CN101332077A - 眼科设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种眼科设备，该眼科设备能够不管眼睛的特性或该设备所置的环境而容易相对于被检者的眼睛对该设备执行校正，该眼科设备包括被布置用来对被检者的眼睛进行检查或测量的测量单元、用于将以预定形状的校正目标投射到眼睛的前眼部上的光学投射系统、用于通过二维图像拾取元件拾取具有所投射的校正目标的图像的前眼部图像的图像拾取光学系统、以及被布置用来基于来自图像拾取元件的输出信号检测该校正目标图像并基于检测的结果来检测测量单元相对于眼睛的校正状态的计算和控制单元，其中计算和控制单元基于来自图像拾取元件的输出信号检测获得的图像中的二维亮度分布，并基于该检测结果，改变校正目标的光的投射光强和/或图像拾取元件的增益从而使校正目标图像变得可检测。

Description

眼科设备
技术领域
本发明涉及对被检查的眼睛进行检查或测量的眼科设备。
背景技术
已知有用诸如折射仪、眼压计和眼底照相机之类的眼科设备对被检者的眼睛进行检查或测量，并且该眼科设备通过使用二维图像拾取单元拾取与前眼部的图像在一起的被投射在眼睛的前眼部(anterior segment)(角膜)上的斑点状、环状或其它形状的校正目标(alignment target)的图像来检测该设备相对于眼睛的校正状态(alignment condition)，并且基于检测的结果，相对于眼睛对该设备自动地执行校正。
在这样的设备中，校正目标的光经常兼作照亮前眼部的光。由于这种原因，校正目标的光的投射光强和/或拾取具有前眼部图像的校正目标图像的二维图像拾取元件的增益被设置得较高以便明亮地显示前眼部图像或清楚地拾取校正目标图像。然而，如果校正目标的光的投影光强和/或二维图像拾取元件的增益设置得较高，由于来自前眼部的散射光(噪声光)，根据眼睛的特性或该设备所置的环境，就有可能无法检测到校正目标图像。例如，如果眼睛具有小瞳孔，校正目标(特别地，校正目标为环状形状)的光被眼睛的虹膜反射和散射，并且散射的光进入该图像拾取元件，这可能对校正目标图像的检测有坏的影响。此外，如果诸如该设备所置的房间内的灯(照明)光的外部光的光强很高，外部光被前眼部反射和散射，并且散射的光进入该图像拾取元件，这可能对校正目标图像的检测有坏的影响。
发明内容
本发明的一个目的是克服上述问题并提供一种眼科设备，该眼科设备能够不管眼睛的特性或该设备所置的环境而容易相对于被检者的眼睛对该设备执行校正。
为了实现该目的并且根据本发明的目的，一种眼科设备包括被布置用来对被检者的眼睛进行检查或测量的测量单元、用于将以预定形状的校正目标投射到眼睛的前眼部上的光学投射系统、用于通过二维图像拾取元件拾取具有所投射的校正目标的图像的前眼部图像的图像拾取光学系统、以及被布置用来基于来自图像拾取元件的输出信号检测该校正目标图像并基于检测的结果来检测测量单元相对于眼睛的校正状态的计算和控制单元，其中计算和控制单元基于来自图像拾取元件的输出信号检测获得的图像中的二维亮度分布，并基于该检测结果，改变校正目标的光的投射光强和/或图像拾取元件的增益从而使校正目标图像变得可检测。
本发明另外的目的和优点在下面的描述中进行阐明，并且根据该描述，本发明另外的目的和优点是显而易见的，或可以通过实践本发明进行了解。可通过权利要求中的眼科设备来认识和实现本发明的目的和优点。
附图说明
被并入并构成本说明书一部分的附图图示了本发明的实施例，并且同该描述一起用来解释本发明的目的、优点和原理。在这些附图中，
图1是示出根据本发明优选实施例的眼科设备的示意性构造的视图；
图2是示出眼科设备的光学系统和控制系统的示意性构造的视图；
图3A和3B是示出显示在监视器上的被检者眼睛的前眼部的图像和校正目标的图像的例子的视图；
图4是示出该设备在来自前眼部的散射光对校正状态的检测有影响的情况下的操作的流程图；
图5是示出显示在监视器上的具有小瞳孔的被检者眼睛的前眼部的图像和校正目标的图像的例子的视图；以及
图6A和6B是示出通过二维图像拾取元件获得的图像中的亮度分布的例子的视图。
具体实施方式
下面参照附图提供对根据本发明优选实施例的眼科设备的详细描述。图1是示出根据本发明优选实施例的眼科设备的示意性构造的视图。眼科设备100是固定的眼科设备，其包括基台(base)1、安装在基台1上的面(头)支持单元2、设置在基台1上可移动的活动式基台3、以及设置在活动式基台3上可移动的测量单元(检测单元)4。在测量单元4中收容将在后面描述的光学系统。通过操纵杆5的倾斜操作，活动式基台3相对于被检者的眼睛E在基台1上沿右/左方向(以下称作“X方向”)和后/前方向(工作距离方向，以下称作“Z方向”)移动。通过可旋转把手5a的旋转操作，测量单元4相对于眼睛E在活动式基台3上沿上/下方向(以下称为“Y方向”)移动。此外，通过在活动式基台3上提供的移动机构6的驱动，测量单元4相对于眼睛E沿X、Y和Z方向移动。在操纵杆5的顶端上提供测量起动开关5b。在活动式基台3上提供监视器(显示器)40。
图2是示出眼科设备100的光学系统和控制系统的示意性构造的视图。眼屈光力测量光学系统10设置在透过二向色镜9的光所行进的光路01上，而二向色镜9通过移动测量单元4(以及活动式基台3)而设置在眼睛E的前面。测量光学系统10是用于将近红外测量目标投射到眼睛E的眼底Ef上并通过图像拾取元件(光电探测器)拾取(光接收)所投射的测量目标的图像以基于来自图像拾取元件的输出信号获得眼睛E的眼屈光力的光学系统。
在被二向色镜9反射的光所行进的光路02上设置物镜11和二向色镜12。在透过二向色镜12的光所行进的光路03上设置全反射镜13和用于将眼睛E固定到固定目标上的固定目标投射光学系统(未示出)。在被二向色镜12反射的光所行进的光路04上设置观测光学系统(图像拾取光学系统)20，该观测光学系统包括图像形成透镜21以及设置在与眼睛E的前眼部附近几乎共轭的位置上的诸如面阵CCD(area CCD)的二维图像拾取元件22。
校正目标投射光学系统30通过移动测量单元4(以及活动式基台3)设置在眼睛E的前面。投射光学系统30包括用于将属于处于有限距离的目标的环状近红外校正目标投射到眼睛E的角膜Ec上的投射光学系统31、以及用于将属于处于有限距离的目标的斑点状近红外校正目标投射到角膜Ec上的投射光学系统32，并且投射光学系统31和投射光学系统32中的每一个被设置为相对于测量光学系统10的光学轴L1横向对称。投射光学系统31兼作照亮前眼部的光学系统。在本发明的优选实施例中，通过投射光学系统30(31)校正目标的光的投射光强被设置得较高，从而显示在监视器40上的前眼部的图像(观测图像)整体表现明亮。
二向色镜9具有波长选择特性，即，透射由光源发射的用于投射包含在测量光学系统10中的测量目标的近红外光，并且反射由光源发射的用于投射包含在投射光学系统30中的校正目标(用于照亮前眼部)的近红外光以及可见光(固定目标的光)。二向色镜12具有透射可见光并反射近红外光的波长选择特性。
由图像拾取元件22抬取具有由投射光学系统30投射的校正目标的图像的前眼部图像。
计算和控制单元70与下述部件连接：光源，测量光学系统10的图像拾取元件，图像拾取元件22，存储图像数据，测量数据及其它数据的存储器71，操纵杆5，可旋转的把手5a，测量起动开关5b，移动机构6，监视器40，开关45以及其它部件。计算和控制单元70基于来自测量光学系统10的图像拾取元件的输出信号获得眼睛E的眼屈光力。此外，计算和控制单元70基于来自图像拾取元件22的输出信号控制监视器40以显示眼睛E的前眼部图像。
接下来，将描述具有上述构造的设备的操作。由支持单元2支持被检者的脸(头)，并且眼睛E固定到固定目标上，然后相对于眼睛E对测量单元4执行校正，从而在监视器40上显示前眼部图像。这样，在监视器40上显示前眼部图像F、十字线标记101、由投射光学系统31投射的环状校正目标图像R(迈尔环图像)、由投射光学系统32投射的斑点状校正目标图像M、以及其数量变化以便指示测量单元4在Z方向上相对于眼睛E的校正状态的指示器G(见图3A)。计算和控制单元70形成十字线标记101和指示器G，并控制监视器40以显示它们。校正目标的光的投射光强被设置为比图像拾取元件22的灵敏度的饱和级别高很多。
计算和控制单元70通过基于来自图像拾取元件22的输出信号检测目标图像R和M来检测测量单元4相对于眼睛E的校正状态。更具体地说，基于目标图像R的中心获得测量单元4在X和Y方向上相对于眼睛E的校正状态。此外，基于目标图像R的间隔之间与目标图像M的间隔之间的比较获得测量单元4在Z方向上相对于眼睛E的校正状态(见美国专利5,463,430，其对应于日本特开平06-46999)。运算和控制单元70通过对图像进行诸如模式匹配处理之类的图像处理判断目标图像R和M在由图像拾取元件22获得的图像(前眼部图像)中存在或不存在来检测它们。
计算和控制单元70基于校正状态的检测结果通过控制移动机构6的驱动来移动测量单元4，并相对于眼睛E对测量单元4自动执行校正。然后，在完成校正从而目标图像R包含十字线标记101并且显示的指示器G的数量变为一个时(见图3B)，运算和控制单元70自动地产生触发信号并起动测量(检查)。此外，在执行自动校正的情况下，例如，运算和控制单元70通过计算角膜Ec的中心与设置在图像拾取元件22的图像拾取表面和测量光学轴L1相交的点处的校正参考位置之间的偏移量来检测测量单元4相对于眼睛E的校正偏移量，并且移动测量单元4从而使检测的校正偏移量落在给定的允许范围内。另外，优选的是，相对于眼睛E对测量单元4手动执行校正，并且，计算和控制单元70基于校正状态的检测结果判断校正的完成，自动地产生触发信号并起动测量。基于校正状态的检测结果，可以在监视器40上显示校正信息。
在下文中，将参照图4的流程图提供对在来自前眼部的散射光(噪声光)对上述的校正状态的检测有影响的情形下的操作的描述。具体地说，将提供对在眼睛E的瞳孔的直径(例如1.8mm)比投射到角膜Ec上的目标图像R的直径(例如2mm)窄的情况(即眼睛E具有小瞳孔的情况)下的操作的描述。
在这种情形下，当这样执行校正从而在监视器40上显示前眼部图像F(前眼部图像通过图像拾取元件22拾取)时，环状校正目标的光的一部分(或全部)被眼睛E的虹膜反射和散射，并且散射的光进入图像拾取元件22(见图5)。
图6A和6B是示出前眼部图像F在给定的级别方向上的像素的亮度(级别：0到255)的分布的例子的视图。接近于在来自前眼部的散射光很少的情况下目标图像R周围的亮度与在由图像拾取元件22获得的图像中饱和级别的亮度(级别255)之间的中点的亮度值被设置为用于检测目标图像R的阈值级别S。通过使用该阈值级别S，可以高精度地检测到目标图像R。然而，如图5所示，当目标图像R落在虹膜上时，来自虹膜的散射光的亮度变为等于目标图像R的亮度(在饱和级别的亮度)或超出阈值级别S，并且由于散射光而不能判断目标图像R的存在或不存在(见图6A)，从而计算和控制单元70不能检测目标图像R。即使目标图像R可以被检测，也有可能检测是错误的。
为了解决上述问题，计算和控制单元70检测由图像拾取元件22获得的图像(前眼部图像)中的二维亮度分布，并且基于检测的结果，改变图像抬取元件22的增益(来自图像拾取元件22的输出信号的增益)。
计算和控制单元70二维地扫描以图像拾取元件22的图像拾取速率(帧频)连续地存储在存储器71中的图像数据，因此从图像中的每个像素(或每个区域)的亮度检测在整个图像中的亮度分布。在这种情形下，将给定的亮度值预先确定为阈值级别S，并且在所检测的亮度分布中获得超过阈值级别S的亮度的比例。
在本发明的优选实施例中，计算和控制单元70检测整个图像中的亮度分布，得到亮度超过预定阈值级别S(与在本发明优选实施例中用于检测目标图像R的阈值级别S相同)的比例(即数字化亮度分布)，并计算亮度超过阈值级别S的像素的数量。
当计算的像素数量被判断为大于给定的可允许的数量(可允许的范围)时，计算和控制单元70将图像拾取元件22的增益减少给定的量并检测目标图像R。此外，当计算的像素数量被判断为小于可允许的数量时，计算和控制单元70无需任何调整就检测目标图像R。例如，这样布置，将在只有目标图像R和M的亮度超过预定的阈值级别S的情形下的像素数量预先获得为参考数量，当计算的像素数量在参考像素数量附近时，或当假定尽管计算的像素数量大于参考像素数量(当计算的像素数量是参考像素数量的两倍至四倍时)但亮度对校正没有影响时，计算的像素数量被判定为小于可允许的数量。另外，优选的是，将可允许的数量(可允许的范围)预先确定足够大，以便抑制由于角膜Ec的曲率的不同、测量单元4在Z方向上相对于眼睛E的校正状态的不同或其它因素而引起的目标图像R的环宽度的变化的影响。
计算和控制单元70判断目标图像R是否可以被检测，并且，当目标图像R可以被检测时，计算和控制单元70检测目标图像R的中心并检测测量单元4在X和Y方向上相对于眼睛E的校正状态，然后执行自动校正。此外，当可以检测到目标图像R和M时，计算和控制单元70检测目标图像R的间隔以及目标图像M间的间隔，并检测测量单元4在Z方向上相对于眼睛E的校正状态，然后执行自动校正。
如上所述，计算和控制单元70基于由图像抬取元件22获得的图像重复上述控制，直到测量完成。在这种情形下，计算和控制单元70以图像拾取元件22的图像拾取速率逐级地减少增益，并且，当计算的亮度超过阈值级别S的像素数量变得小于可允许的数量时，增益的调整终止。通过如上所述的那样逐级地减少增益，可以防止显示在监视器40上的前眼部图像F的整个亮度突然改变。如果即使在增益最大限度地减少之后计算的像素数量仍大于可允许的数量，计算和控制单元70假定校正状态在检测之外并告知(显示)消息以推荐手动校正。
如上所述的那样调整增益，从而目标图像R在由图像拾取元件22获得的图像中变为可检测的(见图6B)。由于目标图像R的亮度显著地大于散射光(噪声光)的亮度，即使增益如上所述的那样减少，目标图像R也可以被检测到。
当测量完成并且输入诸如用来操作打印开关用于打印出测量结果的信号之类的给定测量完成信号时，计算和控制单元70将图像拾取元件22的增益重置到初始状态。另外，优选的是，当在由图像拾取元件22获得的图像中无法计算亮度超过阈值级别S的像素数量时，图像拾取元件22的增益被重置到初始状态。
通过具有上述构造，即使校正目标的光的投射光强和/或图像拾取元件22的增益在测量单元4相对于眼睛E的校正中被设置得较高，校正状态也可以被高精度地检测到。
此外，上述构造可以被应用到其中被前眼部反射和散射的外部光以及散射光(噪声光)进入图像拾取元件22的情形、其中被白内障眼睛的不透明区域反射和散射的校正目标的光以及散射光(噪声光)进入图像拾取元件22的情形以及其它情形中。换言之，通过基于在由图像拾取元件22获得的图像中的二维亮度分布的检测调整增益，目标图像R可以与前眼部图像F中的散射光(噪声光)的成分中分离。
顺带地，在由图像拾取元件22获得的图像中检测二维亮度分布以及基于检测结果判断是否调整增益的方式并不局限于上述方式。另外，优选的是，判断在由图像抬取元件22获得的图像中像素亮度的总值(总和)是否在给定的可允许的范围内，或者，判断由像素亮度的总值除以像素的数量而得到的平均值是否在给定的可允许的范围内。只有基于在整个前眼部图像中的二维亮度分布判断前眼部图像(用于校正的图像)是否包含对于校正状态的检测有影响的程度的噪声光是必要的。
此外，当图像拾取元件22的增益按上述的描述调整时，还优选的是，调整通过投射光学系统30(投射光学系统31和/或投射光学系统32)投射的校正目标的光的投射光强。然而，在这种情形下，不能抑制由于被前眼部反射的外部光所引起的散射光的影响。
此外，虽然上述描述中的设备使得环状校正目标被投射到角膜上，以便检测该设备(测量单元)在X和Y方向上相对于被检者的眼睛的校正状态，但是本发明还可以应用到使得斑点状校正目标从被检者的眼睛的前面被投射到角膜上的设备中(例如，使得在角膜的顶点处形成亮点的设备)。在这种情形下，有可能的是，计算和控制单元检测校正目标的图像的尺寸，并且基于检测的结果改变校正目标的光的投射光强和/或图像拾取元件的增益。更具体地说，有可能的是，当在按给定的阈值级别数字化亮度分布的时候校正目标图像的尺寸大于给定的可允许的尺寸时，图像抬取元件的增益可以被减少从而使校正目标图像的尺寸在数字化的时候变小。通过这样做，即使是当被检者的眼睛在其瞳孔内具有不透明性并由此产生散射光时，也可以提高校正目标图像的检测的精确度。
为了图示和说明的目的，前面已经呈现了对本发明的优选实施例的描述。该描述不应当是详尽的，或者该描述不应当将本发明限制为所公开的确切形式，并且，根据以上教导，各种变形和变化是有可能的，或者可以从本发明的实践中获得。为了解释本发明的原理及其实际应用，选择和描述该实施例，从而使本领域技术人员能够根据具体应用利用本发明的不同的实施例和变形例。本发明的范围应当由所附权利要求及其等同物所限定。

Claims (6)

1、一种眼科设备，包括：
测量单元，被布置用来对被检者的眼睛进行检查和测量之一；
投射光学系统，用于将预定形状的校正目标投射到所述眼睛的前眼部上；
图像拾取光学系统，用于通过二维图像拾取元件拾取具有所投射的校正目标的图像的所述前眼部的图像；以及
计算和控制单元，被布置用来基于来自所述图像拾取元件的输出信号检测校正目标图像，并且基于检测的结果检测所述测量单元相对于眼睛的校正状态，其中，
所述计算和控制单元基于来自所述图像拾取元件的所述输出信号检测所获得的图像中的二维亮度分布，并且基于检测的结果，改变所述校正目标的光的投射光强和所述图像拾取元件的增益中的至少一个，从而使校正目标图像变为可检测的。
2、根据权利要求1的眼科设备，其中，
所述计算和控制单元从所述图像中的每个像素或每个区域的亮度检测在整个图像中的二维亮度分布，在所检测的亮度分布中获得超过预定阈值级别的亮度的比例，并基于所获得的比例，改变所述投射光强和所述增益中的至少一个。
3、根据权利要求2的眼科设备，其中，
所述阈值级别是基于只有所述校正目标图像的亮度超过的亮度值而预先确定的。
4、根据权利要求1的眼科设备，其中，
所述计算和控制单元以所述图像拾取元件的图像拾取速率逐级地减少所述投射光强和所述增益中的至少一个。
5、根据权利要求1的眼科设备，其中，
所述计算和控制单元检测所述校正目标图像的尺寸，并基于检测的结果，改变所述投射光强和所述增益中的至少一个。
6、根据权利要求1的眼科设备，其中，
所述投射光学系统包括用于投射所述校正目标的光源，该光源被布置为兼作照亮所述前眼部的光源。
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