随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜及成像方法技术

本发明专利技术公开了一种随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜及成像方法。所述随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜包括随机激光源、整形光学单元、分光单元、一维扫描单元、成像光学单元、折射率匹配单元、光学延迟线单元、准直光学单元、色散光学单元、聚焦光学单元和二维光电探测单元；其中，所述随机激光源输出发散激光，所述发散激光包括两个正交的电磁波振荡方向的激光，所述两个正交的电磁波振荡方向的激光经过整形光学单元后，分别被转变为具有准直、汇聚传输特征的光。本发明专利技术提供的随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜采用随机分布反馈光纤激光器作为光源，有效减少成像的散斑，使图像清晰。

Random laser confocal scanning 3D ophthalmoscope and imaging method

The invention discloses a random laser confocal line scanning three-dimensional ophthalmoscope and an imaging method. The random laser confocal line scanning three-dimensional ophthalmoscope comprises a random laser source, a shaping optical unit, a light dividing unit, a one-dimensional scanning unit, an imaging optical unit, a refractive index matching unit, an optical delay line unit, a collimating optical unit, a dispersion optical unit, a focusing optical unit and a two-dimensional photoelectric detection unit, wherein the random laser source outputs a divergent laser, and the random laser source outputs a divergent laser The divergent laser includes two orthogonal lasers in the direction of electromagnetic wave oscillation. After the two orthogonal lasers in the direction of electromagnetic wave oscillation pass through the shaping optical unit, they are respectively transformed into light with the characteristics of collimation and convergence transmission. The random laser confocal line scanning three-dimensional ophthalmoscope provided by the invention adopts the random distributed feedback fiber laser as the light source, effectively reducing the speckle of imaging and making the image clear.

【技术实现步骤摘要】
随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜及成像方法
本专利技术特别涉及一种随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜及成像方法，属于激光成像

技术介绍
眼底检查十分重要，多种眼科疾病如青光眼、糖尿病视网膜病变的病理特征都首先出现在眼底视网膜和脉络膜上。与此同时，许多疾病如高血压病、糖尿病等均会发生眼底病变，因此，眼底视网膜在一定程度上反映了人体其它脏器血管的改变情况。通过共聚焦激光检眼镜可以检查患者眼底视网膜的黄斑区、视乳头等等区域病理特征，因此在眼科被广泛应用。此外，共聚焦激光检眼镜也在眼底血管荧光造影中发挥着重要的作用，相较于基于眼底相机的血管荧光造影，采用激光扫描可以更好的空间分辨率和血管对比度。目前主流的共聚焦激光检眼镜采用了点扫的方式，在这种情况下为获得实时刷新率(＞20kHz)的眼底共聚焦图像，需要采用共振式振镜来进行快轴扫描，其价格高昂因此极大的增加了成像系统的制造成本。此外共振式振镜工作时的巨大噪音无论对病患还是操作仪器的医生都带来了非常不好的体验。采用线扫描的方式可以避免这一问题，但线扫描由于在一维上不满足共聚焦条件，因此成像质量相较于点扫有所下降。一般认为可以通过优化成像激光源来提升线扫的成像质量，而且目前所采用的放大自发辐射激光二级管(或被称为“超荧光二级管”)价格昂贵，对于检眼镜这样的大规模医学应用器械来说似乎不是最优选择。Redding等人2012年在NaturePhotonics期刊上发表论文(第六册，355-359页)证明了随机激光源可以获得比包括超荧光二级管在内的其它光源更好的成像效果。然而这一技术到目前为止并未被应用到生物医学成像特别是眼科成像当中。此外，共聚焦激光检眼镜是一种二维成像模式，因此难以获得眼底深度方向的信息。目前解决这个问题采用的是多光谱激光成像，通过不同波长激光的穿透深度不同以获得脉络膜的信息，然而在这个过程中上层结构的信息并不能完全消除，二者的交叠混合给分析应用带来了困难。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜及成像方法，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜，其特征在于包括随机激光源、整形光学单元、分光单元、一维扫描单元、成像光学单元、折射率匹配单元、光学延迟线单元、准直光学单元、色散光学单元、聚焦光学单元和二维光电探测单元；其中，所述随机激光源输出发散激光，所述发散激光包括两个正交的电磁波振荡方向的激光，所述两个正交的电磁波振荡方向的激光经过整形光学单元后，分别被转变为具有准直、汇聚传输特征的光；所述整形光学单元输出的一部分光以透射方式经过分光单元后到达一维扫描单元，其中具有准直传输特征的光在该方向上拓展，而具有汇聚传输特征的光在一维扫描单元上汇聚并反射后处于发散状态，一维扫描单元输出的光通过成像光学单元后汇聚并进入人眼，在眼底视网膜上形成一维聚焦、另一维发散的线激光形式；所述整形光学单元输出的另一部分光被分光单元反射，再依次经过折射率匹配单元和光学延迟线单元后折返并与回返的人眼探测光汇聚，并经过准直光学单元到达色散光学单元，之后通过聚焦光学单元到达二维光电探测单元。在一些较为具体的实施方案中，所述随机激光源包括随机激光器，所述随机激光器包括粉末材料随机激光器、光纤随机激光器中的任意一种，但不限于此。优选的，所述随机激光源提供的光束波长为400-1100nm。在一些较为具体的实施方案中，所述随机激光器包括两个以上半导体激光器，每一半导体激光器经一合束器与一光纤连接，至少一合束器的输入端还与至少一光纤环连接。优选的，所述光纤为单模双包层无源光纤。在一些较为具体的实施方案中，所述整形光学单元包括整形光学元件。在一些较为具体的实施方案中，所述分光单元包括分光元件。优选的，所述分光元件包括分光棱镜和分光平片中的任意一种，但不限于此。在一些较为具体的实施方案中，所述一维扫描单元包括一维扫描元件。优选的，所述一维扫描元件包括扫描振镜、微电机系统反射镜和数字微镜中的任意一种，但不限于此。优选的，所述一维扫描元件的扫描速度大于10Hz。在一些较为具体的实施方案中，所述成像光学单元包括成像光学元件，所述成像光学元件包括使一维扫描单元输出的光汇聚通过瞳孔、线型聚焦于视网膜位置、以及能够根据瞳孔屈光度调节焦距的透镜。在一些较为具体的实施方案中，所述折射率匹配单元包括折射率匹配元件。在一些较为具体的实施方案中，所述折射率匹配元件包括折射率大于1的透明光学元件。在一些较为具体的实施方案中，所述的光学延迟线单元包括反射式和透射式的光学延迟线中的任意一种，但不限于此。在一些较为具体的实施方案中，所述准直光学单元包括准直光学元件，所述准直光学元件包括准直透镜。在一些较为具体的实施方案中，所述色散光学单元包括色散光学元件。在一些较为具体的实施方案中，所述色散光学元件包括透射式色散光学元件和反射式色散光学元件中的任意一种，但不限于此。在一些较为具体的实施方案中，所述色散光学元件包括棱镜和光栅中的任一种，但不限于此。在一些较为具体的实施方案中，所述聚焦光学单元包括聚焦光学元件，所述聚焦光学元件包括聚焦透镜。在一些较为具体的实施方案中，所述二维光电探测单元包括二维光电探测元件，所述二维光电探测元件包括CCD传感器、CMOS传感器和光电传感器二维阵列中的任意一种，但不限于此。在一些较为具体的实施方案中，光线由分光单元到达眼底视网膜并返回的距离与光线被分光单元反射到达光学延迟线单元并返回的距离相等。本专利技术实施例提供了一种基于随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜的成像方法，其包括：以随机激光源输出发散激光，所述发散激光包括两个正交的电磁波振荡方向的激光；以整形光学单元将所述两个正交的电磁波振荡方向的激光被转变为具有准直、汇聚传输特征的光；使所述整形光学单元输出的一部分光以透射方式经过分光单元后到达一维扫描单元，其中具有准直传输特征的光在该方向(即光的传播方向)上拓展，而具有汇聚传输特征的光在一维扫描单元上汇聚并反射后处于发散状态，一维扫描单元输出的光通过成像光学单元后汇聚并进入人眼，在眼底视网膜上形成一维聚焦、另一维发散的线激光形式，从而实现面扫描；使所述整形光学单元输出的另一部分光被分光单元反射，再依次经过折射率匹配单元和光学延迟线单元后折返并与回返的人眼探测光汇聚，并经过准直光学单元到达色散光学单元，之后通过聚焦光学单元到达二维光电探测单元，进而获得三维检眼结果。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1)本专利技术实施例提供的基于随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜采用随机激光器作为光源，有效减少成像的散斑，使图像更加清晰；2)本专利技术实施例提供的基于随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜采用了线扫描的方式，相较于传统的点扫共聚焦激光检眼镜速度更快，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜，其特征在于包括随机激光源、整形光学单元、分光单元、一维扫描单元、成像光学单元、折射率匹配单元、光学延迟线单元、准直光学单元、色散光学单元、聚焦光学单元和二维光电探测单元；/n其中，所述随机激光源输出发散激光，所述发散激光包括两个正交的电磁波振荡方向的激光，所述两个正交的电磁波振荡方向的激光经过整形光学单元后，分别被转变为具有准直、汇聚传输特征的光；/n所述整形光学单元输出的一部分光以透射方式经过分光单元后到达一维扫描单元，其中具有准直传输特征的光在该方向上拓展，而具有汇聚传输特征的光在一维扫描单元上汇聚并反射后处于发散状态，一维扫描单元输出的光通过成像光学单元后汇聚并进入人眼，在眼底视网膜上形成一维聚焦、另一维发散的线激光形式；/n所述整形光学单元输出的另一部分光被分光单元反射，再依次经过折射率匹配单元和光学延迟线单元后折返并与回返的人眼探测光汇聚，并经过准直光学单元到达色散光学单元，之后通过聚焦光学单元到达二维光电探测单元。/n

【技术特征摘要】
20181229 CN 20181165268291.一种随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜，其特征在于包括随机激光源、整形光学单元、分光单元、一维扫描单元、成像光学单元、折射率匹配单元、光学延迟线单元、准直光学单元、色散光学单元、聚焦光学单元和二维光电探测单元；
其中，所述随机激光源输出发散激光，所述发散激光包括两个正交的电磁波振荡方向的激光，所述两个正交的电磁波振荡方向的激光经过整形光学单元后，分别被转变为具有准直、汇聚传输特征的光；
所述整形光学单元输出的一部分光以透射方式经过分光单元后到达一维扫描单元，其中具有准直传输特征的光在该方向上拓展，而具有汇聚传输特征的光在一维扫描单元上汇聚并反射后处于发散状态，一维扫描单元输出的光通过成像光学单元后汇聚并进入人眼，在眼底视网膜上形成一维聚焦、另一维发散的线激光形式；
所述整形光学单元输出的另一部分光被分光单元反射，再依次经过折射率匹配单元和光学延迟线单元后折返并与回返的人眼探测光汇聚，并经过准直光学单元到达色散光学单元，之后通过聚焦光学单元到达二维光电探测单元。


2.根据权利要求1所述的随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜，其特征在于：所述随机激光源包括随机激光器，所述随机激光器包括粉末材料随机激光器、光纤随机激光器中的任意一种；优选的，所述随机激光源提供的光束波长为400-1100nm。


3.根据权利要求2所述的随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜，其特征在于：所述随机激光器包括两个以上半导体激光器，每一半导体激光器经一合束器与一光纤连接，至少一合束器的输入端还与至少一光纤环连接；优选的，所述光纤为单模双包层无源光纤。


4.根据权利要求1所述的随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜，其特征在于：所述整形光学单元包括整形光学元件；和/或，所述分光单元包括分光元件；优选的，所述分光元件包括分光棱镜和分光平片中的任意一种。


5.根据权利要求1所述的随机激光共聚焦线扫描三维检眼镜，其特征在于：所述一维扫描单元包括一维扫描元件；优选的，所述一维扫描元件包括扫描振镜、微电机系统反射镜和数字微镜中的任意一种；优选的，所述一维扫描元件的扫描速度大于10Hz。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：方黎洋，杨建龙，穆晓曦，谢建洋，杨燕鹤，岳星宇，王浩，胡衍，刘江，
申请(专利权)人：中国科学院宁波工业技术研究院慈溪生物医学工程研究所，中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33