基于眼模型的非球面眼底荧光相机的设计

　　1　引　言

　　眼底荧光相机是用来观察和拍摄眼底荧光造影(Fundus Fluorescein Angiography, FFA)的眼视光学仪器。自Novotny和Alvis于1961年首次成功拍摄人眼视网膜和脉络膜的循环动态过程以来,眼底荧光造影在眼科临床上迅速得到普及[1-3]。这项检查可以反映出视网膜大血管至毛细血管的生理与病理情况,对眼底疾病的诊断及鉴别诊断具有十分重要的作用。眼底荧光造影的基本原理是采用荧光素钠作为造影剂注入被检查者的静脉内,造影剂随血液循环至眼底血管中,受蓝光的激发而产生黄绿色荧光;利用配有特殊滤光片组合的眼底荧光相机,观察并及时拍摄眼底血液循环的动态过程。目前国际上有多家厂商如Kwoa,Canon等,已经生产出形式多样的眼底荧光相机,但这些相机都是台式。

　　在进行光学系统设计时,若使用传统的球面镜设计,往往采取较为复杂的多片镜结构来满足系统要求,但这样光学系统的尺寸和重量都比较大。非球面的引入,增加了设计的自由度。与球面光学相比,非球面光学在减小镜头片数,减轻镜头质量,优化系统结构,提高成像质量等方面有更好的表现[4-7]。同时,非球面加工与检验技术的日趋成熟,进一步为非球面在光学系统中的广泛应用提供了技术保证。

　　另外,以往的眼底荧光相机设计都只是针对相机自身的摄影系统进行像差校正,忽略了人眼像差的因素。实际上,人眼作为整个系统的1个组成部分,在眼底荧光相机的工作条件下,附带有较大的像差,从而影响眼底荧光相机的成像质量。本文在眼底荧光相机的设计中,考虑了相机的实际应用环境,引入了普适的Gullstrand-LeGrand眼模型[8-10]作为对人眼的模拟,综合校正了人眼及系统的像差。运用传统的球面镜设计思路,设计了1个9片镜的眼底荧光相机摄影系统。在此基础上,引入非球面,将原有系统简化至7片镜,有效减轻了镜头质量。本文设计的眼底荧光相机分辨率为120 mm/lp,畸变<3.9%,具有较大的调节能力。

　　2　设计原理

　　2.1　眼底荧光相机的结构

　　一般的眼底荧光相机由滤光系统、照明系统、摄影系统和观察瞄准系统[11-12]4部分组成。

　　(1)滤光系统:眼底荧光相机中需要2块特殊组合的滤光片[2]。1块置于照明光路中,称为激发滤光片,它只允许荧光素的吸收光谱波长通过,而其他波长的光不能通过;另一块置于摄影光路中,称为屏障滤光片,它要求必须能让荧光素的发射光谱波长通过,而屏除由眼底反射出的非荧光素发射波长的光。1个好的滤光系统要求2块滤光片在所需的光谱范围内的透过率高,且二者的光谱透过率的重叠区<1%,这样才可以避免假荧光的出现,从而获得清晰的造影图像。