[发明专利]大视场液晶自适应光学眼底成像的方法

摘要

本发明属于眼底显微成像技术领域，是一种大视场液晶自适应光学眼底成像的方法。在只有一个眼底照明光源的液晶自适应像差校正眼底成像系统中插入电控变径光阑，当光阑处于小孔位置时产生波前探测所需的“点光源”，随即令照明光源发出第一束脉冲光，使波前探测器曝光，然后关闭探测器；然后令光阑切换为大孔以产生成像所需的“面光源”，计算机顺序处理波前探测信号并驱动液晶波前校正器校正波前，随即令照明光源开启第二束脉冲光，即可在成像CCD上获得直径为500微米的大视场眼底视锥细胞图像。这种孔径切换方法解决了单照明光源系统中波前探测与成像对光源直径要求不同的矛盾。

主权项

一种大视场液晶自适应光学眼底成像的方法，其特征是：在只有一个眼底照明光源的液晶自适应像差校正眼底成像系统中插入电控变径光阑，利用波前探测与眼底成像过程的时序，即时切换眼底被照明视场，既可满足波前探测的点光源要求，又可满足眼底成像视场的面光源要求。所使用的成像系统由照明光源(1)、第一透镜(2)、视场切换光阑(3)、第二透镜(4)、环形光阑(5)、视标点光源(6)、第三透镜(7)、二向色耦合分束器(8)、第四透镜(9)、人眼(10)、线性位移机构(11)、第五透镜(12)、分光棱镜(13)、第六透镜(14)、液晶波前校正器(15)、反射镜(16)、第七透镜(17)、PBS偏振分束器(18)、波前探测器(19)、第八透镜(20)、成像CCD(21)组成；设置焦距为f1的第一透镜(2)与照明光源(1)相距1.1f1，使照明光源(1)通过第一透镜(2)后在11f1处10倍放大成像，成为尺寸可调的像光源，视场切换光阑(3)置于这个像光源处，通过改变光阑孔径的大小来改变像光源的尺寸；第二透镜(4)和第四透镜(9)组成一对共轭透镜组，使视场切换光阑(3)处的像光源成像为次像光源；分光棱镜(13)与第四透镜(9)的光轴成45°角配置，使像光源的光束被反射折轴90°，然后经第五透镜(12)后到达眼底；第四透镜(9)和第五透镜(12)通过分光棱镜(13)组成共轭透镜组，第五透镜(12)和人眼(10)组成第二对共轭透镜组，二者被固定在线性位移机构(11)上，调整线性位移机构(11)可使次像光源成像在人眼眼底上；环形光阑(5)紧贴于第二透镜(4)之后，使光束通过环形光阑(5)后变成环形光束入射人眼；在可见光波段、发光波长为λ′的视标点光源(6)，位于第三透镜(7)的焦点处；第三透镜(7)和第四透镜(9)组成共轭透镜组，使视标点光源(6)在人眼眼底成像；所述的照明光源(1)的波长λ依据眼底成像组织的光学特性而定，不同于视标光源(6)的波长λ′，即λ≠λ′；二向色耦合分束器(8)置于视标支路与照明支路的垂直交汇处，在环形光阑(5)之后，并插在第三透镜(7)与第四透镜(9)之间，与两互为垂直的光轴成45°角配置；二向色耦合分束器(8)的作用是反射照明光使其折角90°、同时透射视标光，形成二光束共光路进入后续系统；第五透镜(12)到第四透镜(9)的光路长度d依赖人眼屈光度数D而变化， 按公式(1)进行计算，d＝(1000‑Df12)f12/1000+f9    (1)其中，f9为第四透镜(9)的焦距，f12为第五透镜(12)的焦距，D无单位，且D≥4、其它参量单位为mm；第五透镜(12)与人眼瞳孔的距离为第五透镜(12)的焦距，液晶波前校正器(15)与第六透镜(14)的距离为第六透镜(14)的焦距，第五透镜(12)和第六透镜(14)组成共轭透镜组，将瞳孔成像于液晶波前校正器(15)上；第六透镜(14)的光轴相对第五透镜(12)的光轴向右侧偏离4mm～6mm，以使入射和反射出液晶波前校正器(15)的两束光分别左右偏心通过第六透镜(14)；液晶波前校正器(15)校正的偏振方向与PBS偏振分束器(18)的P偏振光对应，从液晶波前校正器(15)反射的光束在到达反射镜(16)时，反射光束与入射光束的光轴间距离为8mm～12mm，使得只有反射光束被反射镜(16)接收，并被反射镜16折轴90°进入第七透镜(17)，第七透镜(17)与第六透镜(14)间的光路长度为二者的焦距之和；第七透镜(17)和第八透镜(20)是共轭透镜组，二者之间的距离为第七透镜(17)的焦距，二者中间放置PBS分束器(18)，将此平行光束分成透射P偏振光和反射S偏振光；S偏振光是未经液晶波前校正器(15)校正、携带眼波像差的光，进入波前探测器(19)，从而检测出人眼的波前像差；波前探测器(19)到第七透镜(17)的光路长度为第七透镜(17)的焦距长度，使经过第六透镜(14)和第七透镜(17)这对共轭透镜组将液晶波前校正器(15)成像于波前探测器(19)的孔径位置；P偏振光是经液晶波前校正器(15)校正后的无眼波像差的光，通过第八透镜(20)聚焦在成像CCD(21)上，使眼底被照明区域成像；建立波前探测器(19)对波前校正器(15)的响应矩阵R：首先将人眼(10)用模拟眼替代，模拟眼由焦距为20mm的双胶合透镜和漫反射屏组成，双胶合透镜放置在原人眼瞳孔所处的位置，漫反射屏放置在原人眼视网膜所处的位置；开启照明光源(1)，在漫反射屏上看到会聚光点；开启波前探测器(19)探测到从模拟眼出射的波前，前后移动调节漫反射屏直到被测波前上的离焦量最小；然后开启响应矩阵测量控制软件，测量前36项Zernike模式波前的响应矩阵R； 将响应矩阵R存入主控计算机中；控制程序装在主控计算机中，线性位移机构(11)、液晶波前校正器(15)、波前探测器(19)、成像CCD(21)、瞳孔相机(22)和视标点光源(6)都与主控计算机相连，受其中的程序控制，照明光源(1)、视场切换光阑(3)通过单片机控制盒间接与主控计算机相连；视场切换光阑(3)处于小孔位置，产生波前探测所需的“点光源”；触发波前探测器(19)的曝光快门开启，随即触发照明光源(1)开启，“点光源”发出脉冲光，波前探测器(19)在该时间内持续曝光，然后关闭快门；继而令视场切换光阑(3)切换为大孔以产生成像所需的“面光源”，与此同时计算机顺序进行波前处理、向液晶波前校正器(15)发送校正信号、等待液晶波前校正器(15)响应；再触发照明光源(1)开启，“面光源”发出脉冲光，同时令成像CCD(21)开启快门曝光，在脉冲结束时关闭成像CCD(21)的快门；最后成像CCD(21)将获得的大视场眼底图像传给主控计算机。