基于眼模型的折/衍混合眼底相机设计

　　0　引言

　　目前眼底相机主要包括:手持式、台式、电视式以及体视相机.在国内,眼底相机的发展相对落后,多数依赖进口,然后进行数字化改造,并且多为台式相机.

　　二元衍射元件与传统折射元件组成的折/衍混合光学系统,可同时利用光的折射和衍射两种特性,增加了光学设计过程中的自由度,能够突破折射光学系统的诸多局限.与折射光学相比,在改善成像质量和降低成本等方面具有很大优势[1-5].

　　另外,考虑到被测人眼本身会成为整个眼底摄影光路的一部分,其像差,特别是色差,会降低眼底成像质量,本设计引入眼模型模拟实际人眼,解决了人眼自身的色差问题,从而适用于白光照明.运用传统光学设计思路,设计出一个八片式的眼底相机摄影系统.引入二元衍射面,并采用普适的

　　Gullstrand-Le Grand眼模型[6-7]模拟人眼,将原有系统简化至五片镜.此相机的分辨率为120 lp/mm,畸变、场曲等像差较原有系统也有所提高,并且重量减小1/3.

　　1　设计要求

　　瞳孔大小:3~7 mm,此为眼瞳在免散瞳状态下的正常调节范围;分辨率:物面90 lp/mm;像面120 lp/mm;尺寸:系统总长小于250 mm,此为便携性的要求;视场角:28°;接收器:1/2英寸、200万像素CCD;照明:医学常用暗光源,波长范围为420~580 nm.

　　2　初始设计

　　2.1　眼底相机结构

　　眼底相机一般由照明系统、摄影系统和观察瞄准系统三部分组成.

　　1)照明系统:由于眼底本身不发光,对其成像就需要外部照明系统将充足的光照引入眼底.本设计采用环形光阑和共轴照明相结合的照明系统,因为环形光阑可以成功避开角膜中心反射最强的区域,使光从其外环进入,从而减少了杂散光的反射;而共轴照明则可以保证光照的均匀性.

　　2)摄影系统:摄影系统将眼底成像于CCD的光靶面上,一般分为两部分,接目物镜和成像物镜.其中接目物镜是整个系统设计的关键,因为它不仅要满足摄影系统的需要,还需被照明系统共用,以满足共轴式照明的要求.

　　3)观察系统:观察系统为医生提供了观察患者眼底病灶和对非正常眼进行调焦的平台.本设计采用CCD实时接收和LCD实时显示的方法,因此,不需要特别的观察系统.

　　2.2　眼光学模型

　　为了对人眼的色差进行校正,本设计在一般眼底相机结构的基础上,引入了眼模型透镜组.目前已有多种眼模型,本文采用的是最常用的Gullstrand-Le Grand眼光学模型,它有四个折射面,包括角膜前表面、角膜后表面、晶状体前表面和晶状体后表面,如图1.

　　2.3　具体设计

　　2.3.1　摄影系统