宽视场眼睛成像装置及其相关方法与流程

本发明创造的各个实施方式总体上涉及到眼睛成像装置和相关方法，例如具有宽视场的眼睛成像装置以及其相关方法。

背景技术：

眼睛属于人体中最有价值的器官之一，在生活中有着不可或缺的作用。正因为如此，眼睛疾病和视力丧失一般而言是严重的问题。而且眼睛疾病和视力问题对于儿童而言，尤其对于新生儿，具有严重且深远的影响。婴幼儿大脑中的视觉中枢还未发育成熟，为了大脑中的视觉中枢的正常发育，应当保证双眼视物状态良好。因此，优良的视力条件是在身体发育和教育进程中的重要因素。

新生儿以及其他人未发现的眼科疾病，也许会导致不可逆转的视力丧失。早检查早诊断提供治疗以及预防视力丧失的最好机会。

在眼科检查中，眼睛成像装置越来越重要。因为视网膜和视神经系统出现的问题是视力丧失的主要原因之一，能够对眼睛后部成像的眼睛成像装置会非常的有用。此外，宽视场眼睛成像装置具有可以评估出视网膜周边的病理特征的优势。

技术实现要素：

本文公开的多种实施方式包括，但是不限于，宽视场眼睛成像装置，其视场可以是，例如，60度到180度。

多种实施方式，例如，可以主要包括一个装置，该装置具有一个外壳以及在外壳中一个照明眼睛的光源。这个装置还能够包含一套光学成像系统。这个光学成像系统能够包括一个位于外壳前端的光学窗口，这个光学窗口的前表面为容纳眼睛的凹面。本系统还能够包括一个成像透镜，其位于光学窗口的后方且与光学窗口沿着成像光路呈光学准直。该光学成像系统能够具有一个光轴。本装置的外壳内部能够具有一个光调节元件，其位于光学窗口周边部分的后方，该光调节元件具有至少一个多段式表面结构。光调节元件能够被设置为接收光源发出的光线并将其引导入眼睛。本装置能够包括位于外壳内部的图像传感器，此传感器可接收通过光学成像系统形成的眼睛图像。

多种其它实施方式包括眼睛成像装置，该装置包括一个外壳以及一个在外壳前端的光学窗口。所述装置能够包括光调节元件，本光调节元件位于光学窗口周边部分的后方并且至少有一个多段式表面结构。本光调节元件能够被设置用于接收从光源发出的光线并将其引导入眼睛。

多种实施方式公开了一个眼睛成像装置的光调节元件，用于医学检查中照亮某些解剖学特征。本光调节元件能够包括主体部件，其具有前表面，后表面，内侧表面和外侧表面。内侧表面和外侧表面能够具有至少一个多段式表面结构。本光调节元件能够被设置为接收从光源发出的光线并将其导入眼睛。

多种实施方式中公开了一种采用顺序照明系统的眼睛成像装置。本装置能够拥有外壳以及位于外壳内的光源。本光源能够拥有被设置为按时间顺序照明眼睛的不同部位的多个发光器件。本眼睛成像装置的外壳内部能够有一个光学成像系统，这个光学成像系统能够包括一个位于外壳前端的光学窗口。这个光学成像系统还能够包括位于光学窗口后方的成像透镜，本成像透镜与光学窗口成光学准直。当眼睛的每一部位按时间顺序被照亮的时候，图像传感器能够被设置为通过所述的光学成像系统接收同一视场的多张眼睛图像。

在一些其它的实施方式中，紧凑型的眼睛成像装置包含外壳和位于外壳内部的照明眼睛的光源，该装置能够包含光学成像系统。这个光学成像系统能够包括位于外壳前端的光学窗口。本光学窗口的曲率半径与眼角膜的曲率半径密切吻合。这个光学成像系统还能够包括与前端光学窗口成光学准直的成像透镜。本成像透镜能够位于前端光学窗口的后方且与光学窗口之间有一个空隙相分隔。上述光学系统能够包含至少第一和第二中继透镜。光阑尺寸低于5mm的至少一个微型透镜能够被设置为基于来自第一和第二中继透镜的成像光线形成眼睛图像。具有型号小于1/1.5”的微型图像传感器能够被设置为捕获由所述至少一个微型透镜形成的眼睛图像。

多种其它实施方式包括眼睛成像系统，本系统包括一个眼睛成像装置，该眼睛成像装置具有外壳和位于外壳内具有多个发光元件的光源。本发光元件能够被设置为按时间顺序照亮眼睛的不同部位。眼睛成像系统包括光学成像系统。本光学成像系统包含位于外壳前端的光学窗口，位于本光学窗口后方的成像透镜，本透镜同光学窗口成光学准直。当眼睛的每一部位按时间顺序被照亮的时候，图像传感器能够被设置为接收通过所述的光学成像系统形成的同一视场的多张眼睛图像。一个存储器可以被设置为暂时储存所述多张图像。一个计算和通信模块可以被设置为接收和传送多张图像。本眼睛成像系统也包含有一个图像计算模块，该图像计算模块被设置为从眼睛成像装置中接收所述多张图像并与其交换数据。图像计算模块中能够包含一个图像处理单元，该图像处理单元被设置为发出一组指令来处理多张图像而合成一张眼睛图像。

还公开了对眼睛成像的方法。这种方法能够包含打开光源对眼睛进行照明。在这种方法中，光学窗口能够与眼睛的角膜相接触。本方法能够包括通过具有至少一个多段表面结构的光调节元件来调节光源发出的光线，本光调节元件能够被设置为接收来自光源的光线并将其导入眼睛。本方法还能够包括可以通过包含所述光学窗口和成像透镜的光学成像系统来进行眼睛成像。其中，成像透镜位于光学口窗的后方并与光学窗口成光学准直。本方法还能够包括通过图像传感器捕获光学成像系统形成的眼睛图像。

本文也公开了一种通过顺序照明的方式来进行眼睛成像的方法。本方法包括通过随时间改变多个发光元件的光照强度来为眼睛的不同部位提供照明。本方法还包括了通过使用具有光学窗口和成像透镜的光学成像系统对眼睛成像。光学窗口可以被设置为同眼角膜相接触。成像透镜位于光学窗口的后方并且同光学窗口成光学准直。当眼睛的每一部位按时间顺序被照亮时，本方法可以通过图像传感器接收到上述光学成像系统所捕捉到的同一视场的多个眼睛图像。通过对多个图像的处理，合成一张合成眼睛图像。

本文还公开了一种立体眼睛成像装置。本立体眼睛成像装置包括一个外壳和一个位于外壳内部用于照明眼睛的光源。本立体眼睛成像装置还包括了一个光学成像系统。光学成像系统包括位于外壳前端的光学窗口，且光学窗口的曲率半径同眼睛角膜的曲率半径紧密吻合。在光学窗口后有一个成像透镜，本透镜与光学窗口成光学准直。一个光调节元件可位于光学窗口周边部分后方，本光调节元件能够被设置用来接收来自光源的光线并将其导入眼睛。第一相机和第二相机可以被设置为捕获通过光学成像系统形成的眼睛的第一图像和第二图像，第一立体相机的第一光轴和第二立体相机的第二光轴的延长线能够以一个汇聚角度汇聚在眼睛上。

本文还公开了一个气密封的眼睛成像装置。本气密封的眼睛成像装置包括一个具有前端的外壳和一个位于外壳内部用于眼睛照明的光源。本气密封的眼睛成像装置包含一个光学成像系统。本光学成像系统包含有一个在前端的光学窗口，其前表面为容纳眼睛的凹面。本光学成像系统还包含一个成像透镜。本成像透镜位于光学窗口的后方，并且与本光学窗口沿一条成像光路成光学准直。所述的光学成像系统有一个光轴。本气密封眼睛成像装置在光学窗口和外壳前端之间有填充气密封材料的气密封圈。本系统外壳内还可以有一个图像传感器用于接收光学成像系统所形成的眼睛图像。

在其它一些实施方式中，眼睛成像装置包含外壳，其前端具有内侧表面，内侧表面包括设置在前端的对齐边沿和储层边沿。本眼睛成像装置包括了一个位于外壳内部且为眼睛提供照明的光源。本装置还包括一个光学成像系统。本光学成像系统包含了一个在前端的光学窗口，其前表面为容纳眼睛的凹面。同时，光学成像系统还包括一个成像透镜。本成像透镜安装于光学窗口的后方，并沿成像光路与光学口窗成光学准直，所述的光学成像系统有一个光轴。光学窗口可以用第一空隙同对齐边沿分隔。光学窗口可以用第二空隙同储层边沿分隔，第二空隙比第一空隙大，且被设置为作为密封材料的储层。外壳内的图像传感器可以捕获光学成像系统中所形成的眼睛图像。

其它一些实施方式包括一个眼睛成像装置，其具有带有前端的外壳，该前端具有内部侧表面，其具有靠近前端处设置的对齐边沿和储层边沿。本眼睛成像装置包含一个位于外壳内部且可以为眼睛提供照明的光源。本眼睛成像装置也包含一个光学成像系统。光学成像系统包括一个在前端的光学窗口，其前表面为容纳眼睛的凹面。光学成像系统还包含了一个光学成像透镜。本透镜可安装于前端光学窗口的后方，沿一个成像光路与光学窗口成光学准直。所述的光学系统中拥有一个光轴。光学窗口可以用第一空隙同对齐边沿分隔。光学窗口可以用第二空隙同储层边沿分隔，第二空隙比第一空隙大，且被设置用来作为密封材料的储层。在外壳与光学窗口之间有多个小球。外壳中的图像传感器可以接收到光学成像系统中所形成的眼睛图像。

多种实施方式包括眼睛成像装置，该装置具有一个外壳，这个外壳的前端包括一个环绕光学窗口、包含有第一材料的远端部分。近端部分能够包含第二材料。本系统前端还包含了一个结合区，本结合区将远端部分和近端部分连接在一起。本眼睛成像装置包含一个位于外壳内部且可以为眼睛提供照明的光源。本眼睛成像装置也包含以及一个光学成像系统。本成像系统包括一个在前端的光学窗口，其前表面为容纳眼睛的凹面。本光学成像系统还包含了一套光学成像透镜。透镜安装于前端光学窗口的后方，沿成像光路与光学窗口成光学准直。另外，所述的光学系统中还拥有一个光轴。位于外壳内的图像传感器可以接收到从光学成像系统中所形成的眼睛图像。

本文也公开了带有可拆卸的气密封前端成像模块的气密封眼睛成像装置的一些实施方式。本气密封眼睛成像装置包括了一个外壳以及一个位于外壳内部并且可为眼睛提供照明的光源。本密封眼睛成像装置还包含了一个可拆卸的气密封前端成像模块，本成像模块有一个前端和一个后端。本可拆卸的气密封前端成像模块还包含一个光学成像系统。本光学成像系统在其前端包含在前端的第一光学窗口，其前表面为容纳眼睛的凹面。光学成像系统还包含了一个光学成像透镜。本透镜位于前端光学窗口的后方，与光学窗口沿一个成像光路径成光学准直。本密封眼睛成像装置可以包括第一气密封圈，第一气密封圈位于第一光学窗口和前端之间并填充有第一气密封材料。本气密封眼睛成像装置可以包括位于后端的一个第二光学窗口。本气密封眼睛成像装置可以包括第二气密封圈，第二气密封圈位于第二光学窗口和后端之间，且填充入第二气密封材料。一个主模块包含了一个位于外壳内部的图像传感器，可以接收光学成像系统所形成的眼睛图像。本可拆卸的气密封前端成像模块可以重复拆卸和安装于主模块。

在一些实施方式中，一种眼睛成像装置包括外壳，其前端包括内侧表面，其内侧表面具有对齐边沿和储层边沿。本眼睛成像装置可以包括位于外壳内部用于提供眼睛照明的光源。本眼睛成像装置可以包括包含光学成像系统。本光学成像系统可以包括在前端的光学窗口，其前表面为容纳眼睛的凹面。光学成像系统还可以包含了成像透镜。本成像透镜位于前端光学窗口后方，与光学窗口沿成像光路成光学准直。所述的光学成像系统中有光轴。对齐边沿与前端光学窗口的侧表面垂直。光学窗口和储层边沿被一条空隙所分隔，本空隙被设置为密封材料的储层。外壳中的图像传感器可以捕获光学成像系统所形成的眼睛图像。

在一些实施方式中，眼睛成像装置包含外壳、位于外壳内的光源、光学成像系统、光调节元件和图像传感器。光学成像系统包含光学窗口，其被设置为与所述光学窗口前方的眼角膜接触。本光学窗口后方有与光学窗口呈光学准直的成像透镜。光调节元件位于光学窗口的周边区域后方，本光调节元件具有一个多段式表面结构，本光调节元件被设置为接受来自光源的光线并将其导入眼睛。图像传感器接受通过光学成像系统形成的眼睛图像。

本文公开的一些实施方式包括了被设置为提供顺序照明的宽视场眼睛成像装置。本眼睛成像装置包含了多个发光元件、光学成像系统和图像传感器。多个发光元件被设置为对眼睛的不同部位按时间顺序进行照明。图像传感器被设置用来在按时间顺序对眼睛每一部位进行照明的时候接收通过光学成像系统形成的同一视场的多张眼睛图像。在某些实施方式中，眼睛成像装置还包含一个图像处理模块。在一些实施方式中，眼睛成像装置可以将多张图像传送给其它带有图像处理单元的计算仪器或基于网络的计算装置。图像处理单元可被设置为产生一组指令把多张图像合成为一张清晰的眼睛图像。

本文公开的多种实施方式包括了宽视场眼睛成像系统。本眼睛成像系统包括眼睛成像装置和图像计算模块。眼睛成像装置包括多个发光元件、光学成像系统、图像传感器、存储器和计算与通信模块。存储器被设置为暂时存储多张图像。计算和通信模块被设置为接收和发送图像。成像计算模块被设置为从眼睛成像装置接收多张图像并且与其进行数据交互。图像处理模块还包含图像处理单元，该图像处理单元被设置为产生一组指令将多张图像合成为一张清晰的眼睛图像。

本文公开的多个实施方式中包括一种宽视场眼睛成像的方法。本方法包括打开光源来对眼睛进行照明、使用具有多段式表面结构的光调节元件对光源进行调节以及使用图像传感器接收通过光学成像系统形成的眼睛图像。光调节元件被设置为用来接收来自光源的光线并将其导入眼睛。

本文公开的多个实施方式中进一步包括使用顺序照明的方式进行眼睛成像的方法。本方法包括按时间顺序打开多个发光元件来对眼睛的不同部位在不同的时间进行照明，通过光学成像系统对眼睛成像，当按时间顺序对眼睛的每个部位进行照明时，使用图像传感器接收通过光学成像系统形成的同一视场下的多张眼睛图像，以及处理多张图像合成为一张清晰的眼睛图像。

本文公开的一些实施方式中包括一种被设置为生成三维图像的眼睛成像装置。三维眼睛成像装置包括了光源、光学成像系统、光调节元件、第一图像传感器和第二图像传感器。这两个传感器用来捕获眼睛的第一图像和第二图像。第一图像传感器的第一光轴和第二传感器的第二光轴延伸至眼睛并以某一角度(例如汇聚角)在眼睛上交汇。

本文公开的多个实施方式中包括紧凑型的宽视场眼睛成像装置。本眼睛成像装置包括了外壳内的光源、光学成像系统和微型图像传感器。光学成像系统包括光学窗口、成像透镜、两组中继透镜和一组微型透镜。在一些实施方式中，对于包含微型透镜或透镜组和传感器的相机的型号小于1/2.2英寸或1/3.2英寸，其中传感器尺寸为小于8.0mm x6.0mm或7.0mm x5.0mm并且相机尺寸小于10mm x10mm或9mm x9mm。

本文公开的多种实施方式中包括有气密封眼睛成像装置。气密封眼睛成像装置的外壳环绕光学窗口的边沿并与其外形吻合。成像透镜位于光学窗口的后方，并且与光学窗口之间有一条小空隙相分隔。光学窗口与外壳的第一部分之间由第一空隙相分隔，该第一空隙被设置为准直光学窗口。光学窗口与外壳第二部分之间由第二空隙相分隔，该第二空隙被设置为气密封材料的储层。光学窗口和外壳之间存在一气密封圈。本气密封圈不透气不透水，并且经受高压灭菌锅内的高温而保持完好。

本文公开的一些实施方式包含了一种拥有可拆卸的气密封前端成像模块的气密封眼睛成像装置。可拆卸的气密封成像模块内包含了光学窗口和成像透镜。主模块内包含了图像传感器。第一气密封圈位于前端成像模块的外壳和光学窗口之间，而第二气密封圈位于外壳和第二光学窗口之间，第二光学窗口在可拆卸的气密封成像模块的后端。可拆卸的气密封前端成像模块可以从主模块上拆除。

本文公开的一些实施方式中包括一种视场为120度或更宽的眼睛成像装置。本装置能够对眼睛的后部进行成像，并且在一些实施方式中，本装置可以获得高质量高对比度的图像。在多项实施方式中，本装置获取的眼睛后部的图像基本上没有炫光或薄雾，或者仅有可忽视的薄雾和炫光，即使是对于眼睛中具有深色素的患者。

多种实施方式中包括一种紧凑型并设置为手持式的眼睛成像装置。由于非常紧凑，各种实施方式可以很方便的放在携带箱(例如带把手的小箱子)内或以任何其它方便的方式。多项实施方式可以很容易地被只接收过简单的操作训练的操作者使用。多项实施方式可满足不方便到医院或眼科诊所就诊的病人们的需求。本眼睛成像装置可为眼病治疗和防止视力丧失提供更多机会。特别地，本文描述的眼睛成像装置对于农村地区的幼小儿童的身体发育和教育进步可能会具有深远地意义。

进一步而言，气密封眼睛成像装置的各个实施方式能够承受在高压灭菌器内进行消毒的过程，从而降低或消除患者之间交叉感染的可能性。所述的气密封眼睛成像装置的多种实施方式适合于在手术室内使用。

附图说明

图1(A)示意性地显示了根据本发明的一种实施方式所述的眼睛成像装置的侧视图。

图1(B)示意性地显示根据本发明的一种实施方式所述的一个眼睛成像装置的仰视图。

图2示意性地显示本眼睛成像装置的照明和光学成像系统的光学设计的一种实施方式示意图。

图3示意性地显示本眼睛成像装置的照明和光学成像系统的光学设计的另一个实施方式示意图。

图4示意性地显示一个三维眼睛成像装置的实施方式示意图。

图5(A)示意性地显示一些实施方式所述的一种眼睛成像装置的光调节元件，该光调节元件具有位于所述的光调节元件和成像透镜的侧壁之间的光通道(如：外部空心光通道)。

图5(B)示意性地显示一些实施方式中晶状体前表面和光学窗口上的光强轮廓示意图。

图5(C)示意性地显示一些实施方式所述的眼睛成像装置中的光调节元件的三维立体示意图。

图5(D)示意性地显示其它实施方式所述的光调节元件的近视图，本光调节元件具有一个多段式表面结构，以及由本光调节元件，特别是上述多段式表面结构和光学成像透镜侧壁所形成的一条光通道(外部通道)。

图5(E)示意性地显示一些实施方式所述的拥有多段结构的光调节元件的示意图。

图6(A)示意性地显示一些实施方式中具有内部光通道的光调节元件的示意图。

图6(B)示意性地显示关于光调节元件的另一实施方式的近视图，本光调节元件具有一个带有多段式表面结构的内部光通道。

图7(A)示意性地显示的多项实施方式中光调节元件包含的内部光道，以及位于光调节元件与成像透镜侧壁之间的光通道(例如：空心的外部光通道)的示意图。

图7(B)示意性地显示关于光调节元件其他实施方式包含内部光路和所形成的一个外部光通道的近视图，本光调节元件内表面和外表面均为多段式表面结构。

图8示意性地显示一个使用了LED发光器件作为光源的眼睛成像装置实施方式示意图。

图9示意性地显示在有关实施方式中所使用的总数为8个和4个的发光元件的分布图。

图10示意性地显示多项实施方式中发光元件按时间顺序打开时获取的图像，以及一种可以增强图像质量的方法。

图11示意性地显示眼睛成像装置其他实施方式运用光导纤维将光线从发光元件引导至光调节元件。

图12示意性地显示光调节元件实施方式被设置为将发光元件所发出的光线射入光纤光导元件。

图13示意性地显示眼睛成像装置其他实施方式，其中发光元件安装于本装置主模块上。发光元件所发出的光可以同主模块上的光纤束相耦合。前端成像模块的光纤束与主模块上的光纤束准直并直接接触以接收光线。

图14示意性地显示眼睛成像装置其他实施方式，其中发光元件安装于主模块上，但靠近互联接口而且可将光线耦合入前端成像模块的光纤束。

图15示意性地显示根据本发明的多个实施方式的位于成像装置的可拆卸前端成像模块和主模块之间光学耦合设计的细节。

图16示意性地显示气密封眼睛成像装置一种实施方式，在装配过程中，光学窗口可嵌入外壳内部。

图17示意性地显示气密封眼睛成像装置的另一个实施方式。

图18示意性地显示气密封眼睛成像装置的另一个实施方式，其具有在光学窗口的外围区域等距的分布的多个(例如：3个或4个)小球。

图19示意性地显示气密封眼睛成像装置的另一个实施方式，在装配过程中，光学窗口可能从前端放入外壳内部。

图20示意性地显示气密封眼睛成像装置另一个实施方式，其中使用了一种粘合剂以密封光学窗口。

图21(A)示意性地显示一个实施方式，其中光学窗口的中间有开口，从而可将成像透镜的一部分放入此开口中。

图21(B)示意性地显示另一个实施方式，其中光学窗口的中间位置的开口侧壁之间相互平行，并且也平行于光学成像系统的光轴。因此潜在的简化了生产过程。

具体实施方式

现将参照附图，对本发明进行详细描述。本发明可以有多种不同的实施方式，而不应该被理解为限于本文所讨论的示例性实施方式。

本发明的多个实施方式描述了眼睛成像装置。在一些实施方式中，本眼睛成像装置具有宽视场，宽视场在某些实施方式中可以是至少60度以及直至180度。在一些实施方式中，宽视场是至少120度且不超过180度。眼睛成像装置的多种实施方式可以例如包括外壳，位于外壳内部的且可以提供眼睛照明的光源，还有位于外壳内部的光学成像系统。本光学成像系统包含有：光学窗口，其被设置为与光学窗口前端的眼角膜接触；位于光学窗口后方且与光学窗口光学准直的成像透镜；一个含有多段式(例如：反射和/或折射)表面结构且被设置为从光源接收光线并将光线导入眼睛的光调节元件；以及一个被设置为通过光学成像系统接收从眼睛反射出的光的图像传感器。在一些实施方式中，光调节元件安装在光学窗口周边部分的后方。同时在一些实施方式中，本成像系统还包括存储器，其被设置为暂时存储所获取的图像；以及装有触摸显示屏的计算和通信子系统被设置为接收和显示所获取的图像。

图1(A)和图1(B)示意性地显示了本发明眼睛成像装置多种实施方式的侧视图和仰视图。本眼睛成像装置是紧凑型，在一些实施方式中，本装置上的最长轴尺寸不超过250mm。比如，在一些实施方式中，本眼睛成像装置的最长轴尺寸可能介于250mm至200mm、150mm、或100mm之间。在其它的一些实施方式中，本眼睛成像装置的重量小于1kg。比如，在一些实施方式中，本眼睛成像装置的重量可能介于1kg至0.5kg、或0.3kg、或0.2kg之间。由于其紧凑性，本眼睛成像装置可以由用户在具有把手的小手提箱中携带，其小手提箱小于600mmx400mmx300mm、重量低于15kg，用户也可以用其他方便的方法携带。在一些实施方式中，手提箱尺寸可能介于(600mm和300mm)x(400mm和200mm)x(300mm个150mm)之间。在一些实施方式中，手提箱的重量可能介于15kg至10kg、或者至5kg之间。眼睛成像装置和手提箱的尺寸也有可能超出上述范围的尺寸。多项实施方式都可以被经过简单训练后的操作人员操作。

本成像装置可以有一个圆柱形部分，从而可以使操作者更加轻松的单手握住，用于作为一个把手，该圆柱形部分顶端101装有显示和/或用户输入接口，例如触摸屏102。操作者可以精确地单手调节装置的使用位置与角度，从而可以便于让操作者腾出另一只手完成其它任务，比如用手指分开病人的眼睑。

本装置所获取的图像是可以通过有线或无线通信系统被传输至其它计算装置或基于网络的装置上，例如存储单元。在一些实施方式中，本成像装置可以用电池供电。在多种实施方式中，实时图像可以在触摸屏或一个更大尺寸的屏幕显示器上实况显示，该屏幕显示器从成像装置上实时接收数据。本眼睛成像装置可以应用于眼科范围内的疾病筛查或疾病医学诊断。本装置可以在就诊不方便的农村地区使用。本装置还可以作为一种便携式医疗成像装置，以便满足其它科室的医学需求，比如耳鼻喉科或皮肤科。进一步而言，本成像装置还可用于非医疗领域，比如安全检查，眼睛的前部和后部的图像可以用于达到确认身份的目的。

本眼睛成像装置也可以用于动物眼睛的成像。例如，本眼睛成像装置可以改变或者不改变为人眼成像的光学元件，而用于对例如家畜、宠物或其它实验室的实验动物(马，猫，狗，兔子，大鼠，豚鼠，小鼠等)的眼睛成像。

本眼睛成像装置可以包含前端成像模块和主模块。本眼睛成像装置可以如图1(A)和1(B)的101和112所示，组装为一个整体或者两个分开的部分。在一些实施方式中，前端成像模块101可以拆卸或者替换为其它包含不同光学器件的功能模块。例如，能够用于不同的情况的高放大倍率的前端成像模块、早产儿专用前端成像模块、成年人专用前端成像模块、荧光素血管造影前端成像模块、近红外光谱成像前端成像模块以及前部成像前端成像模块。因此，前端成像模块设计为可替换的或可拆卸的，从而本眼睛成像装置的潜在用途或者应用可以被极大的扩展。光学窗口暴露在成像装置外壳的外部，使得光线能够进入和退出外壳。在一些实施方式中，眼睛可以位于相对于本光学窗口的最近位置或者直接接触本光学窗口从而捕获眼睛图像。本窗口有中间部分103和周边部分104。本窗口的中间部分103作为一个眼睛成像时所反射出的光线进入外壳内部的入口。本窗口的周边部分104位于中间部分103周围，被设置为照明光线射出外壳的出口，例如将光线投射到眼睛和/或射入眼睛以照亮眼睛。

在一些实施方式中，本成像装置可以利用多种放大倍率以及宽频或窄频的光源进行照明以捕获眼睛后部的图像。光源的光谱可以是可见光谱，红外光谱，近红外光谱，紫外光谱或它们的组合。操作者可以将光学窗口放置在眼角膜上施加轻微压力，从而获得一个宽视场(FOV)。因此，光学窗口的前表面为与角膜的尺寸吻合的凹面。在一些实施方式中，例如，光学窗口的外表面有一个介于6mm-15mm之间的曲率半径。在角膜和光学窗口之间可以涂上一层具有足够粘度的光学透明的折射率匹配凝胶。本折射率匹配凝胶的粘度可以为至少100厘泊，200厘泊或300厘泊。患者的虹膜可以采用或不采用特殊的药物进行散瞳。在一些实施方式中，成像装置还可以通过使用一个为眼睛前部成像而设计的前端成像模块，使用相同的照明系统，捕获到眼睛前部的图像。

图2示意显示了眼睛成像装置的光学系统或光学设计的实施方式，通过眼睛成像装置对眼睛后部201进行成像或拍摄。本眼睛成像装置的光学成像系统包括了光学窗口203和成像透镜204。本光学窗口202被设置为直接接触角膜203，并且其前表面为与眼睛的弯曲部分匹配的凹面。在多种实施方式中，例如，光学窗口202的外表面的曲率半径介于大约6mm到15mm之间。本成像透镜204位于光学窗口202的后方，相对于眼睛而言位于本窗口的相对侧并且同光学窗口202呈光学准直，本成像透镜可以包括一个或多个透镜元件。例如，本光学窗口的光轴和成像透镜的光轴在一些情况下可以同眼睛的光轴例如大致呈光学准直，但并非所有情况下都如此。例如，执业医师在检查眼睛时会将成像系统的光轴同眼睛的光轴大致成光学准直，然而在一些情况下，医生会倾斜本眼睛成像装置以使这些光轴不成光学准直。尽管本光学窗口202的前光学表面的曲率半径被选为紧密匹配角膜的曲率半径，但是光学窗口的后表面可依据光学照明系统的设计而轻微地平直。本光学窗口202同成像透镜204可由相同或不同的光学材料制造而成的。对宽视场光学成像系统而言，在光学窗口202和角膜203之间可以使用与光学折射率匹配凝胶以帮助消除大部分来自于角膜的光学像差。成像透镜204的前表面的曲率半径可能与光学窗口202的后表面的曲率半径相同或不同。成像透镜204的后面可能是球形的或非球形的，从而捕获到所期望的图像结果。在一些实施方式中，小的空气或其他材料的空隙置于光学窗口202和成像透镜204之间，尽管两个光学部件可以在某些区域接触或甚至通过粘合剂粘合或固定在一起。

在一些实施方式中，光学成像系统也可以包括：第一组中继透镜205，其被设置为在第一组中继透镜的后焦平面附近形成眼睛的二次图像208；第二组中继透镜209，其前焦平面位于第一组中继透镜的后焦平面附近，其被设置为将二次图像208投影至无穷远。在多种实施方式中，一组微型透镜211位于第二组中继透镜的后焦平面附近，并且被设置为将光线从眼睛传送到图像传感器210。一个微型相机包括了微型透镜或透镜组和本传感器，其尺寸小于1/2.2英寸或1/3.2英寸，焦距为4mm或更小，例如，焦距可介于4mm至2mm或者4mm至3mm之间等。微型透镜或透镜组的视场角可以是75度或者更小，而传感器的尺寸大小例如基于微型透镜的焦距。相机模块包括传感器芯片和微型透镜或透镜组，其尺寸为大约8.5mmx8.5mm或介于10mmx10mm到5mmx5mm或更小之间。在一些实施方式中，例如，一组微型透镜211的光阑尺寸介于大约0.8mm到1.5mm之间，而第一组205和第二组中继透镜209的光阑尺寸则大约为20mm，再例如在一些实施方式中，介于30mm到10mm或25mm到15mm之间。本光学成像系统可以汇聚从眼睛后部反射出的光线，或者更具体的说是从眼睛视网膜206所反射回来的光线。本光线穿过眼睛虹膜开口以及晶状体207的中心，并且在二次像面208上形成(眼睛后部或视网膜的)实像。如上所述，成像透镜204可以包含一个或多个透镜，带有球面或非球面。在一些实施方式中，二次像面208位于透镜205的后焦平面附近。在一些实施方式中，当透镜209的前焦平面也位于二次像面208附近时，中继透镜209可以被用于将图像从二次像面208投射至无穷远。微型图像传感器210，以CCD、CMOS或其它类型的形式，与其自身的微型透镜211，可沿光学成像系统的光轴定位在透镜209的后焦平面附近。微型透镜211可以包含多个光学透镜。在一些实施方式中，图像传感器210有一个大约为6.2mmx4.6mm(例如介于(8mm到4mm)x(6mm到3mm)或介于(7mm到5mm)x(5mm到4mm))的有效面积。因此，在多种实施方式中，本传感器210的有效面积大约为中继透镜205，208的光阑尺寸的1/4，或者例如介于0.4到0.2或0.5到0.1之间。传感器210的对角线也可以是微型透镜组211焦距的1.4倍左右，或者例如介于大约1.6到0.8倍焦距之间。

在一些实施方式中，光学成像系统有一个位于微型透镜组211中的光阑212。例如，图2示意显示的光阑212位于微型透镜组211的透镜之间，并在微型图像传感器210的前边。在一些实施方式中，本光学系统的光阑212位于微型透镜组211前边。在另一些实施方式中，本光阑212位于微型透镜组211和中继透镜209之间，然而，可能更靠近于微型透镜组。因为所设计的微型透镜组211的物面为无穷远，所以使用微型透镜组将视网膜图像从无穷远导至图像传感器210上。在多种实施方式中，微型透镜211带有圆形的光学光阑(虹膜)212，本光栏可以位于微型透镜组的各微型透镜之间或由微型透镜211前边的光阑挡片形成。在某些实施方式中，虹膜212的该位置将会降低光学像差。微型透镜211不仅可以将视网膜206的图像传送到图像传感器210，而且在光阑212成为整个光学系统的光阑时，在晶状体207的表面附近形成一个光学成像系统的入射光瞳。该特定布置有助于消除来自眼睛前房和光学成像系统的光学元件的杂散光。

在多种实施方式中，在透镜组211中的单个或多个微型透镜被设置为可以移动或调整的，例如，沿光学成像系统的光轴关于透镜组211的一个或多个其他微型透镜纵向地移动或调节，从而改变一组微型透镜的有效光学焦距，并且可以改变放大倍率以满足图像的光学变焦要求。另外地，或可替代地，微型透镜组211中的多个微型透镜被配置为例如沿光学成像系统的光轴纵向地移动或调节，从而调节整个微型透镜组211的位置，从而改变光学成像系统的有效焦距。因此，在多种实施方式中，整个成像系统的有效焦距的改变可以在保持微型透镜组的整组焦距不变的情况下实现，从而提供整个成像系统的焦距调节。驱动器，比如音圈、压电元件、步进电机或其它形式的驱动器或驱动器组等，可以纵向移动一个或多个或全部微型透镜以改变有效焦距和/或提供图像缩放。在多种实施方式中，图像传感器210上的视网膜图像的聚焦调节同样可以通过一个内置的聚焦装置移动一个或多个的微型透镜211来提供。如上述所述，可以使用一个驱动器来实现一个或多个微型透镜沿光轴纵向调整。当采用闭环控制机构时，在微型透镜211中通过相同机构可实现成像装置的自动聚焦性能。在多种实施方式中，例如音圈或其他电子控制驱动器可以用来被电子地应用和控制。在多种实施方式中，图像传感器210中的视网膜图像的聚焦状态通过实时比较多个透镜位置的图像的清晰度而确定。当微型透镜组的有效焦距可调节时，视网膜图像的尺寸通过微型透镜211的光学缩放功能可以被改变。在多种此类实施方式中，电子部件可以用来驱动和控制焦距和/或图像缩放。用于改变焦距和/或图像缩放的从电子部件至驱动器的信号可以基于使用者的输入和/或图像质量的评估。在一些实施方式中，为了改变放大倍率、改变图像缩放和/或改变焦距，除了通过调节透镜的位置来实现，还可以改变微型透镜组中的一个或多个透镜的折射率或者形状。电子控制部件可以驱动其形状或折射率的改变。

在一些实施方式中，当成像系统由两个独立独立的模块组成时，本系统可以安装第二光学窗口213。两个独立模块分别为前端成像模块和主模块。光学窗口213和成像透镜204位于可拆卸的前端成像模块内。图像传感器210位于主模块内。本前端成像模块可以从主模块上拆除。第二光学窗口213可能会暴露在可拆卸前端成像模块的后端。本光学窗口的内部光学元件将封闭在内从而与外部环境隔绝，尤其可以防止在图像中可见的灰尘附着在中继透镜205的表面上。在本前端成像模块在高压锅内进行消毒时，该窗口213也可以隔离水分。类似地，安装在主模块上的第三光学窗口214也可以封闭剩下的光学组件以防尘。第三光学窗口214暴露在主模块的前端。因此在多项实施方式中，本光学成像装置可以被拆分为两个独立模块，两个独立的模块可以通过两个光学窗口213和214连接在一起。

与其他附图一样，图2显示了光学设计示例。因此，透镜元件或光学部件的数量，例如在每个透镜中以及它们的形状、位置、配置、和布置，可以变化。例如，尽管图2中所示的第一中继透镜205是一个双胶透镜，其外表面分为凹面和凸面，该中继透镜也可以包含一组透镜，本透镜组可以包括一个双胶透镜和一个空气间隔单透镜(air space singlet)。然而在多种实施方式中，中继透镜205包含有一个或多个光学元件，从而可以提供如同中继透镜205的中继透镜的相应功能。

图3示意地显示了光学设计的另一实施方式。该可替代实施方式中的光学成像系统，其包括光学窗口302、成像透镜304、以及中继透镜305，以与图2所示的系统相似的方式工作，但生成如图3所示的具有较小视场的图像。本成像装置的前端部分与图2所示的不同，而成像系统的其他部分与图2所示的相同。因此，图2中所示的组成部分209、210、211、212、213和214与图3中所示的组成部分309、310、311、312、313和314对应相同。在一些其他的实施方式中，具有独自特点或运用独特方式设计而成的不同光学成像系统拥有着不同的性能特征，和/或允许成像装置运用到不同的眼睛或甚至是其他物体上，比如成年人的眼睛、马的眼睛、狗的眼睛、猫的眼睛以及兔子的眼睛等等。

图4示意显示了本发明的一种三维眼睛成像装置的实施方式。当光学窗口402直接接触眼睛401的角膜403时，可以对视网膜406进行成像或拍摄。从视网膜射出的光穿过眼睛晶状体407的中心时，视网膜将会通过成像透镜404和第一中继透镜405，在二次像面408上形成实像。第二中继透镜409的前焦平面位于二次像面408的附近。两个成像模块411和412分别包含了微型透镜431和432以及图像传感器441和442，与图2所示的相类似，位于第二中继透镜409的后焦平面的附近(其中一个焦平面被一个分束器410折叠)。分束装置410用于分别为成像模块411和412提供两条分开的光路，左光路和右光路。在多种实施方式中，模块411和412有光轴413和414，分束器410将光轴射向眼睛方向，两条光轴相互平行，但以固定的间隔距离位于第二中继透镜409和分束器410之间。光轴413和414汇聚到眼睛上，例如，视网膜和/或后部，因此形成一个内角并且汇聚在光学窗口402和/或成像系统的入瞳。各自的成像模块411和412中的独立的光学光阑451和452通过相应光学路径中的光学透镜从光阑到眼睛向后传播，从而形成两个靠近晶状体407的入瞳。图4中的插图示意显示出一个双入瞳415和416的侧视图，此双入瞳位于眼睛的虹膜开口417中心附近，并且分别是光阑451和452的图像。

在一些实施方式中，光轴413和414的延伸部分不是平行的，但是最终两光轴会汇聚到眼睛里的视网膜406上，从而在成像透镜404的前方和光学窗口402之间形成一个小的汇聚角418。在成像模块上的光轴413和414之间的间隔将会决定汇聚角418。汇聚角418决定了所记录的3D图像的立体效果。在多种实施方式中，成像系统校准后,视网膜图像的聚焦状态可以通过形成并记录在图像传感器441和442的图像422和423的中间的叠加来调整。例如网框421所示,在某些实施方式中，图像422和423的中心区域没有完全重叠,即表明图像没有聚焦。使用软件对两个图像的差距进行检测,并采用一个闭环控制机构，将会快速精确地获取到视网膜图像的最佳焦距，从而获得两个图像至少大体上或在一些实施方式中完全的相互重叠。如上述讨论的，驱动器可以通过改变一个或两个成像模块411和412的诸如一个或多个微型透镜的一个或多个透镜的纵向位置和/或光学传感器的纵向位置来调节焦距。驱动器的移动,可以通过图像评估产生的一个或多个反馈信号,以电子控制方式来驱动。如上所述，在多种实施方式中，驱动器可以包含一个音圈。对两张图像相同的特征相关位置的评估，例如，左侧图像中某个动脉/静脉血管的位置在右侧图像中是否位于同一动脉/静脉血管的左侧或者右侧，可以用来决定焦距调整的方向。每一个图像传感器的位置都是经过预先校正的，以至于当两张图像完全重叠时单独的图像焦点对准。当所捕获的立体图像显示在一个3D显示器时，用户可以清晰地看到眼睛后部的物体的深度。因此，多种实施方式都包括3D显示器。正如上述的实施方式所述，光学窗口419和420可以在前端成像模块和主模块之间的连接处被被分别包括在前端成像模块和主模块中，以防止灰尘和允许将成像装置放入高压锅消毒。

拆分光束的方法多种多样，因此分束器410可能包含不同类型的光学元件和/或配置。在一些实施方式中，装置410可能包含一个全反射镜面，本镜面被设置为快速地插入到一个位置并且从插入位置移除或折叠和打开(back up)。如图4示意显示的位置，从眼睛里反射光被引导至成像模块412。模块412拍摄完成单张或多张图像之后，装置410可能会被拉出或者离开其先前所在的位置以允许中继透镜409出射的光进入到成像模块411中。其结果是，当多个操作同步时，可以通过两个图像传感器高速顺序地记录两张图像。在一些实施方式中，装置410可能包含并且是被分割为透明部分410a和反射部分410b,这两部分相互横向放置。在多种实施方式中，在透明部分410a和反射部分410b之间有一个分界线，本分界线要对准成像系统的光轴的中心。从眼睛发出的光在到达模块411之前，可能穿过装置410的透明部分410a，而光线到达模块412时，光线可能被反射部分410b反射。在这，两个图像传感器的快门(如果有的话)可以被同步以同时地拍摄图像。在其它的实施方式中，两个成像模块411和412可以安排为并排的并且它们各自的光轴同这两个光学装置之间的适度间隔相平行，从而提供立体或3D效果。尽管成像模块411和412的光轴被安排为平行的，在视网膜上可能会有一个小的汇聚角。因此，这些光轴可能形成一个内角并且在成像系统的光学窗口402和/或入瞳汇聚。第一中继透镜405的屈光度可会造成汇聚光轴到光学窗口、入瞳和眼睛(例如：视网膜)。在多种实施方式中，本汇聚角度约为6.5度或更小，并且可以举个例子，比如角度范围介于8度或7度到3度、4度、或者5度，或者它们中间的任意组合以及其它超出这个范围的角度组合。在一些实施方式中，一个固定的但部分透明的，部分反射的分束器410能够被用于分开成像光，从而将光线分别射到成像模块411和412。

在一些实施方式中，使用立体成像装置还能够允许实现更多的复杂技术以提高视网膜成像的图像质量。在多种实施方式中，例如，用软件来分析两张立体图像中的疑似伪影的间隔。这样测量出的间隔可以同视网膜上观测特征的间隔进行比较。两种间隔的差别直接与玻璃体内被观测物到视网膜的距离有关。如果这种间隔的差别大于确定的标准，那么可以从图像中除去这些伪影。

第一和第二立体相机所捕获图像中的特征(伪差)的间隔与产生这种图像特征的物体到视网膜的距离密切相关，但在这种情况下视网膜则是指本立体相机的汇聚点。距离视网膜越远，水平方向或沿两光轴分离方向的间隔就会越大。换而言之，如果物体恰好位于汇聚平面上，例如视网膜，而且来自于第一立体相机和第二立体相机的图像相互重叠时，两个图像上的特征都会清楚在相同位置显现。使用一种合适的图像处理技术，例如图像卷积、特征点追踪或其它方法，通过第一和第二立体相机在相同时间捕获的当图像是重叠的时候显示间隔的图像的共同特征可以被识别并且间隔可以被测量。假如物体确定为远离平面，本平面是第一和第二立体相机轴线的汇聚位置，例如汇聚平面，那么伪差可以确定是物体的散焦图像，本物体相对于汇聚平面(比如视网膜)有一定的距离。本物体可能是杂散光，例如，来自于晶状体的杂散光等。因此，这些图像上的特征可以通过图像处理除去。来自于另一台相机的信息可以被用来填补图像的特定区域，而该区域是从一台相机的图像上移出图像特征的区域。例如，来自于从两个传感器411和442获取的两个图像的信息是充分的。两张图像中分别移除的部分均为不同的位置。因此在移出一张图像的伪差之后，被移出的部分能够被从另外一张图像上得到的信息或部分图像所填满。另一张图像上也可以使用相类似的方法移除伪差。所谓的伪差可能包括为来自晶状体的多余反射光、薄雾等。可以运用电子处理模块从而提供这种图像处理能力。

图5(A)示意地显示了多种实施方式中，眼睛成像装置所运用的一种光调节元件。为了获取高质量的图像，应通过眼睛的自然张开的合适区域提供适当的照明，同时避开成像路径。特别地，通过眼睛瞳孔的外围区域提供照明。本方法减少了来自瞳孔中间部分的反向散射光，此反向散射光也将弱化通过视网膜反射的同样穿过瞳孔的光而获取的视网膜图像。由于眼睛是一个复杂的生物器官，有其自身的特殊光学系统，来自于眼睛的散射和反射将结合其自身的小光阑，从而加大了捕获一个高质量图像的难度。特别是，从眼睛里的反射和散射将会造成炫光和迷雾，将会使得眼睛成像装置捕获到模糊的图像。因此，所捕获的眼睛后部的宽视场图像，将会经常出现一层厚厚的迷雾或炫光。本问题还将随着眼睛的黑色素沉淀而更加严重。然而，对上述的特定眼睛区域提供照明可以减少反向散射和反射以及所造成的炫光和迷雾。

光线可以从光源(图5(A)中未示出)发射并投射到位于光学窗口501周边部分509后方的光调光元件506。图5(C)示意显示了光调节元件的立体透视图。本光调节元件506为中空环形主体，本主体被设置为环绕或放置在成像透镜504的周边。特别地，环形主体具有开口区，其中可布置成像透镜504或其部分。本光调节元件被设置为为光线提供一个路径以传递到成像透镜504的周边再传递到眼睛。本光调节元件有一条中心轴540，一个前端和一个后端分别具有相应的前表面522和后表面503。本光调节元件也包含内侧表面和外侧表面。本元件的内侧表面508靠近成像透镜504并且并限定内开口区以放置成像透镜504。在多种实施方式中，比如图5(A)和图5(D)示意显示，内侧表面508包括一个多段式表面结构。在一些实施方式中，外侧表面包括一个多段式表面结构。多段式表面结构的不同部分或段都有不同的特点，例如形状不同。在一些实施方式中，不同的段拥有不同的曲率和/或倾斜角度。不同的段也可能有不同的的纹理、涂料或包括不同的材料。然而，在一些实施方式中，不同的段有不同的形状以不同地反射和/或折射在其上的光线，例如，至不同方向。

如图5(C)所示意，光调节元件的主体可以包括中空截锥形立体结构，本结构包含有固态导光或透明材料。然而在一些实施方式中，本光调节元件包括不透明材料。因此，本光调节元件可以包括玻璃、塑料、陶瓷、金属、或者以上物质的混合物，其它材料也可以被使用。本形状的特点是中空的、环形的和截头锥形。垂直于纵向的前表面和后表面以及横截面是圆环形状。后表面有一个较大的横向延伸，比如内半径和外半径均大于前表面。图5(D)示意了在一些其它实施方式中的光调节元件的横截面。虽然图5(A)和图5(D)示意了在某些实施方式中的光调节元件的横截面视图，光调节元件能够关于光调节元件的中心轴540旋转对称。在多种实施方式中，多段式表面结构中的每一段都是环形的，并且关于中轴对称。在多种实施方式中，本光调节元件包含了一个中空的旋转对称环，本环的内表面包括不同的段而不是一个光滑的表面。

如上所述，光调节元件的至少一个表面包括多段式表面结构，本结构有多个反射段和/或折射段。多段式表面结构中的不同段可具有不同方向、不同形状、不同涂层、或任意其他不同配置。多段式表面结构中的各段的尺寸沿中心轴的方向从0.05mm或0.1mm至1mm或2mm之间变化。各段的尺寸还能够是其他值。在一些实施方式中，在一个光调节元件中的段的总数需超过2段，但要小于10段或20段。其他段的数值也是有可能的。在多种实施方式中，大多数的段包括反射段(例如：至少有80％、90％、95％、99％或100％的反射率以及在其范围内)，从而将光源出射的光线反射到眼睛。在多种实施方式中，多段式表面结构包含一个镜面反射表面。因此，在多种实施方式中，多段式表面结构不包含微结构折射漫射器。多段式表面结构能够被设置为相比一个折射漫射器有更好的能源利用率。在一些实施方式中，例如，光调节元件的效率可以达到50％、60％、70％或更高或在本范围之间。

由于多段式反射面和多段式折射面上有不同的段，所以光调节元件可以将光源所发出的光分散至各个不同位置。在一些实施方式中，从光源出射的光从多段式光调节元件反射出来，再由多段式表面结构的全内反射和有可能的折射，将光线分散至不同部分。在一些实施方式中，本光调节元件将光源出射光线分散至不同部分，例如通过多段式表面结构的全内反射和折射。本光调节元件能够为光线的传播提供一个光通道530。在多种如图5(A)和图5(D)显示的实施方式中，光通道530由光调节元件的一个内表面508以及成像透镜504的外表面或者侧壁505形成。在另一些实施方式中，中空的外部通道503可以被设置为接收从光源出射的光线，并将光线直接射入眼睛。光通道530可以作为一个外部光通道，这是因为该通道是在光调节元件的主体的内表面508和成像透镜504的侧表面之间的开放空间中形成的。在其它实施方式中，光通道可以形成于光调节元件主体的两个侧表面之间并且被称为一个内部光通道。在任一情形中，至少有一个形成光通道的表面包括一个多段式表面结构。比如一个多段式表面结构可以将光线以所期望的方式分散到眼睛里。多种实施方式包括有一个外部光通道和一个内部光通道。

如图5(A)及图5(D)所示意的实施方式，光调节元件被设置为直接将光线的第一部分从光通道的内边沿传递到眼睛视网膜的第一区域，本第一区域包括光学成像系统的一个光轴。在多种实施方式中，第一区域包含了光学成像系统视场的三分之一。当光学成像系统的光轴和眼睛的光轴相对齐时，本第一区域就是眼睛视网膜的中心区域。在多种实施方式中，光调节元件被设置为直接将50％、60％、70％和80％以上的来自光通道内边沿的光线导入视网膜的第一区域。本光调节元件同样被设置为直接将光线的第二部分从光通道的外边沿导入眼睛视网膜的一个第二区域，而该区域远离光轴并且相对于光通道的外边沿位于光轴的相反面，光从光通道的外边沿射出。本第二区域距离光轴较远，超过成像系统的视场的三分之二。当光学成像系统光轴与眼睛光轴相对齐时，本第二区域则是视网膜的周边区域。在多种实施方式中，光调节元件被设置为50％、60％和70％以上的光线从光通道外边沿导入进视网膜的第二区域。在多种实施方式中，光线的第一部分与光学成像系统的光轴形成了一个角度，度数介于+10度到-30度之间，而光线的第二部分与本光轴所形成的角度介于30度到-90度之间。在这种情况下，如图5(A)所示，正角度对应于光线从光轴向上传播。相反的，负角度对应于光线从光轴向下传播。在多种实施方式中，光学窗口的光轴方向与中空锥形立体结构的中轴540是相同的，并且在一些实施方式中，两个光轴是相对齐的。在多种实施方式中，光调节元件被设置为直接将50％、60％、70％和80％以上的光线从光通道的内边沿，并以与光学成像系统的光轴成+10度到-30度的角度传播。在多种实施方式中，光调节元件被设置为直接将50％、60％和70％以上的光线射出光通道的外边沿，并且与光学成像系统的主光轴成一个-30度至-90度的第二夹角。

如图5(A)示意显示，在多个实施方式中，本光调节元件可以被设置为引导光线在角膜及光学窗口上位于光学成像系统的成像光路之外。因此，在成像光路上，角膜和光学窗口的反向散射会减少。从而会极大地降低传到传感器的视网膜图像上的薄雾和炫光。

同样如5(A)和图5(D)所示，在多种实施方式中，眼睛成像装置能够包含一个中空的外部光通道530，本光通道形成于光调节元件506的多段式表面结构508与成像透镜504的侧表面之间。本光调节元件506可以包含一个可进行光学反射(和可能的折射)的多段式表面结构，本结构可以将光源出射的光线通过多段式表面结构的例如全内反射的反射(和可能的折射)拆分成不同的部分。多段式表面结构508可能会相对于成像透镜504的侧表面有一个适当的空隙以形成一个外部光通道530。在一些实施方式中，光调节元件的内表面和成像透镜的外表面之间的空隙大于零小于或等于3.0mm、2.5mm、2.0mm、1.5,mm、1.0mm或0.5mm并且大于零或者在它们之间。例如，在本发明的一些实施方式中，空隙可以在3.0mm和2.0mm之间，或在2.5mm和1.5mm之间，等。空隙超过上述范围也是可以的。在各种实施方式中，成像透镜504的侧表面包括光吸收材料的第一层或第一镀膜和光反射材料的第二层或第二镀膜505，其中光反射镀膜在光吸收镀膜之上。本多层镀膜结构可以在从镀膜的另一侧反射照明光线的同时，产生对成像透镜504内的杂散光的强吸收。然而，其它设置也是可能的。

因此，继续参照图5(A)及图5(D)，在多项实施方式中，光线被射入光通道的远离透明窗口的后部。光线通过光通道传播，可能从成像透镜的镀膜侧壁和光调节元件的多段式内表面结构上反射。光通道内的光线传播至更接近透明窗口的光通道的前端，并射出光通道。

在多种实施方式中，经过多重反射之后(以及可能的折射，例如，在传输段507)，光线的一部分通过外部光通道的外边沿509(如图5(D)所示)、光学窗口501和角膜502进行传播，到达眼睛视网膜的第二区域510，该第二区域510远离光轴并且相对于光通道的外边沿处于光轴的相对侧。第二区域510远离光轴超过成像系统视场范围的三分之二。当眼睛与光学成像系统的光轴对齐时，第二区域510则是视网膜的周边区域。光线从光调节元件的内侧表面反射后射出光通道。例如，射出光通道的最后一次反射是来自于光调节元件的内侧表面。来自光通道外边缘的部分光线509a相对于光学窗口的光轴和/或光调节元件的中轴540所成的夹角在-30度至-90度之间。在多种实施方式中，大多数从光通道外边沿射出的光线，例如，50％，60％，70％，80％，90％，95％或者更多或者在其范围内的光，将直接射入周边部分，比如相对于光学窗口的光轴和/或光调节元件的中轴540所成夹角在-30度到-90度之间。

另一部分光线射出光通道的内边沿511并且通过光学窗口501和角膜502传播，入射到眼睛视网膜的第一区域512，其中包括光学成像系统的一个光轴。第一区域包括光学成像系统视场范围的三分之一。在一些实施方式中，当眼睛与光学成像系统的光轴对齐时，第一区域512则为视网膜的中间部分。光线从成像系统的外表面反射后射出所述通道。例如，射出光通道之前的最后一次反射来自于成像透镜的外侧壁表面。在多项实施方式中，从光通道的内环形边沿射出的部分光线同光轴所成的夹角范围在+10度到-30度之间。在多种实施方式中，大多数从光通道的内边沿511出射的光线，例如50％,60％，70％，80％，90％，95％或更多的光线或处于其范围内的光线，射入中间部分，比如同主光轴所成的夹角范围在+10度到-30度之间。

如图5(A)所示，在多项实施方式中，在设计多段式表面结构以及光通道511的内边沿的位置时，要保证从这些区域出射的光线不被眼睛的虹膜边沿513所阻挡，眼睛检查时可能散瞳或不散瞳。此外，在多项实施方式中，多段式表面结构和光调节元件都被设置为使得该光线在瞳孔的周边位置通过眼睛的数量多于在瞳孔的中心位置通过眼睛的数量。在一些实施方式中，例如，大多数从光调节元件射出的光线并未通过眼睛瞳孔中同成像光路相关的那个区域，这样可以减少在成像光路中的入射照明出现反向散射的可能性。在一些实施方式中，本光线的总量超过85％，90％或95％或位于其间的其他数值。在很多情况下，很多眼睛检查都需要使用一些药物进行散瞳。在这种情况下，新生儿瞳孔的孔径大约为6到8mm，早产儿大约为4mm，儿童大约为5mm。相反的，在多种实施方式中，光学成像系统的入射光瞳大约1到2mm。此外，在一些实施方式中，大部分从光调节元件出射的光通过眼睛瞳孔或者光学成像系统的入射光瞳传播，且要距离眼睛成像系统的光轴或者光调节元件的中心轴最少为2mm或2.5mm到3mm或3.5mm。在一些实施方式中，光线总量大于80％，90％，95％，97％，99％或其它在本范围之内的数值。因此，本照明光线在成像系统入射光瞳(入射光瞳的直径大约为1至2毫米)之外的位置传递至眼睛，并且仅极小的量(如果有的话)通过光学成像系统的入射光瞳接近视网膜。为了进一步的说明照明装置，图5(A)的一个插图示意显示一个光学窗口501的正视图，从光通道内边沿出射的光形成一个光环511a以及从外边沿出射的光形成一个更大的光环509a。光学窗口501的中间部分517为从视网膜返回的作为成像光线的光线保留下光路。为了说明在光学窗口的照明条件，图5(B)示意性地示出光学窗口上的光强度(I)轮廓。如图5(A)和图5(B)所示，照明路径和成像路径在光学窗口501上实质上是分开的。

如上所述，在一些实施方式中，光学成像系统形成了一个入射光瞳，该入射光瞳靠近眼睛的晶状体。图5(A)的另一个插图显示了晶状体前表面的正视图。在本图中，入射光孔515位于虹膜513的中心附近。从光通道内边沿511和外边沿509出射的照明光线落在光学成像系统的入射光瞳515之外的区域516中，但未落在眼角膜的环形区域内或者是光学窗口上(例如，光学窗口的紧贴眼睛的前表面)以及位于光学窗口的光轴附近入射光瞳上。因此，在多种实施方式中，大部分从光调节元件出射的光线(如50％以上的光线)当传递到视网膜时并未落在成像系统的入射光瞳内。在一些实施方式中，本类光线的数量至少占有70％，80％，85％，90％或其它在本范围之内的数值。类似的，在多种实施方式中，大部分从光调节元件出射的光(如50％以上的光线)当传递至视网膜时并未落在角膜或光学窗口上的成像系统的光路内例如，光学窗口的紧贴眼睛的前表面)。在一些实施方式中，本类光线至少占有70％，80％，85％，90％或其它在本范围之内的数值。为了证明晶状体前表面的光照情况，图5(B)也示意显示了照明光线的光照强度(I)轮廓。本发明在光学设计上在角膜上的、光学窗口上的(例如：光学窗口的紧贴眼睛的前表面)和晶状体的前表面上的照明路径和成像路径之间，都创造了一个间隔；以及甚至在一些实施方式中，本间隔在成像系统的入射光瞳上。本设计降低或防止反射光和杂散光进入成像路径并最终进入图像传感器。如图5(B)所示，在照明区域516和入射光瞳515之间被创造有一个小的边界区域，因此进一步减少了相互干扰。本边界区域的宽度小于0.5mm。如上所述，来自光通道内边沿511a的照明光线被投射在视网膜的中间部分，而来自外边沿509a的光线则被投射在视网膜的周边区域。在多项实施方式中，来自光学窗口501的两个光环509a和511a的光线可能在视网膜上形成一个照明重叠的区域，并由此形成一个相对均匀的照明条件。

如上示意显示的，在多项实施方式中，光学窗口放置在成像透镜的前端以及光调节元件的前端。在一些实施方式中，光学窗口在组装过程中可以从外壳内侧放入(例如，从与前端的眼侧方向相反的后端方向)。在一些实施方式中，光学窗口的尺寸使得光学窗口的周边部分向前延伸至光学调节元件前方。在多个该实施方式中，从光调节元件出射的朝向眼睛的光线可以通过光学窗口的周边部分传递至眼睛。在一些实施方式中，光学窗口的尺寸较小，从光调节元件出射的朝向眼睛的光线不会通过光学窗口的周边部分传递至眼睛。

图5(D)示意显示本发明的一个光调节元件的横截面示意图，本图描绘了一个由光调节元件的内表面(被示出为多段式表面结构)和成像透镜的外侧壁形成的外部光通道。中空的截头锥形装置506可能包含了光导的或透明的材料。本装置表面的某些部分可能经过了光学抛光。在一些实施方式中，表面507可能未镀膜或者镀了光学增透膜，并且有可能通过折射使光被重新定向。表面508的多段结构519,520，521和522可能镀了光反射镀膜。本表面的段521可为球形或非球形曲面，如在不同实施方式中的其它段也可能为球形或非球形曲面。光源射出的光线进入外部光通道，本光通道是在光调节元件506和成像透镜504的反射表面505之间形成的。一部分光可能被反射表面519阻挡并反射。而一部分光可能首先被表面505反射，然后又被表面段520所反射，紧接着在表面505进行二次反射后最终从光通道的内边沿511射出并投射在视网膜的靠近成像系统和眼睛的主光轴的中心区域。先经过表面505反射，随后经过表面521反射的一部分光线会从光通道的外边沿509射出并投射在视网膜的穿过成像系统和眼睛的光轴的周边区域。在多项实施方式中，仅在表面505反射一次后射出光通道的一部分光可能最终投射到视网膜在中心区域和周边区域之间。可以利用射线追踪模拟的方式来设计本多段式表面结构。

图5(C)和图5(E)示意显示一个光调节元件包括例如被多个空隙分隔的多个部分或多块。本光调节元件可以被设置为以顺序照明方法提供强化照明，该方法将在下文详细阐述。如图5(E)所示，多个空隙518或屏障用于将光调节元件分割成多个部分。本屏障能够包括在光通道内侧的挡光(例如不透明的)条或部分，或者在光调节元件的内表面里的光吸收条或部分，二者都具备相同的光学效果。例如，光调节元件可能包含四个尺寸相等的部分。每个部分之间的间隔防止来自光调节元件的一个部分的光进入另一部分。这些间隔可能包含空气空隙或者被填充了一些材料，比如不透明材料，或者以上的结合。在多种实施方式中，上述部分的数量和位置同顺序照明方法中的发光元件的数量有关。例如，图5(C)和5(E)示意显示的光调节元件的结构被设置为同具有四个发光元件的照明系统共同工作。尽管图中所示的光调节元件有四个部分，但是本光调节元件可以包括更多或更少的部分或块。尽管图5(E)所示的相同尺寸的部分，但在一些实施方式中，各部分的尺寸并不总是相等的。另外，尽管图5(E)示意显示了四个完全独立的块，在某些实施方式中，拉长的狭缝可以将各部分分隔，然而光调节元件可以包括一个单独的整体块，被狭缝限定的四个部分不会完全将各部分分割成单独的块。同样的，也可以使用各种组合。比如，光调节元件可能包含两个块，每个块都有一个狭缝，因此每个块都可以分割为两个单独的部分，总共为四个单独的部分，并且其他配置也可能存在。

在多种实施方式中，光调节元件有着不同的形式，但都可以达到相同或相似的结果。图6(A)和图6(B)示意显示光调节元件的一些实施方式。光调节元件605能够包含具有双表面的固体光导或透明材料(可能包含塑料或玻璃)。本光调节元件包含了两个侧表面—一个内表面641和一个外表面642，其中，至少有一个侧表面具有多段式表面结构。光调节元件605包含了一个光通道630，本光通道形成有固态光学透明材料的两个侧表面641和642。其中，内表面641可能与成像透镜的侧表面相接触。本光调节元件605内的光通道630可以被看作是一个内部通道。光源所射出的光在固态光学透明材料的内部光通道传播。多段式表面结构可能包含反射和折射段。在一些实施方式中，两个段606和608上面镀了光反射镀膜，而剩下的段607被抛光并且具备光传导的功能。在多种实施方式中，如果固态光学透明材料的折射系数相比周边的一种或多种介质足够高，则段606或608表面不需要镀反射镀膜，因为光线可能通过全内反射被反射。因此，光调节元件的内表面和成像透镜的外表面被空气空隙分隔开，二者之间的间隔距离大于零并小于或等于0.3mm、0.2mm、0.15mm、0.1mm或0.05mm或者在它们之间，例如在本发明的某些实施方式中，间隔可以处于0.3mm至0.1mm之间或者处于0.15mm至0.05mm之间等。间隔距离也可能落在上述区间之外。在多种实施方式中，成像透镜的外侧表面604可能镀了光吸收材料来吸收大量的杂散光和/或者镀上一层反射材料。光通道元件和成像透镜的一个或两个可能包含一个或多个镀膜来提供合适的反射能力和/或光吸收能力。

在多种实施方式中，当光源紧邻光调节元件605时，从光源的射出的光线即可进入光学调节元件605，或者光线经透镜、光导纤维或其它装置入射至光调节元件。光线的某些部分可能被表面608的反射段边沿607所阻挡。在多种实施方式中，大部分光进入内部光通道630，本光通道是由两个多段式表面结构606和608构成的。例如，表面606可能包含表面的两个段641和643。在一些实施方式中，经由表面606反射后，再由表面608进行反射，再由表面606进行再次反射的一部分光线将从光通道的内边沿611附近出射，并且在通过光学窗口601和眼角膜602之后投射到视网膜的第一区域612。在一些实施方式中，经由表面606反射后又经表面608所反射的一部分光线从光调节元件605的外边沿609附近出射；并且这部分光线可以用来照明视网膜的穿过眼睛和成像系统的光轴614的第二区域610。仅被表面606反射一次的一部分光线投射至视网膜上的第一区域和第二区域之间的区域。在多种实施方式中，眼睛的视网膜的第一区域包括光学成像系统的光轴。本第一区域能够包括光学成像系统总视场的三分之一。当光学成像系统的光轴与眼睛的光轴相对齐时，第一区域即为眼睛视网膜的中心区域。眼睛视网膜的第二区域距离光轴较远，并且相对于光线从其射出的光路的外边沿而言，在光轴的相对侧。第二区域到光轴的距离大于整个成像系统视场的三分之二。当光学成像系统的光轴与眼睛的光轴相对齐时，第二区域即为视网膜的周边区域。在一些实施方式中，光学的照明装置以及在眼角膜和眼睛的晶状体前表面上的成像路径与如图5(A)和图5(B)所示的类似。在一些实施方式中，光调节元件包括一个内部光通道，该光调节元件包括一个多块装置，其装置包括多个部分(以及可能在其之间存在的空隙)，比如如图5(E)示意显示，从而在使用顺序照明方法时，可以提供一个更好的照明。

图7(A)示意显示光调节元件一些可替代实施方式，本光调节元件提供了一个中空的外部光通道和一个固体的内部光通道。图7(B)展示了带有多段式表面结构的光调节元件706的另外一个实施方式的近视图。外部中空光通道730包括一个内部反射表面705，该表面由成像透镜的一个侧表面以及形成光调节元件706的光学透明材料的内表面上的外部多段式表面结构707、715和708形成。光调节元件706包括了一个主体，本主体包括了光学传导或透明材料，该主体拥有一个内部多段式表面结构707、715、708和外部多段式表面结构，这些多段式表面结构共同形成了内部光通道731。在多种实施方式中，内部多段式表面结构包括了表面707和715的多段，以上两个表面都镀有一层反射镀膜，因此这些表面可以从两侧进行反射。在一些实施方式中，当光调节元件的折射率比较低，导致整体的折射系数不够时，可以应用反射镀膜。当折射系数较高时，也可以应用反射镀膜。另外，在一些实施方式中，光调节元件或其中的某一部分可能会镀有一层光吸收材料以减少杂散光的。在一些实施方式中，光吸收镀膜包含折射率与光调节元件相似并且添加一种黑色的吸收燃料的环氧树脂。多段式表面结构的剩余段经过光学抛光使其干净光洁。成像透镜的侧表面上有光吸收材料的第一层704和光反射镀膜的第二层705。吸收镀膜704用来吸收成像透镜内的杂散光，而反射镀膜705则用来引导在外部光通道730内传播的光线。

从光源射出的部分光线在进入光调节元件706之后穿过光调节元件706的折射段708，并且被两个反射表面705和707多次反射。在多项实施方式中，一部分光线首先在成像透镜的镀膜的外侧壁表面705上进行反射，之后被光调节元件的内部多段表面结构707所反射，在成像透镜的外侧壁表面705再次反射之后，从外部光通道730的内边沿711附近出射，最终投射至眼睛视网膜的第一区域712。仅在成像透镜的镀膜外侧壁表面705反射一次的另一部分光线(未显示)从外部光通道730出射，投射在视网膜的第一区域712和第二区域710之间。在多项实施方式中，从光源射出的部分光线进入到光调节元件706的内部光通道731之后，被分为了两部分。如图7(A)所示，一部分光线在射出外边沿709之前被光调节元件706的内表面707反射，而另一部分可以直接在光调节元件706的外边沿709从装置706出射而不被光调节元件的侧壁反射。如图7(A)中用射线表示的从外边沿709射出的光线可能照射到视网膜的第二区域710。眼睛视网膜的第一区域712包括光学成像系统的一个光轴。第一区域712占据整个光学成像系统总视场的三分之一。当光学成像系统的光轴714与眼睛的光轴相对齐时，第一区域则是眼睛视网膜的中心区域。眼睛视网膜的第二区域710距离光轴714较远，相对于光从其射出的光路的外边沿而言，第二区域710在光轴的相对侧。第二区域710距离光轴714较远，大于整个成像系统总视场的三分之二。当光学成像系统的光轴714与眼睛光轴相对齐时，第二区域即为眼睛视网膜的周边区域。光学照明装置和光学窗口710及眼睛的晶状体的成像路径与图5(A)和图5(B)所示的类似。在一些实施方式中，如同图5(E)所示，光调节元件可以包括一个多块装置，本装置包括多个部分和多个间隔(例如：空气或材料所填充的空隙)，当使用顺序照明方法时顺序地提供视网膜上的不同照明模式。

上述的各项实施方式公开了一种眼睛成像方法。本方法包括打开光源，从而对眼睛进行照明；使用至少具备一个多段式表面结构的光调节元件来调节光源发出的光线并且引导已调节好的光线进入眼睛并到达眼睛的视网膜上；通过一个光学成像系统使用从视网膜上反射的光对眼睛进行成像；以及通过一个图像传感器以接收光学成像系统所形成的眼睛的图像。在多种实施方式中，具备多段式表面结构的光调节元件能够被配置为接收光源所射出的光线，并以一种照明模式将光线入射至眼睛，从而照亮视网膜的周边部分。在一些实施方式中，光调节元件可以通过来自多段式表面结构的反射(全内反射等)和/或多段式表面结构引成的折射将光源的射出光线分为不同部分。光调节元件能够被设置为将光线的第一部分从光通道的内边沿入射至视网膜的中心区域，本区域靠近眼睛成像装置的光轴；并且将光线的第二部分从光通道的外边沿入射至视网膜的周边区域，本区域远离光轴。为了克服眼角膜和晶状体前端表面的散射问题，带有多段式表面结构的光调节元件能够被设置为将光线入射至角膜以及眼睛晶状体的前表面，并且本光线大部分落在光学成像系统的成像路径之外。

本装置可以使用多种不同类型的光学窗口。例如，由图7(A)示意显示，光学窗口有一个开放式的中孔，成像透镜的前端部分通过该中孔适配至光学窗口。本光学窗口包含一个环锥形或环形的透光或透明主体。来自光调节元件的光线穿过本窗口的环形主体。从视网膜返回的光线穿过开放式中孔进入成像透镜。光学窗口的主体具有前方曲面和后方曲面。前方曲面为凹面，并且其曲率与眼睛(例如人的眼睛)的曲率匹配，从而适配角膜的表面。后方曲面位于相对侧，并且距离眼睛较远，具有一个凸表面，尽管在其他实施方式中，光学窗口的前方曲面和后方曲面中的一个或两个可以应用其他形状的表面。

尽管图5(A)、图5(B)、图6(A)和图7(A)示意显示出前端光学窗口的的独特设计方式，但是上述个实施方式中所述的光调节元件和相关照明系统能够同其他类型的前端光学窗口结合使用。

图8示意显示一种关于使用发光元件作为光源的眼睛成像装置的实施方式。眼睛成像装置的光源可以发射可见光谱、红外光谱、近红外光谱和/或紫外光谱范围内的光线。在一些实施方式中，光源可能包含多个发光元件。本发光元件能够包括固态发光器，例如发光二极管和/或者任何其它具备发光能力的元件。发光元件可以结构简单、高效并且由低电压驱动。光源803可以直接抵靠光调节元件802放置。光源803可以包含发光元件和散热器，本散热器适用于消散固态发光装置所产生的热量。光源射出的光线通过光调节元件802和光学窗口801以例如上述的方式射入眼睛的后部。光源与散热器均位于一个内部罩或壳806之外，本内部罩或壳中安装有光学成像系统，本成像系统至少包括成像透镜804的一部分。本罩或壳能够包括，例如，一个管或环。通过沿罩806外表面排列的电线805向光源供电。如果眼睛成像装置包括两个单独的模块，比如一个前端成像模块825和一个主模块828，二者在接口815处分隔开，一个或多个电连接器807能够用于互相连接在前端模块825里面的或前端模块825上的电线805和在主模块828上或主模块828里面的电线808。在多种实施方式中，如图8右侧示意显示，更加复杂的光源803的电子驱动器能够容纳在主模块828内。被设置为直接接触角膜的可拆卸的前端成像模块825能够依照多种照明需求和应用来配备多种类型的发光元件。例如，第一类型的前端成像模块可以包括具有第一波长范围的光发射器，并且第二类型的前端成像模块包括具有区别于第一波长范围的第二波长范围的光发射器。当两种类型的前端成像模块以通用的电连接器807与主体828相连接时，对于不同的应用，第一类型的前端成像模块可以与第二类型的前端成像模块互换，反之亦然。使用者可以选择前端成像的类型并且便捷地拆卸并断开前端成像模块825，并且将前端成像模块825更换为另一个，从而使用者可以便捷地将前端成像模块连接到主模块828上。在一些实施方式中，可拆卸的前端成像模块825可以通过与电连接器807相连接的主模块中828的相同标准的电驱动器驱动。为了阻止灰尘进入装载光学器件的外壳，可以使用两个光学窗口809和810。然而，在一些包含了一个单个单体的外壳的实施方式中，与单独的前端成像模块和主模块不同，电连接器807和光学窗口809、810能够被排除。

在多种实施方式中，均匀的分布光源的位置，从而为视网膜提供均匀的照明。光源的数量可依据特定的应用而变化。图9示意显示了发光元件分布的两个实施方式，其中，分别使用总共8个和4个发光元件。在一个实施方式中，发光元件902安装到散热器901上，散热器901包括一个环状结构以增加其聚热和散热能力。8个发光元件902均匀的放置在散热器上。发光元件可以顺序的打开或同时打开，或者依照任何期望的顺序打开。在多种实施方式中，发光元件与图像传感器的快门也是同步的。驱动器和/或者控制器能够用于控制照明的时间和/或顺序。尽管图9示出了4个和8个发光元件，本装置能够使用更多或更少的发光元件。在一些实施方式中，本装置将会使用大量的发射器以使得光源形成“线性”线光源。例如在一些实施方式中，本“线性”线光源能够被弯曲并且以成像系统的光轴为中心形成一个环形。图9示意显示了一个实施方式，本实施方式具有4个发光元件904、905、906、907，分别位于环形散热器903的0度、90度、180度和270度的位置。

本文所述的采用顺序照明的宽视场眼睛成像装置能够解决散射问题，并且因此使得图像本质上无眩光和薄雾以获得高质量图像。在一些实施方式中，本眼睛成像装置包括一个在外壳内的光源。其中，本光源包括被设置为按时间顺序照明眼睛的不同部分的多个发光元件。图像传感器被设置为接收多张视场相同的眼睛图像，该图像是当眼睛的每一部分被按时间顺序照明时通过光学成像系统形成的。在一些实施方式中，本眼睛成像装置还包含一个图像处理单元，本图像处理单元被设置为产生一组指令以处理多张图像，从而创造出一张眼睛的单独的清晰的图像。在一些实施方式中，本眼睛成像装置还包含被设置为暂时的存储多张图像的存储器，和被设置为接收和传输多张图像的计算和通信单元。多张图像能够被传输至包括图像处理单元的计算装置或基于网络的装置，图像处理单元被设置为一组指令以处理多张图像，从而创造出一张单独的清晰的图像。

图10示意显示了一个发光元件按时间顺序被打开时获取的示例图像，以及用于根据本发明的多个实施例提供图像质量的方法。当发光元件按时间顺序被打开时，会产生一种可使用的照明条件。例如，在具有4个发光元件的照明系统中，如果仅一个发光元件被打开，相对比视网膜或眼睛后部的其他部分而言，视网膜或眼睛后部的第一部分的照明亮度会被提升。随后，如果第二个发光元件被打开，与视网膜或眼睛后部的其他部分(其中包括第一部分)相比较而言，视网膜或眼睛后部的第二部分的照明亮度会被提升。同理，如果第三个发光元件被打开，与视网膜或眼睛后部的其他部分(其中包括第一部分和第二部分)相比较而言，视网膜或眼睛后部的第三部分的照明亮度会被提升。最后，如果第四个发光元件被打开，与视网膜或眼睛后部的其他部分(其中包括第一、第二和第三部分)相比较而言，视网膜或眼睛后部的第四部分的照明亮度会被提升。在本例中，其中的视网膜被等分为四个部分，每个部分大约可以占视网膜总区域的25％。然而，在其他实施方式中，亮度提升部分可能小于眼睛的50％、40％或30％，但大于眼睛的1％、2％、5％、10％、或20％。在一些实施方式中，这个部分在20％至30％之间。在这范围以外的其他数值也是有可能的。

在多种实施方式中，这一部分的平均亮度比眼睛的其他部分高，以及这一部分所具有的平均强度大于视网膜或眼睛后部的剩下的一个或多个部分。因此，通过眼睛成像装置获取的示例图像1001的仅一部分在图10中被示出具有增强的照明。在示例图像1001中，比图像的四分之一1005略大的阴影区域具有增强的照明，然而剩余的四等分区域1002、1003、1004都具有减少的照明。然而，由于眼睛独特的散射特性，眼睛的散射光通常会以炫光和薄雾的形式呈现在相反位置的图像四分之一区域1003，在主要照明的四分之一区域1005留下一个清晰的部分。本清晰部分本质上是无薄雾和炫光的，或者是仅有可忽略不计的薄雾和炫光。因此图像的四分之一区域1005，即清晰的部分相对于其他部分而言，本质上有极少的炫光和薄雾。照明区域的亮度通常会向其边缘区域1006逐渐减少，然而图像四分之一区域1005的亮度是相对均匀的并且对图像传感器有适当的曝光。

因此，在多种实施方式中，例如，通过打开其中的一个发光元件以提供光线而其他的发光元件保持未打开状态来照亮视网膜或后部的第一部分1005(大约为四分之一)。随后，可以打开发光元件中的另外一个。当下一个发光元件被打开时，照明区域将移动至以另一部分为中心，另一部分比如视网膜或后部的另外一个四分之一区域1002。本系统将捕获另外一张图像。接下来是通过打开另一发光元件来照明第三部分，例如，四分之一区域1003。最终，通过打开另外一个发光元件以照亮第四部分或四分之一区域1004，而后捕获另一图像。在本示例中，每次仅打开一个发光元件而其它发光元件保持未打开状态。当全部的四个发光元件依照时间顺序都被打开时，即可获得四张图像，这四张图像的不同的四分之一区域具有增强亮度和清晰的部分。

顺序是可以更改的。此外，尽管在上文中阐述了在同一时间仅打开一个发光元件，而在一些实施方式中，可能会在同一时间段内打开两个或更多的发光元件。尽管每次打开一个不同的光源即可捕获到一张图像，但是也可能记录多于一张图像。同样，打开发光元件可以包括相对于关闭状态来转换发光元件；或者另外地例如明显地增加发光元件的光输出量。此外，来自发光元件的光可能被阻挡、阻止、衰减或重新定向或另外的调制。然而，在多种实施方式中，视网膜或后部的不同部分将被选择性的照明以超过其他部分的照明度。所选的增强照明的区域是可以改变的，以至于在不同时间提供不同区域的增强照明。在那些时间，选择照明同捕获图像是同步进行的。因此，可以在不同时间获取图像并用于产生具有极少的炫光和薄雾的合成图像。在一些实施方式中，本系统可以使用一个驱动器和/或控制器来打开发光元件，以引导从所选的一个或多个发光元件中射出的光线而不是其他发光元件所射出的光线，或者选择性地调节发光元件。在一些实施方式中，所选择的一个或多个发光元件所射出的光要强于其它未选择的发光元件射出的光。在一些实施方式中，本系统可以使用快门、光阀和/或空间光调制器来控制从每一个发光元件所发出的光的总量。尽管如上所述每次都只打开一个发光元件，但是同一时间可以打开多个发光元件。在多项实施方式中，发光元件总数量的一个子集将提供更多的光，以照明视网膜或后部的一部分或者对那一部分的照明超过一个或更多其他部分。一个图像将被记录下来。随后，选择发光元件总数量的一个不同的子集以照明视网膜或后部的其他部分或者对那一部分的照明超过其他部分。另一个图像将被记录下来。在各种实施方式中，这个过程可以被重复多次。例如，本装置可以在不同的时间选择2个、3个、4个或更多的子集，或者选择2个、3个、4个或更多的子集以提供主要照明。本装置能够在不同的时间获取眼睛的图像。这些图像或者至少是这些图像的部分可以用于形成眼睛的合成图像，例如，视网膜和/或后部的合成图像。因此，在多种实施方式中，一个图像处理单元能够被设置为产生一组指令以处理多张图像，从而生成一张单独的清晰的眼睛图像。因为在捕获图像或者成像过程中，眼睛或眼睛成像装置可能会轻微的移动，所以多张图像未必能够精准的重叠。图像处理单元能够产生指令以通过分析重叠的区域以精准地对齐多张图像或图像的部分。每一张图像上都有清晰的部分和不清晰的部分。图像的清晰部分相对其他部分而言，基本上没有炫光和薄雾，或者只有极少的炫光和薄雾，而不清晰的部分则非如此。不清晰的部分会呈现出炫光和薄雾，从而造成图片模糊。图像处理单元还能够产生指令以识别多张图像中每一图像的清晰部分，移除不清晰部分，并且保留清晰部分。这一组的指令还可以包括调节单个清晰图片的靠近边界区域的图像量度的均匀性以形成均匀的亮度。图像处理单元被设置为组合多张图像以生成单张清晰图像。

如图10中所示的示例图像1001，例如，在一个具有4个发光元件的照明系统中，当四分之一区域1005照明良好时，图像中具有炫光的不清晰部分在边缘1007之外。不清晰的部分能通过来自图像处理单元的一组指令被识别出和移除。因此，只有在边缘1007之内的图像清晰部分被保留。相类似的，当四分之一区域1002照明良好时，只有在边缘1008内的图像清晰部分被保留。两张附加图像从分别位于边缘1009和1010之内的四分之一区域1003、1004以及其周边区域获取。当依照时间顺序打开全部4个发光元件时，系统将获取4张分图像。

由于在成像过程中，眼睛成像装置或眼睛可能会轻微移动，所以4张分图像的特征未必能够完全精确重合。如前所述，通过成像系统所发出的指令，从每个四分之一区域的边界所延伸出的区域能够用于允许图像的适当调整和重新对齐。在4张图像精确对齐后，可对图像边界区域的亮度进行再次调整，从而生成一张具有均匀亮度的单个清晰的图像。

在一些实施方式中，为了对齐依照时间顺序得到的图像，除了上述的依照时间顺序得到的图像之外，本装置可在全部发光元件同时打开的情况下获取一张或多张附加图像。本图像可以使用拥有相同视场的相同的光学成像系统来进行获取，该光学成像系统如同用于获取按照时间顺序照明获取多张图像的光学成像系统。尽管该图像有些图像可能是有炫光和薄雾，但其可能包含有整个成像区域或整个视场范围的独特图形参考特征，例如血管。使用这张图像作为参照图像以调整上述4张分图像，从而使得每张分图像都与参考图像相对齐。在适当地调整图像位置后，可从四张分图像中形成清晰的合成图像。

尽管在上述的示例实施方式当中，本装置在所有发光元件全部打开时获取了一张单独的参考图像以协助其他图像对齐；在其他实施方式中，可能会打开少于全部发光元件数量的发光元件。例如，本装置可以打开四分之一区域1002和四分之一区域1003的发光元件以对齐这些四分之一区域。类似的，本装置可以打开另外的四分之一区域1004和四分之一区域1005的发光元件，从而对齐这些四分之一区域。本装置可以打开少于全部发光元件数量的发光元件获取附加图像，从而提供进一步对齐。例如，当照亮四个四分之一区域的不同对时，本装置所捕获的四张参考图像可以用于对齐每一个四分之一区域，并且生成一张完整的合成图像。

例如，当捕获参考图像时，通过照亮更多的部分，也可以使用较少的参考图像。在一些实施方式中，例如，随着四个四分之一区域中的三个区域被照明，可以获取第一参考图像；并且，在四个四分之一区域中的不同三个区域被照明后，可以获取第二参考图像。使用这些第一和第二参考图像则可以提供对齐。其他变形也是可能的。综上所述，照明部分的数量和发光元件的数量用于获取一张或多张参考图像，该数量是可以改变的。

因此，一张或多张参考图像可以用于对齐在使用按时间顺序照明的方法时所获得的部分的图像。为了形成一个参考图像，多个部分被照明并且通过光学成像系统和传感器捕获图像。本参考图像将描述多个部分以及它们的位置关系，并且将包括可以用于对齐单独部分的单独图像的参考特征。尽管能够通过照明所有的部分以获得参考图像，但并不是所有部分都需要在同一时间被照明才能产生参考图像以协助对齐。可以使用具有相同视场的同一光学成像系统获取参考图像，该光学成像系统如同用于在按时间顺序照明的过程中获取的多张图像的光学成像系统。然而，在可选择的实施方式中，可以通过其他光学成像系统和传感器获取参考图像。此外，可以使用不同视场获取参考图像。其他变形也是可能的。

如前所述的，本图像处理单元可以用于图像处理并且提供图像对齐。例如，图像处理单元能够识别出参考图像上的参考特征以决定各部分的位置关系。在确定各部分的位置关系以及这些图像特征的基础上，图像处理单元可以对按时间顺序照明所捕获的图像的部分进行对齐。

在多项实施方式中，时间顺序捕获的频率取决于图像捕获速率。在一些实施方式中，成像装置被设置为介于15ms或30ms到150ms或200ms之间捕获每张图像。

因此，本文公开了一种通过顺序照明进行眼睛成像的一种方法，从而获取宽视场的高质量视网膜图像。本方法包括依照时间顺序分别打开多个发光元件以照明眼睛的不同位置，当眼睛的不同部分被按照时间顺序照明时，通过光学成像系统进行眼睛成像并且通过光学成像系统和传感器接收多张眼睛的图像。本装置通过图像传感器捕获图像并对图像进行处理以生成一张单独的清晰的眼睛图像。本方法可以被用于数字化移除不清晰的部分，因此将减少或移除从顺序照明中所获取的多张图像的炫光。

当使用不同数量的发光元件时，上述的顺序照明方法可以被使用。可行性示例包括2个发光元件、3个发光元件、4个发光元件、6个发光元件、8个发光元件或更多个发光元件。这些发光元件无需被单独地打开。在一些实施方式中，一次可以打开一对发光元件。类似的，一次可以打开3个、4个或更多个发光元件。其它的变形也是可能的。

因此，多种实施方式都包含眼睛成像系统，本系统包括眼睛成像装置和图像计算模块，眼睛成像装置例如图1(A)和图1(B)中所示的例子，并且图像计算模块包括另外的计算装置或基于网络的装置。眼睛成像装置能够包含多个发光元件、光学成像系统、图像传感器、存储器以及计算和通信单元。在一些实施方式中，多个发光元件被设置为依照时间顺序照明眼睛的不同部分。本图像传感器被设置为接收多张相同视场的眼睛图像，本眼睛图像是当按照时间顺序照明眼睛的不同部分时通过光成像系统形成的。在多个但并非所有的实施方式中，存储器都可以被设置为至少暂时地存储图像传输器所获取的多张图像。计算和通信单元能够被设置为接收和传送多张图像。本眼睛成像装置还包括有一台触摸显示屏以显示图像。图像计算模块可以被设置为接收来自眼睛成像装置的多张图像以及与眼睛成像装置进行数据交换。本图像计算模块还可以包括一个图像处理单元，本图像处理单元被设置为形成一组指令以处理多张图像，从而生成一张单个的清晰的眼睛图像。其他实施方式也是可能的。

图11示意显示的一些眼睛成像装置的实施方式中，系统可以通过使用一个或多个光导纤维1105将来自发光元件1107的光线引导至光调节元件1102。在多项实施方式中使用了光导纤维束。本成像装置的剩余部分的结构与图8所示的相类似。当眼睛成像装置包含在接口1109处分隔的两个单独的模块(比如一个前端成像模块和一个主模块)的时候，本装置可以使用一个或多个电连接器1115连接位于前端模块之内或之上的线1108以及位于主模块之内或之上的线1110。为了阻止灰尘进入外壳并沉积在光学器件上，两个光学窗口1111和1112被用于封闭外壳。假如本装置要求一个单独的块状结构，那么电连接器1115和光学窗口1111、1112可以被排除在外。

图12示意显示了两个光纤耦合器的实施方式，本光纤耦合器被设置为将来自发光元件的光线耦合至光纤。本光纤能被用于形成多个光导元件，该光导元件可以抵靠光调节元件布置。图12示意显示的一个例子，其中的光纤光导元件1202、1203、1204和1205是一个光导基座1201的一部分并且均匀的分布在其周围。图12所示光纤光导元件的形状和尺寸仅仅是示例性的，并且可以应用的其他设计方式。光纤光导元件的数量可以是4个、8个或其它数量。如所示的，本装置可以被提供连续光源，比如线性光源。

本光导元件如图12中所示的光导元件1202，其接收来自发光元件的光线。而如图12所示的两个例子，其他实施方式可以用于提高光耦合效率。在一个实施方式中，一个光耦合透镜1210被用于收集来自发光元件1208的光线，并将光线传播至光纤束1211的入口。在光纤束1221中的单独光纤在光线的另一端分散开，从而形成光导元件。本发光元件通常包括一个保护性圆顶1209，以及本发光元件安装在一个陶瓷或金属基座1207上。如图11所示，为了提高散热能力，多个发光元件可以通过其陶瓷/金属基座安装在一个较大的散热器基座1116上。如图11中的1106，为了散热，散热器也可以与成像装置的透镜外壳或外罩相接触。如图11所示，如果散热器(环)被放置为紧邻连接表面1109，那么包含例如铜或导热性良好的其他材料的一对匹配的热传导表面可以沿连接表面1109设置，并且作为透镜外壳1106以及透镜外壳1117在成像装置的前端和主模块中的延伸部分。当可拆卸的前端成像模块附接至成像装置的主模块时，两个热传导表面1106和1107可以彼此接触，从而可以允许更多的热量从光导元件传输至主模块的更大的块里。本设计可以降低成像装置外壳的温度，特别是可拆卸的前端成像模块的外壳温度，从而使得在多种实施方式中，用户可以握住成像装置。

同样，如图12所示，在一些实施方式中，光纤束1215直接插入发光元件1213的圆顶1214内。这种直接耦合能够产生高效率，尽管暗示着在某些情况下，圆顶的密封圈会被穿透。

如图13所示的又一实施方式中，发光元件1308位于眼睛成像装置的主模块中。光线将通过一个光纤束1305被引导至光调节元件1302，从而形成一个新的光导元件1303。如果前端成像模块为可拆卸的，则可以增加光耦合器1307将光从连接器1311的一侧耦合至另一侧。在一些实施方式中，例如，两个光纤束是相互对齐的，第一束位于主模块上而第二束位于前端成像模块上。光纤束可以被放置以使得具有直接接触的端部，从而该光线从第一光纤束耦合至第二光线束。光导元件1303通过电线1309由电驱动器供电。

图14示意显示了另一种耦合设计。发光元件1407位于眼睛成像装置的主模块，但是靠近互连接口1411。光线耦合进光纤束1405的端部，本光纤束位于成像装置的可拆卸的前端成像模块，光纤束的端头暴露在外并且面对发光元件1407。光纤束1405的光纤沿着透镜的外壳或外罩1406的外部延伸，从而被用于形成多个光导元件1403。发光元件1407完全通过电线1408由电驱动器供电。

图15示意显示了一个关于光学耦合设计的实施方式，其中的虚线1506表示位于成像装置的两个模块之间的互连接口。在多项实施方式中，来自于发光元件1502的光线首先被圆顶透镜1503准直。本准直光线通过耦合透镜1504耦合至光纤束1507。发光元件具有一个基座1501，本基座安装在成像装置主模块的散热器基座上。光耦合透镜1504也安装在主模块上，并且可以同发光元件1502预对齐。因为光纤束1507位于成像装置的可拆卸的前端成像模块上，并且与主模块上的光学器件没有任何物理接触，光线1505直接通过空气或其他自由空间投射进入纤维束的端部。本设计不仅提升了光纤的光耦合效率还降低了光纤束端部处的磨损。

在多项实施方式中，发光元件可以射出具有宽带光谱或窄带光谱的光线。光线可能为单色或宽带的人眼可见光，例如白光。光线还可能为人眼不可见光，例如红外线、近红外线和紫外线。所有的发光元件使用在一个单元内，能够射出相同类型的光或不同类型的光线。

在多种实施方式中，针对彩色成像的应用，发光元件会射出白光。然而，对于某些应用，发光元件能够射出深蓝色的光线，例如，当被主模块的相同电源供电系统驱动时。蓝色光可以激发眼睛血管中的荧光染料从而发射出绿色光线。在一些实施方式中，位于可拆卸的前端成像模块端部处的光学窗口，比如图8中的809、图11中的1111、图13中的1310和图14中的1409，都可以用于保护光学器件不受灰尘影响，其包括一个光学阻挡滤波器。例如，本装置会使用一个绿色带通滤波器。在本实施方式中，绿色出射光将被主模块中的光学器组件收集，从而形成一个荧光素眼底血管造影图像。光学阻挡滤波器反射/吸收蓝色光，但只允许传递绿色和/或者其他出射光。拥有本特征的可拆卸的前端成像模块可以被构造为一个荧光血管造影单元。类似的，当发光元件发射近红外光线并且光学阻挡滤波器也在这种光谱工作时(例如，过滤掉近IE光)，可以形成另外一种类型的荧光血管造影装置。因此，本滤波器将阻挡发光元件产生的光线但是传输其他的(例如更长的)波长，其可以被用于将荧光或者其他射出光传输至光学传感器。

因为眼睛成像装置的光学窗口被设置为接触病人，在光学窗口和外壳之间周边缝的周围的充分密封可以帮助减少或防止细菌引起的交叉感染。图16示意显示一个气密封的眼睛成像装置的实施方式，本装置的光学窗口在装配的过程中可能会从外壳内放入。光学窗口1601与眼角膜1602相接触，但是光学窗口1601与成像透镜1603分隔一个微小空隙1606。在多种实施方式中，在空隙1606的两侧的光学窗口1601以及成像透镜1603的表面均有相同或相近似的曲率半径。在后续的组装过程中，空隙1606能够被空气或其他光学透明的但是机械弹性的材料填充。光学镀膜可以被用到空隙1606的两侧的光学表面，以减少光学反射率。空隙1606不仅允许应用更复杂的密封技术，还可以增加一个空间以抵消热膨胀。在多项实施方式中，例如在成像透镜的光轴上的彼此邻近的成像透镜和光学窗口之间的空隙1606介于0.5mm至0.001mm之间，或者0.3mm和0.001m之间，尽管在本范围之外的值是可能的。成像透镜1603的周边可能是圆锥形或截头锥形，并且其表面会镀有一层光吸收镀膜1607。本层光吸收镀膜1607的吸收光谱可以在眼睛的可见光谱范围之内，尽管吸收光谱也可以扩展至不可见光谱。光吸收镀膜1607不仅可以阻止外部光线进入成像透镜1603内；当这些光线和用于形成图像的光线进入成像透镜1603时，光吸收镀膜还可以吸收来自眼睛的杂散光。一个不透明的吸收环1608可以被添加到空隙1606的边沿以防止光从侧面进入到空隙内。空隙1606的边沿还可以被简单的填充少量的光学吸收材料。光学窗口1601在装置外壳1640的帮助下与成像光学器件的剩余部分相对齐，然而应当最终保持适当的空隙1606。

眼睛成像装置的外壳1640包括金属或其他材料。外壳1640有一个前端1630，本前端围绕光学窗口1601的边沿延伸。前端1630有一个平滑的前边沿1609，以避免在手术过程中伤害到病人，并且可以保护光学窗口1601不被硬的异物划伤。一个以圆形环的形式的小的平坦表面1610被放置在光学窗口1601前端的周边区域。本小的平坦表面1610可以是靠近光学窗口1601的侧边和/或从光学窗口1601的侧边延伸至光学窗口1601的前凹面的边沿或者靠近光学窗口1601的前凹面的边沿。如图16所示，外壳1640的前端1630的大小和形状被设置为在光学窗口的边沿处与光学窗口1601的轮廓相匹配；并且在一些实施方式中，允许外壳1640和光学窗口1601之间存在多种空隙。在多项实施方式中，外壳1640的内侧表面1650在前端1630包括了一个对齐边沿1611和一个储层边沿1612。光学窗口与对齐边沿1611以第一空隙相分隔，本空隙是水平的并且与光学窗口的侧表面相平行。在多种实施方式中，第一空隙的宽度在在0.3mm到0.01mm或0.2mm到0.01mm之间。对齐边沿1611帮助光学窗口1601和外壳1604在与光轴垂直的方向上的精准对齐。如图16所示，在多个实施方式中，外壳具有一个开口，用于从右手侧将光学窗口放入其中，并且提供一个光学窗口和外壳之间的空隙，即第一空隙。

在一些实施方式中，外壳1640包括远端部分1604和近端部分1605，远端部分1604是一个小外壳，而近端部分1605是装置外壳。本近端部分包括金属或其它材料。在一些实施方式中，可以作为小外壳的包括相同或不同金属材料的远端部分可以是一个小外壳，本外壳包括相同或不同的金属材料，本远端部分与近端部分1605通过一个结合区相连接。例如，当本小外壳1604与装置外壳1605相对齐时，光学窗口1601例如可以与成像透镜以及成像系统的光轴相对齐。在多种实施方式中，如上所述，第一空隙提供了气密封材料的流动空间。被外壳的对齐边沿约束的开口要足够大，以使得光学窗口被定心和对齐之后，在外壳和窗口之间保留小的第一空隙以允许填入气密封材料。为了帮助光学窗口1601沿着光轴的精确定位并保持一个适当的空隙1606，在外壳1604的前端1630里有一个小的垂直表面，从而生成一个位于外壳和光学窗口1601前周边区域上的小的平坦表面1610之间的垂直空隙1633。在多项实施方式中，垂直空隙的宽度大约在0.3mm到0.01mm或0.2mm到0.01mm之间。本垂直空隙1633可以允许在外壳和光学窗口1601的前周边区域上的小平坦表面1610之间的气密封材料的流动。

光学窗口与储层边沿1612以一个第二空隙相分离。在多项实施方式中，第二空隙的宽度大约在1.0mm到0.3mm或0.5mm到0.3mm之间。第二空隙比第一空隙略大，第二空隙可被设置为一个填充气密封材料1613的储层。在多项实施方式中，当气密封材料1613在高温下熔融时，气密封材料在重力作用下以及表面张力作用下，也会填充在光学窗口1601和外壳1640之间的一些更小的空隙，比如第一空隙以及处于外壳和光学窗口1601的前周边区域的小平坦表面1610之间的垂直空隙，从而提供气密封和强结合。本气密封材料所包括的材料例如陶瓷的或金属。这些材料例如在高温下被熔融并且会形成一种气密封圈，即使处于高压锅灭菌的温度条件下，比如120℃、135℃、140℃或它们之间的温度或者潜在更高的温度，这种气密封圈仍然会保持完整。

如图示意显示，布置有光学窗口的外壳1640前端1630具有垂直边沿和水平边沿，在制造过程中的对齐定位装置以及垂直和第一空隙中的气密封材料的帮助下，以允许光学窗口在成像系统中的水平对齐和垂直对齐、定位、以及合适的定向。在本特殊情况下，本外壳的水平边沿和垂直边沿形成一个角，使得被气密封材料包围的光学窗口适配至该角。

为了匹配光学窗口所用材料和外壳1604的热膨胀性能，可以在外壳1640的远端部分1604使用一种特殊的材料。在一些实施方式中，整个外壳1640可以由相同的材料制成。在一些实施方式中，不同的材料可以被用于制造外壳。在多种实施方式中，外壳可以包括例如盖子的远端部分1604和近端部分1605。远端部分1604通过一个连接部分1613与近端部分1605相连接。例如，在一些实施方式中，远端部分1604可以包含例如钛的第一材料；并且外壳的更多的近端部分1605包含例如铝的第二材料。在某些实施方式中，外壳的远端部分1604可能以焊接、粘结或其它连接方式在连接部分1613同外壳的更近端部分1605相连接。在各种实施方式中。外壳的远端部分能够以一种特殊处理与连接部分1613的一部分粘合在一起，例如爆炸焊接；连接部分1613包括与外壳近端部分相同的材料，即第二材料。例如，在这种情况下，远端部分1604包括钛(第一材料)以及更多的近端部分包括铝(第二材料)，连接部分1613可能包括铝(第二材料)。连接部分1613中的铝(第二材料)例如使用爆炸焊接与钛(第一材料)结合。然后，连接部分的铝(第二材料)使用激光焊接与外壳近端部分的铝(第二材料)结合。可以应用其他可以连接更多的外壳远端部分和近端部分的方法。在一些实施方式中，例如，位于外壳的远端部分1604和外壳更多近端部分1605之间的连接部分被填充了一种气密封材料。本气密封材料可以是，例如，玻璃、陶瓷、金属或者粘合剂。在一些实施方式中，在外壳的远端部分包括一种不同于外壳的近端部分所用的材料的情况下，可以运用这种技术。在一些实施方式中，一种特殊的结合区被用于连接部分1613以形成一个薄型环，本特殊的结合区包括两种不同的材料。薄型环的前表面包括可以焊接到远端部分1604的第一材料；然而薄型环的后表面包括与更多的近端部分1605相焊接的第二材料。薄型环上的两种材料(第一材料和第二材料)使用特殊的结合技术结合在一起，比如爆炸焊接的方式。在一些实施方式中，远端部分1604可以简单的与更多的近端部分1605相粘合在一起。

如图16示意显示，以及其他图(例如：图1)示意显示的各种实施方式中，外壳是锥形的并且在布置光学窗口的位置以及与眼睛/角膜接触的位置减少尺寸。本外壳的锥形或者倾斜的轮廓容纳较大尺寸的中继透镜以及较小尺寸的窗口和成像透镜。如上所述，成像透镜可以是截头锥形的以及类似地也可以是锥形的，成像透镜的光阑尺寸越靠近眼睛越小。在各种实施方式中，如图16以及其他所示，上述的结合区、焊接部分或者连接部分可以被包括在锥形外壳的前端。

在一些实施方式中，外壳1605包括一个与外壳材料相同的垫圈，本垫圈位于连接部分1613和近端部分1605之间。垫圈的厚度是可以调整的并且允许在纵向上调节外壳的长度，从而最终依次控制空隙1606。

图17示意显示了气密封眼睛成像装置的另一个实施方式。在本实施方式中，紧邻光学窗口的小外壳或远端部分的形状是由在图16中所示的实施方式改进而来。位于对齐边沿1711和光学窗1701的边沿之间的空隙1721被减少，从而可以提供更精准的光学对齐以及充足的空间以允许气密封材料在同一时间从储层1713自由流动至狭窄空隙。如图16所示，位于外壳和光学窗口的前周边区域的平坦表面1610之间的狭窄垂直空隙1633被移除。狭窄垂直空隙1633的移除，以及位于对齐边沿1711和光学窗口1701之间的狭窄空隙1721用一种气密封材料填充降低了污染问题的风险。如果狭窄的垂直空隙1633没有被完全填充，那么，例如细菌和其他污染物可能隐藏在空隙里，并且造成病人之间的交叉感染。

如上参照图16讨论的，在多项实施方式中，图17所示的外壳有一个开口，用于将光学窗口匹配于其中，并且本开口为光学窗口和外壳之间提供一个空隙，第一小空隙。拥有这样的开口和空隙允许光学窗口横向平移和对齐，例如，使用一个相对于外壳横向移动透镜的对齐定位装置。例如，当外壳和成像系统的剩余部分对齐时，本光学窗口可以恰当的对齐成像透镜的光轴和成像系统的光轴。第一空隙允许这种横向移动和横向对齐。另外，第一空隙为气密封材料提供流动。因此，外壳里的开口是足够大的，从而在光学窗口被定心和对齐之后，小的第一空隙会保持在外壳和窗口之间以允许在空隙内填充气密封材料。

光学窗口与外壳的储层边沿1712也以一个较大的第二空隙1722相分离。第二空隙1722可以比第一空隙1721更大，并且第二空隙被配置用于作为一个填充气密封材料1713的储层。在各种实施方式中，当气密封材料1713在高温下熔融时，本气密封材料也填充位于外壳和光学窗口1701之间的较小空隙1721内，从而提供气密封和较强结合。该气密封材料1713可以包括的材料比如玻璃、陶瓷或者金属，这种材料例如在高温(例如高于500℃)下会熔融，从而形成一种空气密封圈。本空气密封圈即使在承受高压锅灭菌温度下，比如120℃、135℃、140℃或位于其间的温度或更高温度时，仍可以保持完整。

如上所述，在密封操作中，对齐定位装置让窗口进入到窗口所插入的外壳开口处的中间位置，并且，在一些实施方式中，还可以保持围绕窗口周边的均匀空隙。本对齐定位装置沿着光学窗口的光轴通过相对于小外壳1704的前端1724的小平坦表面1710为光学窗口设置一个适当的凹陷深度。气密封材料的粘性可以被控制，以使得气密封材料在重力和表面张力的作用下浸润紧邻空隙的窗口和外壳表面并且从储层1722提取材料填充第一空隙1721。在多种实施方式中，可以被填充气密封材料1713的第一空隙1721少于1mm或者少于0.2mm，尽管超出本区域的其他值也是有可能的。在一些实施方式中，基于对齐边沿1711的较大开口的设计和/或在光学窗口边沿的角上的45度小斜角的设计，当接近眼睛两侧上的位置时，第一空隙1721的厚度要制作的较大。于是，当气密封材料从第二空隙1721流经第一空隙1721时，气密封材料的表面张力将会限制或阻止气密封材料流入到眼睛一侧的其他表面上。在一些实施方式中，本密封剂不仅可以密封窗口，还可以保持窗口位于外壳开口的中心。

图18示意显示气密封眼睛成像装置的另一个实施方式。在本实施方式中，多个小球1814以相同间隔围绕光学窗口的周边并且在多个孔1815的内部。光学窗口1801与外壳的对齐边沿1811以一个第一空隙1821相分隔。光学窗口也与外壳的储层边沿1812以一个第二空隙1822相分隔。空隙1822被设置为气密封材料1813的储层。小球1814置于孔或钻孔1815中，而本孔1815从外壳的前端的内表面钻出的以容纳小球1814。为了扩大第二空隙1822，孔1815的直径略大于第二空隙1822。因为钻孔1815的尺寸扩大，所以位于小球周边区域的第二空隙1822比小球1814未在其中布置的其他区域的空隙要大。钻孔1815被布置地足够高，以致于一个非常狭窄的空隙1823位于小球1814和光学窗口1801之间。如图18示意显示的横截面内，空隙1823是在小球1814的下方。小球1814的下方的狭窄空隙1823比第一空隙1821更狭窄。

如上所述的本设计安排中，在小球1814和光学窗口1801之间使用小球1814作为一个带空隙的隔离物，从而促进光学窗口1801和外壳1804之间精准对齐。如上所述，本外壳有一个开口，用于将光学窗口放置在其中，并且提供第一空隙和第二空隙；此外，特别是当小球1814处于钻孔1815中时，小空隙1823则在光学窗口1801和小球1814之间。本装置有一个较大的开口和一个空隙以允许光学窗口横向传输和横向对齐，例如，本装置通过使用一个对齐定位装置从而关于外壳横向移动透镜。例如，当外壳与成像系统的剩余部分对齐时，光学窗口1801可以适当的同成像透镜的光轴和成像系统的光轴对齐。小空隙1823允许本横向移动和更精确的对齐。

此外，小空隙1823为气密封材料提供了流动的空间。因此，外壳里的开口是足够大的，以致于光学窗口1801被定心和对齐后，小空隙1823保持放置在外壳和窗口1801之间，以允许放入气密封材料1813。在光学窗口1801的边沿和外壳的对齐边沿1811之间有一个略大一点的空隙1821(如与图17示意显示的实施方式中的第一空隙1711相比较)，使得来自于储层1822的气密封材料1813可以轻易的填充小球1814周围的空隙和间隔。如上所述，在多种实施方式中，当气密封材料1813在高温下熔融时，气密封材料1813也填充了小球1814和光学窗口1801之间较小空隙1823，以提供气密封和强结合。熔融的气密封材料同样在较大的空隙1822内，或小球1814周围的其他地方，以及不存在小球1814的地方形成一种密封圈。气密封材料1813包括的材料比如玻璃、陶瓷、或金属，这种材料例如在高温下熔融并形成空气密封圈，该空气密封圈即使经受高压锅灭菌温度，比如120℃、135℃、140℃或者本区间的其他温度或者更高温度，也能保持完整。

图18显示了本装置包含有三到四个小球的布局分布。本布局显示出小球的排布，例如，从外壳内部看出的。然而，当小球相对于彼此放置时，这些布局将被示意显示。小球的数量可以变化，包括3个、4个或其它个数。例如，间隔物可以横向增长例如0.5mm，比如直径增长。本装置可以使用更大的或更小的间隔物。例如，间隔物可以为1.0mm和可能地0.3mm，或者更小或者这些数值之间的任意尺寸。其它不在这个范围内的尺寸也是可能的。在一些实施方式中，本间隔物可能包括例如蓝宝石，但是也能够使用其他材料。在一些实施方式中，小球能够包括同外壳1804和/或光学窗口1801相同的材料。小球1814可以具有与光学窗口1801和/或外壳1804相类似的热膨胀特性。间隔物还可以使用除了球体以外的其他形状。例如，可以使用圆柱形的间隔物。此外，间隔可以与图18中所示的不同，并且无需均匀分布。

在多种实施方式中，间隔物(例如小球)的直径比第二空隙略大。因此，当孔被钻出的时候，孔的外边沿将超过第二空隙的外边沿。在对齐和密封过程中，本设计防止小球从它的位置(例如孔内)移动。当小球1814被放置在孔1815中并且窗口1801被插入时，小球的第一侧和窗口的边沿提供小空隙1823，而小球的第二相对侧直接接触孔1815的外壁。在多项实施方式中，增加小球的数量会有效的减少窗口1801和外壳1804之间的间隔，并且允许气密封材料1813在各小球之间的较大空隙和间隔内轻易流动。同时，如果小球为球形，第一空隙1823在面对储层1822的一侧的宽度大于相对侧的宽度。所以，当本材料一直处于流体状态时，本材料可以轻易的浸润小球的表面，并且本材料将小球都围绕在内。

图19显示了气密封眼睛成像装置的另一个实施方式，本装置的光学窗口在组装过程中可能会从前侧(靠眼睛侧)掉落。可以在光学窗口1901和外壳1904之间应用气密封。本实施方式的组件与图16所示的实施方式中的组件相类似。例如，成像透镜1903、光吸收镀膜1907、光吸收材料1908以及空隙1906分别与成像透镜1603、光吸收镀膜1607、光吸收材料1608和空隙1606在功能上相类似。在图19所示的实施方式中，特殊结合或焊接过程和设计可以运用到连接部分1913，同图16中所示的连接部分1613相类似。光学窗口1901有一个小平坦表面1910，本小平坦表面放置在光学窗口1901的前凹面的周边或边沿。在外壳1904前端使用平滑角1909以防止在操作过程中对患者的潜在伤害。光学窗口1901被设计为从前侧放入外壳1904内。外壳1904内设有一个小的对齐环或边沿1911。对齐环1911包括有一个角，本角与光学窗口1901的边沿相接触。在各种实施方式中，对齐环1911的大小，以及特别是对齐环的角的形状和尺寸要同光学窗口1901的边沿的大小和尺寸足够相似，从而在对齐圆环的角落和光学窗口1901的边沿足够相似以提供它们之间的紧密匹配。如图示意，对齐环1911有水平边沿和垂直边沿，由此允许在成像系统中的光学窗口的水平和垂直方向的对齐、定位以及恰当定向。在这种情况下，外壳上水平和垂直边沿形成一个角，本角同窗口1901相匹配。因此，相比起没有对齐环的实施方式而言，小的对齐环1911为两个组件之间提供了更精确的对齐。在高温下，位于两个组件之间的较大空隙被填充气密封材料1912。本设计不仅提供了空气密封以防止在小空隙或缝隙内滋生细菌，还能够在光学窗口1901和外壳1904之间形成较强的结合。在本实施方式中，一种粘合剂还可以用于密封光学窗口1901。

图20示意显示了成像装置的另一个实施方式，一种粘合剂和/或一种气密封材料可能用于密封光学窗口。前端成像模块的外壳2004是由单块构成的，但是本装置也可以使用多块前端模块的外壳。成像透镜2003、光吸收镀膜2007、光吸收材料2008和空气空隙2006的设计与图19示意的成像透镜1903、光吸收镀膜1907、光吸收材料1908和空气空隙1906的设计相类似。小平坦表面2010放置在光学窗口2001的凹面周围或边沿。外壳2004包括了对齐边沿或环2011，以协助对齐光学窗口2001。因此，对齐环2011拥有一个垂直边沿，从而允许成像系统中光学窗口的横向对齐调整、光轴定位以及适当定向。然而，如图示意，外壳有一个开口，用于将光学窗口2001放置在内，以及为光学窗口和外壳之间提供一个空隙。如上所述，本外壳拥有一个较大的开口和一个空隙2012，从而允许光学窗口可以横向平移或对齐，例如，使用一个对齐定位装置关于外壳横向移动透镜。例如，本光学窗口能够适当的同成像系统和成像透镜的光轴相对齐。空隙2012允许这种横向移动和横向对齐。此外，空隙2012提供密封材料的流动空间。因此，外壳内的开口要是足够大的，以致于在光学窗口被定心和对齐后，空隙2012保持放置在外壳和窗口之间，以允许放入密封材料。在制造过程中，在光学窗口2001被放入外壳之后，一种有弹性的密封材料2013被运用至填充两个组件之间的空隙。位于外壳2004端部的圆角2009辅助建立一个从小平坦表面2010到外壳2004的平滑过渡。在多项实施方式中，本材料包括富有弹性的粘合剂或环氧树脂。在多项实施方式中，本密封材料2012包括经UV硬化丙烯酸粘合剂。在一些实施方式中，密封材料可以是有弹性的。在一些特定的实施方式中，本密封材料不是气密封材料。因此，在多项实施方式中，该密封不是一种气密封，本次密封可以承受高压灭菌的温度，比如温度大于120℃、135℃、140℃或低于例如150℃。然而，在其它实施方式中，本材料可以包括气密封材料，以及密封可以是一种气密封。气密封材料2013可以包括例如陶瓷或金属。

如上所述，在一些实施方式中，气密封眼睛成像装置包括一个气密封的可拆卸的前端成像模块和主模块。气密封的可拆卸前端成像模块包括前端和后端。气密封的可拆卸前端成像模块包括第一光学窗口、第二光学窗口和成像透镜。前端光学窗口与外壳的对齐边沿以一个较小的第一空隙相分隔，本空隙被设置为在制造过程中通过使用例如对齐定位装置以对齐光学窗口；并且，本光学窗口与外壳的储层边沿以一个比第一空隙大的第二空隙相分隔，本空隙被设置为气密封材料的储层。第二空隙有时位于第一空隙的后方，而有时则在第一空隙的前方。在第一光学窗口和外壳之间存在第一气密封圈。第二光学窗口暴露在气密封的可拆卸前端成像模块的后端。第二气密封圈形成于第二光学窗口和后端之间。气密封的可拆卸前端成像模块可以反复从主模块上取下或装上，其中主模块包括图像传感器。主模块还包括第三光学窗口，本窗口暴露于主模块的前端部分。在一些实施方式中，气密封的眼睛成像装置还能够包括多个小球，小球放置在外壳内并倚靠外壳储层边沿。气密封的可拆卸前端成像模块还可以包括第一组中继透镜，本组中继透镜被设置为在靠近第一组中继透镜的后焦平面的位置形成眼睛的二次图像。主模块还可以包括第二组中继透镜，该组中继透镜被设置为当其前焦平面紧邻第一组中继透镜的后焦平面时，将二次图像投射至无穷远。主模块还可以包含一组微型透镜，本组微型透镜位于第二组中继透镜的后焦平面的附近位置，并且本组微型透镜被设置为将眼睛里的光传递至图像传感器。光源能够位于气密封的可拆卸前端成像模块内或主模块内。当光源位于主模块内时，气密封的可拆卸前端成像模块和/或主模块还可以包含多个光耦合元件以将来自主模块的光耦合至前端成像模块。

如图16、图17、图18、图19和图20所示的多种实施方式中可以全部使用一种特殊的组装过程，例如，光学窗口通过对齐定位装置进行准直，然后使用外壳进行密封。其它的包括成像透镜和光导定位装置的光学组件可以安装在不同的单元中，并且随后同前端光学窗口对齐，而此时光学窗口已经于外壳相对齐。后来的光学窗口和成像透镜之间精准对齐，以及在光学窗口和成像透镜之间设置一个恰当的空隙，这些步骤可以影响到成像系统的光学性能。在组装过程中对透镜外壳的位置进行调节，从而在室温下获取恰当的空隙；其中所包括的光学组装是沿着光轴关于成像系统的外壳进行调节。利用位于光学窗口的光学表面和成像透镜之间的空隙以辅助减少热应力，还可以应用更复杂的气密封技术。

多种实施方式中,如图21(A)所示，开口2103位于光学窗口2101的中间,并且成像透镜2104的一部分插入至开口内。开口,例如，可以是在光学窗口2101上钻出来的。因此，要使得开口2103的形状和尺寸与成像透镜2104相匹配，从而允许成像透镜2104的一部分可插入开口内。如上所述，成像透镜2104的周边可以是锥形的，比如截头锥形，并且镀有光吸收材料2105，光吸收材料的吸收光谱,例如,可以在眼睛的可见光范围和/或处于不可见光光谱。光吸收镀膜2105不仅可以阻止光线从外部射入成像透镜，还可以吸收与成像光线一起进入成像透镜2104的来自眼睛的杂散光。光吸收镀膜边界提供了更高水平的照明光路与在成像透镜2104中的成像光路之间的间隔。光学窗口2101的凹面可以与成像透镜2104的凹面拥有相同或相似的曲率半径。二者所形成的凹面要适合角膜凸面的曲率。在多种实施方式中，成像透镜2104可以粘到光学窗口2101上，二者的凹面用沿同一曲面或参考面对齐，以形成紧靠病人角膜2102的光滑表面。在多种实施方式中，光学窗口和成像透镜的凹面相互齐平的。如图所示，成像透镜有一个截头锥形状。前端比后端略小，因此侧壁为锥形的。另外，光学窗口有一个呈锥形的内侧壁或边沿，以匹配成像透镜的侧壁的锥形。这些表面的匹配使成像透镜可以适配入光学窗口,光学窗口和成像透镜接触的连接部分超过光学窗口的厚度。在一些实施方式中，前光学窗口2110可以由蓝宝石、光学玻璃或光学透明聚酯构成。

图21(B)示意了另一个稍作修改的实施方式。如图所示，光学窗口没有如图21(A)显示的锥形内侧壁表面。取而代之的是光学窗口2110的内侧壁表面平行于成像系统的光轴和/或成像透镜的光轴。本设计可以更加简化光学窗口的制造。然而在一些实施方式中，成像透镜2112的顶端的形状与光学窗口的开口2111相匹配，并且特别地与光学窗口的内侧壁的形状相匹配。如图所示，成像透镜大体上是截头锥形。然而，成像透镜包括一个颈部，它由平直的内侧壁表面所确定，并且内侧壁表面平行于经过成像透镜的中心轴和/或者成像透镜的光轴。这些侧壁被设计为与光学窗口的内侧壁表面的形状相匹配,从而成像透镜可以适配入光学窗口,光学窗口和成像透镜连接部分超过光学窗口的厚度。在成像透镜2112与光学窗口2110完全粘合之前，成像透镜2112的边沿应涂有光吸收镀膜2113。在一些实施方式中，光学窗口2110可以由蓝宝石、光学玻璃或光学透明聚酯组成。

虽然以示例性实施方式公开了本发明，但是本领域技术人员应当认识到并且理解，在不脱离本发明的范围的前提下，可以对所公开的实施方式进行增加、删减、修改和变形。