用于特征化眼睛相关系统的系统及方法
【专利摘要】本文涉及用于物品分析系统的导光组件。该导光组件包括多个光中继组件。各个光中继组件包括至少一个光学元件，配置成中继从光传输系统至物品的查询光束，且中继从该物品至该光传输系统的回送光束，该回送光束系由该查询光束由该物品的反射或反散射所产生。各个光中继组件界定由该光中继组件所中继的查询光束到达该物品的查询角，且光径长度是经过该光中继组件由查询光束从该光传输系统行进至该物品的距离。该多个光中继组件还配置成使得给定光中继组件的光径长度与其它光中继组件的光径长度具有预先定义的关系。
【专利说明】用于特征化眼睛相关系统的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于特征化眼睛相关系统的方法、仪器及系统。
【背景技术】
[0002]眼睛或眼睛相关系统的光学特征化是评估眼睛健康状况及诊断病理变化的重要步骤。
[0003]检查眼睛来光学特征化眼睛，可包括前眼及后眼的视力检查来评估眼睛健康状况及诊断病理变化。检查也可包括眼睛的光学及解剖特征的量化。这典型地涉及屈光测量术；换言之，由查询射线所行经的部分或整个光径的光功率的决定。这例如包括映射或空间地解析眼睛相关系统区域或表面上的屈光率，偶尔称作为波前像差计量术。眼睛的光学及特性的决定也可包括眼睛相关系统的多项度量的决定，诸如眼睛相关系统长度(亦即从角膜前表面至视网膜后表面的距离)、角膜的外形及/或厚度、瞳孔大小、及前房深度。这些度量对某些手术(例如水晶体替换术或烧蚀雷射治疗)可以是相当重要。
[0004]眼睛检查的数种市售仪器是可购得的。这些仪器包括隙灯生物显微镜、前节及视网膜OCT仪器、角膜计、自动屈光器、荧光亮度计、检眼镜、及低同调长度及厚度测量仪。全部这些仪器系设计成在单一位置且以单一通常为中心视野角做观察或度量。若欲评估眼睛的其它部分或不同角度，则仪器须旋转且重新定位，或病人须转动眼睛或转头。这样限制可获得这种测量/观察的速度及重复再现性。
[0005]速度及重复再现性具关键重要性的眼科检查的一个特定方面为周边屈光的度量。测量眼睛的低阶像差的自动屈光器及用于高阶像差测量的哈特曼-谢克(Hartmann-Shack)像差计常用于测量中心轴在线屈光像差及波前像差。曾经描述数种方法来修正目前仪器使得适用于测量周边屈光。这些方法通常涉及病人转动眼睛或转头来固定于目标，该目标系非在观察角 的轴在线。通过移动固定目标，对各个周角及方向可获得一些度量。典型地，这些度量循序地进行，因固定、调节及对准的起伏波动，且因测量时间的延长而导致不准确。
[0006]专利公开文件W02008/116270A1名称“特征化眼睛相关光学系统”描述通过扫描测量光束横过眼睛的视野，可测量眼睛在多个视野角的屈光。但该案中所述方法及仪器有一些限制，不允许在不同视野角的观察/度量间维持清晰聚焦，且取自反射波前及/或影像的度量准确度相当有限。
[0007]从多个视野角做测量及/或观察，期望提出可特征化眼睛相关系统的方法及/或系统。此外，期望能够以相对高准确度及/或以相对短度量时间做测量及/或观察。
[0008]本说明书中述及任何先前技术并非且不应视为承认或任何形式的提示此一先前技术构成澳洲或任何其它行政管辖范围的普通常识的一部分，或此一先前技术可合理地预期为由熟谙技艺人士确定、了解且视为相关联。
发明概要[0009]在一个方面中，本发明提出一种用于物品分析系统的导光组件，该导光组件包括:多个光中继组件，各个光中继组件包括至少一个光学元件配置成:中继来自光传输系统的查询光束至物品；及中继来自该物品的回送光束至该光传输系统，该回送光束系由该查询光束通过该物品的反射或回散射所产生，其中各个光中继组件定义:由该光中继组件所中继的查询光束到达该物品的查询角，及光径长度是经过该光中继组件由查询光束从该光传输系统行进至该物品的距离，及其中所述多个光中继组件还配置成使得给定光中继组件的该光径长度与这些其它光中继组件的这些光径长度具有预先定义的关系。
[0010]在第二方面中，本发明提出一种用于光学分析物品的物品分析系统，该物品分析系统包括:如前段描述的光导；光源适用于产生源光束且沿源光束路径传播源光束至光传输系统，该光传输系统光学地连接至该源光束路径且适用于产生且导引在该导光组件中的各个光中继组件的查询光束，该光传输系统还适用于接收来自这些光中继组件的回送光束及沿该源光束路径导引这些回送光束；检测器用以检测各回送光束且产生指示各个检测得的回送光束的检测器输出数据，及与该检测器通讯的处理系统，该处理器适用于:接收该检测器输出数据；比较与各个检测得的回送光束相关数据与产生该回送光束的该查询光束的代表性数据；及产生分析输出指示成对回送光束数据及相对应在的查询光束数据间的像差。
[0011]如本文中使用，除非上下文另行要求者外，“包括”一词及该术语的变化词诸如“包括”的进行式、第三人称及过去式并非意图排除额外添加物、成分、整数或步骤。
[0012]本发明的其它方面及先前各段描述的这些方面的其它实施例由后文详细说明部分，通过举例说明给定及 参考附图将更为彰显。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为根据本发明的一实施例，包含一光学信号的观察与度量系统的部分顶视图。
[0014]图2为透视图描述图1的系统的导光组件的一部分。
[0015]图3为图1描述的导光组件的光中继组件的平面图。
[0016]图4为设有图3的光中继组件的一光径的不意代表图。
[0017]图5为根据本发明的一实施例的观察与度量系统的略图。
[0018]图6为根据本发明的实施例，适用于观察与度量系统的运算装置的一实施例的方块图。
[0019]图7为图5的观察与度量系统的放大部分视图，描述额外特征结构/精化细分。
[0020]图8A为根据本发明的又一实施例的观察与度量系统的图解侧视图。
[0021]图8B为根据本发明的又另一实施例的观察与度量系统的图解侧视图。
[0022]图9A及9B分别地提供根据本发明的又一实施例一种导光组件的部分透视图及平面图。
[0023]图1OA及IOB分别地提供根据本发明的又一实施例一种导光组件的部分透视图及平面图。
[0024]图1lA及IlB分别地提供根据本发明的又一实施例一种导光组件的部分透视图及平面图。[0025]图12分别地提供根据本发明的又另一实施例一种导光组件的部分平面图。
[0026]图13A及13B分别地提供根据本发明的又另一实施例一种导光组件的部分顶视图。
[0027]图13C提供光径长度调整组件的仰视图。
【具体实施方式】
[0028]本发明的实施例提出特征化眼睛相关系统的系统及方法。眼睛相关系统的特征化可涉及观察该眼睛相关系统及/或度量该眼睛相关系统。
[0029]“眼睛相关系统”一词是用于此处描述多个眼睛系统诸如人眼及动物眼，或为单独或结合人工水晶体而有或无手术或其它修正，或为实体眼睛模型或为仿真眼睛而有或无修正来仿真光学病症及/或矫正措施。
[0030]第1及2图分别提供根据本发明的一个实施例，一种观察与度量系统100的部分顶视图及透视图。在本实施例中，系统100描述在使用中特征化眼睛相关系统106 (当然该眼睛相关系统106本身并非系统100的一部分)。
[0031]系统100包括导光组件102由排列成光中继组件116的数组的多个光学元件104组成。在该导光组件102中的所述多个光学元件104配置成导引来自光传输系统(容后详述)的查询光束至眼睛相关系统106，且导引来自该眼睛相关系统106的回送光束至光束检测系统(容后详述)。
[0032]查询光束以箭头108指示，而回送光束以箭头110指示。在本实施例中，查询光束108通过位于该系统100的光轴114上的扫描镜112而从该照明源导引至该导光组件102的这些光学元件104。在该具体实施例中，在这些查询光束从该导光组件102被导引至该眼睛相关系统106的相同扫描平面上，查询光束108从该扫描镜112被导引至该导光组件102。回送光束110通过相同扫描镜112而从光学元件104被导引至该光束检测系统。但容后详述，其它配置是可能的。
[0033]查询/回送光束通过导光组件102导引，使得光束在多个查询角而进入至/返回自眼睛相关系统106。容后详述，查询光束108典型地系循序从一个光中继组件116导引至下个光中继组件，借此循序地产生这些查询光束108及回送光束110。各个光中继组件116的光学元件104配置成提供在各个查询角，查询光束(及因而回送光束)的光径长度间的预定光径长度关系。例如，该预定光径长度关系是在各个查询角，查询/回送光束的光径长度都相等。
[0034]本实施例的各个光中继组件116包括多个光学元件104，这些光学元件104的功能系(i)偏转来自光源(参考下文)的照射光束作为查询光束进入该眼睛相关系统106 ；及(ii)偏转来自该眼睛相关系统106的反射的或回散射的回送光束至检测器件(参考下文)。查询光束相对于光轴114的角度通过在各个光中继组件116中的光学元件104的位置及角度二者决定。这样，系统100可经组配来以高达且超过50度、90度、或甚至高达或约180度的外周角查询物品(例如该眼睛相关系统)。系统100的一项非限制性应用在决定眼睛特征，其中10度至40度间的角度通常就足够了。
[0035]在本特定实施例中，提供十一个光中继组件116A至116K(为求清晰，在图1中，中继组件116A至116K以只出现在相关中继组件的中心光学元件上的字母「A」至「K」表示)。一个光中继组件116F是位于眼睛相关系统106的光轴114上，而其余十个光中继组件对称性地及外侧地延伸在光轴114的任一侧上(中继组件116A至116E分散在该中心组件116F的一侧上，而中继组件116G至116K分散在该中心组件116F的对侧上)。由例示说明的光中继组件所提供的查询角在约-50度至+50度的范围(从光轴114测量)，增量为10度(亦即-50、-40、-30、-20、_10、0、+10、+20、+30、+40、及+50 度的查询角)。应当明白，在系统100的另一个实施例中，且根据所关注的应用，可提供更大或更小的视野角范围，及/或有更大或更小的增量幅度。
[0036]导光组件102的光学元件104配置成使得扫描镜与导光组件102间的查询光束是实质上共面一如同导光组件102与眼睛相关系统106间的查询光束般。这样允许研究眼睛相关系统106的一个子午线(在该具体实施例中为水平)。在眼睛相关系统106的接触点/进入点，这些查询光束的共享平面将被称作为系统100的扫描平面。眼睛相关系统106的非水平子午线(扫描平面)及极角能够通过单纯环绕眼睛相关系统106的光轴114旋转组件100(或其相关元件)而予研究。为了辅助该旋转，在一些实施例中，系统100(或其相关元件)可安装在万向架或枢轴上来允许系统100环绕其光轴枢转/回转，因而允许观察/度量垂直及/或倾斜轴/子午线。
[0037]图3提供根据本发明的一个实施例单一光中继组件302 (光中继组件302表示图1所示各11个光中继组件116)的仰视图。如图可知，光中继组件302包括三个主要光学元件:近源元件304、中心元件306、及近眼睛相关系统元件308。此外,在近源元件304与近系统元件308的任一侧上，本实施例的系统100包括邻源中继元件310及近系统中继元件312。中继元件310及312是中继透镜，这些元件捕捉且重新聚焦查询/回送光束来减少光束直径的过度加大。
[0038]在替代实施例中，邻源中继元件310及元件304可以例如呈非球面(像散)凹面镜形式的单一光学元件来替换。远程邻近中继元件312及元件308亦复这样。光中继组件302中继(或导引)来自扫描镜112的查询光束108至眼睛相关系统106，及导引来自眼睛相关系统106的回送光束110至 扫描镜112。更具体地:
[0039]〇近源元件304设置成导引来自扫描镜112的查询光束108至中心元件306，及导引来自中心元件306的回送光束110至扫描镜112 ；
[0040]〇中心元件306设置成导引来自近源元件304的查询光束108至近眼睛相关系统元件308，及导引来自近眼睛相关系统元件308的回送光束110至近源元件304 ;及
[0041]〇近眼睛相关系统元件308设置成导引来自中心元件306的回送光束110至眼睛相关系统106，及导引来自眼睛相关系统106的回送光束至中心元件306。
[0042]在本实施例中，近源元件304系配置沿相同传输平面来在相同平面导引查询/回送光束来回在扫描镜112 (亦即在该扫描镜112与该近源元件304间行进的查询/回送光束部分为共面)。在这种情况下，传输平面与系统100的扫描平面共面。同理，近眼睛相关系统元件308沿相同平面设置而在相同平面导引查询/回送光束来回在眼睛相关系统106(亦即在这些近眼睛相关系统元件308与该眼睛相关系统106之间行进的这些查询/回送光束部分沿该系统的扫描平面为共面)。但这些中心元件306并不与该系统的扫描平面共面。而是中心元件306是位于垂直扫描平面的平面。这样，在近源元件304与近眼睛相关系统元件308间，查询/回送光束当被导引来回在这些中心元件306时系离开该系统的扫描平面。
[0043]如在图1可知，各个光中继组件的这些邻源中继元件310与扫描镜112等距(相对于扫描镜112径向配置/定位)。同理，各个光中继组件的这些眼睛相关近系统中继元件312与眼睛相关系统106等距(再度通过近系统元件的径向配置)。借此方式排列光学元件104，且参考图4，针对在导光组件102内的各个光中继组件116:(扫描镜112与各个邻源中继元件310间的)光学距离D为相同；及(眼睛相关系统106与各个近系统中继元件312间的)光学距离C为相同。
[0044]但针对在导光组件102内的各个光中继组件116，(邻源中继元件310与近系统中继元件312间的)实体距离A随由该中继组件所提供的查询角而各异。为了提供各个光中继系统116A至116K的光径间的预定光径长度关系(亦即图4中光径D — B4 — B3 — B2 — BI — C)，各个光中继组件116的一个或多个光学元件的位置可视需要调整。典型地，调整来提供光径长度关系的光学元件将为中心光学元件306(用来调整距离B2及B3)，但此外或另外，近源元件304及/或近眼睛相关系统元件308的位置可经调整(来分别地调整距离B4及BI)。如前记，中心光学元件306的位置可在系统100的扫描平面的正交平面调整。
[0045]在本实施例的上下文(亦即评估眼睛相关光学系统)中，预定光径长度关系典型地为各个光中继组件116A至116K (亦即在各个查询角)的光径长度D — B4 — B3 — B2 — BI — C为相等。通过由非限制性示例，各个光学元件间距可以是如下(全部数值皆以毫米为单位):
【权利要求】
1.一种用于物品分析系统的导光组件，该导光组件包括: 多个光中继组件，各个光中继组件包括至少一个光学元件，其配置成: 中继来自光传输系统的查询光束至物品；及 中继来自该物品的回送光束至该光传输系统，该回送光束通过该物品反射或回散射该查询光束所产生， 其中各个光中继组件定义: 由该光中继组件所中继的查询光束到达该物品的查询角，及 作为经过该光中继组件由查询光束从该光传输系统行进至该物品的距离的光径长度，并且 所述多个光中继组件还配置成使得给定光中继组件的光径长度与其它光中继组件的光径长度具有预先定义的关系。
2.根据权利要求1所述的导光组件，其中所述光中继组件的光径长度是可独立地调整的。
3.根据权利要求1所述的导光组件，其中所述光径长度之间的经预先定义的关系是全部光中继组件的光径长度都相等。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的导光组件，其中各个光中继组件包括多个光学元件，各个光中继组件的所述多个光学元件包括中心光学元件，用以导引该查询光束朝向该物品及用以导引该回送光束朝向该光传输系统。`
5.根据权利要求1至4中任一项所述的导光组件，其中各个光中继组件包括近物品光学元件，所述多个光中继组件的近物品光学元件设置成中继查询光束至共享扫描平面上的物品。
6.根据权利要求5所述的导光组件，其中该导光组件能够通过旋转器件旋转来调整该共享扫描平面，在该共享扫描平面上，来自所述近物品光学元件的查询光束被中继至该物品O
7.根据权利要求5或6所述的导光组件,其中各个中心光学兀件被定位于该扫描平面的正交平面。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的导光组件，其中至少一个中心光学元件通过致动器而能够在该扫描平面的正交平面上移动，该中心光学元件的移动变更由该光中继组件所界定的光径长度。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的导光组件，其中各个光中继组件还包括近光传输系统光学元件，所述多个光中继组件的所述近光传输系统光学元件设置成接收来自位于共享扫描平面上的该光传输源的查询光束。
10.根据权利要求9所述的导光组件，其中该传输平面与该扫描平面共面。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的导光组件，其中该物品是眼睛相关系统。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的导光组件，其中该光传输系统是扫描镜。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的导光组件，其中该扫描镜能够在两个维度移动。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的导光组件，其中多个光中继组件各自还包括径长调整器件来调整该光中继组件的该光径长度。
15.根据权利要求14所述的导光组件，其中给定光中继组件的径长调整构件包括调整元件，该调整元件具有这样的屈光指数，其选择成对该光中继组件提供光径长度，该光径长度符合该经预先定义的光径长度关系。
16.根据权利要求14或15中任一项所述的导光组件，其中给定光中继组件的该径长调整构件包括调整元件，该调整元件具有这样的大小，其选择成对该光中继组件提供光径长度，该光径长度符合该经预先定义的光径长度关系。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的导光组件，其中给定光中继组件的该径长调整构件包括一对光学元件，该对光学元件配置成通过将该查询光束及该回送光束偏转离及偏回原先光束轴而调整该光中继组件的径长。
18.一种用于光学上分析物品的物品分析系统，该物品分析系统包括: 根据权利要求1至17中任一项所述的导光组件； 光源，其适用于产生源光束且沿源光束路径传播源光束至光传输系统，该光传输系统光学地连接至该源光束路径且适用于产生且导引在该导光组件中的各个光中继组件的查询光束，该光传输系统还适用于接收来自所述光中继组件的回送光束及沿该源光束路径导引所述回送光束； 检测器，其用以检测各回送光束且产生指示各所检测回送光束的检测器输出数据，及 与该检测器通讯的处理系统，该处理器适用于: 接收该检测器输出数据； 比较与各所检测回送光束相关的数据和代表产生该回送光束的查询光束的数据；及 产生指示成对回送光束数据及相对应的查询光束数据间的像差的分析输出。
19.根据权利要求18所述的物品分析系统，其还包括位于该源光束路径的第一分束器，且适用于偏转沿该源路径导向的各回送光束的至少一部分至该检测器。
20.根据权利要求18或19所述的物品分析系统,其中该光传输系统包括光束扫描仪，其适用于扫描在所述光中继组件上方的该来源光束，因而产生相继的查询光束及回送光束。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的物品分析系统，其还包括编码器件，其适用于差异地编码多个回送光束而有利于其通过该检测器件而分开检测。
22.根据权利要求17至20中任一项所述的物品分析系统，其中该物品为人眼睛或其模型，该眼睛具有角膜表面及视网膜表面，使得各回送光束具有指示来自该角膜反射的第一成分及指示来自该视网膜反射的第二成分，其中: 该物品分析系统具有与该源光束路径相交的干涉仪光束路径， 第二分束器，其位于该源路径与该干涉仪光束路径的交点，且适用于将部分该来源光束偏转至该干涉仪光束路径作为参考光束，且将在该源光束路径行进的回送光束的部分偏转至该干涉仪光束路径， 干涉检测器，其配置在该干涉仪光束路径的一端且连结至该处理器，使得当检测到该源路径的参考光束与该回送光束间的干涉时传讯给该处理器， 反射器，其配置在该干涉仪光束路径的另一端， 反射器致动器，连接至反射器及连接至该处理系统，用以在该处理系统的控制下，沿该干涉仪光束路径往复该反射器，来改变该干涉仪光束路径的有效长度，及在操作期间，该回送光束的第一成分与该参考光束间的干涉连同该反射器致动器的第一位置一起传讯给该处理系统，及该回送光束的第二成分与该参考光束间的干涉连同该反射器致动器的第二位置一起传讯给该处理系统，因此使得该处理系统能够计算该眼睛的角膜与视网膜间沿该眼睛内部的`回送光束的路径的距离。
【文档编号】A61B3/10GK103781401SQ201280043516
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年7月6日 优先权日:2011年7月8日
【发明者】克劳斯·艾尔曼, 达伦·马克·福克, 凯瑟琳·菲特克 申请人:华柏恩视觉研究中心