CN108523838B - 用于眼睛的非接触式检查的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于眼睛的非接触式检查的设备，该设备包括：设备物镜和次级透镜单元，设备物镜用于对眼睛进行照明及成像且具有正光焦度和以比视网膜脉管系统的区域I的横截面宽的角度进行照明及成像的正球面像差，设备物镜是由在检查设备中彼此偏离的成像的光学路径和照明的光学路径共用的，次级透镜单元在光学路径中于成像方向上位于设备物镜的后面，次级透镜单元修正由设备物镜引起的以下光学特征中的至少一个光学特征：横向色差、像散、像场弯曲和彗差，并且次级透镜单元使由次级透镜单元修正的成像辐射聚焦在图像传感器上以用于形成眼睛的视网膜的像。

Description

用于眼睛的非接触式检查的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于眼睛的非接触式检查的设备和方法。

背景技术

眼底照相机的光学设计包括若干挑战性的要求：图像需要是清晰的并且以高到足以克服检测中的噪点的亮度被均匀地照亮。视场应当足够宽以拍摄视网膜的一大部分。并且特别地，应当用尽可能少的图像来覆盖整个视网膜。还希望的是，成像可以在瞳孔未散大的情况下执行、即在儿童和婴儿的情况下也以非散瞳的方式执行。通常，检查应当通过手持设备以非接触式方式进行。最后，该设备通常应当是紧凑的并且容易在成像期间与眼睛对齐，并且工作距离需要足够长。

在现有技术中，这些问题尚未完全克服。因此，显然需要改进检眼镜照相机。

发明内容

本发明旨在提供对检眼镜成像的改进。根据本发明的一方面，提供了一种用于眼睛的非接触式检查的设备，所述设备包括：

设备物镜和次级透镜单元，所述设备物镜用于对眼睛进行照明及成像且具有正光焦度和正球面像差；

所述设备物镜是成像的光学路径和照明的光学路径共用的，

所述设备物镜构造成具有照明的出射光瞳和成像的入射光瞳在所述眼睛内的像平面，所述照明的出射光瞳的像和入射光瞳的像在所述像平面上由于所述正球面像差而失真并且以比视网膜脉管系统的区域I的横截面宽的角度进行照明及成像，

所述设备构造成使所述成像的光学路径和所述照明的光学路径由于所述成像的光学路径与所述照明的光学路径彼此偏离而至少在晶状体的前表面和后表面上分开，所述光学路径在所述晶状体的前表面和后表面上的横截面是被充分照亮的并排区域；以及

所述次级透镜单元在光学路径中于成像方向上位于所述设备物镜的后面，所述次级透镜单元构造成修正由所述设备物镜引起的以下光学特征中的至少一个光学特征：横向色差、像散、像场弯曲和彗差，并且所述次级透镜单元构造成使由所述次级透镜单元修正的成像辐射聚焦在图像传感器上以用于形成所述眼睛的视网膜的像。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于眼睛的非接触式检查的方法，所述方法包括：

经由共同的设备物镜对眼睛进行照明及成像，其中，成像的光学路径与照明的光学路径在检查设备中彼此偏离，其中，所述设备物镜具有正光焦度和用于覆盖比视网膜脉管系统的区域I的横截面宽的角度的正球面像差；

使成像的入射光瞳的像和照明的出射光瞳的像由于所述设备物镜的所述正球面像差而在所述成像的入射光瞳和所述照明的出射光瞳的在所述眼睛内的像平面上失真；

使成像的光学路径与照明的光学路径由于所述光学路径在所述检查设备中彼此偏离而至少在晶状体的前表面和后表面上分开，其中，所述光学路径的在所述晶状体的前表面和后表面上的横截面是被充分照亮的并排区域；以及

通过在所述光学路径中于所述成像方向上位于所述设备物镜的后面的次级透镜单元来修正由所述设备物镜引起的以下光学特征中的至少一个光学特征：横向色差、像散、像场弯曲和彗差；以及

使由所述次级透镜单元修正的成像辐射聚焦在图像传感器上以用于形成所述眼睛的视网膜的像。

本发明具有优点。可以利用非接触式检查设备从眼睛的眼底拍摄质量优良的广角图像。

附图说明

下面参照附图仅以示例的方式对本发明的示例性实施方式进行描述，在附图中：

图1图示了用于眼睛的眼底的非接触式眼睛检查设备的示例；

图2A图示了用于眼睛的眼底的非接触式眼睛检查设备的另一示例；

图2B图示了实施方式的示例，其中反射镜用来将来自一个或更多个光源的照明引导至物镜和眼睛；

图3图示了照明光辐射和成像光辐射如何穿过眼睛的晶状体被引导至眼睛中的示例；

图4图示了在两个正交的方向上的最大视场的示例；

图5图示了设备物镜的正球面像差的示例；

图6图示了照明射线和成像射线如何在眼睛中分开的示例；

图7图示了从前面且以倾斜的角度检查眼睛的示例；

图8图示了当从前面且以倾斜的角度观察时虹膜的形状的示例；以及

图9图示了测量方法的流程图的示例。

具体实施方式

以下实施方式仅为示例。尽管本说明书可能在若干位置提及“一种”实施方式，但是这不一定意味着：每个这样的参引是针对相同的实施方式或者该特征仅适用于单个实施方式。不同实施方式的单个特征也可以被组合以提供组合特征的一种或更多种实施方式。此外，词语“包含”和“包括”应当理解为并非将描述的实施方式限制成仅由已提到的那些特征组成，并且这些实施方式还可以包括尚未具体地提到的特征/结构。

应当指出的是，虽然附图图示了各种实施方式，但是它们是仅示出了一些结构和/或功能实体的简化图。附图中示出的连接可以指的是逻辑连接或物理连接。对本领域技术人员而言明显的是，所描述的设备还可以包括除了在附图和文本中描述的那些功能和结构之外的其他功能和结构。应当理解的是，用于检查和/或控制的一些功能、结构和信号的细节与实际发明无关。因此，这里不需要对它们进行更详细地讨论。

图1图示了眼睛122的眼底的非接触式眼睛检查设备的示例。图1中的示例是示出了元件和功能实体的简化架构，该简化架构的实现形式可以改变。在实施方式中，该设备或检查仪器可以是便携式的。在实施方式中，该设备可以是手持式的。

尽管图1示出了该设备的相当多的部件，但是首先可以仅考虑几个部件。检查设备包括用于对眼睛122进行照明及成像的设备物镜104。设备物镜104是在检查设备中彼此偏离的成像的光学路径132和照明的光学路径134(自出射光瞳112起的虚线指的是照明，并且视网膜128与图像传感器136之间的实线指的是成像)共用的。设备物镜104具有正光焦度和正球面像差。正球面像差与可见光照明的出射光瞳112相关联。对于红外光而言同样如此。在实施方式中，设备物镜104具有照明的出射光瞳112的在角膜120与视网膜128之间的像平面。在实施方式中，设备物镜104具有照明的出射光瞳112的在眼睛122的前部段500中的像平面。照明的出射光瞳112的在所述像平面上的像由于正球面像差而失真。照明的出射光瞳112指的是照明单元100、100’的出射光瞳。像平面上的像相对于可以基于近轴成像而形成的像是失真的。

相应地，正球面像差与在检查中使用的任何其他光辐射的出射光瞳112相关联。为简单起见，出射光瞳112是两个光源110、110’共用的，但是在实际检查设备中,两个光源110、110’的出射光瞳112也可以不同。

正球面像差可以被定义为光的外围光线在下述点处向设备物镜104的光轴弯曲：该点比更邻近于光轴的光线发生弯曲的点更靠近设备物镜104。外围射线指的是在设备物镜104的径向方向上比轴向射线更远离光轴的射线。本领域技术人员认为球面像差可能是所有光学像差中最有害且最不希望的，但是本申请解释如何利用球面像差。

具有正球面像差的设备物镜104使得能够以与视网膜脉管系统的区域I的横截面相比更宽的角度进行视网膜128的照明及成像。

眼睛122的视网膜内表面被分成三个同心圆，所述三个同心圆中的区域I围绕视神经盘。区域I的半径可以被定义成为视神经盘的中心与黄斑的中心之间的距离的大约两倍。

检查设备还包括次级透镜单元138，次级透镜单元138在光学路径中于成像方向上位于设备物镜104的后面。次级透镜单元138修正与视网膜128的形成于图像传感器136上的像有关的至少一个光学特征。修正的特征包括由设备物镜104引起的横向色差、由设备物镜104引起的像散、由设备物镜104引起的像场弯曲和由设备物镜104引起的彗差。次级透镜单元138还使修正的成像辐射聚焦在图像传感器136上以用于形成眼睛122的视网膜128的像。次级透镜单元138可以减少横向色差、像散并且校正彗差。次级透镜单元138可以改变或重新塑造形成的像的像场弯曲。这些修正中的任何修正或所有修正均可以改善像的质量、例如分辨率和失真。

设备物镜104具有成像的入射光瞳114的在角膜120与视网膜128之间的像平面。在实施方式中，次级透镜单元138的光瞳114的像可以形成于眼睛122的前部段500中。入射光瞳114的在所述像平面上的像由于正球面像差而失真。成像的入射光瞳114指的是次级透镜单元138的入射光瞳114。正球面像差也与次级透镜单元138的入射光瞳114相关联，入射光瞳114是与成像有关的物理光圈。

次级透镜单元138还可以减少或校正视网膜128的形成于图像传感器136上的像的正球面像差，该正球面像差由设备物镜104引起。

该设备可以包括第一照明单元100、第二照明单元100’、主分束器102和照相机单元106，第一照明单元100可以用于利用可见光进行照明，第二照明单元100’可以用于利用红外光进行照明。作为主分束器102的替代方案，可以使用一个或更多个反射镜来朝向物镜104和眼睛122反射照明。可见光的照明单元100包括可见光源110和一个或更多个透镜108，可见光源110又可以包括一个或更多个光源元件。红外光的照明单元100’包括红外光源110’和一个或更多个透镜108’，红外光源110’又可以包括一个或更多个光源元件。

光源分束器113可以将来自照明单元100、100’的光学光均引导至主分束器102。出射光瞳112是物理光圈或在照明单元100、100’中的物理光圈的通过光学元件形成于光圈之后的像。

然而，照明单元100、100’不限于该示例，而是通常可以发射以下光中的至少一种光：紫外光(大约250nm至400nm)、可见光(大约400nm至700nm)和红外光(大约700nm至1400nm)。

照明单元100和/或100’可以将光源110、110’的光辐射从照明单元100、100’的出射光瞳112引导至主分束器102。主分束器102沿照明辐射的光学路径134通过反射将光辐射引导至设备物镜104。光辐射的光学路径可以被定义为由光辐射占据的体积。路径的尺寸和形状取决于透镜和其他光学元件的特性。眼睛122也可能对路径有一些影响。

通常，分束器(主分束器或光源分束器)反射被引导至分束器的光辐射的一部分，并允许光辐射的剩余部分穿过分束器。通常，分束器将光辐射束分为两束光辐射束，使得两束光辐射束均具有大约相同的强度，该强度的范围可以从原始的未分开的光辐射束的强度的几个百分点以下至近50％。

在实施方式中，主分束器102可以包括偏振器。具有偏振器的主分束器102例如可以是偏振分束器。可替代地或另外地，可以设置有用于使照明辐射和成像辐射二者偏振一个或更多个偏振器140、142。与主分束器102相关联的偏振器可以使光辐射线性地偏振。偏振光可以用于减少从眼睛122和设备的光学元件的不期望的反射。

如果主分束器102包括偏振器，则从主分束器102反射至设备物镜104的光辐射被偏振。偏振光辐射然后传播至眼睛122的视网膜128并且从视网膜128反射。由于视网膜128的表面是光学上粗糙的，因此偏振光辐射至少部分地变为去偏振的。当成像方向上的反射光辐射到达主偏振分束器102时，光辐射的经偏振的部分从主分束器102朝向照明单元100反射而不被检测到。然而，被反射的光辐射的经去偏振的部分的一部分穿过主分束器102朝向图像传感器136传播。

除了偏振分束器之外或者代替偏振分束器，可以使用具有用于照明辐射的预偏振器140和用于成像辐射的后偏振器142的分束器。预偏振器140可以在主分束器102之前对照明光辐射134执行线性偏振。后偏振器142也可以是线性偏振器，并且后偏振器142可以相对于预偏振器140处于交叉位置，即后偏振器142的偏振轴相对于预偏振器140的偏振轴旋转90°。在这种构型中，穿过预偏振器140的具有线性偏振的任何光辐射可能都不穿过后偏振器142。因而，例如来自设备物镜104的反射可能不穿过偏振器142，并且因此可能不传播至图像传感器136。然而，从视网膜128反射的经去偏振的光辐射的一部分可以穿过后偏振器142直至图像传感器136。

可以包括一个或更多个透镜的设备物镜104可以具有下述设计特性：当检查仪器移动至与眼睛122相距工作距离170时，在从眼睛122的角膜120至眼睛122的晶状体124的背侧部126的范围内的位置中形成照明单元100的出射光瞳112的实像，以利用光辐射对眼睛122的视网膜128进行照明。类似地，设备物镜104可以具有下述设计特性：当检查仪器移动至与眼睛122相距工作距离170时，在从眼睛122的角膜120至眼睛122的晶状体124的背侧部126的范围内的位置中形成次级透镜单元106的入射光瞳114的实像。照明光在向视网膜128传播时可以穿过眼睛122的瞳孔127。类似地，朝向图像传感器136行进的成像光辐射可以穿过眼睛122的瞳孔127。

在实施方式中，设备物镜104还可以具有下述设计特性:在成像辐射的路径132中于设备物镜104与图像传感器136之间形成视网膜128的真实中间图像130，其中成像辐射是从视网膜128反射的光辐射。在实施方式中，真实中间图像130可以位于设备物镜104与主分束器102之间。在另一实施方式中，真实中间图像130可以以下述方式位于设备物镜104与次级透镜单元138之间：即真实中间图像130位于主分束器102与次级透镜单元138之间。然而，中间图像不是必需的。

主分束器102可以将来自视网膜128的光辐射引导至图像传感器136。在图1中，主分束器102使光辐射的一部分朝向检测方向穿过。主分束器102可以已设计和/或定位成使得主分束器102致使照明辐射的路径134与成像辐射的路径132以预定的方式彼此偏离。该偏离可以至少防止出射光瞳112的辐射的像和/或光束与入射光瞳114的辐射的像和/或光束在晶状体124中重叠(见图3)。

主分束器102可以位于设备物镜104与次级透镜单元138的光圈116之间。主分束器102可以位于次级透镜单元138的入射光瞳114与设备物镜104之间。主分束器102可以位于中间像130与次级透镜单元138之间。主分束器102可以形成照明光辐射与成像辐射之间的偏离。例如，对于主分束器102而言在次级透镜单元138的入射光瞳114与中间像130之间的光学中间位置可以是可能的。中间像130与主分束器102之间的一定距离对避免例如主分束器102上的可能的灰尘在像中变得可见。

尽管这里主分束器102被描述成对于成像路径132而言是透射性的并且对于照明路径134而言是反射性的，但是可以通过反射成像路径132并且使照明路径134透射而以相反的方式使用主分束器102。

照相机单元106包括图像传感器136并且可以至少部分地包括次级透镜单元138。次级透镜单元138也可以是与照相机单元106分开的部件。

次级透镜单元138可以包括至少两个透镜。次级透镜单元138可以利用从眼睛122的视网膜128反射的光来在图像传感器136上形成视网膜128的实像。反射光可以在图像传感器136之前形成中间像130或不形成中间像130。图像传感器136可以包括可呈矩阵形式的像素。图像传感器136的用途可以是将光学像转换成电子形式。然而，图像传感器136也可以是摄影胶卷而不是光电检测器。图像传感器136可以是CCD(电荷耦合装置)单元或CMOS(互补金属氧化物半导体)单元。

在实施方式中，检查设备可以具有用于图像的手动聚焦操作或自动聚焦操作的聚焦器件。

照相机单元106可以像数字照相机一样起作用。呈电子形式的图像、一个或更多个静态图像或视频可以在图像处理单元148中被处理并且然后在检查仪器的屏幕150上呈现给使用者。图像处理单元148可以包括处理器和存储器152。眼睛122的图像可以被发送至外部存储装置154，眼睛122的图像可以存贮于外部存储装置154。存储于存储装置154中的图像可以从存储装置154中取回以用于在屏幕上显示。存储装置154可以是本地数据库或者存储装置154可以是私有云中的服务器或公共云中的服务器。

在照明辐射的路径的光轴与成像辐射的路径的光轴之间存在偏离。在照明辐射的路径的光轴的方向与成像辐射的路径的光轴的方向之间的角度可以是几度。例如，该角度可以是3°至12°。该角度由分束器102引起(参见图1)或者在没有分束器的情况下由来自照明单元100、100’和照相机单元106的分开位置的照明引起(参见图2A和2B)。

图2A图示了具有另一光学设计的设备的示例。通常，如图1中所图示的，照相机106的物镜可以被包括在次级透镜单元138中。图2A图示了实施方式的下述示例：其中，次级透镜单元138包括校正透镜单元200和与校正透镜单元200分开的照相机物镜202。设备物镜104具有正球面像差。在该示例中，入射光瞳114可以与照相机物镜202相关联。球面像差可以与照相机物镜202的入射光瞳114相关联，使得在实施方式中照相机物镜202的入射光瞳114的像沿着光轴形成于角膜120与晶状体124的背侧部126之间的范围中。在实施方式中，照相机物镜202的入射光瞳114的像可以形成于角膜120与视网膜128之间。球面像差对照明光线和成像光线两者均具有类似的影响。

照相机物镜202可以是能够从照相机106拆卸的或者不能够从照相机106拆卸的。照相机单元106可以是检测部件136与照相机物镜202的一体式组合，使得具有照相机物镜202的照相机单元106本身是商业产品。照相机物镜202可以在不需要额外的光学器件的情况下至少从一个距离处在图像传感器136上形成清晰的图像。照相机单元106能够通过轴向地移动至少一个光学部件、比如照相机物镜202的透镜来聚焦。照相机单元106还可以在共同的框架中包括图像处理单元148和屏幕150。

校正透镜单元200可以位于设备物镜104与照相机物镜202之间。校正透镜单元200可以执行与可见光波段相关联的至少一个光学特征的修正。替代性地或另外地，校正透镜单元200可以执行与红外光波段和/或紫外光波段相关联的至少一个光学特征的修正。照相机物镜202进而可以使由校正透镜单元200修正的成像辐射聚焦在图像传感器136上。

在实施方式中，设备物镜104可以具有下述设计特性：当检查仪器移动至距眼睛122的工作距离170时，在从眼睛122的角膜120至眼睛122的晶状体124的背侧部126的范围内的位置中形成照相机物镜202的入射光瞳114的实像。

图2B图示了实施方式的示例，在该示例中，反射镜270和272用来将来自一个或更多个光源110、110’的照明引导至物镜104和眼睛122。反射镜270、272可以位于该设备的光轴的两侧使得光束以相对于光轴成倾斜角度的方式被引导至物镜104。

在图2A的实施方式中，不需要主分束器102，这是因为照明以倾斜角度从一个或更多个照明单元100、100’被引导至设备物镜104和眼睛122。同样地，在图2A的实施方式中可以避免反射镜的使用。

在实施方式中，校正透镜单元200可以包括用于对穿过设备物镜104的成像辐射的至少一个光学特征进行修正的至少两个透镜子单元204、206、208(图2A具有四个透镜子单元，所述四个透镜子单元中的三个透镜子单元具有附图标记)。

在实施方式中，具有或不具有照相机物镜202以及因此的校正透镜单元200的次级透镜单元138可以包括第一透镜子单元204、第二透镜子单元206和第三透镜子单元208。第一透镜子单元204可以减少设备物镜104的横向色差。在实施方式中，第二透镜子单元206可以减少设备物镜104的像散。

在实施方式中，第三透镜子单元208可以至少部分地校正物镜104的彗差。

在实施方式中，校正透镜单元200的光焦度可以在从-20屈光度至20屈光度的范围中。

在实施方式中，第一透镜子单元204可以减少至少两个透镜子单元206、208中的其他透镜子单元的横向色差，其中，第一透镜子单元204是次级透镜单元138中的在光学路径中于成像方向上最接近设备物镜104的透镜子单元。

在实施方式中，第二透镜子单元206可以位于第一透镜子单元204与第三透镜子单元208之间。在实施方式中，第二透镜子单元206可以进一步减少第一透镜子单元204的像散。

在实施方式中，第三透镜子单元208可以进一步至少部分地校正第一透镜子单元204的彗差，减少第一透镜子单元204的轴向色差，并且减少第一透镜子单元204的球面像差。

在实施方式中，第一透镜子单元204可以由火石玻璃制成，可以具有正光焦度凹凸透镜，并且可以具有朝向眼睛122的凸表面。第一透镜子单元204可以产生较强的横向色差以用于补偿由物镜104以及第二透镜子单元206和第三透镜子单元208引起的相反的横向色差。

在实施方式中，第二透镜子单元206可以由冕玻璃制成，并且可以具有负光焦度。第二透镜子单元206可产生较强的象散以用于补偿由物镜104和第一透镜子单元204引起的相反的像散。

在实施方式中，第三透镜子单元208可以由火石玻璃制成，可以具有负光焦度凹凸透镜，并且可以具有朝向眼睛122的凸表面。第三透镜子单元208可以产生较强的彗差以用于补偿由物镜104和第一透镜子单元204引起的相反的彗差。在实施方式中，第三透镜子单元208也可以补偿由第一透镜子单元204引起的轴向色差。在实施方式中，第三透镜子单元208可以补偿由第一透镜子单元204引起的球面像差。

任何透镜子单元单独或与至少一个其他透镜子单元一起可以修正由设备物镜104引起的像场弯曲。

图3图示了照明光辐射和成像光辐射如何穿过眼睛122的晶状体124被引导至眼睛122中的示例。区域300是照明辐射的路径的横截面，并且区域302是成像辐射的路径在晶状体124的前表面125上或在晶状体124内的横截面(也参见图1)。

光学路径的在晶状体124的前表面125和后表面126上的横截面是被充分照亮的并排的盘状区域300、302。光学路径的横截面以不重叠的方式并排。

在其示例于图4中图示出的实施方式中，设备物镜104的正球面像差以及设备物镜104的焦距与最大入射光瞳的直径之比可以设定成使得最大视场在第一方向上至少为65°并且在第二方向上较小，第一方向与第二方向彼此垂直。本申请中的设备物镜104的入射光瞳指的是在没有其他光学部件与设备物镜104相关联的情况下的入射光瞳。第一方向和第二方向也在图3中示出。视场可以在下述线的方向上是更窄的：该线穿过照明路径和成像路径的横截面300、302的中心点。

在实施方式中，设备物镜104的正球面像差以及检查设备的工作距离170与设备物镜104的最大入射光瞳的直径之比可以设定成使得最大视场在第一方向上至少为65°并且在第二方向上较小，第一方向与第二方向彼此垂直。例如，工作距离170可以在4mm至20mm之间。也就是说，检查设备不与眼睛122接触。在实施方式中，最大视场在第一方向上可以至少为80°并且在第二方向上较小。以这种方式，对于大多数在一个维度上的检查目的而言，可能需要两至四个图像来完全地或足够广泛地覆盖视网膜128。另外，可以利用六至十二个图像来完全地或足够广泛地覆盖视网膜128的区域、即在两个维度上的视网膜128。

在实施方式中，设备物镜104的F值的范围可以为1至0.5。这指的是单独的设备物镜而没有其他光学部件。

在其示例于图5中图示出的实施方式中，设备物镜104的球面像差可以使照明和成像的轴向射线的焦点F1和外围射线的焦点F2在光轴的方向上分开了从半毫米至10毫米的范围Δ。也就是说，焦点F1与焦点F2之间的距离可以是例如0.5mm至10mm。外围射线的焦点F1比轴向射线的焦点F2更接近设备物镜104和角膜。

在实施方式中，设备物镜104的焦距与下述距光轴的径向距离之间可以具有确定的相互依赖性：光辐射的射线在该距光轴的径向距离处到达设备物镜104。

在实施方式中，设备物镜104的焦距可以是距设备物镜104的光轴的径向距离的希望的函数。

在实施方式中，设备物镜104的球面像差可以使眼睛122的第一横截面中的照明的外围射线的焦点F1和眼睛122的第二横截面中的照明的外围射线的焦点F2’在光轴的方向上分开了从约半毫米至约5毫米的范围Δ’，其中，第二横截面与第一横截面垂直。也就是说，焦点F1与焦点F2’之间的距离可以是例如0.5mm至5mm。图5中的虚线指的是第二横截面上的外围照明射线，其中，该第二横截面的法线实际上与像的表面垂直。因而在图5中用虚线绘制的外围照明射线围绕光轴旋转了90°，这是因为第一横截面与第二横截面彼此正交或彼此近似正交。

类似地，设备物镜104的球面像差可以使眼睛122的第一横截面中的成像的外围射线的焦点F1和眼睛122的第二横截面中的成像的外围射线的焦点F2’在光轴的方向上分开了从约半毫米至约5毫米的范围Δ’，其中，第二横截面与第一横截面垂直。也就是说，焦点F1与焦点F2’之间的距离可以是例如0.5mm至5mm。图5中的虚线可以用来以与照明类似的方式指示第二横截面上的外围成像射线，其中，该第二横截面的法线与像的表面垂直。因而在图5中用虚线绘制的外围成像射线可以被认为是围绕光轴旋转了90°，这是因为第一横截面与第二横截面彼此至少近似正交。

在其示例于图5中图示出的实施方式中，设备物镜104的入射光瞳的在第一方向上的直径比设备物镜104的入射光瞳的在与第一方向垂直的第二方向上的直径大。以这种方式，设备物镜104的入射光瞳可以是例如矩形或椭圆形的。

在图2A中图示出的实施方式中，设备物镜104可以包括第一球面透镜250和第二球面透镜252。第一球面透镜250可以具有从-3至-0.5的形状因子，并且第一球面透镜250可以在成像方向上位于第二球面透镜252的前面。

在实施方式中，第二球面透镜252可以具有从-2至0.5的形状因子。第二球面透镜252的焦距可以比第一球面透镜250的焦距大。形状因子C可以在数学上被定义如下：C＝(R2+R1)/(R2-R1)，其中，R1是透镜的第一表面的曲率半径并且R2是透镜的第二表面的曲率半径。

在实施方式中，设备物镜104可以包括至少一个非球面透镜，但是设备物镜104必须具有正球面像差。

图6图示了照明射线和成像射线如何在眼睛122中分开的示例。照明射线和成像射线的分开是由通过分束器102引起的照明射线和成像射线的偏离或照明射线相对于成像射线的不经意的透射(参见图1、图2A和图2B)而造成的。照明射线的中段(waist)位于晶状体124的背侧部126与角膜120之间。成像射线的中段位于晶状体124的背侧部126与角膜120之间。

图7图示了下述示例：其中，从相对于眼睛122的光轴倾斜的角度检查眼睛122以便使视网膜的成像区域相对于眼睛的光轴偏心。四组射线代表下述射线：所述射线从与第一维度和第二维度中的外围射线的角度对应的角度穿过照明光瞳的像。呈较大角度的射线700对应于第一维度中的外围照明射线或外围成像射线。呈较小角度的射线702对应于第二维度中的外围照明射线或外围成像射线。

图8图示了以不同角度观察到的眼睛122的瞳孔127、800的示例。瞳孔127在沿与眼睛122的光轴平行的方向被检查时通常是圆形的。瞳孔800在沿相对于眼睛122的光轴成倾斜角度的方向被检查时通常是椭圆形的。该设备可以倾斜成使得在瞳孔800以倾斜角度被检查时，照明光束的区域300和成像光束的区域302在椭圆形状的瞳孔800的长轴方向上至少近似地并排。物镜104的球面像差使得光学射线能够适当地穿过角膜120、窄瞳孔800和晶状体124而会聚，这进而使得视网膜128的广角检查成为可能。

该设备可以应用于原发性视网膜病变、成视网膜细胞瘤、Zika病毒相关的视网膜变化、外层渗出性视网膜病变等的检查。尽管检查可以是散瞳式的，但是儿童的眼睛的瞳孔较小，这给检查带来了挑战。然而，具有正球面像差的设备物镜104和用于修正由设备物镜104引起的光学像差的次级透镜单元138使得拍摄视网膜的图像变得较容易。

图9是测量方法的流程图。在步骤900中，经由共同的设备物镜104对眼睛122进行照明及成像，其中，成像的光学路径与照明的光学路径在检查设备中彼此偏离，其中，设备物镜104具有正光焦度和用于覆盖比视网膜脉管系统的区域I的横截面宽的角度的正球面像差，成像的光学路径与照明的光学路径在检查设备中彼此偏离。在步骤902中，成像的出射光瞳114的像和照明的入射光瞳112的像由于设备物镜104的正球面像差而在它们的在眼睛122的前部段500中的像平面上失真。在步骤904中，成像的光学路径和照明的光学路径由于光学路径在检查设备中彼此偏离而至少在晶状体124的前表面125和后表面126上分开，其中，光学路径的在晶状体124的前表面125和后表面126上的横截面是被充分照亮的并排区域300、302。在步骤906中，利用在光学路径中于成像方向上位于设备物镜104的后面的次级透镜单元138修正由设备物镜104引起的以下光学特征中的至少一个光学特征：横向色差、像散、像场弯曲和彗差。在步骤908中，由次级透镜单元138修正的成像辐射被聚焦在图像传感器106上以用于形成眼睛122的视网膜128的像。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术进步，本发明构思可以以各种方式实现。本发明及其实施方式不限于上述示例性实施方式，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (14)

1.一种用于眼睛的非接触式检查的设备，其中，所述设备包括设备物镜和次级透镜单元，所述设备物镜用于对眼睛进行照明及成像且具有正光焦度和正球面像差；

所述设备物镜是成像的光学路径和照明的光学路径共用的，

所述设备物镜构造成具有照明的出射光瞳和成像的入射光瞳在所述眼睛内的像平面，所述照明的出射光瞳的像和入射光瞳的像在所述像平面上由于所述正球面像差而失真并且以比视网膜脉管系统的区域I的横截面宽的角度进行照明及成像，

所述设备构造成使所述成像的光学路径和所述照明的光学路径由于所述成像的光学路径与所述照明的光学路径彼此偏离而至少在晶状体的前表面和后表面上分开，所述光学路径在所述晶状体的前表面和后表面上的横截面是被充分照亮的并排区域；以及

所述次级透镜单元在光学路径中于成像方向上位于所述设备物镜的后面，所述次级透镜单元构造成修正由所述设备物镜引起的以下光学特征中的至少一个光学特征：横向色差、像散、像场弯曲和彗差，并且所述次级透镜单元构造成使由所述次级透镜单元修正的成像辐射聚焦在图像传感器上以用于形成所述眼睛的视网膜的像。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述次级透镜单元包括校正透镜单元和照相机物镜，所述校正透镜单元位于所述设备物镜与所述照相机物镜之间，并且所述校正透镜单元构造成执行至少一个光学特征的修正，所述照相机物镜构造成使由所述校正透镜单元修正的所述成像辐射聚焦在所述图像传感器上。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述校正透镜单元包括用于修正所述至少一个光学特征的至少两个透镜子单元。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述次级透镜单元包括第一透镜子单元、第二透镜子单元和第三透镜子单元；

所述第一透镜子单元构造成减少所述设备物镜的横向色差；

所述第二透镜子单元构造成减少所述设备物镜的像散；以及

所述第三透镜子单元构造成校正所述设备物镜的彗差。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第一透镜子单元进一步构造成减少至少两个透镜子单元中的其他透镜子单元的横向色差，其中，所述第一透镜子单元是所述次级透镜单元中的在光学路径中于所述成像方向上最接近所述设备物镜的透镜子单元。

6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第二透镜子单元位于所述第一透镜子单元与所述第三透镜子单元之间，并且所述第二透镜子单元进一步构造成减少所述第一透镜子单元的像散。

7.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第三透镜子单元进一步构造成减少所述第一透镜子单元的彗差、所述第一透镜子单元的轴向色差和所述第一透镜子单元的球面像差。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备物镜的所述正球面像差以及所述设备物镜的焦距与最大入射光瞳的直径之比设定成使得最大视场在第一方向上至少为65°并且在第二方向上较小，其中，所述第一方向与所述第二方向彼此垂直。

9.根据权利要求1或8所述的设备，其中，所述设备物镜的F值的范围为1至0.5。

10.根据权利要求1或8所述的设备，其中，所述设备物镜的所述正球面像差构造成使照明和成像的轴向射线的焦点和外围射线的焦点在所述设备物镜的光轴的方向上分开了从1毫米至10毫米的范围。

11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述设备物镜的所述入射光瞳的在所述第一方向上的直径比所述设备物镜的所述入射光瞳的在与所述第一方向垂直的第二方向上的直径大。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备物镜包括第一球面透镜和第二球面透镜；所述第一球面透镜具有从-3至-0.5的形状因子并且在成像方向上位于所述第二球面透镜的前面；以及

所述第二球面透镜具有从-2至0.5的形状因子，所述第二球面透镜的焦距比所述第一球面透镜的焦距大。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备物镜包括至少一个非球面透镜。

14.一种眼睛的非接触式检查的方法，所述方法包括：

经由共同的设备物镜对眼睛进行照明及成像，其中，成像的光学路径与照明的光学路径在检查设备中彼此偏离，其中，所述设备物镜具有正光焦度和用于覆盖比视网膜脉管系统的区域I的横截面宽的角度的正球面像差；

使成像的入射光瞳的像和照明的出射光瞳的像由于所述设备物镜的所述正球面像差而在所述成像的入射光瞳和所述照明的出射光瞳的在所述眼睛内的像平面上失真；

使成像的光学路径与照明的光学路径由于所述光学路径在所述检查设备中彼此偏离而至少在晶状体的前表面和后表面上分开，其中，所述光学路径的在所述晶状体的前表面和后表面上的横截面是被充分照亮的并排区域；以及

通过在所述光学路径中于所述成像的方向上位于所述设备物镜的后面的次级透镜单元来修正由所述设备物镜引起的以下光学特征中的至少一个光学特征：横向色差、像散、像场弯曲和彗差；以及

使由所述次级透镜单元修正的成像辐射聚焦在图像传感器上以用于形成所述眼睛的视网膜的像。

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