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广域眼底相机光学系统的设计与仿真分析

陈蔚霖 常军 赵雪惠 金辉

陈蔚霖, 常军, 赵雪惠, 金辉. 广域眼底相机光学系统的设计与仿真分析[J]. 中国光学, 2020, 13(4): 814-821. doi: 10.37188/CO.2020-0066
引用本文: 陈蔚霖, 常军, 赵雪惠, 金辉. 广域眼底相机光学系统的设计与仿真分析[J]. 中国光学, 2020, 13(4): 814-821. doi: 10.37188/CO.2020-0066
CHEN Wei-lin, CHANG Jun, ZHAO Xue-hui, JIN Hui. Optical system design and simulation of a wide-area fundus camera[J]. Chinese Optics, 2020, 13(4): 814-821. doi: 10.37188/CO.2020-0066
Citation: CHEN Wei-lin, CHANG Jun, ZHAO Xue-hui, JIN Hui. Optical system design and simulation of a wide-area fundus camera[J]. Chinese Optics, 2020, 13(4): 814-821. doi: 10.37188/CO.2020-0066

广域眼底相机光学系统的设计与仿真分析

doi: 10.37188/CO.2020-0066
基金项目: 国家自然科学基金 (No.61471039)
详细信息
    作者简介:

    陈蔚霖(1985—),男,湖南衡阳人,博士研究生,2007年于延边大学获得学士学位,2015年于北京理工大学获得硕士学位,主要从事光学系统设计、医疗光学设备技术等方面的研究。E-mail:new_david139@163.com

    常 军,(1973—),男,江西吉安人,博士,研究员,博士生导师,分别于1994年、1999年、2002年在长春理工大学获得学士、硕士、博士学位,主要研究方向为:光电仪器系统设计、光学系统设计、光电对抗、光电检测。Email:bitchang@bit.edu.cn

    赵雪惠(1997—),女,吉林松原人,硕士研究生,2019年于北京理工大学获得学士学位,主要从事光学系统设计等方面的研究。Email:15600920918@163.com

    金 辉(1979—),女,吉林长春人,博士,副研究员,2013年于长春理工大学获得博士学位,主要研究方向为: 光电仪器系统设计及检测、光电对抗、光电检测。Email:jinhui@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: O439;TH786

Optical system design and simulation of a wide-area fundus camera

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No.61471039)
More Information
  • 摘要: 本文设计了一种用于婴幼儿视网膜筛查的广域眼底相机。文中对该系统所包含的照明系统、成像系统的设计方法进行了探讨。首先,根据James Polans宽视场人眼模型和婴儿眼解剖学数据,建立了婴儿眼模型。接着,提出新的锥形光纤方案用于大视场照明。最后,重点介绍了广域眼底相机的成像系统(包括接触镜、中继物镜)的设计方法。设计实例表明:广域眼底相机的视场可以达到130°,对眼底的物方分辨率可以达到10 μm。设计结果符合眼底成像设备国家标准YY0634-2008,满足婴幼儿视网膜筛查的要求。
  • 图  1  广域眼底相机原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of a wide-area fundus camera

    图  2  宽视场婴儿眼模型

    Figure  2.  Wide-field infant eye model

    图  3  增加光束发散角的方法

    Figure  3.  Method of increasing divergence angle

    图  4  锥形光纤照明范围的仿真结果

    Figure  4.  Simulation results of illumination range of tappered fiber

    图  5  锥形光纤照度均匀性的仿真结果

    Figure  5.  Simulation results of illumination uniformity of tappered fiber

    图  6  接触镜与矫正镜的初步设计结果

    Figure  6.  Initial design results of contact lens and correct lens

    图  7  场镜的初始设计结果

    Figure  7.  Initial design results of field lens

    图  8  成像系统设计流程图

    Figure  8.  Flow chart of imaging system

    图  9  成像系统布局图

    Figure  9.  Layout of imaging system

    图  10  成像系统的MTF曲线

    Figure  10.  MTF diagram of proposed imaging system

    图  11  成像系统的场曲与畸变

    Figure  11.  Field curvature and distortion of proposed imaging system

    图  12  原图(a)和利用本文广域眼底相机光学系统(b)所得的仿真图

    Figure  12.  (a) Original image and (b) simulation image obtained by optical system in proposed wide-area fundus camera

    表  1  婴儿眼结构参数

    Table  1.   Parameters of an infant eye

    解剖学数据眼模型参数
    曲率半径/mm厚度/mm材料曲率半径/mm厚度/mm材料
    角膜前表面< 7.62< 0.4Nd ≈ 1.384.4280.32参考James Polans模型
    角膜后表面< 6.23.519
    房水< 2.9Nd ≈ 1.342.10参考James Polans模型
    晶状体前表面未知2.9 ~ 4Nd ≈ 1.38~1.446.6332.90参考James Polans模型
    晶状体后表面未知−3.738
    玻璃体12 ~ 13Nd ≈ 1.3412.90参考James Polans模型
    视网膜< 8.5−7.533
    视轴总长17.2 ~ 19.818.22
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    表  2  成像系统结构参数

    Table  2.   Parameters of imaging system

    Surf Radius (mm) Thickness (mm) Glass
    nd vd
    1 −4.428 3.456 1.67 55
    2 −2.767 1.728
    3 −37.936 3.456 1.85 40
    4 125.526 1.441
    5 9.230 5.186 1.67 55
    6 49.036 23.042
    7 40.087 5.733 1.76 27
    8 −35.656 10.325
    9 −5.948 3.853 1.73 2
    10 −9.848 3.075
    11 −11.061 4.542 1.85 24
    12 −44.707 1.097
    13 −96.658 3.469 1.57 56
    14 −13.075 2.880
    15 23.308 2.951 1.59 61
    16 −45.371 1.395
    17 9.583 4.928 1.83 37
    18 6.156 2.452
    19 14.406 2.386 1.59 61
    20 −5.937 1.726 1.92 21
    21 −18.279 0.319
    22 3.961 2.304 1.59 61
    23 9.911 3.517
    IMG
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-17
  • 修回日期:  2020-05-27
  • 刊出日期:  2020-08-01

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