CN105832285B

CN105832285B - 眼科装置

Info

Publication number: CN105832285B
Application number: CN201610064487.9A
Authority: CN
Inventors: 加藤千比吕; 野泽有司; 冈本圭一郎
Original assignee: Tomy Co Ltd
Current assignee: Tomy Co Ltd
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: CN105832285A; JP2016140369A; EP3050496A1; EP3050496B1; JP6606773B2; US20160220109A1; US9649028B2

Abstract

本发明提供了一种用于计算待测眼部的角膜表面形状的眼科装置。所述眼科装置包括环形图像照相光学系统，其用于将多个同心环形光照射到眼部的角膜表面，并获取从眼部的角膜表面反射的多个环形光的反射图像；干涉光学系统，其用于将测量光照射到眼部，并且检测由从眼部反射的测量光的反射光和预定的参考光组成的干涉光。所述眼部角膜前表面的形状是基于多个环形光的反射图像计算的，所述多个入射位置的角膜的厚度是基于干涉光计算的，以及所述眼部角膜后表面的形状是基于前面两个计算结果计算得到的。

Description

眼科装置

技术领域

本申请涉及一种用来检查眼部的眼科装置。

背景技术

目前可以进行一种在患者的眼部植入人工晶状体(IOL)的治疗方法。例如，在白内障手术中，在从患者的眼内取出晶状体之后，将人工晶状体(IOL)插入患者的眼部。为了确定人工晶状体的度数，预先测量目标眼部的眼部特征数据，如眼轴长度和角膜曲率(角膜折射率)，并且基于所获得的眼部特性数据，根据已知的IOL计算公式来确定人工晶状体的度数。特别是，为了对患有眼角膜疾病的眼部或经历过折射校正手术的眼部配制合适的人工晶状体，有必要通过测量待测眼部的角膜的前表面和后表面的曲率半径等特征来计算整个角膜的折射率。公开号为2008-167777的日本专利申请公开了用于检测待测眼部的角膜厚度的眼科装置。公开号为2008-167777的日本专利申请中所述的眼科装置包括干涉光学系统，所述干涉光学系统将测量光照射到待测眼部，并检测由从待测眼部反射的反射光和参考光相互干涉而构成的干涉光。所述眼科装置检测待测眼部的多个测量点上的干涉光。然后，根据在多个测量点上检测到的干涉光，得到每个测量点上的角膜前表面的位置和角膜后表面的位置。因此，获得待测眼部的每个测量点上的角膜的厚度。

发明内容

如上所述，为了正确地配制人工晶状体，需要获得所针对的患者的角膜前表面的形状(曲率半径)和角膜后表面的形状(曲率半径)。常规技术中，角膜前表面的形状是通过测量获得的，而角膜后表面的形状是使用经验公式由角膜前表面的形状估算来的。因此，角膜后表面的形状的估算误差阻碍了人工晶状体的准确配制。因此，需要实现一种能够测量角膜后表面的形状的眼科装置。

本申请是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够测量角膜后表面的形状的眼科装置。

在本申请中所公开的眼科装置包括环形图像照相光学系统、干涉光学系统和处理器。环形图像照相光学系统用于将多个同心环形光以围绕角膜的顶点的方式照射到待测眼部的角膜表面，并获取从眼部的角膜表面反射的多个环形光的反射图像。所述干涉光学系统用于将测量光照射到眼部，并且检测由从眼部反射的测量光的反射光和预定的参考光组成的干涉光。所述干涉光学系统进一步用于改变照射到眼部的测量光的入射位置。所述处理器用于基于由环形图像照相光学系统获得的多个环形光的反射图像计算(1)眼部角膜前表面的形状，基于由干涉光学系统获得的入射位置上的干涉光计算(2)入射位置的角膜的厚度，以及基于眼部角膜前表面的形状和入射位置的角膜的厚度计算(3)眼部角膜后表面的形状。

在所述眼科装置中，基于所述环形图像照相光学系统获得的多个环形光的反射图像，计算待测眼部的角膜前表面的形状。此外，基于所述干涉光学系统获得的多个入射位置的干涉光，计算多个入射位置的角膜的厚度。根据角膜前表面的与角膜后表面的相应位置和该位置的角膜的厚度，可以得到角膜后表面的每个位置。因此，所述处理器通过角膜后表面的位置计算角膜后表面的形状，所述角膜后表面的位置由计算得出的待测眼部的角膜前表面的形状和计算得出的待测眼部的角膜的厚度得到。从而，所述眼科装置能够测量角膜后表面的形状。

附图说明

图1是根据本实施例的眼科装置的光学系统的结构示意图；

图2是根据本实施例的眼科装置的控制系统的框图；

图3是示出根据本实施例的眼科装置的处理过程的示例的流程图；

图4是示出照射到待测眼部的环形光和照射到待测眼部的测量光的入射位置的示意图；

图5是用于说明由角膜前表面的形状和入射位置的角膜厚度来计算角膜后表面的形状的步骤的示意图；以及

图6是用于说明透镜38的功能的示意图。

具体实施方式

本申请所公开的眼科装置中，每个预设的入射位置可以设置在预设的圆的圆周上，所述圆预设为使其环绕眼部的角膜的顶点，并且所述干涉光学系统可以用于将测量光照射到每个预设的入射位置。处理器可以用于测定预设的入射位置上的眼部角膜的厚度，所述预设的入射位置设置在所述预设的圆的圆周上。这样的结构能够使得由环形图像照相光学系统照射的环形光的每个位置和由光学干涉系统照射的测量光的每个位置相互对应，从而能够精确计算角膜后表面的形状。

本申请所公开的眼科装置中，所述干涉光学系统还可以包括光学部件。所述光学部件用于以如下方式照射测量光：在测量光入射位置被干涉光学系统改变时，使其以平行于眼部光轴的方式照射到眼部。这种结构增加了来自待测眼部的反射光的光强度(测量光的反射光)，从而能够精确计算角膜的厚度。

本申请所公开的眼科装置可进一步包括入射位置传感器。所述入射位置传感器用于检测由所述干涉光学系统改变的测量光的入射位置。在这样的结构中，检测出测量光实际被照射到的位置，从而能够精确计算角膜后表面的形状。

[实施例1]

如图1所示，本实施例的眼科装置包括用于检查待测眼部100的角膜102的测量单元60。所述测量单元60包括：环形图像照相光学系统(28，30，32，40)，其用于测量角膜102的前表面的形状；干涉光学系统(10，12，14，16，18，20，22，24，30，32，36，38)，其用于测量角膜102的厚度；以及校准机构34，其用于以相对于待测眼部100的预定的位置关系校准测量单元60。

环形图像照相光学系统(28，30，32，40)将多个同心的环形光照射到角膜102的前表面上，并获取由角膜102的前表面反射的多个环形光的反射图像。所述环形图像照相光学系统包括锥体40、使用LED的照明装置42(在图1中未示出，但在图2中示出)以及成像装置28。所述成像装置28用于获取从角膜102的前表面反射的环形光的反射图像。

锥体40是空心并具有截头圆锥体形状的物体，并且由透明树脂制成。印有同心图案的透明膜施加在锥体40的内壁表面。锥体40的外壁表面具有可反射光的涂层。

照明装置42被设置在锥体40的后侧(与待测眼部100相反的一侧)。从照明装置42照射的光在锥体40中散射，并有一部分被所述透明膜阻断。因此，同心环形光被投射(照射)到待测眼部100的角膜102。也就是说，如图4所示，6个环形光L1到L6被投射在待测眼部100的角膜102的前表面。如下文所述，在将环形光L1到L6投射到待测眼部100的过程中，测量单元60被相对于所述待测眼部100的角膜102的顶点定位。因此，被投射到待测眼部100的环形光L1到L6被相对于所述角膜102的顶点同心定位。

所述成像装置28获取待测眼部100的眼的前侧图像以及从角膜102的前表面反射的环形光L1到L6的反射图像。也就是说，通过镜子32、30将待测眼部100的眼的前侧图像和环形光L1到L6的反射图像引导至成像装置28。由成像装置28获取的待测眼部100的眼的前侧图像和环形光L1到L6的反射图像被输入到下文所述的处理器50。另外，由显示器44显示待测眼部100眼的前侧图像和环形光L1到L6的反射图像。

所述干涉光学系统(10，12，14，16，18，20，22，24，30，32，36，38)将测量光照射到待测眼部100，并且检测由从待测眼部100反射的反射光(基于测量光的反射光)和参考光的组合构成的干涉光。所述干涉光学系统包括：光源10；测量光学系统，所述测量光学系统将来自光源10的光照射至待测眼部10的内部，并引导被待测眼部10反射的光；参考光学系统，所述参考光学系统将来自光源10的光照射至参考平面，并引导被参考平面反射的光；以及光接收元件14，所述光接收元件14接收由反射光和参考光的组合构成的干涉光，其中，所述反射光由所述测量光学系统引导，所述参考光由所述参考光学系统引导。

光源10是波长扫描型(wavelength-scanning-type)光源，且由其发出的光的波长在预定周期内变化。在本实施例中，当从光源10照射的光的波长变化时，会引起来自待测眼部10的反射光和参考光相互干涉，从而可以测量因此得到的干涉光。如下文所述，对测量到的干涉光(干涉信号)进行傅里叶变换，从而得到待测眼部100的角膜102的前表面的位置和后表面的位置。

所述测量光学系统包括准直镜16、分束器20、光束扩展器21、镜子30和32、透镜38和光检测器36。从光源10射出的一部分光通过准直镜16、分束器20、光束扩展器21、镜子30和32、透镜38被照射到待测眼部100。来自待测眼部100的反射光通过透镜38、镜子30和32、光束扩展器21、镜子34、分束器20以及准直镜16，被引导到干涉仪12和光接收元件14。所述光束扩展器21、光检测器36和透镜38的的功能将在下文详述。

所述参考光学系统包括设置在干涉仪12内的参考镜(未示出)。也就是说，从光源10射出的光的一部分被分出并照向设置在干涉仪12内的参考镜。照射到参考镜的光被参考镜反射，从而产生参考光。

所述干涉仪12将由参考光学系统引导的光(参考光)和由测量光学系统引导的光(测量光)结合来获得干涉光。光接收元件14检测由干涉仪12获得的干涉光。例如，光电二极管可用作光接收元件14。

分束器20和玻璃18设置在准直镜16和光束扩展器21之间。从光源10射出的一部分光穿过准直透镜16，由分束器20反射，然后被照射到玻璃18。被照射到玻璃18的光由玻璃18的端面反射。由玻璃18的端面反射的光通过分束器20和准直镜16被引导至干涉仪12和光接收元件14。玻璃18的位置是固定的，因此由玻璃18的端面反射的光的光路长度不变，保持恒定。在本实施例中，使用通过结合由玻璃18的端面反射的光和参考光得到的干涉光，对待测眼部100的测量结果进行校正。

在此，对设置在所述测量光学系统中的所述光束扩展器21、光检测器36和透镜38的功能进行说明。光束扩展器21包括：设置在光源10侧的凸透镜22；设置在待测眼部100侧的凸透镜24；以及驱动机构26。所述驱动机构26使所述凸透镜22在光轴方向(z轴方向)上相对于凸透镜24向前和向后移动，并在与光轴正交的平面(xy平面)上移动凸透镜24。凸透镜22和凸透镜24被设置在光轴上，并改变入射平行光的焦点的位置。也就是说，驱动机构26在光轴方向驱动凸透镜22，由此在待测眼部100的深度方向上改变照射至待测眼部100的光线的焦点的位置。具体而言，在通过调整凸透镜22和凸透镜24之间的间距以使得由凸透镜24发出的光变成平行光的状态下，如果使凸透镜22移动远离凸透镜24，由凸透镜24照射的光变成会聚光，而如果使凸透镜22移动接近凸透镜24，由凸透镜24照射的光变成发散光。因此，通过使照射到待测眼部100的光的焦点的位置与待测眼部100的角膜102的前表面匹配，可以增加由所述前表面反射的光的强度，并精确地检测到所述前表面的位置。

凸透镜24在与光轴正交的平面(xy平面)上可二维移动。也就是说，驱动机构26在一个正交于光轴的平面(xy平面)上相对于凸透镜22二维地驱动凸透镜24。因此，来自光源100的光入射到待测眼部100的位置(入射位置)在待测眼部100上是二维可变的。具体而言，图4示出了待测眼部100的正视图，光的入射位置在所述平面(xy平面)中被二维改变。更具体地说，如果凸透镜24相对凸透镜22在y方向上移动，所述入射位置也沿y方向变化。如果凸透镜24相对凸透镜22在x方向上移动，所述入射位置也沿x方向变化。因此，可通过相对于凸透镜22在x方向和/或y方向上移动凸透镜24，改变在xy平面上的入射位置。在本实施例中，对测量光进行扫描，从而使测量光照射到与环形光L1到L6在待测眼部100上的多个入射位置相同的多个位置(以角膜102的顶点为中心的多个同心位置)，并且测量出测量光的被扫描轨迹上的多个入射位置P(测量点)上的角膜102的厚度。

通过位置检测器36来检测由所述干涉光学系统照射到待测眼部100的测量光的入射位置。也就是说，当驱动机构26使凸透镜24在xy平面上移动时，由此改变了测量光在待测眼部100上的入射位置，并且也改变了测量光在镜子32上的入射位置。入射到镜子32的光的一部分被镜子32反射后照射到待测眼部100，而另一部分则穿透镜子32后由位置检测器36测出。位置检测器36检测光在镜子32上的入射位置。因此即可准确地确定测量光在待测眼部100上的入射位置。

如果测量光在待测眼部100上的入射位置偏离角膜102的顶点的位置，由待测眼部100反射的光的强度可能会降低。其结果会造成，由光检测器14检测到的干涉光的强度可能会降低。在本实施例中，透镜38在两个状态间切换，其中一个状态为透镜38被设置在镜子32和锥体40之间的光轴上，而另一个状态为透镜38未设置在镜子32和锥体40之间的光轴上。当透镜38被设置在镜子32和锥体40之间的光轴上时，如图6所示，将测量光以如下方式照射到待测眼部100：在测量光入射位置被干涉光学系统改变时，使其以平行于上述眼部光轴的方式照射到眼部。因此，测量光在待测眼部100上的入射角变为基本上恒定，而且，即使当照射的测量光的入射位置偏离角膜102的顶点的位置时，由待测眼部100反射的光的强度不会降低，并可以使由光检测器14检测到的干涉光的强度变得足够大。

所述校准机构34包括：校准光学系统(未示出)，其用于检测测量单元60相对于待测眼部100的位置；角膜顶点检测装置(未示出)，其用于检测待测眼部100的角膜102的顶点的位置；以及位置调整机构(未示出)，其用于基于上述检测的结果调整所述测量单元60的位置。对于校准机构34，可以使用公知的眼科装置中使用的校准机构，因此将省略对其的详细描述。

接下来将对本实施例的眼科装置的控制系统的结构进行说明。如图2所示，所述眼科装置由处理器50控制。所述处理器50包括微型计算机(微处理器)，所述微型计算机由CPU、ROM以及RAM组成。光源10、照明装置42、显示器44、光检测器14、位置检测器36、成像装置28、校准机构34和驱动机构26均与处理器50连接。处理器50控制光源10和照明装置42的开/关，控制校准机构34和驱动机构26执行测量单元60的位置调整，并控制成像装置28获取待测眼部100眼的前侧图像(环形光的反射图像)。光检测器14与处理器50连接，与光检测器14检测出的干涉光的强度对应的干涉信号被输入到处理器50中。处理器50对来自光检测器14的干涉信号进行傅立叶变换，从而确定待测眼部100的角膜102的前表面和后表面的位置，并计算角膜102的厚度。

下面将对使用本实施例的眼科装置测量待测眼部100的角膜102的前表面和后表面的形状的步骤进行说明。当检查员操作未在图中示出的开关(用于输入测量开始的开关)时，如图3所示，处理器50控制校准机构34来执行测量单元60相对于待测眼部100的位置调整(步骤S10)。也就是说，通过校准机构34，处理器50检测待测眼部100的角膜102的顶点的位置并在测量单元60的光轴上定位角膜102的顶点。这样可对测量单元60在xy方向(垂直-横向方向)上相对于待测眼部100的位置、以及在z方向(前后方向)上相对于待测眼部100的的位置进行调整。当测量单元60被定位时，角膜102的顶点被定位于由成像装置28获得的眼的前侧图像的中心。除此之外，处理器50驱动驱动机构26来调整光束扩展器21。因此，从光源10照射到待测眼部100的光的焦点的位置与预定位置(例如，角膜102的前表面)重合。在步骤S10中，仅在光轴方向上驱动光束扩展器21的凸透镜22。

接下来，处理器50启动照明装置42，将多个环形光照射到待测眼部100的角膜102的前表面上，并通过成像装置28获得由待测眼部100反射的多个环形光的反射图像(步骤S12)。由于在步骤S10中测量单元60相对于待测眼部100定位，如图4所示，照射到待测眼部100的环形光L1到L6围绕角膜102的顶点同心地排列。由成像装置28获取的所述待测眼部100的眼的前侧图像和环形光L1到L6的反射图像存储在处理器50的存储器中，并且显示在显示器44上。在获取多个环形光L1到L6的反射图像之后，处理器50关闭照明装置42。

接下来，处理器50启动光源10，并使光检测器14测量干涉光(步骤S14)。也就是说，处理器50将透镜38设置在光轴上，启动光源10将测量光照射到待测眼部100，并通过光检测器14检测干涉光，所述干涉光由待测眼部100反射的反射光和参考光构成。由光检测器14输出的干涉信号储存在处理器50的存储器中。本文中，在光检测器14检测干涉光的过程中，驱动机构26被驱动来扫描照射到测眼部100的测量光，以使测量光照射到与环形光L1到L6的照射位置相同的位置(参见图4)。也就是说，以围绕角膜102的顶点的环形来扫描照射到待测眼部100的测量光。处理器50将多个入射位置P(图4中的入射位置P)的干涉信号存储在存储器中，所述多个入射位置P预先设置在待测眼部100上。在下文将描述的步骤S18中处理存储在存储器中的干涉信号。在驱动机构26扫描照射到待测眼部100的测量光的过程中，由位置检测器36检测测量光的照射位置。因此，可以正确地得到每个入射位置P的干涉信号，从而可以精确地进行步骤S14的测量。在步骤S14的测量过程中，由于透镜38设置在光轴上，平行光被照射到待测眼部100。因此，可以增加由光检测器14检测到的干涉光的强度。

接下来，所述处理器50基于在步骤S12中获取的多个环形光L1到L6的反射图像，计算待测眼部100的角膜102的前表面的形状(S14)。可用一种已知的方法(例如，在公开号为2011-167359等日本专利申请中公开的方法)基于环形光L1到L6的反射图像来计算角膜表面的形状。例如，所述处理器50检测每个环形光L1到L6的反射图像的白-黑边缘(边界)，并计算环形图像的位置以及角膜中心到上述边缘的边缘距离。下一步，假设环形图像具有穿过角膜顶点的弧形，基于计算得到的边缘距离计算所述环形的位置上的角膜曲率。在步骤S14中计算得到的角膜102的前表面的形状(曲率半径等)被输出到显示器44。

接下来，处理器50对在步骤S14中获得的多个入射位置P的干涉信号进行处理，来计算多个入射位置P的角膜厚度(S18)。也就是说，处理器50对通过将测量光照射到多个入射位置P上获得的每个干涉信号进行傅立叶分析，从而确定多个入射位置P中的每个位置上待测眼部100的角膜102的前表面的位置和后表面的位置。通过角膜102的前表面的位置和后表面的位置计算相应的入射位置P上角膜102的厚度。在步骤S18中，计算所有的入射位置P上角膜102的厚度。

接下来，处理器50基于在步骤S16中得到的角膜102的前表面的形状和在步骤S18中得到的入射位置P的角膜102的厚度，计算角膜102的前表面的形状(S20)。如图5所示，基于在步骤S16中得到的角膜前表面102f的形状和入射位置P的角膜102的厚度，可以得到与每一个入射位置P相对应的角膜102的后表面102b上的位置P'。由此确定与每一个入射位置P相对应的角膜102的后表面102b上的位置P'。通过与每一个入射位置P相对应的角膜102的后表面102b上的位置P'，处理器50估算角膜102的后表面102b的形状。当已知曲面上的多个点的坐标时，可以使用各种已知的数学方法来估算曲面的形状。这样得到的角膜102的后表面102b的形状(曲率半径等)可以输出到显示器44。

从上面的描述可知，在根据本实施例的眼科装置中，角膜102的后表面102b的形状是从角膜102的前表面102f的形状和入射位置P上角膜102的厚度计算而来的，其中所述角膜102的前表面102f的形状是从环形光L1到L6的反射图像得到的，所述入射位置P的角膜102的厚度是从干涉光得到的。因此，可以精确地测量角膜后表面102b的形状。

虽然本文已经详细描述了本发明的实施例，但是这些实施例仅用于说明性的目的，而并不意在限制权利要求的范围。在权利要求书中记载的技术包括对以上所述的具体实施方式的各种修改和替换。

例如，在上述实施例中，通过在xy方向上驱动光束扩展器21的凸透镜24，改变照射到待测眼部100的测量光的入射位置P。然而，用于改变照射到待测眼部100的光的入射位置的机构不限于此。例如，可以通过电反射镜来改变照射到待测眼部100的光的入射位置。在上述实施例中，透镜38在两个状态间切换，其中一个状态为透镜38被设置在镜子32和锥体40之间的光轴上，而另一个状态为透镜38不设置在镜子32和锥体40之间的光轴上。可替换地，透镜38可以始终设置在光轴上，而不采用上述结构。

上述实施例描述了一个使用傅立叶域类型的干涉仪的示例。然而，也可以使用时域类型的干涉仪。

在本说明书中或附图中说明的技术要素独立地或通过各种组合提供了技术实用性。本发明不限于在权利要求中提出时所描述的组合。此外，在本说明书或附图中所示的实施例的目的在于同时实现多个目的，并且满足这些目标中任一项实现了本发明的技术实用性。

Claims

1.一种眼科装置，其特征在于，包括：

环形图像照相光学系统，其用于将多个同心环形光照射到待测眼部的角膜表面，并获取从眼部的角膜表面反射的多个环形光的反射图像；

干涉光学系统，其用于将测量光照射到眼部，并且检测由从眼部反射的测量光的反射光和预定的参考光组成的干涉光，所述干涉光学系统包括用于改变照射到眼部的测量光的入射位置的入射位置改变机构；

以及处理器，其用于基于眼部角膜前表面的形状和多个入射位置的角膜的厚度计算眼部角膜后表面的形状，其中所述眼部角膜前表面的形状是基于由所述环形图像照相光学系统获得的多个环形光的反射图像测定的，而所述多个入射位置的角膜的厚度是基于由所述干涉光学系统获得的多个入射位置上的干涉光测定的，

以及所述环形图像照相光学系统包括成像装置，其对待测眼部的前侧图像进行拍摄，

所述干涉光学系统还包括：

入射位置传感器，其用于检测由所述入射位置改变机构改变的测量光的入射位置；

以及镜子配置为使得入射到所述镜子的测量光的一部分被所述镜子反射以照射到待测眼部，而另一部分穿透所述镜子以由所述入射位置传感器检测到，

所述入射位置传感器根据所述另一部分穿透所述镜子的光检测所述测量光向待测眼部的入射位置。

2.根据权利要求1所述的眼科装置，其中

每个所述入射位置设置在预设的圆的圆周上，所述圆预设为使其环绕眼部的角膜的顶点，

所述干涉光学系统用于将测量光照射到每个所述入射位置，以及

所述处理器用于测定所述入射位置的眼部角膜的厚度。

3.根据权利要求1或2所述的眼科装置，其中

所述干涉光学系统包括光学部件，所述光学部件用于发射测量光，使测量光在其入射位置被所述干涉光学系统的所述入射位置改变机构改变时以平行于眼部光轴的方式照射到眼部。