CN120036723A - 超广角眼底成像系统及成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超广角眼底成像系统及成像设备，涉及眼底成像的技术领域，本发明提供的超广角眼底成像系统及成像设备，在超广角眼底成像系统中包括光源设备、分光单元、探测器、第一焦点扫描镜、补偿镜和主镜；其中，光源设备、分光单元、第一焦点扫描镜、补偿镜和主镜沿着光线传播路径依次设置，可以使光线从第一焦点到瞳孔，而无需设置转镜及慢轴旋转镜等结构，因此，不存在因慢轴反射镜遮挡子午光线而使用旁轴视场而导致眼底画面失真的可能，有效缓解了后期算法或者严格时序控制带来的画面扭曲和失真问题，有助于提高眼底的成像效果，同时，也减少了使用转镜或者振镜的数量，进一步降低了开发成本。

Description

超广角眼底成像系统及成像设备

技术领域

本发明涉及眼底成像技术领域，尤其是涉及一种超广角眼底成像系统及成像设备。

背景技术

近年来，超广角眼底相机成像技术已经取得长足的进展。例如，眼底大视场成像、眼底造影、眼底OCT（Optical Coherence Tomography，简称，OCT，光学相干断层扫描）等，都朝着大视场、超清、荧光造影、OCT等多技术复合方面发展。

目前，超广角视网膜成像系统能够达到200°，甚至更高，其余方案都是透射式方案，在视场角上能够达到180°，但是，相比于反射式方案，透射式方案明显存在着画面模糊，信号衰弱等问题。而现有的反射式方案存在着器件众多，装配复杂等缺点，且在最终画面重建方面存在着一定的形变，导致眼底成像效果不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超广角眼底成像系统及成像设备，以改善提升相关技术中眼底成像效果不佳，以及，复杂变形等技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种超广角眼底成像系统，所述超广角眼底成像系统包括：光源设备、分光单元、探测器、第一焦点扫描镜、补偿镜和主镜；其中，所述光源设备、所述分光单元、所述第一焦点扫描镜、所述补偿镜和所述主镜沿着光线传播路径依次设置；所述光源设备用于产生发射光，所述发射光的光线射向所述分光单元，经过所述分光单元射向所述第一焦点扫描镜；所述第一焦点扫描镜设置于第一焦点，且，所述第一焦点扫描镜用于将发射光的光线进行发散处理，并射向所述补偿镜；所述补偿镜用于将摄入的光线调制到所述主镜需要的像面上，并传播至所述主镜；所述主镜为抛物面主镜，用于对摄入的光线进行调制，并使调制后的光线汇聚至第二焦点，得到汇聚光；所述汇聚光用于射向目标瞳孔，经目标瞳孔的眼底反射后得到信号光；所述信号光经所述主镜、所述补偿镜、所述第一焦点扫描镜之后到达所述分光单元，并经所述分光单元分离射向所述探测器，以使所述探测器对所述信号光进行转换处理得到目标信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述超广角眼底成像系统还包括第一反射镜；在所述光线传播路径中，所述第一反射镜设置于所述第一焦点扫描镜和所述补偿镜之间；所述第一焦点扫描镜将发射光的光线进行发散处理之后，射向所述第一反射镜；所述第一反射镜用于将摄入的光线反射至所述补偿镜。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述第一反射镜为以下反射镜中的一种：平面反射镜、离轴抛物面镜、球面镜，或者，非球面镜。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述补偿镜为离轴抛物面补偿镜。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述第一焦点和所述第二焦点在所述补偿镜和所述主镜的同侧设置。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述补偿镜与所述主镜相对反向偏心设置，且，所述第一焦点和所述第二焦点在所述补偿镜和所述主镜的两侧设置。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述补偿镜和所述主镜的形状匹配，且，所述补偿镜和所述主镜呈类似中心对称设置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述分光单元为半透半反射镜，或者，二向色镜。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述第一焦点扫描镜为二维MEMS振镜，或者，二维扫描振镜。

第二方面，本发明实施例还提供一种成像设备，所述成像设备配置有第一方面所述的超广角眼底成像系统。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的超广角眼底成像系统及成像设备，在超广角眼底成像系统中包括光源设备、分光单元、探测器、第一焦点扫描镜、补偿镜和主镜；其中，光源设备、分光单元、第一焦点扫描镜、补偿镜和主镜沿着光线传播路径依次设置，可以使光线从第一焦点到瞳孔，而无需设置转镜及慢轴旋转镜等结构，因此，不存在因慢轴反射镜遮挡子午光线而使用旁轴视场而导致眼底画面失真的可能，有效缓解了后期算法或者严格时序控制带来的画面扭曲和失真问题，有助于提高眼底的成像效果，同时，也减少了使用转镜或者振镜的数量，进一步降低了开发成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种超广角眼底成像系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种超广角眼底成像系统的光线传播示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种超广角眼底成像系统的光线传播示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种超广角眼底成像系统的光线传播示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种超广角眼底成像系统的光线传播示意图。

附图标记：10-光源设备；20-分光单元；30-探测器；40-第一焦点扫描镜；50-补偿镜；60-主镜；70-第二焦点；80-瞳孔；501-第一反射镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，相关技术中的超广角眼底成像技术，由于在数据采集和分析上的局限性，使其存在以下缺陷：

（1）现有反射式方案存在器件多，镜片多，装配复杂等问题。

器件主要涉及到快速转镜以及其他振镜等，需要用到至少两个以上才能完成眼底弧矢以及子午方向的扫描，转镜以及其他的振镜等都是系统中的核心器件，价格昂贵。且，当前市面上常用的反射式超广角主要用到长条椭球面以及椭球面系统，其镜片口径巨大，加工检测都比较困难。

（2）现有的反射式广角眼底相机因为加入了双振镜扫描系统，使得光路的旋转节点过多，在安装调试方面复杂。

基于此，本发明实施例提供的一种超广角眼底成像系统及成像设备，可以采用双抛物面进行设计，在光学构型上完全和现有技术的光学构型不同，使结构更加的简单，并且能达到较好的成像效果。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种超广角眼底成像系统进行详细介绍。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供了一种超广角眼底成像系统。

具体地，图1示出了一种超广角眼底成像系统的结构框图，如图1所示，本发明实施例提供的超广角眼底成像系统，包括：光源设备10、分光单元20、探测器30、第一焦点扫描镜40、补偿镜50和主镜60。

其中，上述光源设备10、分光单元20、第一焦点扫描镜40、补偿镜50和主镜60沿着光线传播路径依次设置，第一焦点扫描镜40、补偿镜50和主镜60构成了超广角眼底成像系统的光线传播系统。

具体地，本发明实施例中的光源设备10，用于产生发射光，发射光的光线射向分光单元20，经过分光单元射向第一焦点扫描镜。

在实际使用时，本发明实施例中的光源设备指的是激光器设备，可以包括一个激光器，还可以是多个激光器的组合，且，本发明实施例中的光源设备所发出的光线波长通常为400nm-1700nm之间，光束的直径从0.5mm到8mm之间，可以有效满足超广角眼底成像的光线需求。

进一步，上述第一焦点扫描镜40设置于第一焦点，且，第一焦点扫描镜40用于将发射光的光线发散处理，并射向补偿镜50。

补偿镜50用于将摄入的光线调制到主镜60需要的像面上，并传播至主镜60。

主镜60为抛物面主镜，用于对射入的光线进行调制，并使调制后的光线汇聚至第二焦点，得到汇聚光。

进一步，本发明实施例中的汇聚光用于射向目标瞳孔，如图1虚线所示的瞳孔，经目标瞳孔的眼底反射后得到信号光；该信号光经上述主镜60、补偿镜50、第一焦点扫描镜40之后，到达分光单元20，并经分光单元20分离，射向探测器30，以使探测器30对信号光进行转换处理得到目标信号。

在实际使用时，本发明实施例中的上述探测器实际是一种光电转换器，通常，本发明实施例中的探测器可以是光电倍增管PMT探测器，也可以为雪崩光电二极管APD探测器，或者，光电二极管PD探测器，或者，为平衡探测器等等，主要对返回的信号光进行光电转换和数字信号转换，最终通过采集卡等设备将信号传回到处理器进行后续处理。

具体的探测器的实施方式可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

进一步，本发明实施例中的上述分光单元为半透半反射镜，或者，二向色镜，用于将瞳孔（眼底）返回的信号光和发射光剥离。

进一步，本发明实施例中的第一焦点扫描镜为二维MEMS（Micro-Electro-Mechanical System mirror，微机电系统振镜）振镜，或者，二维扫描振镜。且，第一焦点扫描镜的位置为第一焦点，本发明实施例中，在第一焦点设置二维MEMS振镜，或者，二维扫描振镜的方式，可以区别于相关技术中的多面体转镜，在该第一焦点设置二维MEMS振镜，或者，二维扫描振镜，即可实现将不同视场的光线进行汇聚，并最终射向瞳孔，以及，结合不同波长激光，实现对眼底照明刺激。

并且，为了实现第一焦点扫描镜对光线进行发散处理，通常，该第一焦点扫描镜可以被配置为按照预设角度转动，使平行射入的发射光呈预设角度发散，并射向补偿镜。

具体地，为了便于理解，在图1的基础上，图2示出了一种超广角眼底成像系统的光线传播示意图，如图2所示，图2中示出了光源设备10、分光单元20、探测器30、第一焦点扫描镜40，以及，补偿镜50、主镜60，以及，第二焦点70。

基于图2可以看出，第一焦点扫描镜40、补偿镜50和主镜60构成了超广角眼底成像系统的光线传播系统，且，在第一焦点扫描镜40的作用下，发射光呈预设角度发散，并射向补偿镜。

在实际使用时，本发明实施例中的超广角眼底成像系统可以应用于成像设备，因此，在成像设备中，可以提供图2中各个设置的支撑结构，进而使第一焦点扫描镜40、补偿镜50和主镜60构成上述图2所示的光线传播系统。

并且，图2中，基于分光单元的作用，上述光源设备10和探测器30的位置可以互换，即，光源设备10和探测器30的位置，可以根据分光单元的实际作用进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

此外，基于图2可以看出，上述第一焦点扫描镜40、补偿镜50和主镜60，都具有反射的作用，进而使摄入的光线在光线传播系统中进行传播。

进一步，本发明实施例中的超广角眼底成像系统还包括第一反射镜；在上述光线传播路径中，第一反射镜设置于第一焦点扫描镜和补偿镜之间；第一焦点扫描镜将发射光的光线进行发散处理之后，射向第一反射镜；第一反射镜用于将摄入的光线反射至补偿镜。

具体地，为了便于说明，在图2的基础上，图3还示出了另一种超广角眼底成像系统的光线传播示意图，除图2所示的结构外，图3还包括第一反射镜501，以及，第二焦点70和瞳孔80。

具体地，图3中，补偿镜50为离轴抛物面补偿镜，用于将第一反射镜501反射的光线调制到上述主镜60需要的像面上，进而通过主镜60将光线汇聚到第二焦点。

进一步，上述图2中的第一反射镜为以下反射镜中的一种：平面反射镜、离轴抛物面镜、球面镜，或者，非球面镜，其中，非球面镜可以是椭球面、双锥面、双曲面、自由曲面等非球面镜。

具体地，如果第一反射镜为平面反射镜时，则该第一反射镜可以缩短工作距离，以便在工作中给被拍摄人员留够工作空间，此时，整个超广角眼底成像系统不包括该第一反射镜。

而由于上述补偿镜50通常为离轴抛物面补偿镜，此时，整个超广角眼底成像系统为双抛物面系统，即包括主镜和补偿镜两个抛物面镜。

进一步，如果图2中的第一反射镜501为球面镜或者非球面经，则整个超广角眼底成像系统转换为三非球面系统，即，包括主镜、补偿镜和第一反射镜，将第一反射镜设置为非球面相较于平面反射镜的实施方式，更有利于眼底像差矫正。

具体的第一反射镜的实施方式，可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

进一步，上述补偿镜50，除了可以为离轴抛物面补偿镜外，还可以是双曲面镜，主要为了将平行入射到该补偿镜上的光束调制到能够适应主镜60所需要的中间像面上，进而通过主镜60的抛物面将平行光会聚到第二焦点的瞳孔。

进一步，上述图2和图3中，第一焦点和第二焦点在补偿镜50和主镜60的同侧设置。即上述第一焦点扫描镜40和第二焦点70同侧设置，且与瞳孔80的位置在同一侧。

并且，在图2所示的实施方式中，减少了第一反射镜501，此时的超广角眼底成像系统为双非球面系统，即，具有更少的结构。

在实际使用时，考虑到图2和3所示的实施方式中，第一焦点和第二焦点同侧设置时，就导致光源设备10、分光单元20、探测器30、第一焦点扫描镜40等设备会与被拍摄人员同侧，即，与第二焦点位置的瞳孔80的位置同侧，会导致留给被拍摄人员的工作空间较小，因此，本发明实施例中，上述补偿镜与主镜还可以相对反向偏心设置，此时，第一焦点和第二焦点在补偿镜和主镜的两侧设置。

为了便于理解，图4示出了另一种超广角眼底成像系统的光线传播示意图，其中，图4示出的是补偿镜50与主镜60相对反向偏心设置，在这种实施方式下，上述光源设备10发出的激光束和瞳孔位置的第二焦点相对于补偿镜和主镜在两侧设置，更方便了诊疗以及仪器的整体设计。

其中，上述反向偏心设置指的是补偿镜50与主镜60的工作面相对于整个超广角眼底成像系统的中心对称设置。

进一步，本发明实施例中，上述补偿镜50与主镜60的形状匹配，且，补偿镜和主镜呈类似中心对称设置。

其中，本发明实施例中，补偿镜50与主镜60的形状匹配指的是补偿镜50与主镜60的半径曲率相对一致，使补偿镜50的形状更加接近于主镜60，此时，补偿镜50与主镜60可以构成一个类似中心对称的结构，为了便于理解，基于图4，图5示出了另一超广角眼底成像系统的光线传播示意图，由图5可以看出，上述补偿镜50与主镜60的形状接近，且，补偿镜和主镜呈类似中心对称设置，这种结构能够对子午面不同视场的疏密程度得到更好的控制。

并且，本发明实施例中，上述光线传播系统的结构，以抛物面或者双曲面有焦点为原理，通过双抛物面补偿方案，能够实现以第一焦点（二维MEMS振镜，或者，二维扫描振镜的位置）到第二焦点的瞳孔位置的直接二维扫描成像，没有中间像点，减少了装配的复杂度。并且，采用两片抛物面镜的方式，在加工工艺上相比于传统的凸球镜更加简单，减少成本。

综上，本发明实施例提供的超广角眼底成像系统，具有以下有益效果：

（1）减少使用振镜的数量：

即，可以采用两片抛物面镜，通过在第一焦点放置二维MEMS振镜，或者，二维扫描振镜，可以达到对眼两个方向的扫描，能够减少使用转镜或者振镜的数量。

（2）减少开发难度：

相比于控制一个转镜和一个慢轴旋转镜，本发明实施例中，只需要一个传统的二维MEMS振镜，或者，二维扫描振镜，使整个超广角眼底成像系统的集成度进一步提升。

（3）降低像面的弯曲形变：

传统的反射系统需要将慢轴旋转镜在Y方向上与射入到慢轴镜的光撇开，以给慢轴镜加入旋转轴，在这个过程中，眼底扫描画面即失去了对称性，需要后期的图像处理或者对控制进行严格的时许控制，才能得到不失真的画面。本发明实施例中，直接从第一焦点到第二焦点的人眼瞳孔，不存在需要给慢轴反射镜撇开而使眼底画面倾斜失真的风险，有效缓解了后期算法或者严格时序控制带来的画面扭曲和失真问题。

进一步，在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种成像设备，该成像设备配置有上述超广角眼底成像系统。

具体地，本发明实施例中的成像设备，可以是超广角眼底成像相机，或者超广角眼底成像仪器等等，具体以实际使用情况为准，本发明实施例对此不进行限制。

本发明实施例提供的成像设备，与上述实施例提供的超广角眼底成像系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的成像设备的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种超广角眼底成像系统，其特征在于，所述超广角眼底成像系统包括：光源设备、分光单元、探测器、第一焦点扫描镜、补偿镜和主镜；

其中，所述光源设备、所述分光单元、所述第一焦点扫描镜、所述补偿镜和所述主镜沿着光线传播路径依次设置；

所述光源设备用于产生发射光，所述发射光的光线射向所述分光单元，经过所述分光单元射向所述第一焦点扫描镜；

所述第一焦点扫描镜设置于第一焦点，且，所述第一焦点扫描镜用于将发射光的光线进行发散处理，并射向所述补偿镜；

所述补偿镜用于将摄入的光线调制到所述主镜需要的像面上，并传播至所述主镜；

所述主镜为抛物面主镜，用于对射入的光线进行调制，并使调制后的光线汇聚至第二焦点，得到汇聚光；

所述汇聚光用于射向目标瞳孔，经所述目标瞳孔的眼底反射后得到信号光；

所述信号光经所述主镜、所述补偿镜、所述第一焦点扫描镜之后到达所述分光单元，并经所述分光单元分离，射向所述探测器，以使所述探测器对所述信号光进行转换处理得到目标信号。

2.根据权利要求1所述的超广角眼底成像系统，其特征在于，所述超广角眼底成像系统还包括第一反射镜；

在所述光线传播路径中，所述第一反射镜设置于所述第一焦点扫描镜和所述补偿镜之间；

所述第一焦点扫描镜将发射光的光线进行发散处理之后，射向所述第一反射镜；

所述第一反射镜用于将摄入的光线反射至所述补偿镜。

3.根据权利要求2所述的超广角眼底成像系统，其特征在于，所述第一反射镜为以下反射镜中的一种：平面反射镜、离轴抛物面镜、球面镜，或者，非球面镜。

4.根据权利要求1所述的超广角眼底成像系统，其特征在于，所述补偿镜为离轴抛物面补偿镜。

5.根据权利要求4所述的超广角眼底成像系统，其特征在于，所述第一焦点和所述第二焦点在所述补偿镜和所述主镜的同侧设置。

6.根据权利要求4所述的超广角眼底成像系统，其特征在于，所述补偿镜与所述主镜相对反向偏心设置，且，所述第一焦点和所述第二焦点在所述补偿镜和所述主镜的两侧设置。

7.根据权利要求4所述的超广角眼底成像系统，其特征在于，所述补偿镜和所述主镜的形状匹配，且，所述补偿镜和所述主镜呈类似中心对称设置。

8.根据权利要求1所述的超广角眼底成像系统，其特征在于，所述分光单元为半透半反射镜，或者，二向色镜。

9.根据权利要求1所述的超广角眼底成像系统，其特征在于，所述第一焦点扫描镜为二维MEMS振镜，或者，二维扫描振镜。

10.一种成像设备，其特征在于，所述成像设备配置有权利要求1~9任一项所述的超广角眼底成像系统。