ZEMAX免散瞳近红外眼底相机设计(3)

菜单

现代医学主要使用的眼底检测设备主要有：检眼镜、眼底相机、光学相干层析像、激光扫描检眼镜等[2]。检眼镜可直接对眼底进行观测，但需要在暗室下进行，操作上有一定的困难。激光扫描检眼镜运用扫描的方式对眼底组织进行三维成像，有较低的纵向分辨率，搭建设备所需成本也过高。光学相干层析成像可以对眼底进行一定深度的扫描，形成层析图像，但是其成本较高难以市场化[3]。目前，因为眼底相机具有技术成熟，成本低，操作简单等优点，其在医学检查上的应用最为广泛。

传统眼底相机使用可见光对使用散瞳药物的被观测者眼底进行照明，然后接收器接收眼底反射回的反射光线，最终成像在显示设备上，以供观察者对病变眼底进行观察[4]。由于人眼对可见光的照射会产生刺激性反应，致使瞳孔大小改变，对观测结果造成影响。因此在进行眼底成像前，需要对被观测者用扩瞳药物，以便得到清晰的眼底图像。但是，散瞳后的人眼进行可见光的强烈照射，不能进行适应调节，可能会对人眼睛产生一些不适反应，有可能还会对人眼造成一定损害。本课题就免散瞳近红外眼底相机进行设计。

免散瞳近红外眼底相机设计是一种新型眼底相机设计，它主要解决了在检测之前需要对人眼进行药物散瞳方面的问题。运用近红外光源作为照明光源，经过照明光学系统直接对人眼进行照明，人眼不会对其产生刺激性反应。同时设计优化眼底相机系统的结构，提高眼底相机的分辨率，同时简化系统透镜元件的结构，便于眼底相机的搭建。因此，基于掌握ZEMAX设计软件的基础上设计免散瞳近红外眼底相机，这对临床医学和科学研究都具有十分重要的意义。

1.2 眼底相机的研究现状与发展趋势

1.2.1 眼底相机的研究现状

1.2.2 眼底相机的发展趋势

1.3 传统眼底相机的基本原理

眼底相机主要分为两大比较完善的结构[15]：外部照明方式的眼底相机和内部照明方式的眼底相机。如图1. 2和图1. 3所示[4]，传统眼底相机系统主要分为照明光学系统和成像光学系统两大主要结构，其中照明光学系统主要由可见光光源、集光镜、环形光阑和聚光镜组成。成像光学系统只要由接目物镜、调焦镜、成像物镜和CCD探测器组成。

通过两种照明方式的原理图，可总结出传统眼底相机的基本原理：照明系统的光源发出可见光光线，经过集光镜成像在环形光阑处，形成一个环形光斑，再经过聚光镜等透镜元件成像在角膜处，角膜前表面形成的环形光斑由于人眼瞳孔的大小，只有部分光线进入晶状体和玻璃体等人眼组织，最终实现对眼底的照明。其中，环形光阑中间位置相当于一个有一定半径的圆形挡板，故其只有边缘环状有光线通过。因此经过环形光阑后，会在人眼角膜处成一个环形光斑像，在满足一定的入射角度的条件下可以屏蔽角膜边缘的反射光，提高眼底成像质量。可见光光线均匀照射到眼底组织后，眼底组织产生反射光线，通过晶状体、角膜等眼睛屈光结构成像到成像光路中，再经过一系列成像光路中的透镜元件，最终眼底组织成像在CCD探测器上，并把拍摄的眼底图像传送到计算机系统中。同时，调焦镜在成像光路中可在一定范围内移动，可以满足不同屈光度下的人眼的观测。

外部照明方式和内部照明方式在原理上相同，但在结构上稍有差别。它们最主要的不同在以下方面：图1. 2外部照明方式采用的是半反半透镜作为两大主要结构的分光元件。半透镜上镀了一层半反射膜可以让一部分光反射一部分光透射出去，分离了两大光路减少了杂散光，但是照明光线在半透镜处会透过一部分光到眼底相机外部，这就减少了照射到眼底的光能量，成像光路的光线能量也在很大程度上降低，捕获的图像清晰度大大降低。而图1. 3内照明方式采用的是中空反射镜分离两个光路，并且接目镜不只是成像光路的透镜元件同时也是照明光路的元件之一。在两种照明方式上，内照明方式较外照明方式相比具有眼底照明能量均匀，眼底反射光能量能够充分利用，并且黑点板能够有效避免系统产生的杂光和鬼像。同时内照明方式具有结构合理，成本低等特点，因此现在市场上所使用的眼底相机大多都是内照明方式的。本论文设计是这种内照明方式的眼底相机结构。