TWI453523B - 具有自動對焦功能之診斷設備 - Google Patents

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TWI453523B
TWI453523B TW100149644A TW100149644A TWI453523B TW I453523 B TWI453523 B TW I453523B TW 100149644 A TW100149644 A TW 100149644A TW 100149644 A TW100149644 A TW 100149644A TW I453523 B TWI453523 B TW I453523B
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Hung Yueh Chen
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals

Description

具有自動對焦功能之診斷設備
本發明是有關於一種眼科診斷之設備，且特別是有關於一種具有自動對焦功能之眼科診斷設備。
目前的眼科診斷儀器，除了可作眼睛功能的檢查，還可以更進一步透過眼底斷層掃描及結構分析，探討視網膜及視神經病變的狀況。眼底斷層掃描及眼底鏡之檢測，可以提供眼底影像作為眼部疾病的檢測及分析，幫助醫師預測早期之眼部病變、提供治療前的評估參考及預後的狀況的檢測。
在進行眼底斷層掃描系統檢查前，通常會先找出病患的眼底影像作為斷層掃描的參考。不論眼部斷層掃描或眼底影像檢測的前置動作，都需要病患先將頭部靠在一個固定機構上(Headrest)，使病患頭部相對安定且不會晃動，醫師再手動找出眼底影像並規劃斷層掃描的路徑模式，以利之後斷層掃描相關量測及分析的進行。
然而，醫師每檢查一位病患，都需要重新對病患眼睛作對焦的動作。而且，病患在檢查時，頭部不可以後退或左右移動，否則醫師都需要重新調整系統。當檢查時間較久，病患頭部暫時離開或休息過後，醫師要再次檢查病患時需要再微調一次系統，十分不便利。
根據本發明之第一方面，提出一種自動對焦之診斷設備，包括影像偵測裝置、第一掃描裝置、移動式光學透鏡組件、聚焦偵測裝置及第一分光元件。影像偵測裝置包括提供第一入射光之第一光源及第一光偵測器。第一入射光經待測物後產生第一訊號光，第一光偵測器接收第一訊號光。第一掃描裝置調整第一入射光之路徑以掃描待測物。聚焦偵測裝置包括第二光偵測器、聚焦誤差產生元件及控制單元。移動式光學透鏡組件具有透鏡及承載透鏡之位移台。第二光偵測器用以偵測待測物反射之第二訊號光。控制單元電連接於第二光偵測器及位移台，以依據第二訊號光控制位移台移動並調整第一入射光的聚焦位置。第一分光元件將待測物反射之第一反射光傳至第一光偵測器且將第二訊號光傳至第二光偵測器。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參考第1A～1B圖，其繪示如本發明一實施例之診斷設備1A及診斷設備1B的示意圖。如第1A圖所示，診斷設備1A包括影像偵測裝置10、聚焦偵測裝置12、第一分光元件134、掃描裝置16、移動式光學透鏡組件114及聚焦透鏡103。第一分光元件134例如係一分光鏡、一分光繞射元件、一分光光纖元件或一分光波導元件。掃描裝置16包括掃描鏡108及掃描元件106，掃描元件106例如係一對檢流計(Gavano-meter)掃描反射鏡。影像偵測裝置10可例如係一斷層掃描裝置及/或一眼底鏡裝置。
於此實施例中，影像偵測裝置10包括一光源100及一光偵測器101，光源100例如係一準直之近紅外光源，用以提供一光束LI12 。聚焦偵測裝置12電性連接於一移動式光學透鏡組件114，移動式光學透鏡組件114包括透鏡1141及承載透鏡1141之位移台1142。光偵測器101例如係一電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)、一互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)、一PIN(Positive Intrinsic Negative，PIN)偵測器或雪崩式光偵測器(Avalanche Photo-diode)等。在其他實施例中，光源100亦可視需求選擇其它波長範圍之光源並不限於近紅外波段之光源。
如第1A圖所示之實施例，當光束經過第一分光元件134、掃描裝置16、移動式光學透鏡組件114及聚焦透鏡103後，係入射至一待測物H，待測物H將光束LI12 反射為一光束LR12 。掃描裝置16用以使入射至待測物H之光束對待測物行沿X軸及Y軸構成的面掃描。第一分光元件134用以將光束LR12 分為兩個光路，分別傳遞至光偵測器101及聚焦偵測裝置12。如第1A圖所示之實施例，第一分光元件134例如為一分光鏡時，所述分光鏡例如係部分透光且部分反射之分光鏡。聚焦偵測裝置12接收光束LR12 之訊號光後，再依據所偵測到的訊號控制位移台1142之移動以調整光束LI12 的聚焦位置。
請接著參考第1B圖，於此僅說明診斷設備1B與診斷設備1A不同之處。如第1B圖所示，診斷設備1B例如係用於眼科之診斷設備，用以診測眼睛組織E。如此一來，則不需要第1A圖之聚焦透鏡103，光束LI12 通過移動式光學透鏡組件114後，係通過眼睛組織E的瞳孔P，並經過水晶體L聚焦。
此外，第1B圖之影像偵測裝置10’包括一光源100’及一光偵測器101，於此之光源100’例如係一未準直之近紅外光源，用以提供一光束LI12’ 。此時，光源100’及第一分光元件134之間係設置有一光纖102及一第一準直鏡104，用以將光束LI12’ 準直為光束LI12 ，準直後的光束LI12 經掃描元件106，再通過掃描鏡108至移動式光學透鏡組件114後投射至瞳孔P以進入眼睛組織E，光束LI12 受到眼睛組織E的反射成為光束LR12 。第一分光元件134用以將光束LR12 分光並分別傳遞至聚焦偵測裝置12及影像偵測裝置10。於此實施例中，光纖102例如係一不易色散之單模光纖(Single-mode Optical Fiber)。當然，亦可以使用如第1A圖所示之準直之近紅外光的光源100替代光源100’，此時，可以省略光纖102及第一準直鏡104。
於一實施例中，影像偵測裝置10及/或影像偵測裝置10’可以係一斷層掃描裝置，例如係一光學同調斷層掃描(Optical Coherence Tomography，OCT)裝置。此時，光源100及/或光源100’例如係一斷層掃描光源，其包括干涉儀及一參考光路，斷層掃描光源例如係一波長介於800奈米(nm)~1400nm之近紅外光源，光偵測器101例如係具有分光元件之光譜儀。
於一實施例中，影像偵測裝置10及/或影像偵測裝置 10’亦可以係一眼底鏡裝置，例如係一掃描式雷射眼底鏡(Scanning Laser Ophthalmoscope，SLO)。此時，光源100及/或光源100’例如係一眼底鏡光源，眼底鏡光源例如係一波長介於780奈米(nm)~830nm之近紅外光源，光偵測器101例如係一影像模組，用以將所接收之訊號光轉換為一影像訊號並顯示於一螢幕上。於另一實施例中，影像偵測裝置10及/或影像偵測裝置10’亦可以同時包括斷層掃描裝置及眼底鏡裝置。
請參考第2A~2B圖之實施例，其繪示第1A~1B圖之聚焦偵測裝置12之實施例的示意圖。聚焦偵測裝置12A係第1A~1B圖之聚焦偵測裝置12的其中一種實施態樣。如第2A圖所示之實施例，聚焦偵測裝置12A包括第二準直鏡113、聚焦誤差產生元件例如係一柱狀透鏡(Cylindrical Lens)115及光偵測器(Photo Detector，PD)116。第二準直鏡113於此係作為一聚焦透鏡，用以聚焦光束LR1 或光束LR2 。於第2A圖中，亦可以使用一般的聚焦透鏡取代第二準直鏡113。於其它實施例中，或亦可使用夫涅爾透境(Fresnel Lens)或二元光學元件(binary optics lens)取代第二準直鏡113。光偵測器116例如係一四分割偵測器。柱狀透鏡115例如係一半圓柱型透鏡，通過柱狀透鏡115之光束係有兩個聚焦面，這兩個聚焦面上的光點呈現互相垂直的兩條線(水平線及垂直線)。在另一實施例，聚焦誤差產生元件亦可例如係一繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)，所述繞射光學元件具有如第2A~2B圖中所述之柱狀透鏡115的功能時，可以取代第2A~2B圖中之柱狀透鏡115。
請同時參考第1A～1B及2A圖之實施例，聚焦偵測裝置12A係與影像偵測裝置10或影像偵測裝置10’共用光源。光束LR1 表示當影像偵測裝置10或影像偵測裝置10’為斷層掃描裝置時，斷層掃描光源經待測物H或眼睛組織E反射後之光束，光束LR2 表示當影像偵測裝置10或影像偵測裝置10’為眼底鏡裝置時，眼底鏡光源經待測物H或眼睛組織E反射後之光束。如第2A圖所示，不論影像偵測裝置10或影像偵測裝置10’為斷層掃描裝置或眼底鏡裝置，光束LR1 或光束LR2 依循原光路徑回光後經第一分光元件134分光，其中一光路係傳遞至聚焦偵測裝置12之光偵測器116。
請參考第2B圖之實施例，聚焦偵測裝置12B係第1A～1B圖之聚焦偵測裝置12的其中一種實施態樣。請同時參考第1A及2B圖，與第2A圖之聚焦偵測裝置12A不同之處在於，聚焦偵測裝置12B更包括光源110及第二分光元件112。於第2B圖所示之實施例中，第二分光元件112例如係一立體分光鏡(Cube Beamsplitter)。光源110例如係一雷射二極體(Laser Diode，PD)。
如第1A及2B圖所示之實施例，光源110提供一光束LI3 ，經第二分光元件112反射至第二準直鏡113準直，再經由第一分光元件134傳遞至眼睛組織E。接著，光束LI3 受到待測物H或眼睛組織E的反射成為光束LR3 ，並依循原路徑傳遞至第二準直鏡113後，通過第二分光元件112至柱狀透鏡115，再投射至光偵測器116。由於聚焦偵測裝置12B具有獨立的光源110，聚焦偵測裝置12B不需要與影像偵測裝置10共用光源，因此，光偵測器116接收的是光源110經待測物H或眼睛組織E反射後之光束LR3 。第二分光元件112用以整合光束LI3 及光束LR3 。在第2A及第2B圖中，其主要原理係利用柱狀透鏡115產生像散效應，使得通過之光束產生兩個聚焦面，並且這兩個聚焦面上的光點呈現互相垂直的兩條線(水平線及垂直線)。因此，亦可以使用一斜放的平板(未繪示出)來產生此一像散效應，平板斜放角度最常用的是45度，也可以是其他更大例如60度或更小例如30度，只要可以產生足夠像散效果即可。如此一來，第2A圖的柱狀透鏡115可以直接用一以上述斜放之平板來取代，而在第2B圖，當上述斜放之平板具有相同於第二分光元件112的分光效果時，就可以直接取代第二分光元件112與柱狀透鏡115，至於光源110及光偵測器116與第2B圖上所示一致。
請參考第3A～3B圖，其繪示第1A～1B圖之聚焦偵測裝置12之另一實施例的示意圖。如第3A圖所示之聚焦偵測裝置12C係第1A～1B圖之聚焦偵測裝置12的其中另一種實施態樣。如第3A圖所示，聚焦偵測裝置12C包括第二準直鏡213、聚焦誤差產生元件例如係一刀刃215及光偵測器216。光偵測器216例如係二分割偵測器。刀刃215具有一刀緣或刀口。第二準直鏡213於此係作為一聚焦透鏡，用以聚焦光束LR1 或光束LR2 。於第3A圖中，亦可以使用一般的聚焦透鏡取代第二準直鏡213。第3A圖之光束LR1 及光束LR2 的光路徑係與第2A圖相似，差異在於聚焦偵測裝置12C不需要柱狀透鏡115，而係設置一刀刃215於第二準直鏡213及光偵測器216之間，並且以刀刃215之刀緣或刀口係擋住約一半的LR1 或光束LR2 。於其它實施例中，可使用夫涅爾透境(Fresnel Lens)、繞射光學元件(DOE)或二元光學元件(binary optics lens)取代第二準直鏡213或聚焦誤差產生元件215。
請接著參考第1A及3B圖，聚焦偵測裝置12D更可以包括光源210及第二分光元件212，設置於第二準直鏡213及刀刃215之間，第二分光元件212例如係一部分透光且部分反射光之分光元件。如第3B圖所示，聚焦偵測裝置12D具有獨立之光源210而不需與影像偵測裝置10共用光源，光源210可以提供一入射之光束LI3 ，光束LI3 經待測物H或眼睛組織E反射後之光束LR3 。因此，光偵測器216接收的是光束LR3 。在一些實施例，光束LI12 亦可是由光束LI12 入射至待測物H或眼睛組織E後產生之螢光或激發光，光束LR12 並不限於是被待測物反射之反射光。
請參考第4A~4B圖，其繪示第1A~1B圖之聚焦偵測裝置12之又一實施例的示意圖。如第4A圖所示之聚焦偵測裝置12E係第1A~1B圖之聚焦偵測裝置12的其中又一種實施態樣。如第4A圖所示，聚焦偵測裝置12E包括聚焦誤差產生元件例如係第二分光元件312及光偵測器317、第二準直鏡313、光偵測器316。第二準直鏡313於此係作為一聚焦透鏡，用以聚焦光束LR1 或光束LR2 。於第4A圖中，亦可以使用一般的聚焦透鏡取代第二準直鏡 313。光偵測器316及光偵測器317例如係三分割偵測器。第二分光元件312例如係一部分透光且部分反射光之分光元件。第二分光元件312用以將光源100經待測物H或眼睛組織E反射後之光束LR1 或光束LR12 分光後分別傳遞至光偵測器316及光偵測器317。
如第1A及4B圖所示，聚焦偵測裝置12F更包括光源310及第三分光元件315。光源310例如係一雷射二極體，第三分光元件315例如係一部分透光且部分反射光之分光元件。光源310提供一光束LI3 ，經第二分光元件312及第二準直鏡313後，再經由第一分光元件134傳遞至待測物H或眼睛組織E，並反射成為光束LR3 ，依循原路徑傳遞至第二準直鏡313且通過第二分光元件312及第三分光元件315後，分別投射至光偵測器316及光偵測器317。
上述之不同實施態樣的聚焦偵測裝置12中，聚焦偵測裝置12可以與影像偵測裝置10共用光源100，如第2A、3A及4A圖所示，由於減少了聚焦偵測裝置12之光源及第二分光元件的設置，可以減少元件成本，並降低整體機台設備的體積。此外，聚焦偵測裝置12可以包括獨立之光源，而不需受限於光源100之光波長，如第2B、3B及4B圖所示，此時待測物H或眼睛組織E反射之光束LR3 係直接傳遞至光偵測器而不需要分光給聚焦偵測裝置12及影像偵測裝置10，因此，光偵測器可獲得較強的訊號以減少誤差。
請參考第5A~5C圖之實施例，其繪示如本發明另一實施例之診斷設備2A~2C的示意圖。如第5A圖所示之實施例，診斷設備2A包括斷層掃描裝置18、聚焦偵測裝置12及眼底鏡裝置14。斷層掃描裝置18包括斷層掃描光源180及光偵測器181。斷層掃描光源180例如係一波長介於800nm～1400nm之近紅外光源及一參考光路，光偵測器181例如係具有分光元件之光譜儀。斷層掃描光源180用以提供一入射之光束LI1 ，光纖102及第一準直鏡104係可以根據斷層掃描光源180的特性選擇性地使用，亦即，當斷層掃描光源180係為準直之光源時，可以省略光纖102及第一準直鏡104。此外，掃描元件106、掃描鏡108及移動式光學透鏡組件114，係與第1A～1B圖所對應之元件相同。
如第5A圖所示，眼底鏡裝置14包括提供光束LI2 之一光源120、一影像模組128、掃描元件126。影像模組128例如係一電荷耦合元件或一互補性氧化金屬半導體，或是例如PIN偵測器或雪崩式光偵測器等，用以將所接收之訊號光轉變為電訊號以顯示眼底掃描影像。第四分光元件124用以整合眼底鏡裝置14之光路及聚焦偵測裝置12之光路。於此實施例中，聚焦偵測裝置12及眼底鏡裝置14的位置係可以互換，只要第四分光元件124可以整合聚焦偵測裝置12及眼底鏡裝置14之光路即可。反射鏡130用以反射眼底鏡裝置14之光源120及聚焦偵測裝置12之光源至第一分光元件134，第一分光元件134係設置於掃描鏡108及掃描元件106之間，以整合眼底鏡裝置14之光源120、聚焦偵測裝置12之光源及斷層掃描光源180之光路。
於此實施例之聚焦偵測裝置12係與第1A～1B圖相同，具有如第2A～2B、3A～3B及4A～4B圖中，12A～12F的不同實施態樣。換句話說，此實施例之聚焦偵測裝置12，可以不具有獨立之光源，而係與眼底鏡裝置14共用光源或與斷層掃描裝置10共用光源。此時，聚焦偵測裝置12之結構如第2A、3A及4A圖所示。當然，此實施例之聚焦偵測裝置12亦可以包括獨立之光源，如第2B、3B及4B圖所示，於此將不再贅述其細部特徵。
請參考第5B圖，診斷設備2B包括之斷層掃描裝置18、聚焦偵測裝置12及眼底鏡裝置14係與第5A圖之診斷設備2A相似，於此僅說明其不同之處。如第5B圖所示，第一分光元件134係設置於斷層掃描裝置18及掃描元件106之間，以整合眼底鏡裝置14之光源120、聚焦偵測裝置12之光源及斷層掃描光源180之光路。此時，斷層掃描裝置18及眼底鏡裝置14可以共用掃描元件106。因此，可以省略掃描元件126及反射鏡130的設置。
請參考第5C圖，診斷設備2C包括之斷層掃描裝置18、聚焦偵測裝置12及眼底鏡裝置14係與第5A圖之診斷設備2A相似，於此僅說明其不同之處。如第5C圖所示，第一分光元件134係設置於移動式光學透鏡組件114及掃描鏡108之間，以整合眼底鏡裝置14之光源120、聚焦偵測裝置12之光源及斷層掃描光源180之光路。此外，反射鏡130及第一分光元件134之間更設置有一掃描鏡132。掃描元件126及掃描鏡132係用以調整眼底鏡裝置14之光源120的入射光束LI2 ，以掃描眼睛組織E。
綜上所述，於此之診斷設備2A～2C係以眼科診斷設備為例，且係以影像偵測裝置同時包括斷層掃描裝置18及眼底鏡裝置14為例，說明診斷設備2A～2C用以檢測眼睛組織E的實施例，然而，影像偵測裝置可以僅包括斷層掃描裝置18或眼底鏡裝置14，並不作限制。
聚焦偵測裝置12A～12F應用於診斷設備2C的不同實施態樣
第2A～4B圖所繪示之聚焦偵測裝置12A～12F係可應用於第5A～5C圖所繪示之診斷設備2A～2C，以下就聚焦偵測裝置12A～12F應用於診斷設備2C的不同實施態樣為例作詳細的說明。值得注意的是，聚焦偵測裝置12A～12F亦可以應用於診斷設備2A～2B，在此省略其詳細說明以簡化篇幅。
請參考第6A～6C圖，其繪示如本發明第5C圖之診斷設備2C，分別於光源聚焦於視網膜R上、聚焦於視網膜R之前、聚焦於視網膜R之後的示意圖。第6A圖所示之眼底鏡裝置14及斷層掃描裝置18係與第5C圖之眼底鏡裝置14及斷層掃描裝置18相同。聚焦偵測裝置12之光源110、第二分光元件112、第二準直鏡113、柱狀透鏡115及光偵測器116係與第2B圖之聚焦偵測裝置12B所對應之元件相同。然而，於此實施例之聚焦偵測裝置12亦可以應用第2A圖之聚焦偵測裝置12A的形式，並不作限制。
眼底鏡裝置14包括提供光束LI2 之一光源120、一影像模組128、掃描元件126及掃描鏡132。第四分光元件124用以整合眼底鏡裝置14之光源120及聚焦偵測裝置12之光源110。第一分光元件134用以整合眼底鏡裝置14之光源120、聚焦偵測裝置12之光源110及斷層掃描光源180。眼底鏡光源120之光束LI2 傳至眼睛組織E後係反射為光束LR2 傳至影像模組128。掃描元件126及掃描鏡132係由眼底鏡裝置14及聚焦偵測裝置12所共用。
當眼底鏡光源120之光束LI2 通過第四分光元件124後，係先經過掃描元件126，再透過反射鏡130的反射，通過掃描鏡132後經由第一分光元件134反射，最後經過移動式光學透鏡組件114，以將光束LI2 投射到瞳孔P，由水晶體L將接近平行的光束LI2 聚焦於聚焦點F1。掃描元件126可以控制光束LI2 的行進路徑以對聚焦位置之X軸及Y軸的平面進行掃描。聚焦於視網膜R上的光束LI2 受到眼睛組織的反射後成為光束LR2 ，光束LR2 循原路徑傳遞，直至經由第五分光元件122反射至影像模組128，影像模組128係將訊號光轉變為電訊號以顯示眼底之視網膜R掃描影像。
就斷層掃描裝置18來說，當光束LI1 經光纖102傳輸後通過第一準直鏡104而準直，準直之光束LI1 通過掃描元件106經過掃描鏡108及第一分光元件134後，透過移動式光學透鏡組件114，以將光束LI1 投射到瞳孔P，由水晶體L將接近平行的光束LI1 聚焦，掃描元件106可以控制光束LI1 的路徑以對聚焦位置之XY兩軸的平面進行掃描。如第6A圖所示，聚焦於視網膜R上的光束LI1 受到眼睛組織的反射後成為光束LR1 。光束LR1 循原路徑傳遞至光偵測器181後，光偵測器181接收光束LR1 所代表之一影像信號作分析，並依據光束LR1 之光譜分析視網膜R之斷層掃描影像。
如第6A圖所示，聚焦偵測裝置12包括光源110、第二分光元件112、第二準直鏡113、柱狀透鏡115、光偵測器116及控制模組(未繪示出)。聚焦偵測裝置12電性連接於移動式光學透鏡組件114，移動式光學透鏡組件114包括透鏡1141及位移台1142，位移台1142例如係一致動器。控制模組例如係一處理器、一數位處理器、一微電腦或一電腦。光束LI3 通過第二分光元件112並經由第二準直鏡113準直後透過第四分光元件124之反射，經過掃描元件126及反射鏡130反射至掃描鏡132後經由第一分光元件134反射，最後經過移動式光學透鏡組件114，以將光束LI3 投射到瞳孔P，由水晶體L將接近平行的光束LI3 聚焦於聚焦點F1。
於此實施例中，光束LI3 經眼睛組織反射後成為光束LR3 ，光束LR3 依循原路徑傳遞至第二分光元件112後，係部份反射至柱狀透鏡115後聚焦在光偵測器116上。聚焦偵測裝置12之光偵測器116與第2A～2B圖之光偵測器116相同，係具有四個象限A、象限B、象限C及象限D之四分割偵測器。於第6A圖中，第一分光元件134與透鏡1141之間的距離，恰使得光束LI3 聚焦於視網膜R上的焦點F1。此時，光束LR3 循原路徑聚焦於光偵測器116之屏幕116A(光偵測器表面)的聚焦光點K1，聚焦光點K1落在象限A及象限C的能量減去聚焦光點K1落在象限B及象限D的能量係等於0。亦即，象限A及象限C所接受到之光強度與象限B及象限D所接受到之光強度相等。
接著，光偵測器116將所接收到的入射訊號光轉為一電訊號，並傳遞給控制模組(未繪示出)作判斷，控制模組根據此電訊號之結果判斷第一分光元件134與透鏡1141之間的距離適中，此時第一分光元件134與透鏡1141之間的距離，係使光束LI3 可以正確的聚焦於視網膜R上。因此，光束LI1 及光束LI2 亦可以正確的聚焦於視網膜R。控制模組(未繪示出)不再移動控制位移台1142。
第6B圖繪示依照本發明另一實施例之診斷設備3之光源聚焦於視網膜R之前的示意圖。第6B圖所繪示之診斷設備3的各部件及各光源的光路徑係與第6A圖相同，僅光束之聚焦位置不同，於此將不再贅述其相同之處。於第6B圖中，光束LI2 聚焦於視網膜R之前的聚焦點F2，光束LI2 受到眼睛組織的反射後成為光束LR2 ，光束LR2 循原路徑傳遞直至經由第五分光元件122反射至影像模組128，影像模組128係將訊號光轉變為電訊號以顯示眼底掃描影像，由於光束LI2 係聚焦於視網膜R之前，故影像模組128並無法提供清楚的眼底之視網膜R掃描影像。並且，由於光束LI1 係聚焦於視網膜R前，光偵測器181並無法依據光束LR1 之光譜分析視網膜R之清楚的斷層掃描影像。
於第6B圖之第一分光元件134與透鏡1141之間的距離過大，光束LR3 會提早縮束，光束LR3 循原路徑聚焦於光偵測器116之屏幕116B(光偵測器表面)的聚焦光點K2如第6B圖所示，聚焦光點K2落在象限A及象限C的能量減去聚焦光點K2落在象限B及象限D的能量係大於0。亦即，象限A及象限C所接受到之光強度比象限B及象限D所接受到之光強度強。
光偵測器116接著將所接收到的入射訊號光轉為一電訊號，並傳遞給控制模組(未繪示出)作判斷，控制模組根據此電訊號之結果判斷第一分光元件134與透鏡1141之間的距離太大，並依據此電訊號之結果控制位移台1142向第一分光元件134的方向移動，以縮短第一分光元件134與透鏡1141之間的距離，調整光束LI3 的聚焦位置，直到光束LI3 之回光之光束LR3 正焦於屏幕116B。
第6C圖繪示依照本發明又一實施例之診斷設備6C之光源聚焦於視網膜R之後的示意圖。第6C圖所繪示之診斷設備6C的各部件及各光源的光路徑係與第6A圖相同，僅光束之聚焦位置不同，於此將不再贅述其相同之處。於第6C圖中，光束LI2 係聚焦於視網膜R之後方的聚焦點F3，受到眼睛組織E的反射後成為光束LR2 循原路徑傳遞至影像模組128，由於光束LI2 並未正確地聚焦於視網膜R上，故影像模組128並無法提供清楚的視網膜R之眼底掃描影像。同樣地，斷層掃描裝置18之光源180提供的光束LI1 係聚焦於視網膜R之後的聚焦點F3，故光束LR1 循原路徑傳遞至光偵測器181後，光偵測器181並無法依據光束LR1 之光譜分析視網膜R之斷層掃描影像。
如第6C圖所示，聚焦偵測裝置12之光源110提供一光束LI3 聚焦於視網膜R之後的聚焦點F3。接著，光束LI3 受到眼睛組織E反射之光束LR3 聚焦於光偵測器116之屏幕116C(光偵測器表面)的聚焦光點K3落在象限A及象限C的能量，減去聚焦光點K3落在象限B及象限D的能量係小於0。亦即，象限A及象限C所接受到之光強度比象限B及象限D所接受到之光強度弱。控制模組(未繪示出)根據光偵測器116提供之電訊號結果判斷第一分光元件134與透鏡1141之間的距離太小，並依據此電訊號之結果控制位移台1142朝遠離第一分光元件134的方向移動，以增加第一分光元件134與透鏡1141之間的距離，調整光束LI3 的聚焦位置。
請參考第7A～7C圖，其繪示如第5C圖之診斷設備2C分別於光源聚焦於視網膜R上、聚焦於視網膜R之前及聚焦於視網膜R之後的另一實施態樣之示意圖。於此實施例之診斷設備3之斷層掃描裝置18、眼底鏡裝置14及移動式光學透鏡組件114，係與第6A～6C圖之對應元件相同。第7A圖之聚焦偵測裝置12係與第3B圖之聚焦偵測裝置12D所對應元件相同。然而，於此實施例之聚焦偵測裝置12亦可以應用第3A圖之聚焦偵測裝置12C的形式，並不作限制。
如第7A圖所示，當光束LI3 通過第二分光元件212並經由第二準直鏡213準直後，透過第四分光元件124之反射至掃描元件126，並經由反射鏡130反射至掃描鏡132後經由第一分光元件134反射，透過移動式光學透鏡組件114之透鏡1141將光束LI3 投射到瞳孔P，由水晶體L將接近平行的光束LI3 聚焦於視網膜R上的聚焦點F1。接著，光束LI3 經眼睛組織E反射成為光束LR3 循原路徑傳遞至第二分光元件212後，刀刃215之刀緣擋住大約一半的光束LR3 ，剩餘之光束LR3 則聚焦在光偵測器216上。於第7A圖中第一分光元件134與透鏡1141之間的距離，恰使得光束LI3 正焦於視網膜R上的聚焦點F1。此時，光偵測器216之屏幕216A(光偵測器表面)上偵測到的聚焦光點K4位於象限A及象限B之間。因此，聚焦光點K4位於象限A的能量減去聚焦光點K4位於象限B的能量係等於0。
光偵測器216接著將所接收到的訊號光轉為電訊號，並提供電訊號給控制模組(未繪示出)。控制模組根據電訊號之結果判斷第一分光元件134與透鏡1141之間的距離適中，不再移動控制位移台1142來調整第一分光元件134與透鏡1141之間的距離。
請參考第7B圖，第7B圖之診斷設備7B係相同於第7A圖之診斷設備7A，於此將不再贅述。如第7B圖所示，第一分光元件134與透鏡1141之間的距離較大，光束LI3 聚焦於視網膜R之前的聚焦點F2，故回光之光束LR3 會提早縮束。此時，光偵測器216之屏幕216B(光偵測器表面)上偵測到的聚焦光點K5主要位於象限A，因此，聚焦光點K5位於象限A的能量減去聚焦光點K5位於象限B的能量係大於0。
光偵測器116接著將所接收到的訊號光轉為電訊號，並提供電訊號給控制模組(未繪示出)。控制模組根據電訊號之結果判斷第一分光元件134與透鏡1141之間的距離太大，並依據此結果控制位移台1142朝向第一分光元件134的方向移動，以縮短第一分光元件134與透鏡1141之間的距離，調整光束LI3 的聚焦位置，直到光束LI3 之回光之光束LR3 正焦於屏幕216B。
第7C圖之診斷設備7C係相同於第7A圖之診斷設備7C，於此將不再贅述。於第7C圖中，第一分光元件134與透鏡1141之間的距離較小，光束LI3 聚焦於視網膜R之後的聚焦點F3，故回光之光束LR3 會延遲縮束，此時光偵測器216之屏幕216C(光偵測器表面)上之聚焦光點K6主要位於象限B。聚焦光點K6位於象限A的能量減去聚焦光點K6位於象限B的能量係小於0。接著，控制模組(未繪示出)根據光偵測器216提供之電訊號結果判斷第一分光元件134與透鏡1141之間距離太小，並依據此電訊號之結果，控制位移台1142向遠離第一分光元件134的方向移動，以增加第一分光元件134與透鏡1141之間的距離並調整光束LI3 的聚焦位置，直到光束LI3 之回光之光束LR3 正焦於屏幕216C。
請參考第8A～8C圖，其繪示如第5C圖之診斷設備2C分別於視網膜R上、聚焦於視網膜R之前及聚焦於視網膜R之後的又一實施態樣之示意圖。於此實施例之診斷設備3的斷層掃描裝置18及眼底鏡裝置14及移動式光學透鏡組件114係相同於第6A～6C圖及第7A～7C圖之對應元件，於此將不再贅述。值得注意的是，第8A之聚焦偵測裝置12係與第4B圖之聚焦偵測裝置12F所對應元件相同。然而，於此實施例之聚焦偵測裝置12亦可以應用第4A圖之之聚焦偵測裝置12E的形式，並不作限制。光偵測器316及光偵測器317例如係具有三個象限之三分割感測器，光偵測器316之三個象限分別為象限C、象限D及象限C，光偵測器317之三個象限分別為象限A、象限B及象限A。
請參考第8A圖，聚焦偵測裝置12的光源310可以提供一光束LI3 ，光束LI3 通過第二分光元件312後，係經由準直鏡313準直並透過第四分光元件124之反射，經過掃描元件126傳經反射鏡130反射到掃描鏡132後，經由第一分光元件134反射且透過移動式光學透鏡組件114之透鏡1141將光束LI3 投射到瞳孔P，由水晶體L將接近平行的光束LI3 聚焦於視網膜R上的聚焦點F1，光束LI3 接著經眼睛組織E反射後成為光束LR3 。
第8A圖所示，回光之光束LR3 透過第二分光元件312先反射至第三分光元件315，再透過第三分光元件315傳遞至光偵測器317及光偵測器316。當第一分光元件134與透鏡1141之間的距離恰使得光束LI3 正焦於視網膜R上的聚焦點F1時，光偵測器317之屏幕317A(光偵測器表面)上之聚焦光點K8係在焦點後，假設聚焦光點K8位於象限A的能量相加，再減去聚焦光點K8位於象限B的面積值等於P1。光偵測器316之屏幕316A(光偵測器表面)上的聚焦光點K7係在焦點前，假設聚焦光點K7位於象限C的能量相加，再減去聚焦光點K7位於象限D的能量值等於P2，則P1-P2=0。光偵測器316及光偵測器317接著將入射的訊號光轉為一電訊號以提供給控制模組(未繪示出)，控制模組根據電訊號之結果判斷第一分光元件134與透鏡1141之間的距離適中，不再移動控制位移台1142。
請參考第8B圖，光束LI3 的光路徑相似於第8A圖，於此不再贅述相同之處。值得注意的是，第8B圖之第一分光元件134與透鏡1141之間的距離較大，光束LI3 聚焦於視網膜R之前的聚焦點F2，回光之光束LR3 會提早縮束。此時，光偵測器317之屏幕317B(光偵測器表面)上之聚焦光點K10係遠離正焦而變大，且聚焦光點K10位於象限A的能量相加，再減去聚焦光點K10位於象限B的能量值P1大於0。光偵測器316之屏幕316B(光偵測器表面)上的聚焦光點K9則因接近正焦而變小，且聚焦光點K9位於象限C的能量減去聚焦光點K9位於象限D的能量值P2小於0，因此，P1-P2>0。光偵測器316及光偵測器317接著將入射的訊號光轉為一電訊號以提供給控制模組(未繪示出)，控制模組根據電訊號之結果判斷第一分光元件134與透鏡1141之間的距離太大。因此，控制模組依據此電訊號之結果控制位移台1142向靠近第一分光元件134的方向移動，以縮短第一分光元件134與透鏡1141之間的距離，調整光束LI3 的聚焦位置，直到光束LI3 正確聚光於屏幕316B及屏幕317B。
請參考第8C圖，光束LI3 的光路徑相似於第8A圖，於此不再贅述相同之處。值得注意的是，第8C圖之第一分光元件134與透鏡1141之間的距離較小，光束LI3 聚焦於視網膜R之後的聚焦點F3，回光之光束LR3 會延遲縮束。此時光偵測器317之屏幕317C(光偵測器表面)上之聚焦光點K12係接近正焦而變小，且聚焦光點K12位於象限A的能量減去聚焦光點K12位於象限B的能量值P1小於0。光偵測器316之屏幕316C(光偵測器表面)上之聚焦光點K11則遠離正焦而變大，且屏幕316C上的聚焦光點K11位於象限C的能量減去聚焦光點K11位於象限D的能量P2值大於0，因此，P1-P2<0。控制模組(未繪示出)根據光偵測器316提供之電訊號之結果判斷第一分光元件134與透鏡1141之間的距離太小，據以控制位移台1142向遠離第一分光元件134的方向移動，以增加第一分光元件134與透鏡1141之間的距離，調整光束LI3 的聚焦位置，直到光束LI3 正確聚光於屏幕316C及屏幕317C。
綜上所述，上述實施例利用聚焦偵測裝置及聚焦偵測方法，可以判斷移動式光學透鏡組件與分光元件之間偏離焦距的程度，並得出一對應之訊號。並且，控制模組可以根據此訊號，推動移動式光學透鏡組件以調整移動式光學透鏡組件與分光元件之間的距離，使得聚焦偵測裝置之光束得以正確地聚焦於眼睛組織之視網膜R上。由於斷層掃描裝置之光源、眼底鏡之光源及聚焦偵測裝置之光源所提供之光束，皆係透過分光元件與移動式光學透鏡組件之透鏡聚焦於視網膜R。因此，當分光元件與透鏡之間的距離，係使光束LI3 可以正確的聚焦於視網膜R時，光束LI1 及光束LI2 亦可以正確的聚焦於視網膜R。如此一來，即完成斷層掃描裝置及眼底鏡裝置之自動聚焦的動作。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1A、1B、2A～2C、6A～6C、7A～7C、8A～8C．．．診斷設備
10、10’．．．影像偵測裝置
12、12A～12F．．．聚焦偵測裝置
14．．．眼底鏡裝置
18．．．斷層掃描設備
100、110、120、180、210、310．．．光源
104、113、213、313．．．準直鏡
106、126．．．掃描元件
108、132．．．掃描鏡
112、122、124、134、212、312、315．．．分光元件
114．．．移動式光學透鏡組件
115．．．柱狀透鏡
101、116、181、216、316、317．．．光偵測器
116A～116C、216A～216C、316A～316C、317A～317C．．．屏幕
128．．．影像模組
130．．．反射鏡
215．．．刀刃
1141．．．透鏡
1142．．．位移台
A、B、C、D．．．光偵測器之象限
E．．．眼睛組織
F1~F3．．．聚焦點
H．．．待測物
K1～K12．．．聚光點
L．．．水晶體
P．．．瞳孔
R．．．視網膜
LI1 、LI2 、LR1 、LR2 、LI3 、LR3 、LI12 、LR12 ．．．光束
X、Y、Z．．．軸
第1A～1B圖繪示依照本發明一實施例之診斷設備的示意圖。
第2A～2B圖繪示依照本發明一實施例之聚焦偵測裝置的示意圖。
第3A～3B圖繪示依照本發明另一實施例之聚焦偵測裝置的示意圖。
第4A～4B圖繪示依照本發明又一實施例之聚焦偵測裝置的示意圖。
第5A～5C圖繪示依照本發明一實施例之診斷設備的示意圖。
第6A～6C圖繪示以第2B圖之聚焦偵測裝置應用於本發明一實施例之診斷設備的示意圖。
第7A～7C圖繪示以第3B圖之聚焦偵測裝置應用於本發明一實施例之診斷設備的示意圖。
第8A～8C圖繪示以第4B圖之聚焦偵測裝置應用於本發明一實施例之診斷設備的示意圖。
1A．．．診斷設備
10．．．影像偵測裝置
12．．．聚焦偵測裝置
16．．．掃描裝置
100．．．光源
101．．．光偵測器
103．．．聚焦透鏡
106．．．掃描元件
108．．．掃描鏡
114．．．移動式光學透鏡組件
1141．．．透鏡
1142．．．位移台
134．．．分光元件
H．．．待測物
LI12 、LR12 、LI3 、LR3 ．．．光束
X、Y、Z．．．軸

Claims (21)

  1. 一種自動對焦之診斷設備，包括：一影像偵測裝置，包括一第一光源及一第一光偵測器，該第一光源係提供一第一入射光，該第一入射光入射至一待測物產生一第一訊號光，該第一光偵測器用以接收該第一訊號光；一第一掃描裝置，用以調整該第一入射光之路徑，以對該待測物進行掃描；一移動式光學透鏡組件，具有一透鏡及一位移台，該位移台係承載該透鏡；一聚焦偵測裝置，包括：一第二光偵測器，用以偵測該待測物反射之一第二訊號光；一聚焦誤差產生元件，設置於該第二光偵測器及該移動式光學透鏡組件之間；及一控制單元，電性連接於該第二光偵測器及該位移台，以依據該第二訊號光所轉換成的電訊號控制該位移台之移動並調整該第一入射光的聚焦位置；以及一第一分光元件，用以將該第一訊號光傳遞至該第一光偵測器且將該第二訊號光傳遞至該第二光偵測器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之診斷設備，其中更包括一光纖及一第一準直鏡設置於該第一光源與該掃描裝置之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之診斷設備，其中該聚焦偵測裝置更包括一第二光源及一第二分光元件，其中該第二光源用以提供一第二入射光，該第二入射光經該第二分光元件後入射至該待測物，並由該待測物反射為該第二訊號光。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之診斷設備，其中該第二訊號光係為該第一訊號光所提供之訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之診斷設備，其中該第一掃描裝置包括一第一掃描鏡與一第一掃描元件，該第一掃描元件係一對掃描反射鏡。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之診斷設備，其中該影像偵測裝置係為一斷層掃描裝置，該第一光源包括一斷層掃描光源，該第一光偵測器係為一光譜儀，該第一入射光經該待測物反射為該第一訊號光。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之診斷設備，其中該影像偵測裝置係為一眼底鏡裝置，該第一光源係為一眼底鏡光源，該待測物係為一眼睛組織，該第一光偵測器係為一影像模組，用以將所接收之該第一訊號光轉化為一影像訊號並顯示於一螢幕上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之診斷設備，其中該該第一光偵測器為一電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或一互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)、PIN偵測器或雪崩式光偵測器(Avalanche Photo-diode)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之診斷設備，其中該影像偵測裝置包括一斷層掃描裝置及一眼底鏡裝置，該第一光源包括一斷層掃描光源及一眼底鏡光源，該第一光偵測器包括一光譜儀及一影像模組，該第一入射光經該待測物反射為該第一訊號光。
  10. 如申請專利範圍第7或9項所述之診斷設備，更包括一第二掃描裝置，設置於該眼底鏡光源及該移動式光學透鏡組件之間，用以調整該眼底鏡光源的光學路徑以掃描該眼睛組織。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之診斷設備，其中該第二掃描裝置包括一第二掃描元件及一第二掃描鏡，該第二掃描元件係一另一對掃描反射鏡。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之診斷設備，其中該影像偵測裝置包括一斷層掃描裝置及一眼底鏡裝置，該第一光源包括一斷層掃描光源或一眼底鏡光源，該第一光偵測器包括一光譜儀及一影像模組，該第一入射光經該待測物反射為該第一訊號光。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之診斷設備，其中該第二訊號光係為一離焦訊號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之診斷設備，其中該聚焦誤差產生元件係一透光平板，該聚焦偵測裝置更包括一第二準直鏡，該第二準直鏡係設置於該移動式光學透鏡組件及該第二光偵測器之間，且該透光平板係傾斜的方式設置於該第二準直鏡及該第二光偵測器之間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之診斷設備，其中該聚焦偵測裝置更包括一第二光源及一第二分光元件，該第二光源用以提供一第二入射光，該第二入射光經該待測物反射為該第二訊號光，該第二分光元件係設置於該第二光源及該第二光偵測器之間。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之診斷設備，其中該聚焦誤差產生元件係一柱狀透鏡，該聚焦偵測裝置更包括一第二準直鏡，該柱狀透鏡及該第二準直鏡係設置於該移動式光學透鏡組件及該第二光偵測器之間，且該柱狀透鏡係設置於該第二準直鏡及該第二光偵測器之間。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之診斷設備，其中該聚焦偵測裝置更包括一第二光源及一第二分光元件，該第二光源用以提供一第二入射光，該第二入射光經該待測物反射為該第二訊號光，該第二分光元件係設置於該第二光源及該柱狀透鏡之間。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之診斷設備，其中該聚焦誤差產生元件係一刀刃，該聚焦偵測裝置更包括一第二準直鏡，該第二準直鏡設置於該移動式光學透鏡組件及該第二光偵測器之間，且該刀刃設置於該第二準直鏡與該第二光偵測器之間。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之診斷設備，其中該聚焦偵測裝置更包括一第二光源及一第二分光元件，該第二光源用以提供一第二入射光，該第二入射光經該待測物反射為該第二訊號光，該第二分光元件係設置於該第二光源及該刀刃之間。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之診斷設備，其中該聚焦誤差產生元件係一第二分光元件及一第三光偵測器，該聚焦偵測裝置更包括一第二準直鏡，該第二準直鏡係設置於該移動式光學透鏡組件及該第二光偵測器之間，且第二分光元件係設置於該第二準直鏡及該第二光偵測器之間，且該第二光偵測器及該第三光偵測器係分別設置於該第二分光元件的兩個出光面。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之診斷設備，其中該聚焦偵測裝置更包括一第二光源及一第三分光元件，該第二光源係設置於該第三分光元件之一入光面，該第三分光元件係設置於該第二分光元件及該移動式光學透鏡組件之間。
TW100149644A 2011-12-29 2011-12-29 具有自動對焦功能之診斷設備 TWI453523B (zh)

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