TW201721229A - 用於無轉接器智慧型手機眼睛成像之投影機及其相關方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種投影機，用於無轉接器智慧型手機眼睛成像及其相關方法。投影機包括至少兩個線產生器，以將圖案投影至一受試者之臉部，以及一結構，以相對於智慧型手機之相機來定位線產生器。圖案有助於定位智慧型手機，其相對於受試者眼睛，致使由相機捕獲之眼睛的圖像係最佳化，利於評估。

Description

用於無轉接器智慧型手機眼睛成像之投影機及其相關方法
本發明係涉及投影機，尤其係涉及用於無轉接器智慧型手機眼睛成像之投影機。
眼睛成像(Eye Imaging)不僅可用於監測與眼睛相關之疾病，如青光眼、白內障、黃斑部病變和屈光不正，而且亦可用於檢測許多其它慢性和全身性疾病，例如糖尿病、高血壓和神經病變，上述疾病可能會影響視力。2010年，世界衛生組織估計全世界有兩億八千五百萬人患有某種形式之視覺障礙(visual impairment)。三千九百萬人是盲人，而有80%盲人之視力能被治癒和/或治療其相關疾病，然而，有90%盲人卻生活在低收入國家。智慧型手機技術緩解上述問題，即使不能完全解決問題。
智慧型手機攜帶便利和移動，此外，現今智慧型手機之處理能力方面，已相當於六年前高效能個人電腦系統以及數十年前超級電腦。在2014年末，全世界有17.5億智慧型手機用戶，其創造普及全球深奧之潛力。智慧手機提供諸多方法，與全世界聯繫，如藉由行動/cellular數據連，和藉由Wi-Fi網路。智慧手機亦可藉由”應用程式”，以達可編程而通用。
透過多種智慧型手機應用程式，使智慧型手機進行眼睛成像，然而，這些應用程式需要轉接器來定位和對準智慧型手機相機與眼睛。圖1係顯示習知轉接器102用以定位智慧型手機104，以成像受試者107之眼睛106。眼睛106被定位靠近或接觸轉接器102，轉接器102可為具有近似眼睛的橡膠目鏡。轉接器102之部分108形成或配置以束縛智慧型手機104，致使智慧型手機104之相機105對齊目鏡103，進一步地，對準於眼睛106。轉接器102包括透鏡、分光器以及照明器，以便於捕獲影像。為了捕獲眼睛之成像，轉接器102與智慧型手機104耦接，用當目鏡103定位靠近或接觸眼睛106時，用戶透過應用程式110以捕捉眼睛106之成像，智慧型手機104執行應用程式110。在沒 有轉接器102之情況下，習知技術不可能透過智慧型手機104和應用程式110成功捕獲眼睛之圖像。
改良系統無須轉接器之輔助，以智慧型手機搭配應用程式，即可將受試者眼睛定位並對準於智慧型手機。據此，所公開之解決方案比習知轉接器便宜，再者，由於不需要轉接器，致使智慧型手機能廣泛作為捕獲眼睛圖像之機制，使該解決方案廣泛運用。由於沒有額外元件定位於眼睛和智慧型手機之間，不會降低所捕獲之圖像品質，舉例而言，位於眼睛和智慧型手機之間的分束器，可減少由智慧型手機捕獲之光強度。
於一實施例中，公開該一種無轉接器智慧型手機眼睛成像之投影機。投影儀包括至少兩個線產生器，以將圖案投影至受試者的臉部上，以及一結構，以將線產生器定位相對於智慧型手機的相機。該圖案配置便於智慧型手機定位相對於受試者的眼睛，致使由相機所捕獲之眼睛圖像係最佳化，利於評估。
在另一實施例中，涉及便於無轉接器智慧型手機眼睛成像之方法。投影機連接至靠近智慧型手機之相機，並且包括至少兩個線產生器。所述至少兩個線產生器中之每一者內產生光圖案，其投影至相機的視野中，致使當相機優化地定位，以捕獲受試者眼睛之圖像時，易於受試者之臉部上看到光圖案。
102‧‧‧轉接器
103‧‧‧目鏡
104‧‧‧智慧型手機
105‧‧‧相機
106‧‧‧眼睛
107‧‧‧受試者
108‧‧‧部分
110‧‧‧應用程式
202‧‧‧智慧型手機
204‧‧‧眼睛
205‧‧‧受試者
206‧‧‧光軸
208‧‧‧相機
212‧‧‧圖像
220‧‧‧投影機
222‧‧‧光圖案
302(1)-(4)‧‧‧線
309(1)-(4)‧‧‧線
310‧‧‧點
400‧‧‧線產生器
402‧‧‧鐳射
404‧‧‧球面透鏡
406‧‧‧視準光
408‧‧‧凸柱透鏡
α‧‧‧角度
500‧‧‧光圖案
T‧‧‧光束寬度
600‧‧‧鐳射線產生器
602‧‧‧鐳射
604‧‧‧單一透鏡
606‧‧‧第一圓柱曲面
608‧‧‧第二圓柱曲面
210‧‧‧閃光燈
702(1)-(4)‧‧‧鐳射產生器
702‧‧‧鐳射產生器
802‧‧‧掩模
804‧‧‧非透明區
806‧‧‧非透明線
808‧‧‧投影線條
809‧‧‧端
810‧‧‧黑點
900‧‧‧光圖案
902(1)-(4)‧‧‧黑點
1000‧‧‧掩模
1002‧‧‧第一區域
1004‧‧‧第二區域
1006‧‧‧柵
1100‧‧‧光圖案
1102(1)-(4)‧‧‧線條
1200‧‧‧掩模
1152(1)-(4)‧‧‧黑點
1204‧‧‧非透明區
1202‧‧‧非透明區
圖1係顯示使用智慧型手機對眼睛進行成像之現有技術之轉接器。
圖2係顯示無轉接器智慧型手機眼睛成像之投影機。
圖3係顯示圖2的光圖案，其自投影儀投影至平坦表面上。
圖4係顯示圖2投影儀中示例性鐳射線產生器之示意圖。
圖5係顯示透過圖4鐳射線產生器產生之柱形扇形光圖案。
圖6係顯示示例性鐳射線產生器，其具有雷射器和單一透鏡。
圖7係顯示由四個示例性鐳射線產生器形成圖2投影機。
圖8係顯示圖7鐳射線產生器還配置掩模。
圖9係顯示圖2投影機產生投影光圖案，其與圖3光圖案類似， 除了每條線具有一個黑點。
圖10係顯示用於圖2投影儀之示例性掩模，其配置有第一區域、第二區域以及柵。
圖11係顯示由圖10掩模產生之示例性光圖案。
圖12係顯示類似於圖10掩模之示例性掩模，除了去除非透明線，而留下兩個非透明區域，其與圖10掩模之兩個非透明區域相對應。
圖2係顯示無轉接器智慧型手機眼睛成像之投影儀220。於圖2示例中，智慧型手機202配置有投影儀220，並且透過智慧型手機202相機208定位捕捉受試者205眼睛204之圖像212。智慧型手機202包括閃光燈210(如圖7所示)，其位於靠近相機208，於捕捉212期間，閃光燈210用以照明眼睛204。圖像212儲存於智慧型手機204記憶體中。投影機220將光圖案222投影至相機208視野中，在視野中，光圖案222光學對準於相機208之光軸。使用者操作智慧型手機202，以將光圖案222定位至受試者205之臉部上，其中光圖案222有助於眼睛204集中於光軸206上，並且距眼睛204的距離D處，使得捕獲之圖像212更為優化，有助於進一步評估，例如醫學評估以識別疾病。光圖案222具有鏡面對稱(mirror symmetry)和旋轉對稱(rotational symmetry)之一者或兩者，易於由智慧型手機202用戶操作，以將相機208對準於受試者205的眼睛204。於一實施例中，當捕獲圖像212時，光圖案222暫時關閉，使得光圖案222不出現在圖像212中。
圖3係顯示光圖案222自圖2投影機220投影至平坦表面上，如圖所示，光圖案222具有四條投影線302(1)-(4)，其中沒有一條投影至眼睛204所示之中心區域上。以虛線309(1)-(4)標示線302之延伸相交於點310處，以標示相機208之光軸206的位置。智慧型手機202的操作者利用光圖案222來對準智慧型手機202，使得眼睛204的瞳孔以及藉此視網膜(未顯示於圖式中)與點310重合，並且從而與光軸206重合。
圖4係顯示圖2投影機220之鐳射線產生器400之示意圖。四個鐳射線產生器400被配置在投影機220內，並定位以產生圖3的線302。
鐳射線產生器400包括雷射器402(例如鐳射二極體)、球面透鏡404以及凸柱形透鏡408。從雷射器402發射的光，經球面透鏡404瞄準以形 成視準光(collimated light)406。視準光406透過凸柱形透鏡408，聚焦於與X-Z平面平行的平面中，接續，聚焦的光於X-Z平面上，以角度α擴展。在通過凸柱形透鏡408之後，來自雷射器402的光，仍於正交方向Y瞄準，並且在Y方向上具有光束寬度T。圖5顯示光圖案500為柱形扇形(例如比薩)，其係由平行於X-Z平面的鐳射線產生器402所產生的。當光圖案500投影至平面上時，在該表面上出現亮線。視準光通過球面透鏡404以確定光圖案500之光束寬度T，光圖案500之角度α係由凸柱形透鏡408以確定之。於替代實施例中，凹柱形透鏡可代替凸柱形透鏡408。然而，具有圓形橫截面之凸柱形透鏡可易於製造，並且更為便宜。
如圖3所示，光圖案500的光束寬度T對應於線302寬度。光圖案500的角度α決定投影至表面之線302長度，例如受試者205的臉部。
圖6顯示鐳射線產生器600之示意圖，其包括雷射器602(例如鐳射二極體)和單一透鏡604。單一透鏡604具有第一圓柱曲面606和第二圓柱曲面608，第一圓柱曲面606最接近雷射器602，第二圓柱曲面608相對地正交於第一圓柱曲面606。第一圓柱曲面606是凹的，並且用於傳播來自雷射器602平面X-Z的光。第二圓柱曲面608是凸的，並且於正交平面Y-Z內，視準光線。因此，鐳射線產生器600產生類似於光圖案500的光。
圖7顯示圖2投影機220之示意圖，其由四個示例性鐳射線產生器702(1)-(4)形成，該四個鐳射線產生器702(1)-(4)環繞設置於智慧型手機202相機208，並且由結構710所支撐。鐳射線產生器702可實現圖4鐳射線產生器400和圖6鐳射線產生器600中的一者或兩者。鐳射線產生器702和結構710被配置為不阻擋智慧型手機202之閃光燈210，於捕捉圖像212期間，閃光燈可以用於照亮眼睛204。結構710定位鐳射線產生器702，使得由鐳射產生器702產生的光圖案(如圖2光圖案222)光學地對準於相機208光軸206。
圖式所顯示之結構710實質上為圓形，在不脫離本發明範圍情況下，可以是任何封閉形狀。熟知該項技術領域之通常知識者應當理解，可藉由夾子、鉤子和黏著劑或其他固定方法，將投影機220(如結構710及/或鐳射線產生器702)連接到至智慧型手機202。
在不脫離本發明範圍情況下，四個鐳射線產生器702、投影機220和結構710可配置有兩個或更多個鐳射線產生器702。
當距離D小於相機208最小聚焦距離時，結構710進一步配置以夾住位於相機208前面之微距透鏡(未顯示於圖中)，以捕捉眼睛204之圖像202。類似地，結構710可以進一步配置以夾持長焦鏡頭(未顯示於圖中)，當距離D稍長時，相機208能夠捕獲眼睛204之圖像212。雖描繪出捕獲眼睛204之圖像，但智慧型手機202和投影機220可用於捕獲任一物體之圖像，其需要照相機208精確定位，並且不限於僅捕獲眼睛的圖像。智慧型手機202和投影機220還可以用於拍攝虹膜圖像，以用於虹膜識別和生物識別。
圖8顯示圖7鐳射線產生器702進一步配置有掩模(mask)802，掩模802可操作以阻擋來自鐳射線產生器702之部分光。掩模802實質上為透明的，除了非透明區(opaque area)804和非透明線(opaque line)806。非透明區804阻擋光，而形成投影線808之端部809，以防止來自鐳射線產生器800之光照射眼睛204。非透明線806定位阻擋來自鐳射線產生器800之部分光，以在投影線808上形成黑點(dark spot)810，這允許用戶估計從智慧型手機202相機208到眼睛204間的之距離D。
圖9顯示圖2投影機產生示例性投影光圖案900，其類似圖3的光圖案300，除了每條線302(1)-(4)分別包括黑點902(1)-(4)之外，這些黑點902用於估計眼睛204與智慧型手機202相機208之間的距離D。當眼睛204進一步遠離智慧型手機202相機208時，黑點902也遠離眼睛204。當調整距離D時，藉由維持眼睛204線302上之延伸交點，以維持眼睛之對準。當受試者的臉部基本上平行於智慧型手機202時，線302對稱環繞眼睛204，如果線302不對稱，則調整智慧型手機202的位置，直到線302變得對稱環繞眼睛204。
圖10顯示圖2投影儀220中之示例性掩模1000，其配置有第一區1002、第二區1004以及柵1006。掩模100可取代圖8掩模802。圖11顯示由圖10掩模1000產生示例性光圖案1100。閱讀下文描述，請同時參閱圖10和圖11較為佳。
光圖案1100類似於圖3光圖案300，但是掩模1000之非透明區1002和1004縮短線1102(1)-(4)，並且黑點1152(1)-(4)由條紋(stripe)1106形成。
圖12顯示類似於圖10掩模1000之示例性掩模1200，除了非透 明線1006被去除，留下非透明區1202和1204，其中非透明區1202和1204分別對應於掩模1000非透明區1002和1004。使用掩模1200取代投影機220內之掩模1000，導致類似於圖11之圖案，除了黑點1152被去除。
於一實施例中，圖7的結構710實現作為智慧型手機外殼，其用於保護智慧型手機104，並相對於相機208，定位鐳射線產生器702。
人(如受試者205)使用投影機220，能夠透過鏡子，相對於他/她自己的臉部，以定位圖案222和智慧型手機202，以拍攝他/她自己的眼睛的圖像212，接續，可向醫生(在遠處)發送圖像212，利於醫學評估。因此，用戶和個體可以是同一個。
特徵組合
在不脫離本發明範圍下，上述特徵及下文所主張權利範圍得以不同方式結合。以下組合係描繪上述實施例之可能性，得經更動或潤飾以完成本發明，而非限制性其組合：
(A1)用於無轉接器智慧型手機眼睛成像之投影儀，包括至少兩個線產生器，以將光圖案投影至受試者的臉部上，以及一結構，定位線產生器相對於智慧型手機的相機。光圖案被配置為便於定位智慧型手機，其相對於受試者的眼睛，使得由相機捕獲所的眼睛圖像是優化的，利於評估。
(A2)在由(A1)表示之投影儀中，所述至少兩個線產生器被定位成靠近相機，以將光圖案光學對準於相機的光軸。
(A3)在由(A1)和(A2)之一投影機中，當相機被定位以捕獲優化圖像時，光圖案包括至少兩條線，其出現在受試者之臉部上，並且不照射受試者之眼睛，其中從所述至少兩條線延伸的線，於眼睛的瞳孔處相交。
(A4)在由(A1)至(A3)表示之投影機中，所述至少兩個線產生器中的每一者還包括一掩模，其具有第一非透明區，其縮短光圖案的相應線的第一端，以防止光照射受試者的眼睛。
(A5)在由(A1)至(A4)表示之投影機中，所述掩模還包括非透明柵，以將黑點定位於對應線上黑點，其中黑點有助於將智慧型手機和相機定位於捕獲眼睛圖像之最佳距離。
(A6)在由(A1)至(A5)表示之投影機中，所述掩模還包括第二非透明區，其縮短相應線之第二端，其與第一端相對。
(A7)在由(A1)至(A6)表示之投影機中，結構形成智慧型手機之保護殼。
(A8)在由(A1)至(A7)表示之投影機中，所述至少兩個線產生器可由智慧手機上所運行之應用程式控制之。
(A9)在由(A1)至(A4)表示之投影機中，所述光圖案具有鏡面對稱和旋轉對稱中的一者或兩者。
(B1)便於無轉接器之智慧型手機眼睛成像之方法。投影機連接至靠近智慧型手機的相機，並且包括至少兩個線產生器。在所述至少兩個線產生器中的每一者內，產生投影至相機視野中的光圖案，使得當照相機優化地定位，以捕獲受試者眼睛之圖像時，易於受試者之臉部上看到光圖案。
(B2)在表示為(B1)之方法中，來自所述至少兩個線產生器中之每一光之一部分，係被掩蔽的，使得捕獲圖像時，光圖案不照射眼睛。
(B3)在表示為(B1)和(B2)之方法中，來自至少一個所述線產生器之光一部分，係被掩蔽的，以於光圖案內形成黑點，其中黑點有助於優化地定位相機，以捕獲圖像。
(B4)在由(B1)至(B3)表示之方法中，光圖案係回應於智慧型手機上所運行之應用程式之控制而產生的。
在不脫離本發明精神與範圍下，上述方法及系統得允許更動或潤飾。應當理解的是，先前所述之說明及其附圖僅用以解釋，而非限制本發明之範圍。下述申請專利範圍廣泛涵蓋本文所述之通用和特定技術特徵，以及本發明探討方法和系統之陳述應落入於申請專利範圍中，不受相異語言而有所影響。
202‧‧‧智慧型手機
204‧‧‧眼睛
205‧‧‧受試者
206‧‧‧光軸
208‧‧‧相機
212‧‧‧圖像
220‧‧‧投影機
222‧‧‧光圖案

Claims (15)

  1. 用於無轉接器智慧型手機眼睛成像之投影機，包括：至少兩個線產生器，其將一光圖案投影至一受試者之臉部上；以及一結構，定位所述線產生器，相對於所述智慧型手機之一相機；其中所述光圖案配置有助於定位所述智慧型手機，相對於所述受試者之眼睛，致使由所述相機捕獲眼睛之一圖像係最佳化的，利於評估。
  2. 如申請專利範圍1所述之投影機，所述至少兩個線產生器被定位成靠近所述相機，以將所述光圖案光學對準於所述相機之光軸。
  3. 如申請專利範圍1所述之投影機，當所述相機被定位成捕獲所述最佳化圖像時，所述光圖案包括至少兩條線，其出現在所述受試者之臉部上，並且不照射所述受試者之眼睛，其中所述至少兩條線的延伸交點在所述受試者眼睛之瞳孔處相交。
  4. 如申請專利範圍1所述之投影儀，所述至少兩個線產生器中之每一者還包括一掩模，其具有一第一非透明區，所述第一非透明區縮短所述光圖案的一相應線之一第一端，以防止光照射所述受試者之眼睛。
  5. 如申請專利範圍4所述之投影機，所述掩模還包括一非透明柵，所述非透明柵將一黑點定位在所述相應線上，其中所述黑點有助於將所述智慧型手機和所述相機定位於捕獲所述眼睛圖像之一最佳距離。
  6. 如申請專利範圍4所述之投影機，所述掩模還包括一第二非透明區，其縮短所述相應線之一第二端，其與所述第一端相對。
  7. 如申請專利範圍1所述之投影機，所述結構形成所述智慧型手機之一保護殼。
  8. 如申請專利範圍1所述之投影機，其中所述至少兩個線產生器能夠由所述智慧型手機上所運行的一應用程式控制之。
  9. 如申請專利範圍1所述之投影機，其中所述光圖案具有鏡面對稱和旋轉對稱中之一者或兩者。
  10. 如申請專利範圍1所述之投影機，其中所述結構被配置以維持位於所述相機前面之一微距鏡頭。
  11. 如申請專利範圍1所述之投影機，其中所述結構被配置以維持位於所述相機前面之一長焦鏡頭。
  12. 一種用於無轉接器智慧型手機眼睛成像之方法，包括：將一投影機連接至靠近一智慧型手機的一相機，所述投影機包括至少兩個線產生器；以及於所述至少兩個線產生器中之每一者內產生一光圖案，所述光圖案投影至所述相機之一視野中，其中當所述相機被優化地定位以捕獲所述受試者眼睛之一圖像時，易於所述受試者之臉部上看到所述光圖案。
  13. 如申請專利範圍12所述之方法，所述產生步驟還包括遮蔽來自所述至少兩個線產生器中之每一光之一部分，致使所述光圖案在捕獲所述圖像時不照射眼睛。
  14. 如申請專利範圍12所述之方法，所述產生步驟還包括遮蔽來自所述線產生器中之至少一光之一部分，以於所述光圖案內形成一黑點，其中所述黑點有助於定位所述相機，以捕獲所述圖像。
  15. 如申請專利範圍12所述之方法，所述產生步驟係回應於所述智慧型手機上所運行之一應用程式之控制。
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