一种基于SPAD传感器的光学系统的制作方法

一种基于spad传感器的光学系统
技术领域
1.本实用新型涉及光学系统相关技术领域，尤其是指一种基于spad传感器的光学系统。


背景技术：

2.人眼是人体最重要的器官之一，而在当代，随着科技的进步，数码产品特别是手机、电脑、平板电脑等越来越普及，人们使用这些数码产品的时间越来越长，人眼观看显示屏幕的时间也相应的越来越长，甚至出现过度的情况，而这些都增加了人眼病变的几率，因此诸如近视眼、青光眼等眼科疾病的患者越来越多。
3.近视眼、青光眼等眼科疾病都会反映在人眼眼球形状的变化上，通过对人眼眼球形状的检测可以直接或间接的获取人眼关键的医学数据，用以预防、诊断或治疗眼科疾病。目前医学系统，大多无法高精度检测人体眼球，获取人眼眼球三维立体形貌，预防、诊断或治疗眼科疾病。


技术实现要素：

4.本实用新型是为了克服现有技术中无法高精度检测人体眼球的不足，提供了一种可以高精度检测人体眼球的基于spad传感器的光学系统。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种基于spad传感器的光学系统，包括设置在人体眼球前侧的脉冲光源、左聚焦系统和和右聚焦系统，所述左聚焦系统和右聚焦系统关于脉冲光源轴对称设置，所述脉冲光源发射指定脉冲光波，所述脉冲光波进入人体眼球，经人体眼球反射分别聚焦至左聚焦系统和和右聚焦系统。
7.首先，脉冲光源工作，发射一定角度范围的脉冲光波到人眼球上，该范围覆盖整个眼球，即整个眼球都会接受到脉冲光波，当脉冲光波传播到人体眼球后，会被眼球所反射，被反射的光波分为左右两侧，左侧光波部分会进入左聚焦系统，右侧光波部分会进入右聚焦系统。左聚焦系统会将脉冲光波转换为携带眼球左半部三维立体形貌信息的数字信号，右聚焦系统会将脉冲光波转换为携带眼球右半部三维立体形貌信息的数字信号，将眼球的左半部三维立体形貌和右半部三维立体形貌进行拼接处理，就可获得眼球完整的三维立体形貌，达到高精度检测人体眼球，预防、诊断或治疗眼科疾病的目的。
8.作为优选，所述左聚焦系统包括左聚焦透镜组组和左spad传感器，所述左聚焦透镜组与左spad传感器连接，所述右聚焦系统包括右聚焦透镜组与右spad传感器，所述右聚焦透镜组与右spad传感器连接，所述左聚焦透镜组将人眼球向左反射的脉冲光波收集聚焦至左spad传感器，所述右聚焦透镜组将人眼球向右反射的脉冲光波收集聚焦至右spad传感器。当脉冲光波传播到人眼球后，会被眼球所反射，被反射的光波分为左右两侧，左侧光波部分会进入左聚焦透镜组后聚焦在左spad传感器上，右侧光波部分会进入右聚焦透镜组后聚焦在右spad传感器上，通过算法对不同光波处理，即可得到眼球的左半部三维立体形貌。
9.作为优选，所述左spad传感器将人眼球向左反射的脉冲光波转换为数字信号，所述右spad传感器将人眼球向右反射的脉冲光波转换为数字信号。
10.从脉冲光源到聚焦至spad传感器过程中的距离为光程，脉冲光源到聚焦至spad传感器过程产生时间差，通过spad传感器可以获取这个时间差，进而利用光速求得光程差，最终得到眼球的左半部三维立体形貌。同理，可得到眼球的右半部三维立体形貌，将眼球的左半部三维立体形貌和右半部三维立体形貌进行拼接处理，就可获得眼球完整的三维立体形貌。
11.作为优选，所述脉冲光源包括安装箱、安装在安装箱内的入射光源接收器、低频电光调试器、光放大器和高频脉冲发生器，所述入射光源接收器、低频电光调试器、光放大器和高频脉冲发生器依次连接，所述安装箱上套装有广角透镜组，所述广角透镜组置于高频脉冲发生器的一侧。将入射光源接收器、低频电光调试器、光放大器和高频脉冲发生器安装在安装箱内后，广角透镜组与安装箱靠近高频脉冲发生器一侧连接，光源通过入社光源接收器被收集后传输至低频电光调试器中，低频电光调试器对收集处理后的光源进行放大，随后通过高频信号发生器向外界传播，经过广角透镜组向眼球发射，广角透镜组可以充分将脉冲光波覆盖人的整个眼球。
12.作为优选，所述左spad传感器和右spad传感器上均安装有安装架，所述左聚焦透镜组和右聚焦透镜组均由若干透镜组成，所述透镜置于远离左spad传感器或右spad传感器的一端，所述透镜与安装架连接。将安装架安装在spad传感器上后，再将透镜与安装架进行安装，安装架用于连接spad传感器与聚焦透镜组，若干透镜的加成，增强聚焦，便于spad传感器更好的接收从透镜组聚焦的光波，结构简单，使用便捷。
13.作为优选，所述左spad传感器和右spad传感器上均安装有感应单元和两个热敏电阻，两个热敏电阻以感应单元为中心对称设置。spad传感器上安装的感应单元，用于快速感测通过聚焦透镜组后的光波，两侧的热敏电阻则用于提高感测精度，便于精准获取时间差，进而进一步精确光程差。
14.本实用新型的有益效果是：脉冲光源发射脉冲光波至人体眼球，聚焦透镜组将人体眼球反射后的光波聚焦在spad传感器上，spad传感器将光波转换为数字信号，通过算法进行数据处理，获取眼球立体形貌信息，用以预防、诊断或治疗眼科疾病，可以高精度检测人体眼球的目的。
附图说明
15.图1是本实用新型的工作原理图；
16.图2是a的放大图；
17.图3是脉冲光源的结构示意图；
18.图4是左聚焦系统的结构示意图。
19.图中：1.脉冲光源，11.安装箱，12.广角透镜，13.高频脉冲发生器，14.光放大器，15.低频电光调试器，16.入射光源接收器，2.右聚焦系统，21.右spad传感器，22.右聚焦透镜组，3.眼球，4.左聚焦系统，41.左spad传感器，42.左聚焦透镜组，43.透镜，44.安装架，45.热敏电阻，46.感应单元。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。
21.如图1所示，一种基于spad传感器的光学系统，包括设置在人体眼球3前侧的脉冲光源1、左聚焦系统4和右聚焦系统2，左聚焦系统4和右聚焦系统2关于脉冲光源1轴对称设置，脉冲光源1发射指定脉冲光波，脉冲光波进入人体眼球3，经人体眼球3反射分别聚焦至左聚焦系统4和和右聚焦系统2。
22.如图2所示，左聚焦系统4包括左聚焦透镜组42组和左spad传感器41，左聚焦透镜组42与左spad传感器41连接，右聚焦系统2包括右聚焦透镜组22与右spad传感器21，右聚焦透镜组22与右spad传感器21连接，左聚焦透镜组42将人眼球3向左反射的脉冲光波收集聚焦至左spad传感器41，右聚焦透镜组22将人眼球3向右反射的脉冲光波收集聚焦至右spad传感器21。左spad传感器41将人眼球3向左反射的脉冲光波转换为数字信号，右spad传感器21将人眼球3向右反射的脉冲光波转换为数字信号。
23.如图3所示，脉冲光源1包括安装箱11、安装在安装箱11内的入射光源接收器16、低频电光调试器15、光放大器14和高频脉冲发生器13，入射光源接收器16、低频电光调试器15、光放大器14和高频脉冲发生器13依次连接，安装箱11上套装有广角透镜12组，广角透镜12组置于高频脉冲发生器13的一侧。
24.如图4所示，左spad传感器41和右spad传感器21上均安装有安装架44，左聚焦透镜组42和右聚焦透镜组22均由若干透镜43组成，透镜43置于远离左spad传感器41或右spad传感器21的一端，透镜43与安装架44连接。左spad传感器41和右spad传感器21上均安装有感应单元46和两个热敏电阻45，两个热敏电阻45以感应单元46为中心对称设置。
25.工作原理，首先，脉冲光源1工作，发射一定角度范围的脉冲光波到人眼球3上，该范围覆盖整个眼球3，即整个眼球3都会接受到脉冲光波，当脉冲光波传播到人眼球3后，会被眼球3所反射，被反射的光波中，部分会进入聚焦透镜组后聚焦在spad传感器上。参与聚焦的所有光波中最边缘的光线为r10、r20、r30、r40，以眼球3中轴线为界，r10和r20位于同一侧，r30和r40位于另一侧。
26.r10和r20以及二者中间所有的光线入射通过左聚焦透镜组42变为光线r11和光线r21，然后聚焦在左spad传感器41上，左spad传感器41会将脉冲光波转换为携带眼球3左半部三维立体形貌信息的数字信号。
27.同样的，r30和r40以及二者中间所有的光线入射通过右聚焦透镜组22变为光线r31和光线r41，然后聚焦在右spad传感器21上，右spad传感器21会将脉冲光波转换为携带眼球3右半部三维立体形貌信息的数字信号。
28.该系统获取眼球3三维立体形貌信息的原理为：
29.如图2所示，以眼球3左半部三维立体形貌信息的获取为例，光线r10和r20入射到眼球3后会产生光程差，经眼球3反射后又会产生光程差，所以，光线r10和r20从脉冲光源1发出到聚焦至左spad传感器41的过程中，一共会产生的光程差为：
[0030][0031]
通过算法对不同采样光线间的光程差进行处理，即可得到眼球3的左半部三维立体形貌。
[0032]
设光速为，光线r10和r20从脉冲光源1到聚焦至左spad传感器41过程中的光程为
、，则光线r10和r20从脉冲光源1到聚焦至左spad传感器41过程中的时间差为：
[0033][0034]
因此，可得：
[0035][0036]
通过左spad传感器41可以获取，进而求得光程差，最终得到眼球3的左半部三维立体形貌。
[0037]
同理，可得到眼球3的右半部三维立体形貌。
[0038]
将眼球3的左半部三维立体形貌和右半部三维立体形貌进行拼接处理，就可获得眼球3完整的三维立体形貌。