基于低相干光干涉的视轴参数测量系统研制

摘要

眼睛，是人体的重要视觉器官，通过它我们可以感知外界事物。和其他器官一样，眼睛也会出现一些异常，这些异常通常会或多或少地影响我们的生活质量。白内障，一种常见的致盲性眼科疾病之一;患者在患病初期，看东西会有些模糊，患病后期因晶状体的逐渐浑浊而更加模糊，直至失明。目前尚无彻底根治白内障的药物，唯一的有效方法是通过手术摘除混浊的晶状体并植入人工晶状体;这类手术要求术前对患者的视轴相关参数进行准确测量，患者才能在术后获得较为理想的屈光效果。不仅仅是白内障，视轴相关参数还与其他疾病的诊断和治疗有着密切关系。因此，视轴参数的准确有效的测量，无论对于相关疾病的诊断还是治疗，都有着极其重要的价值。 针对检测视轴参数的测量，我们系统采用的主要原理为频域低相干光干涉(LCI，low coherence interferometry)。LCI，一种精准的光电检测技术，具有非接触、高速、高灵敏度等诸多优点。时域LCI，是早期出现的低相干光干涉技术;和其他检测技术相比，时域LCI优势明显，但是和后期涌现的频域LCI技术相比，时域LCI亦有诸多不足。首先，时域LCI，由于自身独特的检测方法，导致其灵敏度不是很高，比如在弱光条件下，应用该方法甚至无法检出有效信号;其次，用时域低相干光技术进行检测时，需要参考臂的来回移动以检测样品中的不同深度处的干涉信号，以至于时域方法的检测速度不是很高，这一点很不适于人眼视轴参数的在体检测。频域LCI技术，无论从检测技术的优势还是从检测方法的便捷性上讲，都很适合于视轴参数的检测。 在实验室条件下，搭建了一套基于频域低相干光干涉的视轴参数测量系统，与现有方相比，该系统的主要创新点在于:(1)针对视轴检测装置检出率低的问题，系统采用探测光聚焦的方式检测眼内各位置，确保干涉信号的强度，进而保证系统检出率;(2)针对频域方法无法区分干涉信号的正负频域的问题，采用了“二次测量法”，确保了视轴参数检测结果的可靠性;(3)针对频域方法无法检测范围有限的这一问题，系统设置四个参考臂，分别对应不同眼内位置的探测臂，实现了从角膜到视网膜的人眼全范围检测。 结合已经搭建好的系统，进行了多次试验，包括对玻璃片样品厚度的测量，以及真实人眼相关视轴参数的检测。检测结果与各自真实值差别不大，验证了该视轴参数测量系统的良好性能，表征该系统在眼科实际应用中有着很好的开发潜力和应用前景。

目录

声明

摘要

1．1前言

1．2选题背景

1．2．1选题意义

1．2．2发展状况

1．3眼睛的结构

1．3．1眼睛的生理结构

1．3．2眼睛的光学结构

1．4本文的主要内容

2．1引言

2．2组织光学基础

2．2．1光在生物组织中的传播过程

2．2．2组织光学参数

2．3低相干光干涉

2．3．1时域低相干光干涉

2．3．2频域低相干光干涉

2．4二次测量法

2．5色散补偿

2．6 LCI系统参数

2．7本章小结

3．1引言

3．2系统总体设计

3．3光源的选择

3．4光谱仪的组建

3．5快速变焦单元

3．5．1眼睛前节变焦

3．5．2眼睛后节变焦

3．6多参考臂单元

3．7光电触发模块

3．8固视及定位单元

3．9本章小结

4．1引言

4．2系统概要

4．2．1系统原理

4．2．2视轴参数处理过程

4．2．3确定色散矫正系数

4．2．4标定相机像素

4．3实验及结果

4．3．1玻璃片厚度测量

4．3．2视轴测量实验

4．4本章小结

第5章总结与展望

5．1本文主要完成工作

5．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果