CN107106004A - 在检眼镜中的改进和与检眼镜有关的改进 - Google Patents

Abstract

检眼镜(10)包括光源(12)、第一扫描仪(14)、第一扫描传递元件(16)、第二扫描仪(18)和第二扫描传递元件(20)，该检眼镜提供从眼睛(22)的瞳孔点处的明点源到眼睛的眼底上的入射光的二维扫描，并使来自眼睛的眼底的返回光的二维扫描去扫描以提供来自第一扫描仪处的明点源的返回光，其中第一扫描传递元件包括自由形式的元件，其具有被限定为提供对来自眼睛的眼底的返回光的像差校正的形状。

Description

在检眼镜中的改进和与检眼镜有关的改进

本发明涉及在检眼镜中和与检眼镜有关的改进，特别是校正像差并提高在检眼镜中的共焦性。

检眼镜通常包括用于将来自源的入射光引导到与检眼镜的物平面重合的受验对象的眼底的一部分上并用于在检测系统中从受验对象的眼底的该部分收集返回光的系统。多个扫描元件和扫描传递元件通常用于引导并收集入射和返回光，且所收集的返回光用于形成受验对象的眼底的该部分的图像。在一些检眼镜例如白光超宽视场检眼镜中，由于扫描元件和扫描传递元件的光学特性，像差存在于这些检眼镜中。由元件引入到入射和返回光的像差根据光在眼底上的位置而改变。像差可引起光从准直光束的离焦，该离焦也根据光在眼底上的位置而改变。如果在眼底返回光的检测中使用标准共焦孔，则由于系统像差，一些眼底返回光可被损失且例如在角膜返回光之上的眼底返回光的信噪比可能被危害。

根据本发明的第一方面，提供了包括光源、第一扫描仪、第一扫描传递元件、第二扫描仪和第二扫描传递元件的检眼镜，其提供从眼睛的瞳孔点处的明点源(apparentpoint source)到眼睛的眼底上的入射光的二维扫描，并使来自眼睛的眼底的返回光的二维扫描去扫描(descan)以提供来自第一扫描仪处的明点源的返回光，其中第一扫描传递元件包括自由形式的元件，其具有被限定为提供对来自眼睛的眼底的返回光的像差校正的形状。

自由形式的元件提供像差校正，同时维持入射光在眼睛的瞳孔点处的明点源和返回光在第一扫描仪处的明点源。

自由形式的元件可包括反射元件。自由形式的元件可包括静态元件。

自由形式的元件可具有包括在元件的第一和第二实质上正交的轴的每个中的曲率的形状。沿着第一轴的曲率可由椭圆限定。沿着第一轴的曲率可由抛物线限定。沿着第二轴的曲率可由预定数学函数定义。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。

自由形式的元件可以在形状上实质上是矩形的。元件的第一轴可实质上与矩形形状的长轴重合，而元件的第二轴可实质上与矩形形状的短轴重合。元件的第一轴可以与矩形形状的长轴成一角度，而元件的第二轴可以与矩形形状的短轴成一角度。

自由形式的元件可具有被限定为提供返回光的像差校正以产生来自眼底的任何位置的返回光的形状，该返回光在第一扫描仪处的明点源处具有在实质上正交于光的行进方向并实质上平行于自由形式的元件的第二轴的光的方向上的实质上均匀的发散。

检眼镜可包括位于第一扫描仪之后的透镜，透镜用于聚焦返回光以产生来自眼底的任何位置的返回光，其在实质上正交于光的行进方向并实质上平行于自由形式的元件的第二轴的光的方向上被准直。因为自由形式的元件的成形产生来自眼底的任何位置的返回光的实质上均匀的发散，所以同一透镜可用于产生来自眼底的任何位置的返回光的准直。

眼睛的眼底的二维扫描可包括返回光的多个光束，返回光的每个光束起源于眼睛的眼底的不同位置。自由形式的元件可具有被限定为提供对起源于眼底的不同位置的返回光的多个光束的像差校正以产生返回光的光束的形状，所述返回光的光束在第一扫描仪处的明点源处具有在实质上正交于光束的行进方向并实质上平行于自由形式的元件的第二轴的光束的方向上的实质上均匀的发散。

检眼镜可包括位于第一扫描仪之后的透镜，透镜用于聚焦起源于眼底的不同位置的返回光的多个光束以产生返回光的光束，所述返回光的光束在实质上正交于光的行进方向并实质上平行于自由形式的元件的第二轴的光的方向上被准直。因为自由形式的元件的成形产生来自眼底的任何位置的返回光的实质上均匀的发散，所以同一透镜可用于产生来自眼底的每个位置的返回光的每个光束的准直。

自由形式的元件可具有被限定为提供对在眼睛的眼底上的入射光的像差校正的形状。自由形式的元件可具有被限定为提供入射光的像差校正以在眼底的任何位置处产生入射光的形状，入射光在眼睛的瞳孔点处的明点源处具有在实质上正交于光的行进方向并实质上平行于自由形式的元件的第二轴的光的方向上的实质上均匀的发散或会聚。

入射光在眼睛的眼底上的二维扫描可包括入射光的多个光束，入射光的每个光束入射在眼睛的眼底的不同位置上。自由形式的元件可具有被限定为提供对入射在眼底的不同位置上的入射光的多个光束的像差校正以产生入射光的光束的形状，该入射光的光束在眼睛的瞳孔点处的明点源处具有在实质上正交于光束的行进方向并实质上平行于自由形式的元件的第二轴的光束的方向上的实质上均匀的发散。

自由形式的元件可位于检眼镜中，使得元件的第一轴形成实质上垂直的轴，而元件的第二轴形成实质上水平的轴。自由形式的元件可位于检眼镜中，使得元件的第一轴形成实质上水平的轴，而元件的第二轴形成实质上垂直的轴。自由形式的元件可位于检眼镜中，使得该元件的第一轴与检眼镜的垂直轴成一角度，而该元件的第二轴与检眼镜的水平轴成相应的角度。

在检眼镜中的像差校正提供来自眼睛的眼底的返回光的共焦检测中的改进。在检眼镜中对返回光的共焦检测用于增强对来自眼底的光的检测，优于对从其它结构例如眼睛的角膜和检眼镜的元件返回的光的检测。

在没有像差的理想检眼镜中，在眼睛的进入点处的入射光的每个光束在正交于光束的行进方向的光束的所有方向上被准直。入射光的光束然后由眼睛聚焦以在眼睛的眼底的位置上形成所聚焦的入射光。来自眼睛的眼底的位置的返回光由眼睛离焦到在眼睛的出射点处的返回光的光束内。返回光的光束在眼睛的出射点处的正交于光束的行进方向的光束的所有方向上被准直。如果常规针孔孔径位于与眼底共焦的平面处，则位于孔径之前的透镜将使来自眼底的返回光的光束聚焦以穿过在与眼底共焦的平面处的孔径。来自其它结构的返回光将不在针孔孔径处、即在与眼底共焦的平面处形成焦点，且因此大部分被过滤出。

在检眼镜特别是宽视场检眼镜中，其中像差被引入到入射和返回光内，返回光的每个光束不在眼睛的出射点处的正交于光束的行进方向的光束的所有方向上被准直。如果常规针孔孔径位于与眼底共焦的平面处，则位于孔径之前的透镜将不能够使来自眼底的返回光的光束聚焦，使得所有光束穿过在与眼底共焦的平面处的孔径。因此，眼底返回光的一部分损失。这可通过使用具有较大尺寸的定制孔径来被补偿，但这允许来自其它结构的更多光穿过孔径。

在本发明的检眼镜中，像差的校正提高返回光的每个光束的准直。如果常规针孔孔径位于与眼底共焦的平面处，则位于孔径之前的透镜因此更好地能够通过孔径使来自眼底的返回光的光束聚焦。这导致眼底返回光的共焦检测中的改进，优于没有像差校正的检眼镜。来自其它结构例如眼睛的角膜和检眼镜的元件的返回光将不在与眼底共焦的平面处、即在孔径处形成焦点，并可被过滤出。

检眼镜还可包括眼底返回光分离装置，其包括至少一个透镜和孔径。透镜可以是非球面透镜。孔径可以是狭缝孔径。狭缝孔径可包括例如大约2mm的第一长尺寸和例如大约250μm的第二短尺寸。

透镜可位于检眼镜中以经由第一扫描仪接收来自眼睛的眼底的返回光。透镜可将眼底返回光聚焦到在与眼睛的眼底共焦的平面处的返回光线内。狭缝孔径可位于与眼睛的眼底共焦的平面处、在返回光的光路中在检眼镜中的透镜之后。狭缝孔径可位于检眼镜中，使得它的第一轴与返回光线实质上平行，且返回光线实质上穿过狭缝孔径。

来自其它结构例如眼睛的角膜和检眼镜的元件的返回光将不被透镜聚焦到光线内，且实质上将不穿过狭缝孔径，即实质上被过滤出。这导致在眼底返回光的共焦检测中的改进。

检眼镜还可包括具有被设计成提供在眼睛的视网膜上的入射光的像差校正的形状的静态相位掩模。

检眼镜可包括宽视场检眼镜。检眼镜可包括超宽视场检眼镜。检眼镜可在反射模式中操作。检眼镜可在荧光模式中操作。检眼镜可用于光学相干断层扫描。

在提到眼睛的眼底的情况下，应理解，这包括但不限于眼镜的视网膜、视盘、黄斑、中央凹、后极部、Bruch膜和脉络膜。

根据本发明的第二方面，提供了用于在本发明的第一方面的检眼镜中使用的第一扫描传递元件。

根据本发明的第三方面，提供了限定用于在本发明的第一方面的检眼镜中使用的第一扫描传递元件的形状的方法，所述方法包括：

(i)构造包括检眼镜的系统的光学描述，

(ii)使多条射线穿过系统，

(iii)确定射线穿过系统的路径，

(iv)使用射线的路径来测量检眼镜中的至少一些元件的作为角度的函数的像差，以及

(v)使用像差测量结果来确定第一扫描传递元件的形状。

该方法还可提供对模型眼的像差的补偿。该方法可包括：

(i)构造包括检眼镜和模型眼的系统的光学描述，

(ii)使多条射线穿过系统以在多个角度下照射在模型眼的表面上，

(iii)确定射线穿过系统的路径，

(iv)使用射线的路径来测量检眼镜中的至少一些元件和模型眼的作为角度的函数的像差，以及

(v)使用像差测量结果来确定第一扫描传递元件的形状。

现在将参考附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施方式，在附图中：

图1是根据本发明的第一方面的检眼镜的示意表示；

图2是在图1的检眼镜中使用的根据本发明的第二方面的第一扫描传递元件的示意表示；

图3是图1的检眼镜的眼底返回光分离装置的顶视图的示意表示；以及

图4是限定在图1的检眼镜中使用的图2的第一扫描传递元件的形状的方法的流程图。

参考图1，检眼镜10包括光源12、第一扫描仪14、第一扫描传递元件16、第二扫描仪18和第二扫描传递元件20。光源12操作来产生入射光的多个连续光束。第一扫描仪14是旋转的多边形并接收来自光源12的入射光束。在这个实施方式中，第一扫描仪14提供如由三个光束表示的入射光束的垂直扫描。第一扫描传递元件16是下面进一步描述的自由形式的静态反射元件。第一扫描传递元件16具有第一焦点和第二焦点，并位于检眼镜10处，使得第一扫描仪14与第一焦点重合以及第二扫描仪18与第二焦点重合，如所示。因此，第一扫描传递元件16将入射光束的垂直扫描从第一扫描仪14传递到第二扫描仪18。第二扫描仪18是由步进电动机驱动的平面镜，且在这个实施方式中提供对入射光束的水平扫描。第二扫描传递元件20是非球面镜并具有第一焦点和第二焦点。它位于检眼镜10中，使得第二扫描仪18与第一焦点重合，以及受验对象的眼睛22的瞳孔点与第二焦点重合，如所示。因此，第二扫描传递元件20将来自第二扫描仪18的入射光束的水平扫描传递通过瞳孔点并继续传递到眼睛22的底部上。

因此，第一扫描仪14、第一扫描传递元件16、第二扫描仪18和第二扫描传递元件20组合地操作以在眼睛22的底部处提供入射光束的二维扫描。二维入射光扫描似乎起源于眼睛22的瞳孔点处的明点源并包括入射光的多个光束，入射光的每个光束入射在眼睛22的底部的不同位置上。

来自眼睛22的底部的返回光在检眼镜10的反射和荧光操作模式中形成来自眼睛22的底部的返回光的二维扫描。返回光的二维扫描包括返回光的多个光束，返回光的每个光束起源于眼睛的眼底的不同位置。返回光的二维扫描返回穿过眼睛22的瞳孔点、第二扫描传递元件20、第二扫描仪18、第一扫描传递元件16和第一扫描仪14。这些元件起作用以使返回光的二维扫描去扫描以提供来自第一扫描仪14的返回光的多个光束。返回光的多个光束似乎起源于第一扫描仪14处的明点源。第一扫描仪14在其中入射光的多个光束从光源12被接收到的方向上投射每个返回光束。返回光的光束通过分束器24与入射光路径分离并耦合到检测器(未示出)。来自检测器的测量的时间序列用于形成返回光的二维扫描并产生眼睛22的底部的图像。

参考图1和图2，第一扫描传递元件16包括具有被限定为提供对来自眼睛的眼底的返回光的像差校正的形状的自由形式的元件。自由形式的元件16具有包括在元件的第一和第二实质上正交的轴x、y的每个中的曲率的形状。沿着第一y轴的曲率由椭圆限定，而沿着第二x轴的曲率由包括一个或多个多项式函数的预定数学函数限定。自由形式的元件16在形状上实质上是矩形的，且元件的第一轴y位于与如所示的矩形形状的长轴成一角度处，而元件的第二轴x位于与如所示的矩形形状的短轴成一角度处。沿着自由形式的元件16的第一轴y的椭圆曲率提供元件的第一焦点和第二焦点(foci)，第一扫描仪14和第二扫描仪18分别与第一焦点和第二焦点重合。自由形式的元件16的这个形状和定位提供像差校正，同时维持入射光在眼睛22的瞳孔点处的明点源和返回光在第一扫描仪14处的明点源。

在这个实施方式中，自由形式的元件16位于检眼镜10中，使得元件的第一y轴形成实质上垂直的轴，而元件的第二x轴形成实质上水平的轴。然而，将认识到，自由形式的元件可位于检眼镜中，使得元件的第一轴形成实质上水平的轴，而元件的第二轴形成实质上垂直的轴。

自由形式的元件16的形状被定义为产生对在第一扫描仪14处的明点源处的起源于眼底的不同位置的返回光的每个光束的像差校正。这产生返回光的光束，其在第一扫描仪14处的明点源处具有在实质上正交于光束的行进方向并实质上平行于自由形式的元件16的第二轴的光束的方向(即，在这个实施方式中，为返回光束的水平尺寸)上的实质上均匀的发散。自由形式的元件16对返回光的每个光束的水平尺寸上的像差进行校正。自由形式的元件16的像差校正不导致在返回光的光束的垂直尺寸上的像差校正。返回光的每个光束具有不同的会聚/发散垂直尺寸。

自由形式的元件16的形状还提供对入射在眼睛22的底部的不同位置上的入射光的每个光束的像差校正。这产生入射光的光束，其在眼睛22的瞳孔点处的明点源处具有在实质上正交于光束的行进方向并实质上平行于自由形式的元件16的第二轴的光束方向(即，在这个实施方式中，为入射光束的水平尺寸)上的实质上均匀的发散。

参考图1和图3，检眼镜10包括位于检眼镜10中以经由第一扫描仪14和分束器24接收来自眼睛22的底部的返回光的光束的返回光检测装置30。返回光检测装置30包括准直透镜32、作为非球面或球面透镜的聚焦透镜34和狭缝孔径36。狭缝孔径36包括大约2mm的第一长尺寸和大约250μm的第二短尺寸。

准直透镜32用于聚焦起源于眼底的不同位置的返回光的多个光束以产生返回光的光束，该返回光的光束在实质上正交于光的行进方向并实质上平行于自由形式的元件16的第二轴的光的方向(即，在这个实施方式中，为返回光束的水平尺寸)上被准直。因为自由形式的元件16的成形产生来自眼底的任何位置的返回光的光束的实质上均匀的发散，所以同一透镜32可用于产生来自眼底的每个位置的返回光的每个光束的准直。

聚焦透镜34和狭缝孔径36关于返回光的每个光束的路径而被定位在准直透镜32之后，如所示。狭缝孔径36位于与眼睛22的底部共焦的平面中。聚焦透镜34位于狭缝孔径36之前，使得它将返回光的每个光束聚焦在眼底共焦平面处。在返回光的每个光束的平行于第一扫描传递元件16的第二x轴的水平或宽度尺寸上，光束被准直。在返回光的光束的垂直或高度尺寸上，光束是会聚的或发散的。聚焦透镜34聚焦来自眼底的返回光的每个光束以形成在透镜34的光轴之上和之下延伸的返回光线。狭缝孔径36的第一长轴与每个返回光线实质上平行定位，且由返回光的每个光束产生的光线实质上穿过狭缝孔径36并被检测到。

来自其它结构例如眼睛22的角膜和检眼镜10的元件的返回光将不被聚焦透镜34聚焦到光线内，且将实质上不穿过狭缝孔径36，即实质上被过滤出。这导致眼底返回光的共焦检测中的改进。

参考图4，示出限定在图1的检眼镜10中使用的图2的自由形式的第一扫描传递元件16的形状的方法。这包括构造包括检眼镜的系统的光学描述(40)，使多条射线穿过系统(42)，确定射线穿过系统的路径(44)，使用射线的路径来测量检眼镜中的至少一些元件的作为角度的函数的像差(46)，以及使用像差测量来确定自由形式的元件的形状(48)。该方法还可通过以下步骤来提供对模型眼的像差的补偿：构造包括检眼镜和模型眼的系统的光学描述，使多条射线穿过系统以在多个角度下照射在模型眼的表面上，确定射线穿过系统的路径，使用射线的路径来测量检眼镜中的至少一些元件和模型眼的作为角度的函数的像差，以及使用像差测量来确定自由形式的元件的形状。

Claims (21)

1.一种检眼镜，包括光源、第一扫描仪、第一扫描传递元件、第二扫描仪和第二扫描传递元件，所述检眼镜提供从眼睛的瞳孔点处的明点源到眼睛的眼底上的入射光的二维扫描，并使来自所述眼睛的眼底的返回光的二维扫描去扫描以提供来自所述第一扫描仪处的明点源的返回光，

其中，所述第一扫描传递元件包括自由形式的元件，所述自由形式的元件具有被限定为提供对来自所述眼睛的眼底的所述返回光的像差校正的形状。

2.根据权利要求1所述的检眼镜，其中所述自由形式的元件包括反射元件。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的检眼镜，其中所述自由形式的元件包括静态元件。

4.根据任一前述权利要求所述的检眼镜，其中所述自由形式的元件具有包括在所述元件的实质上正交的第一轴和第二轴的每个中的曲率的形状。

5.根据权利要求4所述的检眼镜，其中沿着所述第一轴的所述曲率由椭圆定义。

6.根据权利要求4所述的检眼镜，其中沿着所述第二轴的所述曲率由预定数学函数定义。

7.根据权利要求6所述的检眼镜，其中所述预定数学函数包括至少一个多项式函数。

8.根据权利要求4到7中的任一项所述的检眼镜，其中所述自由形式的元件在形状上实质上是矩形的，以及所述元件的所述第一轴与所述矩形形状的长轴成一角度，而所述元件的所述第二轴与所述矩形形状的短轴成一角度。

9.根据任一前述权利要求所述的检眼镜，其中所述自由形式的元件具有被限定为提供所述返回光的像差校正以产生来自所述眼底的任何位置的返回光的形状，所述返回光在所述第一扫描仪处的所述明点源处具有在实质上正交于所述光的行进方向并实质上平行于所述自由形式的元件的所述第二轴的所述光的方向上的实质上均匀的发散。

10.根据权利要求9所述的检眼镜，还包括位于所述第一扫描仪之后的透镜，所述透镜用于聚焦所述返回光以产生来自所述眼底的任何位置的返回光，所述返回光在实质上正交于所述光的行进方向并实质上平行于所述自由形式的元件的所述第二轴的所述光的方向上被准直。

11.根据任一前述权利要求所述的检眼镜，其中来自所述眼睛的眼底的返回光的所述二维扫描包括返回光的多个光束，返回光的每个光束起源于所述眼睛的眼底的不同位置。

12.根据权利要求11所述的检眼镜，其中所述自由形式的元件具有被限定为提供返回光的每个光束的像差校正以产生返回光的光束的形状，所述返回光的光束在所述第一扫描仪处的所述明点源处具有在实质上正交于所述光束的行进方向并实质上平行于所述自由形式的元件的所述第二轴的所述光束的方向上的实质上均匀的发散。

13.根据权利要求12所述的检眼镜，还包括位于所述第一扫描仪之后的透镜，所述透镜用于聚焦起源于所述眼底的不同位置的返回光的所述多个光束以产生返回光的光束，所述返回光的光束在实质上正交于所述光的行进方向并实质上平行于所述自由形式的元件的所述第二轴的所述光的方向上被准直。

14.根据任一前述权利要求所述的检眼镜，其中所述自由形式的元件具有被限定为提供对在所述眼睛的眼底上的所述入射光的像差校正的形状。

15.根据任一前述权利要求所述的检眼镜，还包括眼底返回光分离装置，所述眼底返回光分离装置包括至少一个透镜和孔径。

16.根据权利要求15所述的检眼镜，其中所述透镜是非球面透镜。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的检眼镜，其中所述孔径是狭缝孔径。

18.根据权利要求15到17中的任一项所述的检眼镜，其中所述透镜位于所述检眼镜中以经由所述第一扫描仪接收来自所述眼睛的眼底的返回光，并将眼底返回光聚焦到与所述眼睛的眼底共焦的平面处的返回光线内。

19.根据权利要求18所述的检眼镜，其中所述狭缝孔径被定位在所述检眼镜中、在所述返回光的光路中处于所述透镜之后，且处于与所述眼睛的眼底共焦的平面处，使得其长轴与所述返回光线实质上平行，且所述返回光线实质上穿过所述狭缝孔径。

20.一种用于在权利要求1到19中的任一项所述的检眼镜中使用的第一扫描传递元件。

21.一种限定用于在权利要求1到19中的任一项所述的检眼镜中使用的第一扫描传递元件的形状的方法，包括：

(i)构造包括所述检眼镜的系统的光学描述，

(ii)使多条射线穿过所述系统，

(iii)确定所述射线穿过所述系统的路径，

(iv)使用所述射线的路径来测量所述检眼镜中的元件的至少一些的作为角度的函数的像差，以及

(v)使用像差测量结果来确定所述第一扫描传递元件的形状。