TWI474802B - 光學眼壓量測裝置及其運作方法 - Google Patents

Description

光學眼壓量測裝置及其運作方法

本發明係與光學量測有關，特別是關於一種非接觸式的光學眼壓量測裝置及其運作方法。

近年來，隨著光學技術不斷地演進，光學干涉技術提供一個非侵入式的方法來了解待測物組織的構造及組成，由於其非侵入式的特性使得光學干涉技術被廣泛地應用於人體功能檢測及醫療診斷上。

舉例而言，光學干涉技術已被應用於生物體之眼壓量測裝置上。然而，在目前光學眼壓量測裝置量測生物體之眼壓的過程中，由於眼球相當容易受外力或自身產生振動，導致量測上容易出現誤差。此外，由於目前光學眼壓量測裝置的量測範圍有限，雖可藉由多點持續進行縱深方向上之量測以完成二維或三維的眼角膜資料，但需耗費相當長的時間才能完成，並且由於量測目標(眼球)常處於動態狀態下，亦會使得光學眼壓量測裝置量測到之結果不一定屬於同一量測位置，導致眼角膜的某段數據出現遺漏或誤植之情事。

因此，本發明提出一種光學眼壓量測裝置及其運作方法，以解決上述問題。

根據本發明之第一具體實施例為一種光學眼壓量測裝置。於此實施例中，該光學眼壓量測裝置包含光源、光學模組、加壓模組、變形量測模組及處理模組。光源係用以提供入射光。光學模組將入射光分光為第一入射光及第二入射光後，第一入射光及第二入射光分別透過第一光路及第二光路射向參考物及待測物，並分別接收來自參考物之第一反射光訊號以及來自待測物之第二反射光訊號。加壓模組與第二光路形成耦合，並提供壓力致使待測物產生變形。變形量測模組量測待測物產生變形時之變形量。處理模組對第一反射光訊號及第二反射光訊號進行分析處理，以產生眼壓量測結果。

於一實施例中，該光學模組包含有分光/耦合單元、光路單元及影像感測單元。分光/耦合單元對來自光源之入射光進行分光後分別透過第一光路及第二光路射向參考物及該待測物，並分別接收來自參考物之第一反射光訊號以及來自待測物之第二反射光訊號。光路單元將第二反射光訊號放大。影像感測單元感測經光路單元放大後之第二反射光訊號以產生待測物之光學影像。

於一實施例中，光路單元係包含有由單個或複數個透鏡元件組成之透鏡組。

於一實施例中，影像感測單元係包含有一維或二維之光學影像感測器，光學影像感測器係屬於電荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)型式或互補式金氧半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)型式。

於一實施例中，光學模組係透過光路單元及影像感測單元之匹配對待測物提供一次性大範圍量測，並於大範圍量測過程中，透過比對待測物之光學影像判斷待測物上之標記所產生的偏移量，以及同步擷取待測物於縱深方向上之光學影像，以進行動態量測補償修正。

於一實施例中，加壓模組係包含有氣動元件，用以產生加壓氣流以提供壓力致使待測物產生變形，加壓氣流係與第二入射光以及第二反射光訊號部分或全部地共用第二光路。

於一實施例中，變形量測模組包含有至少一光學發射單元及至少一光學接收單元。光學發射單元於待測物產生變形前後分別發射量測光至待測物。光學接收單元於待測物產生變形前後分別接收待測物反射量測光所產生之反射光，並據以求出待測物之變形量。

於一實施例中，參考物係選用具有不同曲率或不同材質之反射鏡面來調整參考物所反射之第一反射光訊號，以提供較佳的信號-噪音比。

根據本發明之第二具體實施例為一種光學眼壓量測裝置運作方法。於此實施例中，光學眼壓量測裝置包含光源、光學模組、加壓模組、變形量測模組及處理模組。光學眼壓量測裝置運作方法包含下列步驟：(a)光源提供入射光；(b)光學模組將入射光分光為第一入射光及第二入射光後，第一入射光及第二入射光分別透過第一光路及第二光路射向參考物及待測物；(c)光學模組分別接收來自參考物之第一反射光訊號以及來自待測物之第二反射光訊號；(d)加壓模組與第二光路形成耦合，並提供壓力致使待測物產生變形；(e)變形量測模組量測待測物產生變形時之變形量；(f)處理模組對第一反射光訊號及第二反射光訊號進行分析處理。

相較於先前技術，根據本發明之光學眼壓量測裝置及其運作方法係透過光學干涉技術實現非破壞性且非接觸式之眼壓量測，並藉由其光路單元與影像感測單元之匹配同步提供待測區域大範圍之量測，故可大幅縮減眼角膜全域量測所需之時間，以提升量測效率。再者，根據本發明之光學眼壓量測裝置於量測眼角膜的過程中，可同步擷取其縱深方向上的光學影像，以對眼球產生之振動進行動態量測補償修正。此外，根據本發明之光學眼壓量測裝置在大範圍量測的過程中，亦可藉由光學影像之儲存比對判斷出眼角膜上之標記所產生的偏移量，以追蹤鎖定待測區域，避免眼角膜的某段數據出現遺漏或誤植之情事。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

根據本發明之一具體實施例為一種光學眼壓量測裝置。於此實施例中，該光學眼壓量測裝置係採用光學干涉技術對生物體之眼角膜進行非破壞性且非接觸式之大區域量測，故可同時進行眼角膜之厚度、曲率及變形量等參數之量測工作，以取得二維(表面)及三維(表面及縱向)的眼角膜資料，並且能夠有效地消除先前技術中由於眼角膜處於動態下所造成之量測誤差。

請參照圖1，圖1係繪示本實施例之光學眼壓量測裝置的示意圖。如圖1所示，光學眼壓量測裝置1係用以透過光學干涉技術對待測物D(例如生物體之眼球)進行量測之程序。光學眼壓量測裝置1包含有光學模組10、光源12、處理模組14、加壓模組P及變形量測模組M。其中，處理模組14係耦接光學模組10。

於此實施例中，光源12係用以提供入射光Lin並射向光光學模組10。實際上，光源12可採用雷射光，以實現低同調性光學干涉術(Low Coherence Interferometry,LCI)。光源12的型式可以是單點光源、陣列多點光源或可調角度之光纖光源等，並無特定之限制。當光學模組10接收到入射光Lin後，光學模組10將入射光Lin分光為第一入射光Lin1及第二入射光Lin2後，第一入射光Lin1及第二入射光Lin2分別透過第一光路及第二光路射向參考物R及待測物D，並分別接收來自參考物R之第一反射光訊號以及來自待測物D之第二反射光訊號。處理模組14係用以對第一反射光訊號及第二反射光訊號進行分析處理，以產生眼壓量測結果。需說明的是，加壓模組P係用以與位於光學模組10及待測物D之間的第二光路LP2形成耦合，並提供一壓力致使待測物D產生變形。此時，變形量測模組M即可量測待測物D產生變形時之一變形量，以作為產生眼壓量測結果之依據。需說明的是，此實施例中的參考物R可視實際需求選用任何具有不同曲率或不同材質之反射鏡面來調整其反射之第一反射光訊號，以提供較佳的信號-噪音比，但不以此為限。

接著，請參照圖2A，圖2A係繪示圖1之光學眼壓量測裝置1之詳細示意圖。如圖2A所示，光學模組10包含有分光/耦合單元100、光路單元102及影像感測單元104。其中，分光/耦合單元100係用以將來自光源12之入射光Lin分光為第一入射光Lin1及第二入射光Lin2後，第一入射光Lin1及第二入射光Lin2分別透過第一光路LP1及第二光路LP2射向參考物R及待測物D，並分別接收來自參考物R之第一反射光訊號以及來自待測物D之第二反射光訊號。光路單元102係用以將來自待測物D之第二反射光訊號放大。影像感測單元104係用以感測經光路單元102放大後之第二反射光訊號以產生待測物D之光學影像。

於實際應用中，光路單元102可包含有由單個或複數個透鏡元件組成之透鏡組，例如圖2B所示之光路單元102係由兩個凸透鏡元件LEN1及LEN2所組成；圖2C所示之光路單元102’係由可調曲率之凸透鏡CLEN所組成，但不以此為限。至於影像感測單元104可包含有一維(例如長條型)或二維(例如平面型)之光學影像感測器，例如電荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)型式之光學影像感測器或是互補式金氧半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)型式之光學影像感測器，但不以此為限。

於此實施例中，加壓模組P可以是氣動元件，用以產生加壓氣流K以提供壓力致使待測物D產生變形，由於加壓模組P係與第二光路LP2形成耦合，因此，加壓模組P所產生之加壓氣流K係與第二入射光Lin2以及第二反射光訊號部分或全部地共用第二光路LP2，藉以提升待測物D之變形量的量測效果。也就是說，加壓模組P所產生之加壓氣流K進入第二光路LP2的位置並無特定之限制，端視實際應用時之需求而定。

變形量測模組M包含有至少一光學發射單元M1及至少一光學接收單元M2。其中，光學發射單元M1係用以於待測物D產生變形前後分別發射量測光L1至待測物D；光學接收單元M2係用以於待測物D產生變形前後分別接收待測物D反射量測光L1所產生之反射光L2，並根據待測物D產生變形前後所接收到之不同反射光L2推算出待測物D之變形量。於實際應用中，變形量測模組M可以是單一光學發射單元M1與單一光學接收單元M2之型式、單一光學發射單元M1與多個光學接收單元M2之型式、多個光學發射單元M1與單一光學接收單元M2之型式或多個光學發射單元M1與多個光學接收單元M2之型式，可視實際需求而定。

需說明的是，本發明之光學眼壓量測裝置1係透過光學模組10中之光路單元102及影像感測單元104之匹配對待測物(眼角膜)D提供非破壞性且非接觸式之的大範圍量測，故可同時進行待測物(眼角膜)D之厚度、曲率及變形量等參數之量測工作，以取得二維(表面)及三維(表面及縱向)的眼角膜資料，有效地提升光學眼壓量測裝置1之量測效率。請參照圖3A及圖3B，圖3A及圖3B係分別繪示待測物(眼角膜)D受到先前技術之小範圍量測及本發明之大範圍量測的前視圖與側視圖，其中實線係代表先前技術之小範圍量測，而虛線則代表本發明之大範圍量測。

再者，由於在眼角膜變形之量測過程中並無法保證眼球能夠維持固定不動，例如眼球於縱深方向產生不預期的振動，因此，先前技術所得到之量測結果容易產生誤差。有鑑於此，本發明之光學眼壓量測裝置1在透過變形量測模組M量測待測物(眼角膜)D之變形量的過程中，即使待測物D於縱深方向產生不預期的振動(如圖4A與圖4B所示，待測物D由原本的第一位置A水平移動一段偏移量d3至第二位置A’，而待測物D的其他兩個不同部位亦分別移動偏移量d1及d2)，光學眼壓量測裝置1仍可透過其光學接收單元M2同步接收待測物(眼角膜)D之反射光，以得到待測物(眼角膜)D於縱深方向的光學影像，除了可提供眼角膜之厚度、曲率及變形量等參數之修正外，亦可同步提供動態影像作為訊號誤差之修正。

此外，即使待測者盡量保持在注視不動的狀態下，但待測者的眼睛還是會隨時處於一種微小運動狀態下，因而導致先前技術進行眼角膜性質之量測時常會產生誤差，亦即原訂之量測區域無法順利實現，導致待測物之某段數據產生遺漏或誤植。有鑑於此，本發明之光學眼壓量測裝置1在進行大範圍量測的過程中，如圖5A及圖5B所示，光學眼壓量測裝置1可透過儲存比對待測物(眼角膜)D之光學影像的方式判斷待測物(眼角膜)D上之不同標記SP1及SP2於垂直方向上分別產生的偏移量d4及d5，故能有效地避免由於待測物(眼角膜)D處於動態下所造成之偏差，而不會遺漏或誤植待測物(眼角膜)D之某段數據。

根據本發明之另一具體實施例為一種光學眼壓量測裝置運作方法。於此實施例中，光學眼壓量測裝置包含光源、光學模組、加壓模組、變形量測模組及處理模組。請參照圖6，圖6係繪示此實施例之光學眼壓量測裝置運作方法的流程圖。

如圖6所示，光學眼壓量測裝置運作方法包含下列步驟：首先，於步驟S10中，光源提供入射光。於步驟S12中，光學模組將入射光分光為第一入射光及第二入射光後，第一入射光及第二入射光分別透過參考光路(第一光路)及待測光路(第二光路)射向參考物及待測物。於步驟S14中，光學模組分別接收來自參考物之參考反射光訊號(第一反射光訊號)以及來自待測物之待測反射光訊號(第二反射光訊號)。於步驟S16中，加壓模組與待測光路(第二光路)形成耦合，並提供壓力致使待測物產生變形。於步驟S18中，變形量測模組量測待測物產生變形時之變形量。於步驟S20中，處理模組對參考反射光訊號(第一反射光訊號)及待測反射光訊號(第二反射光訊號)進行分析處理。

實際上，於上述光學眼壓量測裝置運作方法中，光學模組可進一步根據放大後之待測反射光訊號(第二反射光訊號)產生待測物之一光學影像。光學模組更可對待測物提供一次性大範圍量測，並於大範圍量測過程中，透過比對待測物之光學影像判斷待測物上之標記所產生的偏移量，以及同步擷取待測物於縱深方向上之光學影像，以進行動態量測補償修正。

此外，加壓模組可產生加壓氣流以提供壓力致使待測物產生變形，並且加壓氣流係與第二入射光以及第二反射光訊號部分或全部地共用第二光路，但不以此為限。也就是說，加壓模組所產生之加壓氣流進入第二光路的位置並無特定之限制，端視實際應用時之需求而定。另，上述參考物可選用具有不同曲率或不同材質之反射鏡面來調整參考物所反射之第一反射光訊號，以提供較佳的信號-噪音比，但不以此為限。

相較於先前技術，根據本發明之光學眼壓量測裝置及其運作方法係透過光學干涉技術實現非破壞性且非接觸式之眼壓量測，並藉由其光路單元與影像感測單元之匹配同步提供待測區域大範圍之量測，故可大幅縮減眼角膜全域量測所需之時間，以提升量測效率。再者，根據本發明之光學眼壓量測裝置於量測眼角膜的過程中，可同步擷取其縱深方向上的光學影像，以對眼球產生之振動進行動態量測補償修正。此外，根據本發明之光學眼壓量測裝置在大範圍量測的過程中，亦可藉由光學影像之儲存比對判斷出眼角膜上之標記所產生的偏移量，以追蹤鎖定待測區域，避免眼角膜的某段數據出現遺漏或誤植之情事。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

S10~S20．．．流程步驟

K．．．加壓氣流

1．．．光學眼壓量測裝置

10．．．光學模組

12．．．光源

14．．．處理模組

Lin．．．入射光

Lin1．．．第一入射光

Lin2．．．第二入射光

R．．．參考物

D．．．待測物

P．．．加壓模組

M．．．變形量測模組

LP1．．．第一光路

LP2．．．第二光路

100．．．分光/耦合單元

102、102’．．．光路單元

104．．．影像感測單元

M1．．．光學發射單元

M2．．．光學接收單元

L1．．．量測光

L2．．．反射光

LEN1、LEN2．．．凸透鏡元件

CLEN．．．可調曲率之凸透鏡

A．．．第一位置

A’．．．第二位置

d1~d5．．．偏移量

SP1、SP2．．．標記

圖1係繪示根據本發明之一具體實施例中之光學眼壓量測裝置的示意圖。

圖2A係繪示光學眼壓量測裝置的詳細示意圖。

圖2B係繪示光路單元由兩個凸透鏡元件所組成。

圖2C係繪示光路單元由可調曲率之凸透鏡所組成。

圖3A及圖3B係分別繪示待測物(眼角膜)受到先前技術之小範圍量測及本發明之大範圍量測的前視圖與側視圖。

圖4A與圖4B係分別繪示當待測物由原本的第一位置移動一段距離至第二位置時光學眼壓量測裝置對待測物之量測情形。

圖5A與圖5B係分別繪示光學眼壓量測裝置透過儲存比對待測物(眼角膜)之光學影像的方式判斷待測物(眼角膜)上之不同標記分別產生的偏移量。

圖6係繪示根據本發明之另一具體實施例之光學眼壓量測裝置運作方法的流程圖。

1．．．光學眼壓量測裝置

10．．．光學模組

12．．．光源

14．．．處理模組

Lin．．．入射光

R．．．參考物

D．．．待測物

P．．．加壓模組

M．．．變形量測模組

Lin1．．．第一入射光

Lin2．．．第二入射光

Claims (9)

1. 一種光學眼壓量測裝置，包含有：一光源，係用以提供一入射光；一光學模組，係用以將該入射光分光為一第一入射光及一第二入射光後，該第一入射光及該第二入射光分別透過一第一光路及一第二光路射向一參考物及一待測物，並分別接收來自該參考物之一第一反射光訊號以及來自該待測物之一第二反射光訊號；一加壓模組，係用以與該第二光路形成耦合，並提供一壓力致使該待測物產生變形；一變形量測模組，係用以量測該待測物產生變形時之一變形量；以及一處理模組，耦接該光學模組，係用以對該第一反射光訊號及該第二反射光訊號進行分析處理；其中，該變形量測模組包含有：至少一光學發射單元，用以於該待測物產生變形前後分別發射一量測光至該待測物；以及至少一光學接收單元，用以於該待測物產生變形前後分別接收該待測物反射該量測光所產生之一反射量測光，並據以求出該待測物之該變形量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學眼壓量測裝置，其中該光學模組包含有：一分光/耦合單元，用以將來自該光源之該入射光分光為該第一入射光及該第二入射光後，該第一入射光及該第二入射光分別透過該第一光路及該第二光路射向該參考物及該待測物，並分別接收來自該參考物之該第一反 射光訊號以及來自該待測物之該第二反射光訊號；一光路單元，包含有由單個或複數個透鏡元件組成之透鏡組，用以將該第二反射光訊號放大；以及一影像感測單元，用以感測經該光路單元放大後之該第二反射光訊號以產生該待測物之一光學影像。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光學眼壓量測裝置，其中該影像感測單元係包含有一維或二維之一光學影像感測器，該光學影像感測器係屬於電荷耦合元件(Charge-Coupled Device,CCD)型式或互補式金氧半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)型式。
4. 如申請專利範圍第2項所述之光學眼壓量測裝置，其中該光學模組係透過該光路單元及該影像感測單元之匹配對該待測物提供一次性大範圍量測，並於大範圍量測過程中，透過比對該待測物之該光學影像判斷該待測物上之標記所產生的偏移量，以及同步擷取該待測物於縱深方向上之該光學影像，以進行動態量測補償修正。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學眼壓量測裝置，其中該加壓模組係包含有一氣動元件，用以產生一加壓氣流以提供該壓力致使該待測物產生變形，該加壓氣流係與該第二入射光以及該第二反射光訊號部分或全部地共用該第二光路。
6. 一種光學眼壓量測裝置，包含有：一光源，係用以提供一入射光；一光學模組，係用以將該入射光分光為一第一入射光及一第二入射光後，該第一入射光及該第二入射光分別透過 一第一光路及一第二光路射向一參考物及一待測物，並分別接收來自該參考物之一第一反射光訊號以及來自該待測物之一第二反射光訊號；一加壓模組，係用以與該第二光路形成耦合，並提供一壓力致使該待測物產生變形；一變形量測模組，係用以量測該待測物產生變形時之一變形量；以及一處理模組，耦接該光學模組，係用以對該第一反射光訊號及該第二反射光訊號進行分析處理；其中，該光學模組包含有：一分光/耦合單元，用以將來自該光源之該入射光分光為該第一入射光及該第二入射光後，該第一入射光及該第二入射光分別透過該第一光路及該第二光路射向該參考物及該待測物，並分別接收來自該參考物之該第一反射光訊號以及來自該待測物之該第二反射光訊號；一光路單元，包含有由單個或複數個透鏡元件組成之透鏡組，用以將該第二反射光訊號放大；以及一影像感測單元，用以感測經該光路單元放大後之該第二反射光訊號以產生該待測物之一光學影像；其中，該光學模組係透過該光路單元及該影像感測單元之匹配對該待測物提供一次性大範圍量測，並於大範圍量測過程中，透過比對該待測物之該光學影像判斷該待測物上之標記所產生的偏移量，以及同步擷取該待測物於縱深方向上之該光學影像，以進行動態量測補償修正。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學眼壓量測裝置，其中該參考物係選用具有不同曲率或不同材質之反射鏡面來調整該參 考物所反射之該第一反射光訊號，以提供較佳的信號-噪音比。
8. 一種運作一光學眼壓量測裝置的方法，該光學眼壓量測裝置包含一光源、一光學模組、一加壓模組、一變形量測模組及一處理模組，該方法包含下列步驟：(a)該光源提供一入射光；(b)該光學模組將該入射光分光為一第一入射光及一第二入射光後，該第一入射光及該第二入射光分別透過一第一光路及一第二光路射向一參考物及一待測物；(c)該光學模組分別接收來自該參考物之一第一反射光訊號以及來自該待測物之一第二反射光訊號；(d)該加壓模組與該第二光路形成耦合，並提供一壓力致使該待測物產生變形；(e)該變形量測模組量測該待測物產生變形時之一變形量；以及(f)該處理模組對該第一反射光訊號及該第二反射光訊號進行分析處理；其中，該光學模組更根據放大後之該第二反射光訊號產生該待測物之一光學影像，該光學模組更對該待測物提供一次性大範圍量測，並於大範圍量測過程中，透過比對該待測物之該光學影像判斷該待測物上之標記所產生的偏移量，以及同步擷取該待測物於縱深方向上之該光學影像，以進行動態量測補償修正。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該加壓模組產生一加壓氣流以提供該壓力致使該待測物產生變形，該加壓氣流係 與該第二入射光以及該第二反射光訊號部分或全部地共用該第二光路。