CN106845333B - 用于无适配器智能手机眼睛成像的投影仪和相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了允许无适配器的智能手机眼睛成像的投影仪和相关方法。投影仪包括至少两个用于将图案投影到个体的面部的线产生器，以及用于相对于智能手机的相机定位线产生器的结构。图案有助于智能手机相对于个体眼睛的定位使得由相机捕获的眼睛的图像对于评估是优化的。

Description

用于无适配器智能手机眼睛成像的投影仪和相关方法

背景技术

眼睛成像不仅对于监测与眼睛相关的问题如青光眼、白内障、黄斑变性和屈光不正，而且对于检测许多其它慢性和全身性疾病例如糖尿病、高血压和神经性变性均至关重要，以上这些也会影响视力。2010年，世界卫生组织估计全世界有两亿八千五百万人表现出某种形式的视力缺陷。三千九百万人是盲人，但这些人中，80％的视力能被拯救和/或他们的疾病能被治愈。然而，这些盲人中，有90％生活在低收入国家。智能手机技术有望缓解这个问题，即使不能完全使问题得以解决。

智能手机方便携带和移动。此外，今天的智能手机在处理能力方面与仅仅六年前的高性能个人计算机系统以及几十年前的超级计算机相当。在2014年末，全世界有17.5亿智能手机用户，在这点上为深度全球普及产生了潜力。智能手机提供了与世界其它部分联系的智能手机以许多方式提供与世界其它地区的连接，例如通过移动/蜂窝数据连接，以及通过Wi-Fi网络。智能手机也是通用的，可通过“应用程序”进行程序设计。

各种智能手机应用程序使得智能手机能够对眼睛进行成像。然而，这些应用程序需要适配器来相对于智能手机相机定位和对准眼睛。图1示出了定位智能手机104以对受检者107的眼睛106成像的现有技术的适配器102的使用。眼睛106定位为靠近或接触适配器102，适配器102例如可以具有近似眼睛的橡胶目镜。适配器102的部分108成形为，或以其它方式配置为，约束智能手机104使得智能手机104的相机105与目镜103对准以便于与眼睛106对准。适配器102包括透镜，分束器，以及照明器以便于捕获图像。为了捕获眼睛的图像，适配器102与智能手机104联接，智能手机104运行应用程序110，其由用户控制以在目镜103靠近，或接触，眼睛106时捕获眼睛106的图像。没有适配器102的使用，不可能利用智能手机104和应用程序110成功捕获眼睛的图像。

发明内容

先进系统定位并对准相对于运行应用程序的智能手机的个体的眼睛而不需要或不使用适配器。因此，所公开的解决方案比现有技术的适配器便宜，并且由于不需要适配器，作为捕获眼睛图像的机制的智能手机的广泛可用性使该解决方案广泛可用。由于没有额外组件位于眼睛和智能手机之间，捕获的图像的质量不会降低。例如，眼睛和智能手机之间的分束器减少了被智能手机捕获的光强度。

在一个实施例中，涉及允许无适配器的智能手机眼睛成像的投影仪。投影仪包括至少两个用于将图案投影到个体的面部上的线产生器，以及用于相对于智能手机的相机定位线产生器的结构。该图案被配置为便于智能手机相对于个体的眼睛的定位，使得由相机捕获的眼睛的图像对于评估是优化的。

在另一实施例中，涉及便于无适配器的智能手机眼睛成像的方法。投影仪联接到靠近智能手机的相机并且包括至少两个线产生器。所述至少两个线产生器中的每一个产生被投影到相机的视场中的光的图案，使得当相机被优化地定位以捕获个体的眼睛的图像时在个体的面部上容易看到光的图案。

附图说明

图1示出了使用智能手机对眼睛进行成像的现有技术的适配器。

图2示出了一个实施例中的用于无适配器的智能手机眼睛成像的投影仪。

图3示出了从投影仪投影到平坦表面上的图2的光图案。

图4是一个实施例中用于图2的投影仪中的示例性激光线产生器的示意图。

图5示出了一个实施例中通过图4的激光线产生器产生的柱形扇形光图案4。

图6示出了一个实施例中具有激光器和单透镜的一个示例性激光线产生器。

图7示出了一个实施例中由四个示例性激光线产生器形成的图2的投影仪。

图8示出了一个实施例中还配置了掩模的图7的激光线产生器。

图9示出由图2的投影仪产生的示例性投影光图案，其与图3的光图案类似，除了每条线包括一个暗斑。

图10示出了一个实施例中用于图2的投影仪的示例性掩模，该掩模配置有第一区域，第二区域，以及栅。

图11示出了一个实施例中由图10的掩模产生的示例性光图案。

图12示出了类似于图10的掩模的示例性掩模，除了去除不透明线而留下与图10的掩模的两个不透明区域相对应的两个不透明区域。

具体实施方式

图2示出了用于无适配器智能手机眼睛成像的投影仪220。在图2的示例中，智能手机202配置有投影仪220并且定位为利用智能手机202的相机208捕获个体205的眼睛204的图像212。智能手机202可包括位于靠近相机208的闪光灯210(参见图7)，闪光灯210可以用于在图像212的捕获期间照明眼睛204。图像212存储在例如智能手机204的内存中。投影仪220将光图案222投影到相机208的视场中，在视场中光图案222与相机208的光轴光学对准。使用者操作智能手机202以将光图案222定位在个体205的面部上，其中光图案222有助于眼睛204在光轴206上并且距眼睛204的距离D处的对中，使得捕获的图像212对于进一步评估(例如，用于医学评估以识别疾病)是优化的。光图案222具有镜面对称和旋转对称中的一个或两个，并且易于由智能手机202的用户使用以将相机208与个体205的眼睛204对准。在一个实施例中，当捕获图像212时，光图案222暂时关闭，使得光图案222不出现在图像212中。

图3示出了从图2的投影仪220投影到平坦表面上的的光图案222。如图所示，图案222具有四条投影线302(1)-(4)，其中没有一条投影到用眼睛204的表示示出的中心区域上。由虚线309(1)-(4)示出的线302的延长线在点310处相交以标示相机208的光轴206的位置。智能手机202的操作者利用图案222来对准智能手机202，使得眼睛204的瞳孔(以及由此视网膜(未示出)与点310重合，并且从而与光轴206重合。

图4是示出用于图2的投影仪220中的一个示例性激光线产生器400的示意图。四个激光线产生器400被配置在投影仪220内，并被定位以产生图3的线302。

激光线产生器400包括激光器402(例如，激光二极管)，球面透镜404，以及凸柱形透镜408。从激光器402发射的光由球面透镜404准直以形成准直光406。准直光406通过柱形透镜408聚焦在平行于X-Z平面的平面中。然后，聚焦的光在X-Z平面中以角度α扩展。在通过柱形透镜408之后，来自激光器402的光在正交方向Y上仍然是准直的，并且在Y方向上具有光束宽度T。图5示出了由平行于X-Z平面的激光线产生器402产生的柱形扇形(例如比萨)光图案500。当光图案500投影到平面上时，在该表面上出现亮线。光图案500的光束宽度T由通过球面透镜404之后的准直光的尺寸确定。光图案500的角α由柱形透镜408确定。在替代实施例中，凹柱形透镜可用来代替凸柱形透镜408。然而，具有圆形横截面的凸柱形透镜可以更容易制造并且因此更便宜。

如图3所示，光图案500的光束宽度T对应于线302的宽度。光图案500的角α确定投影到表面，例如个体205的面部，上时的线302的长度。

图6示出了包括激光器602(例如，激光二极管)和单透镜604的一个示例性激光线产生器600。单透镜604具有最接近激光器602的第一圆柱曲面606，和与圆柱曲面606正交的、并且相对的第二圆柱曲面608。第一圆柱曲面606是凹的，并且用于相对于平面X-Z传播来自激光器602的光。第二圆柱曲面608是凸的，并且用于在正交平面Y-Z中准直光。激光线产生器600从而产生类似于光图案500的光。

图7示出了图2的投影仪220，其由围绕智能手机202的相机208设置并由结构710支撑的四个示例性激光线产生器702(1)-(4)形成。激光线产生器702可以实现为图4的激光线产生器400和图6的激光线产生器600中的一个或两个。线产生器702和结构710被配置为不阻挡智能手机202的闪光灯210，闪光灯可以用于在图像212的捕获期间照射眼睛204。结构710定位激光线产生器702，使得由产生器702产生的光图案(例如，图2的光图案222)与相机208的光轴206光学对准。

结构710示出为基本上是圆形，但是可以具有任何封闭形状而不脱离本发明的范围。可以使用夹子，钩，粘合剂和本领域普通技术人员已知的其它紧固方法中的一个或多个将投影仪220(即，结构710和/或激光线产生器702)连接到智能手机202。

尽管示出为具有四个激光线产生器702，但是投影仪220和结构710可以配置有两个或更多个激光线产生器702而不脱离本发明的范围。

结构710可以进一步配置成保持位于相机208前面的微距镜头(未示出)，用于在距离D小于相机208的最小聚焦距离时捕获眼睛204的图像212。类似地，结构710可以进一步配置成保持长焦镜头(未示出)，以使得当距离D长时相机208能够捕获眼睛204的图像212。尽管示出了捕获眼睛204的图像，但是智能手机202和投影仪220可以用于捕获需要照相机208的精确定位的任何对象的图像，并且不限于仅捕获眼睛的图像。智能手机202和投影仪220还可以用于拍摄虹膜的图像以用于虹膜识别和生物识别。

图8示出了进一步配置有掩模802的图7的激光线产生器702，掩模802可操作以阻挡来自激光线产生器702的光的至少一部分。掩模802除了不透明区804和不透明线806外基本上是透明的。不透明区804阻挡光以形成投影线808的端部809以防止来自线产生器800的光照射眼睛204。不透明线806定位成阻挡来自激光线产生器800的光的一部分以在投影线808上形成暗斑810，这可以允许用户估计从智能手机202的相机208到眼睛204的距离D。

图9示出了由图2的投影仪产生的一个示例性投影光图案900，除了每条线302(1)-(4)分别包括暗斑902(1)-(4)之外，光图案900与图3的光图案300类似。这些暗斑902用于估计眼睛204距智能手机202的相机208的距离D。当眼睛204进一步远离智能手机202的相机208时，暗斑902也远离眼睛204。当调整距离D时，通过将眼睛204保持在线302的延长线的交点来维持眼睛的对准。当个体的面部基本上平行于智能手机202时，线302是围绕眼睛204对称的。如果线302不对称，则调整智能手机202的位置直到线302变得围绕眼睛204对称。

图10示出了用于图2的投影仪220中的配置有第一区1002，第二区1004，以及栅1006的一个示例性掩模1000。掩模100可以用于，例如，代替图8的掩模802。图11示出了由图10的掩模1000产生的一个示例性光图案1100。图10和图11最好与下面的描述一起看。

光图案1100类似于图3的光图案300，但是线1102(1)-(4)被掩模1000的不透明区1002和1004缩短，并且暗斑1152(1)-(4)由条1106形成。

图12示出了类似于图10的掩模1000的一个示例性掩模1200，除了不透明线1006被去除留下不透明区1202和1204，其中区域1202和1204分别对应于掩模1000的区域1002和1004。使用掩模1200代替投影仪220内的掩模1000导致类似于图11的图案的图案，除了黑点1152被去除。

在一个实施例中，图7的结构710实现为智能手机外壳，其用于保护智能手机104并相对于相机208定位激光线产生器702。

使用投影仪220，人(例如，个体205)能够通过使用镜子相对于他/她自己的面部定位图案222和该智能手机202以拍摄他/她自己的眼睛的图像212。然后，人可以向医生(在远处)发送图像212用于医学评估。因此，用户和个体可以是同一个。

特征组合

在不脱离本发明范围的情况下，上述特征以及下面要求保护的特征可以以各种方式组合。以下示例说明一些可能的非限制性组合：

(A1)用于无适配器智能手机眼睛成像的投影仪，包括至少两个用于将光图案投影到个体的面部上的线产生器，以及用于相对于智能手机的相机定位线产生器的结构。光图案被配置为便于智能手机相对于个体的眼睛的定位，使得由相机捕获的眼睛的图像对于评估是优化的。

(A2)在由(A1)表示的投影仪中，所述至少两个线产生器被定位成靠近相机以将光图案与相机的光轴光学对准。

(A3)在由(A1)和(A2)之一表示的投影仪中，当相机被定位以捕获优化图像时，光图案包括至少两条出现在个体的面部上并且不照射个体眼睛的线，其中从所述至少两条线外推的线的交点在眼睛的瞳孔处相交。

(A4)在由(A1)至(A3)表示的投影仪中，所述至少两个线产生器中的每一个还包括具有第一不透明部分的掩模，不透明部分用于缩短光图案的相应线的第一端以防止光照射个体的眼睛。

(A5)在由(A1)至(A4)表示的投影仪中，所述掩模还包括用于在对应在线定位暗斑的不透明栅，其中暗斑有助于将智能手机和相机定位在用于捕获眼睛的图像的优化距离。

(A6)在由(A1)至(A5)表示的投影仪中，所述掩模还包括第二不透明部分，其用于缩短与第一端相对的相应线的第二端。

(A7)在由(A1)至(A6)表示的投影仪中，形成用于智能手机的保护壳的结构。

(A8)在由(A1)至(A7)表示的投影仪中，所述至少两个线产生器可由在智能手机上运行的应用程控。

(A9)在由(A1)至(A4)表示的投影仪中，所述光图案具有镜面对称和旋转对称中的一种或两种。

(B1)便于无适配器的智能手机眼睛成像的方法。投影仪联接到靠近智能手机的相机并且包括至少两个线产生器。在所述至少两个线产生器中的每一个内，产生投影到相机的视场中的光图案使得当照相机被优化地定位用于捕获个体眼睛的图像时，在个体的面部上容易看到光的图案。

(B2)在表示为(B1)的方法中，来自所述至少两个线产生器中的每一个的光的一部分被掩蔽使得光图案在捕获图像时不照射眼睛。

(B3)在表示为(B1)和(B2)的方法中，来自至少一个所述线产生器的光的一部分被掩蔽以在光图案内形成暗斑，其中暗斑有助于捕获图像的相机的优化定位。

(B4)在由(B1)至(B3)表示的方法中，光图案响应于在智能手机上运行的应用程序的控制而产生。

在不脱离本发明范围的情况下，可以在上述方法和系统中进行改变。因此，应当注意，上述描述中包含的或附图中所示的内容应当被解释为说明性的而不是限制性的。所附权利要求旨在覆盖本文所描述的所有通用和具体特征，以及本方法和系统的范围的所有陈述，根据语言，其可以被认为落入其中。

Claims (15)

1.用于无适配器智能手机眼睛成像的投影仪，包括：

至少两个线产生器，所述线产生器用于将光图案投影到个体的面部上；以及

用于将所述线产生器相对于所述智能手机的相机定位的结构；

其中所述光图案被配置为有助于所述智能手机相对于所述个体的眼睛定位为使得由所述相机捕获的眼睛的图像适于进行评估，

其中，所述至少两个线产生器生成的至少两条线的延长线在指示所述智能手机的所述相机的光轴的位置的点处相交，并且所述个体的眼睛的瞳孔与所述光轴重合。

2.根据权利要求1所述的投影仪，所述至少两个线产生器被定位成靠近所述相机以将所述光图案与所述相机的光轴光学对准。

3.根据权利要求1所述的投影仪，当所述相机被定位成捕获所述图像时，所述光图案包括出现在所述个体的面部上并且不照射所述个体的眼睛的所述至少两条线。

4.根据权利要求1所述的投影仪，所述至少两个线产生器中的每一个还包括掩模，所述掩模具有第一不透明部分，所述第一不透明部分用于缩短所述光图案的相应线的第一端以防止光照射所述个体的眼睛。

5.根据权利要求4所述的投影仪，所述掩模还包括不透明栅，所述不透明栅用于将暗斑定位在所述相应线，其中所述暗斑有助于将所述智能手机和所述相机定位在适于捕获所述眼睛图像的距离处。

6.根据权利要求4所述的投影仪，所述掩模还包括第二不透明部分，所述第二不透明部分用于缩短与所述第一端相对的所述相应线的第二端。

7.根据权利要求1所述的投影仪，所述结构形成用于所述智能手机的保护壳。

8.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述至少两个线产生器能够由在所述智能手机上运行的应用程控。

9.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述光图案具有镜面对称和旋转对称中的一种或两种。

10.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述结构被配置为保持位于所述相机前面的微距镜头。

11.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述结构被配置为保持位于所述相机前面的长焦镜头。

12.用于无适配器智能手机眼睛成像的方法，包括：

将投影仪联接到智能手机的相机附近，所述投影仪包括至少两个线产生器；以及

在所述至少两个线产生器中的每一个内产生包括至少两条线的光图案，所述光图案被投影到所述相机的视场中，其中当所述相机被定位为适于捕获个体的眼睛的图像时，所述光图案能够在所述个体的面部上看到，其中，所述至少两个线产生器生成的至少两条线的延长线在指示所述智能手机的所述相机的光轴的位置的点处相交，并且所述个体的眼睛的瞳孔与所述光轴重合。

13.根据权利要求12所述的方法，所述产生步骤还包括遮蔽来自所述至少两个线产生器中的每一个的光的一部分，使得所述光图案在捕获所述图像时不照射眼睛。

14.根据权利要求12所述的方法，所述产生步骤还包括遮蔽来自所述线产生器中的至少一个的光的一部分，以在所述光图案内形成暗斑，其中所述暗斑有助于将所述相机定位为适于捕获所述图像。

15.根据权利要求12所述的方法，所述产生步骤回应于在所述智能手机上运行的应用程序的控制。