專利名稱：眼底照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在眼科醫(yī)院等中拍攝被檢體眼睛的眼 底的眼底照相機(jī)。
背景技術(shù)：
迄今為止，已知一種眼底照相機(jī)，該眼底照相機(jī)包括用 于將在被檢體眼睛的瞳孔上分離的聚焦分離目標(biāo)光束投影到被 檢體眼睛的眼底上的投影單元、以及用于觀察和拍攝被檢體眼 睛的眼底的設(shè)有聚焦透鏡的觀察/拍攝單元。這兩個單元在光軸 的方向上互相鎖定地移動。操作員可通過觀察形成在被檢體眼 睛的眼底上的聚焦分離目標(biāo)圖像(focus split target image),并使 聚焦分離目標(biāo)圖像為預(yù)定位置關(guān)系，即將聚焦分離目標(biāo)圖像排 列成直線，來容易地調(diào)整眼底照相機(jī)的聚焦。另外，已知一種 通過捕獲聚焦分離目標(biāo)圖像并檢測聚焦分離目標(biāo)圖像的位置來 實現(xiàn)自動聚焦的裝置。
已知便于將眼底照相機(jī)聚焦在被檢體眼睛的眼底上的技 術(shù)，該技術(shù)將在被檢體眼睛的瞳孔上分離的聚焦分離目標(biāo)投影 在眼底上，通過眼底觀察/拍攝光學(xué)系統(tǒng)的聚焦透鏡觀察所投影 的聚焦分離目標(biāo)的圖像，并通過觀察聚焦分離目標(biāo)圖像的位置 關(guān)系來進(jìn)行聚焦。
另外，已知用于實現(xiàn)自動聚焦的技術(shù)，該技術(shù)對投影到被 檢體眼睛的眼底上的聚焦分離目標(biāo)圖像進(jìn)行攝像，并通過觀察 聚焦分離目標(biāo)圖像的位置關(guān)系來進(jìn)行聚焦。
曰本特開平No.5-95907討論了 一種對投影到被檢體眼睛的 眼底上的兩個聚焦分離圖像進(jìn)行攝像并在減小目標(biāo)亮度的同時基于這兩個聚焦分離目標(biāo)圖像的位置來檢測聚焦?fàn)顟B(tài)的眼底照 相機(jī)。
日本特開平No.8-275921討論了 一種將聚焦目標(biāo)投影到被 檢體眼睛的眼底上并使用拍攝光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行聚焦目標(biāo)圖像的攝 像從而檢測聚焦?fàn)顟B(tài)的眼科設(shè)備。
然而，為了消除來自被檢體眼角膜的反射光，傳統(tǒng)的眼底 照相機(jī)被構(gòu)造成使得眼底照明光束或聚焦分離目標(biāo)光束和觀察 /拍攝光束分別入射到被檢體眼睛瞳孔附近的不同區(qū)域。因此， 在被檢體眼睛的光學(xué)系統(tǒng)的像差(aberration)在個體之間變化的 情況下，當(dāng)僅通過以預(yù)定位置關(guān)系設(shè)置聚焦分離目標(biāo)圖像的位 置來拍攝被檢體眼睛的眼底時，可能在 一 些被檢體眼睛中會產(chǎn) 生聚焦誤差。因此，眼底圖像可能失焦(out of focus)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種即使在被檢體眼睛具有像差的情況下也能 夠不產(chǎn)生聚焦偏差地拍攝被檢體眼睛的眼底的眼底照相機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面， 一種眼底照相機(jī)包括照明光學(xué)系 統(tǒng)，其包括被配置成照明被檢體眼睛的眼底的照明單元；眼底 拍攝光學(xué)系統(tǒng)，其包括被配置成通過物鏡和聚焦透鏡捕獲眼底 圖像的圖像記錄圖像傳感器；聚焦目標(biāo)，其位于所述照明光學(xué) 系統(tǒng)中與被檢體眼睛的眼底共軛的位置處，并被配置成具有多 個區(qū)域，以形成分別穿過被檢體眼睛的瞳孔的不同區(qū)域以在眼 底上形成多個聚焦目標(biāo)圖像的光束；觀察圖像傳感器，其位于 所述眼底拍攝光學(xué)系統(tǒng)中與被檢體眼睛的眼底共軛的位置處， 并被配置成捕獲從眼底反射的所述多個聚焦目標(biāo)圖像；聚焦驅(qū) 動單元，其被配置成驅(qū)動所述聚焦目標(biāo)和/或所述聚焦透鏡；目
標(biāo)圖像位置檢測單元，其被配置成檢測所述多個聚焦目標(biāo)圖像在所述觀察圖像傳感器上的位置；第一聚焦檢測單元，其被配
置成基于所述目標(biāo)圖像位置檢測單元檢測到的所述多個聚焦目
標(biāo)圖像的位置來計算所述聚焦驅(qū)動單元的第一驅(qū)動量；驅(qū)動控 制單元，其被配置成基于所述第一聚焦檢測單元計算出的所述
第一驅(qū)動量來驅(qū)動并控制所述聚焦驅(qū)動單元；以及第二聚焦檢 測單元，其被配置成基于所述觀察圖像傳感器在所述聚焦驅(qū)動 單元的驅(qū)動操作期間的輸出來檢測所述聚焦目標(biāo)圖像的變化， 并基于所檢測出的變化來計算所述聚焦驅(qū)動單元的第二驅(qū)動 量。
一種眼底照相機(jī)，包括眼底拍攝光學(xué)系統(tǒng)，其包括被配 置成通過聚焦透鏡捕獲眼底圖像的圖像記錄圖像傳感器；聚焦 目標(biāo)，其被配置成具有多個區(qū)域，以形成分別穿過被檢體眼睛 的瞳孔的不同區(qū)域的光束；以及聚焦驅(qū)動單元，其被配置成基 于所述圖像記錄圖像傳感器捕獲的圖像中的所述聚焦目標(biāo)的多 個圖像的位置和所述多個圖像的對比度來驅(qū)動所述聚焦透鏡。
通過以下參照附圖對典型實施例的詳細(xì)"i兌明，本發(fā)明的進(jìn) 一步特征和方面將是明顯的。


包括在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖，示出了本 發(fā)明的典型實施例、特征和方面，并與說明書一起用來解釋本 發(fā)明的原理。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的眼底照相機(jī)的配置。 圖2 A和2 B分別是聚焦目標(biāo)投影單元的側(cè)視圖和主視圖。 圖3示出了每個聚焦目標(biāo)光束通過的被檢體眼睛的瞳孔上 的位置。
圖4A-4C示出了聚焦目標(biāo)的功能。圖5示出了被檢體眼睛和物鏡附近的聚焦目標(biāo)光束和觀察/
拍攝光束。
圖6示出了球面像差。
圖7示出了具有球面像差的被檢體眼睛、以及物鏡附近的聚 焦目標(biāo)光束和觀察/拍攝光束。
圖8示出了聚焦檢測單元的配置。 圖9示出了對比度檢測原理。
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的控制方法的流程圖。
圖ll示出了聚焦前的觀察畫面圖像。
圖12示出了聚焦后由第 一聚焦檢測單元進(jìn)行的觀察的狀態(tài)。
圖13示出了聚焦前由第二聚焦檢測單元進(jìn)行的觀察的狀態(tài)。
圖14示出了聚焦后由第二聚焦檢測單元進(jìn)行的觀察的狀態(tài)。
圖15示出了聚焦鏡頭單元。
圖16示出了根據(jù)另 一典型實施例在聚焦后由第二聚焦檢測 單元進(jìn)行的觀察的狀態(tài)。
圖17示出了用于改進(jìn)檢測對比度時的精度的目標(biāo)。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的各種典型實施例、特征和 方面。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第 一 典型實施例的眼底照相機(jī)的配 置。在光軸01和02上構(gòu)造照明光學(xué)系統(tǒng)。在光軸Ol上布置有 如卣素?zé)舻鹊挠^察光源l,被配置成發(fā)出穩(wěn)態(tài)光；聚光透鏡2;濾光器3，被配置成使紅外光透過并遮斷可見光；拍攝光源4， 如閃光燈單元等；透鏡5;以及鏡子6。在從鏡子6沿反射方向延 伸的光軸02上順序布置具有環(huán)形開口的環(huán)形光圈7、聚焦目標(biāo) 投影單元8、中繼透鏡9和具有中央開口的穿孔鏡IO。
面向被檢體眼睛E的物鏡1 l位于從穿孔鏡10沿反射方向延 伸的光軸03上。另外，在穿孔鏡10的孔部中設(shè)置有拍攝光圈12。 聚焦透鏡13、拍攝透鏡14、上翻鏡(flip-up mirror)15和圖像記錄 圖像傳感器16順序布置在穿孔鏡10的后面。因而，構(gòu)造出了眼 底拍攝光學(xué)系統(tǒng)。
被配置成反射紅外光并透過可見光的鏡子17位于從上翻鏡 15沿反射方向延伸的光軸04上。場透鏡18、透鏡19和觀察圖像 傳感器20順序布置在從鏡子17沿反射方向延伸的光軸O5上。圖 像記錄圖像傳感器16和觀察圖像傳感器20都位于與被檢體眼睛 E的眼底E,的位置光學(xué)共軛的位置處。
圖2A和2B分別是聚焦目標(biāo)投影單元8的側(cè)視圖和平面圖。 如圖2A和2B所示，聚焦目標(biāo)投影單元8包括具有棱鏡部21a、 21b 和21c的聚焦分離棱鏡22、具有矩形開口部23a的聚焦目標(biāo)23、 以及聚焦目標(biāo)照明發(fā)光二極管(LED)24。
光軸02上的聚焦目標(biāo)投影單元8和光軸03上的聚焦透鏡13 通過聚焦連桿機(jī)構(gòu)25互相連接并可分別在光軸02和03的方向 上互相鎖定地移動。也就是說，聚焦連桿機(jī)構(gòu)25驅(qū)動聚焦目標(biāo) 投影單元8和聚焦透鏡13,使得聚焦目標(biāo)投影單元8的聚焦目標(biāo) 23和圖像記錄圖像傳感器16被布置成彼此光學(xué)共軛。
圖像記錄圖像傳感器16的輸出通過圖像處理單元31連接到 控制單元33。觀察圖像傳感器20的輸出通過聚焦檢測單元32連 接到控制單元33。另外，監(jiān)視器34和用于驅(qū)動聚焦連接機(jī)構(gòu)25 的聚焦驅(qū)動單元35連接到控制單元33?？刂茊卧?3將觀察圖像傳感器20捕獲的觀察圖像和圖像記錄圖像傳感器16捕獲的靜止 圖像輸出到監(jiān)視器34。
拍攝開關(guān)38連接到控制單元33。另外，控制單元33的輸出 通過用于控制觀察光源1的光量調(diào)節(jié)、開啟和關(guān)閉的觀察光源控 制單元36連接到觀察光源1?？刂茊卧?3的輸出還通過用于控制 拍攝光源4的光量調(diào)節(jié)、開啟和關(guān)閉的拍攝光源控制單元3 7連接 到拍攝光源4。
除了監(jiān)視器34和拍攝開關(guān)38之外的裝置安裝在光基座(未 示出)上。因而，構(gòu)造出眼底照相機(jī)的光學(xué)單元。該光學(xué)單元安 裝在分級單元上。
當(dāng)使用眼底照相機(jī)時，控制單元33控制觀察光源控制單元 36以開啟觀察光源1。從觀察光源l發(fā)出的光束被聚光透鏡2聚 光。濾光器3切斷來自聚光透鏡2的入射光中的可見光。然而， 該入射光中僅紅外光透過濾光器3。此外，所透過的光進(jìn)一步透 過如閃光燈單元等的拍攝光源4。然后，由透鏡5、鏡子6和環(huán)形 光圏7形成環(huán)形光束。隨后，光束在光軸03的方向上通過中繼 透鏡9和穿孔鏡10發(fā)生偏轉(zhuǎn)。已偏轉(zhuǎn)的光束通過物鏡ll照明被檢 體眼睛E的眼底Er。
到達(dá)眼底Er的光束發(fā)生反射和散射。然后，要形成為眼底
反射圖像的光從被檢體眼睛E反射。所反射的光通過物鏡11 、 拍攝光圏12、聚焦透鏡13和拍攝透鏡14。然后，光通過上翻鏡 15和鏡子17發(fā)生偏轉(zhuǎn)。已偏轉(zhuǎn)的光通過場透鏡18和透鏡19在觀 察圖像傳感器20上形成為眼底反射圖像。然后，控制單元33使 監(jiān)視器34顯示觀察圖像傳感器20捕獲的眼底圖像。
操作員在觀察顯示在監(jiān)視器34上的眼底圖像的同時，進(jìn)行 使光學(xué)單元與被檢體眼睛E對準(zhǔn)的精細(xì)調(diào)節(jié)。隨后，操作員進(jìn) 行以下將說明的聚焦調(diào)節(jié)。然后，操作員按下拍攝開關(guān)38并進(jìn)行眼底圖像的拍攝。
如圖2A所示，從聚焦目標(biāo)照明LED 24發(fā)出的光束通過聚焦 分離棱鏡22的棱鏡部21a在光軸02的方向上發(fā)生偏轉(zhuǎn)。然后， 已偏轉(zhuǎn)的光束到達(dá)棱鏡部21b和21c的每一個。棱鏡部21b和21c 分別具有棱鏡面，該棱鏡面的傾斜角關(guān)于光軸02對稱。到達(dá)棱 鏡部21b和21c的每一個的光束穿過圖2B所示的聚焦目標(biāo)23的 矩形開口部23a。因此，圖2A所示的兩個聚焦目標(biāo)光束Lb和Lc 形成為關(guān)于光軸02對稱。然后，聚焦目標(biāo)光束Lb和Lc通過中繼 透鏡9、穿孔鏡10和物鏡11到達(dá)被;險體眼睛E。
圖3示出聚焦目標(biāo)光束Lb穿過的被檢體眼睛E的瞳孔Ep上 的位置Lpl和聚焦目標(biāo)光束Lc穿過的被4企體眼睛E的瞳孔Ep上 的位置Lp2。
圖4A-4C示出聚焦目標(biāo)光束Lb和Lc到達(dá)被檢體眼睛E的眼 底Er的方式，以及分別由聚焦目標(biāo)光束Lb和Lc形成的眼底Er上 的聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的功能。圖4A示出被檢體眼睛E的眼底 Er與聚焦目標(biāo)23光學(xué)共軛的情況。由于眼底Er與聚焦目標(biāo)23光 學(xué)共軛，因此兩個分開的聚焦目標(biāo)光束Lb和Lc通過作為瞳孔Ep 的不同部位的多個區(qū)域在眼底Er上被形成為聚焦目標(biāo)23的矩形 開口部23a的目標(biāo)圖像Fb和Fc,使得目標(biāo)圖像Fb和Fc位于一條 線上。
圖4B示出被檢體眼睛E與圖4A所示的被檢體眼睛E相比更 近視的情況。由于圖4B所示的情況下的眼底Er與聚焦目標(biāo)23不 光學(xué)共軛，因此兩個分開的聚焦目標(biāo)光束Lb和Lc在眼底Er上被 形成為目標(biāo)圖像Fb和Fc，使得如圖4B所示，目標(biāo)圖像Fb從其在 圖4A中所示的位置向上偏移，而目標(biāo)圖像Fc從其在圖4A所示的 位置向下偏移。
圖4C示出被斗企體眼睛E與圖4A所示的被檢體眼睛E相比更遠(yuǎn)視的情況。由于圖4C所示的情況下的眼底E,與聚焦目標(biāo)23不
光學(xué)共軛，因此兩個分開的聚焦目標(biāo)光束Lb和Lc在眼底Er上形 成為目標(biāo)圖像Fb和Fc,使得如圖4C所示，目標(biāo)圖像Fb從其在圖 4A所示的位置向下偏移，而目標(biāo)圖像Fc從其在圖4A所示的位置 向上偏移。
根據(jù)傳統(tǒng)眼底照相機(jī)中采用的自動聚焦方法，檢測聚焦目 標(biāo)圖像Fb和Fc,然后將聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc布置成一條線，使 得眼底Er和聚焦目標(biāo)23彼此光學(xué)共軛。在聚焦目標(biāo)投影單元8 的聚焦目標(biāo)23和圖像記錄圖像傳感器16由聚焦連桿機(jī)構(gòu)25設(shè)置 成彼此光學(xué)共軛的情況下，眼底Er和圖像記錄圖像傳感器16彼 此光學(xué)共軛。因此，眼底Er被聚焦。
然而，在由于被檢體眼睛E的球面像差、散光等導(dǎo)致光學(xué) 像差大的情況下，即使聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc位于一條線上，聚 焦目標(biāo)圖像也不會被聚焦。
圖5示出本實施例中的被檢體眼睛E和物鏡11附近的聚焦 目標(biāo)光束Lb和Lc以及觀察/拍攝光束L。聚焦目標(biāo)光束Lb和Lc通 過被檢體眼睛E的瞳孔Ep上遠(yuǎn)離光軸03的位置。觀察/拍攝光束 L通過瞳孔Ep上對應(yīng)于光軸03的中心的位置。在祐j企體眼睛E 的光學(xué)像差小的情況下，眼底照相機(jī)的焦深(depth of focus)大。 可通過將顯示在監(jiān)視器34上的聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc排列成一 條線來使眼底Er聚焦。
圖6示出球面像差。假定如圖6所示，與光軸O平行且距離 光軸O的高度彼此不同的光線L1、L2和L3如圖6所示從右側(cè)朝向 透鏡41的焦平面N入射在透鏡41上。在透鏡41具有球面像差的 情況下，距離光軸O的高度最低的光線L3穿過焦平面N上與光軸 O基本上最近的位置。然而，光線L1和L2穿過焦平面N上遠(yuǎn)離 光軸O的位置。如上所述，在被檢體眼睛E的像差大的情況下，聚焦目標(biāo)
光束Lb和Lc以及觀察光束L穿過瞳孔Ep上的不同區(qū)域。因此， 即使當(dāng)聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc布置成一條線時，圖像Fb和Fc也受 到透鏡41的像差的影響。因此，眼底Er不總被最佳聚焦。
圖7示出球面像差大的被檢體眼睛E和物鏡11附近的聚焦 目標(biāo)光束Lb和Lc以及觀察/拍攝光束L。由于被檢體眼睛E具有 大的球面像差，因此不能通過將聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc布置成一 條線來達(dá)到最佳聚焦。通過使聚焦目標(biāo)圖像Fb的位置相比圖4A 所示的位置稍微向下以及使聚焦目標(biāo)圖像Fc的位置相比圖4A 所示的位置稍微向上來使眼底E r聚焦。
因而人眼的如球面像差和散光等的像差在不同個體之間不 同。因此，在被檢體眼睛E具有大像差的情況下，需要進(jìn)行適 合于被檢體眼睛E的像差的聚焦校正。
圖8示出聚焦檢測單元32的配置。在聚焦檢測單元32中設(shè)置 有圖像存儲器51、用于聚焦的第一聚焦檢測子單元52和第二聚 焦檢測子單元53。觀察圖像傳感器20的輸出連接到圖像存儲器 51。圖像存儲器51的輸出連接到第一聚焦檢測子單元52和第二 聚焦檢測子單元53二者。第一聚焦檢測子單元52和第二聚焦檢 測子單元53彼此連接以使得在第 一聚焦檢測子單元52處開始聚 焦檢測和在第二聚焦檢測子單元53處開始聚焦檢測達(dá)到同步。 根據(jù)本實施例，第一聚焦檢測子單元52和第二聚焦檢測子單元 53具有分別基于聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的位置的檢測的聚焦檢 測功能和分別基于聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的對比度的檢測的另 一聚焦檢測功能。
第一聚焦檢測子單元52包括聚焦目標(biāo)圖像檢測子單元52a、 聚焦目標(biāo)距離檢測子單元52b以及聚焦驅(qū)動量計算子單元52c。 聚焦目標(biāo)圖像檢測子單元52a進(jìn)行聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的位置的檢測。聚焦目標(biāo)距離檢測子單元52b進(jìn)行兩個聚焦目標(biāo)圖像
Fb和Fc之間的距離的檢測。聚焦驅(qū)動量計算子單元52c根據(jù)聚焦 目標(biāo)圖像Fb和Fc之間的距離計算第 一驅(qū)動量。
第二聚焦檢測子單元53包括對比度檢測子單元53a、對比度 判斷子單元53b以及聚焦驅(qū)動量計算子單元53c。對比度檢測子 單元53a檢測聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的組合的對比度。對比度判斷 子單元53b進(jìn)行對比度的判斷。聚焦驅(qū)動量計算子單元53c基于 對比度的判斷結(jié)果計算第二驅(qū)動量。
圖9示出要由第二聚焦檢測子單元53進(jìn)行以檢測聚焦目標(biāo) 圖像Fb和Fc的組合的對比度的對比度纟全測原理。該聚焦一全測方 法利用了亮度信號的高頻成分的量在檢測到聚焦透鏡13的對焦 時最大這一事實。對比度檢測子單元53a提取帶通濾波器等輸入 的亮度信號的高頻成分。
圖9示出聚焦透鏡13的位置和亮度信號的高頻成分的量之 間的關(guān)系。橫坐標(biāo)軸代表透鏡13的位置?？v坐標(biāo)軸代表亮度信 號的高頻成分的量。高頻成分的量在聚焦透鏡13的對焦位置M2 處最大。高頻成分的量在聚焦透鏡13嚴(yán)重失焦的聚焦透鏡13的 位置M1處較小。
作為聚焦;險測方法，可以考慮用于一企測例如目標(biāo)邊緣、邊 緣的斜率以及基于目標(biāo)圖像的最高亮度值和最低亮度值獲得的 目標(biāo)對比度、或者4企測目標(biāo)的一半寬度的各種方法。然而，在 對本實施例的以下說明中，作為例子說明用于提取亮度信號的 高頻成分的對比度檢測方法?？商娲兀谝韵乱f明的第二 典型實施例的說明中描述基于目標(biāo)圖像的最高亮度值和最低亮 度值4企測目標(biāo)對比度的方法。
圖10是示出要根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的控制方法進(jìn)行的 操作的流程圖。當(dāng)聚焦目標(biāo)光束Lb和Lc被投影到眼底Er上時，在步驟S1中，開始檢測聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的亮點的位置。在 步驟S2中，通過第一焦距檢測子單元52的聚焦目標(biāo)圖像檢測子 單元52a來進(jìn)行目標(biāo)圖像Fb和Fc的位置的檢測。
步驟S2中獲得的聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc之間的位置關(guān)系及 觀察圖像處于圖ll所示的觀察狀態(tài)中。從記錄在圖像存儲器51 中的圖像信息中檢測與代表聚焦目標(biāo)圖像F b的信號S P1相對應(yīng) 的位置和與代表聚焦目標(biāo)圖像Fc的信號SP2相對應(yīng)的位置。圖 像存儲器51不需要記錄觀察圖像傳感器2 0獲得的整個圖像信 息。圖像存儲器51記錄下代表可檢測到聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的 區(qū)域內(nèi)的圖像的圖像信息就足夠了 。
在步驟S3中，通過第一聚焦檢測子單元52的聚焦目標(biāo)距離 檢測子單元52b的計算來檢測分別對應(yīng)于信號SP1和SP2的位置 之間的距離D。在步驟S4中，通過聚焦驅(qū)動量計算子單元52c計 算對應(yīng)于該距離的第一驅(qū)動量。步驟S5是基于聚焦目標(biāo)圖像Fb 和Fc的位置的檢測進(jìn)行的自動聚焦處理的最后一個步驟。在步 驟S5中，基于步驟S4中計算出的第一驅(qū)動量通過控制單元33使 用聚焦驅(qū)動單元35進(jìn)行聚焦驅(qū)動(控制)操作。
在完成步驟S5中的聚焦驅(qū)動時，與代表聚焦目標(biāo)圖像Fb的 信號SP1相對應(yīng)的位置和與代表聚焦目標(biāo)圖像Fc的信號SP2相 對應(yīng)的位置之間的關(guān)系處于圖12所示的狀態(tài)。到該步驟為止的 上述處理是自動聚焦方法，也可由傳統(tǒng)眼底照相機(jī)來進(jìn)行。該 自動聚焦方法被稱為"主動相差檢測方法"。更具體地，在將聚 焦目標(biāo)圖像Fb和Fc布置成一條線的粗聚焦調(diào)整模式下，可以計 算驅(qū)動操作的目標(biāo)值。因而，可以進(jìn)行高速自動聚焦操作。
根據(jù)本實施例，在步驟S5中，當(dāng)開始聚焦驅(qū)動操作時，即 當(dāng)進(jìn)行聚焦驅(qū)動操作時，開始要在步驟S10中進(jìn)行的用于檢測 聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的組合的對比度的對比度檢測操作。因而，在步驟S1 ~ S5的說明中描述的觀察狀態(tài)是圖ll和圖12所示 的狀態(tài)的時間段中，進(jìn)行聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的組合的對比度
的檢測。
首先，在步驟S11中，通過對比度檢測子單元53a計算聚焦 目標(biāo)圖像Fb和Fc的組合的對比度。在步驟S12中，由對比度判 斷子單元53b來記錄所計算出的值。在步驟S13中，對比度判斷 子單元53b才企測步驟S12中記錄的對比度值是否包括圖9示為局 部最大點的位置M2。此時，在步驟S13首次進(jìn)行的判斷中不能 判斷各對比度值是否為局部最大點。因而，處理進(jìn)入步驟S16。
為了便于說明，以下將說明步驟S13中檢測到局部最大點 的情況。在步驟S14中，通過聚焦驅(qū)動量計算子單元53c計算聚 焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的驅(qū)動量。在步驟S14中計算出的聚焦目標(biāo) 圖像Fb和Fc的驅(qū)動量均被定義為從檢測到的局部最大點的位 置開始的第二驅(qū)動量。
接著，在步驟S15中，基于聚焦驅(qū)動量即在步驟S14中計算 出的第二驅(qū)動量來進(jìn)行聚焦驅(qū)動操作。因而，聚焦透鏡13被移 動到與亮度信號的高頻成分的量的局部最大值相對應(yīng)的位置， 即對比度具有局部最大值的位置。在聚焦透鏡13被驅(qū)動后，進(jìn) 行眼底的拍攝。
根據(jù)本實施例，根據(jù)步驟S4中計算出的驅(qū)動量進(jìn)行步驟 S14中的聚焦透鏡13的驅(qū)動量的計算，直到完成步驟S5中的聚 焦透鏡13的驅(qū)動為止?？商娲兀梢钥紤]另一方法，該方法 在步驟S13中檢測局部最大點時中斷聚焦透鏡13的驅(qū)動，并將 聚焦透鏡13驅(qū)動到對比度具有局部最大值的位置。
在沒有檢測到局部最大點的情況下，處理進(jìn)入步驟S16。 然后，如果在步驟S16中沒有完成聚焦透鏡13的驅(qū)動，則重復(fù) 步驟Sll ~步驟S13進(jìn)行的處理。如果在步驟S16完成了聚焦透鏡13的驅(qū)動，則處理進(jìn)入步驟S17。然后，在將聚焦透鏡13驅(qū) 動預(yù)定量后，重復(fù)步驟Sll ~步驟S13進(jìn)行的處理。在步驟S16 中，基于控制單元33的聚焦驅(qū)動狀態(tài)(即聚焦透鏡驅(qū)動狀態(tài))來 判斷是否完成了聚焦透鏡13的驅(qū)動。
"將聚焦透鏡13驅(qū)動預(yù)定量"是可以檢測到圖9中所示的局 部最大點例如位置M2的量?？商娲兀梢赃M(jìn)^f亍另一方法，該 方法在處理進(jìn)入步驟S17之后，當(dāng)在對聚焦透鏡13驅(qū)動預(yù)定量 的中間在步驟S13中檢測到局部最大點時，中斷聚焦透鏡13的 驅(qū)動。
不管是否進(jìn)行了要在步驟S17中進(jìn)行的處理，都在繼續(xù)驅(qū) 動聚焦透鏡13的同時繼續(xù)進(jìn)行要在步驟S11和S12中進(jìn)行的處 理，直到在步驟S13中檢測到局部最大點為止。在步驟S10中， 進(jìn)行聚焦透鏡13的驅(qū)動，作為根據(jù)本實施例要在步驟S5中進(jìn)行 的控制操作。
下面，說明進(jìn)行步驟S17中的處理的情況下對比度和觀察 狀態(tài)之間的關(guān)系以及不進(jìn)行步驟S17中的處理的情況下對比度 和觀察狀態(tài)之間的關(guān)系。在圖IO所示的觀察狀態(tài)下，通過圖9 所示的位置M1處的高頻成分來確定對比度。首先，如果不進(jìn)行 步驟S17中的處理，則在完成根據(jù)圖10所示的步驟S4中計算出 的驅(qū)動量而在步驟S 5中進(jìn)行的聚焦透鏡13的驅(qū)動前，檢測高頻 成分的量最大的位置M2。在圖ll所示的觀察狀態(tài)改變到圖12 所示的觀察狀態(tài)之前，檢測高頻成分的量最大的位置M2。也就 是說，在圖12所示的觀察狀態(tài)下，檢測圖9所示的位置M2b。
在這種情況下，在圖10所示的步驟S14中計算從檢測到局 部最大點的位置開始的第二驅(qū)動量。因而，將聚焦透鏡13驅(qū)動 與從圖9所示的位置M2到位置M2b的移動距離相對應(yīng)的量。因 此，觀察狀態(tài)從圖12所示的觀察狀態(tài)改變成圖13所示的觀察狀態(tài)。從以上說明顯然可知，從圖9所示的位置M2到位置M2b的 聚焦透鏡13的驅(qū)動方向與步驟S5中進(jìn)行的驅(qū)動聚焦透鏡13的 方向相反。
接著，在不進(jìn)行步驟S17中的處理的情況下，即使在步驟 S5中進(jìn)行聚焦透鏡13的驅(qū)動時，基于圖10所示的步驟S4中計算 出的第一驅(qū)動量也檢測不到高頻成分的量最大的位置M2。因 此，即使當(dāng)圖ll所示的觀察狀態(tài)改變成圖12所示的觀察狀態(tài)時， 也檢測不到高頻成分的量最大的位置M2。也就是說，在圖12 所示的觀察狀態(tài)下，聚焦透鏡13處于圖9所示的位置M2a處。因 而，在步驟S17中，進(jìn)行對聚焦透鏡13預(yù)定量的驅(qū)動。然后， 在步驟S13,檢測高頻成分的量最大的位置M2。隨后，進(jìn)行該 處理，直到聚焦透鏡13朝向位置M 2 b稍微移動為止。
在檢測到作為局部最大點的位置M2的時刻，聚焦透鏡13 從位置M2朝向位置M2b稍微移動。由于在圖10所示的步驟S14 中計算從檢測到局部最大點的位置開始的第二驅(qū)動量，因此將 聚焦透鏡13驅(qū)動從圖9所示的位置M 2朝向位置M 2 b稍微移動的 距離。因而，圖12所示的觀察狀態(tài)改變成圖14所示的觀察狀態(tài)。 從圖9所示的位置M 2朝向位置M 2 b稍微驅(qū)動聚焦透鏡13的方向 與步驟S5中進(jìn)行的驅(qū)動聚焦透鏡13的方向相同。因此，從位置 M 2朝向位置M 2 b稍微偏離的位置開始驅(qū)動聚焦透鏡13的方向 與步驟S5中進(jìn)行的驅(qū)動聚焦透鏡13的方向相反。
因此，特別地當(dāng)進(jìn)行適合于人眼像差的聚焦校正時，使用 聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的組合的對比度來進(jìn)行被動自動聚焦操 作。因此，可實現(xiàn)高精度自動聚焦操作。
在本實施例的前述說明中，已說明了觀察圖像傳感器20用 作聚焦傳感器。然而，可以考慮上翻鏡15上翻，圖像記錄圖像 傳感器16也用作聚焦傳感器。可替代地，眼底照相機(jī)可被構(gòu)造成使得操作員可通過監(jiān)視器34手動輸入指示，以進(jìn)行聚焦透鏡
13的驅(qū)動。
如上所述，在本實施例中，在通過將聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc 排列成一條線的粗聚焦調(diào)節(jié)時，利用使用聚焦目標(biāo)的主動相差 檢測功能，通過該聚焦目標(biāo)可以計算驅(qū)動量的目標(biāo)值。另一方 面，在用于進(jìn)行適合于人眼像差的聚焦校正的高精度聚焦調(diào)節(jié) 時，進(jìn)行利用目標(biāo)圖像的組合的對比度的被動自動聚焦操作。 因此，可以實現(xiàn)高速和高精度的自動聚焦。
將第一典型實施例配置成使聚焦連桿機(jī)構(gòu)25總是互相鎖定 地移動聚焦目標(biāo)和聚焦透鏡13。然而，根據(jù)本發(fā)明的另一典型 實施例，在通過第一聚焦檢測子單元52完成聚焦透鏡13的驅(qū)動 時，僅基于第二聚焦檢測子單元53的檢測結(jié)果驅(qū)動聚焦透鏡13。
圖15示出聚焦鏡頭單元61的配置。聚焦透鏡13由聚焦透鏡 移動單元62固定，聚焦透鏡移動單元62包括電動機(jī)、齒輪等。 聚焦透鏡移動單元62被配置成可獨立于聚焦連桿機(jī)構(gòu)25而基于 從控制單元33輸出的控制信號在光軸03的方向上移動。聚焦透 鏡移動單元62與聚焦驅(qū)動單元35分開設(shè)置，且連接到控制單元 33。
以下參照圖IO所示的流程圖說明根據(jù)本發(fā)明的第二典型實 施例。如圖10所示，在步驟S1 ~ S5中進(jìn)^f亍的控制處理與前述典 型實施例的處理類似。在步驟S5中，經(jīng)由控制單元33通過聚焦 驅(qū)動單元35將聚焦透鏡13驅(qū)動在步驟S4中計算出的第 一驅(qū)動量。
根據(jù)本實施例，在步驟S5中完成驅(qū)動聚焦透鏡13時，在步 驟SIO,開始聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc的組合的對比度的檢測。也 就是說，當(dāng)本實施例處于圖12所示的觀察狀態(tài)時，進(jìn)行聚焦目 標(biāo)圖像Fb和Fc的組合的對比度的檢測。隨后，與第一典型實施例類似，進(jìn)行步驟Sll ~ S13中的處理。
此時，在步驟S13，在步驟S13首次進(jìn)行的判斷中不能判斷 各對比度值是否為局部最大點。因而，處理進(jìn)入步驟S16。另 外，在步驟S16進(jìn)行的首次判斷中，完成了聚焦透鏡13的驅(qū)動， 這是因為步驟S10時完成了步驟S5中對聚焦透鏡13的驅(qū)動。
因此，處理進(jìn)入步驟S17。然后，進(jìn)行對聚焦透鏡13預(yù)定 量的驅(qū)動。隨后，重復(fù)步驟Sll ~ S13的處理。"對聚焦透鏡13 預(yù)定量的驅(qū)動"是在保持聚焦目標(biāo)圖像Fb和Fc靜止的同時移動 聚焦透鏡13。另外，"預(yù)定量"是可以檢測到用作局部最大點的 位置M2的量。
順便提及，根據(jù)第二實施例，可能不能檢測到作為步驟S13 中檢測到的位置M2的局部最大點。通過在步驟S17中首次進(jìn)行 的將聚焦透鏡13驅(qū)動預(yù)定量而在步驟S13中檢測到局部最大點 的情況下進(jìn)行的處理與第一典型實施例中的處理類似。因而， 該處理導(dǎo)致圖16所示的觀察狀態(tài)。
在即使在處理進(jìn)入步驟S17之后在步驟S13中仍沒有檢測 到局部最大點、并且在步驟S16中再次檢測到對聚焦透鏡13的 驅(qū)動完成且處理進(jìn)入步驟S17的情況下，進(jìn)行與第一典型實施 例中進(jìn)行的控制操作不同的控制操作，其中在步驟S17中進(jìn)行 對聚焦透鏡13預(yù)定量的驅(qū)動。在這種情況下，參照圖9的說明顯 然可知，聚焦透鏡13被驅(qū)動的預(yù)定量設(shè)置成大于步驟S17中首 次設(shè)置的驅(qū)動量，且對應(yīng)于與步驟S17中首次進(jìn)行聚焦透鏡13 的驅(qū)動的方向相反的方向。因而可以;險測到局部最大點，即位 置M2。因此，聚焦透鏡13被往復(fù)驅(qū)動。
因此，根據(jù)第二典型實施例，通過在保持聚焦目標(biāo)圖像Fb 和Fc靜止的同時移動聚焦透鏡13來檢測對比度。目標(biāo)投影側(cè)單 元的移動不會導(dǎo)致對比度的變化。因此，僅通過眼底拍攝光學(xué)系統(tǒng)可實現(xiàn)聚焦的精細(xì)調(diào)節(jié)。
根據(jù)第二典型實施例的眼底照相機(jī)包括聚焦透鏡移動單元
62，該聚焦透鏡移動單元62能夠獨立于聚焦連桿機(jī)構(gòu)25,響應(yīng) 于從控制單元33輸出的控制信號而在光軸03的方向上移動聚 焦透鏡13。因而，可以容易地進(jìn)行對比度的檢測。另外，即使 當(dāng)進(jìn)行基于對比度的檢測的校正時，從操作員觀察到的聚焦目 標(biāo)圖像之間的位置關(guān)系也不改變。因而，第二典型實施例在防 止出現(xiàn)不適感覺方面具有優(yōu)勢。
在使用具有兩個透過峰的聚焦目標(biāo)圖像Fb的情況下，如圖 17所示，信號SP1具有兩個峰。因而，可以通過第二聚焦檢測 子單元53準(zhǔn)確地進(jìn)行對比度的檢測。盡管可以通過將目標(biāo)分成 兩個區(qū)域來明顯地提取高階頻率成分的變化，然而可以代替提 取高頻成分而使用目標(biāo)圖像的組合的對比度。
也就是說，可使用以下常數(shù)來檢測眼底照相機(jī)在目標(biāo)圖像 上的聚焦，其中該常數(shù)使用目標(biāo)的最大亮度值Max和目標(biāo)的中 間部分的最小亮度值Min來計算
對比度=(Max — Min) / (Max + Min) 此時，另 一聚焦目標(biāo)圖像Fc具有一個透過峰。因此，第一聚焦 檢測子單元52可被配置成關(guān)于聚焦目標(biāo)圖像Fb檢測與兩個透 過峰之間的谷相對應(yīng)的信號SP1，關(guān)于聚焦目標(biāo)圖像Fc檢測透 過峰信號SP2。因而，可基于兩個聚焦目標(biāo)圖像之間的位置關(guān) 系來計算距離D。
另外，控制單元33可使眼底照相機(jī)在基于聚焦目標(biāo)圖像的 對比度完成自動對焦時拍攝眼底。
在初始對比度Mf等于或小于預(yù)定值的情況下，即在形成于 眼底Er上的聚焦目標(biāo)圖像受被檢體眼睛E的像差或其眼病影響 并劣化的情況下，即使當(dāng)進(jìn)行聚焦校正時被檢體眼睛E的聚焦改善程度也低。因此，不必進(jìn)行聚焦校正。因此，可忽略基于 檢測到的對比度的自動聚焦以減少拍攝時間。
根據(jù)本發(fā)明典型實施例的眼底照相機(jī)利用基于聚焦目標(biāo)的 主動相差檢測功能，且則高精度聚焦調(diào)節(jié)時還利用目標(biāo)圖像的 變化。因而，可以實現(xiàn)高速和高精度的自動對焦。可以通過互 相鎖定地移動聚焦目標(biāo)和聚焦透鏡來容易地實現(xiàn)相差檢測。可 以通過使用基于相差的聚焦目標(biāo)檢測最佳聚焦的聚焦目標(biāo)，使 眼底更準(zhǔn)確地聚焦。
盡管參照典型實施例說明了本發(fā)明時，但應(yīng)理解，本發(fā)明 不限于所公開的典型實施例。所附權(quán)利要求書的范圍應(yīng)被賦予 最寬的解釋，以包括所有修改、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種眼底照相機(jī)，包括照明光學(xué)系統(tǒng)，其包括被配置成照明被檢體眼睛的眼底的照明單元；眼底拍攝光學(xué)系統(tǒng)，其包括被配置成通過物鏡和聚焦透鏡捕獲眼底圖像的圖像記錄圖像傳感器；聚焦目標(biāo)，其位于所述照明光學(xué)系統(tǒng)中與被檢體眼睛的眼底共軛的位置處，并被配置成具有多個區(qū)域，以形成分別穿過被檢體眼睛的瞳孔的不同區(qū)域以在眼底上形成多個聚焦目標(biāo)圖像的光束；觀察圖像傳感器，其位于所述眼底拍攝光學(xué)系統(tǒng)中與被檢體眼睛的眼底共軛的位置處，并被配置成捕獲從眼底反射的所述多個聚焦目標(biāo)圖像；聚焦驅(qū)動單元，其被配置成驅(qū)動所述聚焦目標(biāo)和/或所述聚焦透鏡；目標(biāo)圖像位置檢測單元，其被配置成檢測所述觀察圖像傳感器上的所述多個聚焦目標(biāo)圖像的位置；第一聚焦檢測單元，其被配置成基于所述目標(biāo)圖像位置檢測單元檢測到的所述多個聚焦目標(biāo)圖像的位置來計算所述聚焦驅(qū)動單元的第一驅(qū)動量；驅(qū)動控制單元，其被配置成基于所述第一聚焦檢測單元計算出的所述第一驅(qū)動量來驅(qū)動并控制所述聚焦驅(qū)動單元；以及第二聚焦檢測單元，其被配置成基于在所述聚焦驅(qū)動單元的驅(qū)動操作期間所述觀察圖像傳感器的輸出來檢測所述聚焦目標(biāo)圖像的變化，并基于所檢測出的變化來計算所述聚焦驅(qū)動單元的第二驅(qū)動量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，所述 觀察圖像傳感器還用作所述圖像記錄圖像傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，所述 聚焦驅(qū)動單元基于預(yù)定關(guān)系來驅(qū)動所述聚焦透鏡的移動和所述 聚焦目標(biāo)的移動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，能夠通過手動操作來進(jìn)行所述聚焦透鏡的驅(qū)動，以及基于預(yù)定關(guān)系互相鎖定地進(jìn)行通過手動操作進(jìn)行的所述 聚焦透鏡的移動和所述聚焦目標(biāo)的移動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，使用 所述驅(qū)動控制單元的驅(qū)動來進(jìn)行通過所述第二聚焦檢測單元對 所述聚焦驅(qū)動單元的驅(qū)動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，當(dāng)檢 測到所述聚焦目標(biāo)圖像的最佳聚焦時，所述驅(qū)動控制單元使用 將所述聚焦透鏡和/或所述聚焦目標(biāo)驅(qū)動至檢測到所述最佳聚 焦的位置的驅(qū)動量作為所述第二聚焦檢測單元計算出的所述第 二驅(qū)動量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，當(dāng)沒 有檢測到所述聚焦目標(biāo)圖像的最佳聚焦時，所述驅(qū)動控制單元 使用超過與所述第一驅(qū)動量相對應(yīng)的位置的預(yù)定量作為所述第 二聚焦檢測單元要計算出的所述第二驅(qū)動量，并在所述第二驅(qū) 動量的驅(qū)動期間檢測所述聚焦目標(biāo)圖像的最佳聚焦。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，當(dāng)所 述聚焦驅(qū)動單元僅往復(fù)驅(qū)動所述聚焦透鏡時，所述第二聚焦檢 測單元基于在驅(qū)動所述聚焦透鏡期間所述聚焦目標(biāo)圖像的對比 度來確定所述第二驅(qū)動量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，所述 聚焦目標(biāo)圖像包括由分別穿過被檢體眼睛的瞳孔的不同部位的 光束形成的兩個區(qū)域，以及所述兩個區(qū)域中的一個區(qū)域具有包括至少兩個透過峰的 形狀。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，所述 聚焦目標(biāo)圖像的變化基于以所述兩個透過峰之間的谷形成的眼 底圖像的亮度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，所述 兩個區(qū)域中的另 一個區(qū)域具有包括一個透過峰的形狀。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，使 用所述聚焦目標(biāo)圖像的所述一個區(qū)域的兩個透過峰之間的谷的 位置和所述聚焦目標(biāo)圖像的所述另 一個區(qū)域的透過峰的位置來 檢測所述聚焦目標(biāo)圖像的位置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的眼底照相機(jī)，其特征在于，能夠 在將所述聚焦透鏡驅(qū)動所述第二聚焦檢測單元計算出的所述第 二驅(qū)動量后進(jìn)行眼底的拍攝。
14. 一種眼底照相沖幾，包括眼底拍攝光學(xué)系統(tǒng)，其包括被配置成通過聚焦透鏡捕獲眼 底圖像的圖像記錄圖像傳感器；聚焦目標(biāo)，其被配置成具有多個區(qū)域，以形成分別穿過被檢體眼睛的瞳孔的不同區(qū)域的光束；以及聚焦驅(qū)動單元，其被配置成基于所述圖像記錄圖像傳感器捕獲的圖像中的所述聚焦目標(biāo)的多個圖像的位置和所述多個圖 像的對比度來驅(qū)動所述聚焦透鏡。
全文摘要
一種眼底照相機(jī)，包括眼底拍攝光學(xué)系統(tǒng)，包括用于通過聚焦透鏡拍攝眼底圖像的圖像記錄圖像傳感器；聚焦目標(biāo)，具有多個區(qū)域，以形成穿過被檢體眼睛的瞳孔上的多個不同區(qū)域的光束；以及聚焦驅(qū)動單元，用于基于圖像記錄圖像傳感器捕獲的圖像中的聚焦目標(biāo)的多個圖像的位置和所述多個圖像的對比度來驅(qū)動聚焦透鏡。
文檔編號A61B3/12GK101574256SQ200910136649
公開日2009年11月11日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者大番英之, 巖永知行, 岸田伸義, 田中信也 申請人:佳能株式會社