一种自适应瞳孔大小的眼底相机的制作方法

1.本技术涉及医用眼科光学仪器技术领域，具体涉及一种自适应瞳孔大小的眼底相机。


背景技术：

2.眼底相机是一种医用眼科检查设备，用于观察和获取人眼眼底图像，使用眼底相机，医生可以观察眼底的视网膜、视盘、血管分布等是否异常和病变，同时还可用于糖尿病视网膜病变、青光眼、黄斑变性等多种疾病的早期筛查和诊断。
3.市场上常见的台式眼底相机最大能支持3.3mm以上瞳孔大小的拍摄，由于在拍摄前并不能对瞳孔大小进行判断，需要不停根据瞳孔的大小进行变换，例如当瞳孔小于4.0mm时，需要从4.0mm大瞳孔模式切换到3.3mm的小瞳孔模式，且在小瞳孔模式下拍摄的效果不理想，这是由台式眼底相机采用对称的环形照明本身所局限的。而市场上的手持/便携式眼底相机能支持3.3mm或更小瞳孔的拍摄，但受限于本身的非对称照明特性，拍摄大瞳孔小瞳孔时的眼底光照均匀性不好，影响最终的成像质量；因此目前在拍摄小于3.3mm直径的小瞳孔时大多是采用散瞳的方式来拍摄，需要医生先用药物散瞳后再拍摄，但是拍摄也比较耗时；同时受限于现有的眼底相机的结构和体积等原因难以快速准确自动对焦、曝光和拍摄问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述技术问题，本技术实施例提出了一种自适应瞳孔大小的眼底相机，以解决现有技术中台式眼底相机拍摄小瞳孔的效果不理想、手持/便携式眼底相机成像质量差等问题。
5.本技术实施例提供了一种自适应瞳孔大小的眼底相机，至少包括：非球面物镜、照明光束装置、观察光束装置及观察控制装置；
6.所述照明光束装置和所述观察光束装置分别投射照明光束和观察光束；其中，所述照明光束和所述观察光束在光学上重叠，构成对称或非对称照明；
7.所述照明光束和所述观察光束经过至少一次的反射后投射到所述非球面物镜上，进而入射瞳孔至眼底；
8.眼底反射的光经过所述非球面物镜，射入观察控制装置；
9.所述观察控制装置用于实时显示并采集眼底图像。
10.在一些实施例中，所述观察光束装置投射至少一束观察光束；所述照明光束装置投射至少一束照明光束；各观察光束分别以不同预设角度沿观察轴投射至所述非球面物镜，各照明光束在投射角度和光束剖面上与各观察光束重叠。
11.在一些实施例中，各照明光束和各观察光束同时工作构成对称照明。
12.在一些实施例中，任意一束观察光束和对应在光学上重叠的照明光束同时工作构成非对称照明。
13.所述眼底相机还包括工作距对齐装置，用于确定瞳孔与所述非球面物镜之间的距离达到预设工作距。
14.在一些实施例中，所述工作距对齐装置包括至少一个工作距红外灯，所述工作距红外灯围绕观察轴放置；所述红外灯投射的光束通过角膜反射形成光斑来引导所述眼底相机在xyz三个方向实现对齐。
15.在一些实施例中，所述照明光束和所述观察光束经过至少一次的反射，具体包括：所述照明光束和所述观察光束至少依次经过透反镜、偏振分光镜的反射。
16.在一些实施例中，所述透反镜可透射可见光，反射红外光；或者，透射红外光，反射可见光。
17.在一些实施例中，所述眼底相机还包括正交偏振片组；
18.所述正交偏振片组包括第一偏振片和第二偏振片；
19.所述第一偏振片位于所述偏振分光镜与所述透反镜之间；所述第二偏振片位于所述偏振分光镜与所述观察控制装置之间。
20.在一些实施例中，所述第一偏振片和所述第二偏振片的带宽可覆盖可见光和红外光波长。
21.在一些实施例中，所述观察控制装置包括智能相机、控制器及计算机中的一种或多种。
22.在一些实施例中，所述智能相机具有自动对焦和自动曝光功能；所述控制器用于控制所述照明光束装置和所述观察光束装置电源；所述计算机用于操作智能相机和图像处理。
23.本技术实施例中，通过照明光束和观察光束在光学上重叠，构成对称或非对称照明，即在大瞳孔下使用对称照明，在小瞳孔下使用非对称照明，实现自适应瞳孔大小的拍照；并且利用照明光束和观察光束的光学重叠特性，使得观察预览图像跟拍摄的眼底图像一致，可随时根据预览效果调整，保证拍摄质量的同时，减少拍摄所用时间，整个拍摄过程简单方便，成像质量高，用户体验良好。
附图说明
24.通过参考附图会更加清楚的理解本技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本技术进行任何限制，在附图中：
25.图1是根据本技术的一些实施例所示的一种自适应瞳孔大小的眼底相机的结构示意图；
26.图2a是根据本技术的一些实施例所示的一种自适应瞳孔大小的眼底相机中对称照明的结构示意图；
27.图2b是根据本技术的一些实施例所示的一种自适应瞳孔大小的眼底相机中非对称照明的结构示意图；
28.图3是根据本技术的一些实施例所示的一种自适应瞳孔大小的眼底相机的工作距对准结构示意图。
具体实施方式
29.在下面的详细描述中，通过示例阐述了本技术的许多具体细节，以便提供对相关披露的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来讲，本技术显而易见的可以在没有这些细节的情况下实施。应当理解的是，本技术中使用“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”术语，是用于区分在顺序排列中不同级别的不同部件、元件、部分或组件的一种方法。然而，如果其他表达式可以实现相同的目的，这些术语可以被其他表达式替换。
30.应当理解的是，当设备、单元或模块被称为“在
……
上”、“连接到”或“耦合到”另一设备、单元或模块时，其可以直接在另一设备、单元或模块上，连接或耦合到或与其他设备、单元或模块通信，或者可以存在中间设备、单元或模块，除非上下文明确提示例外情形。例如，本技术所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何一个和所有组合。
31.本技术所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本技术范围。如本技术说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，而该类表述并不构成一个排它性的罗列，其他特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件也可以包含在内。
32.参看下面的说明以及附图，本技术的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本技术的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。
33.本技术中使用了多种结构图用来说明根据本技术的实施例的各种变形。应当理解的是，前面或下面的结构并不是用来限定本技术。本技术的保护范围以权利要求为准。
34.眼底相机是一种医用眼科检查设备，用于观察和获取人眼眼底图像，使用眼底相机，医生可以观察眼底的视网膜、视盘、血管分布等是否异常和病变，同时还可用于糖尿病视网膜病变、青光眼、黄斑变性等多种疾病的早期筛查和诊断。
35.目前市场上的台式眼底相机由于采用对称的环形照明技术，当拍摄小瞳孔时，照明光和成像光在通过晶状体时容易产生重合，重合部分的照明光进入到成像光路发生散射变成杂光，从而造成照片雾化现象，拍摄的眼底照片难以用作眼底诊断。一般常见的台式眼底相机最大能支持3.3mm以上瞳孔大小的拍摄，由于在拍摄前并不能对瞳孔大小进行判断，需要不停根据瞳孔的大小进行变换，例如当瞳孔小于 4.0mm时，需要从4.0mm大瞳孔模式切换到3.3mm的小瞳孔模式，且在小瞳孔模式下拍摄的效果不理想，这是由台式眼底相机采用对称的环形照明本身所局限的。
36.而市场上的手持/便携式眼底相机虽然能支持3.3mm或更小瞳孔的拍摄，但受限于本身的非对称照明特性，在拍摄时会导致眼底光照不均匀，拍摄的眼底照片在部分区域会出现雾化杂光现象，且由于缺少准确判断工作距离的方法和装置，难以实现瞳孔和工作距对齐，从而影响最终的成像质量和成片率；
37.由于上述原因，在拍摄小于3.3mm直径的小瞳孔时大多采用散瞳的方式，需要医生先用药物散瞳后再拍摄，整个拍摄比较耗时；同时由于产品形态、结构和体积等的限制，在当前眼底相机上难以平衡好准确曝光、准确对焦和工作距对齐等功能。
38.同时现有技术中，照明光束和观察光束通常在光学上不重叠，观察到的图像跟拍
摄到的图像不完全一致，这样无法在预览时看见最佳的成像，且无法简单判断当前拍摄的是大瞳孔或小瞳孔，不能实现瞳孔自适应，需要操作人员根据拍照结果来确定是大瞳孔或小瞳孔，再切换到对应拍摄模式，造成反复拍摄，拍摄效率较低。
39.为解决上述问题，本技术实施例公开了一种自适应瞳孔大小的眼底相机，至少包括：非球面物镜、照明光束装置、观察光束装置及观察控制装置；
40.所述照明光束装置和所述观察光束装置分别投射照明光束和观察光束；其中，所述照明光束和所述观察光束在光学上重叠，构成对称或非对称照明；
41.所述照明光束和所述观察光束经过至少一次的反射后投射到所述非球面物镜上，进而入射瞳孔至眼底；
42.眼底反射的光经过所述非球面物镜，射入观察控制装置；
43.所述观察控制装置用于实时显示并采集眼底图像。
44.在一些实施例中，所述观察光束装置投射至少一束观察光束；所述照明光束装置投射至少一束照明光束；各观察光束分别以不同预设角度沿观察轴投射至所述非球面物镜，各照明光束在投射角度和光束剖面上与各观察光束重叠。
45.在一些实施例中，各照明光束和各观察光束同时工作构成对称照明。
46.在一些实施例中，任意一束观察光束和对应在光学上重叠的照明光束同时工作构成非对称照明。
47.在一些实施例中，所述眼底相机还包括工作距对齐装置，用于确定瞳孔与所述非球面物镜之间的距离达到预设工作距。
48.在一些实施例中，所述非球面物镜的中心轴与眼睛的视轴在同一水平线上，形成所述眼底相机的观察轴。
49.在一些实施例中，所述眼底相机还包括工作距对齐装置，用于确定瞳孔与所述非球面物镜之间的距离达到预设工作距。
50.所述工作距对齐装置包括至少一个工作距红外灯，所述工作距红外灯围绕观察轴放置；所述红外灯投射的光束通过角膜反射形成光斑来引导所述眼底相机在xyz三个方向实现对齐。
51.进一步地，工作距对齐装置还可以包括至少一个工作距红外灯，通过移动眼底相机，使红外灯在角膜上的反射光斑均匀分布在图像上，即达到工作距对齐；或者，采用裂像对齐的方式，利用角膜反射光和裂像原理，在工作距没有对齐时，角膜反射光形成的像分离成两部分，当完成工作距定位时，对齐后分离的像合成一个完整的像。
52.在一些实施例中，所述观察控制装置实时显示工作距。
53.在一些实施例中，当瞳孔和所述工作距对准时，所述观察控制装置上显示均匀分布的圆形光斑。
54.在一些实施例中，所述照明光束和所述观察光束分别具有圆形光斑或环形截图的形状。
55.在一些实施例中，所述照明光束和所述观察光束经过至少一次的反射，具体包括：所述照明光束和所述观察光束至少依次经过透反镜、偏振分光镜的反射。
56.在一些实施例中，所述透反镜可透射可见光，反射红外光；或者，透射红外光，反射可见光。
57.在一些实施例中，所述眼底相机还包括正交偏振片组，用于消除角膜及晶体的杂散光；
58.所述正交偏振片组包括第一偏振片和第二偏振片；
59.所述第一偏振片位于所述偏振分光镜与所述透反镜之间；所述第二偏振片位于所述偏振分光镜与所述观察控制装置之间。
60.在一些实施例中，所述第一偏振片和所述第二偏振片的带宽可覆盖可见光和红外光波长。
61.在一些实施例中，所述非球面物镜与所述偏振分光镜之间还包括可换出眼前节镜。
62.在一些实施例中，所述观察控制装置包括智能相机、控制器及计算机中的一种或多种。
63.在一些实施例中，所述智能相机具有自动对焦和自动曝光功能；所述控制器用于控制所述照明光束装置和所述观察光束装置电源；所述计算机用于操作智能相机和图像处理。
64.在一些实施例中，所述观察光束具体包括第一观察光束和第二观察光束；
65.所述第一观察光束与所述第二观察光束透过所述正交偏振片组分别以第一角度与第二角度向所述非球面物镜投射。
66.在一些实施例中，所述照明光束具体包括第一照明光束和第二照明光束；
67.所述第一照明光束在投影角度和光束剖面上与所述第一观察光束重叠；
68.所述第二照明光束在投影角度和光束剖面上与所述第二观察光束重叠。
69.在一些实施例中，各照明光束和各观察光束同时工作构成对称照明，即所述第一观察光束、所述第二观察光束、所述第一照明光束和所述第二照明光束同时工作构成对称照明。
70.在一些实施例中，任意一束观察光束和对应在光学上重叠的照明光束同时工作构成非对称照明，即所述第一观察光束与所述第一/第二照明光束同时工作或者所述第二观察光束与所述第一/第二照明光束同时工作构成非对称照明。
71.在一些实施例中，所述观察控制装置可实现快速自动对焦、自动曝光及消除色差。
72.在一些实施例中，所述方法还包括：校准对所述照明光束和所述观察光束。
73.具体地，非球面物镜由光轴对称的非球面镜组成，至少拥有45
°
的视场，用于视网膜一次成像。
74.具体地，所述观察光束为近红外光；优选地，为780nm或850nm 左右的近红外光。
75.具体地，所述照明光束为白光，用于眼底拍摄；
76.进一步地，所述观察光束是由观察光束装置作为光束投影仪投射的；所述照明光束是由照明光束装置作为光束投影仪投射的；其中，所述观察光束装置包括一个或多个红外led灯；所述照明光束装置包括一个或多个白光led灯，白光led灯为高亮度光源，发散角较小。
77.更进一步地，所述照明光束和观察光束可构成对称和非对称照明；非对称照明为1个白光led灯和1个红外led灯组成，对称照明为2 个白光led灯和2个红外led灯组成，即两束红外观察光，两束照明成像光，共四束光束，对称照明要求光束均匀排布，可多于2个光
束。
78.具体地，所述第一观察光束透过偏振分光镜以第一角度沿观察轴投射至所述非球面物镜；
79.第二观察光束透过偏振分光镜以第二角度沿观察轴投射至所述非球面物镜；
80.所述第一照明光束和第二照明光束成像光在投射角度和光束断面上分别跟第一观察光束和第二观察光束在光学上重叠。
81.在一些实施例中，所述观察控制装置实时显示具体包括：用于观察眼前节的可换出的眼前节镜与眼前节灯相结合，实现眼前节预览成像，当观察和拍摄眼底图像时，可手动或自动换出。
82.在一些实施例中，所述观察控制装置包括智能相机、控制器及计算机中的一种或多种。
83.具体地，所述智能相机具有自动对焦和自动曝光功能，所述控制器用于控制照明光束装置、观察光束装置和电源，所述计算机用于操作智能相机和图像处理。
84.更具体地，所述智能相机内部具有调焦镜片，可实现2倍或以上变焦，智能相机内的处理芯片具有快速自动对焦和自动曝光功能；其中，智能相机可为消费级相机或智能手机相机；所述调焦镜片沿观察轴放置，对视网膜进行二次成像，而且调焦镜具有消色差镜片，用于白光和红外光成像下的色差补偿；
85.所述控制器用于控制照明led灯和观察led灯，控制led灯板的亮度和闪光时间，还可用于智能相机的电源控制；
86.所述计算机可用于控制照明光束和观察光束来形成对称照明和非对称照明，还可用于计算瞳孔大小，在大瞳孔和小瞳孔之间切换照明方式，同时也用于控制智能相机，实现图像传输和图像后处理。
87.具体地，本公开实施例还公开了一种自适应瞳孔大小的眼底相机，具体如图1所示，包括非球面物镜1、可换出眼前节镜2、光阑3、偏振分光镜4、第一偏振片5、补偿镜6、智能相机7、控制器8、计算机9、第二偏振片10、透反镜11、白光led灯12a
‑
12b、固视灯 13、红外led灯14a
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14b、工作距红外灯15、眼前节灯16a
‑
16n；其中，非球面物镜1、可换出眼前节镜2、光阑3、偏振分光镜4、第一偏振片5、补偿镜6、智能相机7、控制器8以及计算机9的中心均在同一水平线上，即观察轴20上；进一步地，观察轴20与眼睛30 的视轴30a同轴；同时，如图1所示，在偏振分光镜4的中心点处存在一条垂直于观察轴20的垂直线20a。
88.进一步地，白光led灯12a和白光led灯12b投射的照明光束以垂直线20a为对称轴对称，红外led灯14a和红外led灯14b投射的观察光束经过至少一次的反射后以观察轴20为对称轴对称。
89.工作距红外灯15围绕观察轴20放置，工作距红外灯15投射的光束通过角膜反射形成光斑来引导眼底相机在xyz三个方向实现对齐，完成工作距定位。
90.透反镜11可以透射可见光(白光)、反射红外光，也可以透射红外光、反射可见光，具体情况可依据实际使用情况而定。
91.固视灯13为低亮度绿色或黄色led灯，沿观察光路径最终在预览图像上成点状光斑，引导患者注视眼底特定部位。
92.第一偏振片5和第二偏振片10组成正交偏振片，能够有效消除角膜和晶体产生的
杂散光。
93.可换出眼前节镜2可由控制器8来控制切换，当拍摄眼前节时将其切入，拍摄眼底时将其换出。在拍摄眼前节时需打开红外led灯 16a
‑
16n，可由2个或2个以上对称红外led灯组成，其波长为850nm 左右。
94.智能相机7由智能手机相机或消费相机构成，该相机内部由调焦镜组、马达、图像传感器和处理器组成。智能相机具有快速自动对焦、自动曝光功能，图像传感器为高分辨率和高信噪比成像元器，为实现更快速自动对焦，可选用具有相位对焦功能的图像传感器，这种图像传感器的每个像素可同时采集和对焦。可选地，智能相机具有usb和wi
‑
fi传输接口，通过usb连接到控制器8，该控制器用来控制led 灯亮度和电源。
95.如图2a所示的结构具体为对称照明结构，其中白光led灯 12a
‑
12b作为左右对称的成像照明光束装置，红外led灯14a
‑
14b作为左右对称的观察光束装置，其中，白光led灯12a
‑
12b和红外led 灯14a
‑
14b上有光导管。在对称照明结构中，由红外led灯14a
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14b 发出的红外光经透反镜11，透过第二偏振片10到偏振分光镜4，经光阑3和非球面物镜1入射瞳孔到眼底；眼底反射回来的光经非球面物镜1和光阑3透过偏振分光镜4的中心孔，再经第一偏振片5和补偿镜6到智能相机7，智能相机通过控制器8将图像传输到计算机9，在计算机上实时显示红外预览图像；由白光led灯12a
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12b发出白光经过上述光路最终在计算机上获取拍摄的眼底照；而且，白光led灯 12a
‑
12b和红外led灯14a
‑
14b投射的光经透反镜11后，实现光学上重叠。
96.在如图2a所示的对称照明下，当瞳孔小于3.3mm时眼底视网膜不能完整的投射到智能相机7的cmos上成像，即在观察时只能看到部分眼底图像，这时需要切换到图2b所示的非对称照明模式，可通过手动切换，手动关掉其中一个红外led灯和一个白光led灯，或由计算机9根据眼底图像估算瞳孔大小并发送指令到控制器8，实现自动切换。
97.如图2b所示的结构具体为非称照明结构，在图2a的基础上通过控制器8关闭白光led灯12b和红外led灯14a便构成了非对称照明系统，其中白光led灯12b作为非对称成像照明，红外led灯14a作为非对称观察照明，在非对称照明下可实现2.5mm小瞳孔清晰成像。为消除非对称照明不均匀问题，在图像特定部位可做去雾化处理，可由计算机9来现实。
98.如图3所示，该图构成系统工作距对准光路，即由工作距红外灯 15发出红外光，经透反镜11，透过第二偏振片10到偏振分光镜4，再经光阑3和非球面物镜1入射瞳孔到眼底；眼底反射回来的光经非球面物镜1和光阑3透过中空反射镜4的中心孔，再经第一偏振片5 和补偿镜6到智能相机7，智能相机7通过控制器8将图像传输到计算机9，在计算机上实时显示工作距对准光斑，该光斑为4个均匀分布在图像四个角的圆形光斑，工作距红外灯15也可采用至少2个红外led灯，在图像中间边缘处形成2个圆形光斑；此时，工作距红外灯15经过至少一次的反射后，与观察轴20重合。
99.工作距红外灯15能够快速判断眼底相机与眼睛的距离，当瞳孔中心到非球面物镜1中心的距离达到预设工作距时，圆形光斑为均匀分布且清晰可见。
100.工作距对准红外灯投射的光通过角膜反射在预览图像中形成清晰的亮斑，实现瞳孔和眼底相机的对准，再由眼底相机内部的智能相机完成自动对焦，最后触发闪光拍照。
101.本公开实施例利用对称和非对称照明技术实现了大小瞳孔的自适应拍摄，同时使用智能相机实现了快速自动对焦和自动曝光，智能相机可采用智能手机相机，从而使得本
方案可用于实现结构更简精的新型台式眼底相机，或在图1基础上去除控制器8和计算机9，实现新的手持(便携)式眼底相机。本方案可以弥补现有眼底相机在小瞳孔成像、自动对焦和曝光上的不足，具有很高的技术和市场价值。
102.本公开实施例中通过设置正交偏振片组，有效消除角膜及晶体的杂散光；在照明成像光路中使用对称和非对称照明方式，在大瞳孔下使用对称照明，在小瞳孔下使用非对称照明，利用观察光束和照明光束的光学重叠特性，使得观察预览图像跟拍照图像一致，在对眼底图像进行预览时可看到成像效果，若成像效果不佳可以及时调整，减少偏差，而且无需操作者拥有太丰富的经验即可实现；拍摄过程简单方便，成像质量高，用户体验良好。
103.应当理解的是，本技术的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本技术的原理，而不构成对本技术的限制。因此，在不偏离本技术的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。此外，本技术所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。