CN103926679B - 透镜模块及眼底相机 - Google Patents

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Abstract

一种透镜模块包含从一眼底侧至一成像侧依序配置的一第一透镜群组、一第二透镜群组以及一第三透镜群组。第一透镜群组的有效焦距为正，且包含一第一镜片，其朝向眼底侧以及成像侧的二个表面皆为凸面。第二透镜群组的有效焦距为正或负，且包含多个第二镜片，其中最靠近眼底侧的第二镜片的表面为凹面。第三透镜群组的有效焦距为正，且包含多个第三镜片，其中至少一第三镜片为一胶合镜片。上述透镜模块可缩减整体的体积并能降低鬼影的形成。同时也揭露一种包含上述透镜模块的眼底相机。

Description

透镜模块及眼底相机
技术领域
本发明是有关一种透镜模块及眼底相机，特别是一种体积小的手持式透镜模块及眼底相机。
背景技术
眼底观测装置的基本原理是将光源导入被观察者的眼底，再通过一成像***将被观察者的眼底成像于观察者眼中或是相机的感光元件，例如底片或影像感测器。已知的眼底观测装置主要包含直接眼底镜(Direct Ophthalmoscope)和间接眼底镜(IndirectOphthalmoscope)以及眼底照相机(Eye Fundus Camera)等。直接眼底镜以及间接眼底镜的主要差异为间接眼底镜会先形成一中间像后，再成像于观察者眼中或是相机的感光元件。而眼底相机则可记录被观察者的眼底影像，并容易传递以及保存。
然而，已知的眼底观测装置皆有各自的缺点需要克服。举例而言，直接眼底镜的观测范围约为5度上下，仅可以观察视神经盘或是眼底中央凹的部分，且使用时观测者以及被观测者必须非常靠近。间接眼底镜虽然观测范围较广，除了可观测视神经盘和中央凹外，还可以观测到眼球微血管状况，但是使用时观测者以及被观测者仍必须非常靠近。此外，直接眼底镜以及间接眼底镜皆无法记录被观测者的眼底影像。而眼底相机虽然具备观测范围较广、可纪录被观测者的眼底影像以及使用时观测者和被观测者不须非常靠近等优点，但其体积过大，不易携带，且无法用于一些特殊人员，例如婴儿、卧床或是行动不便的病患等。此外，目前手持式的眼底镜或是眼底相机均无法提供固眼光(precision light)，以指引被观测者精准调整眼球角度，进而拍到不同区域的眼底。而桌上型的眼底相机则需要不小的空间。
综上所述，提供一种具备上述优点且能缩减体积的眼底观测装置便是目前极需努力的目标。
发明内容
本发明目的在于提供一种透镜模块及眼底相机，其是将照明***以及成像***共用一组透镜群组，因此可缩减整体的体积。此外，共用的透镜群组为双凸表面，其可降低共用的透镜群组所反射的光线入射至成像***，进而降低鬼影的产生。
本发明一实施例的透镜模块用以会聚从一眼底反射的一影像光，该透镜模块包含从一眼底侧至一成像侧依序配置的一第一透镜群组、一第二透镜群组以及一第三透镜群组，以及一第一发光元件。第一透镜群组的有效焦距为正，且包含单一的一第一镜片，其朝向眼底侧以及成像侧的二个表面皆为凸面。第二透镜群组的有效焦距为正或负，且包含多个第二镜片，其中最靠近眼底侧的第二镜片的表面为凹面。第三透镜群组的有效焦距为正，且包含多个第三镜片，其中至少一第三镜片为一胶合镜片。第一发光元件设置于第一透镜群组的成像侧且偏离透镜模块的一光轴，第一发光元件用以产生一照明光，并通过第一透镜群组会聚至眼底侧的一角膜。
本发明另一实施例的眼底相机包含一影像感测模块以及一透镜模块。影像感测模块用以感测光线以形成一影像。透镜模块用以会聚从一眼底反射的一影像光至影像感测模块。透镜模块包含从一眼底侧至一成像侧依序配置的一第一透镜群组、一第二透镜群组以及一第三透镜群组，以及一第一发光元件。第一透镜群组的有效焦距为正，且包含单一的一第一镜片，其朝向眼底侧以及成像侧的二个表面皆为凸面。第二透镜群组的有效焦距为正或负，且包含多个第二镜片，其中最靠近眼底侧的第二镜片的表面为凹面。第三透镜群组的有效焦距为正，且包含多个第三镜片，其中至少一第三镜片为一胶合镜片。第一发光元件设置于第一透镜群组的成像侧且偏离透镜模块的一光轴，第一发光元件用以产生一照明光，并通过第一透镜群组会聚至眼底侧的一角膜。
本发明的有益技术效果在于：通过本发明不但缩减整体的体积，而且降低共用的透镜群组所反射的光线入射至成像***，进而降低鬼影的产生。
以下通过具体实施例配合所附的附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为一示意图，显示本发明第一实施例的透镜模块以及眼底相机。
图2A以及图2B为一示意图，显示照明光被本发明一实施例的透镜模块中第一透镜群组反射的情形。
图3为一示意图，显示本发明第二实施例的透镜模块。
图4为一示意图，显示本发明第三实施例的透镜模块。
图5为一示意图，显示本发明第四实施例的透镜模块。
图6A为一示意图，显示本发明第五实施例的透镜模块。
图6B为一示意图，显示本发明第六实施例的透镜模块。
附图标记
10 眼球
20 影像感测模块
30 显示模块
40 储存模块
A 光轴
EYE 眼底侧
G1 第一透镜群组
G2 第二透镜群组
G3 第二透镜群组
I1 中间像
I2 影像
I3 中间像
IL 照明光
IMG 成像侧
L1 第一镜片
L2 第二镜片
L3a 第三镜片
L3b 第三镜片
L3c 第三镜片
LSa 第一发光元件
LSa1 可见光发光二极管
LSa2 红外光发光二极管
LSb 第二发光元件
O1 光学元件
O2 分光器
O3 光学透镜
PL 固眼光
S1～S11 表面
具体实施方式
请参照图1，本发明的一实施例的透镜模块是用以会聚从被观测者眼球10的一眼底反射的一影像光而形成影像I2。本发明的透镜模块包含从一眼底侧EYE至一成像侧IMG依序配置的一第一透镜群组G1、一第二透镜群组G2以及一第三透镜群组G3。第一透镜群组G1的有效焦距(effective focal length，EFL)为正，且包含一第一镜片L1。第一镜片L1朝向眼底侧EYE以及成像侧IMG的二个表面S1、S2皆为凸面。于一实施例中，第一透镜群组G1可为单一镜片或胶合镜片。
接续上述说明，第二透镜群组G2的有效焦距可为正或负，且包含多个第二镜片L2，其中最靠近眼底侧EYE的第二镜片L2的表面S3为凹面。第三透镜群组G3的有效焦距为正，且包含多个第三镜片，其中至少一第三镜片为一胶合镜片。举例而言，图1所示的实施例中，第三透镜群组G3是由三个第三镜片L3a、L3b、L3c所组成，而其中第三镜片L3b为胶合镜片。
请再参照图1，于一实施例中，本发明的透镜模块更包含一第一发光元件LSa，其设置于第一透镜群组G1的成像侧IMG且偏离透镜模块的一光轴A。如图1所示，第一发光元件LSa用以产生一照明光IL，且照明光IL通过第一透镜群组G1会聚至眼底侧EYE的一角膜。依据此架构，本发明的透镜模块中的第一透镜群组G1为成像***以及照明***所共用。而眼底所反射的影像光先经第一透镜群组G1会聚后形成一中间像I1，再经第二透镜群组G2以及第三透镜群组G3而形成影像I2。影像I2可由观测者直接观察或是由一影像感测模块20感测而形成影像。
较佳者，第一发光元件LSa的设置位置以及眼球10的角膜的位置相对于第一透镜群组G1符合物像关系。简言之，第一发光元件LSa设置于第一透镜群组G1的物体侧(objectside)，第一发光元件LSa所发出的照明光IL在眼球10的角膜(即成像侧)会聚，并入射至眼球10的眼底。需注意者，此处所指的成像侧为照明***的成像侧，与前述透镜模块的成像侧IMG并不相同。配合不同的光学设计，第一发光元件LSa的设置位置至第一镜片L1朝向成像侧IMG的表面S2的距离介于40mm至100mm。依据上述架构，第一发光元件LSa以及第一透镜群组G1之间无需其它中继透镜(relay lens)，亦即不形成任何中间像，即可有效利用第一发光元件LSa所发出的照明光IL。
由于镜片的工艺无法达到完全穿透光线，因此照射在第一透镜群组G1的照明光仍会有部分反射光反射至成像镜头，亦即第二透镜群组G2，造成所谓的鬼影。请参照图2A以及图2B，本发明透镜模块的第一透镜群组G1采用双凸结构的设计，当照明光IL在第一透镜群组G1的表面S1反射时，由于表面S1相对于第一发光元件LSa为一凹面，因此对反射的照明光IL产生会聚作用。接着经凸面的表面S2折射，使反射的照明光IL进一步收敛而在靠近第一透镜群组G1侧会聚，加大了反射的照明光IL的出光角度，使得入射至第二透镜群组G2的反射照明光IL大幅降低，如图2A所示。当照明光IL在第一透镜群组G1的表面S2反射时，由于表面S1相对于第一发光元件LSa为一凸面，因此，反射的照明光IL将发散，亦使得入射至第二透镜群组G2的反射照明光IL大幅降低，如图2B所示。由上述说明可知，本发明透镜模块的第一透镜群组G1采用双凸结构的设计可大幅降低鬼影的形成。此外，调整第一发光元件LSa的高度，亦即与光轴A之间的距离，可进一步降低鬼影的形成。
于一实施例中，依据不同的观测需求，第一发光元件LSa可为可见光发光二极管或红外光发光二极管。请参照图3，于一实施例中，第一发光元件LSa可包含多个发光二极管，且多个发光二极管包含可见光发光二极管LSa1以及红外光发光二极管LSa2。可见光发光二极管LSa1以及红外光发光二极管LSa2的配置比例可依据实际需求加以设计。例如，第一发光元件LSa可为2个可见光发光二极管LSa1以及1个红外光发光二极管LSa2。为了使第一发光元件LSa的设置位置以及眼球10的角膜的位置相对于第一透镜群组G1符合物像关系，可见光发光二极管LSa1以及红外光发光二极管LSa2能够以上下并列的方式配置，亦即可见光发光二极管LSa1以及红外光发光二极管LSa2与光轴A的距离不同，如图3所示。或者，可见光发光二极管LSa1以及红外光发光二极管LSa2能够以左右并列的方式配置，亦即可见光发光二极管LSa1以及红外光发光二极管LSa2与光轴A的距离实质上相同。需注意者，可见光发光二极管LSa1以及红外光发光二极管LSa2亦可上下或左右对调的方式或环形对称等方式配置。
请参照图4，于一实施例中，本发明的透镜模块还包含一光学元件O1，其设置于第一透镜群组G1以及第一发光元件LSa之间。光学元件O1可用以偏折照明光IL后入射至第一透镜群组G1。举例而言，光学元件O1可为偏光镜(polarizer)、棱镜(prism)或分光器(beamsplitter)等。如图4所示，通过光学元件O1偏折红外光发光二极管LSa2所发出的照明光，红外光发光二极管LSa2的设置位置可等同于可见光发光二极管LSa1的设置位置，不仅距离相同，且在同一物体平面上。如此，红外光发光二极管LSa2的照明范围能够与可见光发光二极管LSa1的照明范围极为相近。
请参照图5，于一实施例中，本发明的透镜模块还包含一第二发光元件LSb，其用以产生一固眼光(precision light)PL。固眼光PL通过一分光器O2反射，再经第一透镜群组G1会聚至眼底侧EYE的一角膜，其中第二发光元件LSb的设置位置通过分光器O2反射后，等同于透镜模块的中间像I1的位置。依据此架构，第二发光元件LSb所发出的固眼光PL可入射至眼球20的眼底，以使观测者通过点亮特定位置的第二发光元件LSb供被观测者注视，以固定被观测者的眼球角度。
请参照图6A以及图6B，于一实施例中，本发明的透镜模块还包含一光学透镜O3，其设置于第二发光元件LSb以及分光器O2之间。光学透镜O3用以会聚第二发光元件LSb所产生的固眼光PL以形成一中间像，其位置等同于透镜模块的中间像I1的位置。举例而言，请参照图6A，第二发光元件LSb所产生的固眼光PL经光学透镜O3会聚后，在分光器O2之前形成一中间像I3。中间像I3的位置通过分光器O2反射后，等同于透镜模块的中间像I1的位置。或者，请参照图6B，第二发光元件LSb所产生的固眼光PL经光学透镜O3会聚，并经分光器O2反射后形成中间像，其位置即为透镜模块的中间像I1的位置。由上述可知，通过适当的设计，用以反射固眼光PL的分光器O2可设置于透镜模块的中间像I1的眼底侧EYE或成像侧IMG。
以下，以具体实施例说明本发明的透镜模块。请参照表1，其定义图1所示的透镜模块的各项参数。表1中的表面编号对应图1所示的每一镜片的表面，其中表面S7为一光阑的表面；厚度则是该表面朝成像侧IMG方向至下一表面于光轴A上的距离。举例而言，表面S1的厚度栏位中的数值表示表面S1至表面S2于光轴A上的距离；表面S11的距离栏位则表示表面S11至影像I2的距离。表1中以星号注记的表面表示其为非球面曲面。
表1
非球面曲面可由以下方程式表示：
其中，c为近轴曲率，r为从光轴A至镜片表面的距离，z为非球面曲面上r的点至非球面曲面的顶点切平面(垂直于光轴A的平面)的距离，k为楕球系数，α1-8为系数。非球面曲面的各项系数如表2所示，表2未示的系数α1、α7、α8则为0。
表2
请再参照图1，本发明一实施例的眼底相机包含一影像感测模块20以及一透镜模块，其包含一第一透镜群组G1、一第二透镜群组G2以及一第三透镜群组G3。透镜模块的详细结构如前所述，在此不再赘述。影像感测模块20则用以感测光线以形成一影像。图1所绘制的影像I2与影像感测模块20之间保留一间隙仅是为了易于理解。实际应用时的设计，影像I2应位于影像感测模块20的感测表面上。
于一实施例中，本发明的眼底相机还包含一显示模块30，其与影像感测模块20电性连接。显示模块30可直接显示影像I2，如此，观测者无须贴近被观测者即可观察眼底影像。于一实施例中，本发明的眼底相机还包含一储存模块40，其与影像感测模块20电性连接。储存模块40用以储存影像感测模块20所获取的影像I2作为记录，以利后续比较复原的情况。
综合上述，本发明的透镜模块及眼底相机将其中一组透镜群组与照明***共用，因此照明***无须额外设置光学透镜，而可有效缩减整体的体积，以利携带以及应用于远距医疗。此外，共用的透镜群组为双凸表面设计，其可降低共用的透镜群组所反射的光线入射至成像***，进而降低鬼影的产生。又，固眼光亦使用相同的透镜群组，而无须额外设置，因此，本发明的透镜模块及眼底相机作为手持式装置的应用时，仍可提供固眼光，以协助被观测者的眼球转动至特定的角度，而有利观测者的观察眼底的情况。
以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域相关技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (18)

1.一种透镜模块，其用以会聚从一眼底反射的一影像光，其特征在于，所述透镜模块包含从一眼底侧至一成像侧依序配置的一第一透镜群组、一第二透镜群组以及一第三透镜群组，以及一第一发光元件；
其中所述第一透镜群组的有效焦距为正，且由单一的一第一镜片所构成，所述第一镜片朝向所述眼底侧以及所述成像侧的二个表面皆为凸面；
所述第二透镜群组的有效焦距为正或负，且包含多个第二镜片，其中最靠近所述眼底侧的所述第二镜片的表面为凹面；以及
所述第三透镜群组的有效焦距为正，且包含多个第三镜片，其中至少一所述第三镜片为一胶合镜片；
所述第一发光元件设置于所述第一透镜群组的所述成像侧且光学上偏离所述透镜模块的一光轴，所述第一发光元件用以产生一照明光，并通过所述第一透镜群组会聚至所述眼底侧的一角膜，其中所述照明光未经会聚照射于所述第一透镜群组。
2.根据权利要求1所述的透镜模块，其特征在于，所述第一发光元件的设置位置以及所述角膜的位置相对于所述第一透镜群组符合物像关系。
3.根据权利要求2所述的透镜模块，其特征在于，所述透镜模块还包含：
一光学元件，其设置于所述第一透镜群组以及所述第一发光元件之间，用以偏折所述照明光入射至所述第一透镜群组。
4.根据权利要求3所述的透镜模块，其特征在于，所述光学元件包含偏光镜、棱镜或分光器。
5.根据权利要求1所述的透镜模块，其特征在于，所述第一发光元件包含多个发光二极管，且所述多个发光二极管包含可见光发光二极管以及红外光发光二极管至少其中之一。
6.根据权利要求1所述的透镜模块，其特征在于，所述第一发光元件的设置位置至所述第一镜片朝向所述成像侧的所述表面的距离介于40mm至100mm。
7.根据权利要求1所述的透镜模块，其特征在于，所述透镜模块还包含：
一第二发光元件，其用以产生一固眼光，所述固眼光通过一分光器反射以及所述第一透镜群组会聚至所述眼底侧的一角膜，其中所述第二发光元件的设置位置等同于所述透镜模块的一第一中间像的位置。
8.根据权利要求7所述的透镜模块，其特征在于，所述透镜模块还包含：
一光学透镜，其设置于所述第二发光元件以及所述分光器之间，其中所述第二发光元件所产生的所述固眼光通过所述光学透镜会聚形成一第二中间像，且所述第二中间像的位置等同于所述透镜模块的所述第一中间像的位置。
9.一种眼底相机，其特征在于，所述眼底相机包含：
一影像感测模块，其用以感测光线以形成一影像；以及
一透镜模块，其用以会聚从一眼底反射的一影像光至所述影像感测模块，所述透镜模块包含从一眼底侧至一成像侧依序配置的一第一透镜群组、一第二透镜群组以及一第三透镜群组，以及一第一发光元件；
其中所述第一透镜群组的有效焦距为正，且由单一的一第一镜片所构成，所述第一镜片朝向所述眼底侧以及所述成像侧的二个表面皆为凸面；
所述第二透镜群组的有效焦距为正或负，且包含多个第二镜片，其中最靠近所述眼底侧的所述第二镜片的表面为凹面；以及
所述第三透镜群组的有效焦距为正，且包含多个第三镜片，其中至少一所述第三镜片为一胶合镜片；
所述第一发光元件设置于所述第一透镜群组的所述成像侧且光学上偏离所述透镜模块的一光轴，所述第一发光元件用以产生一照明光，并通过所述第一透镜群组会聚至所述眼底侧的一角膜，其中所述照明光未经会聚照射于所述第一透镜群组。
10.根据权利要求9所述的眼底相机，其特征在于，所述第一发光元件的设置位置以及所述角膜的位置相对于所述第一透镜群组符合物像关系。
11.根据权利要求10所述的眼底相机，其特征在于，所述眼底相机还包含：
一光学元件，其设置于所述第一透镜群组以及所述第一发光元件之间，用以偏折所述照明光入射至所述第一透镜群组。
12.根据权利要求11所述的眼底相机，其特征在于，所述光学元件包含偏光镜、棱镜或分光器。
13.根据权利要求9所述的眼底相机，其特征在于，所述第一发光元件包含多个发光二极管，且所述多个发光二极管包含可见光发光二极管以及红外光发光二极管至少其中之一。
14.根据权利要求9所述的眼底相机，其特征在于，所述第一发光元件的设置位置至所述第一镜片朝向所述成像侧的所述表面的距离介于40mm至100mm。
15.根据权利要求9所述的眼底相机，其特征在于，所述眼底相机还包含：
一第二发光元件，其用以产生一固眼光，所述固眼光通过一分光器反射以及所述第一透镜群组会聚至所述眼底侧的一角膜，其中所述第二发光元件的设置位置等同于所述透镜模块的一第一中间像的位置。
16.根据权利要求15所述的眼底相机，其特征在于，所述眼底相机还包含：
一光学透镜，其设置于所述第二发光元件以及所述分光器之间，其中所述第二发光元件所产生的所述固眼光通过所述光学透镜会聚形成一第二中间像，且所述第二中间像的位置等同于所述透镜模块的所述第一中间像的位置。
17.根据权利要求9所述的眼底相机，其特征在于，所述眼底相机还包含：
一显示模块，其与所述影像感测模块电性连接，用以显示所述影像。
18.根据权利要求9所述的眼底相机，其特征在于，所述眼底相机还包含：
一储存模块，其与所述影像感测模块电性连接，用以储存所述影像。
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