CN103458771A - 视网膜成像设备 - Google Patents

Abstract

一种视网膜成像设备及照明模块。所述照明模块包括光源、聚光透镜、透明板、至少一个投影透镜系统、屏蔽以及穿孔镜，所述光源沿着照明轴提供入射光束；所述聚光透镜位于与所述光源间隔一定距离处以便聚集所述入射光束并且发出已聚集的入射光束；所述透明板位于与所述聚光透镜间隔一定距离处，其中所述透明板包括光吸收器；所述至少一个投影透镜系统用于聚焦所述已聚集的入射光束；所述屏蔽位于与投影透镜系统间隔一定距离处以便产生第一部分阻止光束，从而形成角膜照明圆环；所述穿孔镜包括空心圆柱体。所述空心圆柱体的部分从镜的反射面突出，形成椭圆挡块以产生第二部分阻止光束，从而形成瞳孔照明圆环，能够使视网膜无反射成像。

Description

视网膜成像设备

技术领域

本发明通常涉及一种视网膜成像设备，更具体而言，涉及一种眼底的成像。

背景技术

检眼镜检查（眼底镜检查或眼底检查）是允许临床医生应用检眼镜（或眼底镜）看到眼睛的眼底内部和其他结构的检测。该检测为眼睛检查的部分，并且在确定视网膜及玻璃体的健康上是至关重要的。直接检眼镜产生放大大约15倍的直立或非反向的图像。间接检眼镜产生放大2到5倍的倒立或反向的直接图像，并且允许眼睛内的更广阔的视野，其有助于检测几种眼睛相关的疾病如青光眼、糖尿病视网膜病变，或眼睛相关的缺陷如视网膜脱离等。图1示出了眼睛的图解表示，其具有眼睛10的关键特征如瞳孔12、角膜14、虹膜16、前房18、后房20、眼晶状体22、视网膜24和玻璃体26、中央窝（fovea）28以及视神经盘30。眼睛的眼底32为与透镜相对的眼睛的内表面，并且包括视网膜、视神经盘、黄斑和中央窝，以及一些其他的特征。

在视网膜成像设备的发展中，一个重要方面涉及解决从角膜和照明透镜的反射的问题。为了解决这一问题，在一些版本的眼睛成像设备中已经采用了用于无反射检眼镜的古尔斯特兰德原理（GullstrandPrinciple）。该原理概括地涉及在眼睛的瞳孔的平面中分隔光的入射和出射。因此照明和成像的路径需要使角膜与瞳孔分开。更具体而言，在前段（在角膜的前面直到透镜的后面之间）的进入眼睛的光和从眼睛出来的成像光需要具有分开的路径。下面列出在该领域的一些示例性进展。

US3594071描述了一种用检眼镜检查的相机，通过在平面反射镜和布置为紧挨着反射镜的聚光透镜之间插入环形光圈，并且在所述聚光透镜和下一个聚光透镜之间插入小屏蔽以便屏蔽在光轴附近且包括光轴的小区域，该相机可以消除从待检查的眼睛的角膜和照明光经过的前物镜的前与后表面反射的干扰光（undesired light）。用于拍摄的光学系统不包括如上所述的此屏蔽，并且所述拍摄物镜是双凸面的，从而使图片角度增加到45度。

US5713047提供了一种眼底拍摄仪器，该仪器具有用于在通过照明光束的检测下照明眼底的照明系统，用于在通过从在由照明系统照明的检测下的眼底的拍摄光束的检测下拍摄眼底的拍摄系统，以及光屏蔽构件，该光屏蔽构件布置在照明隔膜或拍摄隔膜附近，或在隔膜的连接位置（conjugate position）附近，以便眼底拍摄仪器能够在具有小瞳孔直径的检测下在对于眼睛的良好状况下进行眼底拍摄。

US5572266描述一种眼底相机，该相机能够以高精度快速且容易地调整在相机机身和被测者眼睛（subject′s eye）之间的工作距离，并且能够在视野范围内并且以与在拍摄眼底时选择的放大倍数基本上相同的每个放大倍数来观察眼底图像。为了以高精度快速且容易地调整工作距离，眼底相机具有设置在投影光学系统中的光学构件，该光学构件用于将对准光投影到被测者眼睛上。当工作距离超出预定的适当距离时，该光学构件将拆分的对准图像投影到眼睛上。为了在基本上相同的视野中并且以与在拍摄眼底时选择的放大倍数基本上相同的放大倍数来观察眼底图像，眼底相机具有用于根据功率变化来改变照明眼睛的照明光的状态的设备。在眼底相机中，对准光投影到眼睛上，一旦由眼睛反射的对准光聚集在与眼底连接的拍摄光路的点上，则将聚集于该点上的反射对准光通过可变功率透镜引导至TV监视器，并且通过转换设备来改变照明眼睛的照明光的状态，以便对眼底进行观察并拍摄。

US4838680描述了一种用于视网膜相机的光学系统，该光学系统包括适应于朝向患者的眼睛的定位的物镜。通过物镜来照明并且拍摄患者的眼睛的视网膜，该物镜具有第一双凸面类型透镜装置和第二双凸面类型透镜装置，在第一双凸面类型透镜装置和第二双凸面类型透镜装置之间具有空间，该第一双凸面类型透镜装置具有敞露到空气的第一凸表面的曲率半径，并且面朝眼睛，该第一凸表面的曲率半径大于敞露到空气的另一个第二凸表面的曲率半径，并且该第二双凸面类型透镜装置具有敞露到空气的第三凸表面的曲率半径且面朝第一双凸面类型透镜装置，该第三凸表面的曲率半径大于敞露到空气的另一个第四凸表面的曲率半径。

US6546198描述了一种眼底相机，该相机包括配备有用于照明待检查的眼底的照明光学系统和用于拍摄眼底的拍摄光学系统的主单元，用于确定在该主单元和眼睛之间的距离是否等于适当的工作距离的观察光学系统，对准指数投影系统以及驱动机构，该驱动机构用于在拍摄眼底的中心部分的情况下和拍摄眼底的边缘部分的情况下沿着光轴移动导光管（light guide）以改变工作距离。

US7275826描述了一种用于获取眼睛的图像的仪器，其中该仪器包括用于提供入射光的光源和用于沿着光轴引导入射光的至少一部分的有孔镜。弯曲物镜引导沿光轴接收的入射光朝向眼睛的视网膜并且引导沿着光轴从视网膜反射回来的载像光（image-bearing light）。因此，有孔镜朝向用于获取视网膜图像的传感器传输从视网膜反射的载像光。

US6296358提供了一种眼底成像器，该眼底成像器自动对准眼底照明光线以进入瞳孔，并且防止角膜反射模糊所产生的眼底图像。自动执行并且基于眼底图像本身来聚焦产生的眼底图像。接受检查的患者的头部保护装置为一副眼镜的形式，其不仅容易精确地使用，而且显著减少了在光学系统与患者瞳孔之间的总对准。

US4874236（A）描述了另一种用于眼底检查的眼科仪器，其包括基部、由基部保持且关于竖直轴可旋转的照明装置和显微镜、对应于竖直轴的用于患者的头部和眼睛的固定装置以及透镜，该透镜放置于在显微镜和检查的眼睛的光轴中的竖直杆的上端部，并且从竖直轴朝向检查的眼睛移动，以便在用于通过显微镜重新成像的位置对检查的眼睛的视网膜进行成像。

US4235529描述了一种用于对晶状体部分拍照的仪器，该仪器包括狭缝照明系统和拍摄光学系统，该拍摄光学系统包括相对于狭缝照明平面倾斜的光轴。为了消除可能由在患者的角膜处反射的光产生的照明光源的图像，在照明光路中邻近拍摄光学系统的狭缝轴的一侧设置有光中断叶片构件（light interrupting blade member）。

虽然已经发展了眼底成像设备并且在用于对眼睛成像的设备中已存在几种改进，但是大多数设备需要高水平的操作者技能和复杂的仪表。仍然成为问题的一个重要的问题是从患者的眼睛以及从透镜表面消除人造的反射的需求，该透镜表面应用在照明和成像仪器本身的光学设计中，用作尽可能简单和紧密的光学设计。除非这些人造反射的水平显著降低，否则会影响整体图像质量和图像对比度。当前现有技术，例如正交偏光镜的应用（参见作为现有技术讨论的US7275826的图1），将背景反射消除到一定程度，但也显著减少了从视网膜的反射信号。在照明光源前面中的一个或多个环形屏蔽的应用（参见US3594071图1），有助于减少反射，但增加了光学照明路径的尺寸。简单穿孔镜的应用有助于分离成像和照明路径，但能够在一些设计实施方案中导致两个表面反射以及杂散照明反射仍然到达成像传感器/成像目镜。因此，能够帮助减少不必要的反射以改善图像质量，同时保持简单和紧凑的系统的整体光学设计，仍然是进一步改进的需要。

发明内容

在一方面，本发明提供了一种用于视网膜成像设备的照明模块。所述照明模块包括光源、聚光透镜、透明板、至少一个投影透镜、屏蔽以及穿孔镜，所述光源沿着照明轴提供入射光束；所述聚光透镜位于与所述光源间隔一定距离处以便聚集所述入射光束并且发出已聚集的入射光束；所述透明板位于与所述聚光透镜间隔一定距离处，其中所述透明板包括为黑点形式的光吸收器；所述至少一个投影透镜用于聚焦所述已聚集的入射光束；所述屏蔽位于与投影透镜间隔一定距离处以便产生第一部分阻止光束，从而形成角膜照明圆环；所述穿孔镜包括空心圆柱体。所述穿孔镜相对于所述照明轴成一定角度，并且所述空心圆柱体放置为垂直于所述照明轴并且所述空心圆柱体的至少一部分从镜的反射面突出，形成椭圆挡块以产生第二部分阻止光束，从而形成瞳孔照明圆环。所述角膜照明圆环和所述瞳孔照明圆环在垂直于所述照明轴的平面中得以对准。突出的空心圆柱体的使用有助于显著减少来自人工晶状体（intraocular lens）和角膜的不需要的反射，分离成像和照明路径，并且有助于生成适合的照明圆环，以保证高质量的无反射图像。

在另一方面，本发明提供了一种视网膜成像设备，其包括在本文中如上所述的照明模块和成像模块。

附图说明

在根据附图来阅读随后的详细描述时，将会更好地理解本发明的这些和其他特征、方面以及优点，其中贯穿附图相同的标记表示相同的部分，在这些附图中：

图1为有助于理解本发明的眼睛及其内部特征的图解表示；

图2为在示例性实施方案中提到的角膜照明圆环和瞳孔照明圆环的图解表示；

图3为用于视网膜成像设备的照明模块的示例性实施方案的图解表示；以及

图4为具有照明模块和成像模块的视网膜成像设备的示例性实施方案的图解表示。

具体实施方式

正如在本文和权利要求中用到的，除非上下文另外明确指出，单数形式“一个”、“一个”以及“所述”包括复数的含义。

本发明的各方面应用了本文中上面所提及的古尔斯特兰德原则以便以新的构造和方法照明并对视网膜成像。为了获取无反射的成像，本发明的视网膜成像设备形成两个环形的成像环，一个在角膜平面处而另一个在瞳孔平面处。图2为分别形成在角膜平面和瞳孔平面处的两个圆环环形物42和44的图解表示40。如图所示，在角膜处的圆环环形物42小于形成在帮助眼睛的成像的瞳孔处的圆环环形物44。通过圆环环形物的中心暗点46完成成像以避免反射。圆环环形物42和44中的每一个具有外边界和内边界，其通常通过用于角膜圆环环形物的48和50和用于瞳孔圆环环形物的52和54来显示。能够通过新的照明模块实现这些圆环环形物的形成，如参考图3的详细描述。

图3为用于本发明的视网膜成像设备的具有照明模块62的视网膜成像设备60的图解表示。照明模块62包括光源64以便沿着照明轴66提供入射光束。光源可以为发光二极管（LED）、闪光管、卤素灯和其他类似光源，包括激光光源。光源的特征为相对较小的尺寸和低热量的发光能力（low heat generation capacity）。照明模块62进一步包括用于聚集入射光束的与光源64间隔一定距离放置的聚光透镜68。聚光透镜可以为阿比透镜（Abbey lens）、消球差透镜，或消色差透镜。在示例性实施方案中，本领域技术人员将清楚，对于球面和色差而对聚光透镜进行校正。在一个特定实例中，可以在光源64和聚光透镜68之间放置扩散器70并且可以在聚光透镜68后面放置分光器72以便分别改进入射光束和已聚集的入射光束的特性，并允许多个照明光源的应用。

照明模块62进一步包括与聚光透镜68以间隔一定距离放置的透明板74。在一个示例性实施方案中，透明板74包括光吸收器76。在特定的实例中，透明板74为玻璃板，光吸收器为放置在玻璃板的中心的黑色的点。

照明模块62进一步包括至少一个投影透镜系统78以便聚焦已聚集的入射光束。在一个实例中，投影透镜系统78包括平面透镜80例如平凸透镜和双合透镜82。照明模块62进一步包括与投影透镜系统78以间隔一定距离放置的屏蔽84以便产生第一部分阻止光束，从而形成角膜照明圆环86。照明模块62进一步包括穿孔镜88，穿孔镜88包括空心圆柱体90，其中穿孔镜88相对于照明轴66成一定角度，并且其中空心圆柱体90放置为垂直于照明轴66且通常由92表示的空心圆柱体的至少一部分从穿孔镜88的反射面突出，形成椭圆挡块94以便产生第二部分阻止光束，从而形成瞳孔照明圆环96。对本领域技术人员将显而易见的是，角膜照明圆环86和瞳孔照明圆环96在垂直于照明轴66的平面上得以对准。投影透镜系统78的外直径和屏蔽84的直径确定了角膜照明圆环的尺寸和特性。在孔隙镜（porosity mirror）处的外椭圆挡块94的投影直径和突出的空心圆柱体的直径确定了瞳孔照明圆环的直径。本文中所述的照明模块可以为电池供电的或可以可代替地配置为外部电源输入。

图4为视网膜成像设备60的图解表示，视网膜成像设备60包括如参考图3所示的照明模块62以及沿着成像轴102对准且垂直于照明轴66的成像模块100。成像模块100包括至少一个物镜104以便将已聚集的入射光束聚焦到角膜上，以及第二准直和投影透镜系统106以便从视网膜聚焦反射光束。在视网膜成像设备60的示例性实现中，可以将光吸收器76（如参考图3中）并入照明模块62或成像模块100中。在一个实例中，光吸收器76为在物镜104上的黑点。

如本文中所述的视网膜成像设备在如图2中所示的角膜平面上形成圆环，参考本文中的角膜照明圆环。投影透镜系统78的外直径和屏蔽84的直径确定了角膜照明圆环的尺寸和特性。在孔隙镜处的外椭圆挡块94的投影直径和突出的空心圆柱体的直径确定了瞳孔照明圆环的直径。因此，本文中所述的示例性实施方案允许通过上述圆环的形成来获取无反射图像，上述圆环为一个在角膜平面处而另一个在瞳孔平面处的两个环形的成像环。

视网膜成像设备60进一步包括放置为与成像轴102一致的查看模块108。在一个实例中查看模块为摄像头，在另一个实例中查看模块为用于通过人的眼睛直接查看的透镜。在示例性实施中，医生可以通过查看模块直接查看并且对被检测的眼睛进行观察。查看模块可以为单目或双目。如图2所示，成像模块100与照明模块62共用穿孔镜88、空心圆柱体90以及椭圆屏蔽94。此外，如图2所示，第二准直和投影透镜系统106可以包括一系列的成像双合透镜110、112和116。在设计的一个实施方案中，可以在物镜104的后面设置额外的图像挡块114以固定视野。

本文中所述的透镜和其他组件可以由合适的材料比如精密加工的玻璃制成。另外，可以为了提供的符合视网膜成像设备的需求的折射率和其他光学性能的目的而应用透明的塑料材料比如聚脂（甲基丙烯酸甲酯）。在视网膜成像设备中应用的制造精密加工的玻璃以提供透镜的方法在本领域中是众所周知的。此外，每个透镜相对于彼此的相对定位在本领域中是众所周知的，并且能够由本领域技术人员不过度的实验而达到。

所描述的视网膜成像设备60可以进一步包括外壳以覆盖本文中所述的组件。外壳可以提供保护层来防止影响因素，比如环境因素像水、阳光、灰尘等，并且还提供防止在使用、运输等期间的碰撞的保护。因此，外壳可以由合适的材料制成，该材料包括，例如，比如钢、铸铁、生铁等的金属，比如黄铜、青铜等的合金，比如聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等等的塑料。要使用的材料的准确选择可以取决于各种因素，并且可以包括重量、大小等。该材料可以由本领域技术人员不过度的实验而达到。也可以为了美观目的而提供外壳。其可以包括有色材料，并可以进一步包括在上面描画符号，或在其上压花。此外，可以提供外壳作为多组件的固定装置，其必须应用已知的装置安装在一起。具有多组件部分使得在特定操作比如维修期间外壳的相关部分能够打开。外壳可以进一步具有组件以便允许设备被固定到特定位置，或可替代地，设备可以单独地作为便携式设备来使用。

其他附加的有用固定装置可以形成本发明的设备的部分，比如下颏配准（chin registration）固定装置、额头配准固定装置等，以及其组合。该固定装置可以为可移动的形式，以便允许在不使用时移除，使得本发明的设备为了运输或其他用途时紧凑。在固定装置可移除的实例中，设备可以包括凹槽和/或构建到设备中的其他附加特征以允许容易地安装和移除固定装置。该特征和其他特征以及固定装置对本领域技术人员是显而易见的，并且预期为在本发明的范围之内。

对于这些应用，视网膜成像设备适应于作为手持便携式设备，其允许精确而容易的眼睛检测器材，能够容易地将该器材送往可能缺乏医疗设施的偏远地区。对于具有相机模块的实现，可以由相对初级的技术人员拍摄数字图像并且储存图像，并且可以通过适当的通信装置比如电子邮件、互联网、移动通信将数字图像传送到远程医生、诊所或医院进行进一步的阅读、分析和报告。

如上所述，视网膜成像设备的优点包括相对更简单的构造，该构造允许手持操作而不使用用于眼底成像的额外的安装件、调节机构或复杂电子产品，因此使得容易在专业设施缺乏或完全不可用的环境下应用，同时仍然确保无反射的高质量图像。

虽然本文中仅仅已示出并描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将能够进行许多修改和变化。因此，应当理解，附加的权利要求旨在覆盖落在本发明的真实精神之内的所有修改和变化。

Claims (26)

1.一种用于视网膜成像设备的照明模块，包括：

光源，所述光源沿着照明轴提供入射光束；

聚光透镜，所述聚光透镜位于与所述光源间隔一定距离处，用于聚集所述入射光束并且发出已聚集的入射光束；

透明板，所述透明板位于与所述聚光透镜间隔一定距离处，其中所述透明板包括光吸收器；

至少一个投影透镜系统，所述至少一个投影透镜系统用于聚焦所述已聚集的入射光束；

屏蔽，所述屏蔽位于与投影透镜系统间隔一定距离处以便产生第一部分阻止光束，从而形成角膜照明圆环；以及

穿孔镜，所述穿孔镜包括空心圆柱体，其中所述穿孔镜相对于所述照明轴成一定角度，并且其中所述空心圆柱体放置为垂直于所述照明轴并且所述空心圆柱体的至少一部分从镜的反射面突出，形成椭圆挡块以产生第二部分阻止光束，从而形成瞳孔照明圆环，

其中，所述角膜照明圆环和所述瞳孔照明圆环在垂直于所述照明轴的平面中得以对准，以及

其中，所述投影透镜系统的外直径和所述屏蔽的直径确定了所述角膜照明圆环的尺寸和特性，以及

其中，在孔隙镜的外椭圆挡块的投影直径和突出的空心圆柱体的直径确定了所述瞳孔照明圆环的直径。

2.根据权利要求1所述的照明模块，进一步包括扩散器，所述扩散器位于所述光源之后以便接收所述入射光束。

3.根据权利要求1所述的照明模块，进一步包括分光器，所述分光器位于与所述聚光透镜间隔一定距离处。

4.根据权利要求1所述的照明模块，其中所述投影透镜系统为双合透镜或这些透镜的组合。

5.根据权利要求1所述的照明模块，其中所述聚光透镜为平凸透镜或这些透镜的组合。

6.根据权利要求1所述的照明模块，其中所述聚光透镜为单透镜或透镜的组合。

7.根据权利要求1所述的照明模块，其中对于球面和色差来校正各种透镜元件。

8.根据权利要求1所述的照明模块，其中光吸收器为在所述透明板上的黑点或在物镜上的吸收器点。

9.根据权利要求1所述的照明模块，其中所述光源为LED、卤素灯、激光光源中的一种。

10.根据权利要求1所述的照明模块，其中所述光源为没有聚集和投影透镜系统的发散源。

11.一种包括权利要求1所述的照明模块的视网膜成像设备。

12.一种视网膜成像设备，包括：

照明模块，包括，

光源，所述光源沿着照明轴提供入射光束；

聚光透镜，所述聚光透镜位于与所述光源间隔一定距离处，用于聚集所述入射光束并且发出已聚集的入射光束；

至少一个投影透镜系统，所述至少一个投影透镜系统用于聚焦所述已聚集的入射光束；

屏蔽，所述屏蔽位于与投影透镜系统间隔一定距离处；

穿孔镜，所述穿孔镜包括空心圆柱体，其中所述穿孔镜相对于所述照明轴成一定角度，并且其中所述空心圆柱体放置为垂直于所述照明轴，

成像模块，所述成像模块沿着成像轴对准并且垂直于所述照明轴，所述成像模块包括，

至少一个物镜，所述至少一个物镜用于聚焦所述入射光束到瞳孔和角膜上；以及

第二准直和投影透镜系统，所述第二准直和投影透镜系统用于聚焦来自于视网膜的反射光束，

其中所述照明模块或所述成像模块中的至少一个包括光吸收器。

13.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，包括用于接收所述入射光束的扩散器。

14.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，分光器位于与所述聚光透镜间隔一定距离处。

15.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，其中所述投影透镜系统为双合透镜或透镜元件的组合。

16.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，其中所述聚光透镜为平凸透镜或透镜元件的组合。

17.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，其中所述聚光透镜为单透镜或透镜的组合。

19.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，其中对于球面和色差来校正所有透镜元件。

20.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，其能够用于视网膜的瞳孔放大以及无瞳孔放大成像两者。

21.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，进一步包括至少一个下颏配准固定装置、额头配准固定装置或所述下颏配准固定装置和所述额头配准固定装置的组合。

22.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，进一步包括透明板，所述透明板具有与位于与所述聚光透镜间隔一定距离处的光吸收器。

23.根据权利要求22所述的视网膜成像设备，其中所述光吸收器为黑点。

24.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，其中所述光吸收器为黑点，其在物镜上。

25.根据权利要求12所述的视网膜成像设备，进一步包括查看模块，所述查看模块能够单目或双目的与所述成像轴一致地放置。

26.根据权利要求25所述的视网膜成像设备，其中所述查看模块为透镜或透镜的组合，比如在目镜中。

27.根据权利要求25所述的视网膜成像设备，其中所述查看模块为相机。

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