一种直接在视网膜上实现三维立体成像的装置，它采用相干光源１照射全相位空间光调制器２，全相位空间光调制器２的出射相干光经光学系统３传播，光学系统出射光瞳８位于角膜４前，相干光依次通过角膜４、虹膜５、水晶体６，最后到达视网膜７，在视网膜７前后多个成像平面上相干光场的振幅分布由全相位空间光调制器２调制。本实用新型专利技术将二维或三维图像直接成像在视网膜上，结构简单，可以应用于虚拟现实显示、增强现实显示和眼底医学诊断。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种成像装置，尤其是涉及一种利用相干光在视网膜上直接 成像的光学成像装置。
技术介绍
传统的成像装置采用二维屏幕显示静止或动态的图像(例如液晶显示器、等 离子体显示器、投影显示器等)，人眼视觉系统通过角膜和水晶体组成的透镜系 统，将二维屏幕上的图像再次成像在视网膜上，通过进一步将视网膜上的图像信 号传输到大脑，人眼视觉系统能够感知到显示的图像。将图像直接成像在视网膜上则可以省略二维屏幕，实现虚拟现实(virtual reality)显示、增强现实(augmented reality)显示和服底医学诊断(optical coherence tomography)。美国华盛顿大学的研究人员提出了一种视网膜图 像扫描装置(参考文献1: Brian T. Schowengerdt, Eric丄Seibel, 'Scanned voxel displays'. Information Display, Vol. 24, No. 7, 2008, pp26-36),该装 置通过微机械扫描方式将调制的光信号直接聚焦在人眼视网膜上。由于人眼的迟 滞特性，当行、列扫描速度足够高时，人眼视觉系统便感知一幅完整的画面。但 是该装置需要复杂和昂贵的微机械扫描装置和复杂光学系统，并且为实现三维图 像的扫描，需要更高速度的行、列扫描装置。 '
技术实现思路
技术问题本技术的目的是提供一种直接在视网膜上实现三维立体成 像的装置，利用相干光在视网膜成像的装置，该装置无需复杂和昂贵的微机械扫 描装置和复杂的光学系统，直接在视网膜上成像，并且可以方便实现三维立体成 像。技术方案为了避免复杂和昂贵的微机械扫描装置以及复杂的光学系统，本 技术提供-一种利用相T光直接在视网膜上实现三维立体成像的装置，该装置 能够将二维或三维图像直接成像在视网膜上。本专利技术解决其技术问题所采用的技 术方案是采用相干光源照射全相位空间光调制器，全相位空间光调制器的出射 相干光经光学系统传播，光学系统出射光瞳位于角膜前，相干光依次通过角膜、 虹膜、水晶体，最后到达视网膜，在视网膜前后多个成像平面上相干光场的振幅 分布由全相位空间光调制器调制。相干光源可以是平面光波、或球面光波。全相位空间光调制器可以产生虚拟透镜。光学系统是一个、或多个共轴透镜组成的系统，可以通过分光镜改变光路。眼球可以近似为一个、或两个共轴透镜组成的系统，水晶体可以近似为单透 镜、或多层折射率变化的透镜、或梯度折射率透镜。多个成像平面的光场振幅分布形成三维物体空间光场的分布，多个成像平面 的光场振幅分布可以拟合为视网膜曲面光场的分布，多个成像平面的光场振幅分 布由全相位空间光调制器调制，全相位空间光调制器的相位分布函数可以通过迭 代方法、或解析方法求解。 '多个波长的相干光采用分时复用的方式通过空间光调制器进行调制，或多个 波长的相干光通过分光镜实现共轴同时显示。分光镜可以是全反射式的、或半透半反型的，分光镜可以是平面的、或曲面 的，通过分光镜实现虚拟现实显示、或增强现实显示、或眼底医学诊断。有益效果本技术有益效果是，可以将二维或三维图像直接成像在视网 膜上，结构简单，可以实现虚拟现实显示、增强现实显示和眼底医学诊断。该装 置无需复杂和昂贵的微机械扫描装置和复杂的光学系统，直接在视网膜上成像， 并且可以方便实现三维立体成像。附图说明图1视网膜成像装置示意图。图2视网膜成像装置实现三维立体显示示意图。图3视网膜成像装置实现虚拟现实显示、增强现实显示和眼底医学诊断示意以上图中有相干光源l、全相位空间光调制器2、光学系统3、角膜4、虹 膜5、水晶体6、视网膜7、光学系统出射光瞳8、第一成像平面9、第二成像平 面IO、第三成像平面ll、凸透镜12、分光镜13、前室水状液M、后室玻璃体 15。具体实施方式图1中所示是视网膜成像装置示意图。该装置主要有相干光源1、全相位空 间光调制器2和光学系统3组成。为具体说明视网膜成像过程，图1中包括了 简单的眼球剖面图，其中有角膜4、虹膜5、水晶体6和视网膜7。关于光学系 统中人眼结构更详细的模型可以参考文献(参考文献1: Frank Trager, 'Handbook of lasers and optics', Springer, New York, 2007)。相关光源1 可以是气体、固体、或半导体激光器所产生的相干光，该相干光通过透镜可以产 生平面光波、或球面光波。相干光源1直接照射全相位空间光调制器2，全相位 空间光调制器2可以是透射式液晶显示器、反射式LCoS显示器等具有0 2兀 调制范围的纯相位调制器(phase only spatial light modulator),当采用反射 式空间光调制器时可以增加分光镜。当采用平面光波照射时，全相位空间光调制 器2出射平面的光场相位被调制为设定值，而振幅分布不变，当采用球面光波照 射时，等效于全相位空间光调制器2进行相位调制后再增加一个虚拟透镜(发散 球面光波为凹透镜，会聚球面光波为凸透镜)(参考文献2: Joseph W. Goodman, 'Introduction to Fourier Optics, Third Edition',电子工业出版 社，2006)，该虚拟透镜可以看成为光学系统3的一部分。相干光源i经全相位 空间光调制器2调制后进入光学系统3，光学成像系统3可以由一个或多个共轴 透镜组成，实现光学成像过程的縮放等功能，从而使光学系统3的出射光瞳大小 与人眼瞳孔大小相一致，避免人眼瞳孔对相干光场衍射的限制。相干光在光学系 统3中的传播符合标量衍射原理，传播函数可以在光线传播方向上依次采用算符 方法进行计算求得(参考文献2)，例如，光学系统3由一个共轴透镜组成，其 传播过程用算符方法表述为其中，t/。(;c,》，)为光学系统3输入平面的光场分布函数，^(^，77)为输出平面的光场分布函数，/为透镜的焦距，《、《为相干光在透镜前后的传播距离。本领域内研究人员可以根据需要推导出多个透镜系统的传播函数。光学系统出射光 瞳8位于眼球角膜4前，相干光依次通过角膜4、虹膜5、水晶体6，最后到达 视网膜7。相干光在眼球中的传播符合标量衍射原理，可以看作是两个共轴透镜 组成的光学系统(参考文献l)，其传播过程用算符方法表述为"2(w，v) = i e/2丰]e7{味")} (2)其中，f/,(《，77)为光学系统出射光瞳8的光场分布函数，a、 a分别为眼球前室 水状液14和眼球后室玻璃体15的折射率，./;、 /2分别为角膜4和水晶体6的 焦距，4为角膜4到水晶体6的距离，《为水晶体6到视网膜7的距离，C/2 (w，v) 为视网膜7所在位置平面上的光场分布函数。人眼视觉系统中角膜4的屈光度(diopter)是相对稳定的，正常人的屈光度为D = ，"43，而水晶体6的屈光度是可变的，年轻人屈光度的变化范围可以达到14，而老年人屈光度的变化范围为O(参考文献1 )。当水晶体6屈光度发生变化时，公式(2)中的相位项2 -，也将发生变化。通过算符方法分析可以得出，当水晶体6屈光度发生变化时，视 网膜7前的三维空间光场振幅分布相应的作了一次縮放。公式(1)和公式(2)给出了从相干光源1到本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种直接在视网膜上实现三维立体成像的装置，其特征是：该装置由相干光源（１）、全相位空间光调制器（２）、光学系统（３）和眼球所构成，相干光源（１）位于全相位空间光调制器（２）前，全相位空间光调制器（２）位于由一个或多个透镜组成的光学系统（３）前，光学系统出射光瞳（８）位于角膜（４）前，其出射相干光依次通过角膜（４）、虹膜（５）、水晶体（６），最后到达视网膜（７），并直接在视网膜上成像。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：雷威，夏军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]
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