CN104127167A - 检眼镜中的改进以及与检眼镜相关的改进 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于扫描眼睛的视网膜的扫描激光检眼镜，包括：发射光束的光源，扫描中继元件，其中光源和扫描中继元件提供从眼睛的瞳孔点处的表面点源传递至眼睛的视网膜的光束的二维扫描，以及静态偏差校正元件(30)，其中静态偏差校正元件的形状被限定为提供对扫描中继元件中的至少一些的偏差的校正，静态偏差校正元件在检眼镜中的位置被选择为提供对扫描中继元件中的至少一些的偏差的校正，该位置保持了光束的从眼睛的瞳孔点处的表面点源至眼睛的视网膜的传递。本发明还提供偏差校正元件以及测定偏差校正元件的形状的方法。

Description

检眼镜中的改进以及与检眼镜相关的改进

技术领域

本发明涉及检眼镜中的改进以及与检眼镜相关的改进，具体涉及用于对检眼镜系统所引入图像中的偏差的校正。

背景技术

检眼镜通常包括用于将来自光源的光引导至与检眼镜的物面对齐的对象视网膜的一部分、并且用于在检测器中采集从对象视网膜的该部分反射的光的系统。大量光学元件和扫描元件(统称为扫描中继元件)被共同地用于对光进行引导和采集，而且采集到的光被用来形成对象视网膜的该部分的图像。由于扫描中继元件的光学特性，尤其在与广视场扫描中继元件相关时，检眼镜系统中会出现偏差。为此，视网膜空间信息可能丢失或者以比理论上可行的保真度低的保真度得到记录。尤其地，在检眼镜产生的图像的边缘部分可以看到模糊和变暗，使得图像质量更加不尽如人意。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于扫描眼睛的视网膜的扫描激光检眼镜，包括：

发射光束的光源，

扫描中继元件，

其中光源和扫描中继元件提供从眼睛的瞳孔点处的表面点源传递至眼睛的视网膜的光束的二维扫描，以及

静态偏差校正元件，静态偏差校正元件的形状被限定为提供对扫描中继元件中的至少一些的偏差的校正，静态偏差校正元件在检眼镜中的位置被选择为提供对扫描中继元件中的至少一些的偏差的校正，该位置保持了光束的从眼睛的瞳孔点处的表面点源至眼睛的视网膜的传递。

静态偏差校正元件的形状可被限定为具有沿元件的主轴和次轴空间变化的深度。静态偏差校正元件的深度可由至少一个预定数学函数限定。预定数学函数可包括至少一个多项式函数。预定数学函数可包括多项式函数的组合。预定数学函数可包括：

$s(x,y)=\underset{i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{p}_i(x,y)$

其中N是级中的多项式系数的数量，a_i是多项式项p_i的系数第i个，多项式是x和y中的幂级数，而且第一项是x，随后是y，随后是x*x，x*y，y*y等。

静态偏差校正元件可具有沿元件主轴的介于几微米至几百微米之间的深度。静态偏差校正元件可具有沿元件主轴的介于几微米至几百微米之间(例如130微米)的最大峰谷深度。静态偏差校正元件可具有沿元件次轴的介于几微米至几十微米之间的深度，例如50微米。静态偏差校正元件可具有毫米级的宽度，例如1.5mm。静态偏差校正元件可具有毫米级的长度，例如12mm。

静态偏差校正元件在检眼镜中的位置可被选择成使得静态偏差校正元件的主轴实质上平行于扫描中继元件的扫描补偿元件的主轴。静态偏差校正元件的位置可介于扫描中继元件的扫描补偿元件和第一扫描元件之间。静态偏差校正元件的位置可靠近第一扫描元件。静态偏差校正元件的位置可邻接第一扫描元件。静态偏差校正元件可附接至第一扫描元件。静态偏差校正元件可附接至或者代替了布置在第一扫描元件上的窗口。

静态偏差校正元件的定位具有很多优点。静态偏差校正元件的位置光束的从眼睛的瞳孔点处的表面点源至眼睛的视网膜的传递。可将静态偏差校正元件放置在空间地解析第一扫描元件产生的光束扫描的平面上。附接静态偏差校正元件至第一扫描元件的窗口或者利用静态偏差校正元件替换第一扫描元件的窗口，可避免在检眼镜中引入附加的光学表面，光学表面会导致在检眼镜中的破坏性的反向散射或重要的光学损失。静态偏差校正元件的定位(至少靠近第一扫描元件，尤其是在广视场检眼镜中)降低了偏差元件接收的光束扫描的空间程度，因此降低了偏差元件所要求的空间尺寸。

静态偏差校正元件可修改光束的相位以提供对扫描中继元件中的至少一些的偏差的校正。静态偏差校正元件可将元件的一个或多个相位特征强加在光束的相位上以提供偏差校正。静态偏差校正元件可利用作为元件的沿元件的主轴和次轴空间变化的深度的结果的一个或多个相位特征。

静态偏差校正元件可包括透射式相位掩模，其通过光束的折射修改光束的相位。透射式相位掩模可包括光学玻璃，其具有从电磁频谱的可见部分延伸至近红外部分的光谱透射。

静态偏差校正元件和扫描中继元件在眼睛瞳孔点处的表面点源处提供了基本准直的没有偏差的光束。眼睛聚集光束以便在眼睛视网膜的基本上所有扫描点处提供聚焦的光束斑。其可具有几微米或几十微米(例如20微米或更小)的直径。静态偏差校正元件和扫描中继元件可将光束聚焦至视网膜处的结构照明的多个斑上以便在检眼镜的图像中对视网膜空间信息进行编码。

本发明的扫描激光检眼镜提供了用于补偿扫描中继元件中的至少一些的偏差同时保持光束从眼睛瞳孔点处的表面点源至眼睛视网膜的传递的装置。这就在眼睛瞳孔点(其在眼睛视网膜的基本上所有扫描点处聚集至光束斑)处的表面点源处提供了基本准直的没有偏差的光束，这将导致能够在检眼镜的视网膜图像的基本所有部分保持期望的空间信息。扫描激光检眼镜可包括广视场或超广视场检眼镜。

本发明的扫描激光检眼镜可进一步提供补偿眼睛偏差的装置。偏差校正元件的形状可被限定为提供对扫描中继元件中的至少一些的偏差的校正以及对眼睛的偏差的校正。偏差校正元件的形状可被限定为具有沿元件主轴和次轴空间变化的深度以提供对扫描中继元件中的至少一些以及眼睛的偏差的校正。眼睛可以是参考多个真实眼睛定义的正常眼睛。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于根据本发明的第一方面的检眼镜的偏差校正元件。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于限定用于根据本发明的第一方面的检眼镜的偏差校正元件的形状的方法，包括：

(i)构建对包括检眼镜的系统的光学描述，

(ii)使得多个射线通过系统，

(iii)确定射线通过系统的路径，

(iv)利用射线的路径来将检眼镜的扫描中继元件中的至少一些的偏差测量为角度的函数，以及

(v)利用偏差测量来确定限定了偏差校正元件的形状的数学函数。

限定的偏差校正元件的形状可包括沿主轴和次轴空间变化的元件深度。

方法可进一步提供对眼睛偏差的补偿。方法可包括：

(i)构建对包括检眼镜和正常眼睛的系统的光学描述，

(ii)使得多个射线通过系统以多个角度撞击在正常眼睛的表面上，

(iii)确定射线通过系统的路径，

(iv)利用射线的路径来将检眼镜和正常眼睛的扫描中继元件中的至少一些的偏差测量为角度的函数，以及

(v)利用偏差测量来确定限定了偏差校正元件的形状的数学函数。

附图说明

现在将参考附图仅仅通过实例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明第一方面的检眼镜的示意表示；

图2是用于图1的检眼镜的根据本发明第二方面的偏差校正元件的示意表示；

图3是附接至扫描元件的图2的偏差校正元件的示意表示，以及

图4是示出根据本发明的第三方面的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

参见图1，检眼镜10包括发射光束13的光源12、扫描中继元件(包括第一扫描元件14、第二扫描元件16、扫描补偿元件18和扫描传递元件20)。第一扫描元件14包括旋转多边形镜，第二扫描元件16包括振荡平面镜。扫描补偿元件18包括椭球面镜，扫描传递元件20包括非球面镜。检眼镜10还包括偏差校正元件(未示出)。

光源12将入射光束13引导至第一扫描元件14。这就产生了第一垂直维度上的光束扫描(如射线A，B和C所示)。入射光束撞击在扫描补偿元件18上并从其反射至第二扫描元件16。这就产生了入射光束在第二水平维度上的扫描。入射光束随后撞击在具有两个焦点的扫描传递元件20上，第二扫描元件16被布置在第一焦点处，对象的眼睛22被布置在第二焦点处。撞击在扫描传递元件20上的来自第二扫描元件16的入射光束将被引导至眼睛22，并且将通过眼睛的瞳孔而且将撞击在眼睛视网膜的一部分上。光源12和检眼镜10的扫描中继元件组合以在眼睛瞳孔点处提供来自表面点源的入射光束13的二维扫描并将入射光束的二维扫描从表面点源传递至眼睛视网膜。当在视网膜上扫描入射光束时，其将从中反射以产生反射光束，反射光束通过检眼镜10的元件传递回去并被一个或多个检测器(未示出)接收。为了获取对象的眼睛22的视网膜的一部分的图像，在彼此垂直操作的第一和第二扫描元件14，16提供的光栅扫描模式下在视网膜部分上扫描来自光源12的入射光束，反射光束被一个或多个检测器接收。来自检测器的测量的时间序列被用来形成视网膜的数字图像。

检眼镜的扫描中继元件中的至少一些将在检眼镜10获取的图像中引入偏差。例如，偏差通过扫描补偿元件18和扫描传递元件20引入入射光束13。该偏差主要是一阶聚焦偏差而且根据光束角度变化。在其通过检眼镜10时，入射光束13还将与检眼镜中布置的偏差校正元件相互作用。其在检眼镜中定型并定位以提供对扫描中继元件中的至少一些(尤其是扫描补偿元件18和扫描传递元件20)的偏差的校正，同时保持将光束13从眼睛瞳孔点处的表面点源传递至眼睛22的视网膜。

图2图示出用于图1的检眼镜的静态偏差校正元件。静态偏差校正元件包括透射式相位掩模30。透射式相位掩模30的形状基本上为矩形，具有沿其长度(y方向)的主轴以及沿其宽度(x方向)的次轴。透射式相位掩模30的形状被限定为具有沿掩模的主轴和次轴空间变化的深度。透射式相位掩模30的深度由至少一个预定数学函数限定，包括：

$s(x,y)=\underset{i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{p}_i(x,y)$

其中N是级中的多项式系数的数量，a_i是多项式项p_i的系数第i个。多项式是x和y中的幂级数。第一项是x，随后是y，随后是x*x，x*y，y*y等。在本实施例中，N＝20而且系数(除以标准化半径R＝100mm，所以它们是无量纲的)为：a₁＝0,a₂＝1.515,a₃＝9.981,a₄＝0,a₅＝15.486,a₆＝0,a₇＝-2342.830,a₈＝0,a₉＝-635.766,a₁₀＝1026163.828,a₁₁＝0,a₁₂＝-30279.492,a₁₃＝0,a₁₄＝-5695.243,a₁₅＝0,a₁₆＝23929093.583,a₁₇＝0,a₁₈＝-145044.106,a₁₉＝0,a₂₀＝-14564.76025249。

在本实施例中，透射式相位掩模30具有沿主轴或掩模长度变化的深度，其中掩模的最大垂度(峰谷深度)大约是110微米。透射式相位掩模30具有大约1.5mm的宽度以及大约12mm的长度。透射式相位掩模30包括光学玻璃，其具有从电磁频谱的可见部分延伸至近红外部分的光谱透射。

参见图3，透射式相位掩模30在检眼镜中的位置介于检眼镜的扫描补偿元件18和第一扫描元件14之间，靠近第一扫描元件14。透射式相位掩模30被附接至第一扫描元件14的窗口32，以使得掩模30的主轴平行于检眼镜的扫描中继元件的扫描补偿元件18的主轴。

第一扫描元件14是旋转多边形镜。入射光束13在通向对象眼睛的道路上，通过窗口32，从多边形镜反射出来并通过透射式相位掩模30。旋转多边形镜14以变化的角度反射入射光束13，以产生沿第一垂直维度的入射光束13的扫描，如图1的线A、B和C所示。透射式相位掩模30在多边形镜14的窗口32上的位置使得能够通过透射式相位掩模30扫描入射光束13。

透射式相位掩模30具有沿掩模主轴和次轴变化的深度，因此提供了空间变化的深度和相应的空间变化的光学特性，包括沿掩模主轴和次轴的折射。在通过透射式相位掩模30扫描入射光束13时，掩模通过折射修改了光束的相位。作为掩模深度的结果的掩模相位特征被强加至光束相位。随着掩模深度沿着沿掩模主轴和次轴变化，入射光束的相位变化通过光束的两个正交轴改变。为了解决光束扫描在经过检眼镜10的剩余部分时所经受的变化偏差中的至少一些，入射光束扫描的相位变化的这种改变是必须的。光束13的扫描所碰到的检眼镜10的下一个扫描中继元件是扫描补偿元件18。该元件的偏差沿其主轴和次轴改变。通过限定改变透射式相位掩模30的深度并将掩模30的主轴大致定位成平行于扫描补偿元件18的主轴，允许掩模30提供对扫描补偿元件18的变化偏差的校正。光束13的扫描还会碰到检眼镜10的扫描中继元件的扫描传递元件20。扫描传递元件20的偏差也沿其主轴和次轴改变。同样，通过沿掩模的两个正交轴限定改变透射式相位掩模30的深度，允许掩模30提供对扫描传递元件20的偏差的校正。

除此之外，透射式相位掩模30的位置不会导致光束13的扫描方向的偏离。这就保持了光束13从眼睛瞳孔点处的表面点源至眼睛视网膜的传递。

透射式相位掩模30的形状修改了光束13的扫描相位以使得在传播通过检眼镜之后，其包括眼睛瞳孔点处的表面点源处的基本准直的没有偏差的光束，该光束被传递至眼睛22并被眼睛聚焦在针对与对象眼睛22的视网膜对齐的检眼镜10物面的每个视野扫描点的清晰斑(大约20微米或更小)上。在当前检眼镜图像中导致模糊和变暗的偏差被减小或消除，而且这导致能够在本发明的检眼镜的视网膜图像的几乎所有部分保持期望的空间信息。

参见图4，描述了一种确定用于检眼镜10的偏差校正元件的深度的方法。首先构建对包括检眼镜的系统的光学描述(步骤50)。随后使得多个射线通过系统(步骤52)。多个角度应该使得射线撞击至模型眼的表面上的点的基本完整且均匀的分布。随后确定射线通过系统的路径(步骤54)，而且利用射线的路径来将检眼镜的扫描中继元件中的至少一些的偏差测量为角度的函数(步骤56)。随后，利用偏差测量来确定限定了偏差校正元件沿主轴和次轴的空间可变深度的数学函数(步骤58)。

可以理解的是，上述检眼镜、偏差校正元件和方法也可用于提供对眼睛偏差的校正。

Claims (15)

1.一种用于扫描眼睛的视网膜的扫描激光检眼镜，包括：

发射光束的光源，

扫描中继元件，

其中光源和扫描中继元件提供从眼睛的瞳孔点处的表面点源传递至眼睛的视网膜的光束的二维扫描，以及

静态偏差校正元件，静态偏差校正元件的形状被限定为提供对扫描中继元件中的至少一些的偏差的校正，静态偏差校正元件在检眼镜中的位置被选择为提供对扫描中继元件中的至少一些的偏差的校正，该位置保持了光束的从眼睛的瞳孔点处的表面点源至眼睛的视网膜的传递。

2.根据权利要求1所述的扫描激光检眼镜，其中静态偏差校正元件的形状被限定为具有沿元件的主轴和次轴空间变化的深度。

3.根据权利要求2所述的扫描激光检眼镜，其中静态偏差校正元件的深度由至少一个预定数学函数限定。

4.根据权利要求3所述的扫描激光检眼镜，其中预定数学函数包括至少一个多项式函数。

5.根据权利要求4所述的扫描激光检眼镜，其中预定数学函数包括：

$s(x,y)=\underset{i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{p}_i(x,y)$

其中N是级中的多项式系数的数量，a_i是多项式项p_i的系数第i个，多项式是x和y中的幂级数，而且第一项是x，随后是y，随后是x*x，x*y，y*y等。

6.根据任一前述权利要求所述的扫描激光检眼镜，其中静态偏差校正元件在检眼镜中的位置被选择成使得静态偏差校正元件的主轴实质上平行于扫描中继元件的扫描补偿元件的主轴。

7.根据任一前述权利要求所述的扫描激光检眼镜，其中静态偏差校正元件的位置介于扫描中继元件的扫描补偿元件和第一扫描元件之间。

8.根据权利要求7所述的扫描激光检眼镜，其中静态偏差校正元件附接至或者代替了布置在第一扫描元件上的窗口。

9.根据任一前述权利要求所述的扫描激光检眼镜，其中静态偏差校正元件修改光束的相位以提供对扫描中继元件中的至少一些的偏差的校正。

10.根据权利要求9所述的扫描激光检眼镜，其中静态偏差校正元件将元件的一个或多个相位特征强加在光束的相位上以提供偏差校正。

11.根据权利要求10所述的扫描激光检眼镜，其中静态偏差校正元件利用作为元件的沿元件的主轴和次轴空间变化的深度的结果的一个或多个相位特征，以提供偏差校正。

12.根据权利要求9至11中任意一项所述的扫描激光检眼镜，其中静态偏差校正元件包括透射式相位掩模，其通过光束的折射修改光束的相位。

13.根据任一前述权利要求所述的扫描激光检眼镜，其中偏差校正元件的形状被限定为提供对扫描中继元件中的至少一些的偏差的校正以及对眼睛的偏差的校正。

14.一种用于根据权利要求1至13中任意一项所述的检眼镜的偏差校正元件。

15.一种限定用于根据权利要求1至13中任意一项所述的检眼镜的偏差校正元件的形状的方法，包括：

(i)构建对包括检眼镜的系统的光学描述，

(ii)使得多个射线通过系统，

(iii)确定射线通过系统的路径，

(iv)利用射线的路径来将检眼镜的扫描中继元件中的至少一些的偏差测量为角度的函数，以及

(v)利用偏差测量来确定限定了偏差校正元件的形状的数学函数。