專利名稱：視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人眼視網(wǎng)膜醫(yī)療設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種視網(wǎng)膜細 胞顯微成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通過視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)能清晰地觀察視網(wǎng)膜在細胞尺度上的組 織形態(tài)，從而能準確判斷眼底病的類型、精確判斷眼底病治療方法的可行性、 客觀判斷眼底病藥物的有效性。中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所是國內(nèi)對視網(wǎng)膜自適應(yīng)成像技術(shù)研究較早、 較深入、較系統(tǒng)的單位，其申請的 CN99115051.1 、 CN99115052.X 、 CN99115053.8和CN99115054.6等專利中提供了 一些視網(wǎng)膜細胞顯微成像技 術(shù)。不過相對于本發(fā)明有很多不同和不足之處本發(fā)明采用的自適應(yīng)光學(xué)技 術(shù)是基于MEMS技術(shù)的、微型化的波前校正技術(shù)，而激光信標采用的是由 光纖、耦合物鏡和半導(dǎo)體激光器組成的光纖輸出點光源；本發(fā)明開發(fā)的消雜 光技術(shù)采用偏振光學(xué)技術(shù)，而上述專利采用共焦光闌消雜光；本發(fā)明采用的 干涉相襯技術(shù)是采用剪切干涉技術(shù)，而上述專利采用相襯板。此外，在本裝 置中還開發(fā)了能對視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)進行分層觀察的分層掃描系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，能通過它清晰地 觀察視網(wǎng)膜在細胞尺度上的組織形態(tài)，從而能準確判斷眼底病的類型、精確 判斷眼底病治療方法的可行性、客觀判斷眼底病藥物的有效性。本發(fā)明的技術(shù)方案是視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，用于通過光學(xué)系統(tǒng)觀 察人眼視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，它包括顯微成像照明單元、光纖輸出激光照明單元，以 及依次設(shè)置在所述照明系統(tǒng)光軸線上的第一偏振分束棱鏡PBS，第一孔徑匹 配鏡頭組、第二偏振分束棱鏡PBS、第二孔徑匹配鏡頭組、顯微成像光學(xué)單 元；所述第一偏振分束棱鏡PBS分束的另一光路上設(shè)置分層掃描光學(xué)單元， 所述分層掃描光學(xué)單元位于人眼前；所述第二偏振分束棱鏡PBS分束的另一光路上依次設(shè)置1/4波片和波前校正器；所述第二孔徑匹配鏡頭組與顯微 成像光學(xué)單元之間設(shè)置有一半反半透鏡，將光路分二， 一光路連接顯微成像 光學(xué)單元，另一分光路上設(shè)置波前傳感器。 下面對上述技術(shù)方案進行進一步解釋
1. 所述顯微成像照明單元包括光源，其光軸上依次設(shè)置有聚光物鏡、 分劃板、投影物鏡、帶通濾光片。
2. 所述光纖輸出激光照明單元包括激光信標和準直物鏡，所述激光信 標由光纖、耦合物鏡和半導(dǎo)體激光器組成。
3. 所述半反半透鏡與顯微成像光學(xué)單元之間設(shè)置有一將位相型的透明 視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的具有光強強弱變化的圖像的干涉相襯光學(xué)單元。
4. 所述干涉相襯光學(xué)單元包括有第一半反半透鏡、第一全反射鏡、第
二半反半透鏡、第二全反射鏡、補償板和光楔組；所述第一半反半透鏡、第 一全反射鏡、第二全反射鏡和第二半反半透鏡呈長方形的四個頂點位置設(shè) 置，其中兩片全反射鏡互為對角設(shè)置，兩片半反半透鏡互為對角設(shè)置；所述 補償板位于第一半反半透鏡和第二全反射鏡之間，所述光楔組位于第一全反
射鏡和第二半反半透鏡之間；入射光波通過第一半反半透鏡后被分成兩半，
這兩束光波幾乎完全一樣， 一束光波經(jīng)過補償板后由第二全反射鏡反射到第 二半反半透鏡，另一束光波由第一全反射鏡反射后通過光楔組，并產(chǎn)生了要 求距離的橫向移動，然后傳輸?shù)降诙敕窗胪哥R。
5. 所述分層掃描光學(xué)單元包括第一物鏡和第二物鏡，所述第一物鏡和/ 或第二物鏡可以作精密移動。
6. 所述顯微成像光學(xué)單元包括接目鏡頭和小景深成像鏡頭。 本發(fā)明的優(yōu)點是
1. 本發(fā)明的視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，能通過它清晰地觀察視網(wǎng)膜在 細胞尺度上的組織形態(tài)，從而能準確判斷眼底病的類型、精確判斷眼底病治 療方法的可行性、客觀判斷眼底病藥物的有效性。
2. 本發(fā)明的視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，克服了人眼缺陷、光學(xué)系統(tǒng)缺 陷、裝配缺陷等因素導(dǎo)致的像差的影響；消除了來自人眼、光學(xué)系統(tǒng)或外界 的雜散光；解決了視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)由于是透明的從而導(dǎo)致圖像清晰度不夠的缺 陷，從而大大提高了視網(wǎng)膜成像分辨率，獲得了細胞尺度的視網(wǎng)膜圖像，同時可對視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)進行分層觀察。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述-圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。 其中101反光鏡；102光源；103隔熱片；104中性密度片；IIO聚光 物鏡；111分劃板；112投影物鏡；113帶通濾光片；201激光信標； 202準直物鏡；300全反鏡；401第一偏振分束棱鏡PBS; 402第二偏振 分束棱鏡PBS; 501第一物鏡；502第二物鏡；601人眼；603視網(wǎng)膜； 700第一孔徑匹配鏡頭組；701孔徑匹配鏡頭；702孔徑匹配鏡頭；800 1/4波片；900波前校正器；1000第二孔徑匹配鏡頭組；1001孔徑匹配 鏡頭；1002孔徑匹配鏡頭；IIOO半反半透鏡；1200波前傳感器；1301半 反半透鏡；1302全反射鏡；1303半反半透鏡；1304全反射鏡；1305補 償板；1306光楔組；1401接目鏡頭；1402小景深成像鏡頭；1500成像面。
具體實施例方式
實施例如圖l所示，視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，用于通過光學(xué)系統(tǒng)觀
察人眼視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，它包括顯微成像照明單元、光纖輸出激光照明單元，以
及依次設(shè)置在所述照明系統(tǒng)光軸線上的第一偏振分束棱鏡PBS401，第一孔 徑匹配鏡頭組700、第二偏振分束棱鏡PBS 402、第二孔徑匹配鏡頭組1000、
顯微成像光學(xué)單元。
第一偏振分束棱鏡PBS 401分束的另一光路上設(shè)置分層掃描光學(xué)單元， 所述分層掃描光學(xué)單元位于人眼601前。
第二偏振分束棱鏡PBS 402分束的另一光路上依次設(shè)置1/4波片800和 波前校正器900。
第二孔徑匹配鏡頭組1000與顯微成像光學(xué)單元之間設(shè)置有一半反半透 鏡1100，將光路分二， 一光路連接顯微成像光學(xué)單元，另一分光路上設(shè)置 波前傳感器1200。
所述顯微成像照明單元包括光源102，其光軸上依次設(shè)置有聚光物鏡110;分劃板lll;投影物鏡112;帶通濾光片113。
光纖輸出激光照明單元包括激光信標201和準直物鏡202，所述激光信 標201由光纖、耦合物鏡和半導(dǎo)體激光器組成。
半反半透鏡1100與顯微成像光學(xué)單元之間設(shè)置有一將位相型的透明視 網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的具有光強強弱變化的圖像的干涉相襯光學(xué)單元。
干涉相襯光學(xué)單元包括有第一半反半透鏡1301、第一全反射鏡1302、 第二半反半透鏡1303、第二全反射鏡1304、補償板1305和光楔組1306; 所述第一半反半透鏡1301、第一全反射鏡1302、第二全反射鏡1304和第二 半反半透鏡1303呈長方形的四個頂點位置設(shè)置，其中兩片全反射鏡1302、 1304互為對角設(shè)置，兩片半反半透鏡1301、 1302互為對角設(shè)置。補償板1305 位于第一半反半透鏡1301和第二全反射鏡1304之間，所述光楔組1306位 于第一全反射鏡1302和第二半反半透鏡1303之間。
入射光波通過第一半反半透鏡1301后被分成兩半，這兩束光波幾乎完 全一樣， 一束光波經(jīng)過補償板1305后由第二全反射鏡1304反射到第二半反 半透鏡1303，另一束光波由第一全反射鏡1302反射后通過光楔組1306，并 產(chǎn)生了要求距離的橫向移動，然后傳輸?shù)降诙敕窗胪哥R1303。
分層掃描光學(xué)單元包括第一物鏡501和第二物鏡502。其中，第一物鏡 501和/或第二物鏡502可以作精密移動。在本實施例中，選取第一物鏡501 設(shè)置成固定、而第二物鏡502可以作精密移動。
顯微成像光學(xué)單元包括接目鏡頭1401和小景深成像鏡頭1402。
視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)使用時，首先要通過分劃板114上的視力表和 移動分層掃描光學(xué)單元中的第一物鏡501和/或第二物鏡502(在本實施例中， 移動第二物鏡502)，對人眼601進行屈光度調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)完成后，啟動自適 應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)通過波前校正器900對像差進行補償或校正。校正結(jié)束后便可通 過顯微成像光學(xué)單元在成像面1500上觀察視網(wǎng)膜圖像。
對于像差補償或校正過程，其機理是來自光纖輸出激光照明單元(由激 光信標201和準直物鏡202組成)的光束經(jīng)過第一偏振分束棱鏡PBS401反 射后通過分層掃描光學(xué)單元(第一物鏡501和第二物鏡502)和人眼晶狀體 聚焦在視網(wǎng)膜603上，經(jīng)視網(wǎng)膜603反射后經(jīng)過分層掃描光學(xué)單元和第一偏 振分束棱鏡PBS 401后并透過第二偏振分束棱鏡PBS 402和1/4波片800投射到波前校正器900的反射面上，波前校正器900依據(jù)波前傳感器1200對 波前的測量結(jié)果實時控制反射面的面形，對波前像差進行補償或校正。
激光信標201的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由光纖213、耦合物鏡212和半導(dǎo)體 激光器211組成。半導(dǎo)體激光器211輻射出的激光經(jīng)過耦合物鏡212后耦合 到光纖纖芯213中，從光纖纖芯輸出的激光球面波經(jīng)過準直物鏡后成為平面 波。
像差校正后激光被關(guān)閉，全反鏡300撤出光路，顯微成像系統(tǒng)便可工作， 其機理是顯微成像照明單元均勻照明分劃板114，從分劃板114透過的光束 經(jīng)過準直物鏡115準直后通過分層掃描光學(xué)單元(第一物鏡501和第二物鏡 502)和人眼晶狀體聚焦在視網(wǎng)膜603上，經(jīng)視網(wǎng)膜603反射后經(jīng)過分層掃 描光學(xué)單元和第一偏振分束棱鏡PBS401，通過干涉相襯光學(xué)單元以及顯微 成像光學(xué)單元，在成像面1500上干涉成像，形成能反映視網(wǎng)膜603結(jié)構(gòu)細 節(jié)的圖像。此時可通過精密移動分層掃描光學(xué)單元中的第二物鏡502，結(jié)合 顯微成像光學(xué)單元(接目鏡頭1401和小景深成像鏡頭1402)，便可對視網(wǎng) 膜細胞結(jié)構(gòu)進行分層掃描觀察。
在視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)中，分層掃描光學(xué)單元的機理是當顯微成像 光學(xué)單元(接目鏡頭1401和小景深成像鏡頭1402)對視網(wǎng)膜清晰成像時， 精密移動分層掃描光學(xué)單元中的第一物鏡501和/或第二物鏡502(在本實施 例中，移動第二物鏡502)，此時由人眼屈光體對照明光束形成的聚焦面在 視網(wǎng)膜內(nèi)也同步地前后移動，由光束焦面所在層反射出的光束返回到分層掃 描光學(xué)系統(tǒng)后形成平行光束，入射到接目物鏡1401后在其焦面上形成視網(wǎng) 膜某層的圖像，再通過小景深成像鏡頭1402后在其成像面1500上形成視網(wǎng) 膜該層的圖像。由于小景深成像鏡頭1402成像景深小，因此，視網(wǎng)膜其它 膜層不能清晰成像。
在視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)中，消除雜散光的機理是來自光源102的平 行光束進入第一偏振分束棱鏡PBS 401后，沿紙平面方向振動的P光透過， 垂直紙平面方向振動的S光被反射并向人眼601瞳孔方向傳輸。由于晶狀體、 角膜等人眼組織以及其它一些產(chǎn)生雜散光的表面對偏振光的反射基本不改 變光的偏振特性或改變不大，因此入射的S光經(jīng)它們反射后光束仍為S光， 當它們返回第一偏振分束棱鏡PBS401時被第一偏振分束棱鏡PBS401反射掉，從而不能進入后續(xù)的成像系統(tǒng)中參加成像。由于偏振光經(jīng)視網(wǎng)膜反射后，
光束失去偏振特性，因此經(jīng)過視網(wǎng)膜反射的s光將失去偏振特性，反射光中
出現(xiàn)了 P光分量，并可透過第一偏振分束棱鏡PBS 401進入后續(xù)的成像系統(tǒng) 中參加成像?？梢娪傻谝黄穹质忡RPBS 401構(gòu)成的消雜光系統(tǒng)有效地消 除了由晶狀體、角膜等人眼組織以及其它一些產(chǎn)生雜散光的表面產(chǎn)生的雜散 光。
在視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)中，干涉相襯光學(xué)單元的作用是將來自人眼 601的波前進行剪切，使之產(chǎn)生剪切干涉，從而可以將光學(xué)上呈位相特性的 透明的視網(wǎng)膜603表面的細部結(jié)構(gòu)通過光強的強弱變化清晰地反映出來。其 工作機理是入射光波通過第一半反半透鏡1301后被分成兩半，這兩束光波 幾乎完全一樣；向第二全反射鏡1304方向傳輸?shù)墓獠ń?jīng)過補償板1305后由 第二全反射鏡1304反射到第二半反半透鏡1303，向第一全反射鏡1302方 向傳輸?shù)墓獠ㄓ傻谝蝗瓷溏R1302反射后通過光楔組1306，并產(chǎn)生了要求 距離的橫向移動，然后傳輸?shù)降诙敕窗胪哥R1303。當兩束光波通過第二 半反半透鏡1303匯合后，相對之間產(chǎn)生了偏移，兩束光波將在成像面1500 上進行干涉。干涉光強的強度取決于兩者之間的位相差，而此位相差對應(yīng)視 網(wǎng)膜603上兩相鄰點的高度差。因此成像面上的圖像反映了視網(wǎng)膜603上的 結(jié)構(gòu)細節(jié)。
在視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)中，顯微成像光學(xué)單元是最主要光學(xué)單元， 其它各種分單元就其實質(zhì)是為了完善顯微成像光學(xué)單元，提高其分辨率，使 之達到衍射限制的成像質(zhì)量。
當然，本發(fā)明的視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)還可具有多種變換及改型，并 不局限于上述實施方式的具體結(jié)構(gòu)?？傊?，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)包括那些對 于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的變換或替代以及改型。
權(quán)利要求
1.視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，用于通過光學(xué)系統(tǒng)觀察人眼視網(wǎng)膜的組織形態(tài)，其特征在于它包括顯微成像照明單元、光纖輸出激光照明單元，以及依次設(shè)置在所述照明系統(tǒng)光軸線上的第一偏振分束棱鏡PBS(401)，第一孔徑匹配鏡頭組(700)、第二偏振分束棱鏡PBS(402)、第二孔徑匹配鏡頭組(1000)、顯微成像光學(xué)單元；所述第一偏振分束棱鏡PBS(401)分束的另一光路上設(shè)置分層掃描光學(xué)單元，所述分層掃描光學(xué)單元位于人眼(601)前；所述第二偏振分束棱鏡PBS(402)分束的另一光路上依次設(shè)置1/4波片(800)和波前校正器(900)；所述第二孔徑匹配鏡頭組(1000)與顯微成像光學(xué)單元之間設(shè)置有一半反半透鏡(1100)，將光路分二，一光路連接顯微成像光學(xué)單元，另一分光路上設(shè)置波前傳感器(1200)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所 述顯微成像照明單元包括光源(102)，其光軸上依次設(shè)置有聚光物鏡(110)、 分劃板(111)、投影物鏡(112)、帶通濾光片(113)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所 述光纖輸出激光照明單元包括激光信標(201)和準直物鏡(202)，所述激 光信標(201)由光纖、耦合物鏡和半導(dǎo)體激光器組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所 述半反半透鏡(1100)與顯微成像光學(xué)單元之間設(shè)置有一將位相型的透明視 網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的具有光強強弱變化的圖像的干涉相襯光學(xué)單元。
5. 根據(jù) 權(quán)利要求4所述的視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所 述干涉相襯光學(xué)單元包括有第一半反半透鏡(1301)、第一全反射鏡(1302)、 第二半反半透鏡(1303)、第二全反射鏡(1304)、補償板(1305)和光楔組(1306);所述第一半反半透鏡(1301)、第一全反射鏡(1302)、第二全反 射鏡(1304)和第二半反半透鏡(1303)呈長方形的四個頂點位置設(shè)置，其 中兩片全反射鏡(1302、 1304)互為對角設(shè)置，兩片半反半透鏡(1301、 1302) 互為對角設(shè)置；所述補償板(1305)位于第一半反半透鏡(1301)和第二全 反射鏡(1304)之間，所述光楔組(1306)位于第一全反射鏡(1302)和第 二半反半透鏡(1303)之間；入射光波通過第一半反半透鏡(1301)后被分 成兩半，這兩束光波幾乎完全一樣， 一束光波經(jīng)過補償板(1305)后由第二全反射鏡(1304)反射到第二半反半透鏡(1303)，另一束光波由第一全反 射鏡(1302)反射后通過光楔組(1306)，并產(chǎn)生了要求距離的橫向移動， 然后傳輸?shù)降诙敕窗胪哥R(1303)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所 述分層掃描光學(xué)單元包括第一物鏡(501)和第二物鏡(502)，所述第一物 鏡(501)和/或第二物鏡(502)可以作精密移動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所 述顯微成像光學(xué)單元包括接目鏡頭(1401)和小景深成像鏡頭(1402)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種視網(wǎng)膜細胞顯微成像系統(tǒng)，它包括顯微成像照明單元、光纖輸出激光照明單元，以及依次設(shè)置在照明系統(tǒng)光軸線上的第一偏振分束棱鏡PBS(401)，第一孔徑匹配鏡頭組(700)、第二偏振分束棱鏡PBS(402)、第二孔徑匹配鏡頭組(1000)、顯微成像光學(xué)單元；第一偏振分束棱鏡PBS(401)分束的另一光路上設(shè)置分層掃描光學(xué)單元；第二偏振分束棱鏡PBS(402)分束的另一光路上依次設(shè)置1/4波片(800)和波前校正器(900)；第二孔徑匹配鏡頭組(1000)與顯微成像光學(xué)單元之間設(shè)置有一半反半透鏡(1100)，將光路分二，其另一分光路上設(shè)置波前傳感器(1200)。本發(fā)明能清晰地觀察視網(wǎng)膜在細胞尺度上的組織形態(tài)，從而能準確分析和判斷眼底狀況。
文檔編號A61B3/13GK101292862SQ200710021779
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25日
發(fā)明者任建偉, 周明寶, 張運海 申請人:江陰龍躍信息科技有限公司;蘇州六六視覺科技股份有限公司