一種波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，屬于視網(wǎng)膜成像【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是：在成像光路中的瞳面共軛位置處加入空間光調(diào)制器，并在其后光路中的視網(wǎng)膜特定層的共軛位置(焦面)處加入匹配濾波器(濾波光闌)。其工作原理是：通過空間光調(diào)制器調(diào)制瞳面波前改變焦面處的衍射光場分布，并在焦面處加入匹配的濾波器濾除來自視網(wǎng)膜特定層的衍射光，實現(xiàn)對視網(wǎng)膜該層的暗場成像，這提高了其相鄰層結(jié)構(gòu)的成像對比度。
【專利說明】一種波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀。

【背景技術(shù)】
[0002]自人眼像差中除了含有離焦、散光等低階像差外，還含有不可忽略的高階像差組分。目前普通的商業(yè)化眼底相機等眼科設(shè)備只能夠靜態(tài)的補償?shù)碗A人眼像差，故整體光學(xué)分辨率不能達到衍射極限水平。自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)恰好彌補了此缺陷，直接推動了高分辨率眼底成像技術(shù)的發(fā)展。
[0003]國外的0^1(1 1111181118? 001181(1？^1310八!'仏1等研究團隊及國內(nèi)中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所采用基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的顯微成像系統(tǒng)先后獲得了活體眼底視網(wǎng)膜小視場、高分辨率圖像并實現(xiàn)了動態(tài)成像。中科院光電所在這方面做了大量有意義的工作。中國專利⑶1282564，⑶1282565，⑶1306796，⑶13067967等介紹了幾種人眼視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學(xué)成像系統(tǒng)。以上系統(tǒng)都是采用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來實現(xiàn)接近衍射極限的活體人眼視網(wǎng)膜高分辨力成像。然而，在現(xiàn)有的接近衍射極限的高分辨率成像條件下，人眼視網(wǎng)膜的十多層結(jié)構(gòu)，仍然只能觀察到其中的三層，其它各層還是無法觀察到；而且對于一些有疾病的人眼這三層結(jié)構(gòu)也無法觀察到。這主要是因為人眼視網(wǎng)膜中其它相鄰層之間的折射率差異很小，屬于低對比度物體，而且在相鄰層光強相對很強的情況下像將被淹沒；對于有疾病的眼底由于疾病的存在可能會影響人眼的光學(xué)系統(tǒng)渾濁或者視網(wǎng)膜病變，當(dāng)觀察視網(wǎng)膜層結(jié)構(gòu)時對于成像對比度也提出了更高的要求。
[0004]暗場成像技術(shù)以其能提高成像對比度而被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。因此將暗場成像技術(shù)引入眼底視網(wǎng)膜成像領(lǐng)域能夠解決以上問題。通過將暗場成像技術(shù)和自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)結(jié)合能夠同時提高視網(wǎng)膜成像的分辨率和對比度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上想法，本發(fā)明的目的在于提供一種采用波前調(diào)制暗場技術(shù)提高視網(wǎng)膜圖像的對比度，采用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)提高成像分辨率的波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，其特征在于:該成像儀包含波前調(diào)制子系統(tǒng)和匹配濾波子系統(tǒng):其中波前調(diào)制子系統(tǒng)包括波前調(diào)制器和控制裝置，用于調(diào)制瞳面波前；匹配濾波子系統(tǒng)包括匹配濾波器，該匹配濾波器采用匹配濾波光闌，用于焦面濾波。
[0007]其中，所述的波前調(diào)制器在系統(tǒng)中瞳面的光學(xué)共軛位置處放置。
[0008]其中，所述的匹配濾波光闌在系統(tǒng)中波前調(diào)制器之后的焦面位置處，其作用為焦面匹配濾波和濾除視網(wǎng)膜特定層的衍射光，實現(xiàn)對視網(wǎng)膜該層的暗場成像。
[0009]其中，所述波前調(diào)制器是從可形變反射鏡空間光調(diào)制器(010)、液晶空間光調(diào)制器、磁光空間光調(diào)制器、多量子阱空間光調(diào)制器、聲光空間光調(diào)制器、衍射光學(xué)元件中選擇的。
[0010]其中，所述的波前調(diào)制子系統(tǒng)是通過波前調(diào)制器調(diào)制瞳面的光強分布實現(xiàn)光瞳的切趾，改變來自視網(wǎng)膜特定層的衍射光分布，使該層在焦面的光強分布向零級區(qū)域集中。這里瞳面的切趾函數(shù)是根據(jù)不同層的結(jié)構(gòu)通過計算和優(yōu)化得到的。
[0011]其中，所述的匹配濾波子系統(tǒng)是與波前調(diào)制子系統(tǒng)配合的，波前調(diào)制子系統(tǒng)改變來自視網(wǎng)膜特定層的衍射光分布，使該層在焦面的光強分布向零級區(qū)域集中；同時，在焦面上加入匹配濾波子系統(tǒng)濾除該層的零級區(qū)域衍射光，不對與來自其它層的成像光進行抑制或抑制較小，從而實現(xiàn)對其它層的高對比度成像，即暗場成像。因此，匹配濾波光闌的尺寸對應(yīng)于瞳面調(diào)制后的焦面衍射的艾利斑尺寸量級。
[0012]其中，所述的匹配濾波子系統(tǒng)如果被移除，則本系統(tǒng)可以實現(xiàn)另一個工作模式:通過瞳面調(diào)制實現(xiàn)特定層在焦面的衍射分布向零級集中，經(jīng)過后面的光學(xué)系統(tǒng)成像，提高了特定層的成像對比度。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點:
[0014](1)、本發(fā)明采用波前調(diào)制器和匹配濾波光闌分別進行瞳面調(diào)制和焦面濾波，實現(xiàn)了眼底視網(wǎng)膜特定層的暗場成像，提高了其相鄰層的對比度。
[0015](2)、本發(fā)明采用波前校正器和波前調(diào)制器分別校正人眼像差和調(diào)制瞳面波前，可以同時實現(xiàn)視網(wǎng)膜的高分辨力和高對比度成像。
[0016](3)、本發(fā)明采用可編程的波前調(diào)制器，可以對瞳面進行不同形式的調(diào)制，通過對比可以選擇最優(yōu)的瞳面變跡。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為本發(fā)明的波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀的原理示意圖；
[0019]圖3為一個具體實例的瞳面波前調(diào)制前后焦面光強分布變化的示意圖；
[0020]圖4為一個具體實例的波前調(diào)制暗場與明場條件下點源對應(yīng)的像面光強分布的示意圖。

【具體實施方式】
[0021]下面參照附圖來描述本發(fā)明的實施例。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0022]圖1為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)框圖。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明的一種波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，包括信標光源1、準直透鏡2、信標光欄3、照明光源4、準直透鏡5、第一分光鏡6、平面反射鏡7、第一球面反射鏡8、第二球面反射鏡9、波前校正器10、第三球面反射鏡11、第四球面反射鏡12、波前調(diào)制器13、第五球面反射鏡14、濾波光闌15、第六球面反射鏡16、第二分光鏡17、第三分光鏡18、光束匹配系統(tǒng)19、波前傳感器20、第四分光鏡21、成像透鏡22、成像相機23、目標準直物鏡24、照明發(fā)光二極管陣列25和控制裝置28 ；控制裝置28包括控制電路26和機27，控制電路26和機27連接。人眼以附圖標記29標識。
[0024]該波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀工作時，首先打開半導(dǎo)體信標光源1，經(jīng)準直透鏡2和信標光欄3后準直為平行光，然后通過由第二分光鏡17、第六球面反射鏡16、濾波光闌15、第五球面反射鏡14、波前調(diào)制器13、第四球面反射鏡12、第三球面反射鏡11、波前校正器10、第二球面反射鏡9、第一球面反射鏡8、平面反射鏡7、第一分光鏡6組成的主光路，穿過人眼瞳孔照明眼底，從眼底反射的光再通過主光路返回并經(jīng)過第三分光鏡18和光束匹配系統(tǒng)19后形成平行光進入波前傳感器20。波前傳感器20將所探測的信號送至控制裝置28的機27進行波前復(fù)原計算和閉環(huán)控制計算，得到波前校正器10的控制電壓信號?？刂齐妷盒盘柦?jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和高壓放大，驅(qū)動波前校正器10校正人眼像差。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)閉環(huán)校正完畢后，控制裝置28的控制電路26發(fā)射信號控制波前調(diào)制器13對瞳面波前進行調(diào)制；調(diào)制穩(wěn)定后，啟動照明光源4。照明光源4發(fā)出的光經(jīng)過準直透鏡5準直成平行光，經(jīng)第一分光鏡6反射進入人眼光學(xué)系統(tǒng)照射眼底視網(wǎng)膜。由眼底反射的光進入主光路并經(jīng)過濾波光闌15，然后到第三分光鏡18，并經(jīng)過第四分光鏡21和成像透鏡22后聚焦在成像相機23上成像。此時，開啟并控制目標陣列裝置目標準直物鏡24和照明發(fā)光二極管陣列25，可以對視網(wǎng)膜不同區(qū)域進行成像。
[0025]圖2為波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀的原理示意圖。
[0026]該波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀的工作原理是:首先在空間光調(diào)制器不工作的狀態(tài)下掃描視網(wǎng)膜各層成像，找到特定層(例如視細胞層)對應(yīng)的位置并保持不變；然后將預(yù)先計算和優(yōu)化得到的瞳面調(diào)制參數(shù)通過控制器輸入空間光調(diào)制器來改變瞳面八的振幅(光強)分布，此時焦面8的光強分布將發(fā)生變化，向中心(即衍射零級)集中；而在焦面8的位置處加入的一個濾波光闌會將中心區(qū)域的衍射光遮擋掉，即遮擋掉了特定層的衍射光，此時其它相鄰層的光參與成像，實現(xiàn)了特定層的暗場成像，提高了相鄰層的成像對比度。
[0027]下面以點物目標為例介紹調(diào)制暗場成像技術(shù)的工作原理。
[0028]首先選擇瞳面八的調(diào)制函數(shù)為21階的階梯函數(shù)。圖3給出了經(jīng)過該函數(shù)調(diào)制后焦面8的光強分布示意圖及其對照組示意圖(即不加人該瞳面調(diào)制函數(shù)然后在焦面8處選擇加入一個尺寸為4倍艾利斑大小的中心遮擋板(即匹配濾波光闌)遮擋掉該點目標的中心衍射光。圖4給出了經(jīng)過以上波前調(diào)制及匹配濾波以后像面光強分布的示意圖及對照組示意圖(即不加人瞳面調(diào)制函數(shù)和匹配濾波光闌通過觀察圖4可以看出，經(jīng)過瞳面調(diào)制和匹配濾波后的像面光強最強約為對照組的10—1即點物目標發(fā)出的光幾乎被消除掉，實現(xiàn)了暗場，這提高了該物點附近微弱目標的對比度。
[0029]至此已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種其它的改變、替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不局限于上述特定實施例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，其特征在于:該成像儀包含波前調(diào)制子系統(tǒng)和匹配濾波子系統(tǒng):其中波前調(diào)制子系統(tǒng)包括波前調(diào)制器和控制裝置，用于調(diào)制瞳面波前；匹配濾波子系統(tǒng)包括匹配濾波器，該匹配濾波器采用匹配濾波光闌，用于焦面濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，其特征在于:所述的波前調(diào)制器在系統(tǒng)中瞳面的光學(xué)共軛位置處放置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，其特征在于:所述的匹配濾波光闌在系統(tǒng)中波前調(diào)制器之后的焦面位置處，其作用為焦面匹配濾波和濾除視網(wǎng)膜特定層的衍射光，實現(xiàn)對視網(wǎng)膜該層的暗場成像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，其特征在于:所述的波前調(diào)制子系統(tǒng)，所述波前調(diào)制器是從可形變反射鏡空間光調(diào)制器(DMD)、液晶空間光調(diào)制器、磁光空間光調(diào)制器、多量子阱空間光調(diào)制器、聲光空間光調(diào)制器、衍射光學(xué)元件中選擇的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，其特征在于:所述的波前調(diào)制子系統(tǒng)，所述的波前調(diào)制子系統(tǒng)是通過波前調(diào)制器調(diào)制瞳面的光強分布實現(xiàn)光瞳的切趾，改變來自視網(wǎng)膜特定層的衍射光分布，使該層在焦面的光強分布向零級區(qū)域集中，這里瞳面的切趾函數(shù)是根據(jù)不同層的結(jié)構(gòu)通過計算和優(yōu)化得到的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，其特征在于:所述的匹配濾波子系統(tǒng)，所述的匹配濾波子系統(tǒng)是與權(quán)利要求5中的波前調(diào)制子系統(tǒng)配合的，波前調(diào)制子系統(tǒng)改變來自視網(wǎng)膜特定層的衍射光分布，使該層在焦面的光強分布向零級區(qū)域集中；同時，在焦面上加入匹配濾波子系統(tǒng)濾除該層的零級區(qū)域衍射光，不對與來自其它層的成像光進行抑制或抑制較小，從而實現(xiàn)對其它層的高對比度成像，即暗場成像，因此，匹配濾波光闌的尺寸對應(yīng)于瞳面調(diào)制后的焦面衍射的艾利斑尺寸量級。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，其特征在于:所述的匹配濾波子系統(tǒng)，所述的匹配濾波子系統(tǒng)如果被移除，則該成像儀可以實現(xiàn)另一個工作模式:通過瞳面調(diào)制實現(xiàn)特定層在焦面的衍射分布向零級集中，經(jīng)過后面的光學(xué)系統(tǒng)成像，提高了特定層的成像對比度。
8.一種波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀，其特征在于:包括信標光源(I)、準直透鏡(2)、信標光欄(3)、照明光源(4)、準直透鏡(5)、第一分光鏡(6)、平面反射鏡(7)、第一球面反射鏡(8)、第二球面反射鏡(9)、波前校正器(10)、第三球面反射鏡(11)、第四球面反射鏡(12)、波前調(diào)制器(13)、第五球面反射鏡(14)、濾波光闌(15)、第六球面反射鏡(16)、第二分光鏡(17)、第三分光鏡(18)、光束匹配系統(tǒng)(19)、波前傳感器(20)、第四分光鏡(21)、成像透鏡(22)、成像相機(23)、目標準直物鏡(24)、照明發(fā)光二極管陣列(25)和控制裝置(28);控制裝置(28)包括控制電路(26)和PC機(27)，控制電路(26)和PC機(27)連接； 該波前調(diào)制暗場自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀工作時，首先打開半導(dǎo)體信標光源(I)，經(jīng)準直透鏡(2)和信標光欄(3)后準直為平行光，然后通過由第二分光鏡(17)、第六球面反射鏡(16)、濾波光闌(15)、第五球面反射鏡(14)、波前調(diào)制器(13)、第四球面反射鏡(12)、第三球面反射鏡(11)、波前校正器(10)、第二球面反射鏡(9)、第一球面反射鏡(8)、平面反射鏡(7)、第一分光鏡(6)組成的主光路，穿過人眼瞳孔照明眼底，從眼底反射的光再通過主光路返回并經(jīng)過第三分光鏡(18)和光束匹配系統(tǒng)(19)后形成平行光進入波前傳感器(20)，波前傳感器(20)將所探測的信號送至控制裝置(28)的PC機(27)進行波前復(fù)原計算和閉環(huán)控制計算，得到波前校正器(10)的控制電壓信號，控制電壓信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和高壓放大，驅(qū)動波前校正器(10)校正人眼像差，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)閉環(huán)校正完畢后，控制裝置(28)的控制電路(26)發(fā)射信號控制波前調(diào)制器(13)對瞳面波前進行調(diào)制；調(diào)制穩(wěn)定后，啟動照明光源(4)，照明光源(4)發(fā)出的光經(jīng)過準直透鏡(5)準直成平行光，經(jīng)第一分光鏡(6)反射進入人眼光學(xué)系統(tǒng)照射眼底視網(wǎng)膜，由眼底反射的光進入主光路并經(jīng)過濾波光闌(15)，然后到第三分光鏡(18)，并經(jīng)過第四分光鏡(21)和成像透鏡(22)后聚焦在成像相機(23)上成像，此時，開啟并控制目標陣列裝置目標準直物鏡(24)和照明發(fā)光二極管陣列(25)，可以對視網(wǎng)膜不同區(qū)域進行成像。
【文檔編號】A61B3/12GK104352214SQ201410642859
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】張雨東, 趙軍磊, 戴云, 楊金生, 肖飛, 康健, 魏淩, 趙豪欣, 范真濤 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所