双目瞳孔检测仪物方远心光学系统设计

• 作 者: 刘志颖
• 出 处: 南京理工大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 光学设计 公差分析 瞳孔检测 眼科检查仪器

眼睛作为人体重要的信息获取器官,在获取外界光辐射信息的同时,还反映人体多个组织和器官的病变情况。通过对眼睛的观察和测量不仅可以发现眼科疾病,甚至可以对一些全身性疾病进行早期诊断。其中,对瞳孔直径及其大小变化的精确测量对眼科手术及疗效的评估,以及多种疾病的诊断都具有重要意义。传统的检测手段多为人工定性检测,检测步骤复杂,且测量结果受主观影响较大,借助光学远心成像和后续数字图像处理的瞳孔检测仪,是实现瞳孔高精度客观测量的重要技术途径。本文针对现有瞳孔检测仪存在成像方式或光路复杂等方面的缺陷,提出了单CCD棱镜合像型远心物镜的瞳孔检测仪光学系统方案,利用物方远心光学系统和一个CCD实时采集两只瞳孔图像,结合数字图像处理算法,可实现瞳孔直径的精确检测和动态分析。根据总体方案确定光学系统参数,用Zemax完成折射式和折反式两种光学成像系统的设计,经综合比较后,选定折射式物方远心成像系统作为瞳孔检测仪的设计方案,用关键成像指标MTF与畸变进行公差分析,给出了便于实际加工的系统公差,绘制了相关图纸;计算照明光路的近轴模型,用Lighttools对照明光路进行仿真,确定了瞳孔照明光路方案;最后对研制完成的瞳孔检测仪样机,搭建实验平台,利用标准圆样板对样机进行标定。实验结果表明,该双目瞳孔检测仪适用瞳距范围广(55-75mm)、单瞳孔成像畸变低(小于0.02%),瞳孔直径测量精度可达0.05mm,满足测量要求。此外此系统只采用一个CCD作为成像器件,与双CCD分别接收两瞳孔成像的方式对比,这种方法大大降低了双目瞳孔检测仪的制作成本。