专利名称：免散瞳数字眼底相机及与之相应的瞳孔定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学系统，具体是一种免散瞳数字眼底相机及与之相应的瞳 孔定位系统。
背景技术：
常见的眼底照相机结构如图4。工作时，主照明10灯丝经过聚光镜14、针孔反射 镜27、成像接目镜6投射到人眼17的瞳孔3上；视网膜的像也是经过成像接目镜6，通过针 孔2和调焦镜19成像到成像(X拟6上。在这种结构中，照明光和眼底成像光均通过成像接 目镜6。由于照明光经过成像接目镜6的玻璃空气界面时，会产生反射，反射率在0. 3%到 0.7%之间(取决于镀膜的工艺)。这个反射光会在成像CXD沈上形成鬼像，干扰成像CCD 26上眼底的成像，甚至有可能鬼像完全淹没正常的眼底成像。通常克服鬼像的方法是1) 镀增透膜，将反射率降低到0. 3%左右；2)设计成像接目镜6，将反射光会聚到某一点，然后 在那一点放置黑色的吸光斑，消除反射光。总之，眼底照相机的设计难点就在这个成像接目 镜6上，因为它要兼顾高的成像质量和消除反射光的干扰。目前，世界上只有几家大的光学 公司可以制造这种成像接目镜6，国内还没有成熟的生产方法。眼底照相的另外一个难点是如何在较小的瞳孔直径下照相，通常的方法是增加照 明光的亮度和减小灯丝的尺寸。但是，灯丝的材料限制了光强的增加和灯丝尺寸的减少。为 获得足够的照明光进入眼睛，通常均使用双灯丝投影到瞳孔3上，而双灯丝占用了瞳孔3的 面积，如图1所示，通常情况下，为了投射足够多的光进入瞳孔3，就在灯丝的像1的面积和 针孔2的面积以及之间的间隔三者之间寻找一个平衡。给灯丝的像1的面积越大，能够投 射进入瞳孔3的光强越大；给针孔2安排的面积越大，回收的成像光越强；灯丝的像1与针 孔之2间的间隔越大，避免角膜产生的反光进入成像光路的范围就越大，使用就更加方便。当然，在散瞳的情况下，瞳孔3足够大，比如>4. 0mm，这个平衡比较容易达到。而对 于不散瞳的情况，瞳孔直径在3. 0到4. 0之间时，实现上述目标则非常困难。实际上现有市 场上的免散瞳眼底相机均要求瞳孔直径在3. 7mm以上。
发明内容本实用新型针对上述现有技术存在的缺陷，旨在提出一种免散瞳数字眼底相机及 瞳孔定位系统，能够准确进行瞳孔定位，并通过采用外加反射镜的方式，将照明光路与图像 光路分开，从而避免了接目镜的反射，以获得更加精确的眼底图像。为了实现上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案是，一种免散瞳数字眼 底相机，包括与瞳孔共轭设置的成像光学组件和与成像光路垂直设置的照明光学组件；在 所述成像光学组件中的成像接目镜与瞳孔之间加设有呈45度放置的前半透半反镜，且该 前半透半反镜与照明光学元组中的照明接目镜呈45度；所述成像接目镜后沿成像光路依 次设置有针孔、调焦镜和成像CCD ；所述照明接目镜后沿照明光路依次设置有光阑、照明聚 光镜和呈45度设置的透可见反射红外的反光片；所述反光片一侧放置有红外照明，另一侧放置有快门和主照明。作为优选方案，为了满足所述眼底照相机对视网膜成像角度要求和眼底照相机机 身对瞳孔的距离要求，视网膜成像角度、成像接目镜的直径和成像接目镜到瞳孔的距离满 足下式tan (a/2) = (d/2) /h其中a表示视网膜成像角，d表示成像接目镜直径，h表示成像接目镜距瞳孔距离。为了实现在免散瞳情况下，提高照明光的投射效率，将照明光有效的通过小瞳孔 投射到眼底，在较大的范围克服了瞳孔3的反光，所述主照明的灯丝采用单边的发光灯丝， 其相对于角膜的成像位置与所述针孔相对于角膜的成像位置分布在角膜不同半球。同时，为了实现瞳孔与免散瞳眼底相机的高精度准直，本实用新型还提出了一种 用于上述免散瞳数字眼底相机的瞳孔定位系统，包括分别位于成像接目镜左右位置的两个 摄像头，所述两个摄像头呈相同夹角对准瞳孔；所述两个摄像头的信号输出端一并接入视 频合成电路，且该视频合成电路的信号输出端与视频监视器连接。本实用新型所述免散瞳数字眼底相机及瞳孔定位系统，能够在准确进行瞳孔定位 的前提下，通过采用外加反射镜的方式，将照明光路与图像光路分开，从而避免了成像接目 镜的反射，以获得更加精确的眼底图像。
以下结合附图和实施例，对本实用新型所述免散瞳数字眼底相机及瞳孔定位系统 的设计原理和工作过程作详细描述。
图1是现有技术中灯丝、针孔和瞳孔的准直模式示意图；图2是本实用新型中灯丝、针孔和瞳孔的准直模式示意图；图3是本实用新型所述基于双视频摄像头的瞳孔定位系统示意图；图4是常见的眼底照相机结构示意图；图5是不同状况下，视频监视器上显示的瞳孔示意图；其中图5 (a)是前后位置不正确时的显示示意图；其中图5 (b)是左右位置不正确时的显示示意图；其中图5 (C)是上下位置不正确时的显示示意图；其中图5 (d)是瞳孔位置正确时的显示示意图；图6是实施例所述免散瞳数字眼底相机的整体结构图；图7是免散瞳数字眼底相机最佳尺寸示意图。其中1-灯丝的像；2-针孔；3-瞳孔；4-角膜与空气界面；5-摄像头；6_成像接目镜； 7-视频合成电路；8-视频监视器；9-相机前部到瞳孔的距离；10-主照明；11-快门；12-透 可见反射红外的反光片；13-近红外照明；14-聚光镜；15-光阑；16-照明接目镜；17-人 眼；18-前半透半反镜；19-调焦镜；20-同步调焦中央反光镜；21-同步调焦透镜；22-同步 调焦反光镜组；23-视力表灯；24-视力表；25-视力表镜；26-成像CCD ；27-针孔反光镜； 28-鼻子；29-额头；30-照明光；31-无反光范围；32-眼底成像光。
具体实施方式
如图6所示，本实施例提供的免散瞳数字眼底相机包括与瞳孔共轭设置的成像光 学组件和与成像光路垂直设置的照明光学组件；在所述成像光学组件中的成像接目镜6与 瞳孔3之间，加设有呈45度放置的前半透半反镜18，且该前半透半反镜18与照明光学元 组中的照明接目镜16呈45度；所述成像接目镜6后沿成像光路依次设置有针孔2、调焦镜 19和成像CXD^ ；所述照明接目镜16后沿照明光路依次设置有光阑15、聚光镜14和呈45 度设置的透可见反射红外的反光片12 ；所述反光片一侧放置有红外照明13的灯，另一侧放 置有快门11和主照明10的灯。基于上述结构的免散瞳数字眼底相机在现有的成像接目镜6前加前半透半反镜 18，将接目镜分为照明接目镜16和成像接目镜6的方法来避免接目镜的反光。其中照明接 目镜16和成像接目镜6完全采用同样的透镜组，既降低成本，又便于生产。这样，完全避免 了成像接目镜6的反光，也极大的降低了成像接目镜6的生产难度和成本。但是，由于成像 接目镜6前有了前半透半返镜18和照明接目镜16，这种方法难于实现大角度的眼底照相 机。为实现30度的眼底成像角，同时能够保证一定的对瞳孔3的工作距离，而又不使用大 尺寸的光学零件，本实用新型基于上述光学原理，综合优化得出如图7所示的眼底相机的 最佳尺寸所述眼底照相机要求对视网膜成像角度达到30度，那么对成像接目镜的直径和 到瞳孔3的距离的要求就应该满足下式tan (a/2) = (d/2) /h 其中a表示视网膜成像角，d表示成像接目镜直径，h表示成像接目镜距瞳孔距离。考虑到额头四及鼻子28相对瞳孔3的高度，为了避免碰到额头四和鼻子观，相 机前部到瞳孔的距离9应该不小于30mm。在视网膜成像角a不变的条件下，成像接目镜直 径d越大，对应成像接目镜距瞳孔距离h也越大。因此，为避免碰到额头四和鼻子观，成像 接目镜直径越大越好。但大尺寸光学镜头成本高，也极大的增加了整机的尺寸和重量。而 通过采集大量人体数据和实际测试，我们得出成像接目镜6的直径d应该在45mm到55mm 之间，对应成像接目镜6距瞳孔距离h应该在70mm到75mm之间。这样的系统比较好的平 衡了各个尺寸关系，从而实现了视网膜成像角a为30度，工作距离30mm以及较小的照相机 整体尺寸。为了降低成本，又便于生产，可对照明接目镜16和成像接目镜6，完全采用同样 的透镜组。如图6所示，在成像CXD沈和调焦镜19之间设有与观察光路呈45度角设置的小 尺寸同步调焦中央反光镜20 ；所述小尺寸同步调焦中央反光镜20的上方设有视力表镜25 ； 下方设有同步调焦透镜21及同步调焦反光镜组22 ；所述同步调焦反光镜组22对准调焦电 机移动的调焦镜19的镜筒上的被固定的照明LED照亮的反光点。调焦镜筒的位置的改变 导致反光点的移动；反光点的移动通过同步调焦反光镜组22和同步调焦透镜21、同步调焦 中央反光镜20投射到成像(XD26。通过成像CXD^上反光点的像的位置即可推算对应的调 焦镜筒的位置。在免散瞳情况下，由于瞳孔较小，如何把照明光30有效的通过小瞳孔投射到眼底 是主要困难，本实施例提出了一种特殊的灯丝和针孔2的准直方式，能够提高照明光30的投射效率，也在较大的范围能够克服瞳孔3的反光。[0036]其具体采用的解决方案是所述主照明10灯丝采用单边的发光灯丝，其相对于角 膜的成像位置与所述针孔2相对于角膜的成像位置分布在角膜不同半球。如图2所示，本实用新型将现有技术中的双灯丝，或者环形发光带改成单灯 丝，或者单边的发光带；同时，与针孔2安排在角膜的不同的半球。这样，角膜与空气界面 4的反光就向相反的方向反射，增加了他们在空间上不相交的范围，也增加了操作员的可操 作范围。无反光范围31如图2所示。这种灯丝，针孔2与瞳孔3的安排方法实现了在瞳孔 3大于3. 4mm时，能够可靠的获得清晰的大于30度的眼底图像彩色，并且能够允许一个相对 比较大的瞳孔工作距离的误差(不小于5. Omm)，从而降低了对操作员的操作精度的要求。同时，由于免散瞳对相机和瞳孔的准直和保持距离提出了更加高的要求，本实施 例提出了用双视频摄像头合成的方式，为操作员提供了非常明确的准直指示，可以很方便 的实现瞳孔3与相机的高精度准直。其具体采取的技术方案是如图3所示，基于双视频摄像头的瞳孔定位系统包括 分别位于成像接目镜6左右位置的两个摄像头5，所述两个摄像头5呈相同夹角对准瞳孔 3 ；所述两个摄像头5的信号输出端一并接入视频合成电路7，且该视频合成电路7的信号 输出端与视频监视器8连接。基于上述瞳孔定位系统的原理如下当使用摄像头5提供瞳孔2位置来准直参考时，上下左右相对比较容易，只要把瞳 孔2移到中央，特别是在视频监视器8中央做一个十字叉作为准直的参考。相对比较困难 的是调整移动相对瞳孔的距离，要观察聚焦情况，相对标准不是那么明确。当使用双摄像头 5后，由于摄像头5与瞳孔3形成了夹角，前后距离的误差就表现在瞳孔显示器的左右位移 上了，前后的调整就变成也是把瞳孔3调到屏幕中央，并且完全重叠。这样标准很明确，调整也非常方便。通常在产品制造时，将其安装在工装台上，使用一个模型眼，调节模型眼的瞳孔3 到正确的准直位置，和正确的工作距离，然后调节摄像头5的角度使处于正确位置的瞳孔3 同时处于两个摄像头5的图像的正中央。然后将两路视频信号，通过视频合成电路7，叠加 起来，再显示在视频监视器8上。那么在使用中，如果没有处在正确的位置上，将会出现如 图5所示的几种情况，直至调整到图5 (d)所示的显示示意图为止，此时，两个瞳孔相互重 叠，并且位于中央，表示瞳孔位置正确，可以进行眼底照相。基于上述结构的免散瞳数字眼底相机很好的避免了成像接目镜6的反射，使得获 取的眼底图像更加清晰，调节方法更加简单便利。上述免散瞳数字眼底相机的眼底调焦过程是需要进行调焦时，在成像CCD沈前移入一个约1/4视野宽度的同步调焦中央反光 镜20，如图6所示。位于该同步调焦中央反光镜20上方的视力表的可见光就通过同步调焦 中央反光镜20，针孔2和成像接目镜6投射到视网膜上，移动调焦镜19就可以使受试者清 晰的看见由视力表灯23照亮的视力表M，那么调焦镜19的位置也是大概的眼底焦距位置， 但由于眼睛的补偿作用，这个位置不是准确的。与此同时，移动的调焦镜筒上的一个反光点 的位置通过两个反射镜和缩小的调节镜投射到这个同步调焦中央反光镜20的背面，从而 投射到成像CX^e上。这个反光点在成像CX^e上成像的位置与调焦镜19的位置一一对 应。[0047]在检查视力的同时，用近红外照明13照明眼底，这时操作员可以看见在成像CXD 沈上的眼底红外图像。当视力表M检查结束后，操作员可以按调焦按钮，系统发出调焦电 机移动指令，使得调焦电机在以视力表清晰点为中心的小范围内做扫描移动，同时成像CCD 26采集视频图像。采集完一个系列后，将该系列图像显示，由计算机的算法和操作员选择最 佳聚焦的图像。如果电机移动与该视频是同步的话，当最佳聚焦图像被选择后，系统可以移 动电机准确的返回到最佳聚焦图像位置，为下一步采集彩色眼底图像做好准备。免散瞳数字眼底相机的整体结构见图6所示，视频与眼底相机同步原理是利用 图6中所示的同步调焦中央反光镜20的反面，将一个LED照亮的反光点通过同步调焦反光 镜组22和同步调焦透镜21、同步调焦中央反光镜20投射到成像CXD沈的某个区域，这样， 对眼底调焦时，近红外照明13光虽然照亮整个眼底区域，但是眼底图像中部分图像被同步 调焦中央反光镜20投射的反光点区域图像取代。红外眼底图像和反光点区域图像合成为 此时的CCD图像。调节镜头移动时，反光点同步移动。当最佳聚焦眼底图像被选择后，根据 在反光点在图像中的位置，可以得到此时的调焦电机位置。这也就是对应最佳聚焦的电机 位置。移开同步调焦中央反光镜20，移动调焦电机至此最佳位置，关闭近红外照明13， 打开主照明10，即可获得清晰眼底图像。
权利要求1.一种免散瞳数字眼底相机，其特征是，包括与瞳孔(3)共轭设置的成像光学组件和 与成像光路垂直设置的照明光学组件；在所述成像光学组件中的成像接目镜(6)与瞳孔 (3)之间加设有呈45度放置的前半透半反镜(18)，且该前半透半反镜(18)与照明光学元组 中的照明接目镜(16)呈45度；所述成像接目镜(6)后沿成像光路依次设置有针孔(2)、调 焦镜(19)和成像CXD ( );所述照明接目镜(16)后沿照明光路依次设置有光阑(15)、照明 聚光镜(14)和呈45度设置的透可见反射红外的反光片(12);所述反光片(12) 一侧放置有 红外照明(13)，另一侧放置有快H(Il)和主照明(10)。
2.根据权利要求1所述免散瞳数字眼底相机，其特征是，视网膜成像角度、成像接目镜 (6)的直径和成像接目镜(6)到瞳孔(3)的距离满足下式tan (a/2) = (d/2)/h其中a表示视网膜成像角度，d表示成像接目镜直径，h表示成像接目镜距瞳孔距离。
3.根据权利要求1或2所述免散瞳数字眼底相机，其特征是，所述主照明(10)的灯丝 采用单边的发光灯丝或发光带，其相对于角膜的成像位置与所述针孔(2)相对于角膜的成 像位置分布在角膜不同半球。
4.一种与所述免散瞳数字眼底相机相应的瞳孔定位系统，其特征是，包括分别位于照 明接目镜(16)左右位置的两个摄像头(5)，所述两个摄像头(5)呈相同夹角对准瞳孔(3)； 所述两个摄像头(5)的信号输出端一并接入视频合成电路(7)，且该视频合成电路(7)的信 号输出端与视频监视器(8)连接。
专利摘要本实用新型提出了一种免散瞳数字眼底相机，包括与瞳孔共轭设置的成像光学组件和与成像光路垂直设置的照明光学组件；在所述成像光学组件中的成像接目镜与瞳孔之间，加设有呈45度放置的前半透半反镜。本实用新型还提出了与所述免散瞳数字眼底相机相应的瞳孔定位系统，其采用分别位于照明接目镜左右位置的两个摄像头呈相同夹角对准瞳孔，对瞳孔进行准确定位。本实用新型所述的免散瞳数字眼底相机及瞳孔定位系统能够在准确进行瞳孔定位的前提下，通过采用外加前半透半反镜的方式，将照明光路与图像光路分开，从而避免了成像接目镜的反射，以获得更加精确的眼底图像。
文档编号A61B3/15GK201920702SQ20112000164
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者毛健, 王天欣 申请人:毛健, 王天欣