消除部分橫向像差，物像關系為非對稱的情況可以通過這種結構來演化成非對稱式的結構。具體的，后端中繼鏡140包括依次設置的第一鏡片141、第二鏡片142、與第一鏡片141、第二鏡片142分別對稱設置的第三鏡片143、第四鏡片144以及設置于第二鏡片142和第三鏡片143之間的光闌145。其中，第一鏡片141用于控制入射光的偏折方向。第二鏡片142和第三鏡片143用于控制入射光的色差。光闌145用于控制入射的光束寬度，具體的，通過控制后端中繼鏡140與圖像傳感器150的相對位置，實現連續變焦功能，使不同眼軸長度眼球的視網膜都能成像在固定的圖像傳感器150處。明顯的，通過后端中繼鏡140自動快速對焦，方便醫生準確快速捕獲到清晰的眼底視網膜圖像，大大地縮短檢查時間，提高了工作效率。第四鏡片144用于控制入射的光線成像于圖像傳感器的成像高度。

本實施例中，圖像傳感器150使用高信噪比、高靈敏度和大動態范圍的ccd圖像傳感器，使實時傳輸的圖像數據保存更方便快捷。

為了滿足ccd的分辨率要求，達到100lp/mm，本實施例中，在設計前端物鏡110和后端中繼鏡140時，考慮了眼球本身的結構所造成的成像像差，將眼球內部產生的像差與前端物鏡110和后端中繼鏡140產生的像差相互平衡抵消，使得最終綜合像差符合要求，以滿足所選用的ccd分辨率要求，達到100lp/mm。

本實施例中，眼底光學成像系統中的所有鏡片均鍍有減反射膜，使反射率小于0.5％，且鏡片外圓均涂抹高吸收率的黑漆，使得雜光大大減少，提高了圖像的對比度。其中，包括前端物鏡110和后端中繼鏡140中的所有鏡片均鍍有反射膜。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。