CN107249431A - 使用利用视网膜照相机测量的屈光参数的视觉问题诊断 - Google Patents

Abstract

系统、设备和方法用来诊断视觉问题。例如，可以利用眼底照相机(2100)来实现诊断视觉问题。照相机(2100)使正被查看的眼睛(1401)的感兴趣部位的图像(1501)聚焦。该图像(1501)可以是眼底的中间真实图像。一旦眼睛(1401)的该部位对焦，则确定了聚集机构(2103)的设置或位置。基于聚焦机构(2103)的所确定的设置或所确定的位置，能够确定眼睛(1401)的光学误差。一旦对焦，可以拍摄或获取眼睛(1401)的感兴趣部位的图像(1501)。基于确定眼睛(1401)的该特征在图片或图像(1501)中占据的面积，和所确定的眼睛(1401)的光学误差，能够以绝对单位确定眼睛(1401)的任何特征的尺寸。

Description

使用利用视网膜照相机测量的屈光参数的视觉问题诊断

相关申请的交叉引用/通过引用的并入

本申请参考且要求在2014年6月30日递交的序列号为62/019,182的美国临时申请的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入在本文中。

联邦政府赞助的研究或开发

[不适用]。

[缩微平片/版权参考]

[不适用]。

技术领域

本发明的某些实施方式涉及信号处理。更具体地，本发明的某些实施方式涉及用于使用利用视网膜照相机测量的屈光参数的视觉问题诊断的方法和系统。

背景技术

眼底摄影术或眼底照相术为眼睛的内表面的照片或图像(例如数字图像)的创建，眼睛例如可以包括如下项中的一者或多者：视网膜、视神经盘、斑点和后极。

眼底摄影术被验光师、眼科医师和训练有素的医护人员用来监控疾病的发展、疾病的诊断(与视网膜血管造影术结合)，或用在筛选项目和流行病学。

对于本领域的技术人员来说，通过比较这类系统和如在本申请的其余部分中参照附图所提出的本发明，常见的传统方法的其它限制和缺点将变得明显。

附图说明

图1示出不同类型的单透镜。

图2示出双凸或平凸的透镜。

图3示出双凹或平凹的透镜。

图4示出由透镜生成的真实图像。

图5示出由透镜生成的虚拟图像。

图6示出对象被聚焦在其中的平面。

图7示出用在聚焦法中的照相机显示器。

图8示出哈特曼(Hartmann)罩或沙奈尔(Scheiner)圆盘。

图9示出巴提农(Bahtinov)罩。

图10示出刀口聚焦。

图11示出在直接检眼镜检查中的成像。

图12示出在使用直接检眼镜检查的方法中的患者的被照明的眼底。

图13示出在使用直接检眼镜检查的方法中的受限制的视野。

图14示出在使用间接检眼镜检查的方法中的扩展的视野。

图15示出在使用间接检眼镜检查的方法中的从患者的眼底到观察者的视网膜的托盘的描图。

图16示出在使用间接检眼镜检查的方法中的空中投影的放大。

图17示出在使用间接检眼镜检查的方法中的对于不同透镜的放大。

图18示出在使用间接检眼镜检查的方法中的对于各种透镜和视距的距离、放大和计算。

图19示出在使用间接检眼镜检查的方法中的对于屈光不正的补偿。

图20示出在具有透镜和不具有透镜的情况下的视野。

图21示出眼底照相机的SLR观察系统。

图22A示出眼底照相机在摄影师正在观察对象时的配置。

图22B示出眼底照相机在胶片暴露于来自对象的光时的配置。

图22C示出眼底照相机在对焦屏与该眼底照相机中的透镜系统之间的距离等于胶片平面与该透镜系统之间的距离时的配置。

图23示出聚焦面标线的各种设计。

图24示出近视的三面眼和远心原理的应用。

图25示出眼底照相机以及聚焦系统中的眼底成像系统。

图26示出说明用于诊断视觉问题的方法的实施方式的流程图。

图27示出说明用于确定眼睛的特征的采用绝对单位的尺寸或长度的方法的实施方式的流程图。

图28示出成像系统或成像子系统的实施方式的一些部件的框图。

图29示出视网膜照相机屈光。

图30示出眼镜屈光与聚焦位置的线性回归曲线。

图31示出自动屈光计的基本原理。

具体实施方式

相比于检眼镜检查，眼底摄影术通常使用相当较大的仪器，但是可以有益于图像待由专家检查，例如在另一位置和/或时间，以及提供照片文档以供未来参看。眼底摄影术通常重建比用手持式检眼镜在任一时间可看到的眼底区域大很多的眼底区域。

视网膜照相机或视网膜眼底成像系统(无论其包括傻瓜相机、观景式相机、数码相机、传感器、还是胶片摄像机)的目的在于将光投射到将捕获图像的表面上。一些视网膜照相机和视网膜眼底成像系统共享一些基础机制。例如，聚焦可以用于生成清楚的诊断图像。聚焦系统确定且提供眼屈光或眼睛的屈光状态，其可以被登记且存储在视网膜眼底成像系统中。

本发明的一些实施方式涉及用于基于由视网膜照相机和视网膜眼底成像系统使用的聚焦系统和波前测量来测量眼睛的屈光不正的方法、系统和设备。

一些实施方式涉及从由视网膜照相机或视网膜眼底成像系统所拍摄的一个或多个眼底图像提取或获取眼屈光或屈光不正的信息、数据或参数。视网膜照相机或视网膜眼底成像系统例如可以包括如下项中的一者或多者：扫描激光检眼镜(Scanning LaserOphthalmoscope，SLO)、自适应光学扫描激光检眼镜(Adaptive Optics Scanning LaserOphthalmoscope，AO-SLO)、光学相干断层摄影术(Optical Coherence Tomography，OCT)、3D视网膜成像系统、和视网膜扫描仪。

一些实施方式提出，通过从视网膜照相机或视网膜眼底成像系统提取且使用存储的眼屈光信息，可以提供眼底图像和屈光状态。

本发明的一些实施方式涉及用于通过将计算软件或者一个或多个视力计机构并入或安装到视网膜照相机或视网膜成像系统来测量或提取或获取正被照相的眼睛的屈光不正的方法、计算软件、系统和设备。

本发明的一些实施方式涉及用于基于由视网膜照相机和视网膜眼底成像系统使用的聚焦系统和波前测量来测量或提取或获取正被照相的眼睛的屈光不正的方法、计算软件、系统和设备。

本发明的一些实施方式涉及用于通过将计算软件并入或安装到视网膜照相机和视网膜眼底成像系统来提取或获取正被照相的眼睛的屈光不正的方法和计算软件。

本发明的一些实施方式涉及用于通过将一个或多个视力计机构并入或安装到照相机或视网膜眼底成像系统来测量正被照相的眼睛的屈光不正的方法、计算软件、系统和设备。

一些实施方式使用一个或多个处理器，该一个或多个处理器执行指令以基于公式、方程和/或算法执行操作或计算，以确定且提供眼睛的眼屈光。通常，执行本申请中所描述的操作和/或计算的可执行指令和/或代码可被一个或多个处理器访问且可以被存储在非易失性存储介质中，例如，该非易失性存储介质诸如为如下项中的一者或多者：RAM、ROM、缓存、内存、硬盘驱动器、闪存盘、磁存储器、光学存储器、半导体存储器、内部处理器内存等。该一个或多个处理器和非易失性存储介质可以为眼底照相机、眼底成像系统、和/或聚焦系统的一部分。例如参看图28。

光学原理

眼底照相机的光学设计基于单眼的间接检眼镜检查。眼底照相机提供眼底的直立的放大视图。典型的照相机观察大约30°到大约50°的视网膜区域，具有大约2.5x的放大率，以及允许通过变焦透镜或辅助透镜对该关系的某种修改，该修改从大约15°(这提供大约5x放大率)到在广角透镜下的大约140°，这使图像变小了大约一半。

眼底照相机的光学器件在某些方式下类似于间接检眼镜的光学器件，例如由于观察系统和照明系统遵循不同路径。在穿过照相机物镜和眼角膜而到达视网膜上之前，观察光通过环形孔借助一系列透镜被聚焦，然后穿过中心孔以形成环形物。从视网膜反射的光穿过由照明系统形成的环状物中的未被照明的孔。由于两个系统的光路径是独立的，因此具有在形成的图像中所捕获的光源的最小反射。形成图像的光线继续朝向低焦度的望远镜目镜。当按下按钮以拍摄图片时，镜子中断照明系统的路径，允许来自闪光灯的光进入眼睛中。同时，镜子落在观察望远镜、照相机、成像设备、聚焦系统或其它光学仪器的前方，这使光重定向到捕获介质上，无论该捕获介质为胶片还是为数字电荷耦合设备(Charge-Coupled Device，CCD)。由于眼睛在通过望远镜、照相机、成像设备、聚焦系统或其它光学仪器查看时倾向于适应，因此有用的是，出口聚散度是平行的，以便在捕获介质上形成聚焦图像。

由于仪器在设计上是复杂的且难以制造为临床标准，因此仅存在少数的制造商，例如包括：拓普康(Topcon)、蔡司(Zeiss)、佳能(Canon)、尼德克(Nidek)、日本兴和(Kowa)、CSO和CenterVue。

下文描述涉及或适用于视网膜眼底成像系统的一个或多个元件和原理。

照相机

照相机(无论其为傻瓜相机、观景式相机、数码相机、还是胶片摄像机)的目的在于将光投射到将捕获图像的表面上。该照相机可以具有例如聚焦光以创建场景图像的一系列透镜。在数码相机的情况下，代替将光聚焦到胶片上，该照相机将光聚焦到半导体设备或以电子方式记录光的其它类型的设备上。然后，处理器可以用于分析该电子信息和/或将该信息转换为数字数据。

视力计

视力计为用于测量眼睛的屈光状态的仪器。存在两种主要类型的视力计：主观视力计和客观视力计。主观视力计依赖于对象对测试物的清晰度或模糊度的判断，而客观视力计包含确定从对象的视网膜反射的光的聚散度的光学系统。

电子视力计可以为任一类型，在该电子视力计中，在操作者已激活信号之后的简短时间段内，所有的数据以数字形式呈现。客观类型(也称为自动屈光计或自动折射计)已变得非常受欢迎，并且这些自动屈光计中的一些自动屈光计现在在同一仪器内提供客观系统和主观系统二者。

Badal的视力计为简单的主观视力计，其包括单个正透镜和可移动的目标。来自目标的光在通过透镜屈光之后的聚散度取决于该目标的位置。指示患者从目标呈现为模糊的位置朝向透镜移动目标，直到该目标变得清楚为止。该点(用屈光值转换)表示患者眼睛的屈光。这是粗糙且不准确的仪器，其中测量被适应、视网膜图像尺寸随着目标距离的变化、聚焦的大深度、标度的非线性等损毁。Badal的改进是放置透镜使得其焦点与眼睛的节点或眼睛的前焦点或眼睛的入射光瞳相一致，因此克服非线性标度和变化的视网膜图像尺寸的问题。

Fincham的视力计，符合客观视力计，其中，被照明的细线目标的图像通过穿过瞳孔的小的周边部而形成在视网膜上。检查者通过具有光学倍增系统的望远镜来查看，该光学倍增系统将视场一分为二。如果入射光束未聚焦在视网膜上，则反射光束将不沿着光轴，以及将看到两条半直线不对齐。调整目标的屈光值以便获得对齐，给出了屈光异常的测量。

红外视力计为使用红外线而非可见光的视力计。如此做使得在视力计中所使用的目标对于患者而言不可见。否则当改变时，该目标趋于变为适应的刺激。然而，必须针对眼睛的色差校正仪器。大多数现代的视力计使用红外光。这些视力计基于如下三个原理之一：(1)视网膜检影法、(2)Scheiner的实验、以及检眼镜检查(间接)。

Young的视力计为简单的视力计，其包括单个正透镜且使用Scheiner的原理。目标为光的单点或线，该目标来回移动，直到被观察者逐一看到。当目标未被聚焦时，其看起来是双重的且有点模糊。

传统的自动屈光计通常通过测量光强度而测量如何使光线弯曲或“折射”。然而，这些方法不实现眼睛的全折射。除了球体校正外，“球柱”的全折射必须还包括柱面测量和轴测量。传统技术使用“焦点”，这需要至少三个透镜(瞳孔透镜和充当小望远镜的两个其它透镜)在眼睛的不同区域中查看区域(焦点)且需要至少两个检测器，以及这两个检测器必须工作在至少两个独立的光路径中。传统的立式安装的自动屈光计通常使用一系列传感器和监控器来捕获眼睛。传感器和监控器的另一系统用于精密的光学对准。光学器件和监控器的另一第三系统用于控制眼睛看何处且在何处被聚焦。

透镜

透镜为透射和折射光、由此使光会聚或发散的光学设备。单透镜包括单个光学元件。复合透镜为具有公共轴的单透镜(元件)的阵列。相比于利用单个元件可能校正的光学像差，多个元件的使用允许校正更多的光学像差。透镜通常由玻璃或透明塑料制成。折射可见光谱外的电磁辐射的元件也被称为透镜。例如，微波透镜可以由固体石腊制成。

一些透镜为具有两个表面的球面透镜，这两个表面为球体表面的部分，其中透镜轴垂直于两个表面。每个表面可以为凸面的(例如，从透镜向外凸出)、凹面的(例如，压入透镜中)或平面的(例如，平坦的)。连接球体中心(组成透镜表面)的线被称为透镜的轴。通常，透镜轴穿过透镜的物理中心，这是因为制造该透镜的方法。透镜可以在制造之后被切割或打磨以使透镜具有不同的形状或尺寸。于是透镜轴可以不穿过透镜的物理中心。

图1示出不同类型的单透镜。透镜可以按照两个光学表面的曲率来分类。如果两个表面为凸的，则透镜为双凸的(或双面凸的、或仅仅凸的)。如果两个表面具有相同的曲率半径，则透镜为等凸的。具有两个凹面的透镜为双凹的(或仅仅凹的)。如果表面之一为平坦的，则根据另一表面的曲率，透镜为平凸的或平凹的。具有一个凸侧和一个凹侧的透镜为凸凹形或弯月形。这种类型的透镜通常被用在校正透镜中。

如果透镜为双凸的或平凸的，如图2所示，则穿过透镜的准直光束将被会聚(例如聚焦)到透镜后方的点。在该情况下，透镜被称为正透镜或会聚透镜。从透镜到该点的距离为透镜的焦距，该焦距在图和方程中可以被简写为f。

如果透镜为双凹的或平凹的，如图3所示，则穿过透镜的准直光束将被发散开(例如扩展)。该透镜被称为负透镜或发散透镜。光束在穿过透镜之后看上去是从透镜前方的轴上的特定点发出。从该点到透镜的距离也被称为焦距，尽管该焦距相对于会聚透镜的焦距为负的。

凸凹形(例如弯月形)透镜可以为正的或负的，这取决于两个表面的相对曲率。负弯月形透镜具有更陡峭的凹面且将在中央处比在边缘处更薄。相反，正弯月形透镜具有更陡峭的凸面且将在中央处比在边缘处更厚。具有曲率相等的两个表面的理想薄透镜具有为零的光学焦度(optical power)，意味着该透镜既不使光会聚也不使光发散。所有的真实透镜具有非零厚度，这导致具有相同曲面的真实透镜略为正。为了精确地获得零光焦度，弯月形透镜可以具有略微不等的曲率以抵消透镜厚度的效果。

Lensmaker的方程

可以从lensmaker的方程计算在空中的透镜的焦距：

其中

P为透镜的焦度，

f为透镜的焦距，

n为透镜材料的折射率，

R₁为最靠近光源的透镜表面的曲率半径(具有符号，参看下文)，

R₂为最远离光源的透镜表面的曲率半径，以及

d为透镜的厚度(例如，在两个表面顶点之间沿着透镜轴的距离)。

与透镜的曲率半径一起使用的符号法则指示对应表面为凸的还是凹的。符号法则可以改变。然而，在本文中，如果R₁为正的，则第一表面为凸的，以及如果R₁为负的，则第一表面为凹的。对于透镜的后表面使符号相反：如果R₂为正的，则该表面为凹的，以及如果R₂为负的，则该表面为凸的。如果任一半径为无限大，则对应表面为平坦的。利用该法则，通过透镜表面的形状来确定符号，以及这些符号与光行进穿过透镜的方向无关。

成像特性

在空中的正透镜或会聚透镜将沿着透镜轴行进的准直光束聚焦到离透镜的距离为f的点(称为焦点)。相反地，位于焦点的点光源将被透镜转换为准直光束。这些是用透镜成像的两个示例。在前者中，处于无穷远距离的对象(例如，如由波的准直光束表示)在透镜的焦点处被聚焦为图像。在后者中，处于离透镜的焦距距离处的对象在无穷远处被成像。垂直于透镜轴且位于离透镜的距离f处的平面被称为焦平面。

参照图4，如果从对象到透镜的距离和从透镜到图像的距离分别为S₁和S₂，则对于在空中的厚度可忽略的透镜而言，通过薄透镜公式使上述距离相关：

这也可以被放于“Newtonian”形式使得

x₁x₂＝f²,

其中x₁＝S₁-f和x₂＝S₂-f。

因此，如果沿着轴将对象放在焦距为f的正透镜前方的距离S₁处，则放在透镜后方的距离S₂处的屏幕将具有对象的投射到该屏幕上的清晰图像，只要S₁>f(如果透镜到屏幕的距离S₂略微变化，则图像将变得不太清晰)。该原理适用于摄影和对人眼的操作。该图像在该情况下被称为真实图像。

参照图5，如果S₁<f，则S₂变为负的，图像明显地位于透镜的与对象相同的一侧。尽管这种图像(称为虚拟图像)无法被投射在屏幕上，但是通过透镜查看的观察者将在其明显计算的位置处看到该图像。放大镜创建这种图像。

透镜的放大率通过下式给出：

其中，M为放大因子。如果|M|>1，则图像大于对象。根据符号法则，如果M为负(对于真实图像即为此)，则图像相对于对象是颠倒的。对于虚拟图像，M为正且图像为直立的。

在S₁趋于无穷大的特殊情况下，则S₂＝f且M变为零。这对应于准直光束聚焦到焦点处的单点。在该情况下，图像的尺寸实际上不为零，这是由于衍射效应对图像的尺寸设置下限(例如参看瑞利(Rayleigh)准则)。

聚焦系统

例如，在本文中描述了与照相机和/或视网膜眼底成像系统一起使用的聚焦系统的实施方式。

焦点为摄影术的决定了许多不同类型的照相机的发展的方面。焦点取决于多个关系，例如包括对象与照相机的距离。

一般的照相透镜可以通过配置用于全组聚焦(其中使所有的透镜组沿着光学轴一起移动)或前组聚焦(其中仅使前透镜组移动)而执行聚焦。这些聚焦系统在聚焦驱动机制中可消耗许多能量，从而防止更快速的自动聚焦。这类聚焦系统也难以使透镜紧凑，这是因为前透镜组很大。例如，开发后聚焦系统和内部聚焦系统，以降低移动的聚焦透镜组的重量。作为聚焦透镜组，后聚焦系统和内部聚焦系统可以采用光学系统，而非前透镜组。相机制造商Canon使用内部术语，诸如意指前透镜与控制聚焦的光圈之间的一个或多个透镜组的“内部聚焦”、以及意指控制聚焦的光圈后方的一个或多个透镜组的“后聚焦”。除了加速自动聚焦以及减小透镜尺寸，后聚焦系统和内部聚焦系统还可以具有如下益处中的一者或多者：(1)在聚焦期间由于透镜的总长度不变而易于处置透镜；(2)相比于全组聚焦方法和前组聚焦方法，更易于缩短最小拍摄距离；以及(3)由于非旋转的前框架而使偏振滤波器的操作更简单。

透镜结构

透镜使光束在某一总度数上弯曲，无论光束的进入角度如何。该总的“弯曲角度”通过透镜的结构来确定。具有更圆形状的透镜(例如中心延伸出更远)将具有更尖锐的弯曲角度。使透镜向外弯曲增大了透镜上的不同点之间的距离。这增加了光波的一部分比另一部分更快速移动的时间量，因此光进行更急剧的转弯。

增大弯曲角度可具有多个影响。例如，来自特定点的光束将在更靠近透镜的一点处会聚。在具有更平坦形状的透镜中，光束将不如此急剧地弯曲。因此，光束将更远离透镜而会聚。因此，当透镜具有更平坦的表面时，聚焦的真实图像更远离透镜而形成。

增大透镜与真实图像之间的距离实际上增大了真实图像的总尺寸。例如，考虑投影仪。随着将投影仪移动为更远离屏幕，图像变得更大。光束在其朝向屏幕行进时保持展开。

在照相机中，随着透镜与真实图像之间的距离增大，光束展开更多，从而形成更大的真实图像，但是胶片的尺寸保持恒定。当附着非常平坦的透镜时，该透镜投射很大的真实图像，但是胶片仅暴露于该透镜的中间部分。透镜在框架的中间归零，放大场景的一小段。更圆的透镜产生更小的真实图像，因此胶片表面看到场景的宽得多的区域，例如，以减小的放大率。

照相机可以适配不同的透镜以按不同放大率来观看场景。透镜的放大率通过其焦距来描述。在照相机中，焦距被定义为透镜与远距离的对象的真实图像之间的距离(例如，到月球的距离)。更高的焦距数指示更大的图像放大率。

真实图像通过移动穿过凸透镜的光来形成。真实图像的性质根据光如何行进穿过透镜而改变。光路径取决于如下因素中的一者或多者：光束进入透镜中的角度；和透镜结构。

光入射的角度随着对象更靠近或更远离透镜而改变，如图6所示。当铅笔更靠近透镜时，来自铅笔尖的光束以更尖锐的角度进入透镜，以及当铅笔更远离时，来自铅笔尖的光束以更钝的角度进入透镜。但总体来说，透镜仅使光束在某一总度数上弯曲，无论该光束如何进入。因此，以更尖锐的角度进入的光束将以更钝的角度出去，反之亦然。在透镜上的任何特定点处的总“弯曲角度”保持恒定。

相比于来自更远离的点的光束，来自更近点的光束更远离透镜而会聚。因此，相比于来自更远对象的真实图像，更近对象的真实图像更远离透镜而形成。

该现象可利用实验来观察。在黑暗中点燃蜡烛以及将放大镜放置在蜡烛和墙壁之间。蜡烛的颠倒图像将出现在墙壁上。如果蜡烛的真实图像未直接落在墙壁上，则该真实图像将看起来有点模糊，这是因为光束未完全会聚在墙壁上的该点处。为了使图像聚焦，将放大镜放置得更靠近或更远离蜡烛。

如上所述，透镜使光束在某一总度数上弯曲，无论光束进入的角度如何。这个总“弯曲角度”基于透镜的结构。

对于焦距固定的透镜(例如定焦透镜)，通常的聚焦方法是使整个透镜移动。存在如下例外情况：例如高端透镜和低端透镜。对于廉价透镜，仅一个元件(通常前元件)可移动。对于一些高端透镜和变焦透镜，聚焦可以通过使内部元件移动来实现。

存在可组合两种效果的一些高端透镜。一些高端透镜可以使整个透镜移动且可以使内部元件(例如浮动元件)移动。在这类高端透镜中，可以使内部元件移动以改善图像质量且不聚焦。例如，Nikon近距离校正(Close Range Correction，CRC)透镜以这种方式操作。存在一些透镜，比如Zeiss 40mm浮动透镜元件(Floating Lens Element，FLE)反望远结构，其中，内部移动和聚焦机构是分离的。设置浮动元件以改善图像质量，然后使用聚焦机构来改善聚焦。

微距透镜也可以通过使整个透镜移动(例如，而非使任何内部元件移动)和/或通过使内部元件移动而聚焦。还针对不同距离改进光学设计，浮动元件也可以随着使透镜更远聚焦而减小焦距。该结构可用在一些Nikon微距透镜(例如Nikon微透镜)中，这使得透镜能够非常近地聚焦，而无需过多的透镜延伸。因此，使透镜远离图像平面移动的机构不需要具有与在焦距保持不变情况下所会具有的位移距离一样大的位移距离。

早期的变焦透镜设计使后组(例如定焦组，这是因为早期变焦镜头如同在其前方具有可变的无焦点转换器的定焦透镜)移动，但是现今设计很少使后组移动。代替地，如通过在透镜的前方观看可见，使内部元件移动。该移动可以为非常精细的移动。

聚焦方法

存在许多不同的聚焦方法。在一些实施方式中，可取的是，聚焦方法为一致的且可重复的。

聚焦方法在精确度上的范围可以从不太精确(例如，通过五棱镜用肉眼聚焦在照相机的毛玻璃上)变化到较为精确(例如，在实际的试验曝光中检查对象)。

如果将聚焦的问题考虑在内且如果每种方法的限制和特质被理解，则下文所列的这些方法中的许多方法可以产生良好结果。

焦比小的光学系统例如关于像差而言可以为更宽容的。在另一方面，快速光学系统和高分辨率数字传感器为了良好结果需要临界法。

或多或少地，在一般精确度(从最不精确到最精确)下呈现如下方法。前五种方法通常对于真实临界聚焦是最不精确的。方法6到方法13是适度精确的。方法14到方法16是最精确的。

1、通过眼睛

2、放大器/直角寻检器

3、数码变焦试错

4、Hartmann罩或Scheiner圆盘

5、衍射尖峰

6、Bahtinov罩

7、星迹测试

8、混合方法-星迹及Hartmann罩

9、自动聚焦

10、照相机内聚焦指示器

11、齐焦目镜

12、毛玻璃和放大器

13、混合龙基(Ronchi)屏

14、刀口

15、Ronchi屏

16、实时取景实时视频显示

17、软件度量

通过眼睛

应当看出，最简单的聚焦方式是仅通过照相机的取景器观看以及聚焦。这会很容易，但是可重复的一致性方面不一定是精确的。用肉眼通过取景器使照相机聚焦对于绝大多数人来说不具有很高的成功百分率，以及甚至具有特殊视力的人发现其不是一直重复的。该方法的精确度取决于反光镜与取景器系统的校准以及取决于用户视力和判断。

放大器/直角寻检器

通过眼睛聚焦的更好方式是在放大器的帮助下通过照相机的聚焦屏。可使用的任何附加放大将有帮助，但是大约15x到大约25x的范围对于试图实现精确聚焦而言可为最佳的。直角寻检器使得聚焦在更舒适的观看位置上是可能的，但是观看不清楚可为缺点。直角寻检器还难以以任何精确度与广角透镜一起使用。该方法的精确度可以取决于反光镜与取景器系统的校准以及取决于用户视力和判断。

数码变焦试错

该方法包括采用短期曝光以及把镜头移近在对象处，然后利用在照相机后面的LED显示器来检查，如图7所示。然后可以使焦点略微改变以及可以检查图像以查看对象是否看起来更小。通过试错过程，可以确定最佳焦点。该方法的优点在于，它使用来自传感器的真实图像来确定焦点。该方法的精确度可以取决于一旦确定正确位置后可重复的焦点位置的能力以及取决于用户关于何时获得精确焦点的判断。

Hartmann罩或Scheiner圆盘

Hartmann罩或Scheiner圆盘为在不透明的透镜盖中包括一组孔的设备，如图8所示。Hartmann罩可具有多个孔，而Scheiner圆盘在圆盘或罩中具有两个孔。当望远镜、照相机、成像设备、聚焦系统或其它光学仪器聚焦时，由每个孔生成的离焦图像合并。它们以与在测距连动式照相机(诸如Leica M系列照相机)上发现的光学测距仪相同的方式操作。如果在取景器上可以使用放大，则可以帮助使Hartmann罩或Scheiner圆盘聚焦。

Bahtinov罩

图9示出Bahtinov罩，其为Hartmann罩的变型，该变型使用在对象周围产生衍射尖峰图案的处于不同角度的矩形孔径，其中随着焦点改变，衍射尖峰之一移动。当该移动的尖峰恰好位于其它尖峰的中心时，视野聚焦。可能更好的是在实际测试图像上对其判断且显示在照相机的LCD屏上。这使用直接来自传感器的图像以及消除照相机的反射镜系统和取景器显示器中的可能误差。Astrojargon网站具有生成Bahtinov罩的网页。

该系统的精确度取决于被正确地校准到成像传感器(用于通过取景器可视化)的照相机的取景器显示器和镜子，以及取决于在评估衍射图案以确定正确焦点方面的用户判断。

自动聚焦

大多数DSLR照相机系统具有内置在照相机主体中的自动聚焦机制，这些自动聚焦机制结合自动聚焦透镜而工作以及利用足够快速的光学系统而足够敏感以聚焦在对象上。主体和透镜组合可以用于自动聚焦在明亮对象或具有足够对比度的对象上，但是应当首先测试可靠性。

这些系统中的一些系统还提供聚焦指示器，如果光学器件的f/比率速度对于照相机主体中的自动聚焦检测系统是足够明亮的，则该聚焦指示器在附接到其它光学系统(诸如望远镜、照相机、成像设备、聚焦系统或其它光学仪器)时工作。已经报道，Nikon系统可以以与f/6一样慢的f/比率工作。然而，应当进行测试以利用特定装备确定这类方法的可靠性。

可能难以正确地将对象恰好放在自动聚焦检测器上，这是因为该检测器相对较小。另外，尽管通常在毛玻璃上很明显，但是在黑暗条件下，以黑色背景为背景，会非常难以看到。使红色闪光灯沿着望远镜、照相机、成像设备、聚焦系统或其它光学仪器的管道闪烁，将照亮毛玻璃，以及然后可以将对象正确地放在自动聚焦检测器上。一旦被正确放置，则应当关闭闪光灯，从而不危害从事于对比检测的自动聚焦系统。一些照相机主体(比如NikonF5)照亮聚焦矩形，该聚焦矩形在部分地按下快门按钮时是活跃的。

自动聚焦的限制在于，它将仅工作在自动聚焦透镜上，而不对例如望远镜、照相机、成像设备、聚焦系统或其它光学仪器起作用。该方法的精确度取决于照相机的自动聚焦系统以及该系统的处于与照相机的传感器的实际焦平面相同的距离的传感器。

齐焦目镜

可以使目镜与照相机的焦平面齐焦。该问题是使目镜与照相机的传感器齐焦。为此，首先使照相机精确聚焦。这可以利用另一更精确的方法(诸如软件度量辅助的聚焦、刀口、试错等)来完成。然后通过将目镜滑入和滑出聚焦管来使目镜聚焦以及利用齐焦锁定环将该目镜锁住。接下来将望远镜、照相机、成像设备、聚焦系统或其它光学仪器用于该技术，利用齐焦目镜使其在视觉上聚焦，然后代替照相机。

眼睛的适应可为一个问题。眼睛可以补偿真实焦点的微小差异，使得图像将未被精确地聚焦。如果使用该方法，则可能的最短焦距目镜(例如大约3mm到大约5mm)应当被用于克服眼睛的适应。该方法的精确度取决于首先被聚焦的照相机的精确度和目镜的精确齐焦以及用户视力和判断。

毛玻璃和放大器

在该方法中，毛玻璃可以处于与照相机中的传感器相同的距离。由于图像被聚焦在毛玻璃上，因此可以避免眼睛适应的问题(诸如在齐焦目镜中)。Stellar Technologies制造称为CVF的聚焦器，该聚焦器代替照相机且使用毛玻璃和高焦度放大器来聚焦。

该方法还可以对延伸的对象有效，对于刀口或Ronchi屏来说不是这种情况。该方法的精确度取决于恰好处于与照相机的传感器相同的距离的毛玻璃、被正确聚焦的放大器、以及用户视力和判断。

混合Ronchi屏

Stellar Technologies制造Ronchi屏聚焦器，其在称为“短剑(Stiletto)”的混合聚焦器中使用Ronchi屏和放大器目镜。Stiletto代替照相机用于聚焦。它具有直角对角，当以不同角度指向折射镜或SCT时，该直角对角使聚焦舒适。

Stellar Technologies还为Stiletto提供不同的屏幕，包括标准的刀口。该方法的精确度取决于由望远镜、照相机、成像设备、聚焦系统或其它光学仪器形成的Airy圆盘的尺寸以及Ronchi屏中的光栅的尺寸。该方法的精确度取决于处于与照相机的传感器完全相同的距离的Ronchi屏以及用户视力和判断。

刀口

刀口聚焦为显著很好地工作的相对适度的概念。它不取决于完美的视力且可以在具有或不具有眼镜的情况下来实现。然而，它为对于初学者不容易的技术。

图10示出了刀口聚焦。刀口被放在胶片的感光乳剂在照相机中所占据的完全相同的位置。将眼睛放在刀口的略微后方，且检查明亮对象的图像。点源被用于刀口聚焦。存在用于刀口聚焦的商业解决方案。Hutech出售由Mitsubishi制造的刀口聚焦器。如果将刀口校准到照相机的焦平面，则这可以为简单且方便的聚焦方式，这是因为在实地无需计算机。Stellar Technologies International还制造用于Stiletto系列的刀口聚焦器。

刀口聚焦方法的精确度取决于处于与照相机的传感器的焦平面完全相同的距离的刀口以及用户视力和判断。

Ronchi屏

通过Ronchi屏的聚焦类似于刀口聚焦。代替单个刀口，Ronchi屏具有多条线，其中每条线可以充当刀口。这使聚焦更加容易，这是因为对象不必须被恰好放到单个刃，由于存在许多可选项。当多条线的阴影变得较大且较少的线可见时，指示焦点。非常靠近焦点，仅单一线可视，且这为充当用于完成聚焦的刀口的线。

与刀口聚焦器一样，该屏的精确度取决于处于与照相机传感器的焦平面完全相同的距离的Ronchi线、以及在评估正确焦点的位置方面的用户判断。

实时取景实时视频显示

可以实时地将来自照相机中的传感器的视频显示在照相机的背侧的LCD上。这是在几乎每个傻瓜数码全快照照相机上可得到的特征，但是过去还未在大多数DSLR照相机(除了Fuji FinePix S3Pro和Canon 20Da之外)上可得到该特征。利用最新一代DSLR照相机，诸如Canon 1D Mark III和40D、以及Nikon D3和D300，实时聚焦日益变为标准。

实时取景视频通常可以被放大，这大幅促进聚焦在对象上。相对于极小对象，一些方法聚焦于在实时取景视频显示器上显示的极小对象上。

在一些照相机中，可以通过改变ISO改变显示器的亮度。其它照相机自动地调节亮度以给出最佳显示，尽管这真正地用于阳光照射的场景。该实时显示可以通过照相机的视频输出插头来访问且被馈送到监控器或计算机。也可以通过视频输出插头来查看显示在照相机的背侧的LCD上的任何信息，诸如菜单项和图片回顾。

实时视频输出到电视–如果视野指向高处，在此查看照相机的背侧的LCD将会处于令人不舒服，则从照相机输出的实时视频可以被馈送到辅助监控器或电视，在此可以在更舒适的位置上查看该实时视频。实地的计算机无需使用该特征。旧版手持式TV将作为显示器证实令人满意。例如，$15的黑白电视(在D型电池和12伏特下运行)、DVD播放器、手持式视频游戏播放器等可以提供显示器。例如，具有用于模拟视频的输入的任何设备可以用于显示出自DSLR的实时视频。

实时视频输出到计算机-可以在计算机上实时地查看实时视频。针对PC制造几种设备，用于取得模拟视频供给以及通过USB或火线连接(诸如Dazzle数字视频创造器或Belkin视频总线II)将其输入到计算机。

一旦硬件已被配置，则实时视频供给可以被提供到计算机，在该计算机上，软件程序可以被配置成查看该实时视频供给。多种不同的免费软件程序(诸如VirtualDub或HocusFocus)可用。

Hocus Focus为Gregory A.Pruden设计的尤其用于聚焦数码快照照相机(诸如具有实时视频输出能力的Nikon Coolpix)的程序，但是该程序也可以与Canon 20Da一起工作。该程序对于聚焦对象是非常有用的，例如，因为该程序具有几种不同的用于聚焦的指标显示，诸如全宽半高(FWHM)、最大亮度、以及径向和值。

USB输出到计算机–最新一代DSLR照相机(例如Canon EOS 40D和1D Mark III、以及Nikon D3和D300)可以通过USB电缆供给出自照相机的视频，该USB电缆还控制照相机的诸如快门速度、ISO等功能。这些照相机还允许通过照相机自带的照相机控制软件而在计算机上远程查看。

实时取景聚焦是最简单的聚焦方法。该方法可以非常精确，因为其使用实时查看的、立刻出自传感器的实际图像。该方法的精确度取决于用户视力和对正确焦点的判断。

软件度量

计算机程序可以包括聚焦模块。计算机或笔记本电脑可以用于在视野处运行计算机程序。利用这些程序，例如实地选择对象，且仅下载画面的该部分。计算机然后连续地下载短期曝光，以及当使望远镜、照相机、成像设备、聚焦系统或其它光学仪器聚焦时检查该对象。当对象处于其最小直径或距离时，视野处于最佳聚焦。一些程序检查对象并给出对象直径的数值读数、FWHM、或最大亮度值，以辅助确定焦点。使用这种软件，可以提供焦点。这种软件将聚焦时所涉及的变量考虑在内，这是因为这种软件在芯片上检查实际的最终图像。

缺点可能是，计算机被设置得紧挨着望远镜、照相机、成像设备、聚焦系统或其它光学仪器，如果在实地使用视野，这可能有点不太方便。

在一些场合下，查看的对象直径能够在闪烁期间可改变，使得确定最佳焦点成问题。在该情况下，可以在更长曝光下使用更极小的对象。更长曝光使有害效应得到平衡，但是花费更长时间。可替选地，软件可以采用多次曝光且对这些值求平均数。

在聚焦过程期间，最佳焦点可以被传递以确认其事实上为最佳焦点。随后，将焦点返回到该最佳焦点。这在该情况下有助于注意到数值读数且记录用于最佳焦点的数，然后试着通过试错再次找到聚焦器的该位置。注意，这些数可以改变，即使未移动焦点。

选择用于聚焦的对象不应当为色度饱和的，尤其如果使用亮度读数来确定最佳焦点。根据对象的亮度，可以改变ISO或曝光时间以确保不使对象过度曝光。

如果查看相当良好，则软件辅助的度量聚焦为非常精确的聚焦方法，或如果查看并不相当良好，则提供对用于各个焦点位置的多次曝光求平均。这是个好方法，因为该方法使用传感器上的实际对象图像；评估焦点的客观方法的次数；以及该方法不依赖于用户视力。

聚焦照相机透镜

大多数现代自动聚焦照相机的透镜将稍微越过无穷大而聚焦。这可以呈现出在“无穷大”处聚焦在对象上的困难，尤其在黑暗条件下。这些透镜中的一些透镜能够利用照相机自动聚焦机制而聚焦在对象上，但是随着透镜的焦距变短以及透镜的光圈变小，精确度下降。此外，遍及变焦透镜的多个焦距，许多变焦透镜不是齐焦的。这意味着，每个焦距可以在用于无穷远焦点的不同点处聚焦。

在自动聚焦透镜上，无穷远焦点的真实点不总是与透镜镜筒上的焦点距离指示器上的无穷远标记相一致。这对于变焦透镜尤其如此，尤其是贯穿变焦范围不齐焦的变焦透镜。

透镜的焦距越长，透镜可以越倾向于由于温度变化而焦点偏移。

透镜中的透镜

照相机透镜事实上为组合为一个单元的几个透镜。单个会聚透镜可以在胶片上形成真实图像，但是该真实图像会被多个像差扭曲。

扭曲因子之一为，不同颜色的光在移动穿过透镜时不同地弯曲。该色差本质上产生图像，在该图像中，未使多个颜色恰当地排成一行。

照相机使用由不同材料制成的几个透镜来对此进行补偿。透镜均不同地处理多个颜色。当以特定方式组合时，使多个颜色重新对齐。

在变焦透镜中，可以使不同的透镜元件来回移动。通过改变特定透镜之间的距离，可以总体上调整透镜的放大率和/或焦距。

间接检眼镜检查和视网膜照相机

眼科摄影术例如可以包括信息传递系统。在眼底摄影术中，三维视网膜和脉络膜组织的视觉描述被传递到胶片。这个二维表示被医生用来进行关于患者的视网膜的健康和治疗的判断。视网膜和脉络膜组织的精确表示为眼科摄影师的目标。为此，眼底照相机图像应当为清楚的且良好聚焦的。注意，眼底照相机的观察和摄影系统依赖于间接检眼镜检查的原理。

间接检眼镜检查

在图11中示出了直接检眼镜检查中的成像。如果患者的眼睛为正视眼，则从眼底上一点发出的光线显现成平行光束。如果该光束进入正视眼观察者的瞳孔，则光线被聚焦在观察者的视网膜上且在观察者的视网膜上形成患者的视网膜的图像。简而言之，如果患者和观察者均为正视眼，则从患者的眼底中一点发出的光线将显现成平行光束且将被聚焦在观察者的视网膜上。这被称为直接检眼镜检查。

如果合适地照亮患者的眼底，则视野受到仍可从患者的瞳孔传递到观察者的瞳孔的最斜光锥限制，如图12所示。在直接检眼镜检查中，对应于该光束的视网膜点可以通过构造穿过眼睛的节点的辅助线来找到。仍可看见的离视野的中线最远的点通过角度α来确定，该角度α即为该斜光锥与眼睛的公共光轴之间的角度。最大视野通过仍可从一个瞳孔传递到另一个瞳孔的最斜光线锥(带阴影)来确定。

当患者或观察者的瞳孔扩大时或当使眼睛更紧密在一起时，角度α和因此视野增大。即使利用合适照明，直接检眼镜检查也具有小视野。

图13示出在直接方法中的受限制的视野。外围光锥不到达观察者的瞳孔。在眼底中的四个点中，无法看到第一点和第四点，这是因为从这些点发出的光锥偏移超出观察者的瞳孔。为了将这些光锥带到观察者的瞳孔，可以改变这些光锥的方向。

图14示出在使用间接方法中的扩展的视野。检眼镜检查透镜将外围光锥重新导向到观察者。相当大的透镜位于患者眼睛与观察者眼睛之间的某处。该原理在1852年由Ruete引入且被称为间接检眼镜检查以使其与第一方法区分，其中，光沿笔直的直接路径从患者眼睛行进到观察者。中间透镜1401的使用具有多个影响，这使间接检眼镜检查比直接检眼镜检查更复杂。

检眼镜检查透镜的目的在于使光锥朝向观察者的瞳孔弯曲，如图14所示。图14还展示该布置的特有副作用：与直接检眼镜检查中的图像相比，图像在观察者的视网膜上的取向被颠倒。对于无经验者，这经常导致定位和取向的混乱。图14示出，在该布置中，使患者的瞳孔在观察者的瞳孔平面上成像。按光学术语，瞳孔在共轭面上。

间接检眼镜检查中的视野通过从患者眼睛发出的光线来确定，在检眼镜检查透镜中可以捕捉该光线。利用透镜和观察者眼睛1405的最佳放置，从患者眼睛1401到透镜1403的距离仅略大于透镜1403的焦距。可以计算精确距离，如将在下文所示。视野因此通过透镜直径和焦距的比率来确定。该比率也可以被写成乘积：

(透镜直径)/(焦距)＝(透镜直径)×(屈光度)。

这提供用于比较各种透镜的视野的关系。

假设等焦度的透镜，则更大的透镜提供更宽的视野。如果透镜具有相等直径，则更强的透镜提供更宽的视野。然而，因为较强的透镜通常具有较小的直径，所以较强的检眼镜检查透镜不总是提供较大的视野。例如，30mm的20-屈光度(D)透镜提供与20mm的30-D透镜或45mm的13-D透镜大约相同的视野(因为20×30＝30×20＝±13×45)。

图14示出从患者的眼底发出的光被导向观察者的眼睛。它没有指定观察者是否看到聚焦的图像或仅非结构化的红光反射。图15追踪从患者的眼底到观察者的视网膜的光锥之一内的光线。图15示出在间接方法中的成像。追踪从患者的眼底到观察者的视网膜的光线锥(带阴影)。患者的眼底的中间真实图像1501(其为颠倒图像)被形成在检眼镜检查透镜的焦平面上。观察者可以在该图像上适应。

如果患者为正视眼的，则从眼睛发出的光锥由平行光线组成，但是一旦光锥通过检眼镜检查透镜，这就改变。事实上，因为每个光锥内的光线以零聚散度进入检眼镜检查透镜，所以这些光线被带到检眼镜检查透镜的焦平面上的焦点。继续超过该点，每个光锥内的光线是发散的。

考虑到从患者的眼睛一起发出的所有光锥，患者的眼底的空中投影将被形成在检眼镜检查透镜的焦平面上。该图像相对于患者的眼底是颠倒的，以及它为观察者正在查看的这个图像。为了将空中投影聚焦在他或她自身的视网膜上，观察者必须适应空中投影平面且因此无法靠得太近。

可能有用的是要注意，光锥的追踪和光线的追踪之间的差别。在任何光学系统中，光锥的追踪用于确定视野的限度，而光线的追踪对于确定图像平面的位置是必要的。光学图可使缺少经验的人混乱，因为他们通常每个光锥仅追踪一条光线(例如参看图13和图14)且可使用物理上存在的光锥以外的理论辅助光线(例如参看图12)来促进对象和图像平面的构造。

在直接检眼镜检查中，外围光锥渐增地被观察者的瞳孔和患者的瞳孔截断(例如参看图12)。在间接检眼镜检查中(例如参看图15)，这未发生；仅观察者的瞳孔限制到达观察者的视网膜的光锥的直径。眼底图像的视光度因此遍及该视野为恒定的，当然，条件是均匀地照亮眼底。这是围绕间接检眼镜检查的成像原理设置眼底照相机的原因之一。

总之，间接检眼镜检查中的检眼镜检查透镜的目的在于将从患者的瞳孔发出的发散光锥重定向到观察者的眼睛。这样做时，透镜还将每个光锥内的平行光线聚焦为患者眼底的颠倒的空中投影。颠倒的空中投影的存在为间接检眼镜检查的突出的且不可避免的特征。

间接方法提供比直接检眼镜检查更宽的视野。然而，该优点的代价可为降低的放大率。

如果分解为两个组分，即从眼底细节到空中投影的放大和从空中投影到观察者的视网膜图像的放大，则可以最好地理解间接检眼镜检查中的放大。第一步中的放大取决于检眼镜检查透镜的焦度。第二步中的放大取决于观察距离。

如果患者为正视眼的，则空中投影形成在透镜的焦平面上(比较图15)。

图16示出在间接方法中的空中投影的放大。通过虚构的辅助光线(虚线)的构造获悉空中投影尺寸。眼底细节为f_眼睛×sinα。空中投影为f_透镜×sinα。

图16示出

(空中投影)/(眼底细节)＝(f_透镜×sinα)/(f_眼睛×sinα)＝f_透镜/f_眼睛,

从焦距转换为屈光度且假设60D作为眼睛的焦度：

(空中投影)/(眼底细节)＝(f_透镜×sinα)/(f_眼睛×sinα)

＝f_透镜/f_眼睛＝D_眼睛/D_透镜＝60/(透镜焦度)。

因此，由20-D透镜形成的空中投影为60/20，或为对应的眼底细节的三倍大；利用30-D透镜，其为60/30，或为对应的眼底细节的二倍大。

当从25cm查看空中投影时，不涉及进一步放大，这是因为25cm为用于放大的基准距离。距空中投影的25cm查看距离在观察者的部分上使用4D适应；更常规的查看距离为40cm，使用2.5D适应。从25cm到40cm的变化将观察者的视网膜图像尺寸减小了25/40或5/8。

组合两个步骤，获得如下。利用20-D透镜和25cm的从空中投影到观察者的距离，患者的圆盘被看成在25cm处的切开的眼睛的圆盘的3倍大。利用直接检眼镜检查，这将为15倍大。在该情况下，间接检眼镜检查提供的放大率为直接检眼镜检查提供的放大率的五分之一。对于40cm的查看距离，放大率为5/8×3，其为大约2、或为直接检眼镜检查的八分之一。

可以针对其它透镜进行类似的计算。图17总结了用于30D的透镜、20D的透镜、和13D的透镜的数据。随着放大率变小，可在观察者的视网膜的给定区域上成像的患者眼底的区域二次方地增大。例如，八分之一的线性放大率潜在地导致64倍大的所看到区域。该潜能是否被实现，取决于在两个方法中关于视野所提及的因子：直接检眼镜检查中的照明光束的宽度以及间接检眼镜检查中的检眼镜检查透镜的直径。

图17示出在间接方法中的总放大率。总放大率取决于透镜焦度和观察距离，并且小于(例如总是小于)在直接方法中的总放大率。

总之，相比于在直接检眼镜检查中，在间接检眼镜检查中，观察者的视网膜图像被相当较小的程度放大。透镜越强，图像被放大的程度越小。这是为视野扩大付出的代价。对于任何给定的检眼镜检查透镜，可以通过减小查看距离来获得一些额外的放大，但是这采用了观察者进行的额外适应。

替选的计算将观察者的视网膜图像的尺寸与患者的眼底细节的尺寸相比较。在直接检眼镜检查中，该比率可以为1:1。在图18中阐述该计算(其忽视空中投影的尺寸)，该计算具有附表。观察者的视网膜图像尺寸和患者中的对应眼底细节的尺寸通过角度α和角度β来确定。这些反过来与距离a和距离b成比例。a和b的关系遵循患者的瞳孔和观察者的瞳孔必须在共轭面上的约束(在屈光度方面：1/a+1/b＝透镜焦度)。

下表示出了在间接方法中的用于各个透镜和查看距离的距离和放大率的计算。

计算中的步骤如下。给出患者的屈光不正和透镜焦度，则可以计算从透镜到空中投影的距离c。如果患者为正视眼的，则c为焦距。给出观察者到空中投影的距离(d)，则可以计算b(b＝c+d)。给出b，则可以计算a，随后a/b和a+b。

最后一列(a+b)指示从患者到观察者的总距离。a/b比率指示观察者的视网膜图像与患者的眼底细节的比率。在直接检眼镜检查中，该比率可以为1:1。该列中的值因此与图17中的值相同。a/b比率可以被用在关于光束放置的纬度的计算中。

通过这些计算可以细化视野公式。适当公式为透镜直径/a，而非透镜直径/焦距。a的实际值且因此视野随着患者的屈光不正和观察者的查看距离而略微有所改变。该细化的效果很小且更早的公式保持有用的经验法则。

补偿屈光不正

上文的一些讨论设想，对象和观察者均为正视眼的。并不总是这种情况。

在直接检眼镜检查中，可以通过使患者和医师戴上其各自的眼镜(或接触式透镜)来克服该问题。矫正的各眼睛然后充当正视眼系统。例如，在高屈光不正的情况下和在标有散光的情况下，可以使用该方法。然而，对于小的屈光不正，有用的是去除眼镜使得然后可以更接近地靠近眼睛，形成增大的视野。

检眼镜中的单个透镜可以代替患者的矫正和观察者的矫正的数学上的总和。在一个示例中，Rekoss(1852年)想出两个圆盘(用在综合验光仪中的微型版圆盘)的系统(例如，一个圆盘携带具有大阶梯的透镜、以及一个圆盘携带具有小阶梯的透镜)。在间接检眼镜检查中，可以在不具有附加透镜的情况下进行对于屈光不正的补偿。用于图19的数据来自上表对于20-D透镜、透镜与观察者之间的45cm、以及各种程度的患者屈光异常的重新计算。

图19示出对于屈光不正的补偿。利用间接方法，观察者的适应中的微小变化可以补偿患者的屈光不正的大变化。

如果患者为正视眼(E)，则空中投影(E’)将距透镜5cm。如果观察者距检眼镜检查透镜45cm，则观察者适应40cm(2.5D)。如果观察的眼底细节位于表示5D近视的平面(M)上，则空中投影(M’)将处于大约20+5＝25D＝4cm。所用的适应针对41cm(2.45D)。表示5屈光度的远视(H)的眼底细节形成处于20-5＝15D＝6.6cm的空中投影(H’)，从而使用达到38.3cm(2.6D)的适应增长。因此，观察者的适应的微小变化可以导致患者可具有的主要屈光不正。无法改变适应的远视观察者可以通过改变观察距离或通过使用近视力增加物补偿患者的屈光不正。

对于具有20-D近视的患者，存在感兴趣的示例。在该情况下，眼睛在5cm处(即在检眼镜检查透镜的平面上)形成其自身的空中投影。检眼镜检查透镜不改变该图像的位置。可以在不利用检眼镜检查透镜的情况下查看该图像，但是视野受限于患者的瞳孔，如图20所示。图20示出高度近视的间接检眼镜检查。在无检眼镜检查透镜的帮助下，近视眼形成其自身的空中投影(虚线)。不利用透镜，该图像的仅中心部分是可见的(虚线，受患者的瞳孔限制)。利用透镜(实线)，图像受透镜边缘限制。而且，利用透镜，视野变得更大。因此，检眼镜检查透镜的视野放大功能可以与其空中投影形成功能分离。可使用接触式透镜方法发现其它示例。

眼底照相机和眼底成像系统的聚焦系统

从根本上，光学系统包括光、对象、透镜、和接收平面。光从对象反射出、被透镜折射、以及被投射到接收平面上作为图像。临床上聚焦眼底照相机包括调整对象和透镜之间的关系，使得对象位于透镜的景深内以及接收平面位于图像的焦深内。在眼底摄影术中，患者的视网膜变为对象，视网膜照相机的光学器件和患者的眼睛代替简单的透镜，以及胶片或其它记录介质变为接收平面，如图25所示。

大多数眼底照相机使用单透镜反射观察系统。利用熟悉单透镜反射(Single LensReflex，SLR)设计和眼底照相机的空中投影观察系统，操作者(例如医师)的聚焦技能提高。

SLR观察系统

图21示出眼底照相机的SLR观察系统的示例。SLR照相机系统的一些但非全部组件(例如标准组件)被识别。参照图21，示出有眼底照相机2100，其包括聚焦光学器件2101、聚焦机构2103、和观察系统2110。大多数现今的眼底照相机使用单透镜反射(SLR)系统来查看眼底图像。眼底照相机的物镜使光透射以用于查看对象和曝光SLR照相机主体内部的胶片或传感器。在示例性场景中，眼底照相机系统2100包括间接检眼镜检查设备。

聚焦机构2103可以包括聚焦旋钮，例如但不限于物理旋钮结构，以及可以代替包括电子控制件，该电子控制件例如通过电动马达或压电致动器配置透镜移动。聚焦光学器件2101可以包括一个或多个可移动透镜，该一个或多个可移动透镜可以侧向移动以改变眼底照相机2100的焦点。

观察系统2110可以包括聚焦屏2111、透镜支座2113、铰接式镜子2115、胶片/传感器2117、目镜2119、和五棱镜2121。

铰接式镜子2115被不同地放置，用于查看和拍摄图片，如图22A至图22B所示。当镜子2115在下方时，借助目镜2119在聚焦屏2111上看到图像。铰接式镜子2115然后向上翻且不挡道以允许胶片或传感器2117曝光。在SLR系统中，在使胶片或传感器曝光用以拍摄图像之前，聚焦屏2111帮助摄影师判断图像清晰度。聚焦屏2111可以由毛玻璃构造成且位于与胶片或传感器平面相同的距物镜的距离处，如图22C所示。当对象在聚焦屏2111上看起来清晰时，也将在胶片/传感器平面上使该对象清晰地成像，因此该对象将清晰聚焦在胶片或传感器2117上。摄影师通过利用聚焦旋钮2103调整物镜而聚焦以在有纹理的聚焦屏2111上获得最清晰的图像。遗憾的是，即使当SLR系统并入被制造的最细致的毛玻璃，光强度也会随着其穿过聚焦屏2111而降低。毛玻璃聚焦系统使被摄影的物体的视图变暗。聚焦屏2111的这种变暗对于大多数摄影师是无关紧要的。然而，在眼底摄影术中，多个限制可以排除毛玻璃聚焦系统的使用，例如包括如下项中的一者或多者：在查看眼睛时所使用的相对小的光量；用于拍摄视网膜的高放大率；以及毛玻璃聚焦屏的粒状结构打碎眼底图像的细小细节。

在拍摄照片之前，摄影师预览场景。来自透镜的光进入照相机主体，并从铰接式45°镜子反射出来且到达聚焦屏。摄影师通过取景器查看聚焦屏上的图像，如图22A所示。当摄影师选择曝光图像时，按下快门开关。这启动一系列事件(这些事件可以根据所利用的特定照相机和闪光而改变)，其包括镜子向上翻且不挡道、以及使取景器瞬间变暗。这允许已被查看的相同的光使胶片或传感器曝光，如图22B所示。SLR系统可以被视为“所见即为所得”系统。聚焦屏和透镜系统之间的距离等于胶片/传感器平面和透镜系统之间的距离，如图22C所示。当图像清晰地出现在SLR照相机的聚焦屏上时，该图像也将清晰地出现在胶片或传感器输出上。

一些眼底照相机用带蚀刻线的透明玻璃聚焦屏代替标准的35mm SLR照相机系统的毛玻璃，如图23所示。透明玻璃可以使进入摄影师的眼睛的光最大化。蚀刻的黑线2310(称为定影标线)允许摄影师在透明玻璃聚焦屏2300的平面上聚焦以及在胶片/传感器平面处实现锐聚焦。图23示出聚焦平面标线的各种设计。用于特定照相机的标线可以根据制造商和日期而改变。

方法和示例

眼屈光的确定

根据傍轴理论，眼睛的屈光异常或屈光不正的屈光力(K)等于以屈光度为单位的1/k(即K＝1/k)，其中k为远点与眼镜平面(眼镜屈光)或眼睛的主点或简化眼的屈光表面(眼屈光)之间的以米为单位的距离。

根据图24中所示的模型，k为从P到眼睛的远点(M_R)的距离以及k’为P’到视网膜(M’)的距离。眼屈光(K)为距离k的倒数。已针对所有未来对k和k’的引用采取该转换。

图24尤其示出用于近视的三表面眼睛的远心原理。聚光透镜的前主焦点F_C意图与P(眼睛的第一主点)相一致；k为从P到远点平面(M_R)的距离；f_c为照相机成像系统的前焦距；k’为从眼睛的第二主点到视网膜的距离；t为视网膜特征的高度；以及A₁为角膜顶点。因此，因数q的真实本质未出现。Bengtsson和Krakau描述了将西德蔡司眼底照相机对齐在人眼的前方以确保该照相机处于用于远心原理应用的正确位置的过程。

在图24中示出了远心设计的一些特征，其中，对象的眼睛在P和P’处具有其第一主点和第二主点。照相机成像系统的组件被表示为厚透镜，其中前主点和后主点分别位于P_C和P’_C。

远心原理和眼屈光

如上所述，眼屈光(K)为距离k的倒数(即，K＝1/k)。

屈光力

屈光力(F)可以被描述成透镜或光学系统改变光锥方向的能力。屈光力(F)等于

F＝n′/f′＝-n/f，

其中，n和n′分别为物体和图像空间的折射率；f和f′分别为以米为单位的第一焦距和第二焦距；以及屈光力F用屈光度来表达。屈光力可以与屈光度、光焦度和聚散度同义。

傍轴方程

傍轴方程基于高斯理论且处理球面处的屈光：

(或)

其中，n和n′为球形表面的每侧上的介质的折射率；r为该表面的曲率半径；l和l′分别为对象和图像距该表面的距离；n/l和n′/l′分别为入射光线和折射光线的聚散度(或简化的聚散度)；以及L′-L对应于由表面产生的光的聚散度的改变且被称为表面的光焦度F(或聚散度、屈光力等)。光线的聚散度为焦点与基准平面之间的距离的倒数。因此，L′–L＝F。

光焦度可以以屈光度为单位来表达且可以为正的或负的。在反射表面或镜子处，方程变为

L′-L＝2/r，

其中，r为该表面或镜子的曲率半径。

面屈光力

面屈光力为单个折射或反射表面的屈光力。其等于

F＝(n′-n)/r，

其中，F为以屈光度为单位的焦度，n和n′为表面的每侧上的介质的折射率，以及r为以米为单位的透镜或镜子表面的曲率半径。该方程形成基本的傍轴方程的一部分。对于空中的眼用透镜(n＝1)，面屈光力变为

F＝(n′-1)/r。

作为示例，如下为用于前角膜表面的屈光力的计算：

其中，角膜的折射率为1.376以及该表面具有7.8mm的曲率半径。在另一示例中，如下为用于后角膜表面的屈光力的计算：

其中，眼房水和角膜的折射率分别为1.336和1.376，以及该表面具有6.7mm的曲率半径。对于空中的薄眼镜透镜，两个表面的屈光力之和F1+F2表示透镜的总屈光力且等于

附加度量标准

眼屈光K可以使用远点距离k来计算。如果k以米为单位，则K以屈光度(D)为单位：

K＝1/k和k＝1/K。

轴向长度和屈光长度通过下式给出

k’＝n_e/K’和K’＝n_e/k’。

用于减小的面屈光力和屈光长度的眼屈光通过下式给出

K’＝K+Fe。

焦距和减小表面的屈光力:

f’_e＝n_e/F_e和F_e＝n_e/f’_e，

其中f’_e以米为单位。

下文提出用于顶点距离补偿的方程。例如，如果顶点距离减小，则

F_新＝F_旧/[1-(dF_旧)]。

如果顶点距离增大，则

F_新＝F_旧/[1+(dF_旧)]。

使用眼底成像系统的聚焦技术

聚焦技术或聚焦系统的一些实施方式采用视网膜眼底成像系统来获得例如用于确定对象(例如患者)的屈光不正的信息或数据。

Littman开发了用于针对西德蔡司的远心眼底照相机确定给定眼底特征的真实尺寸的技术。假设轴向屈光不正，则聚焦技术的一些实施方式使用Littmann的公式来导出眼睛的屈光状态。

Littmann的公式为

t＝1.37qs (1)

该公式使视网膜特征的真实尺寸t与其在眼底照相机胶片上的图像的测量尺寸s相关。在本示例中，使用被检查的眼睛的精确眼屈光状态，其中q为取决于眼睛的光学维度的因数。因此，使用清楚的焦点图像来获得视网膜特征的真实尺寸。系数1.37为专用于由Littmann使用的西德蔡司仪器的常量。不同的眼底照相机可以具有不同的系数p，而非1.37。Littmann未解释其过程的基本原理及其对远心照相机系统的依赖性。

下文描述采用视网膜眼底成像系统的聚焦技术或聚焦系统的一些实施方式。

参照图24，照相机成像系统的前主焦点F_c配置成与P一致。来自眼底的任何出射光线(诸如PE)在被照相机的成像系统折射之后变为平行于光轴。照相机胶片平面上的图像的尺寸直接与y(距离P_cE)成比例，该y由角度U控制，该角度U转而与U’成比例。来自视网膜点Q的光线QP’引起折射光线PE，该折射光线PE在E处遇到照相机的成像系统。在通过眼睛自身的折射之后，图像Q’₁形成在眼睛的远点M_R的平面上，该远点M_R与视网膜共轭。Q’₁位于向后产生到远点平面的折射光线PE的路径上。接着，Q’₁变为用于照相机的成像系统的对象。在通过该透镜折射之后，出射光线EG将平行于光轴。

在该阶段，Q的第二图像沿着EG定位。它的位置可以如下文提出的来确定。指向Q’₁的平行于光轴XX的构造线NL将被折射穿过照相机成像系统的前焦点(F’_c)以及在第二图像点Q’₂处遇到折射光线EG。光线EG继续前进到照相机胶片平面或传感器。

根据傍轴理论，k为从P到眼睛的远点的距离且k’为从P’到视网膜的距离。眼屈光为距离k的倒数。图24中的共轭角度U和U’(如果很小)可以被视为服从简化的折射定律，从而U’/n＝U/n’，其中n为最终眼介质的折射率。这可以被视为1.336，即普遍接受的值。

远心光学系统可以被设计，使得最终图像处于无穷远，以及一个或多个照相机胶片平面上的图像尺寸与距离y(P_cE)的比率在大范围的屈光异常中为常量。因为距离P_cP(其等于照相机成像系统的前主焦距)可以被假设成保持恒定，所以控制y的仅一个变量为折射光线PE与光轴之间的角度U。远心设计因此产生如下关系

t＝p(0.01306k’)s (2)

该表达式与Littmann的方程(即上文方程(1))的比较示出，对于由Littmann使用的Zeiss眼底照相机，1.37为p的值，而中间项等于变量q从而

q＝0.01306k’ (3)

这示出作为至关重要的眼维度k’的恒比(大约1/80)的q。通常领会到，k’和q无法直接被确定，但是可以仅被评估为变化的近似度。

在一些配置中，所使用的实际尺寸的模型眼的光学系统具有由可透气的接触式透镜材料(波士顿RXD；聚合物技术公司，马萨诸塞州)制成的角膜晶体状透镜，该透镜具有1.435的折射率。角膜晶体状透镜的等效焦度分别为+43.90D和+20.81D。半球形表面表示眼底(半径＝11.50mm)。使用蒸馏水来填充前房和后房，以及在该情况下，模型眼的等效焦度为+59.63D。该模型眼的完整规格先前已被公开在A.R.Rudnicka等人的“Construction ofa model eye and its applications”(期刊Ophthalmic Physiol Opt.，12(4)：485-90(1992年10月))中。正方形测试对象被应用于模型眼的眼底表面。可将该眼底表面从模型眼移除，以及这允许直接利用移测显微镜来测量正方形的边长(t)。距离t被测为线性距离。

这对于相对较小维度是可接受的，如在该情况下，但是对于较大维度，将视网膜的曲率考虑在内。从方程(2)和方程(3)，照相机校正因子p通过下式给出：

p＝t/(qs) (4)

在对应于从+11D到-14D的眼屈光的范围的值处设置的模型眼的后房深度下，拍摄图像。另外，模型眼通过移除其晶体状透镜而被呈现为无晶状体的，以及通过改变后房深度，从正视眼到120D的眼屈光值是可能的。在66D之间，每1D记录图像，此后每2D记录图像。在所有情况下，正方形对象被集中在照相机视场中。针对模型眼的屈光异常设置的范围计算变量q，获知其光学构造。使用方程(4)，针对处于每一设置的每个仪器确定用于p的值。在远心系统被正确对齐的情况下，p为常量，无论屈光异常如何。柯达埃克塔克罗姆(KodakEktachrome)200胶片(纽约的罗契斯特市的伊斯曼-柯达)被用在眼底照相机中。对于眼底照相机，使用配有格子线的文本阅读器，在317.5的固定放大率下测量正方形目标在KodakEktachrome幻灯片上的图像。测量正方形目标的图像的边长以给出用于s的值。

被激光成像系统用于根据患者的屈光不正来校正图像尺寸测量的内置校正因子适用于人眼，但是可能不直接适用于模型眼。因此，采取如下过程。对于扫描激光检眼镜和海德堡激光断层扫描仪，图像被存储为带标记的图像格式文件。直接在使用市场上可买到的用于测量带标记的图像格式文件图像的程序的计算机上按像素测量正方形目标的图像的边长，这给出以像素为单位的用于s的值。利用海德堡视网膜断层摄影术的图像尺寸测量使用特殊版本的软件来执行，该特殊版本的软件不补偿屈光不正。该程序给出以毫米为单位的用于s的值。

k’＝t/0.01306ps (5)

从更早的公式讨论，

K’＝K+F_e。

因此，

F_e＝K’-K。

因此，

K＝-F_e/K’ (6)。

实验程序

为了记录根据本发明的一些实施方式的眼屈光，各种确定(例如测量、计算等)如图25至图28来执行。

图25示出聚焦系统中的眼底照相机和眼底成像系统。参照图25，示出有眼底照相机2500，其包括聚焦光学器件2501、具有游标尺2505的聚焦机构2503、以及观察系统2510。眼底照相机2500可以类似于相对于图21所描述的眼底照相机2100。聚焦机构2503可以包括聚焦旋钮或用于配置聚焦光学器件2501的其它驱动控制机构。

可以记录眼底照相机2500上的聚焦机构2503的位置。聚焦机构2503的位置反映眼睛2520的光学误差或屈光。眼睛2520的屈光可以通过计算对象与图像尺寸比或放大率来确定。该聚焦机构2503的位置优选地自动地被并入以计算眼睛-照相机放大率，以在眼底照片上提供视网膜结构(例如视神经)的真实或绝对测量的估计。

如由照相机的前透镜创建的眼底的中间真实图像的位置取决于被摄影的眼睛的光学焦度。照相机上的聚焦机构的最佳观看中间图像的设置或位置指示眼睛2520的眼镜屈光不正。眼睛2520的眼镜屈光的该测量可以用于计算在眼底图像上产生的眼睛-照相机放大因子。

例如，如果视神经盘的尺寸为期望的，则眼睛-照相机放大因子与该盘在图像中所占据的面积(例如，该面积可以使用图像处理软件(诸如 软件)按像素来测量)一起使用，以达成该盘的面积测量。然后可以利用“校正因子”(例如参看A.R.Rudnicka等人的“Magnification Characteristics of Fundus Imaging Systems”，期刊Ophthalmology，105(12)：2186-92(1995年12月))或从一组标准的对象(已通过如上所述的技术确定了这些对象的盘面积)导出的“校正因子”校正该面积测量以产生真实盘面积的近似值。

在执行的实验和测试中，已发现，聚焦机构位置与眼镜屈光之间的关系为高度相关。两个远心眼底照相机(Topcon TRC-50F50FT和Topcon TRC-50x)被用于在二十个对象中执行视神经的二十度红色自由拍照(利用Topcon TRC-50F50FT，N＝11，以及利用TopconTRC-50x，N＝9)。游标尺附接到聚焦旋钮，这允许测量待记录的旋钮位置。该测量与眼睛屈光不正的相关性被执行。两种照相机上的聚焦旋钮的位置与被摄影的眼睛的屈光不正高度相关，对于TRC-50F50FT，r＝0.97，以及利用TRC50X，r＝0.99。注意，采用这类方式拍照照片以便使摄影师自身透镜适应可对图像聚焦具有的影响最小化。这可以通过具有足够年龄的摄影师来完成，从而摄影师自身减弱的适应能力不干扰照相机的聚焦，或者通过确保照相机的聚焦按如下这类方式来完成：不采用自身的聚焦能力。该问题在采用自动或半自动电子聚焦机构的照相机中被减弱或消除。

聚焦机构2503的位置反映被摄影的眼睛2520的光学屈光不正。该光学屈光不正反过来用于计算眼睛-照相机放大率。该位置测量可以被并入到视神经盘或其它视网膜对象尺寸的计算中。尽管利用远心照相机来执行上文示例，但是一些实施方式采用非远心照相机。在该技术中对于视网膜对象尺寸确定的一些变化可以允许用于非远心照相机的放大因子被计算。例如参看A.R.Rudnicka等人的“Magnification Characteristics of FundusImaging Systems”，期刊Ophthalmology，105(12)：2186-92(1995年12月)。

一些实施方式提供了，来自利用眼底照相机捕获的摄影图像的眼底(视网膜)对象的测量通过如下方式来执行：利用公式计算(例如手动地或自动地)眼睛-照相机放大率，上述公式使用眼睛的长度、眼睛的眼镜强度、或如上所述的眼镜强度和角膜曲率。眼睛的眼镜强度的已知值也可以用于设置聚焦旋钮的位置以在拍摄视网膜的图片时将视网膜的图像带入清楚的焦点，而不具有由摄影师的自身适应所产生的不良反应(例如参看Bengtsson和Krakau(1997年)，第131页)。

根据一些实施方式，视网膜照相机上的聚焦机构2503的位置被用于计算眼睛-照相机放大率。该放大因子可以反过来连同测量工具(例如软件测量工具)一起使用，该测量工具的规模根据眼睛-照相机放大率而改变以计算视网膜对象尺寸(例如，视神经和视杯，其为用于诊断青光眼、血管口径或肿瘤直径的指标)。这对于尤其利用图片读数的自动化而快速筛选大量人员是有用的。将如本领域的普通技术人员所领会，至少在如在本文中的附图中所描述和/或所示出的元件(例如部件、硬件、软件、固件、系统、设备等)和步骤(例如按任何次序)中公开了根据各个实施方式的方法和系统。

针对视网膜照片(或视神经的照片)定位患者的眼睛。利用聚焦机构2503使对象的空中投影聚焦在胶片或CCD(图像平面)上。可以利用图像记录聚焦机构2503的位置。这也可以通过自动手段来完成，诸如位置传感器测量聚焦机构2503的位置，以及可以获得数字信号，用于提供聚焦位置测量。然后将记录的位置校准到眼睛屈光不正(例如眼镜屈光)以及用于计算眼睛-照相机放大率。可以使用在前一步骤中计算的眼睛-照相机放大率来确定眼底图像的精确规格。

当使用软件图像分析工具测量在图像中发现的对象时，在前一步骤中确定的规格用于按绝对单位(例如mm、mm²等)测量线性对象(例如血管宽度)或二维对象(例如视神经头部)。先前记录的聚焦机构的位置可以被用在同一患者的未来图片中，以通过帮助将照相机放在眼睛的前方而帮助控制会话间的眼睛-照相机放大率变化。

然而，一旦在给定患者中进行需要眼底照片的眼状况(例如青光眼)的诊断，则眼睛-照相机放大率可以为恒定的(当然除非患者已做过矫正近视的手术或白内障手术、或者发展可改变眼睛的眼镜屈光的状况，诸如白内障)。如所提及，照相机上的聚焦机构的位置可以用于帮助使照片会话之间的放大率的变化最小化。对于每次会话，患者坐在照相机的前方且手动地使照相机移动到距患者的固定距离(例如10cm)，该固定距离由摄影师确定。在该位置上存在特定的误差，因为这是手动来完成的。该误差可以引起聚焦机构的位置的改变且因此眼睛-照相机放大率的改变。知晓且持续使用先前摄影会话的聚焦机构的位置可以减小在多个会话上的图像放大率变化。

示例和屈光测量

为了表明可以从不同的视网膜眼底成像系统提取患者的屈光不正，存在下文展示的几个示例，包括西德蔡司WS240；尼康NF505；SLO原型(UK)；LTS(海德堡)；和HRT。

眼回缩(用红色)被记录在不同的视网膜成像系统中且下文在表1和表2中来展示。

表1在不同视网膜照相机中登记/存储的屈光不正

表2P与眼屈光K之间的线性关系

图26示出说明用于诊断视觉问题的方法的实施方式的流程图。参照图26，示例性步骤开始于步骤2601，在该步骤2601，将光学测量系统初始化，这可以包括：启动一个或多个传感器、聚焦机构和处理能力，以及将患者放在测量系统中以允许聚焦在患者的眼睛上。在步骤2603中，可以将光学测量系统聚焦在眼睛上，随后是步骤2506，在该步骤2506，可以确定聚焦机构的设置和/或位置。

在步骤2607中，可以使用相对于图1至图25所描述的技术、基于聚焦机构的设置和/或位置来确定眼睛的光学误差。最后，在步骤2609中，可以基于确定的光学误差来诊断患者眼睛的视觉问题。

图27示出说明用于确定眼睛的特征的采用绝对单位的尺寸或长度的方法的实施方式的流程图。参照图27，示例性步骤开始于步骤2701，在该步骤2701，将光学测量系统初始化，这可以包括：启动一个或多个传感器、聚焦机构和处理能力，以及将患者放在测量系统中以允许聚焦在患者的眼睛上。在步骤2703中，可以将光学测量系统聚焦在眼睛上，随后是步骤2706，在该步骤2706，可以确定聚焦机构的设置和/或位置。

在步骤2707中，可以使用相对于图1至图25所描述的技术、基于聚焦机构的设置和/或位置来确定眼睛的光学误差。在步骤2709中，可以捕获患者眼睛的图像，以及在步骤2711中，可以基于图像中的区域和光学误差来确定患者眼睛的特征的尺寸。最后，在步骤2713中，可以基于确定的光学误差和该特征的尺寸来诊断患者眼睛的视觉问题。

图28示出成像系统或成像子系统的实施方式的一些部件的框图。参照图28，示出光学测量系统2800，该光学测量系统2800包括一个或多个处理器2801、存储器2803、通信接口2805、一个或多个传感器2807、聚焦机构2809、输入/输出部件2811、总线2813、和多个光学部件2815。

所述一个或多个处理器2801可以包括通用处理器，例如该通用处理器可以可操作以控制光学测量系统2800的操作。存储器2803可以包括非易失性存储介质、或易失性存储介质和非易失性存储介质的组合，其可以可操作以存储光学测量系统2800的操作设置以及从传感器2807输出的数据和图像。

通信接口2805可以包括例如用于与外部设备(诸如计算机系统)通信的有线接口和/或无线接口。通信接口2805可以可操作以在一个或多个有线标准和/或无线标准(诸如USB、IEEE 801.11x、蓝牙等)下通信。

传感器2807可以包括一个或多个半导体管芯，所述半导体管芯包括CMOS或CCD传感设备的阵列，该阵列可以可操作以根据光源和待测量的眼睛结构的波长敏感度感测可见光和/或红外光。传感器2807可以生成可被处理器2801处理且存储在存储器2803中的数据。

聚焦机构2809可以包括在光学测量系统2800中的电气元件和/或电子-机械元件，该聚焦机构2809配置一个或多个透镜的位置使得目标对象或结构聚焦。聚焦机构2809可以包括机械或电子的聚焦旋钮。在另一示例性场景中，聚焦机构2809可以包括用于实现利用类似设置的重复测量的游标尺。

输入/输出部件2811可以包括用于显示输出或用于将数据输入到光学测量系统2800的设备，以及可以包括显示器、打印机、键盘、鼠标、存储器等。总线2813可以包括光学测量系统2811的各个电子部件之间的电气互连，使得每个电子部件可以与其它电子部件通信。例如，处理器可以引起来自传感器2807的数据借助总线2813而被存储在存储器2803中。

光学部件2815可以包括用于捕获光学信号的透镜。多个透镜之间的距离可以通过聚焦机构2809来配置。

在操作中，光学测量系统2800可以被启动或被供电，以及患者可以位于可使患者眼睛成像的位置上。可以利用聚焦机构2809来配置光学部件2815的位置使得患者的眼底或其它结构聚焦。处理器2801可以确定聚焦机构2809的设置和/或位置，在此眼底或其它结构聚焦。

处理器2801或外部处理器(如果借助通信接口传送数据)可以基于确定的设置和/或位置来确定眼睛的光学误差。另外，可以利用传感器2807来拍摄对象的图像以及可以利用例如处理器2801或外部处理器来确定所捕获图像中的一个或多个特征的尺寸。另外，可以基于确定的光学误差和特征的尺寸来诊断患者眼睛的视觉问题。

图29示出视网膜照相机屈光。参照图29，示出有使眼睛成像的视网膜照相机2900，其中，发冷光的视网膜结构通过照相机的检眼镜检查透镜2901来投影且形成图像(眼底的第一空中投影)。近视的(M)、正视眼的(E)和远视的(H)视网膜图像在照相机2900内部形成其各自的空中投影(M′、E′和H′)。利用聚焦机构改变照相机物镜2903和胶片平面2905之间的距离，以使预期图像进入胶片平面2905上的焦点。

典型照相机配备有手动或自动聚焦机构以补偿眼睛中的屈光不正。如由照相机的前透镜创建的眼底的中间真实图像的位置取决于正被摄影的眼睛的光学焦度。照相机上的聚焦机构的用于最佳观看中间图像的设置或位置因此反映眼睛的眼镜屈光不正。

眼底照相机和扫描系统的光学设计类似于间接检眼镜的光学设计。照相机或扫描激光检眼镜检查系统内的光源(白光或激光)照明视网膜。发光的视网膜结构被投影穿过瞳孔且然后穿过形成图像的照相机/扫描系统的前透镜或检眼镜检查透镜。

积累的研究已发现，聚焦旋钮位置和眼镜屈光的变化之间具有线性关系。已发现，照相机物镜与胶片平面或该聚焦旋钮的位置之间的距离反映检查的眼睛的眼镜屈光。换言之，一旦照相机被适当定位且聚焦在视网膜上，则照相机物镜与胶片平面之间的位置反映被摄影的对象的绝对球形等效屈光，如图30所示。

这主要因为任何给定的照相机/扫描系统的检眼镜检查透镜通常为恒定的，且距被摄影的眼睛的距离为固定的，第一空中投影相对于透镜的位置可以因此被看成眼睛的光学误差或眼镜屈光的函数。然后借助聚焦机构使该第一空中投影聚焦在胶片平面上(通常，聚焦旋钮，其位于摄影系统或者附接到照相机主体的一个或多个自动聚焦系统的一侧)，以调整照相机物镜和胶片平面之间的距离。

图30示出眼镜屈光与聚焦位置的线性回归曲线。在绘图中，Topcon TRC-50X照相机与采用屈光度(D)的眼镜屈光的线性回归曲线被示出为示例。x轴上的眼镜屈光(D)被绘制成聚焦旋钮位置(在y轴上)的函数，其中确定的系数R²为0.9632且N＝19。因此，聚焦旋钮位置提供眼镜屈光的良好测量。

由于照相机/扫描系统的最终聚焦位置与各患者的眼镜屈光高度相关，如图30所示，被摄影的眼睛的屈光可以因此被收集或者通过将计算软件或视力测定法并入到照相机或扫描系统。

例如，已经发现，聚焦机构位置与眼镜屈光之间的关系为高度相关。远心眼底照相机(Topcon TRC-50F50FT和Topcon TRC-50x)被用于在二十个对象中执行视神经的二十度红色自由拍照(利用Topcon TRC-50F50FT，N＝11，以及利用Topcon TRC-50x，N＝9)。游标尺附接到聚焦旋钮，这允许测量的进一步细化。该测量与眼睛屈光不正的相关性被执行。两种照相机上的聚焦旋钮的位置与被摄影的眼睛的屈光不正高度相关，对于TRC-50F50FT，r＝0.97，以及利用TRC50X，r＝0.99。

所描述的这些发现与视力计原理一致，简单地说，该视力计原理允许屈光仪器(包括自动屈光计和焦度计)中的焦度的连续线性变化。采用该方式，眼底照相机和扫描系统可以被视为屈光仪器。该线性关系已被用作用于帮助摄影师灵活适应以获得更好的视网膜照片的手段。

自动屈光

自动屈光计包括红外源、定影目标和Badal视力计。主要使用红外光源(大约800nm至900nm)，因为在巩膜处实现的眼睛透射和反射特性。在该波长下，使光从眼睛的更深层(脉络膜和巩膜)反射回来，以及这连同纵向色像差的效应意味着，大约-0.50DS的系统误差可以被添加以利用可见光补偿眼屈光。各种目标已被用于范围从不太感兴趣的‘星星’到边缘模糊的图片的定影，以进一步放松适应。自动屈光计现在使用成雾技术来放松物镜屈光之前的适应。在过去，从业者可以在采取的测量之前召回陈述使目标变模糊的患者，这是成雾透镜的效应。然而，即使利用该成雾技术，在适应中发生高达0.50DS5的微波动。该效应中的一些通过对多个读数求平均来抵消，然而，误差未被消除。

自动屈光计通常包括在测量头内的Badal视力计。Badal透镜系统具有两个主要优点。第一，在Badal透镜到眼睛的距离与在被测经络内的眼屈光之间存在线性关系。第二，利用Badal透镜系统，目标的放大保持恒定，无论Badal透镜的位置如何。

图31示出自动屈光计的基本原理。红外光被聚光透镜3104准直且穿过置于旋转斩波器3107中的矩形罩。光穿过分束器3105到达视力计系统。该系统横向移动，如由移动透镜3109下方的刻度所指示，以找到狭缝罩3103的狭缝在视网膜上的最佳焦点。当从光传感器3101接收峰值信号时，获得最佳焦点。

偏振分束器3105有效地将反射光从角膜去除，而视网膜上的狭缝图像3113穿过偏振分束器3105。系统可以测量眼睛的至少三条经络以便使用正弦平方函数导出眼睛的屈光力。

眼散光的正弦平方函数描述了经络散光焦度的变型。因此，对于任何给定的指示sph/-cylxθ，沿着任何给定经络的焦度由公式sph+(cyl×sine2θ)给出。自动屈光计仅需要计算三条所选经络处的焦度，以便使用正弦平方函数计算球柱面指示。基本上，在三条各自经络处的三个焦度测量在正弦平方函数图上提供三个点。由此可以推断曲线的其余部分，以便计算最大焦度值和最小焦度值，即主要焦平面。

存在三种类型的自动屈光计，其通过如下方式导出物镜屈光：1)图像质量分析；2)Scheiner双针孔屈光；以及3)视网膜检影法。

图像质量分析

该方法如今在自动屈光计中不通用。该方法最初被用在Dioptron屈光计中。Badal视力计透镜的最佳位置通过光传感器的输出信号来确定。具有开口的旋转鼓轮产生明暗交替的目标，以及光传感器将来自眼睛的入射光的强度轮廓匹配到来自旋转狭缝鼓轮的光强度图案。低强度轮廓指示Badal透镜未处于正确位置，从而修正经络焦度，以及在峰值强度轮廓下，采用Badal视力计读数来表示被测经络的焦度。一旦这针对三条经络来执行，则可以使用正弦平方函数来导出球柱面指示。透镜指示通常包括球面(或球面的)组分和柱面(或柱面的)组分，这被称为球柱面(或球柱面的)指示。

Scheiner双针孔屈光

现今实际上所使用的大多数自动屈光计使用Scheiner原理。在临床环境中，通过将双针孔直接放在患者瞳孔的前方，该双针孔识别对象中的屈光异常的级别。在近视眼中，患者看到交叉的双象图像，而在远视中，患者看到不交叉的图像。当使顶部针孔或底部针孔闭塞时，交叉加倍和不交叉加倍可以很容易地通过询问患者哪个图像已消失来区分。该技术在自动屈光计中的实现略有不同。通常，两个LED(发光二极管)可以被用作红外源且被成像到瞳孔平面。借助由位于物镜的焦点处的小孔径针孔所产生的窄光锥，这些有效地充当修改的Scheiner针孔。

一旦使LED成像在瞳孔平面上，则眼屈光导致LED的加倍(如果存在屈光不正)。在屈光之后，LED的视网膜图像从视网膜背面从眼睛反射出来。然而，从眼睛发出的光再次被一半镀银的镜子反射到双光电探测器。为了在交叉加倍和不交叉加倍之间区分，LED以高频交替闪烁。双光电探测器图像可以被设计成使各半中的两个LED中的仅一个LED成像。因此，可以检测交叉的双象和不交叉的双象。当使LED系统来回移动(根据双象的类型)时，双象图像的分离在光电探测器上改变。当视网膜图像为单个的时，单个LED图像被集中在两个光电探测器上。LED位置对应于该经络中的屈光不正。在散光的情况下，使用四个LED且测量垂直于被测经络的焦度。

基于视网膜检影法

一些自动屈光计使用红外视频屈光，其中，光栅或狭缝由旋转鼓轮产生。使用类似于视网膜检影法的原理，其中，映像的速度被用作患者的屈光的指示符。光学配置最初由Foucault描述且被用于测试镜子的表面质量。它现在被广泛称为“刀测试”，其中使用一对并排的叶片产生狭缝(或如其最初被称为的“刀”)。狭缝被用于确定眼睛的屈光力。映像的移动的速度和方向被光电探测器检测且被计算以导出经络焦度。

垂直狭缝计算垂直经络的屈光。系统检测到，垂直经络通过如下方式来测量：当狭缝越过瞳孔时，每个检测器感测狭缝。从狭缝到达各个检测器的时间差允许自动屈光计检测被调查的经络。倾斜狭缝将同样地从检测器发起取决于不同时间的响应，且因此导出倾斜经络内的焦度。一旦对应于该经络中的中和作用而导出最佳移动，则将屈光值绘制在正弦平方函数上以导出球柱面屈光。

使用利用视网膜照相机测量的屈光参数的用于视觉问题诊断的方法和系统可以包括：使用聚焦机构使眼底的图像聚焦，确定该聚焦机构的设置或位置，以及基于确定的聚焦机构的设置或位置确定眼睛的光学误差。该聚焦机构可以包括聚焦旋钮。确定的聚焦机构的设置或位置可以指示眼睛的屈光不正。聚焦机构的确定的设置或位置可以指示眼睛的眼镜屈光不正。该聚焦机构可以为眼底照相机的一部分。

该聚焦机构可以为间接检眼镜检查设备的一部分。光学误差可以包括眼睛的屈光，该屈光基于对象与图像的尺寸比或放大率。该图像可以为眼底的中间真实图像。可以确定眼底的中间真实图像的位置，该中间真实图像的位置指示眼睛的光学焦度。可以捕获眼底的图像以及可以基于捕获的图像和确定的光学误差确定眼底的尺寸。可以捕获眼睛的特征的图像以及可以基于该特征在捕获的图像中占据的确定面积和确定的光学误差来确定眼睛的该特征的尺寸。

确定的光学误差可以为眼睛的屈光，该屈光用于计算放大因数。聚焦机构可以包括或联接到游标尺，其中，该游标尺用于确定聚焦机构的位置。确定的眼睛的光学误差可以与确定的聚焦机构的位置相关。确定的光学误差可以用于计算眼睛-照相机放大率。该方法可以通过眼底照相机或远心照相机来执行。

根据本发明的一些实施方式可以用硬件，软件，固件，或者硬件、软件或固件的组合来实现。根据本发明的一些实施方式可以在至少一个计算机系统中用集中方式来实现，或者以分布式方式来实现，在该分布式方式中，不同元件被散布在多个互连的计算机系统上。适用于执行本文中所描述的方法的任何种类的计算机系统或其它装置是合适的。硬件和软件的任何典型组合可以为具有计算机程序的通用计算机系统，该计算机程序在被加载和执行时控制计算机系统使得该计算机系统执行本文中所描述的方法。

根据本发明的一些实施方式还可以被嵌入在计算机程序产品中，该计算机程序产品包括使得实现本文中所描述的方法的所有特征，以及该计算机程序产品在被加载在计算机系统中时能够执行这些方法。本背景下的计算机程序意指一组指令的任何表达(采用任何语言、代码或符号)，该组指令意图引起具有信息处理能力的系统直接地或在如下操作中的一者或两者之后执行特定功能：(a)转换为另一语言、代码或符号；以及(b)以不同的材料形式再现。

尽管参照特定实施方式描述了根据本发明的一些实施方式，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种更改以及可以代替等效物。另外，本发明预期，来自不同实施方式的多个方面和/或多个元件可以被组合到根据本发明的其它实施方式中。此外，可以进行许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导，而不脱离其范围。因此，意图是，本发明不限于所公开的特定实施方式，但是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (34)

1.一种用于诊断视觉问题的方法，包括：

使用自动屈光计中的聚焦机构使眼底的图像聚焦；

确定所述聚焦机构的设置或位置；以及

基于确定的所述聚焦机构的所述设置或所述位置确定眼睛的光学误差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦机构包括聚焦旋钮。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定的所述聚焦机构的所述设置或所述位置指示所述眼睛的屈光不正。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定的所述聚焦机构的所述设置或所述位置指示所述眼睛的眼镜屈光不正。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦机构为眼底照相机的一部分。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦机构为间接检眼镜检查设备的一部分。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光学误差包括所述眼睛的屈光，所述屈光基于对象与图像的尺寸比或放大率。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像为所述眼底的中间真实图像。

9.根据权利要求9所述的方法，包括：

确定所述眼底的所述中间真实图像的位置，所述中间真实图像的所述位置指示所述眼睛的光学焦度。

10.根据权利要求1所述的方法，包括：

捕获所述眼底的图像；以及

基于捕获的所述图像和确定的所述光学误差确定所述眼底的尺寸。

11.根据权利要求1所述的方法，包括：

捕获所述眼睛的特征的图像；以及

基于所述特征在捕获的所述图像中占据的确定面积和确定的所述光学误差，确定所述眼睛的所述特征的尺寸。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，确定的所述光学误差为所述眼睛的屈光，所述屈光用于计算放大因数。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦机构包括或联接到游标尺，其中，所述游标尺用于确定所述聚焦机构的所述位置。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，确定的所述眼睛的所述光学误差与确定的所述聚焦机构的所述位置相关。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，确定的所述光学误差用于计算眼睛-照相机放大率。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法通过眼底照相机或远心照相机来执行。

17.一种照相机系统，包括：

一个或多个处理器；

联接到所述一个或多个处理器的一个或多个非易失性存储器；

一个或多个透镜；

一个或多个聚焦机构，所述一个或多个聚焦机构配置成控制所述一个或多个透镜，

其中，处理器可执行的指令或代码被存储在所述一个或多个处理器或所述一个或多个非易失性存储器中，其中，通过所述一个或多个处理器对所述处理器可执行的指令或代码的执行引起所述一个或多个处理器执行如下操作：

当使眼底的中间真实图像聚焦时，确定所述聚焦机构的设置或位置；

以及

基于确定的所述聚焦机构的所述设置或所述位置，确定通过所述照相机系统查看的眼睛的屈光。

18.根据权利要求17所述的照相机系统，包括：

操作性地联接到所述一个或多个处理器的传感器，其中，所述传感器配置成捕获所述眼睛的所述眼底的图像。

19.根据权利要求17所述的照相机系统，其中，通过所述一个或多个处理器对所述处理器可执行的指令或代码的执行引起所述一个或多个处理器执行如下操作：

确定所述眼底在捕获的所述图像中占据的面积，以及

基于确定的所述眼底的所述面积和确定的所述眼睛的所述屈光，确定所述眼睛的所述眼底的尺寸。

20.根据权利要求19所述的照相机系统，其中，确定的所述眼睛的所述屈光包括所述眼睛的眼镜屈光。

21.根据权利要求18所述的照相机系统，其中，所述传感器包括一个或多个CCD阵列。

22.根据权利要求18所述的照相机系统，其中，所述眼底的空中投影被聚焦在所述传感器上。

23.根据权利要求17所述的照相机系统，其中，通过所述一个或多个处理器对所述处理器可执行的指令或代码的执行引起所述一个或多个处理器执行如下操作：

将确定的所述眼睛的所述屈光与确定的所述聚焦机构的所述设置或所述位置校准或相关。

24.根据权利要求17所述的照相机系统，其中，确定的所述聚焦机构的所述设置或所述位置用于捕获所述眼睛的所述眼底的附加图像。

25.一种照相机系统，包括：

自动屈光计中的一个或多个透镜；

一个或多个聚焦机构，所述一个或多个聚焦机构配置成控制所述一个或多个透镜；以及

一个或多个传感器，所述一个或多个传感器配置成从眼睛接收穿过所述一个或多个透镜的光，

其中，所述一个或多个聚焦机构配置成使由所述一个或多个传感器接收的来自所述眼睛的光聚焦，

其中，确定所述聚焦机构的设置或位置，以及

其中，基于确定的所述聚焦机构的所述设置或所述位置确定所述眼睛的光学误差。

26.根据权利要求25所述的照相机系统，其中，所述眼睛的图像被所述一个或多个传感器捕获，其中，至少基于捕获的所述眼睛的所述图像和确定的所述眼睛的所述光学误差，确定所述眼睛的至少一部分的尺寸。

27.根据权利要求25所述的照相机系统，其中，所述照相机包括视网膜照相机或眼底照相机。

28.根据权利要求25所述的照相机系统，其中，所述光学误差包括屈光参数。

29.根据权利要求25所述的照相机系统，其中，所述一个或多个传感器包括一个或多个CCD阵列。

30.根据权利要求25所述的照相机系统，其中，确定的所述光学误差提供视觉问题的指示。

31.根据权利要求25所述的照相机系统，其中，所述光学误差包括所述眼睛的屈光。

32.根据权利要求25所述的照相机系统，其中，所述光学误差包括所述眼睛的眼镜屈光。

33.根据权利要求25所述的照相机系统，其中，所述聚焦机构的所述设置或所述位置使用游标尺来确定。

34.一种用于诊断视觉问题的系统，所述系统包括：

自动屈光计，所述自动屈光计包括聚焦机构和狭缝罩；

处理器，所述处理器操作性地联接到所述自动屈光计和非易失性存储介质，

其中，所述非易失性存储介质上存储有可执行指令，所述可执行指令在被所述处理器执行时执行如下操作：

从所述自动屈光计接收眼底的图像；

配置所述聚焦机构的设置或位置，从而使至少一个透镜移动以找到所述狭缝罩的狭缝在眼睛的视网膜中的最佳焦点；以及

基于配置的所述聚焦机构的所述设置或所述位置，确定所述眼睛的光学误差。