折反式眼底相机光学系统设计

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48mm工作距离的折反式眼底相机光学系统。设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正。建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路。照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光。成像光学系统可在-10～+10m-1调焦,物方各视场分辨率为33lp/mm,系统畸变小于8.5%;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15%以内。实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求。

立体成像眼底相机光学系统设计

为了实现从不同角度同时拍摄同一眼底视网膜区域的图像,使采用双目立体视觉法进行眼底三维重建成为可能,设计了一种免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该光学系统由成像系统和照明系统两部分组成,在成像系统中,使用Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟正常人眼,运用体视显微镜成像原理进行分光设计;在照明系统中,通过设置黑点板的方式消除网膜物镜产生的杂散光,并加入环形光阑以避免角膜反射光的产生。设计结果表明,本立体成像眼底相机光学系统截止频率在95lp/mm处各视场的MTF值均大于0.2,成像系统畸变小于-3%,场曲值小于0.1mm,色差矫正良好,并且具有较强的调焦能力,能对-10^+5m^(-1)的人眼清晰成像。

基于眼模型的数字眼底相机设计

基于Gullstrand-Le Grand眼模型设计了一个视场角为30°的免散瞳手持式数字眼底相机。综合考虑人眼本身和外部系统的像差后，实现了全视场2×10^6 pixel的高清晰眼底成像；引入眼模型辅助设计，解决了人眼自身的色差问题，从而适用于白光照明。为避免角膜中心曲率大的区域反射引入杂散光，专门设计了环形光阑和共轴照明相结合的照明系统。结果表明，该相机系统成像分辨率〉120lp／mm，场曲值〈0．86mm，畸变仅为7．2％，色差值〈3．5μm，并且具有较大的调焦能力，对-10m^-1～7m^-1屈光度人眼普遍适用。

基于眼模型的折/衍混合眼底相机设计

应用二元衍射光学理论,设计了一个基于Gullstrand-Le Grand眼光学模型的折/衍混合免散瞳手持式数字眼底相机.该相机的视场角28°,摄影系统由五片透镜构成,其中包含一个二元面.在综合考虑人眼本身和外部系统的像差后,实现了全视场200万像素的高清晰成像,具有较大调焦能力,对-10D至7D屈光度人眼普遍适用.结果显示,该系统成像分辨率高于120lp/mm,场曲值小于0.75mm,畸变仅为7.0%,色差小于3.5μm.衍射光学元件的引入,有效地简化了系统,减小了重量和体积.

便携式免散瞳眼底相机光学系统设计（英文）

设计了一种便携式免散瞳眼底相机光学系统,达到了全视场300万像素的高清眼底成像。在考虑人眼生理特征和光学特性的基础上,引入Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟被测屈光度正常的人眼,用Schematic眼模型来检验屈光度异常人眼对成像光路的影响。在成像系统中,首先采用接目物镜会聚从人眼视网膜反射出瞳孔的光线,然后再由成像物镜将视网膜的像成像到CCD上。在照明系统中,为避免角膜中心区域产生杂散光,采用环形光阑和共轴照明相结合的照明方式给眼底照明。仿真结果表明:该系统视场角为30°,成像分辨率高于120lp/mm,场曲值小于0.12mm,畸变仅为-1.2%,全视场色差值均在艾里斑之内,且该光学系统具有较大的调焦能力,对-10 D^+10 D的人眼普遍适用。所用的光学元件均为普通的球面玻璃,便于加工制造且能有效降低实际的制作成本。

CANON CR-1免散瞳眼底相机的1例故障分析及处理

眼底检查常用设备有直接眼底镜、间接眼底镜、血管造影、眼底相机、光学相干断层扫描仪等。免散瞳眼底照相机是眼科临床及眼病筛查时最常用的眼底客观检查方法之一,如出现故障,将影响临床诊疗。本文针对CANON CR-1使用中多次出现内外眼切换这一故障,给出详细分析及处理方法,并提出使用过程中应注意的事项及保养方法。1故障现象患者外眼位置调节好后,准备拍眼底图,按内外眼切换键无反应,不能进行内外眼切换。

免散瞳眼底相机筛查糖尿病视网膜病变

目的探讨免散瞳眼底相机筛查糖尿病视网膜病变的临床价值,并为深入的研究提供一定依据。方法抽取该院于2012年11月—2014年4月收治的120例糖尿病患者,进行眼底荧光造影、免散瞳眼底相机以及直接眼底镜检查,将眼底荧光造影的检查结果作为标准,计算直接眼底镜检查和免散瞳眼底相机的敏感度与特异度,并且和眼底荧光造影的诊断相同。结果免散瞳眼底相机和直接眼底镜检查的特异度大致相同,但是其敏感度明显比直接眼底镜检查高,且与卡帕检验具有一致性,相较直接眼底镜检查更为优化。结论免散瞳眼底相机与直接眼底镜检查相比,敏感性更高、特异性与卡帕检验的一致性较好。因此,免散瞳眼底相机技术是一种优化糖尿病视网膜病变的筛查方法。

SLO眼底相机瞳孔柔性智能对焦系统设计

激光扫描眼底相机(SCANNING LASER OPHTHALMOSCOPE,简称SLO)采用激光波长光束通过瞳孔瞬间射进眼底而反射成像的原理,通过共聚焦技术去除背景光,可提高成像质量。SLO技术结合计算机图像处理的算法,实现眼底图像的拍摄。眼底相机获取的图像要精准获取视网膜图片,因此需要设计瞳孔柔性智能对焦系统进行眼球精准定位,设计监控界面实时监控眼球定位及采集状态。

基于瞳孔定位的眼底相机照明控制技术

为辅助眼底相机对患者自动进行眼底成像,需要眼底相机实时检测患者瞳孔中心,并及时触发眼底相机的照明控制系统,使得照明光束及时准确射入眼底。首先,使用本文提出的基于内部集成ARM+FPGA结构的ZYNQ处理器的瞳孔中心点快速定位技术完成患者瞳孔中心点坐标计算;然后,计算患者瞳孔中心点坐标与眼底相机成像视场中心点坐标的距离;最后,当检测到该距离小于触发阈值时,即患者瞳孔已经处成像视场中心,此时立刻触发照明系统完成照明动作,使得照明光束能够精准通过瞳孔照亮眼底。实验结果表明:该系统可在瞳孔部分被遮挡(眼睑遮挡或眼球转动到眼角处)、眼动和眼睫毛背景干扰以及离焦等多种情况下,快速准确计算出瞳孔中心点坐标,并且正确判断是否满足照明条件,瞳孔定位的准确率为96%,检测时间每帧69 ms,基本满足眼底相机对基于瞳孔定位的照明控制技术的鲁棒性、精确性和实时性的要求,有利于眼底相机的智能化改进。

基于非共轴阵列照明的小型化眼底相机光学系统设计

建立了非共轴阵列照明下的眼底成像数学模型,采用照明光路与成像光路独立设计方法,提出了一种微小型眼底相机光学系统,以避免传统眼底相机中人眼角膜与网膜物镜反射杂光对视网膜图像的干扰.设计了6阵列环形光源照明光路系统,长度仅17.9 mm,实现眼底视网膜有效照明线视场不小于12 mm;成像光路系统采用二次成像设计,光学调制传递函数优于0.2@91 lp/mm,畸变小于5%,长度仅为75 mm.仿真与设计结果表明,该眼底相机光学系统有效抑制了光路中的杂散光,有利于获得高对比度视网膜图像.研究结果可为高像质、小型化以及低杂光眼底相机发展提供设计参考.

眼底相机的均匀照明及消杂光干扰设计

给出了一种新型眼底相机照明系统的设计方案。针对现行眼底相机照明系统复杂的问题,对经典的柯勒照明光路进行改良设计,得到了一个结构简单的眼底照明系统。结构中除网膜物镜外,只需用到4片透镜,且眼底照明区域直径连续可调,充分利用了光能。通过在照明光路中添加黑点板和环形光阑,屏蔽了系统99%以上的杂散光,使眼底相机成像画面的信噪比达到20dB以上,提高了对比度。同时在Gullstrand_Le标准眼模型上,得到一个均匀度达95%以上的照明区域。

高分辨率免散瞳眼底相机光学系统设计

研究分析了高分辨率眼底相机光学系统设计难点与方法,基于可见光与近红外双波段复合成像方法实现人眼高精度免散瞳成像;分析了人眼角膜高反射特性易造成杂散光干扰的机理,研究提出一种改进型的柯勒照明光路结构,有效规避了人眼角膜反射杂光,实现高对比度眼底视网膜成像。设计实现可见光与近红外双波段共光路、共焦面设计,近红外光实现调焦和观察,可见光完成拍摄,成像系统视场角41°,工作距离40 mm,分辨率达到5μm。仿真结果表明,在实现眼底均匀照明的基础上完全规避了人眼角膜散射杂光。该眼底相机光学系统适用于眼科医疗领域,预防疾病和辅助治疗。

佳能CR-2型眼底照相机故障分析及解决方案

介绍了佳能CR-2型眼底照相机的工作原理和结构特点,分析了导致眼底照相机报故障码Err20、无法开机、图像有阴影等故障的原因,提出了快速有效的检修方法及处理方案,供同行参考和借鉴。

新型大视场消杂光眼底相机光学系统的设计

设计了一款大视场、免散瞳便携式眼底相机。综合考虑接目物镜被成像和照明系统共用、人眼的像差和视度差异等因素,采用16重结构进行优化设计。设计结果的视场角达60°,分辨率为200万像素,对-8D～+10D(1D=1m-1)的人眼普遍适用,在120lp/mm处各视场的调制传递函数(MTF)均大于0.2,畸变小于5%。为消除角膜反射产生的严重杂散光,提出采用LED环形光源改进传统科勒式照明光路,不仅保证眼底照明均匀,而且大大提高了系统的光能利用率,降低了光学系统的复杂程度。为了解决传统系统中接目物镜杂散光无法消除的难题,提出采用偏振分光棱镜代替系统中的分光镜,同时在接目物镜前端加入λ/4波片,消除了99.5%以上的由接目物镜反射产生的杂光。

手持式眼底相机光学系统设计

提出一种新型眼底成像系统,结构更加简单、紧凑。系统的成像和调焦投影光路共用调焦镜,调焦投影光路完全嵌入到照明光路。调焦投影光路不再专设照明组件,避免了投影目标和调焦镜之间的机械联动结构。并且充分利用了网膜物镜系统的空间。利用LED光源窄带宽的优势,瞄准和拍照过程共用一个电荷耦合器件相机。采用新的光学结构,设计了一款视场30°、工作距离30mm的眼底相机光学系统,眼光焦度补偿范围-10m-1～+5m-1,物方各视场分辨率为45line/mm,畸变小于5%。

可诱导人眼自动调焦的眼底相机光学系统设计

基于自适应光学设计了一款可诱导人眼自动调焦的眼底相机,包括视度调节系统、照明系统和自适应成像系统。在视度调节系统中,通过设置视标诱导人眼自动调焦,校正人眼初级像差,将人眼残余像差控制在自适应成像系统的校正范围内。在照明系统中,采用轴锥镜组产生环形光照明人眼,消除人眼角膜的强反射光,通过调节轴锥镜之间的距离使环形光束内径连续变化以适应不同的人眼。在自适应成像系统中,使用哈特曼-夏克波前传感器作为波前探测器,使用变形镜作为波前校正器,校正人眼的高阶像差。仿真结果表明,眼底照明均匀度可达95%,自适应成像系统在截止频率76lp/mm处,各视场调制传递函数(MTF)值均大于0.36。系统畸变小于1%,能够对在-6 D^+8 D(D表示屈光度数)之间的人眼眼底清晰成像。

基于高斯括号法的液体透镜调焦眼底相机光学系统设计

提出了一种采用液体透镜(LTL)补偿人眼屈光度变化的新型眼底相机光学系统,应用高斯括号法推导了液体透镜光焦度与人眼屈光度的函数关系式,计算并搭建了包含人眼模型的眼底相机近轴光学系统。在优化过程中控制人眼瞳孔位置与液体透镜共轭并保证位于它们之间的光学系统放大率接近1,使成像光束能够通过液体透镜;光源与角膜共轭,采用环形光源结合偏振光照明,并在探测器前加入检偏器降低系统杂光。设计并研制了视场角为50°、物方工作距为40mm、总长小于220mm的便携式眼底相机光学系统,拍摄了不同屈光度状态下的模型眼在采用液体透镜和不采用液体透镜补偿的眼底图片,结果表明:通过液体透镜的电控变焦能对-10D^+10D(1D=1m-1)的人眼清晰成像。该系统结构紧凑、无机械运动部件,大幅降低了光机系统的复杂程度。

便携式免散瞳带信标眼底相机光学系统

设计了一款便携式39°视场免散瞳眼底相机光学系统,可以对-10～+15m^(-1)屈光度变化范围内的人眼视网膜清晰成像。采用环形光源照明,使眼底视网膜照明均匀度达到95%,也很好地消除了角膜反射。加入的信标系统使得便携式眼底相机光学系统在拍摄时有助于保持人眼与成像系统的同轴度,进一步提高拍摄视网膜图像的清晰度。通过对成像系统的优化设计及仿真分析,得到均方根直径小于6.4μm、场曲小于60μm、像散小于50μm、畸变小于3.6%,在67lp/mm处各视场传递函数值大于0.5和成像系统加工良率高的眼底相机光学系统方案。方案可以应用于眼科检查,改善全国偏远地区眼科医疗器械缺少的情况。

便携式立体成像眼底相机的光学系统设计

设计了一个视场角为30°的免散瞳立体成像眼底相机的光学系统。系统由成像系统和照明系统组成,在成像系统中,设计了新型眼底立体成像光学结构,并加入前置物镜来提高成像分辨率;在照明系统中,通过设置环形光阑来避免角膜反射光的产生,并加入黑点板来消除网膜物镜产生的杂散光。研究结果表明,该系统不仅可以实现眼底视网膜图像的多角度同步采集,还可以实现眼底视网膜6×10~6 pixel的高清成像。系统对正常人眼的物方分辨率高于200 lp/mm,系统总长为290 mm,场曲值小于28μm,畸变仅为-4.9%。系统具有较强的调焦能力,能对-7～+5 m^(-1)屈光度人眼的眼底进行清晰成像。

免散瞳眼底照相机的精密调焦

为实现免散瞳眼底相机在被观测眼底图像较暗情况下的精确调焦,提出了双光楔裂像调焦方法。采用该调焦方法,将一条矩形狭缝视标投影成像到视网膜上,在双光楔的作用下,通过矩形狭缝上下两半部的光线传播方向不同,根据上下两半条矩形狭缝在视网膜上所成像分离的方向和大小决定调焦的方向和调焦量的大小,将视网膜上两半条矩形狭缝像调焦到位于一条直线上。实验结果表明:相对于直接观测眼底细节进行调焦来说,双光楔裂像调焦方法能使调焦精度提高50度(0.5 m-1)以上。这种调焦方法具有精确度高、操作简单等优点。