CN104665763B - 眼科设备以及控制该眼科设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种眼科设备以及控制该眼科设备的方法。眼科设备包括：扫描单元，用于在被检眼的眼底上扫描测量光束；调节单元，用于针对沿着投射在眼底上的测量光束的光轴设置的多个摄像面进行焦点调节；校正单元，用于校正被检眼中生成的像差；摄像单元，用于针对多个摄像面进行摄像；以及计算单元，用于在获得第一摄像面的图像的情况下以及在获得在光轴方向上距离第一摄像面预定距离的第二摄像面的图像的情况下，与被检眼的屈光度相对应地计算焦点偏移量。调节单元根据计算单元的计算结果进行焦点调节。

Description

眼科设备以及控制该眼科设备的方法

技术领域

本发明涉及一种眼科设备以及控制该眼科设备的方法，更特别地，涉及一种用于以高分辨率获取被检者的眼底的微小部位的图像的眼底摄像设备。

背景技术

已知一种技术，其通过利用布置在与被检眼的瞳孔近似共轭的位置的波前传感器来检测投射在眼底上的光的反射光束的波前像差，并且通过利用像差校正装置校正被检测为波前像差的被检眼的像差。还进行了研究，以通过利用像差校正技术以高分辨率获取眼底的微小部位的图像，并且在诊断中使用关于视细胞的形状和密度、血细胞的流动、神经纤维层的走向、损伤等的信息。

在校正像差时获取到眼底的图像的情况下，获得具有几微米的分辨率的图像。由于该光学系统具有高NA，因此景深浅，并且因此得到的图像限定于深度方向上几十微米范围内的信息。作为结果，由于能够只观察到关注层的图像，因此临床的价值高。然而，在视网膜内的临床关注组织在深度方向上从色素上皮到神经纤维层有大约数百微米的间隙。因此，为了观察组织，需要对个别的组织或者层再聚焦。此外，由于关于各层的厚度等的立体信息在诊断中也是有用的，因此还需要形成三维成像信息或者形成以精确的大小显示的三维图像。

日本特开2010-259543公开了一种用于通过利用共焦显微镜获得关于被摄体的三维信息的技术。由于通过该技术，在将放置被摄体的台相对于固定的光学系统定量地移动的情况下执行立体摄像，因此获得精确的立体信息。然而，需要通过眼球的光学系统对眼底摄像。因此，即使在以与日本特开2010-259543中所公开的技术的情况相似的方式移动作为被摄体的被检眼的情况下，也不能够精确地改变被摄体的光学位置。此外，存在这样的问题，即由于向被检眼施加屈光不正、心跳、调整微动、头部的运动等，因此难以执行在深度方向上具有精确的尺寸信息的立体摄像。

发明内容

考虑到以上情况，因此本发明的目的在于获得在深度方向上具有精确的尺寸信息的被检眼的立体眼底图像。为了实现上述目的，根据本发明的一个实施例，提供一种眼科设备，包括：扫描单元，用于在被检眼的眼底上投射并且扫描测量光束；调节单元，用于针对在投射在所述眼底上的测量光束的光轴的方向上位置彼此不同的多个摄像面执行焦点调节；摄像单元，用于针对所述多个摄像面进行摄像；以及计算单元，用于与所述被检眼的屈光度相对应地，计算在获得所述多个摄像面中的第一摄像面的图像时以及在获得所述多个摄像面中的在所述光轴的方向上与所述第一摄像面相距预定距离的第二摄像面的图像时的焦点偏移量，其中，所述调节单元根据所述计算单元的计算结果来执行所述焦点调节。

本发明还提供一种眼科设备，包括：调节单元，用于针对在投射在被检眼的眼底上的测量光束的光轴的方向上位置彼此不同的多个摄像面执行焦点调节；摄像单元，用于针对所述多个摄像面进行摄像；以及计算单元，用于与所述被检眼的屈光度相对应地，计算在获得所述多个摄像面中的第一摄像面的图像时以及在获得所述多个摄像面中的在所述光轴的方向上与所述第一摄像面相距预定距离的第二摄像面的图像时的焦点偏移量，其中，所述调节单元根据所述计算单元的计算结果来执行所述焦点调节。

本发明还提供一种控制眼科设备的方法，包括：在被检眼的眼底上投射并且扫描测量光束；针对在投射在所述眼底上的测量光束的光轴的方向上位置彼此不同的多个摄像面执行焦点调节；针对所述多个摄像面进行摄像；以及计算步骤，用于与所述被检眼的屈光度相对应地，计算在获得所述多个摄像面中的第一摄像面的图像时以及在获得所述多个摄像面中的在所述光轴的方向上与所述第一摄像面相距预定距离的第二摄像面的图像时的焦点偏移量，其中，根据所述计算步骤的计算结果来执行所述焦点调节。

根据本发明的一个实施例，能够在不增加设备的大小的情况下获得在深度方向上具有精确的尺寸信息的被检眼的立体眼底图像。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的眼科摄像设备的结构的图。

图2是示出被检眼的眼底的层结构的图。

图3是示出在焦点位置和与从基准面的偏移量相对应的屈光度之间的关系的图。

图4是以数值示出图3中示出的关系中的主要点的表。

图5是示出在本发明的第一实施例中用于获取立体图像的操作的流程的流程图。

图6是示出根据本发明的第二实施例的眼科摄像设备的结构的图。

图7是示出在本发明的第二实施例中获得的图像的示例的图。

图8是示出在本发明的第二实施例中获得的图像的另一示例的图。

图9是示出在本发明的第二实施例中用于获取立体图像的操作的流程的流程图。

图10A是示出本发明的第二实施例中的图像的示例的图。

图10B是示出本发明的第二实施例中的图像的另一示例的图。

具体实施方式

现将参考附图详细说明本发明的实施例。通过各个实施例的设备能够获取例如构成人的视网膜的层的图像。

第一实施例

设备结构

现参考图1说明根据本发明的第一实施例的眼底摄像设备。

光源1在眼底上形成用于波前测量的点光束。光源1是激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、灯等，并且只需要具有处于近红外范围中的波长。在第一实施例中，将中心波长为760nm并且波长的带宽为大约20nm的超辐射发光二极管(SLD)用作光源1。透镜2对从光源1发射的光束进行准直。调焦透镜3在光轴上移动，由此在被检眼的眼底上形成最佳光斑图像。分光镜4具有透过从光源1发射的波长760nm的光束并且反射从光源31发射的波长920nm的光束的特性。

分光半透半反镜6具有反射从光源1发射的光束的50％并且透过从光源1发射的光束的50％、透过从光源25发射的波长在840nm附近的光束并且反射从光源31发射的波长在920nm附近的光束的特性。从光源1到分光半透半反镜6的组件构成像差测量光束投射系统。以使得前侧焦点位置与被检眼的瞳孔Ep大致一致的方式配置透镜7。透镜8具有与透镜7的后侧焦点位置公共的前侧焦点位置，并且配置为使得后侧焦点位置与下面说明的高速扫描部12的反射面一致。透镜7和透镜8构成第一光瞳摄像光学系统。

分光镜9具有透过光源1的波长的光束和光源25的波长的光束并且反射光源31的波长的光束的特性。固视目标光学系统的透镜10在光轴方向上移动并且配置为焦点可调节的。诸如检流扫描器等的扫描部11执行副扫描。诸如检流扫描器、共振扫描器或者多面镜等的高速扫描部12(是指与扫描部11相比以更高的速度操作)执行主扫描。通过这些扫描部将主扫描和副扫描组合执行针对投射在眼底上的光束的二维扫描。扫描部11和12与第一实施例中扫描单元的一方面相对应，该扫描单元的一方面用于在被检眼的眼底上投射并且扫描具有各种波长带的光束作为测量光束。

分光镜13具有反射从光源31发射的波长带920nm的光束并且透过从光源25发射的波长带840nm的光束的特性。调焦透镜14在光轴方向上(在箭头表示的方向上)移动，由此执行焦点调节。调焦透镜14与第一实施例中用于针对投射在眼底上的测量光束的光轴方向上的多个摄像面执行焦点调节的调节单元的一方面相对应。棱镜块15包括自由曲面15a、15b、15d和15e以及反射面15c。各自通过硅基液晶(LCOS)或者可变形镜(DM)示例的像差校正装置16和17配置在棱镜块15的侧面上。

LCOS通过利用液晶分子的双折射性控制光束的相位，由此校正光束的波前。通过接触液晶分子的取向层的方向确定液晶的取向，并且通过取向层的方向确定使得能够控制波前的偏光方向。即，通过一个LCOS，仅仅能够校正P偏光成分和S偏光成分之一的波前。因此，为了校正全部波前，必须使用取向层的方向配置为彼此成直角的两个LCOS。因此，以使得其取向层的方向彼此成直角的方式配置LCOS 16和17。

此外，由于DM能够在不依赖偏光的情况下校正像差，因此能够通过一个DM执行像差的校正。然而，因为DM昂贵并且其分割数小，因此在第一实施例中描述了使用LCOS的示例。

棱镜块15的曲面15a使透过透镜14的平行光在LCOS 16上成像、棱镜块15的曲面15b将LCOS 16上成像的光瞳的图像投射到无限远并且棱镜块15的曲面15e再次在LCOS 17上将光瞳的图像成像。此外，棱镜块15的曲面15d再次将在LCOS 17上成像的光瞳的图像投射到无限远。

设置镜18和透镜19。分光镜20具有反射像差测量光源1的波长的光束并且透过光源25的波长的光束的特性。设置透镜21。光圈22配置在大致与眼底共轭的位置并且截止来自被检眼等的角膜的反射光束。设置透镜23。波前像差检测装置24是哈特曼夏克(HartmannShack)传感器等。从透镜7到波前像差检测装置24的组件构成像差测量光学系统。因此，通过这些光学系统将像差校正装置16和17、高速扫描部12和波前像差检测装置24配置为与被检眼的瞳孔Ep共轭。这些像差校正装置16和17与第一实施例中用于校正被检眼中生成的像差的校正单元的部分结构的一方面相对应。

透过光束的10％并且反射光束的90％的半透半反镜27配置在分光镜20的透过光路中。此外，透镜28、共焦光圈29以及诸如光电二极管(PD)、APD或者PMT等的光接收元件30配置在分光镜20的反射光路上。此外，透镜26和光源25配置在半透半反镜27的透过光路上。如第一实施例中后面所描述的，光接收元件30构成能够获取在光轴方向上以预定间隔配置的多个摄像面的图像的摄像单元的一方面。

光源25是用于以高分辨率获取眼底的图像的AO-SLO的光源，并且还是用于发射波长840nm并且半宽度大约50nm的光束的SLD光源。尽管该光源25可以是正常的激光或者LD，在使用宽带宽的SLD光源的情况下，能够减小表现为图像上的噪声的斑点的影响。从透镜14到光接收元件30以及从透镜14到光源25的上述组件构成作为用于以高分辨率获取眼底的微小部位的图像的波前校正眼底摄像光学系统(以下称作“AO-SLO光学系统”)的第三光学系统。

用于获取广角眼底图像的SLD光源31发射波长920nm的光束。设置准直透镜32和镜33。穿孔镜34在中心部具有开口。从光源31发射的光束通过穿孔镜34的开口，并且通过开口的周围的镜部反射来自眼底的返回光束。设置镜35。以可控制的方式配置调焦透镜36以使得在光轴上移动。设置镜37和透镜38。透镜38与透镜5一起构成第二光瞳摄像光学系统。此外，透镜39、共焦光圈40和诸如光电二极管(PD)、APD或者PMT等的光接收元件41配置在穿孔镜34的反射方向上。从透镜36到光源31以及从透镜36到光接收元件41的上述组件构成作为广视角眼底摄像光学系统(以下称作“WF-SLO光学系统”)的第四光学系统。

此外，设置控制电路50、操作面板51和显示部52。后面说明这些组件50、51和52的处理操作。

广角眼底摄像

接下来，说明使用该眼底摄像设备的摄像方法。在操作员观察以广角获取的被检眼的眼底的图像的情况下，操作员首先执行焦点的粗调节以及固视目标的调节。

首先，操作员在操作面板51上操作WF开关51a，由此选择广视角摄像。

通过控制电路50上的CPU 50b检测对WF开关51a的输入以开启光源31。作为结果，扫描部11和12开始以针对广视角摄像的角度执行扫描，并且利用固视目标呈现部42呈现固视目标。从光源31发射的波长在920nm附近的光束通过透镜32准直、通过镜33在图1中向上反射并且通过穿孔镜34的开口部以成为通过透镜35和36的大致平行光束。然而，为了焦点调节以使得在光轴方向上(在通过图1中的箭头表示的方向上)可移动的方式构造透镜36。

产生的光束通过分光镜13反射、分别通过高速扫描部12和扫描部11主扫描和副扫描并且通过分光镜9和镜37反射，以通过透镜38在透镜5的焦点位置附近成像。此外，产生的光束通过分光镜4反射并且通过透镜5转换为平行光束以通过被检眼的瞳孔Ep在眼底Er上成像。来自眼底Er的反射光束再次反向通过入射光路，并且通过穿孔镜34的周围的镜部反射以通过透镜39会聚在共焦光圈40上。已通过光圈40的光束到达光接收元件41，其随之将光束转换为电信号。产生的电信号通过A/D转换器50a被转换为数字数据并且存储在存储器50c中。同时，创建图像数据以显示在显示部52上。

摄像部位的选择

操作员通过查看显示部52上所显示的眼底的图像来选择摄像部位。在显示部52的中心部显示表示用于以高分辨率获取图像的区域的符号52a。操作员操作固视目标操作开关51f以使得眼底上的关注部位进入该框中。作为结果，改变了在包括LED阵列、液晶显示器、有机EL显示器等的固视目标呈现部42上的指标呈现位置。由从固视目标呈现部42发射的可见光形成的指标图像通过透镜10，并且透过分光镜9以通过镜37反射。所反射的光束通过透镜38在透镜5的焦点的位置附近成像、通过透镜5被投射到大致无限远并且通过被检眼的瞳孔Ep以在眼底Er附近成像。

被检者固视该指标，以由此引导他/她的视线，并且因此显示在显示部52上的眼底部位移动。操作员连续地操作固视目标操作开关51f直到眼底上的期望部位进入表示摄像区域的符号52a。

屈光度调节

此外，在操作员查看显示部52上显示的眼底的图像的情况下操作员操作焦点调节开关51d和51e，由此针对焦点调节控制透镜36的位置。WF-SLO光学系统的调焦透镜36、AO-SLO光学系统的调焦透镜14、像差测量光束投射光学系统的调焦透镜3以及固视目标投射光学系统的调焦透镜10连接至位置能够通过步进电动机(未示出)控制的直线运动平台。作为结果，通过从CPU50b对各个平台的坐标数据输入，能够分别将调焦透镜36、调焦透镜14、调焦透镜3和调焦透镜10移动至任意的位置。

已检测到对焦点调节开关51d和51e的输入的CPU 50b根据存储在存储器50c中的坐标表以与相同的屈光度相对应的比率驱动调焦透镜36、调焦透镜3、调焦透镜10和调焦透镜14。作为结果，通常能够保持四个光学系统大致相同的屈光度(相等的屈光度)。

即，在第一实施例中，用于使得被检眼能够固视的包括固视目标呈现部42的固视单元，包括在包括作为摄像元件的光接收元件30的摄像光学系统中，以由此调节与被检眼的相对位置关系。此外，如上所述，固视单元能够与摄像光学系统的调焦单元结合执行焦点调节。注意，作为第一实施例的另一方面，只有固视目标投射光学系统的调焦透镜10能够与用于其它焦点调节的透镜等分开驱动。即，在第一实施例中示出其一方面的调节单元可以与通过固视单元进行的焦点调节独立地执行针对摄像面的焦点调节。作为结果，即使在测量光束的焦点位置改变的情况下，也能够防止被检眼试图聚焦在测量光束上。

像差测量

在完成与被检眼的对准以及焦点的粗调整后，执行被检眼的波前像差校正。操作员操作像差校正开关51b。已检测到对像差校正开关51b的输入的CPU50b关闭光源31、停止扫描部11和12并且开启光源1。

从光源1发射的波长760nm的光束通过准直透镜2准直并且透过调焦透镜3和分光镜4以在透镜5的焦点的位置附近成像。作为结果，从光源1发射的光束变为平行光束。接着，通过分光半透半反镜6反射的光束的大约一半入射被检眼的瞳孔Ep以在视网膜Er上形成点光束。

该点光束通过视网膜Er反射，并且再次通过被检眼的瞳孔Ep以透过分光半透半反镜6。已透过分光半透半反镜6的光束的50％通过透镜7和透镜8，并且透过分光镜9以通过扫描部11和12被反射。此时，扫描部11和12被固定至原点位置。

注意，为了二维地扫描眼底，以使得通过扫描部12反射的光束在垂直于纸面的方向上反射的方式配置扫描部12。然而，为了容易表示，在平面内绘制与扫描部12相关联的光轴。

通过扫描部11和12所反射的光束透过分光镜13以入射棱镜块15。入射光束通过自由曲面15a反射以通过LCOS 16反射。反射光束还通过自由曲面15b、反射面15c和自由曲面15e反射以到达LCOS 17。在光束已通过LCOS 17反射并且还通过自由曲面15d反射后，光束接着从棱镜块15出射。由银、金、铝等制成的金属膜沉积在上述自由曲面15a、15b、15d和15e上，因此自由曲面15a、15b、15d和15e反射光束。

已从棱镜块15出射的光束通过镜18反射、通过透镜19成为平行光束、通过分光镜20反射并且通过透镜21会聚在光圈22的开口部上以通过透镜23在波前像差检测装置24上成像。波前像差检测装置24包括微型透镜阵列以及放置在微型透镜阵列的焦点面上的诸如CCD等的摄像元件。将微型透镜阵列配置为以使得与被检眼的瞳孔Ep大致共轭。由于这个原因，微型透镜阵列将从被检眼的瞳孔Ep出射的光束分割为针对每个区域的部分，并且将产生的光束会聚在CCD的面上。将由此会聚的光束作为图像信息读出。因此，从关于单个点位置的信息能够获得被检眼的波前像差。

为了校正波前像差，CPU 50b计算所要输入至LCOS 16和17的数据。CPU50b将该控制信息输出至LCOS 16和17，以由此控制波前。作为结果，波前像差检测装置24上的点位置被校正，并且再次计算波前像差。在波前像差的均方根(RMS)收敛以使得为0.05λ或者更小的情况下该反馈控制结束。

AO摄像

在已经以这种方式完成摄像部位的选择的情况下，执行用于以高分辨率获取微小区域的图像的AO-SLO摄像。已检测到对AO摄像开关51c的输入的CPU 50b关闭光源31、开启光源25并且将扫描部11和12的扫描角度改变至各自与AO-SLO的摄像视角相对应的扫描角度。作为结果，通过透镜26准直从光源25发射的波长在840nm附近的光束。因此，产生的光束的10％透过半透半反镜27。

光束通过分光镜20和透镜19，并且通过镜18反射以入射棱镜块15。这里，以与上述相同的方式，光束通过自由曲面15e、15d、15b和15a、反射面15c和LCOS 17和16反射以从棱镜块15出射。如上所述，由于LCOS 16和17调制光束的相位以使得消除被检者的波前像差，因此消除了被检者的波前像差的像差被添加至从棱镜块15出射的光束。相关的光束透过透镜14和分光镜13，并且通过扫描部12和11二维地扫描。接下来，相关的光束透过分光镜9，并且通过透镜8和透镜7以透过分光半透半反镜6，以由此通过被检眼的瞳孔Ep到达眼底Er。

例如在眼底Er上具有大约0.3mm×0.3mm的大小的微小区域上扫描相关光束。此外，由于校正被检眼的像差的像差通过LCOS 16和17添加至相关光束，因此在被检眼的眼底Er上以不含像差的状态形成光斑。例如，在把对瞳孔Ep的入射光束的光束直径设置为4mm直径的情况下，眼底Er上的光斑直径聚焦至大约5μm。

从眼底Er反射的光束反向通过入射光路，由此通过分光半透半反镜6、透镜7、透镜8和分光镜9。之后，相关光束通过扫描部11和12被逆扫描以取消扫描，并且通过透镜14以入射棱镜块15。接着，以与上述相同的方式，相关光束通过LCOS 16和17调制其相位并且从棱镜块15出射。由于通过LCOS 16和17校正了从被检眼生成的波前像差，因此从棱镜块15出射的光束变为校正了像差的平行光束。

产生的光束通过镜18反射以通过透镜19并且通过分光镜20。接着，光束的90％通过半透半反镜27反射。反射后的光束通过透镜28会聚在共焦光圈29的开口部上。通过包括诸如光电二极管等的光电转换装置的光接收元件30接收已透过共焦光圈29的光束以转换为电信号。所得到的电信号被输入至控制电路50、在A/D转换部50a中转换为数字数据、记录在存储器50c中并且转换为图像数据以显示在显示部52上。

操作员通过查看显示部52上显示的高分辨率图像以确认摄像部位和图像质量，并且通过操作焦点调节开关51d和51e以执行聚焦的细微校正等。之后，在没有问题的情况下，操作员操作记录开关51g。作为结果，在短时间段内获取的图像作为图像数据并附加有文件名记录在存储器50c中。以上是基本的摄像步骤。

被摄体与焦平面之间的关系

接下来，说明在作为被摄体的视网膜与焦平面之间的关系。图2是示出被检眼的眼底的层结构的视图。如图2中所示，视网膜包括许多层。用于像差测量的从光源发射的光束大部分通过色素上皮反射，因此以该平面作为基准执行焦点调节。在想要获得立体信息的情况下，优选为以该面为基准，在光轴上、即眼底的深度方向上以预定间隔获取AO-SLO图像，并且基于图像数据形成立体图像。

图3是在对焦点调节机构赋予给定的偏移量的情况下，当例如以15μm的间隔获得图像数据时，以屈光度的形式示出焦点偏移量的图。在图3中，横轴表示光轴方向上的距离(焦点位置)，并且纵轴表示基准面的屈光度。多个图与被检者的不同屈光度相对应。图的主要点的实际数值在图4的表格中示出。

例如，在想要获取与基准面相距120μm的部位的图像的情况下，针对-10D的被检者需要将焦点改变至0.2877D、针对-5D的被检者需要将焦点改变至0.3499D、针对0D的被检者需要将焦点改变至0.4182D、针对+5D的被检者需要将焦点改变至0.4926D并且针对+10D的被检者需要将焦点改变至0.5731D。此外，在想要获取与基准面相距240μm的部位的图像的情况下，针对-10D的被检者需要将焦点改变至0.5789D、针对-5D的被检者需要将焦点改变至0.7044D、针对0D的被检者需要将焦点改变至0.8423D、针对+5D的被检者需要将焦点改变至0.9928D并且针对+10D的被检者需要将焦点改变至1.1559D。

即，即使在想要获取处于与基准面距离相等的位置的图像的情况下，实际赋予焦点调节机构的偏移量也根据被检眼的屈光度而不同。因此，为了使焦平面偏移精确的尺寸，需要根据被检者的屈光度赋予焦点调节机构不同的焦点偏移。此外，为了执行在偏移量尺寸上精确的立体摄像，必须根据被检者的屈光度以不同的屈光度间隔(步长)控制焦点调节机构。为了将其实现，需要预先存储与被检者的屈光度相对应的摄像间隔的表格或者函数。

立体摄像

接下来，描述在执行立体摄像的情况下的过程的细节。

首先，操作员输入立体摄像的深度方向上的范围(3D_width)以及摄像间隔(3D_step)。接下来，在操作员观察在上述过程中获得的以广视角获取的图像的情况下，操作员利用固视目标呈现部42执行所要拍摄的部位的指定，并且通过焦点调节开关51d和51e的操作执行焦点调节。接着，操作员操作立体摄像执行开关51h。作为结果，根据CPU 50b的操作，信标光源1发射光束，并且像差测量光束被投射到被检眼的眼底上。通过波前传感器24接收像差测量光束的返回光束。此外，根据所形成的哈特曼(Hartmann)图像计算波前像差，并且输出像差成分的系数。CPU 50b创建与由此输出的像差成分的系数相对应的校正图像，并且将关于校正图像的数据输出至LCOS 16和17。此外，将与像差成分的散焦有关的量(散焦屈光度＝AO_def)转换为屈光度并且所得到的屈光度记录在存储器50c中。

CPU 50b利用散焦屈光度AO_def计算在立体摄像时要给出的焦点偏移量，并且调节调焦透镜的位置。实际的调焦透镜具有使得通过能够定量地管理线性电动机、步进电动机等的位置的致动器来驱动的结构。此外，表示与被检者的屈光度相对应的调焦透镜的位置的数据存储在存储器50c中。作为结果，控制调焦透镜的位置使得能够将光学系统的屈光度设置为任意值。

焦点偏移量的计算

对于如下的情况给出说明：假定被检眼的焦距为17mm、3D_width＝300μm并且3D_step＝15μm，即在以15μm的间隔移动摄像面的情况下获取21个图像以由此形成立体图像。

基于与散焦有关的像差量AO_def和通过以广角摄像所获得的焦点调节量(WF_diop)，能够获得被检者的屈光度(sub_diop)。CPU 50b基于得到的屈光度信息计算用于以所输入的立体摄像间隔(3D_step)改变摄像面的焦点偏移量Image_diop(k)。该Image_diop(k)如下。

Image_diop(0)：被检者的屈光度(＝sub_diop)

Image_diop(1)：与sub_diop相距15μm的位置相对应的屈光度

Image_diop(k)：与sub_diop相距15×k(μm)的位置相对应的屈光度

Image_diop(n)：与sub_diop相距15×n＝300(μm)的位置相对应的屈光度(其中k是0≤k≤n的整数)

此外，用于获得Image_diop(k)的计算方程如下所述。

Image_diop(k)＝-(1/f-1/(back_d-3D_step×k/1000))×1000

其中，back_d＝(1/f+1/(1000/sub_diop))^(-1)、f表示被检者的眼的焦距(在这种情况下为17mm)、back_d表示从眼到摄像面的距离并且sub_diop表示被检者的屈光度(＝AO_def+WF_diop)。

CPU 50b如上所述针对n个图像计算焦点偏移量并且将n个图像的焦点偏移量存储在存储器50c中。首先，根据该值以Image_diop(0)执行摄像。在一次摄像完成后，将调焦台移动至Image_diop(1)、再次顺次执行摄像，因此按顺序获取调焦位置不同的n个图像，由此完成立体摄像。在这种情况下，通过摄像获得的屈光度信息Image_diop(k)也与图像记录在一起。

上述的摄像流程在图5的流程图中再次示出。

在步骤S1中，根据以广视角预先获取的图像获得焦点调节量(WF_diop)。此外，在步骤S2中，记录在像差测量中获得的与散焦有关的像差量(AO_def)。注意，步骤S1和步骤S2的顺序可以颠倒。接着，在步骤S3中，基于由此获得的焦点调节量和像差量获得被检者的屈光度(sub_diop)，并且接着将其记录。在步骤S4中，与屈光度信息相对应地计算用于获取第k层的图像的屈光度(Image_diop(k))。在步骤S5中将1代入k后，在摄像屈光度k按顺序以1为单位增大的情况下重复地执行步骤S6至S8，由此获取多个图像。在获得与存储在存储器50c中的N个焦点偏移量相对应的n个图像的情况下，流程进入步骤S9，并且立体摄像结束。

在上述的操作中，以与被检眼的屈光度相对应的方式计算在获得多个摄像面中第一摄像面的图像时以及在获得在光轴方向上距离第一摄像面预定距离的第二摄像面的图像时的焦点的偏移量。此外，上述焦点调节单元根据该计算结果执行焦点调节。在示例为第一实施例中计算单元的一方面的CPU50b中的功能区域中执行该计算。此外，CPU 50b还包括模块区域，其用作用于通过例如合成根据多个摄像面获得的图像来获取作为三维图像的立体图像、即用于形成三维图像的单元。

此外，尽管在第一实施例中，在测量光束的光轴上以任意间隔或者预定间隔配置摄像面，但是也可以以预定相等间隔配置这些摄像面。在这种情况下，计算单元与当以预定相等间隔配置这些摄像面的情况下的屈光度的改变量相对应地计算焦点偏移量。通过采用此结构，尽管就作为单体的立体眼底图像而言尺寸精度降低了，但是能够获得这样的效果：通过多个被检眼的标准化形式显示而简化了比较，或者降低了对计算单元所施加的负担。

注意，优选为在将摄像面从配置了上述摄像面的光轴上的基准位置(图2中存在色素上皮的面的位置)移位到配置第二摄像面的摄像位置的情况下的图像信息与关于相对于基准位置的距离的信息一起记录在上述存储器50c中。在这种情况下，将存储器50c示例为在第一实施例中用于将距离信息与图像信息一起记录的记录单元的一方面。此外，将显示部52示例为第一实施例中在显示所得到的图像时还能够将图像信息与距离信息一起显示的显示单元的一方面。

通过LCOS的焦点变化

这里，需要时间以获取上述的多个图像，因此容易发生摄像部位的变化。由于这个原因，需要在尽可能短的时间段内获取n个图像。尽管可以通过移动调焦透镜的位置来控制针对立体摄像的焦点偏移，但是需要时间来驱动和停止用于控制透镜位置的电动机。接着，在使用像差校正装置的散焦调节的情况下，与其它情况相比能够缩短摄像时间，因为能够快速地移位摄像位置。

此外，不在以相等间隔布置的全部的摄像位置进行摄像，并且通过跳过任何相对不太关注的部分从而能够缩短摄像时间。在这种情况下，尽管未获得中间跳过的部分的图像数据，但是立体信息未受损失，因为精确地知道在拍摄的部分与基准位置之间的距离。

对于通过以这种方式获取的图像所构造的立体图像，基于被检者的屈光度计算深度方向上的摄像间隔。因此，即使在被检眼与不同屈光度相对应的情况下，利用精确的偏移量也能够摄像，因此能够获得在深度方向上具有精确的尺寸的立体信息。在拍摄许多被检者以收集统计数据的情况下深度方向上的精确的立体信息特别重要。此外，即使在将关于神经纤维层与视网膜神经上皮层的薄化等的数据与关于健康的眼的数据相比较以在早期发现异常的情况下，精确的深度方向上的立体信息对于诊断也是重要的，因为能够基于物理标度进行比较。

尽管在上述第一实施例中将17mm用作眼的焦距，但是由于能够根据用其它设备所测量的眼轴长度的值以及根据异常屈光值估计被检眼的焦距，因此该值的使用进一步提高了精度。

第二实施例

在例如每秒获取25帧(25fps)的情况下，获取一个图像所需要的时间是40毫秒。如上所述，在对各帧的摄像与摄像之间执行摄像面的纵方向上的移动，这需要更多时间。因此，对21帧摄像需要大约1秒至3秒的时间。在眼中存在处于大约0.6Hz以及处于1Hz至2Hz的大约0.3屈光度的调整微动。该调整微动明显地改变视网膜位置。因此，该调整微动变成在用于执行一步为大约0.05屈光度的控制的系统中纵方向上的摄像间隔中造成不准确的主要因素。此外，即使通过由头部运动造成被检眼的未对准也会改变摄像面。

接着，在本发明的第二实施例中，与摄像同时以波前传感器测量焦点偏移。此外，与第一实施例不同，不仅按正常顺序将摄像面移动至预定位置，并且在校正所检测到的屈光度的变化的情况下执行摄像。通过采用该结构，提高了对增强立体信息的精度的预期。即，在第二实施例中，像差校正单元还具有用于执行测量光束的焦点调节的调节单元的功能。

图6示出用于与摄像同时执行波前像差测量的使用实时AO系统的设备的结构的示例。

在第二实施例中，在将从光源45发射的波长760nm的光束的10％反射的半透半反镜44的反射方向上配置有用于像差测量的光源45、透镜46以及透镜47。该半透半反镜44配置在透镜21与光圈22之间。在第二实施例中，省略图1中示出的用于像差测量的光源1以及其投射光学系统。

通过该结构，从光源45发射的光束的10％通过半透半反镜44反射。该光束进一步通过分光镜43反射，并且随后与第一实施例的情况相似通过扫描部11和12在被检眼的视网膜上二维地扫描。从眼底Er的返回光束反向通过光路。光束的90％透过半透半反镜44以通过眼底共轭光圈22到达波前传感器24。

摄像过程

参考图6说明摄像的过程。

与第一实施例的情况相似，首先，以广角获取眼底的图像以观察被检眼。在操作员查看观察图像的情况下操作员操作焦点调节开关51d和51e以使得观察图像变得最亮。假定作为操作的结果，在-4.5D(屈光度)获得最亮的图像。即，将调焦透镜14配置在-4.5D。在存储器50c中预先存储将屈光度转换为调焦台的步数的近似多项式。因此，通常能够使得调焦透镜的位置与屈光度彼此相对应。

接下来，使得信标光源45发射光束。从信标光源45发射的光束二维扫描眼底。将被检眼的瞳孔中信标光束的光束直径设置为大约1mm窄。此外，信标光束通过光瞳面上的从光轴偏离1mm到1.5mm的位置。这样的原因是因为必须防止来自被检者的角膜面的反射光束作为幽灵光束入射波前传感器。为了将其实现，将透镜46的光轴配置为以使得相对于透镜47的光轴偏离。因此，眼底面上的光斑直径有20μm大，并且焦深也是深的。

来自眼底的返回光束反向通过光路。光束透过半透半反镜44，并且通过配置为以使得与眼底面共轭的光圈22以到达波前传感器24。将光圈直径设置为针对光束直径具有充分的余量的大小(大约2倍)。这样的原因是因为即使在不能够充分地补偿像差量的状态下，即，点光束未充分聚焦，也适当地测量像差。针对一帧累积相关光束，并且接着将其发送至CPU 50b。此外，通过CPU 50b计算波前像差，并且与先前的第一实施例的情况相似，将校正图像输出至像差校正装置16和17以由此校正像差。将此时校正的调焦成分作为AO_defocus存储。

立体图像的获取

接下来，开始获取第一个图像。

在摄像期间，除了光源45以外，开启光源25。从光源25发射的光束与第一实施例的情况相似地透过半透半反镜43、通过用作扫描镜的扫描部12和11偏转、透过分光镜9以到达眼底Er。从眼底Er反射的光束反向通过光路以到达半透半反镜27。光束的95％接着通过半透半反镜27反射，并且通过眼底共轭光圈29以到达用作光电转换元件的光接收元件30。光接收元件30将接收到的光束的强度转换为电信号，电信号又通过A/D板50a转换为数字信号以存储在存储器50c中。

与此同时，与上述相似地，从信标光源45发射的光束的来自视网膜的反射光束作为哈特曼图像累积在波前传感器24中。波前传感器24与扫描操作同步地将哈特曼图像作为图像数据输出给存储器50c。CPU 50b分析图像数据以计算像差。接下来，创建用于校正所检测到的像差的图像数据，并且除了前一校正图像以外还将所创建的图像数据输出至波前校正装置16和17，以由此再次执行像差校正。然而，由于下一次要获取第二个图像，因此将这里使用的调焦成分设置为通过将Image_diop(1)与检测到的散焦成分相加所获得的值。

在上述设置完成后，获取第二个图像。在该摄像期间，与第一个图像的获取相似，波前传感器24也累积哈特曼图像。在第二个图像获取完成后，将哈特曼图像作为图像数据输出至存储器50c。作为计算单元的CPU 50b根据图像数据计算被检眼的剩余波前像差、生成校正图像并且将校正图像与前一校正图像相加，以由此将所得的数据输出至LCOS 16和17。

在摄像期间的焦点检测

此时检测到的散焦量是Image_diop(1)+由于被检眼的变化而产生的屈光度变化(error_diop)。

图7和图8各自为示出在色素上皮61附近的摄像光束的截面的图。图7和图8各自示出立体摄像的第二摄像截面62、立体摄像的第三摄像截面63以及立体摄像的第四摄像截面64。在本示例中，邻接的摄像截面彼此相距15μm。图7中示出的AO_SLO光束的截面65具有大的ND，因此摄像范围(景深)被限制为窄的区域66。图8是信标光束的光束截面图。在这种情况下，由于NA小并且摄像光圈的开口部分大，因此摄像范围广，并且能够接收到来自广的区域68的光束。

由于色素上皮61比其它层更强地散射光束，因此投射在视网膜上的大部分信标光束通过色素上皮61散射。作为结果，来自色素上皮61的返回光束针对波前传感器24通常是最主要的，因此色素上皮61成为焦点的基准面。通过聚焦在色素上皮61上获取立体摄像的第一图像。

在当获取第一图像61时检测到波前的情况下，将由于被检眼的调节或者运动而产生的变化error_diop检测为散焦成分。因此，将检测到的散焦量(AO_defocus)表示为以下。

AO_defocus＝error_diop

因此，在想要获取第二图像62的情况下，如下设置焦点位置。

AO_defocus+Image_diop(1)

在获取第二图像62时检测到波前的情况下，检测在第一图像61与第二图像62之间的差Image_diop(1)与由于被检眼的调节或者运动而产生的变化error_diop的和作为散焦成分(AO_defocus)。

因此，在检测到的散焦量为AO_defocus的情况下，以下关系成立：

AO_defocus＝error_diop+Image_diop(1)

因此，在想要获取第三图像63的情况下，如下设置焦点位置。

AO_defocus-Image_diop(1)+Image_diop(2)

一般地，在获取第k个图像的情况下设置的焦点如下。

AO_defocus-Image_diop(k-2)+Image_diop(k-1)

如上所述，与摄像同时检测像差并且考虑所检测到的焦点偏移以确定摄像屈光度。以相等的间隔获取21个不同层的图像，并且将关于摄像深度(距离)的信息与图像信息一起记录在存储器50c中，以由此结束立体摄像。

在图9的流程图中再次示出到目前为止所描述的摄像的流程。

在步骤S21中，根据预先以广视角获取的图像获得焦点调节量(WF_diop)。此外，在步骤S22中，记录根据像差测量所获得的与散焦有关的像差量(AO_defocus)。注意，步骤S21和步骤S22的顺序可以颠倒。接下来，在步骤S23中，基于得到的焦点调节量和像差量获得被检者的屈光度(sub_diop)，并且记录所获得的被检者的屈光度(sub_diop)。在步骤S24中，计算在拍摄与屈光度信息相对应的第k个层的情况下所使用的屈光度(Image_diop(k))。在步骤S25中，将1代入k，由此获得第一个图像。到目前为止的处理与第一实施例中步骤S1至S5中的相同。

之后，在第二实施例中，将摄像时的屈光度设置为Image_diop(k)，并且在步骤S201中将哈特曼图像的摄像与和k＝1相对应的层的摄像一起执行。在步骤S202中，通过使用根据得到的哈特曼图像所获得的像差量来计算散焦量AO_defocus。在步骤S203中，通过参考所得的散焦量将AO_defocus-Image_diop(k-2)+Image_diop(k-1)设置为新的摄像屈光度。之后，在摄像屈光度k按顺序以1为单位增大的情况下重复地执行步骤S201至S203、S27和S28，由此获取多个图像。在获得与存储在存储器50c中的N个焦点偏移量相对应的n个图像的情况下，流程进入步骤S29，由此结束立体摄像。

以这种方式，也根据被检眼的变化校正摄像位置，由此获取位于与基准位置相距精确的距离的位置的图像。因此，如图10A或图10B中所示，相对于基准位置的距离和图像一起示出。作为结果，即使在某天拍摄关注部位以观察关注部位的进展的情况下，也能够获取在相同的深度方向上的部位的图像。此外，根据摄像后的图像能够得知各层的精确的物理厚度，这对于医学检查和治疗是重要的。当然，不言而喻的是，在使用这样的图像信息的情况下，获得在深度方向上具有精确的尺寸的立体图像。

其它实施例

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类变形、等同结构和功能。

Claims (11)

1.一种眼科设备，包括：

扫描单元，用于在被检眼的眼底上投射并且扫描测量光束，

其特征在于，所述眼科设备还包括：

调节单元，用于针对位置彼此不同的多个摄像面执行焦点调节，其中各个摄像面垂直于投射在所述眼底上的测量光束的光轴；

摄像单元，用于针对所述多个摄像面进行摄像；以及

计算单元，用于与所述被检眼的屈光度相对应地，计算在获得所述多个摄像面中的第一摄像面的图像时以及在获得所述多个摄像面中的在所述光轴的方向上与所述第一摄像面相距预定距离的第二摄像面的图像时的焦点偏移量，

其中，所述调节单元根据所述计算单元的计算结果来执行所述焦点调节。

2.根据权利要求1所述的眼科设备，其中，还包括用于基于从所述多个摄像面获得的图像而形成三维图像的单元。

3.根据权利要求1所述的眼科设备，其中，还包括固视单元，所述固视单元用于使所述被检眼固视，

其中，所述调节单元与所述固视单元的焦点调节相独立地针对所述多个摄像面执行焦点调节。

4.根据权利要求1所述的眼科设备，其中，还包括固视单元，所述固视单元用于使所述被检眼固视，

其中，所述调节单元与所述固视单元的焦点调节连动地针对所述多个摄像面执行焦点调节。

5.根据权利要求1所述的眼科设备，其中，还包括像差校正单元，所述像差校正单元用于校正在所述被检眼中生成的像差，所述像差校正单元还具有用于执行所述测量光束的焦点调节的所述调节单元的功能。

6.根据权利要求1所述的眼科设备，其中，在将所述多个摄像面以相等间隔配置在所述光轴上的情况下，所述计算单元计算与所述屈光度的变化量相对应的所述焦点偏移量。

7.根据权利要求1所述的眼科设备，其中，还包括：

记录单元，用于将在将所述摄像面从所述光轴上的配置所述第一摄像面的基准位置移位到所述光轴上的配置所述第二摄像面的摄像位置的情况下的图像信息、以及与相对于所述基准位置的距离有关的信息一起记录；以及

显示单元，用于在显示图像时将所述图像信息和与所述距离有关的信息一起显示。

8.根据权利要求1所述的眼科设备，其中，还包括校正单元，所述校正单元用于校正在所述被检眼中生成的像差。

9.一种眼科设备，其特征在于，包括：

调节单元，用于针对位置彼此不同的多个摄像面执行焦点调节，其中各个摄像面垂直于投射在被检眼的眼底上的测量光束的光轴；

摄像单元，用于针对所述多个摄像面进行摄像；以及

计算单元，用于与所述被检眼的屈光度相对应地，计算在获得所述多个摄像面中的第一摄像面的图像时以及在获得所述多个摄像面中的在所述光轴的方向上与所述第一摄像面相距预定距离的第二摄像面的图像时的焦点偏移量，

其中，所述调节单元根据所述计算单元的计算结果来执行所述焦点调节。

10.根据权利要求9所述的眼科设备，其中，用于执行所述焦点调节的所述调节单元具有校正在所述被检眼中生成的像差的像差校正功能。

11.一种控制眼科设备的方法，包括：

在被检眼的眼底上投射并且扫描测量光束，

其特征在于，所述方法还包括：

针对位置彼此不同的多个摄像面执行焦点调节，其中各个摄像面垂直于投射在所述眼底上的测量光束的光轴；

针对所述多个摄像面进行摄像；以及

计算步骤，用于与所述被检眼的屈光度相对应地，计算在获得所述多个摄像面中的第一摄像面的图像时以及在获得所述多个摄像面中的在所述光轴的方向上与所述第一摄像面相距预定距离的第二摄像面的图像时的焦点偏移量，

其中，根据所述计算步骤的计算结果来执行所述焦点调节。