眼底电视光学系统的设计

　　1　引　言

　　眼底视网膜血管网络是人体唯一能进行直接观察的小动脉、小静脉血管网络,它可以直接反映出冠心病、高血压、脑溢血、动脉硬化等疾病。因此,眼底病变不仅仅是眼病,而且也是全身多种疾病早期诊断的主要依据。眼底微血管与脑及全身病变密切相关,所以也是微循环研究的一个十分重要的部分。眼底图谱更是一种作为研究、诊断的重要资料。

　　眼底观测光学仪器主要有:直接的和间接的检眼镜,手持式和台式眼底相机,以及近年来出现的眼底电视。眼底电视可动态地观测眼底显微图像,可以利用计算机对眼底图像进行处理,大大提高了眼底照相机的科技含量,并扩大了其使用范围。

　　2　眼底照相机类仪器的光学原理

　　2.1　Zeiss眼底照相机光学系统

　　眼底照相机是建立在检眼镜的基础之上的,是由德国Zeiss公司在1925年发明的。Zeiss公司的产品主要有两个比较突出的特点:把人眼的特性作为仪器光学系统的一部分来考虑;创造了适合于眼底观察的“共轴式照明”光学系统。基于上述两点,目前几乎所有的光学眼底观测仪器的光学系统都沿用了Zeiss的这一模式。

　　眼底暗、不发光,而眼角膜的反射光相对来说比较强,常常会干扰对眼底的观察。为此,眼底仪器必须具有一个能用较强的光照亮眼底的照明系统和一个能避开眼前部强烈反射光的成像系统。共轴照明系统与照相系统同轴,是一个能较好地实现两者功能的结构。

　　眼底仪器由照明、观察瞄准、成像探测(照相胶片、CCD光靶)三个部分组成。照相系统将光源的光引入眼底;观察瞄准系统用于寻找病变区;成像探测系统将眼底的显微图像显示在屏幕上或摄录成资料。

　　2.2　眼底电视成像光学系统

　　眼底电视成像光学系统如图1所示。眼底图像(物)OA通过眼光学系统后出射的是平行光,经网膜物镜L1后成像在后焦平面上,通过成像物镜L2后,把第一次所成的像O′A′成像在CCD光靶上,即O″A″。与眼底相机相比,最主要的区别是:用CCD取代照相底片,是一个探测器,且倍率是缩小的(眼底摄影倍率=1.7~2.7倍)。

　　2.2.1　共轴照明光学系统

　　由图1可以看出,眼底电视光学系统仍然采用了传统的共轴照明光学系统。中空反射镜把照明系统的光束反射在网膜物镜L1的边缘部分,在眼瞳上形成Φ8mm(外径)×Φ4mm(内径)的环形照明光束(光阑像),从而照亮眼底;成像光束从被照亮的眼底通过Φ4mm的眼瞳孔,由网膜物镜成第一次像,成像光束通过反射镜的中间孔,经成像物镜成像在CCD上。这样既实现了共轴照明,同时又使眼角膜的反射光和成像光分离了。因眼瞳是成像光学系统的入瞳,网膜物镜L1可以看成是目镜的倒转使用,所以可采用通常目镜的设计方法。但工作距离要求大;成像物镜L2相当于低倍的投影物镜。在对L1和L2单独校正像差后,再加入场镜,形成一个长光路,然后进行迭代优化。