第16卷第9期2008年9月光学精密工程OpticsandPrecisionEngineeringVol.16No.9Sep.2008收稿日期:2008201211;修订日期:2008203213.基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(No.60438030);国家自然科学基金资助项目(No.60577015)文章编号10042924X(2008)0921567205基于眼模型的数字眼底相机设计王肇圻,许妍(南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300071)摘要:基于Gullstrand2LeGrand眼模型设计了一个视场角为30°的免散瞳手持式数字眼底相机。综合考虑人眼本身和外部系统的像差后,实现了全视场2×106pixel的高清晰眼底成像;引入眼模型辅助设计,解决了人眼自身的色差问题,从而适用于白光照明。为避免角膜中心曲率大的区域反射引入杂散光,专门设计了环形光阑和共轴照明相结合的照明系统。结果表明,该相机系统成像分辨率>120lp/mm,场曲值<0.86mm,畸变仅为7.2%,色差值<3.5μm,并且具有较大的调焦能力,对-10m-1～7m-1屈光度人眼普遍适用。关键词:光学设计;眼底相机;眼模型中图分类号:TB853.9;TH702文献标识码:ADesignofdigitalretinacamerabasedoneyemodelWANGZhao2qi,XUYan(KeyLaboratoryofOptoelectronicInformationScienceandTechnology,MinistryofEducation,InstituteofModernOptics,NankaiUniversity,Tianjin300071,China)Abstract:Aportablenonmydriaticdigitalretinacamerain30°fieldofviewwasdesignedbasedonGullstrand2LeGrandeyemodel.Byconsideringtheaberrationsofbothhumaneyeandcamera,thisdesignrealizedthehighlyclearimagewith2megapixelsinallfieldsofview.Andaneyemodelwasusedinthisdesigntodiminishthechromaticaberrationcausedbythehumaneyesthemselves,sothatthecameracouldbeusedinavisibleband.Meanwhile,theilluminatingsystemwithanannularstopandcoaxialilluminationwasspeciallydesignedtoremovethestraylightcausedbyacornea.Thetest2edresultshowsthattheresolutionofthissystemishigherthan120lp/mm,andthedistortionvalueisonly7.2%,thefieldcurvevalueandthechromaticvaluearelessthan0.86mmand3.5μm,respec2tively.Itcomestoaconclutionthatthiscamerahasstrongfocusingabilities,andadaptstodifferenteyesfrom-10m-1to7m-1.Keywords:opticaldesign;retinacamera;eyemodel1引言视网膜是一层结构高度复杂的薄膜,是人眼非常重要的组成部分,在眼睛中的地位相当于光学系统中的接收屏幕。对视网膜的血管网络进行观测,可以诊断出相关眼病,甚至可以作为全身许多疾病的早期诊断依据,如冠心病、糖尿病、高血压等。因此,眼底的观测图是临床诊断的重要参考。至今,眼底相机已有多年的发展历史。德国Zeiss公司于1925年研制出世界第一台眼底相机之后,经过各国科学家的努力,目前在世界范围内已有多家厂商生产了多种形式的眼底相机,主要包括:手持式、台式、电视式以及体视相机。而在国内,眼底相机的发展相对落后,多数依赖进口,然后进行数字化改造,且多为台式相机,较为笨重。迄今的眼底相机设计中,只单方面地对外部的摄影系统进行像差校正,没有考虑对被测人眼的影响,成像质量并非十分理想。事实上,作为整个光路一部分的被测人眼,本身就是一个复杂的光学系统,而且因人而异。其像差,特别是色差,会明显降低眼底成像质量[122]。所以在以往设计中,无论多么精确地改进摄影系统,最终的成像质量都难以有所突破。如果要求成像达到细胞水平,则必须考虑人眼本身的结构和其像差对成像质量的影响。文献[3]和文献[4]的研究者将自适应光学技术引入到眼底成像中,考虑了人眼的光学结构的影响,获得了细胞级清晰度的眼底成像[324]。然而自适应光学系统需要对不同客体进行不同的波像差测量和校正,不仅系统复杂,而且对于白光照明成像存在局限性。本文引入普适的Gullstrand2LeGrand眼模型[526],作为对实际人眼的模拟,进行了眼底相机的设计,虽然没有考虑眼睛高阶像差的影响,但是解决了眼睛自身的色差问题,从而适用于白光照明。所设计的小型手持式眼底相机,具有高清晰度和较大调节范围的特点。2设计原理眼底相机一般由摄影系统、照明系统和观察瞄准系统3部分组成。摄影系...
