透镜模组及使用该透镜模组的眼底成像设备的制作方法

本发明涉及一种眼底照相机透镜模组，以及由此透镜模组构成的眼底照相设备。

背景技术：

眼底相机是一种传统的医疗设备，用于观察、记录人眼视网膜图像，为医生分析和诊断提供客观依据。眼底相机所检测的视网膜上分布着人体内唯一能直接观察到的毛细血管，这些微血管形态的变化可用于眼底疾病、高血压、糖尿病等多种疾病的早期诊断，已成为现代医疗诊断的重要手段。世界上第一台台式眼底照相机由德国CARLZEISS公司于1925年试制成功，随后，CANON、TOPCON、NIKON、OLYMPUS、OPTON等多家公司对眼底相机的设计进行了大量的改进，现在市面上的台式机已经可以一键启动即实现全自动测量。

然而，台式眼底照相机包含较复杂的成像、照明、瞳孔定位、对焦指示、固视灯等多条光路，甚至还包括外眼照明、外眼观察、外眼固视、外眼对焦等光路，因而结构比较复杂，体积大而且笨重，同时面临较高的价格成本和运输成本。此外，面对卧病在床的患者、医生下乡筛查和随访，特别是对边远地区患者的筛查和随访，便携式免散瞳同眼底照相机就显得尤为重要。早在1994年专利号为92105247.2的中国专利“新型手持式眼底镜”就公开了一种手持式眼底镜。此后，国内外在便携式眼底相机的各个关键技术方面均作了大量的研究。

现有技术，美国专利《DIGITAL DOCUMENTING OPHTHALMOSCOPE》(专利号：US7364297B2)公开了一种广角检眼镜，可以目视观察，也可以外接手机保存图像，视场角可以到25度。但是它没有提供红外预览功能，而是采用白光长时间直接照射病人眼底，给病人造成不适，并且拍摄范围无法满足同时观察到视盘和黄斑。

现有技术，中国发明专利《透镜模块及眼底相机》(申请号：201310756402.X)公开了眼底照相机光路结构，采用红外和白光LED直接照射到接目物镜，实现对待检眼的离轴照明，眼底经接目物镜和成像光路成像于光电传感器，并由光电传感器转换为电信号，从而实现对眼底图像的记录。该方案中，红外LED用于红外预览照明，因待检眼对红外光不敏感，预览时不会引起待检眼瞳孔的缩小，也即实现对待检眼的免散瞳拍照。但该技术采用单片式非球面镜作为接目物镜，既不能有效消除接目物镜自身的轴向色差和垂轴色差，也不能消除包含人眼和接目物镜组合系统的轴向色差和垂轴色差，系统成像质量较差。

现有技术，中国发明专利《一种便携式眼底照相机》(申请号：201410619382.6)也公开了一种手持式眼底照相机，其基本结构和实现方式与中国发明专利《透镜模块及眼底相机》(申请号：201310756402.X)相似，主要差异在于成像透镜的结构形式不同，其接目物镜同样采用单片非球面透镜。

现有技术，美国专利《EXAMINATION INSTRUMENT》(专利号：US9033507B2)公开了一种手持式眼底照相机，通过分光镜将红外和白光LED出射光束耦合到接目物镜，实现对待检眼的离轴照明，眼底经接目物镜和成像光路成像于二维光电传感器，并由光电传感器转换为电信号，从而实现对眼底图像的记录。同时，在接目物镜后插入分光镜用于固视灯的导入，通过改变固视灯的位置，可以获取眼底不同部位的图像。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可以在保持较小整体尺寸、较低系统杂光和鬼像的同时，显著提高系统的成像质量的透镜模组及使用该透镜模组的眼底成像设备。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种透镜模组，所述透镜模组的有效焦距为正值，所述透镜模组包括相互贴合的第一镜片、第二镜片及第三镜片；其中所述第一镜片为正焦距透镜，所述第一镜片靠近待检眼的侧面为凹面，所述第一镜片远离待检眼的侧面为凸面；所述第二镜片与所述第三镜片为胶合结构；所述第二镜片靠近待检眼的侧面为凸面，所述第三镜片远离待检眼的侧面为凹面。

优选地，所述第一镜片靠近待检眼的侧面的曲率半径为20毫米～40毫米；所述第一镜片远离待检眼的侧面的曲率半径为17毫米；所述第二镜片靠近待检眼的侧面的曲率半径为40毫米；所述第二镜片与所述第三镜片的结合面的曲率半径为40毫米；所述第三镜片远离待检眼的侧面的曲率半径为50毫米～200毫米。

一种透镜模组，所述透镜模组的有效焦距为正值，所述透镜模组包括相互贴合的第一镜片、第二镜片及第三镜片；其中所述第一镜片与所述第二镜片为胶合结构；

所述第一镜片靠近待检眼的侧面为凹面，所述第二镜片远离待检眼的侧面为凸面；所述第三镜片为负焦距透镜，所述第三镜片朝向待检眼的侧面为凸面，所述第三镜片远离待检眼的侧面为凹面。

优选地，所述第一镜片靠近待检眼的侧面的曲率半径为20毫米～40毫米；所述第一镜片与所述第二镜片的结合面的曲率半径为86毫米；所述第二镜片远离待检眼的侧面的曲率半径为22毫米；所述第三镜片靠近待检眼的侧面的曲率半径为28毫米；所述第三镜片远离待检眼的侧面的曲率半径为50毫米～200毫米。

一种眼底成像设备，包括：第一透镜模组、第二透镜模组及第三透镜模组，所述第一透镜模组、所述第二透镜模组及所述第三透镜模组依次设置在待检眼睛的前方；成像孔光阑，所述成像孔光阑设置在所述第二透镜模组与所述第三透镜模组之间；图像摄取模块，所述图像摄取模块设置在所述第三透镜模组的光线射出侧；所述第一透镜模组、所述第二透镜模组、所述成像孔光阑、所述第三透镜模组及所述图像摄取模块同轴设置，所述第一透镜模组、所述第二透镜模组及所述第三透镜模组的中心的连线形成光轴；照明组件，所述照明组件横向偏离设置在所述光轴的一侧；其中所述第一透镜模组为透镜模组。

优选地，所述第二透镜模组的整体有效焦距为正值或负值；所述第三透镜模组的整体有效焦距为正值。

优选地，所述照明组件包括两组照明组件，两组所述照明组件沿所述光轴对称设置；其中所述照明组件包括沿竖直方向相互贴合的红外光光源和白光光源；或所述照明组件包括沿水平方向相互贴合的红外光光源和白光光源。

优选地，所述照明组件包括红外光光源和白光光源以及设置在所述红外光光源和所述白光光源光路上的光线合束装置。

优选地，在所述第二透镜模组的光线射入侧设有分光镜及透镜，所述透镜位于所述分光镜和固视光标之间。

优选地，在所述第三透镜模组的光线射出侧设有分光镜。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)第一透镜模组可以有效补偿待检眼的轴向和垂轴色差，从而在该透镜模组的成像面具有更好的成像效果；同时，组靠近待检眼一侧的镜片为凹面，适当设定此表面的曲率半径，该表面即使有脏污也不会对成像结果引入明显的杂光。

2)包含用于照亮待检眼眼底的白光光源，该光源经过起偏装置和前述第一透镜模组以线偏振光束照亮待检眼眼底。被照亮的待检眼眼底由前述透镜模组在其后形成实像，二维图像摄取模块将此实像进行光电转换，并通过显示设备展示给使用者。为了较好的消除杂散光，一个与前述起偏装置垂直放置的线偏振片被放置在成像光路中。

3)包含用于照亮待检眼眼底的红外光源，该光源经过起偏装置和前述第一透镜模组以线偏振光束照亮待检眼眼底。被照亮的待检眼眼底由前述透镜模组在其后形成实像，二维图像摄取模块将此实像进行光电转换，并通过显示设备展示给使用者。为了较好的消除杂散光，一个与前述起偏装置垂直放置的线偏振片被放置在成像光路中。由于人眼对红外光不敏感，当红外光照亮待检眼眼底时不会引起待检眼瞳孔的缩小，瞄准瞳孔的工作即在红外光照明的条件下进行。当瞄准工作完成后，启动白光闪光，可实现对待检眼眼底的免散瞳成像。

4)包含用于调整眼底拍摄位置的多个固视灯光源，该光源经过前述第二和第三组透镜或另行设计的透镜后入射到前述第一透镜模组，再经待检眼最终入射到待检眼眼底，待检眼眼底与该光源处于共轭位置。不同的固视灯光源可以引导待检眼转向不同的方向，从而实现对待检眼眼底拍摄区域的选择。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明眼底成像设备实施例一光路配置图；

图2a为本发明眼底成像设备实施例一第一透镜模组表面反射情况图一；

图2b为本发明眼底成像设备实施例一第一透镜模组表面反射情况图二；

图2c为本发明眼底成像设备实施例一第一透镜模组表面反射情况图三；

图2d为本发明眼底成像设备实施例一第一透镜模组表面反射情况图四；

图2e为本发明眼底成像设备实施例一第一透镜模组表面反射情况图五；

图3为本发明眼底成像设备实施例二光路配置图；

图4a为本发明眼底成像设备实施例二第一透镜模组表面反射情况图一；

图4b为本发明眼底成像设备实施例二第一透镜模组表面反射情况图二；

图4c为本发明眼底成像设备实施例二第一透镜模组表面反射情况图三；

图4d为本发明眼底成像设备实施例二第一透镜模组表面反射情况图四；

图4e为本发明眼底成像设备实施例二第一透镜模组表面反射情况图五；

图5a为本发明眼底成像设备照明组件实施例一布局示意图；

图5b为本发明眼底成像设备照明组件实施例二布局示意图；

图5c为本发明眼底成像设备照明组件实施例三布局示意图；

图6a为本发明眼底成像设备分光镜实施例一布局示意图；

图6b为本发明眼底成像设备分光镜实施例二布局示意图。

图中：

1-待检眼 11-眼底 12-瞳孔

2-光轴 3-第一透镜模组 4-平面

5-照明组件 6-第二透镜模组 7-成像孔光阑

8-第三透镜模组 9-图像摄取模块 31-第一镜片

32-第二镜片 33-第三镜片 351-红外光光源

352-白光光源 41-分光镜 42-透镜

43-固视光标 10-光线合束装置 361-第一光源位

362-第二光源位

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例一：

现有一种用于眼底成像的透镜模组，其布局参见图1所示。该透镜系统从眼底一侧到最终像面依次包含第一透镜模组3、第二透镜模组6、成像孔径光阑7和第三透镜模组8。第一透镜模组3的整体有效焦距为正，由两组三片镜片构成。第一片镜片31为正焦距透镜，其朝向待检眼1一侧为凹面，另一面为凸面。第二镜片32和第三镜片33为双胶合结构，离待检眼1最近的表面为凸面，最远的一个面为凹面。第二透镜模组可能包含一片或多片透镜。第三透镜模组的整体有效焦距为正，可能包含一片或多片透镜。

当上述透镜模组用于对眼底11成像时，为了照亮待检眼眼底11，在与光轴2具有横向偏移处放置一个照明组件5，该照明组件5与待检眼1的瞳孔12近似满足够高斯公式，即成物像共轭关系。被照亮的眼底1经前述第一透镜模组3在平面4处形成实像。该实像经第二透镜模组6、成像孔光阑7、第三透镜模组8成像在二维图像摄取模块9上.二维图像摄取模块9将此实像进行光电转换，并通过显示设备展示给使用者。为了较好的消除第一透镜模组3和待检眼1角膜的反射杂光，在照明组件5的出射面放置一个线偏振片用于起偏，并在成像光路与此偏振片正交放置另一个线偏振片。

当前述照明组件5入射到第一透镜模组3时，各面的反射情况如图2所示。

图2a给出了双胶合结构(第二镜片32和第三镜片33)离待检眼1最远的一个表面的反射光情况，从图中可以看出，适当设计该表面的表面半径，可使此面的反射光会聚于第二透镜模组6外侧，也即完全不会窜入第二透镜模组6、第三透镜模组8和二维图像摄取元件9，从而避免此面引起杂光，以劣化成像质量。

图2b给出了双胶合结构(第二镜片32和第三镜片33)中间一个表面(凹向待检眼1一侧)的反射光情况，从图中可以看出，适当设计该表面的表面半径，可使此面的反射光处于发散状态，也即只有极少光纤窜入第二透镜模组6、第三透镜模组8和二维图像摄取元件9。结合前述两个正交放置的起偏和检偏装置，可以有效避免此面引起杂光，而对成像质量影响甚微。

图2c给出了双胶合结构(第二镜片32和第三镜片33)离待检眼1最近一个表面(凸向待检眼1一侧)的反射光情况，从图中可以看出，此面的反射光会聚于双胶合结构(第二镜片32和第三镜片33)最后一个表面后侧，然后迅速发散，也即只有极少光纤窜入第二透镜模组6、第三透镜模组8和二维图像摄取元件9。同样结合前述两个正交放置的起偏和检偏装置，可以有效避免此面引起杂光，而对成像质量影响甚微。

图2d给出了第一透镜模组3中第一镜片31离待检眼1最远一个表面(凹向待检眼1一侧)的反射光情况，从图中可以看出，适当设计该表面的表面半径，可使此面的反射光处于发散状态，也即只有极少光纤窜入第二透镜模组6、第三透镜模组8和二维图像摄取元件9。结合前述两个正交放置的起偏和检偏装置，可以有效避免此面引起杂光，而对成像质量影响甚微。

图2e给出了第一透镜模组3中第一镜片31离待检眼1最近一个表面(凹向待检眼1一侧)的反射光情况，从图中可以看出，适当设计该表面的表面半径，可使此面的反射光会聚于第二透镜模组6外侧，也即完全不会窜入第二透镜模组6、第三透镜模组8和二维图像摄取元件9，从而避免此面引起杂光，以劣化成像质量。

综上述，由于第一头透镜模组采用了正负透镜组合的方式，适当设计各个表面的曲率半径，上述透镜模组在保持较小整体尺寸、较低系统杂光和鬼像的同时，可以有效降低第一透镜模组3和待检眼1的色差，从而提高系统的成像质量。其中第一镜片31靠近待检眼的侧面的曲率半径为20毫米～40毫米；第一镜片31远离待检眼的侧面的曲率半径为17毫米；第二镜片32靠近待检眼的侧面的曲率半径为40毫米；第二镜片32与第三镜片33的结合面的曲率半径为40毫米；第三镜片33远离待检眼的侧面的曲率半径为50毫米～200毫米。

实施例2：

现有一种用于眼底成像的透镜模组，其布局参见图3所示。该透镜系统从眼底一侧到最终像面依次包含第一透镜模组3、第二透镜模组6、成像孔径光阑7和第三透镜模组8。第一透镜模组3的整体有效焦距为正，由两组三片镜片构成。第一镜片31和第二镜片32为双胶合结构，离待检眼1最近的表面为凹面，最远的一个面为凸面。第三镜片33为单片式正焦距透镜，其朝向待检眼1一侧为凸面，另一面为凹面。第二透镜模组6可能包含一片或多片透镜。第三透镜模组8的整体有效焦距为正，可能包含一片或多片透镜。

当上述透镜模组用于对眼底11成像时，为了照亮待检眼眼底11，在与光轴2具有横向偏移处放置一个照明组件5，该照明组件5与待检眼1的瞳孔12近似满足够高斯公式，即成物像共轭关系。被照亮的眼底1经前述第一透镜模组3在4处形成实像。该实像经第二透镜模组6、系统孔径光阑7、第三透镜模组8成像在二维图像摄取模块9上.二维图像摄取模块9将此实像进行光电转换，并通过显示设备展示给使用者。为了较好的消除第一透镜模组3和待检眼1角膜的反射杂光，在照明组件5的出射面放置一个线偏振片用于起偏，并在成像光路与此偏振片正交放置另一个线偏振片。

当前述照明组件5入射到第一透镜模组3时，各面的反射情况如图4所示。

图4a给出了单片式正焦距第三镜片33离待检眼1最远的一个表面的反射光情况，从图中可以看出，适当设计该表面的表面半径，可使此面的反射光会聚于第二透镜模组外侧，也即完全不会窜入第二透镜模组6、第三透镜模组8和二维图像摄取元件9，从而避免此面引起杂光，以劣化成像质量。

图4b给出了单片式正焦距双胶合结构(第二镜片32和第三镜片33)离待检眼1最远的一个表面(凹向待检眼1一侧)的反射光情况，从图中可以看出，此面的反射光会聚于此单片式正焦距第三镜片33最后一个表面后侧，然后迅速发散，也即只有极少光纤窜入第二透镜模组6、第三透镜模组8和二维图像摄取元件9。同样结合前述两个正交放置的起偏和检偏装置，可以有效避免此面引起杂光，而对成像质量影响甚微。

图4c给出了胶合双胶合结构(第二镜片32和第三镜片33)离待检眼1最近一个表面(凸向待检眼1一侧)的反射光情况，从图中可以看出，适当设计该表面的表面半径，可使此面的反射光会聚于第二透镜模组外侧，也即完全不会窜入第二透镜模组6、第三透镜模组8和二维图像摄取元件9，从而避免此面引起杂光，以劣化成像质量。

图4d给出了第一透镜模组3中双胶合结构(第二镜片32和第三镜片33)中间表面(凸向待检眼1一侧)的反射光情况，从图中可以看出，此面的反射光会聚于此双胶合结构(第二镜片32和第三镜片33)最后一个表面后侧，然后迅速发散，也即只有极少光纤窜入第二透镜模组6、第三透镜模组8和二维图像摄取元件9。同样结合前述两个正交放置的起偏和检偏装置，可以有效避免此面引起杂光，而对成像质量影响甚微。

图4e给出了第一透镜模组3中双胶合结构(第二镜片32和第三镜片33)离待检眼1最近一个表面(凹向待检眼1一侧)的反射光情况，从图中可以看出，适当设计该表面的表面半径，可使此面的反射光会聚于第二透镜模组外侧，也即完全不会窜入第二透镜模组6、第三透镜模组8和二维图像摄取元件9，从而避免此面引起杂光，以劣化成像质量。

综上述，由于第一头透镜模组采用了正负透镜组合的方式，适当设计各个表面的曲率半径，上述透镜模组在保持较小整体尺寸、较低系统杂光和鬼像的同时，可以有效降低第一透镜模组3和待检眼1的色差，从而提高系统的成像质量。其中第一镜片31靠近待检眼的侧面的曲率半径为20毫米～40毫米；第一镜片31与第二镜片32的结合面的曲率半径为86毫米；第二镜片32远离待检眼的侧面的曲率半径为22毫米；第三镜片33靠近待检眼的侧面的曲率半径为28毫米；第三镜片33远离待检眼的侧面的曲率半径为50毫米～200毫米。

本发明也涉及一种免散瞳成眼底照相设备，也即要求提供用于眼底图像预览的红光眼底照明和用于眼底拍照的白光眼底照明。在预览模式下，待检眼对红外光不敏感，瞳孔不会缩小。当眼底相机在红外光预览模式下瞄准工作完成后，启动白光照明，从而获得待检眼的彩色图像。具体的实现方案参见图5和图6。

图5给出了沿前述眼底照相设备光轴2投射看到的光源分布图。图5a示出了红外光光源351和白光光源352在半径方向紧邻放置，分别为待检眼眼底提供红外预览光源和白光拍照光源。该方案中，也可以在红外光光源351和白光光源352相对光轴对称的位置放置另一对红外光光源351和白光光源352。图5b示出了红外光光源351和白光光源352在垂直于半径方向紧邻放置的情况。该方案中，也可以在红外光光源351和白光光源352相对光轴对称的位置放置另一对红外光光源351和白光光源352。当然也可以采用更多光源分布于以光轴为中心的环上。

图5c给出另一种预览光源和拍照光源的布局方式。红外光光源和白光光源二者中的一种布置在图中第一光源位361的位置，而另一种光源布置在第二光源位362的位置，二者通过一个光线合束装置10耦合在一起。进行眼底成像时，首先开启其中的红外光光源351，该光源经前述透镜模组的第一透镜模组3聚焦在待检眼1的瞳孔12附近，进而照亮眼底。当瞄准工作完成后，启动白光光源352，借助前述眼底相机透镜模组，实现对待检眼1眼底11的彩照拍摄。

为了实现对待检眼眼底不同部位的拍摄，两种固视光标方案显示在图7和图8中。

如图6a所示，在前述眼底相机透镜模组的第二透镜模组6前增加一个分光镜41用于导入使待检眼随固视光位置转动的固视光标43。一个透镜42放置在分光镜41和固视光标43之间，以使固视光标43与待检眼1眼底11处于共轭位置，此时待检者看到最清晰的固视光标43。实际方案中包含多个固视光标43，点亮不同的固视光标以引导待检眼的不同区域被前述由透镜模组组成眼底照相设备所拍摄。

固视标的另一种实现方式参见图6b，在前述眼底相机透镜模组的第三透镜模组8后增加一个分光镜41用于导入使待检眼随固视光位置转动的固视光标43。固视光标43与二维图像摄取元件9相对于分光镜43对称的位置，此时固视光标43与待检眼1眼底11处于共轭位置，此时待检者看到最清晰的固视光标43。实际方案中包含多个固视光标43，点亮不同的固视光标43以引导待检眼1的不同区域被前述由透镜模组组成眼底照相设备所拍摄。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。