專利名稱：觀測眼睛的光學診斷儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種觀測眼睛的光學診斷儀，主要用于觀察人眼虹膜并同時獲得虹膜圖像和數(shù)據(jù)，所說的圖像可供觀察、保存，以便于疾病診斷或身份識別。
背景技術：
在先技術中，發(fā)明人羅永紅在實用新型專利(專利號為ZL92235084.1)中提供的一種“虹膜望診輔助器”的光學裝置，結構如圖1所示。中國科學院自動化研究所提供的實用新型專利(專利號為ZL99217063.X)“虹膜圖像采集裝置”的光學裝置，結構如圖2所示。在先技術[1]的圖1中觀察者眼睛3通過放大鏡2對被檢者眼睛1進行觀察，放大鏡2通常是一個短焦距的單筒目鏡。在先技術[2]的圖2，采用一個攝象機鏡頭4將被檢者眼睛1成像于含有電荷耦合器攝像頭的攝象機稱為CCD攝象機5上，攝象機鏡頭4通常是一個對無窮遠成像清晰的普通攝像鏡頭。
上述在先技術的缺點是1.功能單一。如圖1所示系統(tǒng)只能由觀察者觀察被檢者眼睛1，而無法記載被檢者眼睛1的虹膜的數(shù)字圖像；圖2所示裝置只能獲得被檢者眼睛1的虹膜的數(shù)字圖像，觀察者無法直接看到虹膜的紋理結構。
2.診斷效率低、準確度差。因為對于圖1所示裝置，只能由觀察者來完成對被檢者眼睛1的虹膜紋理結構的診斷和分析，診斷效率低，存在一定的主觀性，且無圖像作病史記錄；而對于圖2所示裝置，欲對虹膜紋理進行診斷和分析，只能由計算機來完成，靈活性差，影響診斷的準確性。
3.觀察者易疲勞，對診斷效果不利。圖1所示裝置只有一條光路，和目鏡觀察者只能用一只眼睛進行觀察，觀察者眼睛易疲勞，這會影響診斷結果的可靠性。
4.工作距離短，易對被檢者眼睛造成傷害。為了獲得清晰的大尺寸圖像，圖1中放大鏡2的焦距必須很短，所以觀察時放大鏡2需靠近被檢者眼睛1；而圖2所示裝置在工作時必須把該裝置的上端扣在被檢者的眼睛上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的觀測眼睛的光學診斷儀，如圖3所示。包含兩條光軸相互垂直的光路，一條是攝像計算光路，另一條是目視觀察光路。在攝像計算光路上，有接收面位于聚焦鏡8后焦面處的攝象機5，攝象機5經(jīng)過模數(shù)轉換器12與計算機13相連。被檢者眼睛1置放在準直鏡6的前焦面處。在準直鏡6與聚焦鏡8之間置有反射元件7，在反射元件7與聚焦鏡8之間置有與反射元件7反射面C1C2平行的道威棱鏡9的入射面D1D2；在目視觀察光路上，有雙筒目鏡11，雙筒目鏡11的前焦面與置于雙筒目鏡11與道威棱鏡9之間的觀察聚焦鏡10的后焦面重合，觀察者眼睛3放在雙筒目鏡11的雙筒前；上述置放在攝像計算光路上的準直鏡6、反射元件7、道威棱鏡9、聚焦鏡8以及攝像機5構成攝像整體部分A。置放在目視觀察光路上的觀察聚焦鏡10和雙筒目鏡11構成觀察整體部分B。攝像整體部分A能夠沿著目視觀察光路的光軸方向相對于觀察整體部分B移動。
本發(fā)明上述的結構中含有兩條光路目視觀察光路和攝像計算光路，分別提供給觀察者目視觀察被檢者眼睛1，及攝像記錄、保存被檢者眼睛1的圖像。這兩條光路的前半部分共用，而這兩條光路的非共用部分的光軸相互垂直。在目視觀察光路上，從被檢者眼睛1出發(fā)，依次有準直鏡6、反射元件7、道威棱鏡9、觀察聚焦鏡10和雙筒目鏡11，觀察者眼睛3位于雙筒目鏡11之雙筒前。被檢者眼睛1位于準直鏡6的前焦面處。準直鏡6和觀察聚焦鏡10組成一個有限倍率的成像系統(tǒng)，其放大倍率等于觀察聚焦鏡10的焦距與準直鏡6的焦距之比值。在攝像計算光路上，從被檢者眼睛1出發(fā)，依次是準直鏡6、反射元件7、道威棱鏡9的入射面D1D2、聚焦鏡8和攝象機5。攝象機5的接收面位于聚焦鏡8的后焦面處。準直鏡6和聚焦鏡8組成一個有限倍率的成像系統(tǒng)，其放大倍率等于聚焦鏡8的焦距與準直鏡6的焦距之比值。在結構布置上，本發(fā)明中的準直鏡6、反射元件7、聚焦鏡8、攝象機5和道威棱鏡9組成一個攝像整體部分A；觀察聚焦鏡10和雙筒目鏡11組成另外一個觀察整體部分B，攝像整體部分A可相對于觀察整體部分B沿目視觀察光路的光軸方向移動，以實現(xiàn)對被檢者左右雙眼虹膜的相繼觀察與圖像采集。如圖3所示。
從本發(fā)明的結構如圖3與在先技術的結構如圖1、2比較，本發(fā)明的特點就是含有目視觀察光路和攝像計算光路；在兩條光路共用的前半部分光路上，在準直鏡6之后置有反射元件7；在反射元件7之后的目視觀察光路上，在觀察聚焦鏡10之前置有道威棱鏡9；攝像整體部分A和觀察整體部分B可以沿目視觀察光路的光軸方向相對移動，實現(xiàn)對被檢者雙眼的觀察與數(shù)字圖像的獲取。
本發(fā)明中的準直鏡6是一個長焦距準直物鏡，利用它可以獲得大工作距，并使從被檢者眼睛1發(fā)出的發(fā)散光束變成平行光束。
當所說的反射元件7是一個單次反射直角棱鏡時，準直鏡6的光軸OO從45°方向入射于其反射面C1C2上的O點后，出射光軸OO′以垂直于光軸OO方向出射。因為光軸OO在反射面C1C2上的入射角大于其臨界角，所以在反射面C1C2上無需鍍膜，利用其反射面C1C2的全反射特性，在不損失光能的情況下實現(xiàn)了光路的90°轉向；反射元件7或者是一個平面反射鏡，這個平面反射鏡的反射面必須鍍寬帶全反射膜。
所說的道威棱鏡9的入射面D1D2上鍍有寬帶分光膜，實現(xiàn)目視觀察光路和攝像計算光路的分離。道威棱鏡9的斜反射面D1E1與從反射元件7出射的出射光軸OO′相平行。出射光軸OO′進入道威棱鏡9后，以大于臨界角的方向入射于其斜反射面D1E1，在斜反射面D1E1上光線發(fā)生全反射。利用道威棱鏡9的斜反射面D1E1的全反射特性，在不損失光能和不改變光軸方向的情況下消除了由反射元件7反射面C1C2的反射產(chǎn)生的鏡像。道威棱鏡9的出射面E1E2鍍有寬帶增透膜。
本發(fā)明的光學診斷儀的工作過程是位于準直鏡6的前焦面上的被檢者眼睛1發(fā)出的發(fā)散光束經(jīng)準直鏡6后變成平行光束射向反射元件7，在反射元件7的反射面C1C2上發(fā)生全發(fā)射后，該平行光束的前進方向偏轉了90°，再射向道威棱鏡9的入射面D1D2。道威棱鏡9的入射面D1D2上鍍有分光膜，它使入射于它上面的平行光束一分為二其中的一部分光束被道威棱鏡9的入射面D1D2反射而進入聚焦鏡8，并在聚焦鏡8的后焦面上成像，形成眼睛內(nèi)部虹膜的像，攝象機5的接收面位于聚焦鏡8的后焦面處，將所接收到的眼睛虹膜圖像通過攝象機5經(jīng)模數(shù)轉換器12被輸送到計算機13內(nèi)待計算；其中的另一部分光束經(jīng)道威棱鏡9的入射面D1D2折射后，又經(jīng)道威棱鏡9的斜反射面D1E1全反射及道威棱鏡9的出射面E1E2射出后，進入觀察聚焦鏡10，在觀察聚焦鏡10的后焦面處形成眼內(nèi)虹膜的像，該虹膜像位于雙筒目鏡11的前焦面處，觀察者眼睛3通過雙筒目鏡11可以清晰地看到被檢者眼睛1內(nèi)部虹膜的圖像。在檢查完被檢者的一個眼睛的虹膜后，將攝像整體部分A相對于觀察整體部分B移動一個瞳距，即可開始檢查另一個眼睛的虹膜。
本發(fā)明與在先技術相比1.功能多。本發(fā)明診斷儀含有目視觀察光路和攝像計算光路兩條光路，可同時實現(xiàn)對被檢者眼睛1的目視觀察與數(shù)據(jù)圖像的獲取。同時，通過移動本發(fā)明中的兩個整體部分A和B，可實現(xiàn)對被檢者雙眼虹膜的觀察和圖像數(shù)據(jù)的獲取。
2.診斷效率高、準確度高。本發(fā)明診斷儀可同時實現(xiàn)對被檢者眼睛1的目視觀察與數(shù)字圖像的獲??；另外，兩條光路的前半部分共用準直鏡6和反射元件7，保證兩條光路獲得相同的虹膜信息。因而發(fā)揮了兩種檢查方式各自的優(yōu)點，相互補充，可大大降低誤診現(xiàn)象的發(fā)生。
3.觀察者工作強度低。觀察者通過雙筒目鏡11觀察被檢者眼睛1，不易疲勞，這也有利于提高診斷效率和準確性。
4.工作距離大，本發(fā)明診斷儀消除了對被檢者眼睛產(chǎn)生傷害的可能性。因為準直鏡6的焦距長、工作距離大，被檢者眼睛1與本發(fā)明診斷儀之間的距離遠。
5.光能的利用率高，而且消除了鏡像。因為本發(fā)明診斷儀中利用了反射元件7的反射面C1C2和道威棱鏡9的斜反射面D1E1的全反射特性，這二次反射既延長了光路，消除了鏡像又使光能損耗較小。


圖1是在先技術[1]虹膜望診輔助器的光學裝置的結構示意圖。
圖2是在先技術[2]虹膜圖像采集裝置的光學裝置的結構示意圖。
圖3是本發(fā)明的光學診斷儀的結構示意圖。
具體實施例方式如圖3的結構所示。準直鏡6采用一個三片分離型鏡組，其焦距為150mm；被檢者眼睛1與準直鏡6的第一個光學表面的距離為127mm，可知工作距離是大的，不會對被檢者眼睛造成傷害；反射元件7采用直角棱鏡，它的通光口徑為25mm×25mm；道威棱鏡9的通光口徑為25mm×25mm，其入射面D1D2上鍍有寬帶介質(zhì)分光膜，在400nm～700nm波段內(nèi)具有均勻一致的反射率和透過率，反射率為20％，透過率為80％，從而保證兩條光路的圖像色彩逼真一致；觀察聚焦鏡10的結構與準直鏡6相同，但其中各個光學透鏡的朝向與準直鏡6相反，所以由準直鏡6和觀察聚焦鏡10組成的成像系統(tǒng)的放大倍率等于-1倍；雙筒目鏡11由兩個焦距均為15.625mm的相同目鏡組成，目鏡視場為φ13mm，目鏡放大倍率為-16倍，所以目視觀察光路的總放大倍率為16倍。聚焦鏡8由兩個雙膠合透鏡組成，其焦距為37.5mm，所以攝像計算光路的放大倍率為-0.25倍。攝像機5是一個1/3英寸彩色攝像機，其接收面尺寸為3.6mm×4.8mm。人眼虹膜尺寸通常為φ12mm，所以由目視觀察光路和攝像計算光路均能看到完整的眼內(nèi)虹膜圖像。
目視觀察光路和攝像計算光路都經(jīng)過精心設計，它們的圖像分辨率均優(yōu)于100線對/mm，可獲得紋理清晰的、色彩逼真的眼內(nèi)虹膜圖像，以確保診斷結果的準確性。
攝像整體部分A相對于觀察整體部分B在目視觀察光路的光軸方向上，最大可移動80mm，保證可對具有不同瞳距的被檢者的雙眼進行觀察與診斷。
權利要求
1.一種觀測眼睛的光學診斷儀，包括攝像機(5)經(jīng)過模數(shù)轉換器(12)與計算機(13)連接，其特征在于<1>包括兩條光軸相互垂直的光路——攝像計算光路和目視觀察光路；<2>在攝像計算光路上，有接收面位于聚焦鏡(8)后焦面處的攝像機(5)，被檢者眼睛(1)置放在準直鏡(6)的前焦面處，在準直鏡(6)與聚焦鏡(8)之間置有反射元件(7)，在反射元件(7)與聚焦鏡(8)之間置有與反射元件(7)反射面(C1C2)平行的道威棱鏡(9)的入射面(D1D2)；<3>在目視觀察光路上，有雙筒目鏡(11)，雙筒目鏡(11)的前焦面與置于雙筒目鏡(11)與道威棱鏡(9)之間的觀察聚焦鏡(10)的后焦面重合，觀察者眼睛(3)放在雙筒目鏡(11)的雙筒前；<4>上述在攝像計算光路上的準直鏡(6)、反射元件(7)、道威棱鏡(9)、聚焦鏡(8)和攝像機(5)構成攝像整體部分(A)，在目視觀察光路上的觀察聚焦鏡(10)和雙筒目鏡(11)構成觀察整體部分(B)，攝像整體部分(A)能夠沿著目視觀察光路的光軸方向相對于觀察整體部分(B)移動。
2.根據(jù)權利要求1所述的觀測眼睛的光學診斷儀，其特征在于所說的反射元件(7)是反射面鍍有寬帶全反射膜的平面反射鏡，或者是直角棱鏡。
3.根據(jù)權利要求1所述的觀測眼睛的光學診斷儀，其特征在于所說的道威棱鏡(9)的入射面(D1D2)鍍有寬帶分光膜，道威棱鏡(9)的斜反射面(D1E1)與從反射元件(7)出射的出射光軸(OO′)相平行，所說的出射光軸(OO′)是準直鏡(6)的光軸(OO)和反射元件(7)反射面(C1C2)交點(O)處的垂直線，道威棱鏡(9)的出射面(E1E2)鍍有寬帶增透膜。
全文摘要
一種觀測眼睛的光學診斷儀,主要用于觀察人眼虹膜并同時獲得虹膜的圖像及數(shù)據(jù)。包括兩條光軸相互垂直的攝像計算光路和目視觀察光路。置于攝像計算光路上有準直鏡、反射元件、道威棱鏡的入射面、聚焦鏡和攝像機。攝像機經(jīng)過模數(shù)轉換器與計算機相連。置于目視觀察光路上有觀察聚焦鏡和雙筒目鏡。被檢者眼睛置放在準直鏡的前焦面處。觀察者雙眼置放在雙筒目鏡的雙筒前。置放在攝像計算光路上的光學元件構成攝像整體部分,置放在目視觀察光路上的光學元件構成觀察整體部分。攝像整體部分沿目視觀察光路的光軸方向能夠相對觀察整體部分移動。本發(fā)明與在先技術比,具有功能多,既可目視觀察,又能同時獲取圖像和數(shù)據(jù)。診斷效率高和準確度高。
文檔編號A61B6/00GK1376445SQ0112655
公開日2002年10月30日 申請日期2001年8月27日 優(yōu)先權日2001年8月27日
發(fā)明者黃惠杰, 趙永凱, 杜龍龍, 程兆谷, 路敦武 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所