CN1901833A - 促进眼底照相机校准和聚焦的设备 - Google Patents

Abstract

一种眼底照相机具有对焦辅助标记投影系统(5，9，10，11，12，13)，该系统包括对焦辅助标记聚焦透镜(10)和其它光学元件，使得对焦辅助标记聚焦透镜(10)连接到成像系统的聚焦透镜(6)并与该透镜一起移动，由此使对焦辅助标记投影系统和成像系统保持共面。相关的校准标记投影系统(35，34，33，32)包括一些光学元件，它们利用现有的眼底照相机照明系统(35)的一部分将多个校准标记投影到目标眼睛的虹膜上。

Description

促进眼底照相机校准和聚焦的设备

技术领域

本发明涉及对眼底照相机的校准和聚焦设备所做的改进。

眼底照相机被用来拍摄眼底的图像(眼睛的后部，包括视网膜和血管)。该眼底图像可以由第三方来检查，或者与之前某一日期拍摄的眼底图像相比较，以促进视网膜疾病的诊断。眼底照相机包括：物镜，用于形成眼睛底部的图像；其它透镜，用于在照相机的记录平面上形成图像；以及照明系统，用于将光线投影到眼睛上使得眼底图像足够亮，以便可以在照相机上拍摄图像。为了能够在眼睛前端部分(包括角膜、虹膜和晶状体)没有不可接受的反射的情况下形成有用的图像，眼底照相机必须非常精确地校准。为了在没有瞳孔放大而扩大瞳孔的情况下拍摄眼底图像，在没有特征来引导操作人员聚焦并校准眼底照相机的情况下很难实现对眼底照相机校准所要求的精确度。已经提出各种设备将标记投影到眼睛上以促进校准和聚焦。这些设备在复杂性和性能方面具有各种缺点。

背景技术

为了促进眼底照相机的精确聚焦，可以将一个或多个标记投影到眼底上，并且可以通过眼底照相机观察到这些标记的图像。此外，分光棱镜可以位于该线投影系统之内，使得如果该照相机没有被正确地聚焦，则被投影到眼底上的图像表现为分离的线，这在美国专利3,925,793中有讨论。用于投影一个标记以辅助聚焦的这种系统的光学元件可以与照明系统分离并与无焦透镜系统组合起来，使得可以在调节观察系统的焦点时使观察系统的焦点和投影线系统的焦平面保持一致，这在美国专利4,187,014中有讨论。该系统所需的无焦透镜系统具有一个缺点，随着焦点被调节，出现在照相机成像平面上的图像放大在一个很大的范围内变化，并且这在很大的一个范围中改变着眼底的面积和图像的可见亮度。或者，用于投影一条线辅助聚焦这种系统的光学元件可以与所有的或部分的聚焦及照明系统分离，并且可以用凸轮、连杆或类似的装置使这些光学元件移动，使得可以在调节观察系统的焦点时使观察系统的焦点和投影线系统的焦平面保持一致，这在美国专利(4,436,388)中有过讨论。这种可选的方案将允许减小的或为负倍率的透镜用作为聚焦透镜，其结果是，图像放大中的变化减小了，但是所需的凸轮和连杆增大了系统的机械复杂性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种调节投影标记对焦辅助系统的焦点的装置，该装置结构简单同时不需要将无焦透镜系统用于图像对焦调节。

根据本发明，用一个简单的刚性臂或类似的连接将与图像对焦系统分离的第一对焦辅助标记聚焦透镜连接到图像对焦调节透镜上。第二和第三固定透镜可以分别位于对焦辅助标记聚焦透镜的各边，使得在对焦辅助标记聚焦透镜移动时这些透镜并不移动。对焦辅助标记是用一对偏转棱镜通过一狭缝形成的，这对偏转棱镜使来自狭缝的光线沿分离的光路偏转，使得形成两个狭缝图像，这两个狭缝图像仅仅被校准从而在对焦辅助标记投影系统的焦平面处形成单条线性狭缝图像。通过对焦辅助标记投影透镜系统并通过镜子和眼底照相机物镜系统，使该对焦辅助标记被投影，以在眼底上形成该对焦辅助标记的图像。如果正确地选择对焦辅助标记聚焦的倍率以及第二、第三固定透镜和对焦辅助标记聚焦透镜，则通过移动图像对焦调节透镜来调节观察系统的焦点，可以针对图像对焦调节透镜的任何位置使成像系统的焦点和投影线系统的焦平面保持一致。第二和第三固定透镜的效用是，图像对焦调节系统不必像美国专利4,187,014所指定的那样必须是无焦系统。因此，当与无焦成像对焦调节系统相比时，可以使用负焦点调节透镜的设计，其结果是图像放大和图像亮度方面都减少了变化。通过正确选择透镜，也可以控制透镜系统体系结构和所产生的焦平面以允许光路足够长来并入所需的镜子，从而使成像和投影对焦标记辅助光路结合到实际的仪器中。

为促进眼底照相机的精确校准，一个或多个校准辅助标记可以被投影到眼睛的虹膜上。可以使两个校准标记投影，使得当眼底照相机正确定位时，两个校准标记一致并且处于眼睛虹膜的焦点中(美国专利4,257,688；4,252,420；4,253,743)。在之前的发明(美国专利申请10/710,003)中，这种校准标记已经用标记投影光学系统实现过了，这些光学系统可在眼底照相机光学系统外部或者内部。较佳地，校准标记从眼底照相机内部的源中投影出来，然后通过物镜到达目标眼睛，从而使目标眼睛附近的仪器体积最小化并且使形成投影校准标记所需的附加光学元件的数目最小化。投影校准和对焦标记可以是用红外光形成的并且观察系统包括对红外光敏感的照相机，所以进入目标眼睛的标记投影不必使目标的瞳孔收缩。

本发明的一个目的在于提供一种可实现投影校准标记系统的装置，该系统结构简单，并且通过将校准标记系统和眼底照相机中已经存在的照明系统组合起来并从一个光源中产生美国专利申请10/710,003中所讨论的两个校准标记，使该系统很紧凑。

根据本发明，校准目标是从狭缝的图像中形成的，一对偏转棱镜紧靠狭缝排列以便使上述对焦辅助投影系统将来自光源的光线分到两个分离的路径之中。或者，通过紧靠狭缝的一对镜面的反射，可以将来自光源的光线分到两个分离的路径之中，其中这些镜子彼此相对绕某一轴旋转，该轴穿过每一个镜面并与光路的轴正交。用镜子或棱镜将来自狭缝的光线和来自眼底照明系统的光线组合起来，使得该狭缝与照明系统的第一光阑共轭。来自狭缝的光线然后穿过正常的照明系统光学装置并且被成像到目标眼睛的虹膜之上。当眼底照相机正确地校准时，在眼睛瞳孔的平面上形成了第一光阑的图像。校准目标狭缝的图像也形成于眼睛的虹膜之上。如果眼底照相机没有正确地校准，则校准目标狭缝的图像将因紧靠校准目标狭缝的狭缝棱镜而分成两条线。

附图说明

为了帮助理解本发明，现在将参照附图，它们示出了本发明的至少一个示例。

在附图中：

图1示出了眼底照相机的一个示例，它具有美国专利4,187,014中所提出的投影对焦辅助标记。注意到，为了清楚，示出了棱镜11绕光轴旋转90度。

图2示出了对图1中的设计做出的改进，其中两个附加的透镜14和15分别插放在透镜10的两边，这是本发明中提出的。

图3a示出了图2中的改进设计的变体，由此可移动的聚焦透镜6和10是负的(发散)透镜。

图3b示出了聚焦透镜6和10如何一起移动以便将该仪器聚焦到新的第一像平面3’从而用于非正视眼的目标眼睛。

图4a是图3在尺寸x1和x2大小已定义的情况下的再现。

图4b是聚焦透镜位置x1如何随第一像平面x2的移动而变化的图。线a表示用于如图2所示的无焦系统的关系。线b表示用于如图2所示的非-无焦系统的关系。线c表示用于如图3所示的系统的关系，其中透镜6和10是负的倍率。

图4c描绘了图像在第二像平面8处的放大变化。线a示出了用于如图1所示的无焦系统的图像的放大倍数变化，而线b描绘了用于图3所示较佳系统的放大倍数的减小变化。

图4d示出了在聚焦透镜10移动的情况下移动投影对焦辅助标记的焦平面时改变固定透镜14和15的倍率比率的效果。和线a相比，线b表示在增大透镜15的倍率与透镜14的倍率的比率的情况下用于系统的关系。

图5a和5b描绘了美国专利申请10/710,003中提出的校准目标投影系统。图6示出了对于如图5所示的光学结构而言当眼底照相机向眼睛移动得更近时投影校准标记在眼睛角膜上的移动情况。

图7示出了改进的校准目标投影系统，由此用某一光学系统来投影校准标记，该光学系统使用视网膜照相机的照明系统的一部分。

图8示出了对于图8所示的光学结构而言当眼底照相机向眼睛移动得更近时投影校准标记在眼睛角膜上的移动情况。

具体实施方式

参照这些图，图1示出了眼底照相机的一个示例，它具有美国专利4,187,014所描述的投影对焦辅助标记。图1示出了眼底照相机的成像系统，它包括：物镜2，用于收集来自目标眼睛1的光线；照明反射镜4中部的一个孔，用于允许光线穿过聚焦透镜6和成像透镜7之后到达成像设备8。在本发明中，通过元件5、9、10、11、12、13来实现对焦辅助标记投影系统。注意到，为了清晰，示出了棱镜11绕光轴旋转90度。来自源13的光线被汇聚透镜12收集并且被一对分光棱镜和相关的狭缝掩膜11分成两个发散的光束，然后被透镜10聚焦并被镜子9和5反射以便通过镜子4中的两个孔，中心孔的两侧便于光线穿过并到达成像系统8并由此将狭缝11的图像聚焦到焦平面3处。通过移动成像聚焦透镜6，来设置由图像拍摄设备8所定义的焦平面3的位置和成像系统的焦点。为了使投影对焦辅助标记的对焦与成像系统的焦点保持共面，图1中的部件10、11、12、13与成像聚焦透镜6平行移动。如果聚焦透镜形成无焦光学系统的一部分，则该系统是唯一可行的，所以成像设备8上的两个点在元件6和7之间作为平行的光束穿行。该系统宣称具有如下优点：简化了对焦辅助标记投影系统的机械设计；并且将对焦辅助标记投影系统与眼底照相机的照明系统分离开了。

图2示出了一种改进，它正是本专利申请的目标，由此两个固定的透镜14和15分别插放在移动对焦辅助标记聚焦透镜10的两侧。这种设计允许图像聚焦系统的设计自由，因为该系统不必是图1所示设计中指定的那种无焦系统。此外，在图2中只有透镜10和6相连以便平行移动，所以对焦辅助投影系统的其余部分(部件11、12和13)是固定的，由此进一步简化了移动照相机的设计。如图3所示，图2的改进设计允许使用负的聚焦透镜6，这在眼底照相机中被普遍使用。上述负的透镜具有期望的效果，即减小成像平面8处眼底图像放大倍数的改变，由此减小了视场的变化和图像的可见亮度。通过改变两个固定透镜14和15的倍率，便可以改变对焦辅助标记的焦平面的移动和聚焦透镜10的移动之间的关系。通过正确选择固定的透镜14和15以及聚焦透镜10，当聚焦透镜6和10一起移动以调节眼底照相机的焦点以便用于不同的目标眼睛折射误差时，对焦辅助标记的焦平面和成像系统的焦平面可以基本上保持共面。

图4描绘了聚焦透镜6和10的移动以及图像焦平面3的移动之间的关系。图4b示出了聚焦透镜位置x1如何随着第一像平面x2的移动而变化。线a表示用于图1所示的无焦系统的关系。线b表示用于图2所示的非无焦系统的关系。线c表示对于图3所示系统的关系，其中透镜6和10是负的倍率。线c的斜率pf可以通过改变透镜10、14和15的相对倍率来调节。图4c描绘了图像在第二像平面8处的放大倍数改变。线a示出了用于图1所示无焦系统的图像放大倍数变化，而线b描绘了用于图3所示较佳系统的放大倍数的减小变化。图4d图示了在移动聚焦透镜10的情况下当移动投影对焦辅助标记的焦平面时改变固定透镜14和15的倍率比率的效果。和线a相比，线b表示当增大透镜15的倍率和透镜14的倍率之比时对于某一系统的关系。这示出了通过正确选择透镜10、14和15的倍率，便可以调节投影对焦辅助标记的焦平面移动以匹配于眼底照相机成像系统的焦平面的移动。

图5示出了美国专利申请10/710,003中提出的校准标记投影系统。在图5a中，通过校准标记投影系统20，将校准标记直接投影到眼睛的前端表面上。在图5b中，示出了一种可选的设计，由此校准标记投影系统通过小镜子、眼底照相机的物镜将来自眼底照相机内部的校准标记投影到目标眼睛的前端。如果提供两个校准标记投影系统，则当物镜2和目标眼睛1之间的距离正确时，可以将这两个校准标记排列成使得图6a所示的两个标记在目标眼睛1的虹膜上形成单个完整的线，像图6b所示的那样。

图7示出了一种改进的校准标记投影系统，通过使来自光源的光线穿过收集透镜34、一对棱镜33和相关的狭缝32，再通过反射装置31和由透镜25和24所表示的眼底照相机照明系统元件以及镜子4，该系统便从单个源35中形成了两个校准标记。为了完整，正常眼底照相机照明系统的其余部分在图7中也有描绘，比如，光源30、收集透镜29、IR带通滤光片28、氙闪光灯27和环形狭缝光阑26。环形狭缝光阑26将被配置成如图7b所示的两个部分的片段，以便阻止来自灯30的光线入射到镜子4上具有孔洞的那部分，从而使来自对焦辅助标记投影系统的光线像上述那样通过。

图8描绘了投影校准标记的图像出现在目标眼睛的虹膜之上，其中在图8a中当物镜2和目标眼睛1之间的距离不正确时该线条分成错开的两半，在图8b中当物镜2和目标眼睛1之间的距离正确时该投影校准标记在目标眼睛1的虹膜上形成单个完整的线条。

Claims (10)

1.一种具有对焦辅助标记投影系统的眼底照相机，包括：

物镜，用于在所述眼底照相机内的一平面处形成目标眼底图像；

图像对焦调节透镜，可以移动所述透镜调节所述成像系统的焦点，使得它被聚焦到与所述眼底照相机内形成的目标眼底第一图像相同的平面上；

对焦辅助标记投影系统，它包括移动对焦辅助标记聚焦透镜，所述聚焦透镜以便移动所述对焦辅助标记的焦点，使得它与所述成像系统的焦平面共面，其中所述聚焦透镜连接到所述成像系统对焦调节透镜以便移动所述透镜。

2.如权利要求1所述的眼底照相机，其特征在于，所述眼底照相机具有一个或多个在与所述对焦辅助标记聚焦透镜相同的光路中的非移动的透镜。

3.如权利要求1所述的眼底照相机，其特征在于，所述聚焦透镜是负透镜并且所述非移动的透镜是正透镜。

4.如权利要求1所述的眼底照相机，其特征在于，在所述对焦辅助标记投影系统中，所述对焦辅助标记是作为一个狭缝或类似的孔径的图像而形成的。

5.如权利要求5所述的眼底照相机，其特征在于，所述眼底照相机包括一对偏转棱镜，所述偏转棱镜使来自所述狭缝的光线沿分离的光路偏转，从而形成两个狭缝图像，所述的两个狭缝图像被校准以便在所述对焦辅助标记投影系统的焦平面处形成单个的狭缝图像。

6.如权利要求2所述的眼底照相机，其特征在于，对焦辅助标记聚焦的倍率和相同光路中的固定透镜被选定，使得对焦辅助标记形成狭缝的图像以及和所述系统成像平面共轭的一个平面总是基本上共面。

7.一种具有校准标记投影系统的眼底照相机，包括：

物镜，用于在所述眼底照相机内的一平面处形成眼底图像；

至少一个眼底照明光源；

反射装置，用于将该或每一个光源引导至所述眼底；

至少一个汇聚透镜，用于将该或每一个光源引导至所述反射装置；

校准标记光源，它共用了所述眼底照明光源和所述反射装置之间的光路的一部分。

8.如权利要求7所述的眼底照相机，其特征在于，所述眼底照相机具有狭缝或其它孔径，用于从所述校准标记光源中形成标记，当所述眼底照相机被正确地定位时所述标记和眼睛瞳孔共面。

9.如权利要求7所述的眼底照相机，其特征在于，通过紧靠所述照明系统中照明光阑的第二反射装置，来自所述校准标记光源和狭缝的光线与所述眼底照明光线的光路结合在一起，使得当所述眼底照相机被正确地定位时，所述狭缝和照明光阑都与所述眼睛瞳孔的平面共轭。

10.如权利要求7所述的眼底照相机，其特征在于，所述眼底照相机包括一对偏转棱镜，所述偏转棱镜使来自所述狭缝的光线沿两个分离的光路偏转，从而形成两个狭缝图像，当眼底照相机被正确地校准时，所述的两个狭缝图像被校准以便在与所述眼睛瞳孔共面的某一平面处形成单条狭缝图像。

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