視光學(xué)儀器中光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、眼睛作為人體重要的器官，其構(gòu)造十分奇妙、復(fù)雜與精致，具有精密的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，執(zhí)行著攝像功能和信息分析傳送功能，角膜總的屈光力一般為42.18D，而整個(gè)眼睛屈光力為58.60D左右，角膜屈光力約占整個(gè)眼睛屈光力的70％，且其屈光力主要由前表面決定，因此角膜前表面微小變化的形態(tài)都會(huì)最終影響到整個(gè)眼睛的屈光狀態(tài)分布，從而直接影響眼的視功能。角膜的病變可以分為物理病變（如劃傷、破損及疤痕等）與光學(xué)病變（如圓錐角膜、角膜邊緣變性等），通常針對(duì)這兩

2、種病變，可用特定的視光學(xué)儀器來(lái)檢測(cè)與診斷，如角膜地形圖儀主要用來(lái)檢測(cè)光學(xué)病變，而裂隙燈顯微鏡主要用來(lái)檢測(cè)物理病變，本論文主要對(duì)這兩種儀器的照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)進(jìn)行了研究。
　　本論文選擇了視光學(xué)儀器中較有代表性的這兩種儀器作為研究對(duì)象。對(duì)于角膜地形圖儀，根據(jù)人眼的明視覺(jué)光譜光視效率，CCD元件光譜響應(yīng)曲線，以及儀器對(duì)面光源照度與發(fā)光均勻性的要求，進(jìn)行了基于Placido盤的LED光源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)其CCD成像系統(tǒng)，則根據(jù)近軸成像公式

3、計(jì)算了透鏡的初始結(jié)構(gòu)，并利用Zemax進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后利用模型眼和人眼對(duì)根據(jù)上述設(shè)計(jì)所搭建的角膜地形圖儀系統(tǒng)進(jìn)行了檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在主波長(zhǎng)為625nm的基于Placido盤的AlGalnP紅色LED面光源照明的情況下，成像CCD上的黑白條紋環(huán)能滿足等間隔均勻分布，檢測(cè)精度可達(dá)到0.05屈光度，滿足了角膜地形圖儀對(duì)照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)的高對(duì)比度要求。
　　對(duì)于裂隙燈顯微鏡，首先分析了三種典型的照明系統(tǒng)，選取柯勒照明為其照明方式

4、，其特征是由集光鏡和聚光鏡這兩組透鏡組成，燈絲經(jīng)集光鏡成像在聚光鏡，通過(guò)裂隙或者光圈將其投射到眼部。接著利用Zemax設(shè)計(jì)了集光鏡與聚光鏡，投射鏡直徑較小，可以減少像差同時(shí)提高景深，裂隙燈照明光源出射的光亮度高、照明均勻、裂隙清晰。對(duì)于成像系統(tǒng)，分析了傳統(tǒng)體視裂隙燈顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在其基礎(chǔ)上將數(shù)碼型裂隙燈顯微鏡劃分為共用前置物鏡、伽利略望遠(yuǎn)鏡、攝影物鏡三部分，采用了平行式伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為改變倍率的方法，共可獲得五檔變倍效果

5、。接著，研究了共用前置物鏡、伽利略望遠(yuǎn)鏡及攝影物鏡的光學(xué)特性與技術(shù)指標(biāo)要求，選取了合適的透鏡類型。最后，利用Zemax優(yōu)化系統(tǒng)使其在共軸時(shí)擁有良好的成像質(zhì)量基礎(chǔ)，再將其過(guò)渡到非共軸情況，進(jìn)一步優(yōu)化后，結(jié)果顯示除40x時(shí)衍射極限較低外，在6x，10x，16x，25x情況下系統(tǒng)MTF曲線值在空間頻率為115lp/mm處基本大于0.2，點(diǎn)列圖顯示不同倍率下的彌散斑大小均基本小于艾里斑。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該光學(xué)系統(tǒng)具有良好的成像效果，且整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單