人眼视网膜成像自适应光学系统设计VIP专享VIP免费

第38卷第5期2009年5月光子学报ACTAPHOTONICASINICAVol.38No.5May20093国家自然科学基金(60578035,50703039)和吉林省自然科学基金(20050520,20050321-2)资助Tel:0431-86176016Email:csycf@163.com收稿日期:2008-01-18人眼视网膜成像自适应光学系统设计3程少园1,2,宣丽1,胡立发1,曹召良1,2,穆全全1,2(1中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,长春130033)(2中国科学院研究生院,北京100049)摘要:设计一套基于液晶空间光调制器的人眼视网膜成像自适应光学系统,以获得高分辨率视网膜图像,并且使该系统实现体积小,功耗低,成本低等优点.采用夏克2哈特曼探测器和基于硅基板上的液晶器件分别作为波前探测器和波前校正器.系统采用双对准光源以主观方式来使人眼对准,近红外光探测成像以减小对人眼的刺激.使人眼对有限距离对焦,以减小离焦对成像的影响,使该系统既可用于正常眼,又可用于近视眼.用ZEMAX软件对系统进行了模拟分析,认为该系统可获得高于3μm的视网膜分辨率,该系统设计是合理可行的.关键词:自适应光学;视网膜成像;液晶;空间光调制器中图分类号:TH74文献标识码:A文章编号:100424213(2009)0521132240引言自适应光学(AdaptiveOptics,AO)已经成功的用于地基大口径望远镜上以消除大气湍流所带来的图像模糊和抖动.近年来,自适应光学又在医学和工业上开辟新的应用,尤其是在超视觉和视网膜成像方面取得显著进展[1].传统的校正手段,比如说眼镜,只能校正离焦像散等低阶像差,无法校正剩余的高阶像差和动态扰动.而自适应光学系统却能克服上述问题,获得高分辨率的活体人眼视网膜的图像[2].尤其是梁俊忠证明夏克2哈特曼探测器(Shark2HartmannWavefrontSensor,SHWS)测量人眼波像差的可行性后,用于人眼视网膜成像的自适应光学系统取得巨大进展.国内外的一些单位都对视网膜自适应光学系统进行了研究,有些单位已成功的获得人眼视网膜的高分辨率图片[326].目前,人眼视网膜成像的自适应光学系统的核心器件———校正器,大多数采用变形镜.变形镜具有体积大、功耗大、成本高、加工周期长等特点,这将大大限制自适应光学系统在该领域的推广.而液晶空间光调制器却具有体积小、功耗小、成本低、象素密度高等优点[729],有利于在医学和工业上的广泛使用.因此,本文采用一种高分辨率的硅基板上的液晶器件(LiquidCrystalOnSilicon,LCOS)来代替传统的变形镜.据了解,目前的各种自适应光学系统都是用于正常人眼,而我们的系统进行了特殊设计,即可用于正常人眼,又可用于近视眼.1主要解决的问题自适应光学虽然是获得高分辨率人眼视网膜图像的有效手段,但也需要重点解决:1)光能利用问题.人眼视网膜的反射率大约是0.1%～10%(对于可见光来说),而且瞳孔会进一步减小从人眼反射出的光强(大约为视网膜反射光的1%)[10211].探测器的灵敏度要求成像光强足够大,而人眼不能承受过强的光,因此,设计系统时,应尽可能的提高光能利用率.2)人眼的固定.人眼不同于一般的光学器件,它具有调节功能,不是固定不变的,因而对准比较困难,同时也非常重要.3)色散问题.人眼和LCOS都具有色散特性,设计时应予以考虑[12].4)偏振问题.由于LCOS只对光矢量平行于液晶分子的光有位相调制作用,因此,须采用线偏振光[13].2原理与结构图1为人眼视网膜成像自适应光学系统的结构.在这个自适应光学系统里,采用了两个非常小的不同颜色的的发光二极管来保证人眼的对准,其中一个(S2)发绿光,位于人眼前250mm处,另一个(S1)发红光,位于人眼前300mm处.要确保S1和S2跟成像光源比非常弱,并且都在成像光路光轴上.当S1和S2在视网膜上重合时,则人眼的视线便与光轴重合了.值得注意的是,S2要清晰的成像在视网膜上,而S1有一定的离焦.5期程少园,等:人眼视网膜成像自适应光学系统设计图1自适应成像系统Fig.1Schematicdiagramoftheadaptiveopticsimagingsystem采用一个808nm近红外激光二极管(LD)作为照明光源,既用来探测,也用来成像[14].考虑到激光有散斑效应,采取特殊方法加以消除.在它后面的空间滤波器(SF)和正透镜(L1),将光变成平行光.小孔H1用来调整照射到人眼的光束大小(该光束应小于人眼瞳孔).前三个分束片(BS1,BS2,BS3)都是高透低反的分光片,尤其是BS3,用...