TWI817773B - 眼壓檢測裝置 - Google Patents

Abstract

一種眼壓檢測裝置包含一眼壓檢測單元、一高精度定位系統以及一廣域定位系統，其中依據眼壓檢測單元之位置，以適當權重整合高精度定位系統所輸出之一高精度座標以及廣域定位系統所輸出之一廣域座標而獲得較為精確之一整合座標。上述眼壓檢測裝置可避免眼壓檢測單元不在高精度定位系統之工作區內而無法工作。

Description

眼壓檢測裝置

本發明是有關一種眼壓檢測裝置，特別是一種能夠自動對正眼球之曲面頂點之眼壓檢測裝置。

眼球為維持彈性以及視覺功能，必須將眼內壓力(Intraocular Pressure，IOP)維持在一定範圍內。過高的眼壓會壓迫神經造成神經功能受損，進而造成視野缺損、視力下降，形成所謂的青光眼。

常見的眼壓檢測裝置主要有壓平式眼壓計以及氣壓式眼壓計。壓平式眼壓計須於檢測前點上麻藥在角膜上，再以眼壓計接觸角膜測出眼壓，因此操作上較為複雜。氣壓式眼壓計則是將一定壓力的氣體瞬間噴出至眼球之曲面頂點以使眼球表面產生形變，再檢測眼球表面的形變量以計算出眼壓數值，進而達到以非接觸的方式檢測眼壓。

為了偵測眼球之曲面頂點，習知之氣壓式眼壓計需配置一高精度定位系統，操作者再依據高精度定位系統所輸出之眼球之曲面頂點座標移動眼壓檢測單元對正眼球之曲面頂點進行噴氣並量測眼壓。然而，高精度定位系統的可定位範圍很窄，需由經過良好訓練的操作者進行操作才能獲得準確的檢測結果，這導致受測者需定期至醫院檢測眼壓，因而使受測者因不便而減少檢測眼壓的頻率。

數位控制之三軸伺服平台雖然可依據高精度定位系統所輸出之眼球之曲面頂點座標對正眼球之曲面頂點，但因高精度定位系統之工作區過窄、系統雜訊以及馬達響應特性等因素，使得三軸伺服平台的控制很容易脫離高精度定位系統之工作區，因而導致系統無法正常工作。

有鑑於此，提供一種能夠自動對正眼球之曲面頂點之眼壓檢測裝置便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種眼壓檢測裝置，其包含一高精度定位系統以及一廣域定位系統，並以適當權重整合高精度定位系統所輸出之一高精度座標以及廣域定位系統所輸出之一廣域座標，以獲得較為精確之一整合座標，以避免三軸伺服平台的控制脫離高精度定位系統之工作區。

本發明一實施例之眼壓檢測裝置包含一眼壓檢測單元、一高精度定位系統、一廣域定位系統、一三軸伺服平台以及一處理器。眼壓檢測單元用以對一眼球噴氣並量測眼球之眼壓。高精度定位系統用以量測眼球之一目標位置，並輸出一高精度座標。廣域定位系統用以量測眼球之目標位置，並輸出一廣域座標。三軸伺服平台與眼壓檢測單元連接，以移動眼壓檢測單元。處理器與高精度定位系統、廣域定位系統以及三軸伺服平台電性連接，其中處理器依據眼壓檢測單元與該眼球之曲面頂點之間之一參考距離，調整高精度座標以及廣域座標之權重計算出整合座標，並控制三軸伺服平台移動眼壓檢測單元至整合座標。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10:眼壓檢測裝置

11:眼壓檢測單元

12:高精度定位系統

121:第一光源

122:透鏡

123:光感測器

124:透鏡

13:廣域定位系統

131:第二光源

132:影像感測器

133:透鏡

14:三軸伺服平台

15:處理器

20:眼球

圖1為一示意圖，顯示本發明一實施例之眼壓檢測裝置。

圖2為一示意圖，顯示本發明一實施例之眼壓檢測裝置。

圖3為一示意圖，顯示參考距離與比例控制參數之關係。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參照圖1，本發明之一實施例之眼壓檢測裝置10包含一眼壓檢測單元11、一高精度定位系統12、一廣域定位系統13、一三軸伺服平台14以及一處理器15。眼壓檢測單元11用以量測一眼球之眼壓。舉例而言，眼壓檢測單元11可為一氣壓式眼壓計，亦即噴氣至眼球之曲面頂點，使眼球表面產生形變，再檢測眼球表面的形變量以計算出眼壓。眼壓檢測單元11之主要構成元件為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知，例如噴氣模組、光發射器以及光接收器等，故在此不再贅述。高精度定位系統12用以量測眼球之一目標位置，並輸出一 高精度座標。舉例而言，眼球之目標位置可為眼球之曲面頂點。廣域定位系統13則用以量測眼球之目標位置，並輸出一廣域座標。

請一併參照圖2，於一實施例中，高精度定位系統12包含一第一光源121以及一光感測器123。第一光源121用以產生一準直光照射於眼球20之曲面。舉例而言，第一光源121之出光側可設置透鏡122，以準直第一光源121所產生之光線。照射於眼球20曲面之準直光經反射後可被光感測器123接收，並計算出眼球20之曲面頂點的位置，亦即高精度座標。於一實施例中，光感測器123之入光側設有透鏡124。

請再參照圖2，於一實施例中，廣域定位系統13包含一第二光源131以及一影像感測器132。第二光源131可產生一結構光投射於眼球20之曲面。影像感測器132擷取已投射結構光之眼球20之一影像。於一實施例中，影像感測器132之入光側設有透鏡133。藉由結構光之變形量即可估算出眼球20之曲面頂點的位置，亦即廣域座標。

接續上述說明，三軸伺服平台14與眼壓檢測單元11連接。三軸伺服平台14可移動眼壓檢測單元11，使眼壓檢測單元11對正眼球20之曲面頂點，以進行眼壓檢測。處理器15與高精度定位系統12、廣域定位系統13以及三軸伺服平台14電性連接。處理器15可依據眼壓檢測單元11與眼球20之曲面頂點之間之一參考距離，調整高精度定位系統12所輸出之高精度座標以及廣域定位系統13所輸出之廣域座標之權重以計算出一整合座標。處理器15再依據所計算出之整合座標，控制三軸伺服平台14移動眼壓檢測單元11至整合座標。眼球20之曲面頂點的位置能夠以整合座標作為參考。可以理解的是，不在高精度定位系統12之工作區時，需仰賴廣域定位系統13所輸出之廣域座標，因此，處理器15所計算出之整合座標可能與實際之眼球20之曲面頂點有所誤差。但重覆上述步驟，執行多個週 期後，眼壓檢測單元11即可朝向眼球20之曲面頂點趨近並進入高精度定位系統12之工作區。

以下說明計算整合座標方法。整合座標可由以下方程式(1)計算得到：

其中，

、

、

為整合座標，x、y、z為高精度定位系統12所輸出之高精度座標，X、Y、Z為廣域定位系統13所輸出之廣域座標，r為權重，a、b為係數。於一實施例中，當參考距離小於一第一預設值時，權重r為1，亦即整合座標等於高精度定位系統12所輸出之高精度座標。當參考距離大於或等於一第二預設值時，權重r為0，亦即整合座標等於廣域定位系統13所輸出之廣域座標。當參考距離大於或等於第一預設值且小於第二預設值時，權重r由以下方程式(2)計算得到：

r為權重，d為參考距離，t₁為第一預設值，t₂為第二預設值。依據方程式(1)、(2)，當參考距離大於或等於第一預設值且小於第二預設值時，整合座標能夠較為穩定地在高精度定位系統12所輸出之高精度座標以及廣域定位系統13所輸出之廣域座標之間變化。可以理解的是，權重r的調整不限於上述方式，其亦可依據不同需求進行適當的修改。

接續上述說明，方程式(1)中之係數a、b可依據實際設計自行定義。於一實施例中，令係數a、b可使以下方程式(3)成立且方程式(4)有最小值。

其中，X _i 、Y _i 、Z _i 為在高精度定位系統12之一工作區內之i點位置之廣域座標，x _i 、y _i 、z _i 為在i點位置之高精度座標，

、

、

為在i點位置之一校正座標。於一實施例中，係數a、b可經由將本發明之眼壓檢測裝置10與眼球表面之曲率相仿的光滑曲面進行校正而獲得。舉例而言，可於高精度定位系統12之工作區內選取n個不同i點位置進行校正，其中n

4，i=1,2,...n。移動至i點位置進行定位量測可獲得高精度定位系統12所輸出之高精度座標x _i 、y _i 、z _i ，以及廣域定位系統13所輸出之廣域座標X _i 、Y _i 、Z _i ，並建立以下方程式(5)之關係式：

利用線性代數方法即可求得係數a、b的解。

於一實施例中，處理器15是以比例-積分-微分(Proportional-integral-derivative，PID)控制器控制三軸伺服平台14移動。舉例而言，處理器15是利用以下方程式(6)控制三軸伺服平台14移動：

其中，s _x 、s _y 、s _z 為三軸伺服平台14之前進步數，

、

、

為處理器15所計算出之整合座標，M為幾何變換矩陣，其是由三軸伺服平台14之步長以及整合座標之放大率與相對旋轉決定，p為PID控制器中之比例控制參數。於一實施例中，比例控制參數p是以模糊邏輯方法定義。舉例而言，請參照圖3，橫軸為眼壓檢測單元11至眼球20之目標位置(例如曲面頂點)之參考距離，縱軸為比 例控制參數p。當參考距離小於一第三預設值t3時，比例控制參數p為較小值之比例控制參數p1，亦即三軸伺服平台14之前進步數較少。當參考距離大於或等於一第四預設值t4時，比例控制參數p為較大值之比例控制參數p2，亦即三軸伺服平台14之前進步數較多。當參考距離大於或等於第三預設值且小於第四預設值時，比例控制參數p則在比例控制參數p1以及比例控制參數p2之間線性變化。可以理解的是，比例控制參數p可依實際所需的控制方式進行適當的修改。

可以理解的是，眼壓檢測單元11需對正眼球20之曲面頂點才能進行眼壓檢測，而在高精度定位系統12之工作區內，高精度定位系統12可獲得較為精確之定位座標。因此，於一實施例中，高精度定位系統12與眼壓檢測單元11電性連接，且在眼壓檢測單元11對正眼球20之曲面頂點時，即由高精度定位系統12觸發眼壓檢測單元11進行量測眼壓。於一實施例中，三軸伺服平台14同時移動高精度定位系統12以及眼壓檢測單元11，以使高精度定位系統12之工作區趨近並涵蓋眼球20之曲面頂點。

依據上述架構，本發明之眼壓檢測裝置在偏離眼球20之曲面頂點較多時，處理器15可提增加廣域座標之權重計算出整合座標，並控制三軸伺服平台14以較快的速度驅動眼壓檢測單元11靠近眼球20之曲面頂點。而在靠近眼球20之曲面頂點時，處理器15則增加高精度座標之權重計算出整合座標，並控制三軸伺服平台14以較慢的速度驅動眼壓檢測單元11，以避免脫離高精度定位系統12之工作區。因此，本發明之眼壓檢測裝置能夠使眼壓檢測單元11較快速並準確地對正眼球20之曲面頂點。可以理解的是，藉由整合座標以及控制三軸伺服平台移動眼壓檢測單元11可使眼壓檢測單元11自動對正眼球20之曲面頂點進行眼壓量測，因此，本發明之眼壓檢測裝置可由受測者自行操作並進行眼壓量測。

綜合上述，本發明之眼壓檢測裝置包含一高精度定位系統以及一廣域定位系統，並以適當權重整合高精度定位系統所輸出之一高精度座標以及 廣域定位系統所輸出之一廣域座標，以獲得較為精確之一整合座標。此外，藉由模糊邏輯方法可定義三軸伺服平台以不同的速度移動眼壓檢測單元，以進一步避免三軸伺服平台的控制脫離高精度定位系統之工作區。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10:眼壓檢測裝置

11:眼壓檢測單元

12:高精度定位系統

13:廣域定位系統

14:三軸伺服平台

15:處理器

Claims (14)

1. 一種眼壓檢測裝置，包含：一眼壓檢測單元，其用以對一眼球噴氣並量測該眼球之眼壓；一高精度定位系統，其用以量測該眼球之一目標位置，並輸出一高精度座標；一廣域定位系統，其用以量測該眼球之該目標位置，並輸出一廣域座標；一三軸伺服平台，其與該眼壓檢測單元連接，以移動該眼壓檢測單元；以及一處理器，其與該高精度定位系統、該廣域定位系統以及該三軸伺服平台電性連接，其中該處理器依據該眼壓檢測單元與該眼球之曲面頂點之間之一參考距離，調整該高精度座標以及該廣域座標之權重計算出一整合座標，並控制該三軸伺服平台移動該眼壓檢測單元至該整合座標。
2. 如請求項1所述之眼壓檢測裝置，其中該整合座標由以下方程式計算得到：

   

   其中，

   

   、

   

   、

   

   為該整合座標，x、y、z為該高精度座標，X、Y、Z為該廣域座標，r為該權重，a、b為係數。
3. 如請求項2所述之眼壓檢測裝置，其中該係數使得以下條件成立：

   

   ，且

   

   有最小值， 其中，X _i 、Y _i 、Z _i 為在該高精度定位系統之一工作區內之i點位置之該廣域座標，x _i 、y _i 、z _i 為在該i點位置之該高精度座標，

   

   、

   

   、

   

   為在該i點位置之一校正座標。
4. 如請求項2所述之眼壓檢測裝置，其中該參考距離大於或等於一第一預設值且小於一第二預設值時，該權重由以下方程式計算得到：

   

   其中，r為該權重，d為該參考距離，t₁為該第一預設值，t₂為該第二預設值。
5. 如請求項1所述之眼壓檢測裝置，其中該參考距離小於一第一預設值時，該整合座標等於該高精度座標。
6. 如請求項1所述之眼壓檢測裝置，其中該參考距離大於或等於一第二預設值時，該整合座標等於該廣域座標。
7. 如請求項1所述之眼壓檢測裝置，其中該處理器是以比例-積分-微分(PID)控制器控制該三軸伺服平台移動。
8. 如請求項1所述之眼壓檢測裝置，其中該處理器利用以下方程式控制該三軸伺服平台移動：

   

   其中，s _x 、s _y 、s _z 為該三軸伺服平台之前進步數，

   

   、

   

   、

   

   為該整合座標，M為幾何變換矩陣，p為比例-積分-微分控制器之比例控制參數。
9. 如請求項8所述之眼壓檢測裝置，其中該比例控制參數是以模糊邏輯方法定義。
10. 如請求項1所述之眼壓檢測裝置，其中該高精度定位系統包含： 至少一第一光源，其用以產生一準直光照射於該眼球；以及一光感測器，其接收該眼球所反射之該準直光，以計算出該高精度座標。
11. 如請求項1所述之眼壓檢測裝置，其中該廣域定位系統包含：一第二光源，其用以產生一結構光投射於該眼球；以及一影像感測器，其擷取投射該結構光之該眼球之一影像，以估算出該廣域座標。
12. 如請求項1所述之眼壓檢測裝置，其中該高精度定位系統與該眼壓檢測單元電性連接，且由該高精度定位系統觸發該眼壓檢測單元進行量測眼壓。
13. 如請求項1所述之眼壓檢測裝置，其中該三軸伺服平台同時移動該高精度定位系統以及該眼壓檢測單元。
14. 如請求項1所述之眼壓檢測裝置，其中該目標位置為該眼球之該曲面頂點。

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