CN100396228C - 线性阵列眼睛跟踪器 - Google Patents

Abstract

对眼睛的位置进行检测与跟踪的经过改进的设备、系统与方法。利用巩膜与虹膜间的反差来获得眼睛的位置。在许多实施例中，线性光测器可延伸越过瞳孔，也可选择越过虹膜而延伸至巩膜。一对这样的线性光测器(42a与42b)能够准确地检测与测量一维的定位误差并向一维的定位设备提供反馈，从而形成能够进行准确的位置跟踪的一个单一的、高度线性的系统。

Description

线性阵列眼睛跟踪器

相关申请的交叉参考

本申请是1999年2月12日提出的No.091249,912号美国专利申请的部分继续并要求该专利的权利；而No.091249,912号专利申请是1998年4月21日提交的美国No.091063,879号专利申请的后续申请，现已被授权，其公开的全部内容以参考的方式包含本申请中。

发明背景

1、发明领域

本发明一般涉及眼科仪器及眼外手术，具体地讲，涉及测定和/或跟踪人眼位置的系统、方法与设备。在激光眼科手术，如光反射角膜切除术(PPK)，光疗法角膜切除术(PTK)、激光临床屈光性角膜成形术(LASIK)等项手术时，本发明可特别用于对眼睛的位置进行跟踪。在列举的一个实施例中，激光切除(ablation)系统采用了本发明，用于在激光切除过程中，根据所测眼睛的位置，对射向角膜的激光能量的分布进行调整。

对患者的组织的活动进行跟踪或追随的能力被认为是一种极需要的特点，尤其是对于在为完成精密的眼组织的精细手术而设计的激光发出系统中的应用而言。被跟踪的眼睛的活动不仅包括自主性的活动(可以通过特殊处理来抑制)，而且还包括非自主性的活动，这对于清醒的患者而言更难以控制。换言之，即使患者在努力保持“稳定”地凝视一个可视的目标，仍会出现眼动(eye movement)。这种非自主性的运动会降低通常要求精确度的一些眼外科手术的功效。事实上，尽管眼睛“完全不动”，这种非自主性的动作也会出现，因为在抑制非自主性眼动方面技术上是不完全有效的，而且对病人而言也是相当不舒服的。眼睛的自动跟踪可以减轻对这种不舒适的不动的需要，并可提供更有效地适应不同类型眼动的方法。换言之，通过对眼睛进行实时跟踪来增强手术功能可提高精度与速度，借此，可以实施已知的激光眼科手术，也可以使新的手术得以首次实施。

各种眼动跟踪技术已予描述。一类通常的眼跟踪技术称为“光点跟踪”。光点跟踪器利用眼睛的与镜头相似的各种性能以光学的方法来定位可辩别的位置(例如，第一、第二、第三和第四普尔钦点)。可惜，该光点跟踪不明确地假定眼睛是作为刚体而运动的。由于在运动中眼睛会产生形变，晶状体结构的瞬间相对运动会导致不真实的光点位置信息。而且，光点跟踪系统相当复杂，并且可能在不同个体之间出现大的差异。

另一类眼跟踪技术通常涉及数字模式检测。这些数字技术通常都要求很高的帧频CCD摄像机和复杂的处理算法。由于跟踪频率响应远低于更新频率，这些技术相对较慢。因此，这些已知的数字方法通常都要求极快的响应机制，以便在容许的总的响应时间内为复杂的电子处理留出时间。

一项最近的很有发展前景的眼动跟踪技术利用了虹膜和巩膜在光散射性上的差别。在该项技术中，光线被投射到虹膜/巩膜的界面或眼缘(limbus)上，并且通过光测器来检测散射光，以确定边界的位置。于是就能对该边界的相对位置进行监视以跟踪眼睛的位置。

可惜，与其说该眼缘是一个明显的边界，倒不如说更是角膜与巩膜之间的一个过渡区。因此，边缘检测技术达不到所要求的精度，并且也不能跟踪眼睛的大幅度运动。已知的眼缘跟踪技术的另一个缺陷是实现跟踪所要求的信号处理相当复杂。换言之，当眼睛运动致使该眼缘不再位于标定位置时，利用已知的跟踪系统进行有效调整要求对光测器信号进行相当复杂的变换以适当地控制调位系统。这些复杂的信号变换增大了整个系统的复杂性，并且也使系统变慢。与本发明有关的研究表明，跟踪系统响应慢以及低于要求的精度在一定程度上是跟踪系统非线性的结果。然而，利用具有沿虹膜/巩膜界面的边缘精确放置的经准确对准的光测器的已知的“精确定点的”眼缘跟踪器，尤其是鉴于在不同的患者之间眼睛在几何学上的差异，提供与保持这种校正再加上附加的系统部件与组合，就可能获得足够的跟踪响应。

鉴于以上所述，希望能够提供经过改进的对眼睛进行检测与跟踪的设备、系统与方法。特别希望这些改进的技术改善跟踪响应时间与灵敏度，又不明显地增加跟踪设备的成本与复杂性。特别希望为适用于激光眼科手术的系统提供这些改进的性能以准确地检测到并跟踪患者眼睛的各种运动。

发明概述

本发明提供用于对眼睛的位置进行跟踪的经过改进的设备、系统与方法。本发明的技术总的来说利用眼睛的特征部件之间(例如眼白或巩膜与有色虹膜间，或者是虹膜与瞳孔间)的反差来获知眼睛的位置。在诸多实施例中，具有一个延长检测区(elongate sensing area)的线性光测器跨越反差边界从一个特征部件延伸向另一个特征部件。这里，眼睛位于一对这样的线性光测器之间，眼睛从一个线性光测器向另一个线性光测器的运动将改变投射到每个线性沿光器上的相对的光量。线性沿光器与眼睛之间的角偏差的量值将与沿光器输出的信号的差成比例。因此，一对对置的线性沿光器间的这一信号差提供一个极好的反馈信号，只要求很简单的放大就可以作为调位装置的位置的输入信号来使用。这种简单的信号处理不仅降低了线路的复杂性与成本，而且显著提高了跟踪的速度与精度。

很简便，线性光沿器能够准确地检测与测量出一个大致上为圆形的特征部分如虹膜或瞳孔的一维定位误差。本发明的跟踪系统常常通过对沿着与反差边界交叉且相互交叉的两个轴向部分(axial segment)的光线进行测量的方式来利用该一维的误差测量。这种配置能够提供准确的相对位置的信息，尽管缺乏明显的反差边界，比如说当利用经常在眼缘发现的渐变的反差边界时的情形。

第一方面，本发明提供了一种激光眼科手术系统，用于眼睛在X与Y方向上侧向运动的过程中实现眼睛在光学性能上所要的变化。眼睛有一个第一特征部分和一个第二特征部分，其间具有一个反差边界。该系统包括具有一个延伸的光测器区域的第一线性光测器。第一线性光测器的光测器区域用于沿着越过反差边界的第一轴线从眼睛的第一和第二特征部分接收光线。第二线性光测器有一个延伸的光测器区域，用于沿着越过反差边界的第二轴线从眼睛的第一和第二特征部分接收光线。第二轴线与第一轴线成一个角度。一个处理器与第一和第二线性光测器连接。该处理器响应沿第一与第二轴线接收的光线，对眼睛在X与Y方向上的侧向运动进行计算。激光器把一个激光光束射向眼睛以实现所要的眼睛在光学特性上的变化。响应计算出的眼睛的侧向运动，该光束在侧向上移动。

第一与第二线性光测器将经常检测来自眼睛的延伸区域的光线，这两个区域实际上处于相互垂直的方向，虽然成斜角的对准也可以使用。可选择地，每个线性光测器都可以生成一个信号，用以表示在延伸的光测器区域内接收的全部光线。另一方面，每个线性光测器均可包括由光敏传感器组成的线性阵列，以便每个线性光测器生成一个信号，用以表示沿着光敏传感器的反差边界的对准。例如，在对圆形特征部分如虹膜或瞳孔的位置进行测量时，这些传感器可以通过确定沿着该阵列的低光测量区的轴向位置来指明该圆形特征部分的轴向位置。另一方面，该阵列可以作为两个独立的传感器组，通过把从该阵列的一侧的传感器接收的全部光线与从该阵列的另一侧的传感器接收的全部光线进行比较的方式，来对该阵列进行分析。

该系统常会包括与第一和第二线性光测器相关联的成像镜片。这些成像镜片能够独立地把来自眼睛的光成像在第一和第二线性光测器上。例如，这就允许交叉的轴向部分在两个光测器上成像，而这两个轴向部分最好在眼睛的瞳孔内交叉。这些镜片偏离眼睛的光轴，最好偏开光轴90°以便隔离眼睛在X和Y方向上的侧向运动。通常，跟踪系统的组成与响应时间可以通过把第一与第二线性光测器独立地和第一与第二光束扫描驱动系统连接起来，用每个驱动系统保持线性探器与眼睛之间沿着相关线性光测器的检测轴线的对准的方式来加以改进。

另一方面，本发明提供了一种激光眼科手术方法，其中包括对眼睛的第一与第二特征部分进行照射。用多个线性光测器对被照亮的眼睛进行测光，而每个线性光测器被对准以便从相邻的第一特征部分、第二特征部分以及从它们之间的反差边界接收光线。根据所测量的光线来确定眼睛的侧向运动。一束激光被射向眼睛的角膜组织以实现所要的眼睛的在光学性能上的变化。响应所确定的眼睛在侧向上的运动光束作侧向移动。

在例举的实施例中，来自被照射的眼睛的光线由成像镜片独立成像，以便眼睛的第一与第二轴向部分分别在第一与第二线性光测器上成像。理论上，第一与第二轴向部分在眼睛的瞳孔内交叉，反差边界包括瞳孔/虹膜边界和/或眼缘。

附图简述

图1示意性地给出了本发明的跟踪系统，其中眼睛的侧向运动是依据沿着两个独立的测量/定位轴由两对块状线性光测器测量到的光强间的差进行检测的。

图1A示意性的给出了在图1的系统中使用的光测器的结构。

图2是一个激光手术系统的侧视图，包括图1中两个独立的轴中的一个的跟踪系统。

图3A和3B示出了利用一对同轴的线性块状光测器来检测一维的侧向眼动的方法。

图4示意性给出了另一个眼动检测系统，包括两个线性光测器阵列，由此提供绝对的眼缘位置检测，以及线性阵列输出的和的相对变换。

图5示意性的给出了用线性光测器测量速度的方法。

图6和7示意性地给出了另一个线性光测器配置，其中成像镜片独立地把眼睛成像于数字线性光测器上，以便检测来自在眼睛的瞳孔内交叉的正交轴向部分的光线。

具体实施例的描述

本发明是针对人体的眼睛的位置进行检测和或跟踪的设备、方法与系统。本发明的技术总的来讲利用的是眼睛的可检测的大片边界，如角膜/巩膜界面眼缘(limbus)上的反差(contrast)检测或跟踪系统可以有选择地确定这些边界的位置与速度，而不必借助于数字采样技术。在一个优选的方面中以一个具体的轴线为基准，利用一对延伸的光测器对角膜/巩膜的界面位置进行跟踪。通过配置这些延伸的光测器，致使每个光测器经过相对暗的虹膜和眼缘而至白色的巩膜，就能够判断出眼缘(和瞳孔)的相对位置。

本发明能够有选择地使用线性块状光测器(bulk photodetector)。这些光测器能够提供信号，指明沿着延伸的光线检测区域的总的照度(illumination)。为利用巩膜与虹膜间的明显反差，不必精确地测定与跟踪这些大、高反差的组织间的边界的位置，光线检测区域会延伸经过(和越过)眼缘。

本发明的设备、系统与方法可在各种不同的场合得到应用。例如，本发明的眼睛位置检测技术可用于临床或者飞快扫视与自主性眼动的学术研究。这些技术与设备将在推广激光眼科手术中得到其最直接的应用。更具体地讲，本发明的跟踪系统可用于保持用于治疗的激光光束与眼睛之间的对准(alignment)以提高角膜速形激光眼科手术的精确性。另外，成对的线性光测器可在无跟踪的情况下使用，只要眼睛的转动超过容许的对范围就中断这种激光切除手术过程。无论如何，本发明的检测/跟踪系统的成对的线性块状光测器可在相当大的眼动幅度范围内提供提高的系统响应时间。

现在参见图1，跟踪系统10通过一组线性块状光测器12对眼睛E的侧向运动进行跟踪。光测器12是同轴成对配置的，光测器的信号由处理器14进行比较，该处理器利用光测器信号对调位装置16进行控制。然后，调位系统16根据来自处理器的信号对眼睛E与光测器12之间的对准进行修正。

光测器12中的每一个光测器均有一个延伸的测光区，光测器通常沿径向的方向。在附图1的简图中，当光测器12与眼睛E重叠时，应当理解，光测器将根据眼睛的图像经常对眼睛E的位置进行检测。因此，在实际上常利用眼睛的图像对光测器12的相对于眼睛E的结构与特征部分的相对位置进行描述。例如，眼睛E包括巩膜S和虹膜I，眼缘L定义两者之间的分界。光测器12被设置为“穿越”眼缘L从虹膜I延伸至巩膜S，以便每个块状光测器对来自大体上为白色，比较明亮的巩膜的光线，和来自很暗的虹膜的光线进行测量。但是，应当理解，光测器装置与眼睛可能有一段距离，这样，光测器实际上延伸穿越的是眼睛的一个映像。眼睛的映像将经常通过眼睛与光测器之间的光路(optical train)生成。另一方面，光测器可以安装在靠近眼睛的镜架上并且其方向为直接穿越巩膜/虹膜的界面。

线性光测器12一般包括延长的硅光测器。硅光测器的时间常数一般为几十微微秒。因此，采样速率将会常常受到暴光时间的限制。更具体地讲，采样速率与暴光时间成反比，因此，暴光时间越短，采样速率越高。

对硅光测器的光谱响应以近红外线为中心(一般为靠近750μm左右)。这些光测器一般对一个相当宽的光谱内的光均是敏感的，在450μm至950μm范围内至少具有约百分之五十的敏感度。使用硅光测器光测器时，优选的照射源在该范围内在理想状态下将包括明显的输出。另一方面，光测器12在350至1100μm的整个范围内均可对准进行检测，或者是利用低敏感度的使用其他二极管结构的光测器，或者是利用类似结构的光测器。

图1A给出了一个硅光测器示例性结构。线性光测器12包括排光测器元件13。光测器元件13的侧向宽度大于其轴向长度(相对于光测器的轴而言)。这就在保持轴向分辩率的同时在总体上扩大了检测区域。因此，该结构以沿未使用的横向检测方向上的分辩率为代价，提供了改善的轴向信号噪声性能。

处理器14在通常情况下将把由一对置的光测器12生成的信号进行比较。这些光测器足够长，使得能测量眼睛E的一维侧向运动，而且比其宽度长得多。处理器14a通过将由第一光测器12a生成的信号与由第二光测器12b生成的信号进行比较的方式对眼睛E的虹膜I的沿Y轴的位置进行测量。眼睛E向上运动时，邻近第一光测器12a的巩膜S的量将会减少，而邻近第二光测器12b的巩膜的量将会增大。反之，较暗的虹膜将越来越多地暴露给第一光测器12a，并且暴露给第二光测器12b的部分会越来越小。结果，由第一光测器12a生成的总的亮度信号将减小，而由第二光测器12b生成的信号会增大。通过比较这些信号，处理器14a能够检测出眼睛E已经在Y正向运动，并且还能够根据信号的量差以及该差的变化率分别测量出这一运动的总量及速度。

处理器14可以有选择地包括相对简单的模拟电路，或者是，也可以包括与一个数字处理器连接的一个或多个模一数转换器。优选是使用模拟电路以提高系统的响应，尤其是为了与模拟输入信号一起使用而对调位装置16进行修改的时候。

调位装置16一般将会根据来自处理器14的定位信号来实现光测器12与眼睛E之间的对准。如图1所示，为隔离沿着X与Y轴方向的一维反馈回路，与处理器14a连接的调位装置16a最好只实现沿着Y轴的对准。可以使用各种不同的装置来提供这种一维的位置调整。例如，调位装置16a可以沿着轴线移动支撑光测器12的镜架。此外，调位装置16可以旋转一面镜子以实现眼睛E的映像和光测器12间的对准。这里，处理器14向调位装置16提供一个模拟信号，该调位装置常会包括一个电机致动装置如音圈马达(cec)或诸如此类的装置。当处理器14向调位装置提供数字信号时，数字电机致动装置，如步进机电，则可以替代使用。

图2示出了用于局部光切除角膜组织以实现角膜整形的系统20。激光切除系统20包含图1的跟踪系统10的部件。激光切除系统20不定期包括生成激光光束24的激光器。通过调位装置16，以眼睛E为基准，激光光束24和光测器12对准。在该实施例中，调位装置16利用旋转镜面26来改变眼睛E的映像在线性光测器12上的位置。换言之，通过如图所示的旋转镜面26，叠加在光测器12上的眼缘映像L以该光测器为基准被对准。调位系统16可包含一条光路(未示出)以使眼睛成像，并引导激光光束24。

如上所述，通过用光测器12进行测量使用的适当的光能照射眼睛E可以提高成像与检测。这种照射可由斜向照明器(oblique illuminator)28提供。图2中所示的跟踪系统的部分装置通常保持激光光束24与眼睛E之间沿X轴对准。与独立的处理器14和大体上独立的调位装置16连接的第二对光测器12可用于当移进和移出附图的平面对眼睛进行跟踪。根据本发明的经过改进的使用调位镜的跟踪系统可以包含在激光眼科手术系统中，它在加利福尼亚州的Santa Clara的股份有限公司VISX有售，其商标为STAR^TM或STARS2^TM。

参照附图3A与3B，就能够理解线性光测器12的相对信号的变化。每个光测器12定义一个延长的光线检测区域30，其内部端点为32而外部端点为34。内部端点32一般是与虹膜I对准，而外部端点34延伸穿过四周环绕的巩膜。结果，光测器12延伸穿过眼缘L并检测到部分来自相对较暗的虹膜I的光线，和部分来自亮得多的巩膜的光线。

光测器12检测虹膜I的相对位置通常是成对运行的。第一光测器12a与第二光测器12b沿X轴同轴对齐。定性地分析，当虹膜I相对于光测器12向右运动时(如图3A中所示，或如图3B中从B点向C点运动时)，较亮的巩膜暴露于第一光测器12a的部分变大，因而增大了其输出信号。相反，第二光测器12b的被较暗的虹膜遮蔽的部分变大，因而使其信号减小。然而，在虹膜I相对于X轴作垂直方向的运动时(比如说，如图3B中所示，从A点向B点运动)，第一光测器12a和第二光测器12b的信号强度将减小差不多相同的量值。因此，通过比较来自第一光测器12a与来自第二光测器12b的信号的方式，可以使用一对光测器来表明虹膜I沿X轴的运动，而与沿Y轴的任何运动无关。

定量地分析，来自第二光测器12b(以及对于每一个光测器而言)的信号为：

$S=\underset{0}{\overset{1}{\∫}}I\left(x\right)\mathrm{dx}$

其中l是第二光测器12b的长度，而I(x)是沿着长度l的位置x处的光强。作为例子，图3C示出了一光强分布曲线，包括一个阶梯函数，该函数具有两个不同的常数值：一个是虹膜I中的任意的低光强如I＝100，一个是沿着巩膜的任意的高光强如I＝200。如果假定在一开始第二光测器12b的半个长度与虹膜对准而半个长度与巩膜对准(l_o＝l/2)，则信号S由下式给出：

$S=\underset{0}{\overset{V2}{\∫}}I,\mathrm{dx}+\underset{v}{\overset{1}{\∫}}2I_2\mathrm{dx}=\frac{1}{2}(I_1+I_2)$

如上所述，当虹膜I向第二光测器12b运动时，信号S将减小。更具体地讲，当虹膜I向右运动Δl的距离使得眼缘l/2运动到l′时，第二光测器12b的信号将减小，其减量为：

$\mathrm{\ΔS}=S-\underset{0}{\overset{r}{\∫}}{I}_1\mathrm{dx}+\underset{r}{\overset{1}{\∫}}{I}_2\mathrm{dx}=\underset{I_0}{\overset{r}{\∫}}{I}_1\mathrm{dx}-\underset{I_0}{\overset{r}{\∫}}{I}_2\mathrm{dx}$

其中l′是理论上的眼缘沿着第二光测器12b的新位置(l′＝lo+Δl)，而I₁和I₂分别是沿着虹膜和巩膜的光强。利用本阶梯函数例子的常数I₁和I₂，如图3D所示，得到一个光强分布函数I(x)，信号ΔS的一个总的变化量如下：

ΔS＝(I₁-I₂)Δl

其中(I₁-I₂)为虹膜与巩膜间的反差(在本例中为200-100＝100)。

考虑块状光测器给出信号S的积分的另一个方法是将其看作是沿着一条狭缝(slit)的一个动态平均值。其有利之处在于，跟踪系统对越过渐变的反差过渡区的狭缝的平均光量进行比较，如图3C与3D中的虚线所示，该过渡区实际上出现在眼缘L上。与沿着这一过渡区的不规则的变化相比，当虹膜I相对于光测器运动时，通过对置的狭缝的平均照度将平缓地变化。当在对准上的变化较小以及反差变化较小时，位移与信号的变化成正比。

通过对沿X轴的位置的变化率的监控可以对速度进行相当准确的测量。该速度测量的精度是反差与来自光测器12的噪声的比的函数。更具体地讲，速度可以作为边沿信号35的变化率来计算，虽然该边沿不必很明显。一个瞬间积分可从在一个时间间隔之前以及该时间间隔之后进行的信号采样获得。信号的差除以时间间隔将表明速度。

良好的信号/噪声(S/N)性能可提供一个更准确的时刻，进而给出更好的速度测量。S/N性能越好，噪声脉冲被误认为是眼睛运动的可能性就越小。换言之，如果噪声太多速度测量就会很难，因为边沿的位置变得难以确定，而且该时刻会有较大的标准误差。数据的平均值有助于改进S/N性能以更准确地计算出一个固定的或缓慢移动的边沿，但是连续信号的平均值会降低最大可测量的速度。

现在参见图4，另一个检测系统30使用的是一对线性阵列光测器32a、32b。这样的线性阵列可给出额外的空间信息。具体地说，线性阵列的数字特性会提供绝对的边沿位置，而不仅仅是虹膜位置的相对测量。这一绝对位置检测系统的精度取决于该线性阵列的像素的大小，也取决于典型的光学限制，如视野，放大倍数等。

线性阵列32提供的空间信息基本上与单视线相同。有利的是，单线像素阵列可避免标准视频输入的限制，包括低CCD刷新率等。这可以提供明显高于典型的30或60Hz的视频刷新率，这采样速率而且最好的可等于或高于约120Hz的视频刷新率。

目前可购买到的线性阵列光测器常包括256、512或者1024像素的阵列。对于25mm的视野而言，分辩率为1024的线性阵列的光测器为24μm。每个阵列元件的尺寸沿着阵列的轴向约为2.5μm宽、25μm长，这样就可提供相当好的轴像分辩率。较宽的尺寸通常有助于提高阵列的灵敏度。

有利的是，如上所述可对线性阵列32的每个元件的输出求和以便提供与从块状光测器得到的相同的信息。因此，只要第一阵列32a和第二阵列32b在径向上分开的位置与眼缘L交叉，就能对来自这两个线性阵列的信号的和进行比较，以便确定虹膜I的沿着阵列间的X轴相对的位置。换言之，除了由该阵列提供的准确的边沿位置信息之外，可把性线光敏二级管阵列对用作块状光测器，来测量虹膜I对于把阵列分开的中线M的相对运动。因此，在某些应用中可以使用多对阵列。

已参照沿着光测器对之间的一个单轴的运动对本发明的检测与跟踪系统进行了一般的描述。正如参照图1所述，这些系统将常常包括第二对光测器，用于检测和/或跟踪与第一对光测器的垂直的方向上的运动。通过保持这两个检测轴之间的正交关系可改进过种跟踪，同时，通过以形成一个斜角的方式来设备光测器对可避开眼睑或其他的障碍物。在图6和7中示意性地给出了另外一种眼动检测系统。在该实施例中，通过第一与第二成像镜片44a与44b，眼睛E被分别成像于第一与第二数字线性光测器阵列42a与42b上。这里作为单一的透镜示意性示出的成像镜片可以有选择地与眼睛的光轴偏置。成像镜片可以有选择地与眼睛的光轴偏置，成像镜片的光路最好相互偏置一角度46，相对于眼睛的光轴而言约为90°。如上所述，这就允许每个线性光测器独立地检测X或Y方向上的运动。

如图7所示，线性光测器42a、42b的光测器区从眼睛E的较暗瞳孔、从有色虹膜以及从较亮的巩膜接收光线。通常，光测器从眼睛的定义一个反差边界的两个特征部分接收光线，线性光测器最好沿着穿过第一特征部分而延伸至环绕的第二特征部分的一个轴向部分，在该轴向部分的两端测量光线。这里第一特征部分包括眼睛的一个大体上为圆形的结构，如瞳孔和/或虹膜，可以通过把来自光测器阵列的各个的传感器的信号分离，例如分成两组的方式，对眼睛沿着轴向部分的轴线的运动进行分析，如上所述对来自阵列一侧的信号与来自阵列另一侧的信号进行比较，以确定眼睛的运动。此外，可对来自沿着阵列的传感器的信号进行分析，以确定沿着轴向部分的较暗的瞳孔和/或虹膜的中心。

虽然为了便于清晰理解，借助于图示对本发明进行了详细描述，但是，对于本领域的技术人员而言，各种变化、修改，以及适应性改动将是显而易见的事性。例如，可以通过有选择地比较来自三个线性光测器的信号来跟踪眼睛在水平方向上与垂直方向上的运动，其中，一个处理器把每个光测器作为两对成对部件的一个元件来处理。因此，本发明的范围仅由后附的权利要求限定。

Claims (8)

1.一种线性阵列眼睛跟踪器，用于当眼睛处于沿X和Y方向上的侧向运动期间实现所要的眼睛在光学特性上的变化，眼睛具有第一特征部分与第二特征部分，它们之间具有一个反差边界，该系统包括：

第一线性光测器，具有一个延长的光测器区域，第一线性光测器的该光测器区域沿着延伸穿越反差边界的第一轴，接收来自眼睛的第一与第二特征部分的光线；

第二线性光测器，具有一个延长的光测器区域，第二线性光测器的该光测器区域沿着延伸穿越反差边界的第二轴，接收来自眼睛的第一与第二特征部分的光线，第二轴相对于第一轴形成一个角度；

一个处理器，与第一和第二线性光测器连接，响应沿着第一与第二轴接收到的光线，该处理器对眼睛在X与Y方向上的侧向运动进行计算；

与该处理连接的激光器，该激光器向眼睛投射激光光束以实现所要的眼睛在光学特性上的变化，该光束响应计算出的眼睛的侧向运动而向侧向移动。

2.如权利要求1的系统，其中第一与第二线性光测器的延长的光测器区域大体上是垂直的。

3.如权利要求1的系统，其中每个线性光测器生成一个信号，表示延长的光测器区域内的总光量。

4.如权利要求1的系统，其中每个线性光测器包括一个线性阵列，该阵列在延长的光测器区域内有多个光敏传感器，每个线性光测器生成一个信号，表示在沿着该线性阵列的光敏传感器的方向上反差边界的对准。

5.如权利要求1的系统，还包括第一成像镜片与第二成像镜征，这些成像镜片位于由眼睛发出的光线的光路中，第一成像镜片把沿着第一轴线而来的光线成像在第一线性光测器上，第二成像镜片把沿着第二轴线而来的光线成像在第二线性光测器上。

6.如权利要求5的系统，其中，镜片把眼睛的第一与第二轴向部分分别成像在第一与第二线性光测器上，而且其中的第一与第二轴向部分是交叉的。

7.如权利要求6的系统，其中的轴向部分在眼睛的瞳孔内交叉，反差边界包括由眼睛的眼缘和眼睛的虹膜与瞳孔间的边界组成的一个组中的至少一项。

8.如权利要求1的系统，还包括通过处理器分别与第一和第二线性光测器连接的第一和第二光束扫描驱动系统，每个驱动系统保持线性光测器与眼睛之间沿着一个相关联的线性光测器轴线的对准。

Images