确定眼处方的装置和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年7月2日提交的，名为"System and Method for Optical Alignment of an Eye with a Device for Measurement of Optical Properties of the Eye(通过测量眼睛的光学特性的设备光学对齐眼睛的系统和方法)"的U. S.临时专利 申请N〇.61/842，190、2014年 3 月 28 日提交的，名为"Apparatus and Method for Determining an Eye Prescription(确定眼处方的装置和方法)"的U.S.临时专利申请 No.61/972,058,以及 2014年 3 月28 日提交的，名为"Apparatus and Method for Determining an Eye Prescription(确定眼处方的装置和方法)"的U.S.临时专利申请 No.61/972,191，其全部内容在此引入以供参考。
技术领域
[0003] 本发明通常涉及光学或眼科学方法和装置，更具体地说，本发明涉及用于便于确 定眼睛的光学特性的过程的方法和设备。
【背景技术】
[0004] "屈光不正"是诸如在人的眼睛中的低阶像差。"屈光处方"是矫正屈光不正的矫正 镜片(眼镜)的处方。如在此更详细所述，眼睛还会或反而受高阶像差之苦。
[0005] 自动验光仪自动地估计病人眼睛的屈光处方。尽管在美国和欧洲已经广泛使用多 年，但自动验光仪仍然具有许多缺点。例如，自动验光仪通常非常昂贵，通常耗资一万美元 以上。此外，自动验光仪通常大且固定，并且要求眼科医生、验光师或她的受过训练的助手 的大量协助。因此，由于这些和其他相关原因，在资源匮乏地区，诸如部分非洲、亚洲，甚至 美国的农村部分，很少使用自动验光仪。波前像差仪是一种复杂且昂贵的自动验光仪。波前 像差仪还用来指导诸如用于白内障和视力矫正的激光手术。
[0006] 可以用验光配镜符号、屈光力矢量(power vector)符号及它们的等效表示处方。
【发明内容】
[0007] 本发明的实施例提供一种确定眼睛系统的光学特性的方法。该方法包括:使预期 用户通过预期用户的手支撑开放视野(open view)光学装置的整个重量。该装置具有第一 近端端口和远端端口。第一近端端口和远端端口 一起形成从第一近端端口通过远端端口的 可视通道。预期用户完全实体控制(physical control)装置的运动的全部自由度。该方法 包括接近第一近端端口定位预期用户的眼睛。将眼睛聚焦在有效无限远处。测量眼睛的光 学特性。
[0008] 将眼睛聚焦可以包括通过观察装置外部的目标标志，将眼睛聚焦在有效无限远 处。
[0009] 将眼睛聚焦可以包括至少部分通过可视通道，将眼睛聚焦在有效无限远处。
[0010] 该方法还可以包括照射眼睛以产生通过近端端口的波前并且确定波前误差。
[0011] 该方法还可以包括由波前误差计算屈光处方。
[0012] 观察装置外部的目标标志可以包括通过远端端口观察目标标志。
[0013] 该方法还可以包括通过耦合到装置的目标光源，生成目标光束；并且通过目标光 束，产生目标标志。
[0014] 观察目标标志可以包括观察在离远端端口至少约20英尺处的目标标志。
[0015] 测量眼睛的光学特性可以包括通过装置内的波前像差仪，测量眼睛的光学特性。
[0016] 该装置可以包括第二近端端口，第二近端端口与第一近端端口一起形成双眼构 造。该方法可以进一步包括接近第二近端端口定位预期用户的另一眼睛。
[0017] 该方法可以进一步包括将另一眼睛聚焦在有效无限远处，并且测量另一眼睛的光 学特性。
[0018] 该装置可以包括手柄。该方法可以包括由预期用户的手握住手柄。
[0019] 该方法可以包括将镜片设置在预期用户的眼睛和第一近端端口之间，并且对用户 的眼睛，在预定范围内，计算眼镜镜片的处方是否正确。
[0020] 计算眼镜镜片的处方是否正确可以包括基于波前误差的确定，计算眼镜镜片的处 方是否正确。
[0021] 将镜片设置在预期用户的眼睛和第一近端端口之间可以包括将至少两个镜片设 置在预期用户的眼镜和第一近端端口之间。
[0022] 将镜片设置在预期用户的眼睛和第一近端端口之间可以包括将具有已知光学特 性的镜片设置在预期用户的眼睛和第一近端端口之间。计算眼镜镜片的处方是否正确包括 使用设置的镜片的已知光学特性，测量眼睛的光学特性。
[0023] 本发明的另一实施例提供一种光学装置，包括:非固定本体，具有被构造为接收眼 睛的近端端口，该本体进一步具有远端端口并且形成从近端端口通过远端端口的可视通 道。可视通道为开放视野以便使眼睛能够看到在本体外部并且与本体间隔开的目标标志。 处理部件被配置为接收通过近端端口接收的波前以有助于确定眼睛系统的光学特性。
[0024] 该光学装置还可以在本体内包括电池，用于为处理部件供电。
[0025] 本体可以无下巴托。
[0026]本体可以进一步包括手柄，用于由预期用户的至少一只手握持。
[0027 ]本体可以被配置为使装置可便携。
[0028]处理部件可以被配置为有助于在无操作者交互的情况下确定处方。
[0029] 本体可以为双眼构造。
[0030] 处理部件可以被配置为对于眼睛，在预定范围内，计算设置在眼睛和近端端口之 间的眼镜镜片的处方是否正确。
[0031] 本发明的另一实施例提供一种光学装置，包括具有近端端口的本体。近端端口被 配置为接收眼睛。本体进一步具有远端端口，并且形成从近端端口通过远端端口的可视通 道。远端端口至少部分限定光轴。目标光源与装置的本体耦合。目标光源被配置为生成目标 光束，目标光束在本体外的目标上生成目标标志。目标光源被配置为使目标标志基本上与 光轴对齐。该光学装置还包括用于确定用于眼睛的处方的光学器件。
[0032] 可视通道可以基本上为线性。
[0033]可视通道可以具有多个分支的子通道。
[0034] 目标光源可以包括激光器或发光二极管。
[0035] 目标光源可以包括具有用于投射图案的空间滤光元件的激光器或发光二极管。 [0036]目标光源可以包括具有用于投射随时间改变的图案的空间滤光元件的激光器或 发光二极管。
[0037] 目标光源可以固定耦合到本体并且相对于本体固定。
[0038] 该装置还可以包括在本体内的光学器件。光学器件具有与光轴交叉的目标标志。
[0039] 该装置还可以包括视网膜光源，视网膜光源被配置为至少部分产生固定目标标 志，目标光源可以被配置为产生通过近端端口的视网膜光束。
[0040] 目标标志可以包括光。
[0041 ]目标标志可以包括实体物体。
[0042] 目标光源可以被配置为使目标光束的至少一部分与光轴同轴地基本上对齐。
[0043] 目标光源可以被配置为使目标光束的至少一部分与光轴形成角度。
[0044]目标光源可以被配置为使目标光束的至少一部分与光轴大致平行并且与光轴间 隔开。
[0045] 本体可以形成具有第二近端端口和第二远端端口的通道。本体可以形成双眼构 造。
[0046] 第二通道可以无用于确定眼睛的处方的光学器件。
[0047] 本发明的实施例提供一种确定光学系统的眼睛处方或眼像差的方法。该方法包括 提供具有一起形成可视通道的近端端口和远端端口的光学装置。远端端口至少部分限定光 轴。光学装置还具有目标光源，目标光源被配置为生成产生目标标志的目标光束。使光学系 统基本上与近端端口对齐。在光学装置外部的目标上形成目标标志。使目标标志基本上与 光轴对齐。通过产生波前的视网膜光源照射光学系统的眼睛。使用波前像差仪来确定眼睛 的眼像差。
[0048] 光学系统的特征在于可以是生物的眼睛。
[0049]光学系统的特征在于可以是生物的眼睛和矫正镜片。
[0050]在使目标标志与光轴对齐后，可以获得用于眼睛的眼像差。
[0051 ] 形成目标标志可以包括形成通过远端端口对眼睛可见的可视标志。可视标志可以 由另一光源形成。使目标标志与光轴对齐可以包括使可视标志与光轴对齐。
[0052] 形成目标标志可以包括由眼睛可见的实体物体(physical object)形成可视标 志。使目标标志与光轴对齐包括使可视标志与光轴对齐。
[0053]目标离装置可以至少约20英尺远。
[0054] 使目标标志与光轴对齐可以包括移动靠近或移动离开目标。
[0055] 目标可以离装置已知距离。该方法进一步包括基于眼睛聚焦在大于20英尺远的目 标上的假设，使用已知距离来估计眼像差。
[0056] 本发明的实施例提供一种光学方法，该方法包括提供光学装置。该光学装置具有 一起形成可视通道的近端端口和远端端口。远端端口至少部分限定光轴。使生物的眼睛与 近端端口对齐。眼睛通过远端端口观察装置外部的目标标志。确定眼睛相对于光轴的定向。 根据眼睛相对于光轴的定向生成提示。提示可由人类感知。
[0057] 提示可以包括可视提示、可听提示和机械提示的至少一个。
[0058] 生成提示可以包括根据眼睛相对于光轴的定向，产生振幅改变的声音。
[0059] 生成提示可以包括根据眼睛相对于光轴的定向，产生频率改变的声音。
[0060] 生成提示可以包括根据眼睛相对于光轴的定向，产生占空比改变的声音。
[0061 ]确定眼睛的定向可以包括使用波前像差仪技术。
[0062] 光学装置可以包括多个目标光源。每一目标光源可以被配置为选择性地产生目标 标志。该方法还可以包括可交替地照明目标光源中的一个或多个来使眼睛定向到与光轴对 齐。
[0063] 光学装置可以包括被配置为产生用于形成目标标志的光束的目标光源。该方法还 可以包括移动目标光源来使眼睛定向到与光轴对齐。
[0064] 可以响应生成提示，眼睛移向与光轴对齐。
[0065] 本发明的又一实施例提供一种测量生物的眼睛的眼像差的光学装置。该装置包括 一起形成从近端端口通过远端端口的可视通道的近端端口和远端端口。远端端口至少部分 限定光轴。提示生成器被配置为生成人类可感知的提示。定向逻辑可操作地耦合到提示生 成器和可视通道，并且被配置为确定生物的眼睛相对于光轴的定向，并且根据定向促成提 示生成器的操作。
[0066] 提示生成器可以被配置为产生可视提示、可听提示和机械提示的至少一个。
[0067] 该光学装置还可以包括开放视野可视通道。
[0068] 可视通道具有圆锥形，圆锥形的顶点朝向近端端口并且圆锥形的底朝向远端端 □ 〇
[0069] 该光学装置还可以包括波前像差仪。
[0070] 该光学装置还可以包括双眼构造的本体。
[0071 ]该光学装置还可以包括多个目标光源。每一目标光源可以被配置为选择性生成目 标标志。控制器可以被配置为交替地照明目标光源的一个或多个来使眼睛定向到与光轴对 齐。
[0072] 该光学装置还可以包括目标光源，目标光源被配置为生成目标标志。目标光源可 以被配置为照射相对于远端端口可移动的光束。
[0073] 本发明的示例性实施例可以实现为具有在其上的计算机可读程序编码的计算机 可用介质的计算机程序产品。根据常见过程，可以由计算机系统读取和利用计算机可读编 码。
【附图说明】
[0074] 结合附图，参考具体实施例的下述详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
[0075] 图1是成像远处物体的正视眼的人眼的示意剖面图。
[0076] 图2是成像近处物体的正视眼的人眼的示意剖面图。
[0077] 图3是成像近处物体的远视人眼的示意剖面图。
[0078] 图4是成像远处物体的近视人眼的示意剖面图。
[0079]图5示意性地示出位于图4的近视眼前方来矫正近视的矫正镜片。
[0080] 图6根据现有技术，示意性地示例贴近正视眼的人眼的哈特曼-夏克波前像差仪。
[0081] 图7根据现有技术，示意性地示出来自从图6的眼睛出射的虚拟光源并且由哈特 曼-夏克波前像差仪接收的波前，以及由哈特曼-夏克波前像差仪生成的假设点图。
[0082] 图8根据现有技术，示意性地示出来自从非正视眼出射的虚拟光源并且由哈特曼_ 夏克波前像差仪接收的波前，以及由哈特曼-夏克波前像差仪生成的假设点图。
[0083] 图9根据现有技术，示意性地示出撞击哈特曼_夏克波前像差仪的小透镜阵列的、 来自非正视眼的假设波前，以及导致的像差仪的光学传感器的照射，以及表示照射的强度 的地理分布的三维图，以及小透镜阵列中的一个透镜的放大视图。
[0084] 图10根据现有技术，提供由第1至第4阶泽尔尼克(Zernike)多项式定义的表面形 状的透视图。
[0085] 图11、12和13根据本发明的实施例，包含包括哈特曼-夏克波前像差仪的轻便的便 携式手持自动设备的右视图、前视图和左视图。
[0086]图14不例病人正使用的图11-13的设备。
[0087]图15是根据本发明的实施例，不出其内部部件的图11-14的设备的不意框图。
[0088] 图15-1是根据本发明的实施例，不例适当与图11-15的设备对齐的眼睛的视图，以 及通过该设备，由眼睛所看到的视图。
[0089] 图15-2是根据本发明的实施例，示例稍微未与图11-15的设备对齐的眼睛的视图， 以及通过该设备，由眼睛所看到的假设视图。
[0090]图15-3是根据本发明的实施例，不例严重未与图11-15的设备对齐的眼睛的视图， 以及通过该设备，由眼睛所看到的视图。
[0091] 图16上根据本发明的另一实施例，示出其内部构造的图11-14的设备的示意框图。
[0092] 图17示例当病人的眼睛适当与该设备对齐时，如由使用该设备的病人看到的，通 过图16的设备的视图。
[0093] 图18示例当病人的眼睛未与设备适当对齐时，如由使用该设备的病人看到的，通 过图16的设备的假设视图。
[0094] 图19是根据本发明的又一实施例，示出其内部部件的图11-14的设备的示意框图。 [0095]图20是正使用的图19的设备的示意框图。
[0096]图21是正使用的图19和20的设备的替代实施例的示意框图。
[0097] 图22是病人使用的本发明的实施例的正视图，其中，该设备相对于病人的瞳孔间 的轴倾斜。
[0098] 图23根据本发明的实施例，示例包括哈特曼-夏克波前像差仪的双目轻便的便携 式手持自动设备。
[0099]图23-1根据本发明的另一实施例，示例包括哈特曼-夏克波前像差仪的双目轻便 的便携式手持自动设备。
[0100] 图24根据本发明的实施例，示意性地示例用于调整设备的两个目镜之间的间距的 图23的设备的燕尾槽滑板。
[0101] 图25根据本发明的另一实施例，示意性地示例用于调整设备的两个目镜之间的间 距的图23的设备的枢转接头(pivot joint)。
[0102] 图26是根据本发明的实施例，可以包括在例如图15的设备中的分析单元的硬件部 件的示意框图。
[0103] 图27是未在图11-15的设备的光学传感器上居中的假设点图的示意图。
[0104] 图28是根据本发明的若干实施例，对齐反馈模块的示意框图。
[0105] 图29是仅部分落在图11-15的设备的光学传感器上的假设点图的示意图。
[0106] 图30是根据本发明的若干实施例，表示相对于垂直和水平轴，点图的假设质心的 位置的显示的示意图。
[0107] 图31是根据本发明的若干实施例，在图11-15的设备的光学传感器周围的光传感 器的阵列的平面图。
[0108] 图32是根据本发明的另一实施例，示出其内部部件的图11-14的设备的示意框图。
[0109] 图33是根据本发明的实施例，包括投射在其上的假设点图的图32的设备的象限光 电二极管检测器的平面图。
[0110] 图34是根据本发明的实施例，用于将可见光点投射在远处物体上的示例性可见光 源阵列的示意性平面图。
[0111] 图35是根据本发明的实施例，用于将虚拟光源投射在病人的眼睛的视网膜上的示 例性光源阵列的示意性平面图。
[0112] 图36是根据本发明的实施例，未调节检测器的示意框图。
[0113] 图37是根据本发明的实施例，包含由假设病人计算的球面和柱面屈光度候选处方 的图。
[0114] 图38是根据本发明的实施例，处理模块和这些模块之间的互连的示意框图。
[0115] 图39是由如在此所述并且根据本发明的实施例的原型仪器捕获的完整点图的示 意图。
[0116] 图40是由如在此所述并且根据本发明的实施例的原型仪器捕获的部分点图，即， 一部分点图落在光学传感器外的点图的示意图。
[0117] 图41是不具有点图的图15的光学传感器的帧的示意图。
[0118] 图42是由如在此所述并且根据本发明的实施例的原型仪器捕获的、包含角膜反射 的来自光学传感器1532的帧的不意图。
[0119] 图43-46是由如在此所述并且根据本发明的实施例的原型仪器捕获的、包含当眼 睛运动时