技术领域
本发明涉及医学眼底成像技术领域，尤其涉及一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统。
背景技术
人眼视网膜，又叫眼底，是一层结构高度复杂的薄膜，是人眼的重要组成部分。视网膜在眼睛里的地位相当于成像系统的接收器。眼视网膜上分布着大量的血管，对人眼视网膜上的血管脉络进行观测，可以为医生进行许多眼部疾病，甚至是全身许多疾病的诊断提供重要依据。例如，糖尿病性视网膜病变是糖尿病患者致盲的主要原因，已经成为患者致盲的四大病变之一。糖尿病正在成为一种全球性流行病，全世界有3.47亿人患有糖尿病，据预测，在今后10年内，由糖尿病造成的死亡总数将增加50%以上，到2030年糖尿病将成为全球第七大死亡原因。发现糖尿病后，除了在医生指导下严格控制血糖、血压和血脂外，还需要定期检查眼底，根据病情及时进行治疗，防止新生血管发生，保存一定视力。对于湿性老年性黄斑变性不治则导致100%致盲，早期发现是关键，而且早期治疗效果显著。在患者出现明显视力障碍之前，提前进行视网膜检查，是及时发现病变、及时治疗的唯一有效途径。此外，像冠心病、高血压等疾病，也可以通过进行早期的视网膜筛查，及早发现、进行及时治疗。眼底照相机便是用于对眼底病变进行检查的眼科设备，是医生进行视网膜检查的重要手段。
眼底相机是一种用于观察人眼视网膜病变的重要眼科设备，在临床上有着重要的应用。眼底相机的光学系统包括照明系统和成像系统，工作谱段覆盖近红外和可见光，近红外与可见光照明系统实现对眼底均匀、充分
的照明，成像系统实现将视网膜最终成像在位于最佳像面的传感器上。
国内对于眼底相机的研究起步较晚，目前国内使用的眼底相机多数依靠从国外进口，然后再进行数字化改造。国内对于眼底相机的研究还比较有限，相关的研究论文比较少。国内开发的大多数眼底相机存在以下问题：设备需要专业的医生或者护士进行操作，设备成本费和医疗费用较高，需要用药物对人眼进行散瞳，而散瞳对人体具有一定的副作用。这些都严重限制了眼底相机的使用。
因此现有技术有待于进一步的改进。
发明内容
鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于为用户提供一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，旨在解决现有技术中设备需要专业的医生或者护士进行操作，设备成本费和医疗费用较高，需要用药物对人眼进行散瞳，而散瞳对人体具有一定的副作用的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，其中，包括成像子系统和照明子系统；
所述成像子系统由依次设置的接目物镜、成像物镜、接收器件和显示器件组成；
照明子系统由光源，匀光镜和接目物镜组成；
所述照明子系统和所述成像子系统通过半反半透镜连接起来；
所述眼底相机成像系统中还包括用于通过调节输入电压确定透镜表面曲率或通过加于透镜镜体上的机械力确定透镜表面曲率的液体变焦透镜，所述液体变焦透镜设置在成像物镜与成像物镜的像面之间，所述液体变焦透镜还配设有对应的用于共调节焦距的驱动装置；所述接收器件为CCD；
由光源发出的光依次经过匀光镜透射、半反半透镜的反射以及接目物镜透射后入射到人眼；进入人眼的光由眼底反射后出射，经过接目物镜收集后先成一次中间像，再由成像物镜将中间像成像到接收器件上，最后经过显示器件显示出来。
所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，其中，还包括设置在所述接目物镜与观察者眼睛之间的孔径光阑。
所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，其中，所述液体变焦透镜为ARCTIC 416SLV3型号液体透镜。
所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，其中，所述光源为可见光光源。
所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，其中，所述光源为红外光光源。
本发明所提供的一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，包括成像子系统和照明子系统；所述成像子系统由依次设置的接目物镜、成像物镜、接收器件和显示器件组成；照明子系统由光源，匀光镜和接目物镜组成；所述照明子系统和所述成像子系统通过半反半透镜连接起来；所述眼底相机成像系统中还包括用于通过调节输入电压确定透镜表面曲率或通过加于透镜镜体上的机械力确定透镜表面曲率的液体变焦透镜，所述液体变焦透镜设置在成像物镜与成像物镜的像面之间，所述液体变焦透镜还配设有对应的用于共调节焦距的驱动装置；所述接收器件为CCD；由光源发出的光依次经过匀光镜透射、半反半透镜的反射以及接目物镜透射后入射到观察者眼睛；进入观察者眼睛的光由眼底反射后出射，经过接目物镜收集后先成一次中间像，再由成像物镜将中间像成像到接收器件上，最后经过显示器件显示出来。本发明在成像系统中引入液体变焦透镜，通过改变输入电压或改变加于透镜镜体上的机械力液体透镜的表面曲率，实现对不同视度的人眼清晰成像，其机械结构简单，对操作者熟练程度要求较低，无需要专业的医生或者护士进行操作。
附图说明
图1为本发明所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统较佳实施例的结构示意图。
图2为液体变焦透镜的光学结构图。
图3为本发明所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统第二实施例的光路示意图。
图4为本发明所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统对正常人眼的MTF曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
请同时参见图1和图2，其中图1是本发明所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统较佳实施例的结构示意图，图2是液体变焦透镜的光学结构图。所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，包括：
成像子系统和照明子系统；
所述成像子系统由依次设置的接目物镜110、成像物镜120、接收器件130和显示器件140组成；
照明子系统由光源210，匀光镜220和接目物镜110组成；
所述照明子系统和所述成像子系统通过半反半透镜300连接起来；
所述眼底相机成像系统中还包括用于通过调节输入电压确定透镜表面曲率或通过加于透镜镜体上的机械力确定透镜表面曲率的液体变焦透镜400，所述液体变焦透镜400设置在成像物镜120与成像物镜的像面121之间，所述液体变焦透镜400还配设有对应的用于共调节焦距的驱动装置（图中未标示）；所述接收器件130为CCD。
由光源发出的光依次经过匀光镜透射110、半反半透镜300的反射以及接目物镜110透射后入射到观察者眼睛；进入观察者眼睛的光由眼底反射后出射，经过接目物镜110收集后先成一次中间像，再由成像物镜120将中间像成像到接收器件130上，最后经过显示器件显示140出来。
本实施例公开的基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，结构形式—采用机械调焦方式，通过调节像面的位置来满足对不同视度人眼清晰成像的要求。相比于定焦结构，机械调焦需要设计凸轮曲线，因而具有更复杂的结构形式，而且对于操作者操作熟练程度具有更高的要求。结构形式二利用电压调焦的方式代替机械调焦，在成像系统中引入液体变焦透镜。通过调节电压可以连续改变液体透镜的表面曲率，实现对不同视度的人眼清晰成像。这种调焦方式只需采用定焦的机械结构形式，机械结构简单，对操作者熟练程度要求也更低，而且可以通过连续改变透镜表面曲率实现更加精确的调节。
液体变焦透镜是由一种或多种液体制成，并通过改变表面曲率来改变焦距的透镜。相比于传统的透镜形式，液体透镜最大的特点就是焦距可变。目前主要通过电力法和机械力法两种方法来改变液体透镜的焦距。电力法是利用一种新特性叫做“电浸润”来改变液体的表面张力，而机械力的方法是通过直接在透镜体上加力使透镜形状产生物理形变。目前生产液体透镜的公司主要由Philips和法国varioptic。本发明选用法国varioptic公司生产的ARCTIC 416SLV3系列液体透镜作为所设计成像系统的组成部分。。ARCTIC 416SLV3系列液体透镜的调节能力如表1所示：
表1 光学参数随电压变化表
利用CODE V对液体变焦透镜进行建模，得到液体变焦透镜的光学结构如图2所示。将ARCTIC416SLV3型号的液体透镜作为本发明所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统的一部分进行设计，考虑到成本，接收器件仍选用基于机械调焦方式的成像系统使用的CCD，系统的设计指标具体如表2所示：
表2 基于液体透镜调焦方式的成像系统设计参数
ARCTIC 416SLV3型号的液体透镜加在成像系统的最后，作为接收器件130之前的最后一个元件，补偿成像系统的像差以及由不同视度引起的像质变化，利用CODE V的多重结构对视度从-8D至+10D设置8重结构，最终得到的成像系统结构如图3所示。
最终设计结果在不同人眼视度下的系统参数如表3所示：
表3 可见光光谱范围内的部分系统结构参数
由上表可知，成像系统不再需要进行机械调焦。
进一步地实施例，如图3所示，所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统中，还包括设置在所述接目物镜110与观察者眼睛之间的孔径光阑500；所述光源210为可见光光源或红外光光源。
对正常人眼，成像系统的MTF曲线如图4所示，其中MTF（Modulation Transfer Function）为调制传递函数。从图中可以看出，成像系统的MTF值在120lp/mm处大于0.2，满足系统设计要求。经测试得到，本发明所述基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统对正常人眼的畸变值在各个视场下均小于6%，满足系统设计要求。对于其他视度人眼，通过对调节液体透镜的表面曲率进行像差校正，各重结构的MTF曲线和畸变曲线均与对正常人眼的相似。
综上所述，本发明所提供的一种基于液体透镜调焦式的眼底相机成像系统，包括成像子系统和照明子系统；所述成像子系统由依次设置的接目物镜、成像物镜、接收器件和显示器件组成；照明子系统由光源，匀光镜和接目物镜组成；所述照明子系统和所述成像子系统通过半反半透镜连接起来；所述眼底相机成像系统中还包括用于通过调节输入电压确定透镜表面曲率或通过加于透镜镜体上的机械力确定透镜表面曲率的液体变焦透镜，所述液体变焦透镜设置在成像物镜与成像物镜的像面之间，所述液体变焦透镜还配设有对应的用于共调节焦距的驱动装置；所述接收器件为CCD；由光源发出的光依次经过匀光镜透射、半反半透镜的反射以及接目物镜透射后入射到观察者眼睛；进入观察者眼睛的光由眼底反射后出射，经过接目物镜收集后先成一次中间像，再由成像物镜将中间像成像到接收器件上，最后经过显示器件显示出来。本发明在成像系统中引入液体变焦透镜，通过改变输入电压或改变加于透镜镜体上的机械力液体透镜的表面曲率，实现对不同视度的人眼清晰成像，其机械结构简单，对操作者熟练程度要求较低，无需要专业的医生或者护士进行操作。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。