CN110811542A - 眼底相机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种眼底相机，包含一眼球偏移检测装置以及一环形照明装置。眼球偏移检测装置用以检测眼底相机的镜头相对于一受测眼球的一偏移向量。环形照明装置包含多个照明元件，其环绕成像系统的光轴呈环形配置。依据镜头相对于受测眼球的偏移向量，眼底相机选择性启动相对应位置的一个或多个照明元件，使照明光路远离受测眼球的瞳孔中央区域以降低角膜反射光的影响并提升照明品质。因此，上述眼底相机具有较大可操作范围。

Description

眼底相机

技术领域

本发明是有关一种眼底相机，特别是一种包含适应性照明光源的眼底相机。

背景技术

为了成像，眼底相机需将照明光源通过受测眼球的瞳孔导入眼底，而眼底的反射光同样通过受测眼球的瞳孔后以一成像系统成像于观察者的眼睛或是图像感测器(或底片)上。可以理解的是，除了眼底的反射光外，其余光线(例如角膜或虹膜的反射光)对于成像系统而言都是杂讯，因此，照明光路以及成像光路分离有助于提升成像品质。

一种现有的眼底相机是采用环形照明的设计，亦即使照明光呈环形光路通过瞳孔外围进入眼底，而成像光路则通过环形光路的中空部进入成像系统。环形照明光路L1以及成像光路L2相对于瞳孔PU的示意图如图1A以及图1B所示。环形照明的设计可提高眼底照明的均匀度以及降低角膜及虹膜的反射鬼影，然而，环形照明系统需包含聚光透镜(condenser lens)、具有环形开孔的挡光板、中继透镜(relay lens)以及圆形开孔的反射镜等元件，因而导致环形照明系统的成本较高且体积较大，此外，组装以及调整也需要比较多的时间以及技术。

另需说明的是，操作时成像光路L2相对于瞳孔PU产生偏移时，环型照明光路L1亦相对于瞳孔PU产生偏移，如图2A以及图2B所示，此时环型照明光路会靠近角膜中央区域，而产生不必要的角膜鬼影。因此，采用环形照明设计的眼底相机需将镜头对准瞳孔至一定程度才能获得原始设计的成像品质，这造成操作上的不便或需要较多的训练。

另一种现有的眼底相机是采用离轴式的单点照明的设计。单点照明光路L31、L32以及成像光路L2相对于瞳孔PU的示意图如图3A以及图3B所示，其中，举例而言，单点照明光路L31为红外光，而单点照明光路L32为可见光。相较于环形照明的设计，单点照明的光线角度较大以使照明光布满整个眼底。单点照明设计的优点是成本低、结构简单且体积小，然而，眼底相机的镜头相对于受测眼球产生偏移时，容易发生单点照明光路L31、L32以及成像光路L2无法同时进出瞳孔的情况，如图4A以及图4B所示，尤其是小瞳孔的受测眼球，因而导致无法取像或成像品质不佳。因此，采用单点照明设计的眼底相机同样需将镜头对准瞳孔至一定程度才能获得原始设计的成像品质。

有鉴于此，如何在镜头偏离受测眼球时仍能获得较佳品质的眼底图像便是目前极需努力的目标。

发明内容

本发明提供一种眼底相机，其是设置多个点状光源，并依据镜头相对于受测眼球的一偏移向量选择性启动一或多个特定位置的点状光源，以使镜头偏移时仍能提供适当的照明并获得较佳品质的眼底图像。

本发明一实施例的眼底相机包含一第一透镜组、一眼球偏移检测装置、一环形照明装置、一处理器、一第二透镜组、一图像感测器以及一显示器。第一透镜组具有一第一侧以及相对的一第二侧，其中第一侧朝向一受测眼球。眼球偏移检测装置用以检测第一透镜组以及受测眼球的一相对位置。环形照明装置设置于第一透镜组的第二侧，并包含多个环形排列的照明元件，其中第一透镜组的一光轴通过环形照明装置的一中空区域。处理器与眼球偏移检测装置以及环形照明装置电连接，其中处理器依据第一透镜组以及受测眼球的相对位置，计算出一偏移向量，并依据偏移向量选择性启动多个照明元件至少其中的一以产生一照明光，其通过第一透镜组照射至受测眼球的一眼底，且经眼底反射形成一图像光。第二透镜组同轴设置于第一透镜组的第二侧。图像感测器设置于第二透镜组的一出光侧，其中图像光依序经由第一透镜组以及第二透镜组会聚至图像感测器，以形成一眼底图像。显示器与图像感测器电连接，以显示图像感测器所形成的眼底图像。

以下藉由具体实施例配合所附的附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1A为一示意图，显示采用环形照明设计的现有眼底相机于垂直光轴侧观测的照明光路以及成像光路。

图1B为一示意图，显示采用环形照明设计的现有眼底相机于平行光轴侧观测的照明光路以及成像光路。

图2A以及图2B为一示意图，显示采用环形照明设计的现有眼底相机相对于受测眼球偏移时于平行光轴侧观测的照明光路以及成像光路。

图3A为一示意图，显示采用单点照明设计的现有眼底相机于垂直光轴侧观测的照明光路以及成像光路。

图3B为一示意图，显示采用单点照明设计的现有眼底相机于平行光轴侧观测的照明光路以及成像光路。

图4A以及图4B为一示意图，显示采用单点照明设计的现有眼底相机相对于受测眼球偏移时于平行光轴侧观测的照明光路以及成像光路。

图5为一示意图，显示本发明一实施例的眼底相机。

图6A、图6B、图7A以及图7B为一示意图，显示本发明一实施例的眼底相机的环形照明装置。

图8为一模拟示意图，显示本发明一实施例的眼底相机的环形照明装置的多种驱动方式。

图9为一示意图，显示本发明另一实施例的眼底相机。

附图标记：

10 眼底相机

11 第一透镜组

12 眼球偏移检测装置

121 外眼部图像感测器

122 参考照明元件

13 环形照明装置

13B 照明元件

13C 照明元件

13G 照明元件

13IR 照明元件

13L 启动的照明元件

13R 照明元件

13W 照明元件

13Y 照明元件

14 处理器

15 第二透镜组

151 光阑

16 图像感测器

17 显示器

18 固视灯

19 分光器

20 焦距调整器

EB 受测眼球

L1 照明光路

L2 成像光路

L31、L32 单点照明光路

O 光轴

PL 固眼光

PU 瞳孔

具体实施方式

以下将详述本发明的各实施例，并配合附图作为例示。除了这些详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。附图中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，附图仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求附图的简洁。

请参照图5，本发明的一实施例的眼底相机10包含一第一透镜组11、一眼球偏移检测装置12、一环形照明装置13、一处理器14、一第二透镜组15、一图像感测器16以及一显示器17。第一透镜组11具有一第一侧以及相对的一第二侧，其中第一侧朝向一受测眼球EB。于一实施例中，第一透镜组11是由单一的一双凸透镜所组成，如此可降低照明光被第一透镜组11反射进入第二透镜组15所形成鬼影。

眼球偏移检测装置12用以检测第一透镜组11以及受测眼球EB的一相对位置，以供处理器14判断第一透镜组11以及受测眼球EB的相对位置，进而计算出二者间的一偏移向量。举例而言，眼球偏移检测装置12包含一外眼部图像感测器121，其可撷取受测眼球EB的一外眼部图像。处理器14依据眼球偏移检测装置12所撷取的外眼部图像即可计算得到第一透镜组11相对于受测眼球EB的偏移向量，例如偏移方向以及偏移距离。于一实施例中，眼球偏移检测装置12可为一立体相机(stereocamera)。立体相机可以从不同空间位置撷取至少两个外眼部图像，处理器14即可依据立体相机所撷取的两个外眼部图像计算得到第一透镜组11相对于受测眼球EB的偏移向量。

于一实施例中，眼球偏移检测装置12更包含一参考照明元件122，其产生一参考光照射于受测眼球EB。照射在受测眼球EB的参考光会被角膜反射，通过适当的空间配置设计，被角膜反射的参考光可被外眼部图像感测器121撷取而于外眼部图像中形成的一参考光斑。可以理解的是，当第一透镜组11对准受测眼球EB时，参考光斑会出现在外眼部图像中的一预定位置。当第一透镜组11相对于受测眼球EB偏移时，参考光斑将偏离外眼部图像中的预定位置，处理器即可依据参考光斑于外眼部图像中的一参考位置计算得到较为精确的偏移向量。于一实施例中，参考照明元件122发出的参考光为不可见光，例如红外光，以避免受测眼球EB的瞳孔缩小。

接续上述说明，环形照明装置13设置于第一透镜组11的第二侧，亦即与受测眼球EB相对，而第一透镜组11的一光轴O通过环形照明装置11的一中空区域。于一实施例中，第一透镜组11的一光轴O通过环形照明装置11的几何中心。环形照明装置13包含多个环形排列的照明元件。举例而言，多个照明元件13W、13IR以第一透镜组11的光轴O为中心向外呈阵列排列，如图6A所示，或辐射状排列，如图7A所示。多个照明元件以第一透镜组11的光轴O为中心向外呈交错排列亦可实现本发明。于一实施例中，多个照明元件13IR可为点状的照明元件，例如红外光发光二极管，以作为撷取眼底图像之前观察眼底的照明用途。同样的，多个照明元件13W亦可为点状的照明元件，例如白光发光二极管，以作为撷取眼底图像的照明用途。

请参照图6B以及图7B，于一实施例中，环形照明装置13包含多个红外光发光二极管(例如照明元件13IR)以及不同波段的多个可见光发光二极管(例如照明元件13R、13G、13B、13Y、13C)。举例而言，不同波段可见光发光二极管可为红光LED、绿光LED、蓝光LED、黄光LED或青光LED等。可以理解的是，利用不同组织吸收光谱的差异，可将眼底不同深度的反射信号给收集起来，藉由组合不同波段光源的特性即可做到一些异常病征的判别。举例而言，绿光对于血管的信号较为强烈，可以有效判断眼底是否出血；黄红光对于观察视网膜色素上皮层(RPE)的渗出物，例如玻璃膜疣，或是新生血管的增生有帮助。

请一并参照图5以及图6A或图7A，处理器14与眼球偏移检测装置12以及环形照明装置13电连接。处理器14依据第一透镜模组11相对于受测眼球EB的偏移向量选择性启动多个照明元件13IR、13W至少其中之一以产生一照明光。照明光未经反射直接照射至第一透镜组11，通过第一透镜组11会聚而照射至受测眼球EB的一眼底。受测眼球EB的眼底反射照明光即形成一图像光。需说明的是，操作本发明的眼底相机10时，处理器14仅会依据第一透镜模组11相对于受测眼球EB的偏移向量选择性部分启动一个或多个照明元件13IR、13W。举例而言，处理器14依据偏移的方向以及距离通过查表来启动相对应位置的一个或多个照明元件13IR、13W。

于一实施例中，处理器14可依据眼球偏移检测装置12所输出的外眼部图像计算得到受测眼球EB的一瞳孔的尺寸，处理器14即可依据第一透镜模组11相对于受测眼球EB的偏移向量以及受测眼球EB的瞳孔尺寸通过查表选择性启动相对应位置的一个或多个照明元件13IR、13W。举例而言，启动的一个或多个照明元件13IR、13W所产生的照明光通过受测眼球EB的瞳孔的位置远离瞳孔的中央区域以及成像光路较佳，如此可降低角膜中央区域反射照明光所形成的鬼影。于一实施例中，环形照明装置13亦能够以手动方式选择性启动一个或多个照明元件13IR、13W。举例而言，有些白内障患者在某些特定位置的照明光可能不容易进入眼底，此时可通过手动启动特定位置的照明元件13IR、13W来提升眼底的照明效果。

请再参照图5，第二透镜组15同轴设置于第一透镜组11的第二侧。举例而言，第二透镜组15可设置于环形照明装置13的中空区域。于一实施例中，环形照明装置13至第一透镜组11的距离小于或等于第二透镜组15至第一透镜组11的距离。可以理解的是，在第二透镜组15不会遮挡环形照明装置13所产生的照明光的情况下，环形照明装置13至第一透镜组11的距离略大于第二透镜组15至第一透镜组11的距离亦不影响本发明。可以理解的是，第二透镜组15可包含一个或多个透镜群组，而每一透镜群组可包含一或多个镜片。成像系统的光学设计为本发明所属技术领域中技术人员所熟知，故在此不再赘述。

图像感测器16设置于第二透镜组15的一出光侧。依据此结构，受测眼球EB眼底反射的图像光则依序经由第一透镜组11以及第二透镜组15会聚至图像感测器16，并形成受测眼球EB的眼底图像。显示器17与图像感测器16电连接，以显示图像感测器15所输出的眼底图像。

请参照图8，以说明本发明的眼底相机的环形照明装置13针对第一透镜组11相对于受测眼球EB的不同偏移向量的多种驱动方式。图8是以瞳孔直径为3.5mm所做的模拟，其中上方的附图表示环形照明装置13的驱动方式；下方的附图为受测眼球的瞳孔PU处的照明光路L1以及成像光路L2。

在第一透镜组11对准受测眼球EB的情况下，如图8中A所示，环形照明装置13启动上下左右四个照明元件13L，而四个照明元件13L所产生的照明光路L1分别落在瞳孔PU的外围，亦即远离瞳孔PU的中央区域，而与成像光路L2在空间上分离，此时可获得最佳的眼底图像。

当第一透镜组11相对于受测眼球EB沿Y轴方向偏移1mm时，若仍启动图8中A所示的照明元件13L时，上方的照明元件13L所产生的照明光将远离瞳孔PU而无法进入眼底，而下方的照明元件13L所产生的照明光将靠近瞳孔PU中央区域而形成较严重的鬼影。为了克服上述问题，本发明的眼底相机的环形照明装置13则启动三个照明元件13L，如图8中B所示，其中下方启动的照明元件13L对应于镜头的偏移向量亦向下偏移，使下方启动的照明元件13L的照明光路L1远离瞳孔PU的中央区域，如此可降低鬼影产生亦可提供足够的照明。

同样的，当第一透镜组11相对于受测眼球EB沿Y轴方向偏移2mm时，环形照明装置13对应启动的三个照明元件13L皆向下偏移，如图8中C所示。如此可使启动的照明元件13L的照明光路L1皆远离瞳孔PU的中央区域，以降低鬼影产生并提供足够的照明。需注意的是，当第一透镜组11相对于受测眼球EB沿Y轴方向偏移2mm时，部分成像光路L2已偏离瞳孔PU，因此可能影响成像品质。

当第一透镜组11相对于受测眼球EB沿Y轴方向偏移2.5mm时，虽然环形照明装置13虽然仍能启动相对应位置的三个照明元件13L，如图8中D所示，使其照明光路L1远离瞳孔PU的中央区域，亦即维持在瞳孔PU外围，但成像光路L2已偏离瞳孔PU，因此无法取得眼底图像。可以理解的是，当受测眼球是大瞳孔时，例如瞳孔尺寸为5mm或散瞳的情况下，本发明的眼底相机仍可能取得眼底图像。

当第一透镜组11相对于受测眼球EB沿X轴以及Y轴方向偏移1mm时，环形照明装置13相对启动的四个照明元件13L，如图8中E所示，使其照明光路L1远离瞳孔PU的中央区域且能提供较均匀的范围。

依据上述说明可知，本发明的眼底相机可依据镜头相对于受测眼球的偏移方向以及偏移距离，选择性启动环形照明装置上相对应位置的照明元件，使照明光路远离受测眼球的瞳孔中央以及成像光路，以降低角膜反射光的影响进而获得较佳的眼底图像。较佳者，本发明的眼底相机可进一步依据受测眼球的瞳孔尺寸选择性启动环形照明装置上相对应位置的照明元件，使照明光路远离受测眼球的瞳孔中央以及成像光路，以进一步降低角膜反射光所形成的鬼影。因此，相较于现有的眼底相机，本发明的眼底相机具有较大可操作范围，且能获得可接受的眼底图像。简言之，无论是仅受过简单训练的操作者来移动本发明的眼底相机对准受测眼球，或是受测者自己移动受测眼球对准本发明的眼底相机，皆能获得品质可接受的眼底图像。

需说明的是，于图6A以及图7A所示的实施例中，环形照明装置13分别包含180个以及120个照明元件。为了降低成本或简化控制，可依实际需求适当地减少环形照明装置上的照明元件的数量、修改照明元件的排列方式、或者依据偏移向量仅启动一个照明元件亦可达到本发明的目的。举例而言，单圈排列方式的多个照明元件，亦即每一照明元件与光轴O的距离相同，亦可有效降低鬼影以及提升照明效果。

请参照图9，于一实施例中，本发明的眼底相机包含一光阑151，其设置于第二透镜组15内，以减少来自受测眼球EB的角膜的反射光进入成像系统，以提升成像品质。举例而言，当受测眼球EB的瞳孔尺寸较小时，可以缩小成像光路的光束大小，如此可增加照明光路和成像光路之间的分离距离，进而达到降低不需要的反射光进入成像光路。于一实施例中，光阑151可设置于第二透镜组15内的镜片之间或是第二透镜组15入光侧。光阑151的设置位置与受测眼球EB的瞳孔位置互为物像关系，亦即彼此共轭。举例而言，光阑151设置于第二透镜组15入光侧，且光阑151的设置位置相对于第一透镜组11与受测眼球EB的瞳孔彼此共轭。于一实施例中，光阑151的光圈尺寸为可调整的。举例而言，光阑151的光圈尺寸可随着不同照明条件、不同瞳孔尺寸或不同的工作距离来调整。

于一实施例中，本发明的眼底相机包含一固视灯18，其等效地同轴设置于第一透镜组11的光轴上。举例而言，固视灯18产生一固眼光(precision light)PL。固眼光PL经由一分光器19反射，再经第一透镜组11会聚至受测眼球EB的角膜，其中固视灯18的设置位置经由分光器19反射后，等同于第一透镜组11的中间像的位置。依据此架构，固视灯18所发出的固眼光PL可入射至受测眼球EB的眼底，操作者即可藉由点亮特定位置的固视灯18供受测眼球EB注视，以固定受测眼球EB的角度。可以理解的是，固视灯系统的设计不限于此，例如固视灯系统可包含中继透镜及/或焦距调整器。本发明所属技术领域中技术人员熟知固视灯系统的多种实现方式，故在此不再赘述。

于一实施例中，本发明的眼底相机包含一焦距调整器20，操作者可通过焦距调整器20操作眼底相机，使受测眼球EB的眼底图像成像于图像感测器16。举例而言，焦距调整器20可通过电动电机以驱动第二透镜组15中至少一透镜沿光轴O物理性移动而达到调整焦距的目的。或者，第二透镜组15中包含至少一液态透镜，而焦距调整器20可通过调整第二透镜组15中的液态透镜的曲率而达到调整焦距的目的。于一实施例中，焦距调整器20亦可通过适当的机械结构以驱动图像感测器16沿光轴O物理性移动而达到调整焦距的目的。

综合上述，本发明的眼底相机环绕成像系统的光轴环形设置多个点状光源，并依据镜头相对于受测眼球的偏移向量及/或受测眼球的瞳孔尺寸，选择性启动相对应位置的一个或多个点状光源，使照明光路远离受测眼球的瞳孔的中央区域以降低角膜反射光的影响并提升照明品质。因此，本发明的眼底相机具有较大可操作范围，亦即容许镜头偏离受测眼球仍能获得可接受的眼底图像。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (18)

1.一种眼底相机，其特征在于，包括：

一第一透镜组，其具有一第一侧以及相对的一第二侧，其中该第一侧朝向一受测眼球；

一眼球偏移检测装置，其检测该第一透镜组以及该受测眼球的一相对位置；

一环形照明装置，其设置于该第一透镜组的该第二侧，并包含多个环形排列的照明元件，其中该第一透镜组的一光轴通过该环形照明装置的一中空区域；

一处理器，其与该眼球偏移检测装置以及该环形照明装置电连接，其中该处理器依据该第一透镜组以及该受测眼球的该相对位置，计算出一偏移向量，并依据该偏移向量选择性启动该多个照明元件至少其中之一以产生一照明光，其通过该第一透镜组照射至该受测眼球的一眼底，且经该眼底反射形成一图像光；

一第二透镜组，其同轴设置于该第一透镜组的该第二侧；

一图像感测器，其设置于该第二透镜组的一出光侧，其中该图像光依序经由该第一透镜组以及该第二透镜组会聚至该图像感测器，以形成一眼底图像；以及

一显示器，其与该图像感测器电连接，以显示该图像感测器所形成的该眼底图像。

2.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，该多个照明元件以该第一透镜组的该光轴为中心呈辐射状排列、阵列排列或交错排列。

3.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，该环形照明装置至该第一透镜组的距离小于或等于该第二透镜组至该第一透镜组的距离。

4.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，启动的该照明元件为多个。

5.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，该多个照明元件为点状的照明元件。

6.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，该多个照明元件包含多个红外光发光二极管以及多个白光发光二极管。

7.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，该多个照明元件包含多个红外光发光二极管以及不同波段的多个可见光发光二极管。

8.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，该多个照明元件至少其中之一所产生的该照明光通过该受测眼球的一瞳孔的位置远离该瞳孔的一中央区域。

9.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，该环形照明装置以手动方式选择性启动该多个照明元件至少其中之一。

10.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，该眼球偏移检测装置包含一外眼部图像感测器，其与该处理器电连接并撷取该受测眼球的一外眼部图像，其中该处理器依据该外眼部图像计算得到该偏移向量。

11.如权利要求10所述的眼底相机，其特征在于，该处理器更依据该外眼部图像计算得到该受测眼球的一瞳孔的尺寸，且该处理器依据该偏移向量以及该瞳孔的尺寸选择性启动该多个照明元件至少其中之一以产生该照明光。

12.如权利要求10所述的眼底相机，其特征在于，该眼球偏移检测装置包含一参考照明元件，其产生一参考光照射于该受测眼球，其中该参考光被该受测眼球的一角膜反射而于该外眼部图像形成的一参考光斑，且该处理器依据该外眼部图像以及该参考光斑的一参考位置计算得到该偏移向量。

13.如权利要求12所述的眼底相机，其特征在于，该参考光为不可见光。

14.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，该眼球偏移检测装置为一立体相机。

15.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，更包括：

一焦距调整器，其物理性移动该图像感测器或该第二透镜组中至少一透镜，或调整该第二透镜组中至少一液态透镜的曲率，以使该眼底图像成像于该图像感测器。

16.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，更包括：

一光阑，其设置于该第二透镜组内。

17.如权利要求16所述的眼底相机，其特征在于，该光阑的光圈尺寸为可调整的。

18.如权利要求1所述的眼底相机，其特征在于，更包括：

一固视灯，其等效地同轴设置于该第一透镜组的该光轴上。

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