TWI896090B - 光學同調斷層掃描系統及其掃描裝置 - Google Patents

Abstract

提供一種掃描裝置，其與主機組成光學同調斷層掃描系統，主機輸出取樣光，且掃描裝置包含自主機至眼球依序且彼此光學耦合的準直透鏡、可變焦點液態透鏡、微機電系統反射鏡及掃描透鏡組，本發明藉由可變焦點液態透鏡來補償不同屈光度的眼球，藉由掃描透鏡組來改變掃描位置是前眼部或是眼底，提供了體積輕巧、無須拆裝不同鏡片的功效，且本發明的優勢在於微機電系統反射鏡至眼球的距離是固定的，代表著當掃描裝置無論是在掃描前眼部或是眼底，都無須改變使用者與掃描系統之間的距離，這讓操作變得更加簡易。

Description

光學同調斷層掃描系統及其掃描裝置

本發明是關於一種眼球檢測設備，特別是指一種光學同調斷層掃描系統及其掃描裝置。

在眼科醫療領域中，需要對眼球的前眼部與眼底做斷層掃描，以利於診斷眼球的各項狀態，因此光學同調斷層掃描(Optical Coherence Tomography)系統在眼科醫療領域中是不可或缺的設備。

而光學同調斷層掃描系統為了能夠在眼球的不同位置做掃描，需要具備調整焦距的能力，此外為了適用於不同屈光度的眼球(近視、遠視等)，光學同調斷層掃描系統也需要具備補償屈光度的能力。

而以往的光學同調斷層掃描系統僅能達到單一位置的掃描，能夠掃描前眼部的光學同調斷層掃描系統無法掃描眼底，而能夠掃描眼底的光學同調斷層掃描系統則無法掃描前眼部。

以往的光學同調斷層掃描系統為了改變掃描位置，需要拆裝不同的鏡片模組、改變使用者與光學同調斷層掃描系統間的距離，這些都增加了使用操作的難度；或者，為了滿足不拆裝鏡片模組且無須改變使用者距離的情況下，則需要設置較為龐大複雜的光學同調斷層掃描系統。

因此，目前的光學同調斷層掃描系統難以同時滿足易於操作且體積輕巧的功效。

為了提供一種容易操作且體積輕巧的眼球檢測設備，本發明提出光學同調斷層掃描系統及其掃描裝置。

本發明提供的一種掃描裝置，其與一主機組成一光學同調斷層掃描系統，其中，該主機輸出一取樣光，且該掃描裝置包含一準直透鏡、一可變焦點液態透鏡、一微機電系統反射鏡（MEMS mirror）及一掃描透鏡組，該準直透鏡經由光纖與該主機光學耦合，以準直該取樣光，該可變焦點液態透鏡與該準直透鏡光學耦合，該微機電系統反射鏡與該可變焦點液態透鏡光學耦合，以偏轉該取樣光，該掃描透鏡組與該微機電系統反射鏡光學耦合，用以透過該取樣光掃描一眼球之一前眼部或一眼底，其中，該微機電系統反射鏡至該眼球的距離為固定。

又，本發明提供的另一種掃描裝置，其與一主機組成一光學同調斷層掃描系統，其中，該主機輸出一取樣光，且該掃描裝置包含一準直透鏡、一微機電系統反射鏡、一可變焦點液態透鏡及一掃描透鏡組，該準直透鏡經由光纖與該主機光學耦合，以準直該取樣光，該微機電系統反射鏡與該準直透鏡光學耦合以偏轉該取樣光，該可變焦點液態透鏡與該微機電系統反射鏡光學耦合，該掃描透鏡組與該可變焦點液態透鏡光學耦合，用以透過該取樣光掃描一眼球之一前眼部或一眼底，其中，該微機電系統反射鏡至該眼球的距離為固定。

其中，該掃描透鏡組沿一光軸移動以調整焦距，用以透過該取樣光掃描該前眼部或該眼底。

其中，該掃描透鏡組包括至少一個非球面鏡片。

其中，該掃描透鏡組由靠近該眼球至遠離該眼球依序包括一第一透鏡群組、一第二透鏡群組以及一第三透鏡群組，該第一透鏡群組的有效焦距為正值，該第二透鏡群組的有效焦距為負值，該第三透鏡群組的有效焦距為正值。

其中，該第一透鏡群組的有效焦距範圍為15mm至30mm。

其中，該第一透鏡群組由一第一鏡片組成，該第一鏡片的兩個表面都是凸面，該第二透鏡群組由一第二鏡片組成，該第二鏡片的兩個表面都是凹面，該第三透鏡群組由三片第三鏡片組成。

其中，該第一透鏡群組最靠近該眼球的外徑尺寸為D1，D1的範圍為20mm至40mm。

其中，該可變焦點液態透鏡隨輸入電壓改變焦距，用以透過該取樣光掃描不同屈光度的該眼球。

另一方面，本發明一種光學同調斷層掃描系統，包含一主機、一掃描光源、一分光器、一光衰減器、一參考光極化控制器、一參考光裝置、一光譜儀及一掃描裝置，該掃描光源輸出一光源，該分光器與該掃描光源光學耦合，將該光源分為一參考光與一取樣光，該光衰減器與該分光器光學耦合，用以調整參考光強度，該參考光極化控制器與該光衰減器光學耦合，用以將該參考光偏極化，該參考光裝置包括一參考光準直透鏡、一色散補償鏡片、一對焦鏡片以及一參考光反射鏡，該參考光依序經過該參考光準直透鏡、該色散補償鏡片、該對焦鏡片並由該參考光反射鏡反射後沿原光路返回至該分光器，該掃描裝置與該分光器光學耦合，且該掃描裝置如前所述，該取樣光由該眼球反射後沿原光路返回至該分光器，其中，該光譜儀接收該參考光的反射光，與該取樣光的反射光，並產生一光訊號。

其中，還包含一電腦，該電腦接收該光訊號並計算重建出一斷層掃描影像。

其中，該光譜儀包括一繞射光柵以及一線性掃描相機。

其中，該掃描光源具有一超輻射發光二極體。

其中，還包含一手持殼體，其中該掃描裝置設置於該手持殼體內，且該掃描裝置以一光纖與該主機光學耦合。

由前述可知，本發明藉由該可變焦點液態透鏡來補償不同屈光度的眼球，藉由該掃描透鏡組來改變掃描位置是前眼部或是眼底，提供了體積輕巧、無須拆裝不同鏡片的功效，且本發明的優勢在於該微機電系統反射鏡至該眼球的距離是固定的，代表著當該掃描裝置無論是在掃描前眼部或是眼底，都無須改變使用者與該掃描系統之間的距離，這讓操作變得更加簡易，確實達成了本發明的目的。

配合參閱圖1，在一些實施例中，一種光學同調斷層掃描系統包含主機100、掃描光源200、分光器300(Coupler)、參考光極化控制器400、參考光裝置500、光譜儀700(Spectrometer)及掃描裝置800。

掃描光源200設置於主機100中且輸出光源，掃描光源200具有超輻射發光二極體(SLD，Super luminescent diode)，超輻射發光二極體具備高輸出功率與寬頻譜的特性，適合用於眼科檢測儀器中。

分光器300與主機100的掃描光源200為光學耦合，分光器300用於將光源分為參考光與取樣光，自此分為兩個光路，其中一個光路為參考光的光路，另一光路為取樣光的光路。

在參考光的光路中，會依序經過光衰減器600(Optical attenuator)、參考光極化控制器400(PC，Polarization Controller)與參考光裝置500。光衰減器600與分光器300光學耦合，用以調整參考光強度。參考光極化控制器400與光衰減器600光學耦合，用以將參考光偏極化。參考光裝置500包括參考光準直透鏡510(Collimator)、色散補償鏡片530(DC，Dispersion Compensation)、對焦鏡片540(FL，Focus lens)以及參考光反射鏡550(Ref. Mirror)，參考光依序經過參考光準直透鏡510、色散補償鏡片530、對焦鏡片540並由參考光反射鏡550反射後，由原先同樣的參考光的光路返回至分光器300，再由分光器300經由光纖傳遞至光譜儀700。

在取樣光的光路中，會經過掃描裝置800後到達一眼球900。掃描裝置800的詳細架構容後詳述，取樣光由眼球900反射後由原先取樣光的光路返回至分光器300。

光譜儀700與分光器300光學耦合，光譜儀700包括相互光學耦合的繞射光柵710(DG)以及線性掃描相機720(line scan camera)，其中，光譜儀700接收參考光的反射光與取樣光的反射光，並產生一光訊號，經後續計算後得到斷層掃描影像。

配合參閱圖2，針對掃描裝置800更詳細說明的是，掃描裝置800與主機100組成光學同調斷層掃描系統。其中，主機100輸出取樣光，且掃描裝置800包含準直透鏡810、可變焦點液態透鏡820、微機電系統反射鏡830（MEMS mirror）及掃描透鏡組840。

準直透鏡810經由光纖110與主機100光學耦合，以準直取樣光。可變焦點液態透鏡820與準直透鏡810光學耦合。微機電系統反射鏡830與可變焦點液態透鏡820光學耦合，以偏轉取樣光。掃描透鏡組840與微機電系統反射鏡830光學耦合，用以使取樣光掃描眼球900之前眼部或眼底。其中，微機電系統反射鏡830至眼球900的距離為固定。

配合參閱圖3A至圖3D，掃描裝置800可以在拍攝眼底模式(Posterior segment mode，PS mode)與前眼部模式(Anterior segment mode，AS mode)間切換，在PS mode時(圖3A至圖3C)，取樣光是掃描眼球900的眼底，在AS mode時(圖3D)，取樣光是掃描眼球900的前眼部。

配合參閱圖3A至圖3C，其中圖3A為近視眼，圖3B為一般眼球，圖3C為遠視眼。在PS mode時，考量到眼球900的屈光率，也就是近視眼球與遠視眼球的屈光率不同，因此需要透過改變可變焦點液態透鏡820的焦距來補償不同屈光度的眼球900。可變焦點液態透鏡820隨輸入電壓改變焦距，以透過取樣光掃描不同屈光度的眼球，其有利於正確將取樣光掃描眼底。

配合參閱圖3A至圖3D，掃描透鏡組840可以沿著光軸移動以調整焦距，用以調整取樣光以掃描前眼部或眼底，由PS mode切換為AS mode時，是透過改變掃描透鏡組840與微機電系統反射鏡830的距離，同時也改變掃描透鏡組840內不同鏡片間彼此的距離，來讓取樣光改為掃描前眼部。

由前述可知，本發明藉由可變焦點液態透鏡820來補償不同屈光度的眼球900，藉由掃描透鏡組840來改變掃描位置是前眼部或是眼底，提供了體積輕巧、無須拆裝不同鏡片的功效，且本發明的優勢在於微機電系統反射鏡830至眼球900的距離是固定的，代表著當掃描裝置800無論是在掃描前眼部或是眼底，都無須改變使用者與光學同調斷層掃描系統之間的距離，這讓操作變得更加簡易，確實達成了本發明的目的。

在一些實施例中，光學同調斷層掃描系統還包含手持殼體，其中掃描裝置800設置於手持殼體內，且掃描裝置800經由光纖110與主機100光學耦合，光纖110的一端與分光器300連接，光纖110的另一端與掃描裝置800的準直透鏡810連接。掃描光源200、分光器300、光衰減器600、參考光極化控制器400與參考光裝置500之間也使用光纖110連接，分光器300與光譜儀700之間也使用光纖110連接。

在一些實施例中，掃描透鏡組840包括至少一個非球面鏡片。

配合參閱圖2，在一些實施例中，掃描透鏡組840由靠近眼球900至遠離眼球依序包括第一透鏡群組841、第二透鏡群組842以及第三透鏡群組843，第一透鏡群組841的有效焦距為正值，第二透鏡群組842的有效焦距為負值，第三透鏡群組843的有效焦距為正值。更進一步說明的是，第一透鏡群組841的有效焦距範圍可以為15mm至30mm，這樣的焦距範圍有助於提供整體體積輕巧、易於手持操作的功效。

值得一提的是，第一透鏡群組841由第一鏡片844組成，第一鏡片844的兩個表面都是凸面，第二透鏡群組842由第二鏡片845組成，第二鏡片845的兩個表面都是凹面，第三透鏡群組843由三片第三鏡片846、847、848組成。在由PS mode改變至AS mode時，第一鏡片844、第二鏡片845與第三鏡片846、847、848皆可以改變與微機電系統反射鏡830的距離，而第三鏡片846、847、848彼此間的距離基本維持相同。

在一些實施例中，第一透鏡群組841最靠近眼球的外徑尺寸為D1，D1的範圍為20mm至40mm，這樣的外徑尺寸能滿足有足夠的取樣光通過，且能滿足體積輕巧的功效。

在一些實施例中，光學同調斷層掃描系統還包含電腦，電腦接收來自光譜儀700的光訊號，並計算重建出斷層掃描影像。具體來說，透過光學感測器接收光訊號與光訊號至電訊號的轉換及透過類比數位轉換器將電訊號至數位訊號的轉換，最終電腦接受光訊號對應的數位訊號並據以計算出斷層掃描影像。配合參閱圖4與圖5，作為3D訊號的斷層掃描結果，圖4為眼底的斷層掃描影像，圖5為前眼部的斷層掃描影像。

配合參閱圖6，在一些實施例中，與前些實施例大致相同，不同之處在於，可變焦點液態透鏡820的位置是設置於微機電系統反射鏡830與掃描透鏡組840之間。詳細說明的是，掃描裝置800其與主機100組成光學同調斷層掃描系統，其中，主機100輸出取樣光，且掃描裝置800包含準直透鏡810、微機電系統反射鏡830、可變焦點液態透鏡820及掃描透鏡組840，準直透鏡810經由光纖110與主機100光學耦合，以準直取樣光，微機電系統反射鏡830與準直透鏡810光學耦合以偏轉取樣光，可變焦點液態透鏡820與微機電系統反射鏡830光學耦合，掃描透鏡組840與可變焦點液態透鏡820光學耦合，用以使取樣光掃描眼球900之前眼部或眼底，其中，微機電系統反射鏡830至眼球900的距離為固定。

綜上所述，本發明的優點如下所列舉：

一、掃描裝置800在掃描眼球900的前眼部或眼底時，無須拆裝鏡片，而是透過掃描透鏡組840改變與微機電系統反射鏡830間的相對距離，來改變掃描前眼部或眼底，提供了操作簡易的功效。

二、微機電系統反射鏡830與眼球900的距離為固定，所以使用者與光學同調斷層掃描系統的主機100、手持殼體的距離不需要調整，確實提供了操作便利的功效。

三、掃描裝置800的組件簡單且數量少，因此可以讓體積輕巧，利於手持操作。

四、藉由可變焦點液態透鏡820，縮短對焦的反應時間，讓檢測更省時。

五、掃描裝置800的組件簡單且數量少，容易光學對準。

100:主機 110:光纖 200:掃描光源 300:分光器 400:參考光極化控制器 500:參考光裝置 510:參考光準直透鏡 530:色散補償鏡片 540:對焦鏡片 550:參考光反射鏡 600:光衰減器 700:光譜儀 710:繞射光柵 720:線性掃描相機 800:掃描裝置 810:準直透鏡 820:可變焦點液態透鏡 830:微機電系統反射鏡 840:掃描透鏡組 841:第一透鏡群組 842:第二透鏡群組 843:第三透鏡群組 844:第一鏡片 845:第二鏡片 846、847、848:第三鏡片 900:眼球 D1:外徑尺寸

圖1是本發明的光學同調斷層掃描系統的示意圖； 圖2是本發明的掃描裝置的示意圖； 圖3A至圖3D是本發明的掃描裝置的示意圖； 圖4是本發明的眼底的斷層掃描影像； 圖5是本發明的前眼部的斷層掃描影像；以及 圖6是本發明的掃描裝置的示意圖。

800:掃描裝置

810:準直透鏡

820:可變焦點液態透鏡

830:微機電系統反射鏡

840:掃描透鏡組

841:第一透鏡群組

842:第二透鏡群組

843:第三透鏡群組

844:第一鏡片

845:第二鏡片

846、847、848:第三鏡片

900:眼球

D1:外徑尺寸

Claims (17)

1. 一種掃描裝置，其與 一主機組成一光學同調斷層掃描系統，其中，該主機輸出一取樣光，且該掃描裝置包含： 一準直透鏡，其經由光纖與該主機光學耦合，以準直該取樣光； 一可變焦點液態透鏡，其與該準直透鏡光學耦合； 一微機電系統反射鏡（MEMS mirror），其與該可變焦點液態透鏡光學耦合，以偏轉該取樣光；以及 一掃描透鏡組，其與該微機電系統反射鏡光學耦合，該掃描透鏡組沿一光軸移動以調整焦距，透過調整該取樣光以切換掃描一眼球之一前眼部或一眼底，該掃描透鏡組由靠近該眼球至遠離該眼球依序包括一第一透鏡群組、一第二透鏡群組以及一第三透鏡群組，該第一透鏡群組的有效焦距為正值，該第二透鏡群組的有效焦距為負值，該第三透鏡群組的有效焦距為正值； 其中，該微機電系統反射鏡至該眼球的距離為固定，該掃描透鏡組依據一眼底模式（PS mode）或一前眼部模式（AS mode）切換該第一透鏡群組、該第二透鏡群組以及該第三透鏡群組分別移動至不同的位置，以改變該第一透鏡群組、該第二透鏡群組及該第三透鏡群組各與該微機電系統反射鏡之間的距離，該取樣光依據該微機電系統反射鏡、該第一透鏡群組、該第二透鏡群組與該第三透鏡群組之間的該距離選擇掃描該前眼部或該眼底。
2. 如請求項1所述的掃描裝置，其中，該掃描透鏡組包括至少一個非球面鏡片。
3. 如請求項1所述的掃描裝置，其中，該第一透鏡群組的有效焦距範圍為15mm至30mm。
4. 如請求項1所述的掃描裝置，其中，該第一透鏡群組由一第一鏡片組成，該第一鏡片的兩個表面都是凸面，該第二透鏡群組由一第二鏡片組成，該第二鏡片的兩個表面都是凹面，該第三透鏡群組由三片第三鏡片組成。
5. 如請求項1所述的掃描裝置，其中，該第一透鏡群組最靠近該眼球的外徑尺寸為D1，D1的範圍為20mm至40mm。
6. 如請求項1所述的掃描裝置，其中，該可變焦點液態透鏡隨輸入電壓改變焦距，使該掃描透鏡組透過該取樣光掃描不同屈光度的該眼球。
7. 一種掃描裝置，其與一主機組成一光學同調斷層掃描系統，其中，該主機輸出一取樣光，且該掃描裝置包含： 一準直透鏡，其經由光纖與該主機光學耦合，以準直該取樣光； 一微機電系統反射鏡（MEMS mirror），其與該準直透鏡光學耦合以偏轉該取樣光； 一可變焦點液態透鏡，其與該微機電系統反射鏡光學耦合；以及 一掃描透鏡組，其與該可變焦點液態透鏡光學耦合，該掃描透鏡組沿一光軸移動以調整焦距，透過調整該取樣光以切換掃描一眼球之一前眼部或一眼底，該掃描透鏡組由靠近該眼球至遠離該眼球依序包括一第一透鏡群組、一第二透鏡群組以及一第三透鏡群組，該第一透鏡群組的有效焦距為正值，該第二透鏡群組的有效焦距為負值，該第三透鏡群組的有效焦距為正值； 其中，該微機電系統反射鏡至該眼球的距離為固定，該掃描透鏡組依據一眼底模式（PS mode）或一前眼部模式（AS mode）切換該第一透鏡群組、該第二透鏡群組以及該第三透鏡群組分別移動至不同的位置，以改變該第一透鏡群組、該第二透鏡群組及該第三透鏡群組各與該微機電系統反射鏡之間的距離，該取樣光依據該微機電系統反射鏡、該第一透鏡群組、該第二透鏡群組與該第三透鏡群組之間的該距離選擇掃描該前眼部或該眼底。
8. 如請求項7所述的掃描裝置，其中，該掃描透鏡組包括至少一個非球面鏡片。
9. 如請求項7所述的掃描裝置，其中，該第一透鏡群組的有效焦距範圍為15mm至30mm。
10. 如請求項7所述的掃描裝置，其中，該第一透鏡群組由一第一鏡片組成，該第一鏡片的兩個表面都是凸面，該第二透鏡群組由一第二鏡片組成，該第二鏡片的兩個表面都是凹面，該第三透鏡群組由三片第三鏡片組成。
11. 如請求項7所述的掃描裝置，其中，該第一透鏡群組最靠近該眼球的外徑尺寸為D1，D1的範圍為20mm至40mm。
12. 如請求項7所述的掃描裝置，其中，該可變焦點液態透鏡隨輸入電壓改變焦距，使該掃描透鏡組透過該取樣光掃描不同屈光度的該眼球。
13. 一種光學同調斷層掃描系統，包含： 一主機，包括一掃描光源、一分光器及一光譜儀，該掃描光源輸出一光源，該分光器與該掃描光源光學耦合以將該光源分為一參考光與一取樣光，該光譜儀與該分光器光學耦合； 一光衰減器，與該分光器光學耦合，用以調整該參考光的強度； 一參考光極化控制器，與該光衰減器光學耦合，用以將該參考光偏極化； 一參考光裝置，包括一參考光準直透鏡、一色散補償鏡片、一對焦鏡片以及一參考光反射鏡，該參考光依序經過該參考光準直透鏡、該色散補償鏡片、該對焦鏡片並由該參考光反射鏡反射後沿原光路返回至該分光器；以及 如請求項1或請求項7所述的掃描裝置，與該分光器光學耦合，該取樣光經由該掃描裝置抵達眼球，並自該眼球反射後沿原光路返回至該分光器； 其中，該光譜儀接收該參考光的反射光與該取樣光的反射光，並據以產生一光訊號。
14. 如請求項13所述的光學同調斷層掃描系統，還包含一電腦，該電腦根據該光訊號計算重建出一斷層掃描影像。
15. 如請求項13所述的光學同調斷層掃描系統，其中，該光譜儀包括一繞射光柵以及一線性掃描相機。
16. 如請求項13所述的光學同調斷層掃描系統，其中，該掃描光源具有一超輻射發光二極體。
17. 如請求項13所述的光學同調斷層掃描系統，還包含一手持殼體，其中該掃描裝置設置於該手持殼體內，且該掃描裝置以一光纖與該主機光學耦合。