CN103767681B - 光学装置及其运作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光学装置。光学装置应用于眼睛的角膜的非接触式检测及测量。光学装置包含光学测量模块、中央处理模块及吹气模块。吹气模块是用来根据一吹气样式产生一气体压力至角膜的表面，以使得角膜产生一变形。光学测量模块包含第一单元及第二单元。第一单元是用来根据角膜所产生的变形来测量眼睛的眼压。第二单元是用来通过光学干涉的方式来测量角膜的一些性质。中央处理模块是分别耦接第一单元及第二单元，并用来接收并处理眼睛的眼压及角膜的这些性质，以提供一结果。

Description

光学装置及其运作方法
技术领域
本发明是与光学装置有关，特别是关于一种能够同时提供受测者的眼压、角膜性质(例如弹性及黏性)及眼睛重量等信息的光学装置及其运作方法。
背景技术
近年来，由于光学装置具有非侵入式及快速反应等特性，故已广泛地应用于各种非接触式的测量或检测上，尤其是生物检测方面的相关应用。举例而言，中国台湾第101106376号专利申请案公开一种使用光学干涉测量样品的材料性质的技术。
请参照图1，图1是图示现有技术中的非接触眼压计的示意图。如图1所示，传统的非接触眼压计1至少包含吹气单元AP、光学发射单元EU及光学接收单元RU。当非接触眼压计1对样品(例如眼球)SA进行测量时，光学发射单元EU会发射入射光L1至样品SA，而光学接收单元RU会接收样品SA所反射的反射光L2，而吹气单元AP会产生气体压力G至样品SA。
当吹气单元AP所产生的气体压力G到达样品(眼球)SA的角膜CA的表面时，角膜CA将会受到气体压力G的影响而产生变形，并且光学接收单元RU能够根据其接收到的反射光L2的变化侦测到角膜CA所产生的变形。由此，样品(眼球)SA的眼压即可根据吹气单元AP所产生的气体压力G所施加的外力与角膜CA所产生的变形之间的关系计算出来。
然而，传统的非接触眼压计1并无法在提供眼压信息的同时一并提供角膜CA的其它相关信息，例如角膜CA的弹性、角膜CA的黏性以及角膜CA的中间角膜厚度(Central Corneal Thickness,CCT)等，对于施测者及受测者而言，均相当不便。
因此，本发明即针对此一需求提出一种光学装置及其运作方法，以解决现有技术所遭遇到的上述种种问题。
发明内容
根据本发明的第一具体实施例为一种光学装置。于此实施例中，光学装置应用于眼睛的角膜的非接触式检测及测量。光学装置包含光学测量模块、中央处理模块及吹气模块。吹气模块是用来根据一吹气样式(blow pattern)产生一气体压力至角膜的表面，以使得角膜产生一变形。光学测量模块包含第一单元及第二单元。第一单元是用来根据角膜所产生的变形来测量眼睛的眼压。第二单元是用来通过光学干涉的方式来测量角膜的一些性质。中央处理模块是分别耦接第一单元及第二单元，并用来接收并处理眼睛的眼压及角膜的这些性质，以提供一结果。
于一实施例中，角膜的这些性质包含角膜的弹性、角膜的黏性、角膜的中间角膜厚度、角膜的轮廓及角膜的曲度。
于一实施例中，光学装置进一步包含目标确认模块，用来先确认此一眼睛的角膜即为光学装置欲检测或测量的目标。
于一实施例中，第二单元包含光源、耦合单元及参考反射物。光源发射一入射光至耦合单元，并由耦合单元将入射光分为射向参考反射物的参考入射光以及射向眼睛的角膜的样品入射光。当角膜尚未受到气体压力的作用而变形时，耦合单元将会分别接收到参考反射物所反射的参考反射光以及未产生变形的角膜所反射的第一样品反射光并产生第一光学干涉结果。由此，中央处理模块即可根据第一光学干涉结果产生角膜的断层影像，并根据角膜的断层影像求得角膜的中间角膜厚度、角膜的轮廓及角膜的曲度等性质。
当角膜受到气体压力的作用而产生变形后，耦合单元将会分别接收到参考反射物所反射的参考反射光以及已产生变形的角膜所反射的第二样品反射光并产生第二光学干涉结果，中央处理模块比较第一光学干涉结果与第二光学干涉结果，以估算出角膜的弹性、角膜的黏性及眼睛重量等性质。
于一实施例中，吹气样式可包含吹气模块产生气体压力的时间长短、强度及频率。
于一实施例中，第一单元包含光学发射器及光学接收器。在角膜产生变形之前，光学发射器发射第一感测光至未变形的角膜表面，并由光学接收器接收到从未变形的角膜表面所反射的第一反射光。当角膜产生变形之后，光学发射器发射第二感测光至已产生变形的角膜表面，并由光学接收器接收到从已产生变形的角膜表面所反射的第二反射光。中央处理模块根据第一反射光及第二反射光得到两者之间的信号变化量，并根据信号变化量与吹气样式之间的关系估算出眼睛的眼压。
根据本发明的第二具体实施例为一种光学装置运作方法。于此实施例中，该方法用来运作一光学装置于眼睛的角膜的非接触式检测及测量上。光学装置包含光学测量模块、中央处理模块及吹气模块。光学测量模块包含第一单元及第二单元。该方法包含下列步骤：(a)第二单元通过光学干涉的方式来测量角膜的一些性质；(b)吹气模块根据一吹气样式(blow pattern)产生一气体压力至角膜的表面，以使得角膜产生一变形；(c)第一单元根据角膜所产生的变形来测量眼睛的眼压；(d)中央处理模块接收并处理眼睛的眼压及角膜的该些性质，以提供一结果。
相较于现有技术，根据本发明的光学装置及其运作方法除了传统的非接触眼压计所能提供的眼压信息外，还可同时提供其它更多的信息，包含角膜的弹性、角膜的黏性、角膜的中间角膜厚度、角膜的轮廓、角膜的曲度及眼睛重量等信息，使得受测者能快速且有效率地完成眼科测试并同时得到想要的所有相关信息。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
附图说明
图1是图示传统的非接触式眼压计的示意图。
图2是图示根据本发明的一具体实施例中的光学装置的功能方块图。
图3是图示根据本发明的另一具体实施例中的光学装置的功能方块图。
图4A是图示测量点位于角膜的不同位置的剖面图。
图4B是图示测量点位于角膜的不同位置的前视图。
图5是图示根据本发明的另一具体实施例的光学装置运作方法的流程图
主要组件符号说明：
S10～S18：流程步骤
1：非接触眼压计       AP：吹气单元
EU：光学发射单元      RU：光学接收单元
L1：入射光            L2：反射光
2、3：光学装置        20、30：光学测量模块
22、32：中央处理模块  24、34：吹气模块
26：目标确认模块      SA：样品
20A、30A：第一单元    20B、30B：第二单元
G：气体压力           CA：角膜
300：光源             302：耦合单元
304：参考反射物       Lin：入射光
Lin1：参考入射光      Lin2：样品入射光
P1～P10：测量点
具体实施方式
根据本发明的一具体实施例为一种光学装置。于此实施例中，该光学装置可以是一种光学式眼科检测装置，其是应用于眼睛的角膜的非接触式检测及测量，但不以此为限。请参照图2，图2是图示本实施例的光学装置的功能方块图。
如图2所示，光学装置2包含光学测量模块20、中央处理模块22、吹气模块24及目标确认模块26。光学测量模块20包含第一单元20A及第二单元20B。中央处理模块22分别耦接第一单元20A及第二单元20B。需说明的是，假设繁复的计算及高成本可忽略不考虑，第一单元20A可用第二单元20B来取代，但不以此为限。
于此实施例中，目标确认模块26是用来先行确认样品SA(例如眼睛的角膜)就是光学装置2所要测量或检测的目标。实际上，目标确认模块26可通过影像比对特征点的方式对样品SA进行确认，但不以此为限。
当目标确认模块26已确认样品SA为光学装置2的检测目标后，吹气模块24根据一吹气样式(blow pattern)产生一气体压力G至样品SA的表面，以使得样品SA的表面受到气体压力G的作用而产生一变形。实际上，吹气样式可包含吹气模块24产生气体压力G的时间长短、强度及频率，但不以此为限。举例而言，当吹气模块24根据某一吹气样式产生气体压力G至眼睛的角膜的表面时，角膜将会受到气体压力G的作用而产生变形，使得角膜的表面的曲率产生变化。
于此实施例中，第一单元20A是根据角膜所产生的变形(例如角膜的表面的曲率变化)与吹气模块24所提供的气体压力G来推估出眼睛的眼压值。第二单元20B是用来通过光学干涉的方式得到角膜的断层影像以得到角膜的一些性质。
需说明的是，光学装置2于使用上具有相当大的弹性。举例而言，吹气模块24除了可与光学测量模块20的第一单元20A与第二单元20B一起搭配进行测量之外，吹气模块24亦可单独仅与第一单元20A或第二单元20B搭配进行测量，根据实际需求而定，并无特定的限制。此外，光学测量模块20亦可仅通过第二单元20B进行角膜性质的测量工作，但不以此为限。
实际上，角膜的该些性质可包含角膜的弹性、角膜的黏性、角膜的中间角膜厚度(Central Cornea Thickness,CCT)、角膜的轮廓及角膜的曲度等，但不以此为限。
接着，中央处理模块22接收并处理来自第一单元20A的眼睛的眼压值以及来自第二单元20B的角膜的该些性质，以提供一测量结果给施测者及受测者。实际上，光学装置可通过其显示器将受测者的眼睛的眼压值、角膜的弹性、角膜的黏性、角膜的中间角膜厚度、角膜的轮廓、角膜的曲度及眼睛重量等信息同时显示出来，以提供施测者及受测者最完整的检测信息。
请参照图3，图3是图示根据本发明的另一具体实施例中的光学装置的功能方块图。如图3所示，光学装置3包含光学测量模块30、中央处理模块32及吹气模块34。光学测量模块30包含第一单元30A及第二单元30B。
于此实施例中，第一单元30A包含光学发射器EU及光学接收器RU。当角膜CA尚未受到吹气模块34根据吹气样式所产生的气体压力G的作用时，光学发射器EU发出第一感测光至未变形的角膜CA的表面，并由光学接收器RU接收未变形的角膜CA的表面所反射的第一反射光。
当角膜CA受到吹气模块34根据吹气样式所产生的气体压力G的作用而产生变形后，光学发射器EU发出第二感测光至已产生变形的角膜CA的表面，并由光学接收器RU接收已产生变形的角膜CA的表面所反射的第二反射光。
中央处理模块32耦接吹气模块34、光学发射器EU及光学接收器RU，用以根据光学接收器RU所接收到的第一反射光及第二反射光得到角膜CA变形前后的两反射信号之间的信号差异，并根据此一反射信号差异与吹气模块34所采用的吹气样式之间的相对应关系估算出眼睛的眼压值。
第二单元30B包含光源300、耦合单元302及参考反射物304。光源300发出入射光Lin至耦合单元302，并由耦合单元302将入射光Lin分为射向参考反射物304的参考入射光Lin1以及射向角膜CA的表面的样品入射光Lin2。当参考入射光Lin1及样品入射光Lin2分别射向参考反射物304及角膜CA的表面后，参考反射物304及角膜CA的表面将会分别反射参考入射光Lin1及样品入射光Lin2。
当角膜CA尚未受到吹气模块34根据吹气样式所产生的气体压力G的作用而变形时，耦合单元302将会分别接收到参考反射物304所反射的参考反射光以及未产生变形的角膜CA的表面所反射的第一样品反射光并产生第一光学干涉结果。接着，中央处理模块32将会根据第一光学干涉结果产生未产生变形的角膜的角膜断层影像(Corneal tomography image)，并据以得到角膜的中间角膜厚度、角膜的轮廓及角膜的曲度等信息。
当角膜CA受到吹气模块34根据吹气样式所产生的气体压力G的作用而产生变形后，耦合单元302将会分别接收到参考反射物304所反射的参考反射光以及已产生变形的角膜CA的表面所反射的第二样品反射光并产生第二光学干涉结果。接着，中央处理模块32将会比较第一光学干涉结果与第二光学干涉结果，以估算出角膜CA的弹性与黏性以及眼睛的重量等信息。
实际上，假设参考反射物304为固定不动，则其反射的参考反射光亦不会改变，由于耦合单元302会依序接收到未产生变形的角膜CA的表面所反射的第一样品反射光以及已产生变形的角膜CA的表面所反射的第二样品反射光，中央处理模块32亦可比较第一样品反射光与第二样品反射光之间的信号差异，由此推估出角膜CA的变形量，但不以此为限。
于此实施例中，角膜CA的弹性与黏性及眼睛重量等性质是来自于施加于角膜CA的力与角膜CA所产生的运动之间的关系，请参照下列方程式：
F=kx    (方程式1)
于方程式1中，F代表施加的力，x代表角膜CA受力产生的位移，k代表弹簧常数，一旦F与x确定后，k即可被估算出来。
F=kx+cx’+mx”    (方程式2)
方程式2更为接近较复杂的真实系统，包含有更多角膜CA的性质，其中c代表阻尼因子，m代表质量。
如方程式3a～3c所示，方程式2可进一步拓展为一矩阵，用以于角膜CA上的不同测量点施加不同的力以进行角膜CA的性质测量：
F1=kx1+cx1’+mx1”    (方程式3a)
F2=kx2+cx2’+mx2”    (方程式3b)
F3=kx3+cx3’+mx3”    (方程式3c)
当然，方程式3a～3c亦可表示为矩阵形式如下：
于实际应用中，本发明的光学装置3对于角膜CA进行测量的测量点的位置可位于角膜CA的任意位置上，无论是在角膜CA的表面或内部均可，例如图4A所示的测量点P1～P5及图4B所示的测量点P6～P10。
实际上，通过参考反射物304设置于不同位置的方式，上述方程式中的位移x、速度x’及加速度x”均可从预测的距离获得。其概念即如同记录从某一点变形至另一点时所需的时间长短。当然，假设快速测量为最优先考虑，则频率域光学干涉断层技术亦可实现于此。
根据本发明的另一具体实施例为一种光学装置运作方法。于此实施例中，该方用以运作一光学装置于眼睛的角膜的非接触式检测及测量上。光学装置包含光学测量模块、中央处理模块、吹气模块及目标确认模块。光学测量模块包含第一单元及第二单元。需说明的是，光学装置于使用上具有相当大的弹性。举例而言，吹气模块除了可与光学测量模块的第一单元与第二单元一起搭配进行测量之外，吹气模块也可单独仅与第一单元或第二单元搭配进行测量，端视实际需求而定，并无特定的限制。此外，光学测量模块也可仅通过第二单元进行角膜性质的测量工作，但不以此为限。
请参照图5，图5是图示根据本实施例的光学装置运作方法的流程图。如图5所示，于步骤S10中，目标确认模块先行确认眼睛的角膜就是光学装置所要测量或检测的目标。于步骤S12中，第二单元通过光学干涉的方式来测量角膜的一些性质。于步骤S14中，吹气模块根据一吹气样式产生一气体压力至角膜的表面，以使得角膜产生一变形。于步骤S16中，第一单元根据角膜所产生的变形来测量眼睛的眼压。于步骤S18中，中央处理模块接收并处理眼睛的眼压及角膜的该些性质，以提供一结果。
相较于现有技术，根据本发明的光学装置及其运作方法除了传统的非接触眼压计所能提供的眼压信息外，还可同时提供其它更多的信息，包含角膜的弹性、角膜的黏性、角膜的中间角膜厚度、角膜的轮廓、角膜的曲度及眼睛重量等信息，使得受测者能快速且有效率地完成眼科测试并同时得到想要的所有相关信息。
通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (10)

1.一种光学装置，应用于一眼睛的一角膜的非接触式检测及测量，其特征在于，该光学装置包含：
一吹气模块，用来根据一吹气样式产生一气体压力至该角膜的一表面，以使得该角膜产生一变形；
一光学测量模块，包含：
一第一单元，用来根据该角膜所产生的该变形来测量出该眼睛的一眼压；以及
一第二单元，用来通过一光学干涉方式来测量出该角膜的复数种性质；以及
一中央处理模块，分别耦接该第一单元及该第二单元，用来接收并处理该眼睛的该眼压及该角膜的该复数种性质，以提供一结果；
其中，该第二单元包含一光源、一耦合单元及一参考反射物，该光源发射一入射光至该耦合单元，并由该耦合单元将该入射光分为射向该参考反射物的一参考入射光以及射向该眼睛的该角膜的一样品入射光，当该角膜尚未受到该气体压力的作用而变形时，该耦合单元分别接收到该参考反射物所反射的一参考反射光以及未产生变形的该角膜所反射的一第一样品反射光并产生一第一光学干涉结果，该中央处理模块根据该第一光学干涉结果产生该角膜的一断层影像，并根据该角膜的该断层影像求得该角膜的中间角膜厚度、该角膜的轮廓及该角膜的曲度；当该角膜受到该气体压力的作用而产生变形后，该耦合单元分别接收到该参考反射物所反射的该参考反射光以及已产生变形的该角膜所反射的一第二样品反射光并产生一第二光学干涉结果，该中央处理模块比较该第一光学干涉结果与该第二光学干涉结果，以估算出该角膜的弹性、该角膜的黏性及该眼睛的重量。
2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该角膜的该复数种性质包含该角膜的弹性、该角膜的黏性、该角膜的中间角膜厚度、该角膜的轮廓及该角膜的曲度。
3.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，进一步包含：
一目标确认模块，用来先确认该眼睛的该角膜即为该光学装置欲检测或测量的一目标。
4.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该吹气样式包含该吹气模块产生该气体压力的时间长短、强度及频率。
5.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该第一单元包含一光学发射器及一光学接收器，在该角膜产生变形之前，该光学发射器发射一第一感测光至未变形的该角膜的该表面，并由该光学接收器接收到未变形的该角膜的该表面所反射的一第一反射光；当该角膜产生变形之后，该光学发射器发射一第二感测光至已产生变形的该角膜的该表面，并由该光学接收器接收到已产生变形的该角膜的该表面所反射的一第二反射光，该中央处理模块根据该第一反射光及该第二反射光得到两者之间的一信号变化量，并根据该信号变化量与该吹气样式之间的关系估算出该眼睛的该眼压。
6.一种运作一光学装置的方法，应用于一眼睛的一角膜的非接触式检测及测量，该光学装置包含一光学测量模块、一中央处理模块及一吹气模块，该光学测量模块包含一第一单元及一第二单元，其特征在于，该方法包含下列步骤：
(a)该第二单元通过一光学干涉方式来测量该角膜的复数种性质；
(b)该吹气模块根据一吹气样式产生一气体压力至该角膜的一表面，以使得该角膜产生一变形；
(c)该第一单元根据该角膜所产生的该变形来测量该眼睛的一眼压；以及
(d)该中央处理模块接收并处理该眼睛的该眼压及该角膜的该复数种性质，以提供一结果；
其中，该第二单元包含一光源、一耦合单元及一参考反射物，该光源发射一入射光至该耦合单元，并由该耦合单元将该入射光分为射向该参考反射物的一参考入射光以及射向该眼睛的该角膜的一样品入射光，当该角膜尚未受到该气体压力的作用而变形时，该耦合单元分别接收到该参考反射物所反射的一参考反射光以及未产生变形的该角膜所反射的一第一样品反射光并产生一第一光学干涉结果，该中央处理模块根据该第一光学干涉结果产生该角膜的一断层影像，并根据该角膜的该断层影像求得该角膜的中间角膜厚度、该角膜的轮廓及该角膜的曲度；当该角膜受到该气体压力的作用而产生变形后，该耦合单元分别接收到该参考反射物所反射的该参考反射光以及已产生变形的该角膜所反射的一第二样品反射光并产生一第二光学干涉结果，该中央处理模块比较该第一光学干涉结果与该第二光学干涉结果，以估算出该角膜的弹性、该角膜的黏性及该眼睛的重量。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该角膜的该复数种性质包含该角膜的弹性、该角膜的黏性、该角膜的中间角膜厚度、该角膜的轮廓及该角膜的曲度。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，于步骤(a)之前，该方法进一步包含下列步骤：
先确认该眼睛的该角膜即为该光学装置欲检测或测量的一目标。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，于步骤(b)中，该吹气样式包含该吹气模块产生该气体压力的时间长短、强度及频率。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该第一单元包含一光学发射器及一光学接收器；在该角膜产生变形之前，该光学发射器发射一第一感测光至未变形的该角膜的该表面，并由该光学接收器接收到未变形的该角膜的该表面所反射的一第一反射光；当该角膜产生变形之后，该光学发射器发射一第二感测光至已产生变形的该角膜的该表面，并由该光学接收器接收到已产生变形的该角膜的该表面所反射的一第二反射光；该中央处理模块根据该第一反射光及该第二反射光得到两者之间的一信号变化量，并根据该信号变化量与该吹气样式之间的关系估算出该眼睛的该眼压。
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