双目瞳孔检测仪物方远心光学系统设计

摘要

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。