專利名稱：便攜式眼腈成象俘獲裝置的制作方法
背景技術(shù)：
使眼睛成象的照相機(jī)必須滿足幾個(gè)技術(shù)目的。對于一些所需的臨床診斷，最好是獲得眼睛的彩色圖象。同樣，在某些情況下，需要近紅外線圖象。對于某些應(yīng)用場合，眼睛成象照相機(jī)應(yīng)該具有提供非常高的空間分辨率的選項(xiàng)，以便進(jìn)行某些眼科疾病的診斷。例如，在檢查神經(jīng)纖維層時(shí)，就需要較高的分辨率。
而且，眼睛的寬視場(FOV)圖象對于診斷某些病變是必需的，一個(gè)主要的例子就是眼瘤，它們在許多情況下都是位于視網(wǎng)膜的周邊。當(dāng)僅檢查光盤時(shí)，30度寬的視場就足夠了。對于分析位于視網(wǎng)膜周邊上的腫瘤或是其它疾病，最好有120度甚至更大的視場。
成象所需的光強(qiáng)也是一個(gè)需要考慮的事項(xiàng)，因?yàn)樵S多膠片曝光所需的光強(qiáng)水平可能會使病人感到很不舒服。照明光從視網(wǎng)膜以外的其它表面的散射和反射會大大降低圖象的襯比度。用諸如帶電耦合器件(CCD)之類的電子陣列傳感器代替膠片進(jìn)行成象也非常需要。電子陣列照相機(jī)往往比膠片更為敏感，可減少所需要的光量。而且，電子傳感器和顯示器允許即時(shí)對圖象進(jìn)行檢查，可以即時(shí)得到不同的圖象處理時(shí)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)電子圖象向較遠(yuǎn)位置的即時(shí)傳送。
雖然有或多或少可提供上述某些特點(diǎn)的視網(wǎng)膜照相機(jī)，但目前市場上還沒有符合寬視場數(shù)字CCD成象要求的照相機(jī)。特別與寬視場成象相關(guān)的問題是照明不均勻、照明光從視網(wǎng)膜以外的其它位置反向散射入照相機(jī)、光學(xué)系統(tǒng)的制造成本和難度以及獲得足夠的視場。
光在從眼睛進(jìn)入空氣時(shí)的折射對寬視場照相機(jī)造成相當(dāng)大的問題。來自視網(wǎng)膜周邊的光以傾斜的角度射到角膜-空氣界面上。這些光線可能被足夠地彎折而使它們不射出界面。這就導(dǎo)致一個(gè)稱作全內(nèi)反射(TIR)的現(xiàn)象。為避免全內(nèi)反射，必須提供一抵靠角膜的接觸透鏡，作為光學(xué)系統(tǒng)的一部分?？梢詫佑|透鏡選擇合適的折射率，從而避免全內(nèi)反射。
雖然用接觸透鏡的特點(diǎn)解決了某些問題，但仍存在寬視場照明的令人頭痛的問題，對于該問題的一個(gè)可實(shí)行的解決方案就是本申請的特點(diǎn)。在美國專利3,954,329中，O.Pomerantzeff提出通過鞏膜來進(jìn)行照明。但是，光的色彩受到通過鞏膜的傳輸?shù)挠绊?，到達(dá)視網(wǎng)膜的光量降低。在美國專利3,630,602中，J.Herbert提出使用“冷”光(被濾去紅外線波長的光)和在圍繞接觸透鏡的區(qū)域中進(jìn)行照明。然而，該系統(tǒng)遇到了存在相當(dāng)大反向散射的問題。在美國專利3,944,341中，Pomerantzeff提出使用兩個(gè)圍繞接觸透鏡的光纖環(huán)。但是，正如我們將要詳細(xì)討論的，這一原理具有顯著的性能和制造方面的限制，無法通過可銷售性試驗(yàn)。
最恰當(dāng)?shù)氖牵斎牍庋匾欢肪€行進(jìn)到視網(wǎng)膜，使從一部分眼睛透鏡的背反射不沿相同于視網(wǎng)膜反射的路線行進(jìn)。眾所周知，背反射會降低圖象的襯比度。在美國專利No.3,944,341中，揭示了多環(huán)式光纖照明器。在該’341專利中，光由圍繞接觸透鏡周邊的一光纖環(huán)導(dǎo)入。該光纖通過被封裝而保持在適當(dāng)位置，然后整個(gè)結(jié)構(gòu)被研磨和拋光到與接觸透鏡相同的半徑。這樣，接觸透鏡的周邊和光纖的設(shè)置半徑就設(shè)定了光纖照明的中心光線的方向，光的發(fā)散由該光纖設(shè)計(jì)所設(shè)定。人們會遇到這樣的問題，從該環(huán)導(dǎo)入的光沒有被虹膜封住，并且在較寬的視場下不均勻地對視網(wǎng)膜進(jìn)行照明。該設(shè)計(jì)中的導(dǎo)入光的位置和角度上的約束以及由光纖設(shè)計(jì)所設(shè)定的而沒有針對照明系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的發(fā)散度導(dǎo)致了相當(dāng)大的性能上的限制。注意，光纖往往具有高斯型的遠(yuǎn)場剖面，因而在視網(wǎng)膜處的照明輪廓不均勻。再者，這些是照明的方向和發(fā)散度缺少自由度的原因，實(shí)際上對于寬視場照相機(jī)的目的來說并不合適。
因此，可以認(rèn)識到，簡單的單環(huán)可能不適合于對視網(wǎng)膜的寬視場照明，在美國專利No.3,944,341中，提出使用兩個(gè)光纖環(huán)。一個(gè)環(huán)照明視網(wǎng)膜的內(nèi)角，而另一個(gè)環(huán)照明外角。然而，即使使用該設(shè)計(jì)，人們也必須讓透鏡直徑來決定照明的中心光線角，因而被照明的區(qū)域和高斯型不均勻照明的限制仍成為一個(gè)問題。
在美國專利4,023,189中，J.Govignon提出在眼睛處設(shè)置一光瞳，以減少刺目光，但卻沒有另外提供解決寬視場照明問題的方案。
即使兩個(gè)環(huán)的解決方案看似可提供更寬視場的照明，但它會遇到其它的顯著問題，包括制造費(fèi)用和照明不均勻。光纖和接觸透鏡必須被保持在適當(dāng)位置并被封裝起來(注意，整個(gè)組件相當(dāng)小，很難處理)。而后，包括光纖尾部在內(nèi)的整個(gè)結(jié)構(gòu)必須被送到光學(xué)車間進(jìn)行研磨和拋光。盡管這是可行的，但在實(shí)踐中卻很難，是一個(gè)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)上的障礙。而且，對于大多數(shù)封裝復(fù)合物來說，其折射率都會使光漏入封裝復(fù)合物，而不是僅被引導(dǎo)或聚焦入眼睛。記住假定光纖由空氣或其它經(jīng)仔細(xì)挑選的材料包圍，光纖會因選擇合適的封裝材料而限制光。另外，封裝復(fù)合物必須與殺菌程序相匹配，它必須是無孔的，以確保細(xì)菌不會棲身于裝置中而在病人之間傳遞。所有這些因素在一起使得制造和使用光纖復(fù)合環(huán)變得困難和昂貴。顯然，最好是能夠去掉該昂貴的工藝。總之，若能克服現(xiàn)有技術(shù)的光纖環(huán)方案所產(chǎn)生的上述在性能和制造方面的限制，將具有很大的好處。
取代復(fù)雜、局限和昂貴的雙光纖環(huán)，使用一種機(jī)加工或研磨拋光的一片式塑料或玻璃光導(dǎo)環(huán)將具有很大的好處。然而，僅僅用塑料環(huán)取代光纖并不能解決主要問題。為了徹底解決這些問題，必須協(xié)同地將該光導(dǎo)設(shè)置在一特殊的前部接觸透鏡的后面，該接觸透鏡主要是用作一透明的物理阻擋件。若能將光以自由選定的角度和發(fā)散度以及照明圖案從光導(dǎo)環(huán)引入，則還會具有很大的優(yōu)點(diǎn)。若能避免封裝操作和避免對最終組裝的鼻狀件進(jìn)行光學(xué)整修，也會有很大好處。
為便于理解該問題的解決方案，我們注意

圖1a和1b中的眼睛E，其中接觸透鏡L與現(xiàn)有技術(shù)的光纖環(huán)F一起保持在適當(dāng)位置。要同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬視場的成象和照明使設(shè)計(jì)者陷入困境，這可以從附圖中看出。注意，角膜的直徑約10毫米，眼睛的瞳孔、虹膜即使在擴(kuò)張時(shí)也可能不超過4毫米。
光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳(被中繼時(shí))設(shè)置在眼睛透鏡處，以盡量減小象差和改進(jìn)對散射光的阻礙；見圖1a。接觸透鏡的最小直徑和邊緣傾斜度是由入射光瞳和到角膜的距離以及視場設(shè)定，如圖1a所示。對于120度視場和1毫米直徑入射光瞳的照相機(jī)而言，最小直徑為6毫米，邊緣傾斜度為40度。這樣，光纖環(huán)F的半徑必須設(shè)定為略大于例如7毫米，在該設(shè)計(jì)中，其導(dǎo)入角由該半徑下的接觸透鏡L的傾斜度設(shè)定。
如圖1b所示，一個(gè)顯著的問題是，很難用設(shè)置在接觸透鏡L周邊處的單光導(dǎo)環(huán)F獲得眼睛E的中心處的照明。這是光纖的大引入角和小發(fā)散角所造成的。圖中還示出，一部分光被眼睛透鏡周邊處的組織阻擋，進(jìn)而決定被照明區(qū)域的尺寸。從光纖引入的光的發(fā)散角被其數(shù)值孔徑限制。當(dāng)與淚液接觸時(shí)，光纖的發(fā)散角通常小于40度。這一問題無法通過加入第二個(gè)更大直徑的光纖環(huán)來解決，盡管多個(gè)環(huán)可照亮更大的周邊區(qū)域；這是現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)法則的發(fā)現(xiàn)，與美國專利3,944,341的權(quán)利要求相抵觸，可用于對實(shí)際眼睛的測量。如圖1c所示，從更大直徑的光纖環(huán)F1射出的光可能被眼睛虹膜阻擋。假定環(huán)直徑為8毫米，眼睛虹膜直徑為5.5毫米。因此，第二大光纖環(huán)F1只能幫助照明視網(wǎng)膜的周邊區(qū)域，而無法照明中心區(qū)域。顯然，人們需要能自由地設(shè)定照明指向和發(fā)散度，使其不受透鏡直徑和光纖材料的控制。
具體地說，很難將足夠的光引導(dǎo)至視網(wǎng)膜的中心上。因此，需要另外考慮提供改進(jìn)，用以將更多的光引向眼睛的中心。
因此，接觸式寬視場照相機(jī)的設(shè)計(jì)者面臨一個(gè)嚴(yán)重的困難。為了較寬的視場和將入射光瞳設(shè)置成最佳，照明環(huán)必須設(shè)置成一更大的半徑，并且在該半徑下，人的虹膜能夠封住照亮視網(wǎng)膜中心所需要的部分。如果病人的虹膜沒有擴(kuò)張得足夠大，則可以看到暗點(diǎn)。
概要本發(fā)明的目的在于提供一種小型的、重量輕的、手持式圖象俘獲裝置(ICU)。本發(fā)明的圖象俘獲裝置接觸視網(wǎng)膜、使瞳孔再成象、以最小的場曲度和最小的象差提供較寬的視場以及提供高保真的彩色成象。能夠容納在圖象俘獲裝置內(nèi)的小型三片式帶電耦合器件(CCD)照相機(jī)的出現(xiàn)提高了圖象的分辨率。
因此，本發(fā)明的一個(gè)具體目的是提供一種可在120度及更大范圍內(nèi)獲得高質(zhì)量彩色圖象的寬視場成象裝置，該裝置具有非常均勻的圖象強(qiáng)度、較低的反向散射和制造成本較低的設(shè)計(jì)。另一目的是減小所需要的擴(kuò)張眼睛虹膜的最小直徑，其減小的直徑為5.5毫米，該數(shù)字在孩子中間是常見的。而且，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種重量輕、可手持的成象裝置。在另一實(shí)施例中，該成象裝置允許各種血管照相用濾光器方便地拆裝，并允許透鏡方便地拆裝。
本發(fā)明的一個(gè)具體目的是消除因使用光纖光導(dǎo)而引起的在使用寬視場接觸照相機(jī)方面的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)障礙。本發(fā)明是目的在于一種便攜式圖象俘獲裝置，它提供一種由機(jī)加工塑料或研磨拋光玻璃制成的一片式光導(dǎo)環(huán)。該光導(dǎo)的角度彎成使從眼睛透鏡的反向反射達(dá)到最小，從而降低圖象襯比度。使用一更大的接觸透鏡并將其設(shè)置在成象和照明光學(xué)元件之間以保護(hù)角膜，這樣可大大提高系統(tǒng)的性能和制造性能。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是提供各種不同的改善，將更多的光從光導(dǎo)引導(dǎo)至眼睛視網(wǎng)膜的中心上。
其它的和進(jìn)一步的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將通過下面結(jié)合附圖以揭示為目的對本發(fā)明目前的較佳實(shí)施例所進(jìn)行的描述而變得清楚。
附圖簡述圖1a是眼球處的一光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)向剖視圖，表示較佳的中繼入射光瞳的位置。
圖1b是眼球處的一光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)向剖視圖，表示現(xiàn)有技術(shù)的照明限制。
圖1c是眼球處的一光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)向剖視圖，表示現(xiàn)有技術(shù)中的多光纖環(huán)的照明限制。
圖2a是代替現(xiàn)有技術(shù)光纖的一光導(dǎo)的剖視圖，表示眼淚和/或封裝復(fù)合物會影響光導(dǎo)的正常工作。
圖2b是一光導(dǎo)的放大的局部剖視圖，表示光通過端部的傳遞。
圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的前透鏡裝置的前透鏡組的角膜接觸透鏡和雙透鏡以及光導(dǎo)的側(cè)向剖視圖。
圖4是表示使用現(xiàn)有技術(shù)光纖的視場非常寬的系統(tǒng)如何會僅照亮視網(wǎng)膜的周邊的剖視圖。
圖5a是本發(fā)明的可同時(shí)實(shí)現(xiàn)中心和周邊照明的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)向剖視圖。
圖5b是用于阻擋因如圖5a所示的中心照明而產(chǎn)生的從眼睛透鏡的反向散射的光瞳罩的俯視圖。
圖6是具有改善的中心照明的光學(xué)系統(tǒng)的另一實(shí)施例的側(cè)向剖視圖。
圖7是具有更大的中心照明的光學(xué)系統(tǒng)的另一實(shí)施例的側(cè)向剖視圖。
圖8是圖7的實(shí)施例中所使用的菲涅爾透鏡的放大剖視圖。
圖9是本發(fā)明的圖象俘獲裝置(ICU)的詳細(xì)的側(cè)向剖視圖。
圖10是該光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖。
圖11是該光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖，表示瞳孔、物體和圖象的主光線和位置。
圖12是眼睛前部的成象和照明系統(tǒng)的剖視圖。
較佳實(shí)施例詳述如以上所討論的，現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)具有很大的缺陷和限制。
作為本發(fā)明創(chuàng)造的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)以及它的一部分，光導(dǎo)由諸如塑料或玻璃之類的透射性材料制成?？梢允褂萌魏魏线m的塑料，諸如丙烯酸酯或聚碳酸酯，并可以使用任何合適的玻璃，諸如具有高透射率(光譜從450毫微米到700毫微米)。如果光導(dǎo)被空氣包圍，從光導(dǎo)引入的光的發(fā)散角是可控制的，寬可以為180度。圖2a中所示的原理性的送光裝置設(shè)計(jì)成將光從一較大直徑的光導(dǎo)管50集中到一圍繞前透鏡的小光導(dǎo)環(huán)。如圖2b所示，可以將光導(dǎo)端部的形狀制成和使光線彎折成以更佳的方向瞄準(zhǔn)。然而，該項(xiàng)發(fā)明創(chuàng)造忽略了主要問題。首先，光導(dǎo)50的尖端51在接觸角膜時(shí)是不合適的。第二，光導(dǎo)50的端部周圍的空腔將是細(xì)菌可以棲身的地方，病人之間的交叉感染不可避免。第三，淚膜將充入該容積，由于淚膜的折射率接近大多數(shù)波導(dǎo)材料，因而，當(dāng)光導(dǎo)由空氣(折射率約等于1)圍繞時(shí)所發(fā)生的光線在光導(dǎo)端部處的彎折幾乎會被消除(淚膜的折射率接近1.34)。因此，暗點(diǎn)將重新出現(xiàn)在圖象的中心。第四，眼睛虹膜的直徑必須被擴(kuò)張到大于6.5毫米，以防阻礙6毫米直徑的光纖環(huán)。
為了用可實(shí)行的和可制造的器具來實(shí)現(xiàn)這一概念，我們將整個(gè)光導(dǎo)50置于一接觸或角膜玻璃透鏡24的后面，該透鏡的直徑大于積聚返回光的透鏡25，如圖3所示。該光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳也略微朝接觸透鏡移動，從而使透鏡的直徑減小到5毫米，進(jìn)而使光導(dǎo)直徑減小到6毫米。在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)眼睛瞳孔擴(kuò)張到大于5毫米時(shí)，可以照亮120度的視場，而在圖象的中心部分不會有暗點(diǎn)。從光導(dǎo)的相對側(cè)發(fā)出的光線將在視網(wǎng)膜的中心附近重合，這將為該區(qū)域提供更可靠的照明。光強(qiáng)在視網(wǎng)膜上的分配也設(shè)計(jì)成從中心逐漸向周邊減弱，這將使視網(wǎng)膜圖象的光強(qiáng)分配更為均勻。現(xiàn)在，只需將“接觸”玻璃的邊界粘接于保護(hù)接觸透鏡后面的容積不被任何眼睛液體或粘結(jié)劑侵入的殼體上。
盡管只示出了局部被切去以改變引入角的光導(dǎo)50及其伸展情況，但它還可以例如在尖端51上具有一小透鏡的形狀。接觸透鏡24不需要有任何光焦度，但也可以根據(jù)需要而設(shè)。只需要用粘結(jié)復(fù)合物將接觸透鏡24的邊緣粘接于手持部10的殼體11。
接觸玻璃24的材料與淚液之間的折射率的差異盡管很小，但仍會造成從接觸玻璃前表面發(fā)出的部分光線的偏向。雖然光導(dǎo)和成象系統(tǒng)被精心地設(shè)計(jì)成使偏向的光線無法直接到達(dá)帶電耦合器件照相機(jī)，但它仍會造成很強(qiáng)的雜光，從而在形成暗物體狀視網(wǎng)膜的象時(shí)降低圖象質(zhì)量。為了提高性能，可以在接觸玻璃的前表面上加一層較硬的、耐用的、傳統(tǒng)光學(xué)抗反射涂層。也可以采取其它措施來減少雜光，包括選擇性地在光導(dǎo)的部分表面上施加吸收層、在成象系統(tǒng)中安裝光擋。而且，接觸透鏡可以具有其它形狀，包括可供前部雙透鏡插裝的孔。雙透鏡的邊緣被涂黑，使從光導(dǎo)進(jìn)入接觸透鏡而行進(jìn)的光線無法進(jìn)入該前部雙透鏡。
雖然上述設(shè)計(jì)提高了性能，但對于視場非常寬的成象仍存在一個(gè)限制。研究圖4所示的情況，其中提供了一個(gè)非常寬的視場，它使前部成象透鏡變得更寬。在這種情況下，因?yàn)槭芎缒さ淖钃?，無論使用多少光圈或輔助導(dǎo)向措施都不可能照亮視網(wǎng)膜的中心和周邊。
這些照明系統(tǒng)的問題可以由圖5a的設(shè)計(jì)來解決。這里，既可用一中心光導(dǎo)，也可將一束光從光源14投射到成象光學(xué)系統(tǒng)，以照亮視網(wǎng)膜的中心部分，并使用標(biāo)準(zhǔn)光導(dǎo)來照亮周邊部分?，F(xiàn)在必須對付的是來自位于中心的光饋給的反向散射。這可以如圖5b所示用一帶中心遮擋部23的光瞳罩來解決，該瞳孔設(shè)置在位置31(圖7)處。
本發(fā)明還可以提供其它和進(jìn)一步的實(shí)施例，其中相同的部件與圖3和圖5中的標(biāo)號基本相同，只是增加了附綴“1”和“2”。在圖3的實(shí)施例的一些應(yīng)用場合中，在將足夠的光線引導(dǎo)至眼睛E視網(wǎng)膜的中心上時(shí)遇到了困難。在該實(shí)施例中，光導(dǎo)50的端部51具有傾斜的切口，用于將光線引導(dǎo)通過接觸透鏡24并引向眼睛的中心。然而，在提供方向所必需的端部51的大傾角下，塑料光導(dǎo)50的偏向很高，射出端部51的光線量減少。(注意，所有電介質(zhì)的反射率都會隨入射角的增大而增大。)同樣在圖3的實(shí)施例中，角膜接觸玻璃透鏡24如圖所示基本上沒有光焦度，因?yàn)樗镜耐哥R24在前側(cè)和后側(cè)具有相同的曲率半徑。
下面參見圖6的實(shí)施例，角膜接觸玻璃透鏡124具有光焦度，以幫助將來自光導(dǎo)150端部151的光線朝眼睛E的中心方向引導(dǎo)。例如，透鏡124可以是平凹式透鏡，它具有稍平的背面101和中凹的正面102。同樣，前部透鏡125的第二部分103可以由與透鏡124相同的玻璃制成，由于它接觸透鏡124的背面101，透鏡124的背面101的光焦度在該光學(xué)系統(tǒng)中無關(guān)緊要。
圖7和圖8中示出了一更佳的實(shí)施例。甚至對于圖6的實(shí)施例，由于透鏡103上所需的斜面，光導(dǎo)150的端部151的出口點(diǎn)還要從光學(xué)系統(tǒng)的中心朝外移動。這是一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)樗枰粶y量的人的瞳孔更大。在圖7的實(shí)施例中，在光導(dǎo)250與角膜接觸透鏡224之間設(shè)置一附加的透鏡205，用于額外地將光線導(dǎo)向眼睛E的中心。發(fā)現(xiàn)菲涅爾透鏡(圖8)是合適的。另外，光導(dǎo)250的端部251向下延伸而與附加透鏡205相接觸。例如，透鏡205可以設(shè)置在光導(dǎo)250的端部251上。該實(shí)施例使光源點(diǎn)在物理上盡最大可能地朝內(nèi)移動，它是一種制造起來相對較為便宜的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明提供一種寬視場圖象俘獲裝置(ICU)，它使用圖3、5a、6和7的光導(dǎo)以獲得通常在120到150度的非常寬的視場的高質(zhì)量彩色圖象。它重量輕，可以手持。但它也可以安裝在裂隙燈之類的裝置上，這對于能夠配合的成年病人來說可能是一種理想的方法。本發(fā)明的圖象俘獲裝置還允許方便地拆裝各種血管照相用濾光器和/或改變視場用的不同的透鏡或透鏡組。而且，它配置成可以設(shè)置一透鏡組用來使眼睛的前部成象。
圖6中示出了本發(fā)明的圖象俘獲裝置的一較佳實(shí)施例。標(biāo)號10總的表示本發(fā)明的圖象俘獲裝置(ICU)。
該圖象俘獲裝置具有一前殼體11和一后殼體12，它們可在接點(diǎn)16處分離，該接點(diǎn)通?？梢岳缡且绘i合略微。后殼體12中設(shè)置有光纖功率供給接頭17以及照相機(jī)和控制功能接頭18，所有這些均揭示于1994年11月17日提交的、題為“眼睛成象系統(tǒng)”的專利申請No.08/340,976中，該申請?jiān)诖斯﹨⒖肌Ｔ摫銛y式圖象俘獲裝置可以用手持來接觸角膜。聚焦是通過一內(nèi)部機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，該機(jī)構(gòu)可改變前部和后部透鏡組之間的距離。或者，可在該圖象俘獲裝置中安裝一光源，從而不需要外部光供給光纖纜。
如圖7和8中清楚示出的，總的由標(biāo)號18表示的透鏡系統(tǒng)被分成前部組和后部組，用于執(zhí)行聚焦和瞳孔中繼功能。前部透鏡組20包括一前部雙透鏡25，其前表面上粘結(jié)有一較寬的接觸或角膜透鏡24，它們作為一三合透鏡設(shè)置在系統(tǒng)中。隨后的透鏡是一雙透鏡26，然后是一單透鏡27，該單透鏡的后面跟有一彎月片23，該彎月片也可以是一非球面，這樣就構(gòu)成了前部透鏡組。后部透鏡組30是一雙透鏡31和一三合透鏡32，用作防色彩差裝置。并設(shè)置有一彩色帶電耦合器件38，用以接收視網(wǎng)膜圖象。
視網(wǎng)膜40是該光學(xué)系統(tǒng)的對象，它在圖象位置42處被再成象，然后在圖象平面位置44的照相機(jī)處被再成象。系統(tǒng)光瞳由一位于位置43處的罩子設(shè)定，但在入射光瞳位置41處被中繼到眼睛透鏡。
光導(dǎo)50圍繞角膜接觸透鏡24，從而通過角膜而照亮眼睛，它具有一成形的尖端51。位置45處的一罩子設(shè)置一視場光闌，從而限定120度的視場并阻擋雜光。位置46處的一罩子設(shè)置一雜光擋，用以進(jìn)一步阻擋從前部透鏡反射的光。
圖象俘獲裝置與構(gòu)成眼睛成象裝置的其它構(gòu)件(包括記錄設(shè)備硬件)之間的連接線纜包括一用于在圖象俘獲裝置與其它構(gòu)件之間供給和接收信息的控制線以及一用于為該圖象俘獲裝置提供能量的電線，所有這些均揭示于專利申請08/340,976中。另外，如果圖象俘獲裝置中不含有光源，則該控制線中可包含一光纖纜，用于從該俘獲裝置外部的光源提供光。
在本發(fā)明中，用一個(gè)一片式的實(shí)心環(huán)作為光導(dǎo)50。然而，為了組裝方便，該光導(dǎo)50可包括延伸部分50a和50b，它們彼此鄰接用于傳輸光線。尖端51的形狀制成使光線彎折成所需的方向。在表面的選定部分上涂覆一光吸收層，以減少雜光。使用一由單片塑料或玻璃制成環(huán)狀的透明光導(dǎo)有很大的好處。在現(xiàn)有技術(shù)中，光線從光纖的瞄準(zhǔn)角是由光纖在角膜半徑上的位置控制的，并在環(huán)的位置處垂直于角膜。
在一個(gè)實(shí)施例中，光通過一光纖纜13輸送到圖象俘獲裝置10，該光纖纜容納于連接線纜18中。光纖纜將光從該圖象俘獲裝置外部的一整個(gè)成象裝置的另一構(gòu)件中的光源輸送到該圖象俘獲裝置。在另一實(shí)施例中，光源完全容納于圖象俘獲裝置10內(nèi)。
本發(fā)明為圖象俘獲裝置10提供分體式的殼體11和12，從而允許更換前部透鏡組20以適合不同尺寸和形狀的眼睛。例如，與用在成人身上的角膜透鏡24相比，嬰兒所適用的角膜接觸透鏡24是不同的。而且，本發(fā)明的一個(gè)具體特點(diǎn)是，前部和后部透鏡組20和30可以迅速和方便地更換或重新定位，以便插裝用于不同熒光血管照相的濾光器70或可提供不同視場的透鏡。圖象俘獲裝置10的前、后部11和12之間的一簡單接觸件71就足以用于照明傳送。分體式的殼體使得可以完全移去前部透鏡組20，而單獨(dú)使用后部透鏡組30來使眼睛的前部成象。
提供分體式殼體11的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果移去前殼體，則可在其位置插裝一個(gè)設(shè)計(jì)用來通過透鏡61使眼睛前部成象的專用殼體60，如圖9中清楚表示。已經(jīng)送到后殼體的光可以被引導(dǎo)至一擴(kuò)散器62，該擴(kuò)散器進(jìn)而能夠?yàn)榻悄こ上筇峁┱彰?。這樣，視網(wǎng)膜照相機(jī)便可同時(shí)用作角膜成象器。
這些優(yōu)點(diǎn)在一可實(shí)際制造的系統(tǒng)中提供；而這在本發(fā)明提出之前在商業(yè)上還無法實(shí)現(xiàn)。
因此，可以用本發(fā)明來充分實(shí)現(xiàn)上述目的，并達(dá)到上述目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)以及本文所提到的其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。雖然以揭示為目的提供了發(fā)明到目前為止的較佳實(shí)施例，但在不脫離發(fā)明精神和所附權(quán)利要求書范圍的情況下是可以對零件結(jié)構(gòu)和配置的細(xì)節(jié)進(jìn)行許多變化的。
權(quán)利要求
1．一種用于眼睛成象的便攜式圖象俘獲裝置，具有一殼體；在殼體中提供光以傳送到眼睛的一光源；在殼體中的用于成象和聚焦的光學(xué)元件，具有用于接收從眼睛反射通過角膜的光的一角膜接觸透鏡、在殼體中用于接收從眼睛通過殼體中的成象和聚焦光學(xué)元件的光的陣列圖象傳感器，其改進(jìn)包括，一設(shè)置在殼體中并設(shè)置在角膜接觸透鏡后面的環(huán)形光導(dǎo)，所述光導(dǎo)包括一實(shí)心的一片式環(huán)，該環(huán)具有一前端和一后端，所述前端設(shè)置成一個(gè)向內(nèi)匯聚的角，并設(shè)置成鄰接于角膜接觸透鏡，所述后端設(shè)置成可接收來自光源的光。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，它包括一第二光源，該光源通過角膜接觸透鏡提供沿軸向引導(dǎo)的光，用于照亮視網(wǎng)膜的中心部分。
3．如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，它包括一光瞳罩，該罩具有一用于降低光反向散射的中心阻擋部。
4．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，環(huán)形光導(dǎo)的前端將重疊的光引導(dǎo)至眼睛視網(wǎng)膜中心附近。
5．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，環(huán)形光導(dǎo)的前端具有一大于40度的發(fā)散角。
6．如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，由光導(dǎo)傳輸?shù)墓獾陌l(fā)散角至少為120度。
7．如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，光端前端的形狀制成可將所傳輸?shù)墓庋匾蛔罴逊较蛞龑?dǎo)。
8．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，角膜接觸透鏡具有一個(gè)有助于將光從環(huán)形光導(dǎo)朝眼睛中心引導(dǎo)的光學(xué)形狀。
9．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，角膜接觸透鏡呈平凹形。
10．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，接觸透鏡由玻璃制成，成象和聚焦光學(xué)元件包括一玻璃透鏡，該透鏡具有一與接觸透鏡接觸的表面。
11．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，它包括一設(shè)置在環(huán)形光導(dǎo)與角膜接觸透鏡之間的、用于額外地將光朝眼睛中心引導(dǎo)的附加透鏡。
12．如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，該附加透鏡是菲涅爾透鏡。
13．如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，環(huán)形光導(dǎo)的前端延伸到與附加透鏡相接觸。
14．用于眼睛成象的便攜式圖象俘獲裝置，包括，一殼體，在殼體中提供光以傳送到眼睛的一光源，在殼體中的用于成象和聚焦的光學(xué)元件，具有一前部透鏡組和一后部透鏡組以及一鄰接于前部透鏡組而設(shè)置的角膜接觸透鏡，所述接觸透鏡的直徑大于前部透鏡組的直徑，在殼體中的用于接收從眼睛通過成象和聚焦光學(xué)元件的光的一彩色帶電耦合器件，在殼體中圍繞前部透鏡組而設(shè)置并位于角膜接觸透鏡后面的一環(huán)形光導(dǎo)，所述光導(dǎo)包括一實(shí)心的一片式環(huán)，該環(huán)具有一前端和一后端，所述前端設(shè)置成一個(gè)向內(nèi)匯聚的角，并設(shè)置成抵靠于角膜接觸透鏡，所述后端設(shè)置成可接收來自光源的光。
15．如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，殼體包括一前側(cè)部分和一后側(cè)部分，所述兩個(gè)部分可拆地連接，光導(dǎo)包括與光導(dǎo)對齊并接觸光導(dǎo)、用于在它們之間傳輸光線的一環(huán)形的光導(dǎo)延伸部分。
16．如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，該光導(dǎo)設(shè)置在第一部分中，該延伸部分設(shè)置在第二部分中，用于在前側(cè)部分被移去時(shí)提供光。
全文摘要
一種眼睛成象系統(tǒng),它具有一便攜式圖象俘獲裝置,該裝置具有一鄰接于一角膜接觸透鏡(24)而設(shè)置在其后面的環(huán)形光導(dǎo)(50),用于控制將光在較寬的視場范圍內(nèi)引導(dǎo)至眼睛的視網(wǎng)膜上。這種系統(tǒng)可朝眼睛的中心提供更多的光。
文檔編號A61B3/14GK1226143SQ97196702
公開日1999年8月18日 申請日期1997年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月24日
發(fā)明者N·A·馬西, 蘇維 申請人:研究發(fā)展基金會