眼科测试系统和方法与流程

眼科测试系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年7月31日提交的序号为62/881,120的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用明确并入。
技术领域
3.本发明涉及视觉测试和眼科成像系统的改进，包括包含眼科设备的改进的头戴式硬件和使用这种设备的系统。


背景技术：

4.眼睛护理是整体健康的重要组成部分，已经开发了许多允许眼科医生检查人的眼睛的专用系统。其中许多设备价格昂贵，限制了它们的可用性。它们也很笨重，通常需要专用的桌子或者安装特殊的支架。由于这些设备的尺寸、重量而且一般不美观，可能需要在医生诊室为这些设备预留专用空间。
5.为了使用这些设备检查患者，患者通常需要在检查眼睛时将他们的头部置于并保持在特定的位置。行动受限的患者可能无法按照特定光学工具的检查要求进行身体定位。这可能会限制为这些患者提供全面眼科检查的性能。同样，由于体积和费用的原因，将各种这些专用的眼睛检查系统带给不能前往医生诊室的患者可能是困难或不可能的。
6.眼睛检查的常见工具是用于捕捉视网膜图像的眼底照相机。眼底照相机是一种附有照相机的专用低功率显微镜。常规的眼底照相机系统具有在每个维度上大约1到2英尺的外壳，在一侧具有物镜，在另一侧具有照相机显示器。在使用中，患者坐在支撑眼底照相机系统的桌子前，将他们的下巴放在附接于该系统的下巴托上，并将他们的前额压在前额杆上。调节下巴托位置，使得患者的眼睛与照相机系统的物镜相对。然后将相机聚焦，拍摄一张或多张照片。在这个过程中，患者可能为了舒适或者因为自然倾向移动他们的颈部(例如由于僵硬)而重新定位他们的前额。这种动作可能会使眼睛与照相机不对准，还需要医生重新调节照相机的焦点。
7.类似地，用于进行视野检查或视野测试的常规设备在使用期间对患者头部和眼睛的运动敏感，需要患者将其头部放在下巴托上，并且体积庞大且价格昂贵，限制了在专用场合之外的便携性和可用性。对于视野测试，用户看着碗状“视野计”仪器的中心。仪器内显示灯光或其他物体，患者在看到他们进行指示。映射病人看得见和看不见的东西显示了他们的视野。患者头部相对于视野检查的光场运动会改变他们的视场并降低检查结果的准确性。如果患者将视线从中心目标转移，即使他们的头部保持不动，也会降低结果。
8.oct是一种非侵入性成像技术，依赖于低相干干涉法生成眼组织的体内横截面图像。oct用于检测疾病，并提供一种评估手术和药物干预的定量和可重复的方法。在过去的十年中，oct系统在社区验光实践中变得更加常见，并且在过去的十年中，随着更高的扫描密度、更快的数据采集和处理速度以及计算机化的图像分析，oct系统的性能不断进化。
9.用于相干断层扫描(oct)的常规设备具有与常规眼底照相机和视野检查系统相似
的缺陷。当系统扫描眼睛时，患者必须坐在oct机前，保持头部5至10分钟不动。患者头部的运动会导致错位问题。为了防止患者运动，在整个检查过程中，通常需要助手亲自在场，以监控患者的头部方向，并根据需要校正位置。oct扫描设备也可能体积庞大且价格昂贵。
10.需要一种用于在各种环境中进行眼睛检查的便携式且廉价的系统，并且该系统可以易于使用，而不需要患者的头部置于下巴托和前额托上。如果这种系统可用于进行眼底成像、视野检查测试以及用于oct成像也将是有利的。如果这种系统能够易于配置和重配置以允许用于不同类型的眼睛检查，例如眼底成像、oct成像和视野检查，而不是针对每种检查都需要专用的测试系统，这将是进一步的优势。


技术实现要素：

11.这些和其他问题和缺陷通过患者可以佩戴的头戴机系统来解决，该系统包括可以被配置为支持各种光学测试的光学模块。光学模块可以从头戴机中移除，允许配置用于一种测试的模块被配置用于不同测试的模块替换。光学模块可以由可移除的子模块制成，允许定制单种模块以应用不同的光学测试。小型化眼底照相机可以可移动地安装在头戴机内，以允许相对于患者的眼睛调节照相机位置。可以组合由眼底照相机捕捉的多个图像以生成视网膜的非常广角的视图。光学显示器和其他照明元件可用于视野检查。
12.在一个实施例中，眼底照相机包括外壳，该外壳具有第一端和第二端、前侧、后侧、从第一端和第二端延伸的主轴以及在第一侧开口的孔。照相机组件安装在外壳的内部。照相机具有从孔延伸的视场。眼底照相机包括照明光源、电子图像捕捉照相机、物镜和出射镜，所述照明光源配置为产生照明光束。照明光束沿着从照明光源到出射镜的照明光束路径行进。出射镜将照明光束路径重导向通过物镜(可以是球面透镜)并进入视场。它还将由视场中的物体反射的来自照明光束的光重导向，并沿着延伸到成像照相机的返回光路通过物镜返回。照相机中照射视场的出射光和来自被照射物体的入射光的路径可以基本平行。
13.诸如出射镜的反射镜可以是可旋转的或可枢转的，以改变视场中照明光束路径的方向，从而照亮患者视网膜的不同部分。还可以改变相机视场的方向。衰减元件，例如分束器，可以用于降低照明光的强度。内部折叠镜可操作以增加光路，同时保持相机尺寸小。还可以包括眩光减少元件。
14.眼底照相机还可以包括可旋转安装组件，该组件配置为允许细长外壳内的照相机可旋转地安装在头戴机或其他系统内。可旋转安装组件可以在外壳的背面，邻近外壳的第一端，成像孔在外壳的前面，邻近第二端。在一个实施例中，安装组件包括齿轮传动系统，其包括附接外壳的固定齿轮和连接到固定齿轮并安装到轴上的旋转齿轮，使得轴的旋转致使照相机枢转。
15.在一个实施例中，提供了一种用于用户的光学检查的头戴机系统。头戴机包括配置为佩戴在用户面部上的主体。头戴机的面部侧具有前向边缘，该前向边缘被配置为佩戴头戴机时放在用户的面部上。如上所述，眼底照相机可旋转地安装和定位在头戴机内，使得当佩戴头戴机时可以在用户的眼睛前面移动。当佩戴头戴机时，旋转眼底照相机允许照相机物镜相对于用户的眼睛移动，使得照相机可以根据需要重新定位以对视网膜成像。可以提供电机以选择性地旋转眼底照相机，例如在计算机程序的控制下。单个眼底照相机可以安装在主体的左侧和右侧之间的大致中间点，并且可以从第一位置左位置对佩戴头戴机的
用户的左眼进行成像旋转到第二右位置对佩戴头戴机的用户的右眼进行成像。或者，可以提供和定位单独的左和右可旋转安装的眼底照相机，以分别对左眼和右眼成像。眼底照相机支架可以滑动地接合头戴机，并且可以在第一和第二位置之间移动，例如在轨道中。改变支架在轨道内的位置会移动眼底照相机，并允许改变照相机相对于患者眼睛的位置。在一个实施例中，可旋转地和可滑动地安装眼底照相机以提供位置调节的多个自由度。
16.头戴机中可以包括眼睛跟踪照相机，其可操作以捕捉用户眼睛的图像，处理这些图像以确定眼睛视线的位置和/或方向。眼底照相机可以捕捉多个图像，并将其组合以生成视网膜的非常宽的视野图像。与眼底照相机图像一起捕捉的眼睛跟踪数据可用于确定视网膜的哪个部分已经在眼底照相机捕捉的任何给定图像中成像，并且该数据用于将捕捉的图像映射成视网膜的组合图像。
17.可以在头戴机中提供一个或多个视觉显示器，并位于眼底照相机的后面。显示器可用于向佩戴头戴机的人呈现图像。眼底照相机可以在眼底照相机遮蔽视觉显示器的一部分的成像位置和基本没有被眼底照相机遮蔽视觉显示器的存储位置之间移动。眼底照相机也可以可移除地安装在头戴机主体内，使得头戴机可以与眼底照相机一起使用或不与眼底照相机一起使用。
18.根据本发明的一个方面，提出了一种用于患者眼睛视网膜的眼底成像的计算机控制方法。头戴机被放在患者的头部。头戴机包括主体和可旋转安装的眼底照相机，如上，其可以移动到患者眼睛前面的不同位置。眼底照相机捕捉用户眼睛的图像。基于第一个来调节眼底照相机的位置，以改进照相机物镜与眼睛瞳孔的对准。调节可以是自动的或手动的。一旦调节后，用眼底照相机捕捉多个视网膜图像。
19.在图像捕捉期间，可以指示用户改变他们视线的方向，使得照相机可以对视网膜的不同部分进行成像。这些指示可以是可听的。在一个实施例中，头戴机还包括围绕内部周边排列的多个对于用户可见的可见光源。该方法包括照亮该多个可见光源中的至少一个，以指示期望的视线方向。
20.该多个捕捉的视网膜图像被映射到视网膜图像映射中的各自位置，然后被拼接在一起以形成视网膜的组合宽视场。视网膜图像映射中各自视网膜图像的位置在各自视网膜图像中成像的视网膜部分上。这可以参考指示眼底照相机相对于眼睛的位置和目标以及眼睛视线方向的数据确定，例如通过眼睛跟踪照相机确定。眼底成像期间的眼睛跟踪数据捕捉可以与眼底图像一起存储，在眼底图像捕捉阶段完成后用于图像映射。
21.在基于允许视网膜的所需部分的完整映射，确定视网膜的足够部分已经被成像以后，眼底图像捕捉可以自动终止。如果确定视网膜的一部分没有成功成像，计算机可以自动指示患者改变视线方向，以便将视网膜的没有成功成像的部分进入眼底照相机的视场。
22.根据本发明的另一方面，提供了一种可佩戴光学头戴机系统，该系统包括大致管状的外框架，该外框架具有在该外框架的敞开的前部和后部之间延伸的内部，其中该前部被配置为压靠在用户的面部上并围绕用户的眼睛。至少一个附接外框架的头带被配置为佩戴头戴机时将外框架保持抵靠用户面部。具有前表面、后表面和侧表面的光学模块外壳，该光学模块被配置成可移除可滑动地接合在外框架的内部，光学模块的前面通过外框架的前部可见。光学模块外壳封装计算机电路，该计算机电路包括计算机处理器、连接到处理器并被配置为存储可由处理器执行的计算机软件的数字存储器、以及包括图像显示系统和图像
捕捉系统中的至少一个的光学部件。光学部件电连接到处理器，并且由处理器根据存储的计算机软件控制。光学模块可以用沿着光学外壳的外周边排列的弹性夹固定到头戴机外壳上，弹性夹接合外框架中相应的多个孔。
23.第一电子显示器可以安装在光学模块的后表面上，并被配置为响应来自处理器的信号输出视觉数据。第二电子显示器可以安装在外框架的外侧，并被配置为输出视觉数据。可以提供头戴机外壳和光学模块之间的电接口，以允许光学模块内的系统控制安装在外框架上的显示器。可以在光学模块和/或外框架上提供各种用户输入设备。
24.可移除光学模块可以包括可旋转眼底照相机和眼睛跟踪照相机，其被配置为对佩戴头戴机的用户的眼睛进行成像。可见光led可以沿着光学模块的周边放置，放置在佩戴头戴机的用户可见的位置。
25.根据另一方面，光学模块本身是模块化的并包括多个子部件。每个子部件具有各自的具有前表面和后表面的外壳，其中子部件可以从光学模块的后面堆叠到光学模块的前面，并且在那里每个子部件可移除地与邻近的子部件连接。在一个实施例中，第一子部件包括其中具有计算机电路的电路板，第二子部件包括由头戴机佩戴者观看的视觉显示器。电接口和机械接口设置在子部件的邻接表面上。当连接时，第二子部件中的视觉显示器可由第一子部件中的处理器控制。可以提供第三子部件，该第三子部件包括用于进行眼睛检查的功能部件，并安装在第二子部件前面的光学模块中。在一个实施例中，第三子组包括眼底照相机，该眼底照相机可旋转地安装到第三子部件上。
26.在一个实施例中，光学模块包括大致平面的电路板，该电路板具有前面和后面，并且其上具有计算机电路。光学部件包括第一和第二视觉显示器，它们可以是微镜显示器。每个视觉显示器电连接到电路板上。分别位于第一和第二显示器前面的第一和第二透镜组件可操作以形成呈现在相应显示器上的图像的虚拟图像。对于佩戴头戴机的用户来说，虚拟图像看起来离用户的第一距离大于用户眼睛和视觉显示器之间的实际距离。透镜组件可以包括液体透镜，该液体透镜具有响应来自计算机电路的信号的电可控焦点。虚拟图像的表观距离可以通过调节液体透镜焦点来改变。
27.光学系统中的显示器可以是视网膜图像显示器，其包括被配置为发射光束的光发射器。积分棒被定位为当光束被发射时接收光束并输出集成光束。至少一个透镜被配置为接收来自积分棒的光束并聚焦光束。聚焦光束路径中的分束器引导一部分聚焦光束与数字微镜设备(dmd)的表面相交。从dmd反射的光重新进入分束器，并且一部分通过投影透镜，该投影透镜聚焦反射光以供佩戴头戴机的用户观看由dmd生成的图像。
28.眼底照相机还可以可旋转地安装到光学模块中的前框架上，并被配置为对佩戴头戴机系统的人的眼睛结构进行成像。
附图说明
29.下面参考附图详细公开了本发明的进一步特征和优点，以及本发明的各种实施方式的结构和操作，其中：
30.图1是总体上眼科测试系统的简化高级框图；
31.图2a和2b示出了根据本发明一个方面的模块化头戴机系统；
32.图3a和3b示出了包括若干子部件的光学模块；
33.图4示出了其上安装有各种外部用户输入端和输出端的头戴机系统；
34.图5显示了用户佩戴的图4的头戴机。
35.图6是可以在光学模块中提供的主要电子部件600的高级框图；
36.图7a-7d显示了适用于显示vr环境作为眼睛检查的一部分的光学模块的特定实施例；
37.图8显示了从朝向用户的一侧观看的光学模块的配置，该光学模块可以插入头戴机支架中；
38.图9a和9b示出了作为视点渲染过程的一部分呈现在头戴机显示器上的样本图像；
39.图10a和10b显示了安装在外壳中的小型化眼底照相机模块的视图；
40.图10c是光学模块的分解图，该光学模块可以安装在头戴机系统的外框架中，并且包括可旋转安装的眼底照相机；
41.图11a和11b显示了从朝向用户的一侧观看的头戴机系统，具有眼底照相机安装在头戴机中；
42.图12是包含眼底照相机的眼睛跟踪系统的高级框图；
43.图13是使用眼底扫描系统进行视网膜成像的方法的高级流程图；
44.图14a显示了具有可旋转安装组件的眼底照相机；
45.图14b-14d显示了具有齿轮安装组件的图14a的眼底照相机；
46.图14e显示了安装在头戴机中的图14a的眼底照相机；
47.图15a和15b显示了图14b的齿轮安装组件的俯视图和仰视图
48.图16a-16e示出了可滑动安装的眼底照相机；
49.图17是可以小型化并用于头戴机组件的眼底照相机的特定配置的高级示意图；
50.图18a-18c示出了小型化眼底照相机设计的俯视和透视分解图；和
51.图19a-19c示出了视网膜图像显示器的实施例，该视网膜图像显示器结合数字微镜器件，并可用在本文公开的头戴机组件中；
具体实施方式
52.图1是总体上眼科测试系统10的简化高级框图，其中使用安装在患者可以佩戴的便携式头戴机12中的设备进行光学测试和数据捕捉，例如眼底成像、视野测试和oct扫描。头戴机12包括内部设备14(未显示)，用于从佩戴头戴机12的患者的一只或两只眼睛捕捉图像或数据。如下文进一步所述，该设备14可以包括透镜、照相机、光发射器、视觉显示器、机械结构、电子器件以及用于管理一种或多种光学测试(例如眼底成像、视野测试、oct和自动复现)的计算硬件和软件。给定的头戴机12可以专用于单一类型的测试。头戴机设备部件14可以是模块化的，并且一些或全部可以从头戴机外壳中移除并用不同的部件替换，以允许相同的头戴机12用于各种不同类型的眼睛测试。
53.虽然某些计算硬件和软件可以集成在头戴机12内，但是用于头戴机控制和图像/数据捕捉的单独控制系统16可以连接到头戴机12上，并包括用于在测试过程中控制头戴机部件14的计算硬件和软件。例如，控制系统16可用于用测试参数配置头戴机12，启动测试过程，并从头戴机接收捕捉的测试数据。
54.捕捉的测试数据可以存储在一个或多个电子数据存储器18中。数据存储器18可以
在控制系统16的内部或外部，并且直接连接或通过网络连接。可以提供任何合适的数据存储器18，例如内部或外部硬盘驱动器或基于网络/云的数据存储。单独的系统20也可以设置有数据和图像处理和分析功能，以增加控制系统16中的可用功能。系统20可以位于控制系统16的本地，或者通过网络远程连接。在一种配置中，控制系统16是本地计算机，例如具有用作数据存储器18的内部存储器的平板、笔记本或台式电脑，并且系统20是具有其自己的数据存储的远程服务器，并且专家可以通过该远程服务器连接以访问测试数据，例如医生查看眼睛测试数据用于远程诊断。
55.在光学测试期间，当患者佩戴头戴机12时，可能需要患者提供输入，例如指示他们何时在显示器上看到特定特征。为此目的可以提供手动控制器、键盘、遥控器或其他输入设备22。输入设备22可以使用有线或无线链路(例如插入式usb电缆或蓝牙连接)连接到头戴机12内的系统或控制系统16上。
56.根据本发明的各个方面，将本文公开的头戴机系统用于眼睛测试提供了各种优点。当正确佩戴时，头戴机将随着用户的头部移动，因此即使当用户的头部四处移动时，头戴机中的成像和其他设备也可以与用户的眼睛保持正确光学对准。这对于在眼科检查期间不能保持不动并且更容易烦躁不安的儿童以及具有adhd倾向或运动障碍(包括全身瘫痪、帕金森病、肌萎缩性脊髓侧索硬化症(lou gehrig’s disease als)、抽动综合征(tourette syndrome)、震颤、共济失调、肌张力障碍、多系统萎缩、rett综合征或肌阵挛)的老年人尤其有用。
57.该系统允许对行动不便的患者进行更容易的检查。例如，如果一个人由于身体伤害需要躺在床上，不允许他或她坐在椅子上进行标准的桌面检查，头戴机12可以放置在他们的头上，在病人躺在床上时进行标准的眼睛检查。
58.具有集成光学测试设备的头戴机系统可以消除在眼睛测试期间有第二个人在场并且将照相机筒正确地放置在患者眼睛前面的需要(这一过程也可能使用户不舒服)。相反，患者可以直接戴上头戴机。
59.头戴机12可以被配置为显示用于眼睛检查的3d虚拟现实环境。眼睛跟踪功能可以设置在头戴机中，并且在向用户呈现图像以供查看的配置中或者在可能不使用目标图像的其他测试配置中，用于在虚拟检查期间监控用户眼睛的位置和他们的视线方向。系统10对于检测五岁及以下年龄组儿童(眼睛大部分发育的年龄范围)阅读障碍的早期迹象特别有用。
60.液体透镜技术可以结合到用户眼睛和内部显示器之间的透镜系统中。可以控制液体透镜的光学特征，以调节由显示器上的图像形成的虚拟图像的表观距离。这对于测试或模拟近视或远视有用。液体透镜的使用也允许头戴机系统被配置为头戴式综合屈光检查仪。液体透镜的光焦度可以自动调节，以避免传统让另一个人机械地改变用户在测试过程中看透镜光焦度(optical power)的需要。
61.头戴机可以配置为在进行眼睛检查时提供佩戴眼镜的空间。对于眼睛视力需要较大屈光矫正的患者，该设备可以允许在使用眼科仪器的同时最佳地试戴眼镜而不限制屏幕的视场。在眼睛检查中增强沉浸感也是可能的，这可以提高测试结果的可靠性，特别是对于临床目的。
62.转到图2a和2b，显示了模块化头戴机系统100的物理结构，其可以用作图1系统中
的头戴机12以及用于其他目的。头戴机系统100包括头戴式硬件105，该硬件105包括外框架115、一个或多个头带120以及电缆125，该电缆125可用于在给定实施方式中根据需要承载电力、控制信号和数据。
63.头带120可以是固定的或可调节的，并可以以各种常规方式配置，以将头戴机100固定在用户的面部上。头带120应该可操作以允许系统100固定在人的面部上，同时将系统100的大部分重量分散在使用者头部的周边。系统100与用户面部接触的部分可以包含面部衬垫，例如由透气布制备的衬垫，并且该衬垫可以被设计成进一步将眼科头戴机的重量分布在面部上，并为了舒适保持重心尽可能靠近颈部并最小化滑动。在一种配置中，有一个圆形带子装配在病人的头部和第二个带子装配在病人的头部。带子可以根据患者的头部尺寸进行调节，例如通过使用齿轮机构，该齿轮机构可以自动或手动拉紧或松开带子。
64.头戴机系统100还包括光学模块110，该光学模块110可以可移除地安装在外框架115和外壳130内。光学模块110包含各种头戴机设备部件，例如透镜、照相机、光发射器、视觉显示器、机械结构、电子器件以及计算硬件和软件。这些部件包含在外壳130内。在一个实施例中，外壳130被配置为牢固地装配在头戴机的外框架115内，而且用户易于移除。各种机构可用于将光学模块110可移除地安装到头戴机系统100。在所示实施例中，光学模块110通过光学模块外壳130上的多个夹子135固定在外框架115内，夹子135接合外框架115中的相应孔140。本领域技术人员已知的其他安装机构也可用于将光学模块110可移除地固定在外框架115内，包括螺丝、弹簧扣或挂钩以及其他结构。
65.可以在光学模块110的外壳130中提供端口或其他接口145，以允许在光学模块110和头部支架105或其他外部设备之间进行电连接。该连接可用于向光学模块110供电和/或提供数据和控制连接。在一个实施例中，端口145包含电触点，当安装光学模块110时，电触点接合外框架115内侧上的相应触点。尽管示出了一个端口145，但是可以提供多个单独的端口。此外，或可选地，插入式电缆可用于将光学模块110上的端口145连接到头部支架105中的电子器件。如果不需要连接到外框架115，端口145可以被定位使得当光学模块110位于外框架中时是可接入的。可以在外框架115中形成孔洞，以提供到端口145的外部通路。
66.在不通过头戴式电缆125供电的实施例中，可以在光学模块110内提供内部电池。根据光学模块110的配置和功能，可能不需要电缆125。例如，光学模块110可以由内部电池供电，并且可以通过wi-fi、蓝牙或其他无线连接提供与外部计算系统(例如控制系统16)的通信。
67.可以以预先组装的形式提供具有不同功能的多个光学模块110，并且相应的光学模块可被换入和换出以为头戴机提供不同的功能。本文提出了各种不同的光学模块110。每个模块110可以包括具有固件的内置计算系统，其控制模块如何操作，并且还支持与头戴式设备的通信，以适于传递相关的成像或眼科任务。固件可以包括用于显示图像，控制电气、机械和光学部件，捕捉图像，进行图像处理例程的功能，以及支持整个测试系统的其他功能。将各种图像处理和控制功能卸载到模块110中的计算系统可以减少需要与外部计算机系统交换的数据。
68.因为光学模块110是可移除的，相同的光学模块110可以与不同的头戴式硬件105使用，使得例如光学模块110可以在适于成人的头戴式硬件105和适于儿童的头戴式硬件105之间切换。不同类型的眼科检查可能需要不同的功能。系统100允许在使用相同的头戴
式硬件105时，配置用于第一类型测试的第一光学模块110被移除，并替换为配置用于第二类型测试的第二光学模块110’。如下进一步讨论的，光学模块110本身可以是模块化的，以允许一些内部设备(例如透镜组件和相关的机械结构)被移除和替换，以提供不同的功能，例如支持不同类型的眼睛测试，同时允许重复使用其他内部设备，例如电子器件和计算硬件。
69.转到图6，显示了主要电子部件600的高级框图，该主要电子部件600可以设置在光学模块110内，并可以与也可以在模块110内的各种附加光学、机械和其他部件一起工作。在一个实施例中，光学模块110可以包含计算机处理器602和一个或多个内部视觉显示器604，例如oled或lcd显示屏或微镜投影显示器，每只眼睛一个，并用于显示虚拟现实环境作为眼睛检查的一部分。显示器可以是具有4k分辨率的高分辨率显示器，即3840
×
2160像素或4096
×
2160像素。下面进一步说明适合安装在头戴机中的数字微镜显示设备的特定改进设计。
70.模块系统600可以包括常规成像照相机610以及一个或多个眼睛跟踪照相机612(通常每只眼睛四个，尽管可以使用更少或更多的数量)。运动传感器606提供允许检测头戴机运动的测量。可以提供led或其他光源608。红外led可以用于照亮人的眼睛，用于眼睛跟踪的目的。可见光led可用于向佩戴头戴机的人发出信号并照亮人的眼睛，以用于可见光相机成像。
71.数字存储器614存储由处理器602执行的计算机软件，例如操作系统和用于实施光学测试以及存储在系统操作期间使用和生成的数据的软件。可以提供各种用户输入设备618，包括按钮、触摸屏、拨动开关、拨号盘或其他输入机构中的一个或多个，以及与音频部件618，以支持音频输入和输出，例如麦克风和头戴式耳机(或将链接到所附头戴式耳机的头戴式耳机接头)。
72.提供一个或多个通信端口620，以允许有线或无线连接到外部设备，例如控制系统16。vr模块600可以被配置使得其功能可以使用常规vr头戴机接口访问。
73.不同的模块110可以被专门配置用于不同类型的光学检查，例如oct、自动屈光计和使用微型眼底照相机的视网膜成像。模块110可以被配置为提供vr环境测试模拟，或者测量眼睛颜色缺陷、用户视场的视野检查并进行自动验光功能。每种配置可能需要不同的光学、机械和其他部件。附加模块110可以提供可选功能。虽然该系统在本文中是在医学测试的情况下讨论的，但不同的模块可以用于任何目的。
74.适当的内部软件或固件存储在存储器614中，以允许处理器602与各种内部部件交互和控制各种内部部件，并与其他系统部件通信，例如头戴式硬件105和外部控制系统16或其他外部计算机上的部件，以部分或完全支持眼科成像或其他测试功能，返回捕捉的图像或其他测试数据。控制系统16或其他外部设备所需的控制和测试软件可以预先安装在光学模块110中。当外部计算机连接到光学模块110(例如通过电缆)时，需要在该计算机上运行的软件可以从光学模块110下载。同样，外部连接的计算机可用于更新光学模块110上的软件。
75.对于包括用于对眼睛的外部或内部特征进行成像的照相机的模块系统600，图像可以由模块捕捉并处理和分析以识别潜在问题。可以使用诸如拼接算法、图像处理、机器学习和模式识别等软件处理捕捉的图像，以生成眼睛的详细图像和识别潜在问题。一些图像
捕捉和初始处理可以由处理器602完成。例如，可以提供存储在存储器614中的软件以捕捉图像，进行一些初始图像处理，并确定何时已经为待解决的特定成像处理捕捉了足够数量的图像。更复杂的处理，例如拼接和分析可以在单独的计算机上完成，例如控制系统16或系统20。在可选的实施例中，外部系统16或20可以仅由模块系统600中的计算机部件提供低级支持以控制整个成像序列。
76.用于向佩戴系统100的患者呈现图像测试的视觉显示器604可以具有大光谱，例如oled或lcd显示屏或微镜投影显示器，并具有高分辨率。显示器604可用于呈现具有不同颜色程度的多个图像，以测试色觉敏锐度和色盲的严重程度。以每英寸像素提供更高分辨率的图像可以为视觉测试(如石原氏色盲测验)提供更好的结果。显示器604也可以用于提供视野检查、视觉敏锐度和阿姆斯勒网格测试。下面讨论了这方面的内容。软件可以配置为允许运行一个或多个这些测试。测试选择可以是按需进行的，并且根据给定患者的筛查需求，可以由例如验光师为该患者按顺序启动一些或全部测试。
77.在一个实施例中，可移除光学模块110包括可由终端用户(例如医生或技术人员)组合的单独模块化子部件。每个子部件可以提供不同的功能。通过替换一个或多个子部件，整个模块110可以配置为支持不同眼睛测试，这些测试可能需要单独和不兼容的光学器件。
78.图3a和3b显示了示例性实施例中的光学模块300的分解和组装横截面图，该光学模块300具有安装在外层或外壳320中的三个子部件305、310、315，该外层或外壳320被配置为与头部支架105的外框架115配合。每个子部件的功能可能不同。
79.在一个实施例中，后部部件305包括主计算机系统部件，例如处理器602、程序和数据存储器614以及无线和有线通信模块620。子部件310包括视频显示器604，例如oled或led显示器，并可以包括其他光学部件，例如ir发射器608和眼睛跟踪照相机612。还可以包括相关的光学器件，例如照相机和显示器的透镜。子部件315包括附加的机械、光学和/或电子元件，例如过滤器、附加透镜、照相机等，适用于特定的眼睛测试或使用光学模块110的其他用途。
80.可以提供机械对准和连接结构，以允许相邻的子部件正确对准，并直接和可移除地联接在一起。还可以在子部件上提供电接口，以允许邻近的子部件之间的直接电通信和数据通信，例如允许子模块305中的计算电路驱动子模块310中的视频显示器。对于这些目的，合适的机械和电气接口对于本领域技术人员是已知的。
81.在一种配置中，相对的机械结构325a和325b设置在邻近子部件的匹配表面上，例如在子部件305的邻近前表面305a上和在子部件310的后表面310a上。机械结构325a、325b可以被配置成为了对准的目的而匹配，例如突出/狭槽的配置。它们可以被进一步配置成彼此机械接合，例如通过弹簧偏压的卡扣构件，以帮助将邻近的子部件保持在一起。
82.匹配的电接口330a、330b，例如导电垫和弹簧加载的引脚，可以设置在邻近子部件的相对的匹配表面上，以在相邻子部件之间提供直接的数据和电通信。其他数据连接，例如光学数据发射器/检测器接口也可适用于数据通信。可选地或另外，模块300中的子部件之间的连接可以通过外壳320间接进行。连接电路340a可以设置在子模块的一个或多个侧面上，该子模块将与外壳320内部的相应连接电路340b电连接。外壳320中的连接电路340b可以设置在固定位置或提供扩展接口，例如数据和/或电源总线，以支持来自位于外壳320长度内各种位置的子部件的连接。
83.不同的子部件配置是可能的。例如，计算机系统部件和显示部件可以组合在单个子部件中。在一些配置中，子部件可以单独使用，并且还可以通过进一步的子模块添加附加功能。例如，可以提供具有液体透镜光学系列和眼睛跟踪的双显示系统，用于某些类型的测试，例如视野测试。附加子模块可以装配到位，以提供附加的功能，允许进行不同的测试。在一种配置中，可以添加例如下面单独公开的小型化眼底照相机用于视网膜成像。
84.外壳320可以具有内部止挡或其他结构，当整个模块300安装在其中时，该内部止挡或其他结构允许安装的子模块沿着外壳320的长度放置在已知的位置，并且通过延伸放置在相对于头戴式硬件105的预定位置，从而放置在用户的面部上。可以根据需要在子部件之间或之前添加垫片，以将它们正确地定位在外壳320内。
85.每个子部件可以具有识别其目的的指定功能代码，并且该功能代码可以由计算机子部件305或其他系统读取，例如在外壳320或控制系统16中，以允许软件知道安装了哪些子部件，从而知道有什么测试功能可用。该系统可以自动检测安装的模块，并发出信号激活适当的软件，例如用于进行眼底照相机成像、视野测试、oct等的软件。
86.除了单独的用户输入系统(例如图1的输入端22)之外，或可选地，用户输入端和输出端可以设置在头戴机系统100的外部。图4显示了其上安装有各种外部用户输入端和输出端的头戴机系统。图5显示了用户佩戴的图4的头戴机。参考图4和图5，一个或多个输入按钮415可以设置在外框架115上。来自按钮415的信号可以通过端口145或其他连接联接到光学模块110内的计算机系统(包括以模块300的形式)，或者联接到与系统100一起工作的外部计算机。此外或可选地，一个或多个输入按钮420可以设置在光学模块110的外部，并且来自那些按钮420的信号由光学模块110内的电路处理。按钮415、420可以是机械按钮开关、诸如电容或压敏区域的触敏设备或其他形式的输入。
87.根据进一步的特征，小型视频显示器405可以在头部支架105的外框架115的外表面425上形成。虽然显示器405的屏幕在侧表面上显示，但它也可以位于外框架115的不同表面上，例如顶表面。此外或可选地，单独的显示器410可以定位成其屏幕在光学模块110的向外朝向的表面430上。显示屏405、410可以是触摸屏设备，并且在这种配置中，可以代替使用或者在单独的按钮415、420之外额外使用。
88.显示器405、410可以由光学模块110内的计算机系统通过经端口145的连接或其他连接来驱动，或者联接到与系统100一起工作的外部计算机并由其驱动，例如通过电缆125。
89.显示器405、410可用于输出用于系统诊断的信息消息，例如用于光学模块110。在一种配置中，当插入新的光学模块110时，显示屏405、410中的一个或两个可以提供指示光学模块110中的每个部件正常工作并且已经建立了所需的电源和数据连接(例如，连接到头部支架105中的部件)的输出。
90.显示器405、410还可用于输出与正在进行的视觉测试序列相关的信息消息。在一个实施例中，测试软件被配置为指示正在实施的测试和测试的阶段。其他信息，例如给患者显示的显示器的视觉表示，可以被镜像在相同或单独的显示器上。这允许医生或其他人易于监控患者的测试进度，而不必访问连接到头戴机的单独计算机。
91.显示器还可用于输出与当前模块配置相关的信息。一个显示器(例如前显示器)可用于输出关于如何操作组装在可移除模块内的显示光学器件的指令，而第二显示器(例如侧面显示器)可输出操作数据，例如电源和电池水平、音量调节以及该单元配置执行的测试
的标题。
92.显示器还可以用作触摸屏控制设备，允许医生改变各种配置特征，例如正在运行的测试或头戴机内可调光学特征的位置。例如，可以提供对调节透镜元件的瞳距的控制。头戴机内照相机的图像也可以显示在屏幕上，这样医生就可以在检查过程中看到患者的眼睛。
93.图7a-7d显示了光学模块700的特定实施例，该光学模块700适用于显示作为眼睛检查的一部分的vr或其他视觉环境，并可以装配到头戴式硬件105中或以其他方式结合到头戴式vr显示器中。参考附图，模块700具有后框架或外壳702。主板704设置在后框架中，其包含用于控制光学模块700中的各种部件并提供与外部设备的通信的计算机电路。左图像和右图像由一对视觉显示器706a、706b提供。在特定配置中，显示器706a、706b具有边缘连接器707a、707b，其连接到位于主板704的边缘(例如底部边缘)上的相应接口705。接口705可以包括连接槽705a，其平行或垂直于主板的表面，并被配置为将显示器上的相应导向边缘连接器707a、707b容纳到显示器706a、706b，以易于非常接近地连接和安装到主板704并与之平行。除了刚性形状因素外，该公边缘连接器可由柔性电缆组成。
94.在框架组件710中安装一对透镜组件708a、708b，透镜组件708a、708b配置为在相应的显示器706a、706b上形成佩戴头戴机的人可看到的图像的虚拟图像，该图像对人来说看起来比实际显示器更远并且比显示器上显示的图像更大。可以使用用于每个透镜组件708a、708b的各种类型的透镜组件，包括单个透镜、复合透镜结构以及规则或混合的菲涅耳透镜。瞳孔间目镜可以放在相应的菲涅尔透镜前面，为用户聚焦显示。除了显示器，还可以使用微镜显示器。虽然显示了两个显示器706a、706b和相应的透镜组件708a、708b，但一些实施例可以仅包括单个显示器和/或单个透镜组件。透镜组件708a、708b可以装配到框架组件710中，框架组件710包括安装在前框架714上的相应的显示透镜框架712a、712b。各种部件704、706、708、710、712、714安装到外框架716上和/或在外框架716内，外框架716可以可移除地安装在头部支架105的外框架115中。
95.光学模块700中还可以包括各种其他部件，包括led和眼睛跟踪照相机。这些部件可以安装在电路板704上或其他元件上。例如，眼睛跟踪照相机可以安装在后框架702的内部。可以提供眼睛跟踪系统以从用户的眼睛收集数据，并从跟踪系统中的照相机生成每只眼睛的图像。led可以安装在框架组件710的部分上。可以以本领域技术人员已知的方式提供这些部件和驱动电路之间的电连接。
96.可以单独控制显示器706a、b。某些检查会需要两个显示器都开启。其他检查只聚焦一只眼睛，则需要打开一个显示器并关闭另一个。眼睛跟踪特征以及其他离眼功能可以根据正在进行的测试保持开启或禁用。
97.在特定实施例中，每个透镜组件708a、708b包括液体透镜部件，该液体透镜部件具有可电子调节的焦点。为透镜驱动电路709(未显示)提供电连接，其可以被设置在主板704或其他地方上。透镜驱动电路709提供用于调节透镜708a、708b焦点的控制信号。
98.图7c和7d显示了包括左和右透镜组件708a和708b的液体透镜组件。该液体透镜组件包括安装环720、722、可以为菲涅尔透镜的静态透镜724、垫片726和可变焦点液体透镜728，可变焦点液体透镜728具有带状电缆或其他导线组730，用于承载电信号以控制液体透镜728。也可以使用其他透镜配置。
99.通过改变液体透镜的焦点可以进各种静态和交互式光学视觉测试。调节液体透镜也可以允许使用vr系统，而不需要视力差的用户佩戴眼镜或隐形眼镜。通过调节液体透镜708a、b的焦点，也可以改变在相应显示器706a、b上显示的图像的表观距离。由于3d显示器的两个图像之间的图像视差，这种感觉到的表观距离的变化与距离感知不同。通过为虚拟图像距离提供两个单独的视觉提示，可以增强vr显示器的沉浸感。举例来说，可以在双显示器706a、706b上生成并显示3d vr图像，选择左图像和右图像中的3d元素的位置以基于视差提供所需的表观距离。头戴机中的眼睛跟踪照相机可用于确定用户正在观看的3d元素。可以确定沿着z轴从用户到该3d元素的虚拟距离，并且动态地调节液体透镜708a、b的焦点，使得基于眼睛焦点以及视差，用户正在观看的3d元素看起来处于该虚拟距离。
100.转到图8，显示了从朝向用户的一侧观看的光学模块800的特定配置，该光学模块800可以被插入到诸如图1所示的头部支架105的头部支架中，并且可以是图7a-7d所示的组件的实施例、模块化光学模块300或其他配置。光学模块800具有外壳802，外壳802具有用于与头部支架105连接的夹子804。内壳806装配在外壳802中，并具有多个眼睛跟踪照相机808。在所示的实施例中，每只眼睛有四个照相机808。每个照相机都被定位成能够对用户眼睛的各自的象限进行成像。透镜组件810安装在框架组件中，该框架组件可以包括左和右透镜812和前框架814。透镜812可以包括如上面参照图7a-7d所讨论的复合液体透镜组件。
101.多个朝向用户的led 816安装在模块800中，并可为了眼睛跟踪目的和其他原因用于照亮用户的眼睛。led簇可以沿着框架组件的周边排列。例如，oled和红外led、白光led和蓝光led。在一个实施例中，led作为一个组被控制。在不同的实施例中，每个led簇和/或簇中的每个led可以被单独控制。
102.图9a和9b分别示出了显示器902a、902b上的样本单独和组合的图像，每个显示器上显示有图像，并且当用户佩戴头戴机时，每个图像旨在由用户相应的左眼或右眼观看。图9b中的组合图像904表示正常用户看到的图9a中的单独图像如何融为一体成为单个vr环境场景。图像可以是3d的，或可以在离观看者设定的表观距离处反映平面场景。
103.控制vr头戴机的软件，例如图7a所示的头戴机系统700，可以用于呈现类似于图9a和9b的那些图像，用于虚拟现实环境中的色觉测试。可以通过关闭其中一个显示屏实现隔离一只特定的眼睛，以允许对一只眼睛施加一系列眼睛测试，而另一只眼睛只看到变暗的屏幕。可以在头戴机的用户侧提供在左右图像和光学组件之间垂直延伸的内部不透明挡板，以隔离左右图像屏幕，使得佩戴头戴机的人的每只眼睛只能看到由相应显示器呈现的图像。挡板可以使用钩环或其他紧固件或尺寸适合摩擦配合进行移除和安装，并在头戴机用于需要眼睛图像隔离的测试时使用。在一种配置中，挡板可以被构建到安装在头戴机朝向用户一侧的可移除前垫中。当正在运行一系列光学测试时，软件可以被配置为提示用户在执行需要眼睛隔离的眼睛测试之前插入挡板，并且在完成这些测试之后在进行附加的眼睛测试之前移除挡板。来自头戴机内的照相机的数据，例如眼睛跟踪照相机612、视觉照相机610或其他传感器的数据，可用于确定或发信号告知挡板是否存在。然后，测试软件可以使用该值的状态确定给定的测试是否可以正常运行。
104.在图9a和9b的示例图像中，该图像表示平面场景。该系统可以显示具有特定重叠的图像。图像902a、902b之间的重叠量可以是用户已看到的虚拟图像的表观距离的函数。在一个测试场景中，如上所述，可以调节液体透镜焦点，使得除了基于图像之间的视差或重叠
程度提供3d深度提示之外，还可以调节基于眼睛焦点的虚拟图像的表观距离。还可以调节显示图像之间的重叠，以测试用户将两幅图像融为一体的能力。
105.在适用于vr头戴机的实施例中，由软件和/或固件实施的视点渲染过程，生成在头戴机的每个显示器上显示的图像。使用常规技术处理来自安装在头戴机中的一个或多个眼睛跟踪照相机612的图像，以确定在每个图像中用户的视线被导向哪里。用户瞳孔被导向的每个图像的区域以高分辨率呈现，例如是显示屏的最大分辨率或接近最大分辨率。与视线中心相比，图像中瞳孔未被引导的周边部分以较低的图像分辨率呈现。
106.视点渲染可以随着被引导的瞳孔的位置或用户的视线在屏幕上而移动。该系统可以被配置为以预定的速率从眼睛跟踪照相机612接收输入，并以相同的速率刷新图像以进行视点渲染。图像可以重复显示，例如以60至90hz的频率显示，该频率可以等于或大于预定的频率。基于图像中从用户视线向外的点的距离的图像分辨率的降低可以以多种方式改变，例如通过平稳变化或分段函数。分辨率可以以圆形图案、矩形图案或其他适当和期望的形式降低。
107.由于不需要系统资源生成高或最高分辨率级别的整个图像，视点渲染允许更高效的显示系统。生成和显示高分辨率图像所需的资源用于用户正直接观看的图像中的区域，这些区域将以高分辨率呈现。沿着用户视线周边的图像以较低的分辨率呈现，并需要较少的系统资源来生成。因此减少了显示完整图像所需的资源。这可以允许系统例如使用较慢的处理器实现和/或实现以比以全分辨率渲染整个图像时可能更高的帧速率提供图像。视点渲染可以用于各种视觉测试场景。它还可以用于其他vr环境中，在这些环境中，复杂的视觉显示，例如交互式3d环境，是持续呈现的。
108.转到图19a和19b，显示了结合了数字微镜设备(dmd)的视网膜图像显示器(rid)的改进设计，其可以产生具有高像素密度和大视场的虚拟图像。rid可以做得足够小，以结合到vr形式的头戴机中，用于如本文特别提到的眼睛测试。
109.图19a显示了rid 1900的第一实施例。光源1902产生各种颜色的光，并可由外部控制电路(未显示)控制。光源1902可以包括多个led，包括红色、绿色、蓝色和白色光发射器中的一个或多个。可以使用其他光源代替。由光源1902产生的光1904被导向进入积分棒1906中，该积分棒1906用于使入射光1904均匀化，并产生具有预定纵横比的矩形光束1908。可以使用常规的积分棒。在特定实施例中，积分棒的长度在1/2英寸和1英寸之间，例如5/8英寸，并且具有1/8英寸和3/8英寸之间的高度和宽度，例如每个高度和宽度为1/4英寸，以输出具有正方形横截面的光。可以选择积分棒1906的尺寸，以提供纵横比与所使用的微镜器件兼容的出射光。
110.使用一个或多个透镜，例如双凸透镜1910、1912，聚焦离开积分棒1906的光束1908，以产生聚焦光束1918。为了减小rid 1900的整体长度，可以使用一对相对的折叠镜1914、1916将离开第一透镜1908的光重导向到第二透镜1910。透镜1910、1912可以被定向使得它们各自的光轴彼此平行。折叠镜1914、1916可以是反射镜。可选地，反射镜1914、1916可以用三棱镜代替，三棱镜的平面被定向为垂直于进入光。
111.聚焦光束1918被导向分束器1920，例如部分反射镜，其将光束的一部分1924重导向到dmd 1922的反射有源面(reflective active face)。光1918未被导向dmd的部分以不同的方向离开分束器1920。可以提供光吸收挡板1927吸收这种额外的光，以防止内部反射
影响所看到的图像。分束器1920可以是厚度为0.5至0.55毫米的板，并被定位，使得射入的入射光与从dmd反射的反射光成大约30至40度角。
112.dmd控制电路(未显示)用于控制dmd的微镜以调制入射光，以产生所需的图像。常规的dmd模块商业可获得并可以使用，例如具有0.66英寸对角线微镜阵列的dmd芯片，该阵列具有5.4-微微镜间距，并产生4k udh分辨率(840
×
2160像素)的图像。dmd调制的光被反射回分束器1920，一部分1928穿过并进入投影透镜1930，投影透镜1930将光聚焦成适于投影到观看者的眼睛1932中。有利地，系统1900可以产生具有40度至200度范围的大视场的虚拟图像的沉浸式近眼显示。
113.图19b显示了可选的rid模块实施例，其中分束器1920包括全内反射(tir)棱镜组件1940。图19c显示了棱镜组件1940的进一步视图。棱镜组件1940包括一对直角棱镜1942、1944。棱镜1942具有棱镜角a。第一棱镜1942的斜边1950邻近第二棱镜1944的斜边1954。棱镜1942、1944由具有不同衍射角的不同光学材料组成。棱镜1942具有折射率na，棱镜1944具有折射率nb。
114.棱镜组件1940被定位成使得入射光1918以相对于垂直于基底1952的线的入射角θin进入棱镜1942的基底侧1952，光以相对于垂直于dmd 1922的有源镜面的线的角度θdmd离开棱镜1944的侧1956。
115.tir棱镜组件1940棱镜(1940)引导以相对于垂直于表面(1942)的轴的一定角度进入表面(1942)的摄入光或入射光。在进入之后，入射光进入棱镜1942(1950)的反射-透射表面1950，然后透射出棱镜1942tir棱镜(1940)到达dmd 1922(1922)。然后光线从dmd(1922)反射回tir棱镜组件1942并通过表面1956(1940)，透射通过表面(1952)并进入tir棱镜(1940)。然后反射光透射通过棱镜1942的斜边1950和棱镜1944的斜边1954(1950和1954)之间的界面。透射光穿过棱镜1944，通过入口1956离开，然后透射通过表面1958，离开tir棱镜组件1940，在那里它可以被导向眼睛。
116.tir棱镜的角是直角(90度)，而角“a”和“b”是和为90度的余角，并且可以根据入射方向和dmd 1922的物理位置而变化。tir分束器1940的适当配置(1922)为本领域普通技术人员已知。
117.诸如包括图19a和19b所示设计的rid模块可以是整个vr头戴机的集成部分，或设置在诸如图2a所示的可移除光学模块110内。在光学模块110内，rid可以被封装为可移除的子模块，例如图3a的子模块310。
118.通过调制led的电流强度可以容易调节led照明投影系统的亮度。可以在头戴机中提供一对rid显示单元，每只眼睛一个，在那里用户将只看到一个图像。
119.可以提供机构以根据双眼瞳孔中心之间的瞳孔间距离(ipd)调节用户看到的两个rid单元的相对位置。可以手动调节，例如通过位于头戴机上或邻近头戴机的旋钮，或通过位于虚拟现实头戴机内的小型伺服电机进行电控。头戴机中的照相机(例如头戴机中已知位置的眼睛跟踪照相机)可用于捕捉数据，根据这些数据可计算ipd。然后rid显示单元的位置可以响应地自动调节。物理伺服电机、线性致动器或类似设备可用于调节rid显示单元的位置，直到监控rid单元相对于用户眼睛位置(例如在眼睛跟踪照相机中看到的)的软件指示rid显示器与眼睛正确对准。然后可以存储rid单元的位置，并在以后的阶段中用于为同一用户重新定位rid显示器。对于已知的ipd，光学编码器可用于将rid显示器定位在预定位
置。编码器可以提供绝对或相对位置。除了编码器，对于伺服电机的给定“滴答声”，rid单元的已知位移可用于确定何时rid对于已知ipd位移适当的量。
120.例如上述具有广角rid显示器或其他广角显示系统的头戴机系统可用于快速有效地对患者进行视野测试。视野测试用于确定当用户的视线聚焦在单个点上时，用户眼睛可以看到的整个区域(视野)，包括患者周边视觉在哪里开始和结束，以及他们在周边视觉中看到物体的程度可以有多好。一个人眼睛的正常视场跨度约为120弧度。本文公开的广角显示头戴机系统特别适合于实施自动视野检查。
121.可以在视场内的不同位置提供测试模式，并检测和记录指示模式何时变得可见的患者反馈。使用vr头戴机实施测试允许用户移动他们的头部，同时保持测试场相对于患者眼睛的位置不变。这可以减少测试过程中患者的压力。
122.有各种用于测试的常规测试模式。模式包括：
123.*10-2：在颞侧和鼻侧测量10度，测试68个点(通常用于测试黄斑、视网膜和神经眼科病症以及晚期青光眼)；
124.*24-2：在颞侧测量24度，鼻侧测量30度，测试54个点；
125.*24-2c：在颞侧和鼻侧测量24度加10度，测试64点；和
126.*30-2：在颞侧鼻侧测量30度，测试76点。这些测试模式覆盖中央视野，并遵循垂直和水平经线。测试点位置彼此等距，并以一组固定的度数隔开；例如，30-2和24-2之间相隔6度。24-2模式基于30-2模式，但是除了两个鼻点之外，测试位置的最周边环被移除。
127.根据本发明的一个方面，vr头戴机系统被编程为具有多个不同的测试模式。医生可以手动选择要使用的给定测试模式，或者从系统中编程的模式中选择一组系列。软件将根据选择的测试模式向患者呈现视觉刺激，并记录结果。可选地，系统可以被编程以自动通过一系列选定的测试。根据特定的特征，当多个不同的测试将被自动执行时，系统可以从每个测试可用的完整数据点组中随机选择数据点，使得各种测试基本上被合并在一起和并行运行。当测试结果完成时，测试数据可以输出到远程计算机存储区域，例如控制系统16或系统20。数据也可以存储在本地或远程数据存储器18中，以供以后参考。
128.头戴机中的眼睛跟踪照相机系统可用于确定患者的视线何时被导向目标，例如视场中心的点或小图像。在测试开始时，系统可以监控眼睛视线，以确定患者何时稳定地注视中心目标。满足此条件后，可以开始测试。
129.在测试过程中，眼睛跟踪数据还可以用于确定患者的视线何时偏离中心目标。在一个实施例中，当软件检测到视线偏移时，测试可以暂停，并且患者被自动指示将他们的视线返回到目标。例如通过分析眼睛跟踪数据，当满足该条件时可以恢复测试。可选地，眼睛跟踪数据可用于确定用户相对于中心目标的角度偏移。该偏移可用于生成校正因子，该校正因子将应用于正在显示的测试数据点的偏移。例如，如果给定测试的数据点偏离中心30度，但是当患者指示他们已经看到该数据点时，他们的视线向该数据点偏移10度，则检测可以被视为应用于仅具有20度偏移的数据点。软件不会认为已经测试过30度偏移数据点，因此该点可以在再次重试。类似地，如果在数据点显示之前检测到视线偏移，则可以通过该偏移来调节数据点的角度位置，使得数据点在显示时的相对偏移是如预期的。在上面的实例中，在检测到10度视线偏移的情况下，偏移方向上的30度偏移数据点可以在40度位置显示，使得患者的实际偏移是正确的30度。
130.一种常见且重要的眼睛检查涉及使用眼底照相机拍摄视网膜照片。常规设计中的眼底光学设备体积庞大且昂贵，特别是在照相机被设计成在眼睛内提供宽视场以便一次成像尽可能多的视网膜的系统中。根据本发明的一个方面，提供了一种小型化眼底照相机。眼底照相机可以安装在vr式的头戴机内，例如专用配置的头戴机12或作为移除光学模块110、300的一部分，并用于提供窄场和宽场视网膜成像能力。当眼底照相机拍摄一组图像时，可以从眼睛的实时视频中收集数据。眼睛跟踪和图像处理可用于组合照相机捕捉的图像，以生成覆盖大部分或全部视网膜的图像。
131.眼底照相机部件可以可移动地安装在头戴机内，以允许照相机光圈位于用户眼睛前面的各个位置。在一种配置中，眼底照相机安装在vr式头戴机内的可枢转臂上。枢转该臂允许照相机光圈在佩戴头戴机的人的眼睛前面移动，使得可以捕捉视网膜图像。然后，照相机可以移开，并且至少部分移出视场，例如，以允许观看同样可以包括在头戴机中的视频显示器。在进一步的配置中，眼底照相机安装在可旋转的枢轴上，该枢轴位于沿着头戴机周边一部分的轨道上，为照相机定位提供了附加的自由度。
132.可以提供机械连接，以允许直接手动调节头戴机内眼底照相机的位置。在眼底照相机可移动的情况下，可以提供伺服电机、线性致动器或其他机构，以允许照相机通过遥控移动。软件可用于将眼底照相机正确地定位在用户眼睛的正前面。软件可以处理来自眼睛跟踪照相机的图像。也可以使用来自眼底照相机中的照相机的图像。眼睛跟踪和/或眼底照相机图像的实时显示可以在远程pc(或如图4所示的vr头戴机上的外部屏幕显示器)上显示，并且实施测试的人可以使用计算机输入或其他输入手动控制照相机的位置，以使其与用户的眼睛对准。该软件还可以被配置成分析眼睛跟踪照相机和/或眼底照相机图像，并使用该数据自动将眼底照相机定位在用户眼睛前面的正确位置。
133.如下文进一步讨论的，在眼底成像系统期间，眼底照相机将在正常眼睛扫视期间或在进行眼球运动时捕捉眼睛内部的体内图像。同时，眼睛跟踪照相机可用于跟踪患者眼睛的方向。可以按照球面、笛卡尔或另一个坐标系记录眼睛位置，并以允许给定时间的眼睛位置与眼底照相机同时捕捉的图像相关联的方式存储位置数据。眼睛坐标信息用于确定在相应眼底图像中捕捉的视网膜部分，从而确定哪些眼底图像彼此相邻。体内图像是分割的，使用从眼睛跟踪照相机收集的坐标信息创建拼贴以将分割的图像边缘拟合。然后图像处理算法组合分割的图像以创建可视化眼底的宽场视图。通过将眼睛跟踪数据与眼睛图像相结合，可以将眼睛图像拼接在一起，以创建所收集数据的完整图像；并且在每只眼睛上具有扩展的视场，例如高达120
°
的水平视场和高达135
°
的垂直视场。
134.图10a和10b分别显示了适于安装在头戴机中的眼底照相机模块1008的前视图和后视图。相机模块1008具有细长的外壳1040。照相机物镜1050位于外壳的前侧1052，通过该物镜外壳1040内部的照相机可以捕捉物镜1050前面的视场中的物体的图像。外壳1040可以做得足够小，以允许相机模块1008安装在vr式头戴机12内。例如，外壳1040可以具有43mm至58mm之间的长度、11mm至22mm之间的高度以及22mm至33mm之间的深度。下面单独说明眼底照相机内部部件的特定配置。可选地，除了在其自己的专用外壳1040中提供照相机1008，一些或所有眼底照相机部件可以集成在头戴机的其他部件中。
135.眼睛在面部上的位置因人而异。为了解决这个问题，相机模块可以可移动地安装在头戴机12内。可以使用各种安装技术。在一个实施例中，安装轴1054从外壳1045的后表面
1056向后延伸。轴1054可以与头戴机结构内的圆柱形孔匹配，以将相机模块1008旋转地联接到头戴机，从而可以根据需要重新定位相机模块1008以匹配患者的眼睛位置。相机模块1008内的相机部件的电源和数据连接可以通过从外壳1040延伸的、集成在安装轴1054内的一个或多个电缆和数据线1058建立或者通过其他方式建立。本领域技术人员已知的可选结构也可以用于将照相机1008安装到头戴机上。例如，相机外壳1040可以具有容纳从头戴机的一部分延伸的安装轴的孔。
136.眼底照相机模块1008可以固定或可移除地安装到头戴机的内部。可以安装一个或多个相机模块1008用于眼底成像，然后移除，使得头戴机可以用于其他目的。眼底照相机也可以被配置和可旋转地安装在头戴机内的某个位置，以允许将照相机1008部分或完全移出用户的视线，允许头戴机在仍安装有眼底照相机时用于其他目的。
137.图10c显示了光学模块1000的分解图，该光学模块1000可以安装在头戴机系统的外框架115中，并包括可旋转地安装到框架组件1010的一对眼底照相机模块1008a、1008b。光学模块1000的图示配置类似于图7a所示的光学模块，并可以包括主板1004，该主板1004包括用于控制眼底照相机1008a、b和其他系统部件中的各种部件并与外部设备通信的计算机电路。
138.在一些配置中，提供图像显示能力以及眼底照相机系统可能是有用的。可以由安装在眼底照相机1008后面的一对视觉显示器1006a、1006b提供左图像和右图像。在实际的眼底成像过程中，显示器上不应显示任何视觉图像，因为需要黑暗的内部以允许用户的瞳孔完全放大。然而，在眼底成像照相机对红外照明不敏感的情况下(例如利用ir阻挡过滤器)，仍然可以使用用红外照明的眼睛跟踪系统。如果提供显示器1006a、1006b，也可以包括透镜模块组件1012。虽然显示了两个眼底照相机，但一些实施例可以仅包括一个照相机。例如，眼底照相机可以安装在框架组件1010上的左眼和右眼区域之间，并安装成使得它可以前后摆动以定位在任一只眼睛的前面。这在下面进一步讨论。
139.各种其他部件也可以包括在光学模块中，包括可以安装在电路板1004或其他部件上的led和眼睛跟踪照相机。例如，眼睛跟踪照相机可以安装在后框架1002内，led安装在框架组件1010的部分1012a、1012b上。可以使用本领域技术人员已知的技术提供这些部件和驱动电路之间的电连接。
140.可以提供具有集成眼底照相机的各种其他头戴机配置，并且可以使用用于将眼底照相机(固定的或可移动的)安装在头戴机内的各种机构。除了可旋转地安装之外，还可以或可选地可滑动地安装眼底照相机，以允许调节照相机位置。为了允许眼底照相机完全移出显示屏1004，可能需要对标准vr头戴机形状因素进行修改。例如，外壳元件1016、115的顶部、底部或侧面可能需要向上或在其他方向上延伸，以在眼底照相机不使用时提供容纳它们的空间。
141.图11a和11b显示了从朝向用户的一侧观看的头戴机系统1100，其包括安装在头戴机内的和右眼底照相机1108，并对应于图10c配置的组装样式。图11a显示了处于收起位置的左和右眼底照相机1108，而图11b显示了处于展开位置的眼底照相机1108，其中每个照相机的物镜孔1109移动到适合视网膜成像的位置。如图所示的眼底照相机1108具有与图10a和10b所示的照相机1008相同的形状因素。相机1108和整个头戴机设计可以使用可选的形状因素。相机1108被配置在头戴机中，使得它可以被定位成紧密居中地位于瞳孔前面，例如
处于一厘米的距离。在特定实施例中，眼底照相机1108可以从缩回或收起位置旋转35至65度到任意位置。
142.头戴机1100具有多个眼睛跟踪照相机1110，这些照相机可以是红外照相机。照相机1110的帧速率可以是固定或可调节的，例如在50hz到100hz之间的范围。在所示实施例中，每只眼睛有四个眼睛跟踪照相机1110。每个眼睛跟踪照相机1110被定位成允许对用户眼睛各自的象限成像。眼睛跟踪照相机1110被定位成使得当眼底照相机1108被接合时，每只眼睛的一个或多个红外眼睛跟踪照相机可以观看和记录该眼睛的瞳孔运动。
143.头戴机1100可以包括多个朝向用户的led 1116，led 1116可以用于照亮用户的眼睛，用于眼睛跟踪目的和其他原因。led 1116可以在头戴机内的框架组件1114的周边成簇排列。给定的簇可以包括不同类型的led，例如oled和红外led、白光led和蓝光led。led簇可以被配置为作为一组来控制，或者每个leds1116簇和/或簇中的每个led 1116可以被单独控制。也可以提供红外led作为眼睛跟踪照相机1110的照明。
144.在眼底成像阶段，眼睛跟踪和眼底照相机视网膜图像捕捉例程可以同时运行，同时允许用户的眼睛自由漫游。瞳孔描绘出一条路径，该路径大致类似于半半球上正在经过的路径。眼睛跟踪照相机1110周期性地捕捉瞳孔的位置，并且可以处理图像以确定瞳孔的位置以及瞳孔的位置何时改变。来自瞳孔的红外反射大于来自虹膜和巩膜的反射，因此允许照相机在眼睛表面上更容易区分瞳孔。用眼睛跟踪照相机1110捕捉的图像可以使用常规的眼睛跟踪算法处理，包括角膜反射、双目和暗瞳孔跟踪。也可以实施视差补偿。
145.眼底照相机1108通常只能对用户视网膜的一部分成像。在图像捕捉过程中，可以指示用户改变他们视线的方向，从而改变由照相机成像的视网膜区域。指示可以是可听的和/或可见的。例如，可以向用户发出音频提示，例如告诉他们视情况向上、向左、向右、向下或向前看。一个或多个可视led 1116也可以被打开或闪烁，以指示用户观看的方向。这些led可以昏暗地发亮，使得它们是可见的但是不会发出足以引起用户瞳孔收缩的光。
146.用眼底照相机1108拍摄的多个重叠视网膜照片可以使用常规的图像拼接算法和图像识别软件进行组合，以提供视网膜大部分的单个图像。使用本文所公开的系统，可以捕捉并组合图像，以从眼睛后面的高达120
°
的水平视场和高达135
°
的垂直视场生成视网膜图像。
147.可以由关于眼睛视线方向和眼底照相机的相对位置的信息确定被成像的视网膜部分。通过使用该数据来确定在拼接之前应该如何将多个图像相对于彼此定位，可以提高图像拼接的速度和精度。眼底照相机位置和眼睛跟踪信息可以存储在具有适当时间戳信息的单独数据流中，以允许它与眼底照相机图像相匹配。可选地，该信息可以作为元数据添加到由眼底照相机捕捉的每个图像帧中，因此眼底照相机图像流的记录也将携带该附加数据。元数据可以通过头戴机内执行的软件或外部系统中的软件添加到眼底图像中。
148.该系统可以被编程以确定何时已经捕捉了足够质量的视网膜的足够图像，使得目标视网膜的所有区域呈现在至少一个质量可接受的图像中。在正常情况下，当用户移动他们的眼睛时，由眼底照相机1108捕捉的平均500-720个眼底图像帧(每秒24帧，30秒视频长度)可以提供足够的成像。如果处理软件确定视网膜中存在尚未完全成像的区域，则在捕捉完眼底图像序列之后，可以触发请求患者改变视线方向的附加音频和/或视觉提示。
149.图12是结合了眼底照相机的眼睛跟踪系统1200的高级框图，如上所述。该系统包
括头戴式眼底照相机，例如上文的照相机1108。控制系统1204包含控制眼底照相机1108进行初始图像捕捉和处理的硬件和软件，并且可以是具有集成在头戴机内和连接到照相机1208的适当硬件和软件的处理器板，如上所述。远程图像处理和分析系统1206可以连接到控制系统1204以提供附加功能。控制系统1204和分析系统1206分别类似于图1的控制系统16和分析系统20。
150.图13是使用本文公开的眼底扫描系统生成完整视网膜图像的视网膜成像方法的高级流程图。在初始步骤中，接收并捕捉来自眼底照相机的数字图像(步骤1302)。除了捕捉图像之外，该系统还可以捕捉关于用户眼睛位置的信息，该信息通过分析眼睛跟踪图像和在拍摄特定图像时眼底照相机的位置来确定。如上所述，这些数据点可以被发送到链接到捕捉图像的图像处理系统。当用户改变他们的视线方向(例如响应于指示)时，继续捕捉图像。捕捉的眼底图像与眼睛和照相机位置数据同步。除了实时处理眼睛跟踪图像，眼睛处理图像可以与捕捉的眼底图像一起存储并在稍后继续处理。与捕捉的眼睛和眼底照相机图像一起存储的图像时间戳可用于同步图像。
151.执行捕捉图像的初始低级图像处理。该处理可以包括展平以校正径向失真(步骤1304)以及使用本领域技术人员已知的常规图像处理过滤器对图像进行一般性抛光/清理(步骤1306)。执行初始模式识别以从捕捉的图像中提取细节，随后在图像拼接期间使用(步骤1308)。然后执行图像匹配以确定帧之间的描述符的最佳匹配，并且具有相似特征的帧可以被分组在一起。虽然图像排列可以只基于模式匹配完成，但通过使用与图像相关联的眼底照相机和眼睛位置作为初始放置，随后基于特征匹配进行更小范围的位置调节，可以提高这种放置的准确性。可以使用常规的模式识别软件细化放置，例如通过基于特征匹配对图像的位置进行分组和调节。也可以使用本领域普通技术人员已知的用于分组和定位图像的其他技术(步骤1310、1312)。该放置可以利用与图像所表示的视网膜区域相关的图像位置和方向，相对于凹球面进行。在放置之前，还可以评估图像质量，并可以丢弃质量值低于给定阈值的图片。例如，可以丢弃由于眼睛运动而被确定为模糊的图片。
152.继续图像捕捉过程，直到系统确定要成像的视网膜区域在一个或多个图像中被充分捕捉(步骤1314)。例如，系统可以继续捕捉图像，直到将未拼接但已定位的图像无间隙地排列在彼此之上。在一个实施例中，以设计为提供目标视网膜的整个区域的图像捕捉的顺序移动照相机和/或指示用户移动他们的眼睛。在预设的图像捕捉序列之后，系统可以检测成像间隙。在这种情况下，可以生成适当的信号以移动照相机和/或指示用户移动他们的眼睛到允许间隙区域成像的位置。可以使用确定已经拍摄正确区域的足够图片的各种其他方法，并且在该确定之前或之后可以进行展平、抛光、模式识别、预拼接和图像匹配步骤(1304、1306、1308、1310、1312)中的一个或多个。
153.然后将所选择和排列的图像拼接在一起，以创建视网膜的组合图像(步骤1316)。在拼接过程中，如果需要拼接两个以上的帧，可以进行束调节(bundle adjustment)和进行混合，以确保当帧与多个其他帧匹配时，没有可见的接缝和不希望的黑色区域。在两个或多个帧重叠的区域中，组合图像可以包括重叠区域的合成。
154.可以应用各种常规的图像增强来改进整体图像质量和增强目标细节(步骤1318)。然后可以存储和分析最终图像，以确定是否有任何感兴趣的区域。经过适当训练的机器学习和ai软件也可以用于处理图像，并识别潜在的问题、疾病或其他可能感兴趣的领域(步骤
1320)。
155.根据本发明的另一方面，参考图14a，眼底照相机1400可以通过可旋转安装组件1440可旋转地安装在头戴机中。安装组件1440可以由电机驱动，并且该电机可用于控制眼底照相机的位置，以便将物镜放置在眼睛的前面，并将其与瞳孔对准。可旋转安装组件1440包括第一部分1450和第二部分1460，第一部分1450附接到眼底照相机外壳(例如在后壁1402处)，第二部分1460可用于驱动第一部分的旋转并且其附接到头戴机。可以使用各种电机驱动配置。例如，电机可以安装到第二部分1460上，第一部分1450直接安装在电机轴上或间接地连接，例如使用通过由电机或线性致动器或其他设备驱动的齿轮或皮带。
156.可选地，安装设备可以利用电机或用于引起旋转的其他装置逆转，该电机或其他装置在部分1450处安装到眼底照相机，并且照相机绕其旋转的轴通过第二部分1460直接或间接地连接到头戴机。虽然显示安装组件1440被安装在后壁1404上，但旋转安装组件1440可以安装在外壳的其他地方，例如外壳的一侧或者甚至外壳的前面。
157.旋转编码器也可以集成或以其他方式联接到旋转电机或其他元件，并用于产生提供眼底照相机位置指示的信号。可选地，位置标记可以印刷在眼底照相机的外壳上，并且光学传感器用于检测该标记，以便确定照相机的旋转量。也可以使用检测眼底照相机的位置和/或运动的其他方式。在双相机系统中，两个照相机可以同步或异步移动。
158.图14b和14c显示了特定实施例，其中差动齿轮机构用于允许眼底照相机围绕枢轴旋转。图14b是具有齿轮安装组件1404的眼底照相机的图示，齿轮安装组件1404在支撑板1408处连接到眼底照相机外壳的后壁1402。齿轮可以由电机1406驱动。图14c和14d分别是图14b实施例的侧视图和端视图。图14e是显示具有图14b眼底照相机的头戴机的一部分的x射线图。安装组件1404允许眼底照相机1402围绕与电机轴的轴向对齐的枢轴旋转。可以使用各种电机。在一个实施例中，电机1406是电动无芯振动dc电机。电机可以由头戴机中的其他电路驱动，以允许医生使用合适的软件接口自动调节或手动调节眼底照相机的位置。电机1406可以机械连接到头戴机的内部结构，例如将其安装在图10c所示的头戴机组件的框架组件1010中的孔内。可旋转支架组件在眼底照相机上和头戴机内的安装位置可以改变。在图示的实施例中，眼底照相机安装在上部外角。眼底照相机也可以安装在各种其他位置。例如，眼底照相机可以安装在顶部和底部之间的外侧，从下部外角，或者从允许眼底照相机移动的任何其他位置，使得物镜在用户的眼睛前面。
159.图15a和15b分别显示了齿轮安装组件1404实施例的俯视图和仰视图。齿轮安装组件包括具有电机辐条1502的主电机齿轮1504，该电机辐条1502允许齿轮1504附接到电机。主电机齿轮1504驱动两个内齿轮1506，内齿轮1506位于连接到支撑板1408的外环齿轮1508内。支撑板1408的内表面1514固定到眼底照相机外壳的后表面1402。外壳表面1402中的适当孔允许内齿轮的轴1516和安装销1512穿过。旋转主电机齿轮1504致使环形齿轮1508旋转，从而使眼底照相机旋转，参考图11a和11b，使得成像物镜1109可以沿着以枢转点为中心的弧定位在任何期望的位置。虽然显示了单独的支撑板1408，但是支撑板1408可以整体形成在相机外壳中或完全省略，并且环形齿轮1508可以固定到头戴机外壳的壁上或者整体形成在头戴机外壳的壁中。
160.还可以使用可旋转安装眼底照相机的可选机构。在一种配置中，代替电机，旋钮位于头戴机的外部并机械地联接到眼底照相机。例如，当医生使用来自照相机的实时视频作
为定位反馈时，医生可以通过旋转旋钮手动调节眼底照相机的位置。
161.可旋转地安装眼底照相机以沿着弧形定位物镜可能仍然不能允许最佳定位。在另一个实施例中，参考图16a-16e，安装到头戴机的安装组件部分1460没有安装在固定位置。相反，安装组件的部分1460(如果电机主体安装在眼底照相机外壳上，其可以是电机1406、电机轴，或者根据安装组件设计的其他元件)本身进一步可移动地安装在允许可旋转安装组件的枢轴横向移动的轨道内。通过对眼底照相机的定位增加额外的自由度，与仅能旋转移动的眼底照相机相比，照相机的物镜部分可以定位在更宽范围的位置。
162.图16a-16d显示了双照相机组件，其中每个眼底照相机1400具有各自的安装组件1610，安装组件1610用于将眼底照相机旋转地联接到头戴机，使得眼底照相机1400可以相对于头戴机旋转。安装组件1610在具有第一端1604和第二端1606的各自轨道1602内可滑动地安装到头戴机。安装组件可以沿着各自的轨道1602定位在多个位置，例如在轨道1602的第一端1604和第二端1606或其间的不同位置。在轨道1602中的不同位置，眼底照相机1400可以旋转以调节其位置。图16a和16b显示了位于各自的轨道1602中的第一位置1604和两个不同旋转位置的眼底照相机1400。图16c和16d显示了位于各自的轨道1602中的第二位置1604和两个不同旋转位置的眼底照相机1402。
163.本领域技术人员已知的各种机械驱动系统可用于将安装组件1610的可滑动安装部分沿着轨道1604移动到不同位置。在一种配置中，可以使用由单独的电机驱动的可移动带。在另一种配置中，可以使用线性致动器改变槽的位置。同样，蜗轮或其他系统可用于前后滑动安装组件1610的槽安装部分。也可以使用其他运动机构。该系统可以被配置成将照相机的枢轴点定位在预定的固定位置，例如槽1602的端部1604、1606，或允许枢轴沿着轨道1602自由定位在可变位置。
164.在图16e所示的另一配置中，不是使用双眼底照相机，而是仅使用单个眼底照相机1402。枢转轴可以位于中心，例如沿着头戴机的顶部中心，使得眼底照相机1402可以在任一只眼睛的前面旋转。为了在定位照相机时提供额外的自由度，可以提供轨道1610以允许眼底照相机向左和向右移动，使得它可以定位在头戴机左侧和右侧的各种附加位置，类同于图16d-16d所示的双照相机/双轨系统。
165.在可选实施例中，代替旋转安装眼底照相机，安装组件可以可滑动地附接在眼底照相机上形成的槽或轨道内，从而允许眼底照相机相对于安装组件的位置沿着第一轴调节，例如在垂直方向上。联接到外壳的安装组件的部分也可以滑动安装，允许沿着第二轴运动，例如在水平方向上。
166.图17是眼底照相机1700的高级示意图，该眼底照相机1700可以小型化和用于本文所讨论的头戴机组件中，并且还可以用于其他配置，例如手持成像器。眼底照相机1700具有包含光源1704和图像捕捉照相机1726的外壳1702。光源1704发射光1705，光1705被导向光学组件1710中，光学组件1710使光1705的至少一部分通过部分1725导出照相机，并进入患者的眼睛1730中(当使用和对准照相机时)。光照亮视网膜1732。由视网膜(或眼睛内的其他结构)反射的光离开眼睛，穿过物镜部分1725并进入光学组件1720，光学组件1720将该光的至少一部分导向捕捉图像的照相机中。
167.图18a是眼底照相机1800的设计的俯视图，该眼底照相机1800可以做得足够小，例如仅有几厘米长，以安装在如上所述的头戴机中(通过安装在固定或者可移动的支架中)。
眼底照相机1800也可用于本文讨论的vr头戴机型配置之外的其他系统。图18b和18c是图18a的设计的透视分解图。
168.参考图18a-18c，眼底照相机1800部件安装在外壳1802中，并包括产生光束1805的光源1804。平板玻璃1806和/或偏振器1808可以沿着光束1805的路径定位，以减少眩光。分束器1810沿着光束1805的路径定位，并重导向光束1805，并帮助控制光散射和光斑。还可以提供光吸收表面1812，以移除从分束器出现的眩光和光反射，眩光和光反射不是希望从照相机输出的。分束器可操作以既能对光重导向，又能降低反射光的强度。这可以允许使用明亮的led作为光源1804，其可能比同等光学质量的低强度led更便宜和更易于使用。部分反射镜或棱镜可以用作分束器的可选物。
169.在特定实施例中，光源1804包括至少一个led，该led发出的光的波长将激发血管，光的波长来自蓝光区450nm-500nm、紫光区400nm-450nm和紫外光(uv)区200nm-400nm的组。可以提供多个led，并可以提供控制以分别和组合地激活它们。光源1804可以包括内部透镜或其他光学部件，其可操作以聚焦或重导向生成的光以产生离开光源的光束。
170.从分束器1810反射的光束1805可以被一个或多个反射镜，例如反射镜1814和1816重导向。诸如反射镜1816的终反射镜被定位成将光束1805导向90度或其他合适的角度，这样光束1805离开外壳1802。从反射镜1816反射的光1817可以穿过透镜1818，例如有助于补偿眼睛焦距并为图像捕捉提供宽视场的球面透镜。还可以提供负透镜以校正像差。可以提供外部平板玻璃1820以保护系统免受外部污染物的影响。如果照相机组件1800被正确定位，光将进入用户1830的眼睛，并照亮视网膜的至少一部分。
171.在所示实施例中，从光源发射的光穿过平板玻璃1806和/或偏振器1808，然后穿过降低光强度的分束器1810，然后光束被一个或多个反射镜1814和1816重导向。这些元件可以以其他顺序定位在光束中。例如，分束器可以位于玻璃1806和/或偏振器1808之前。
172.至少一个光导向反射镜，例如反射镜1814，可以沿着至少一个轴可旋转地安装，以允许光束1815的方向离开反射镜1814以及由此从照相机输出的光束的方向被重导向。通过移动反射镜1814重导向光束允许系统在图像处理期间照亮眼睛中视网膜的不同区域。这种重导向也转移了照相机视场的中心，允许眼睛内图像捕捉区域的变化。提供两个可沿不同轴枢转的可移动反射镜可以允许光束的方向在两个维度上被重导向。反射镜位置可以在系统软件的控制下自动调节。当移动反射镜以扫过照相机可见的视网膜部分的照明并调节照相机的成像方向以更好地捕捉那些部分的图像时，眼睛和照相机可以在固定位置上摄入多个图像。还可以响应于眼睛的位置和/或视线方向的变化以调节反射镜的位置。组合图像可以提供具有更均匀照明的更高质量的图像。
173.被视网膜或眼睛中的其他结构反射的光1821离开眼睛，穿过板1820、透镜1818，并被反射镜1816重导向。偏振过滤器1822和玻璃板1824可以设置在返回光路上，用于进一步减少眩光。透镜1826将光聚焦到成像照相机1826上。成像照相机1828可以包括内部透镜，其可操作以将入射光聚焦到传感器元件上。可以在出射和入射光路之间提供光阑或壁1840，以避免来自光源1804的杂散光影响图像。
174.对于照相机内光路的至少一部分，照射眼睛的出射光束和导向成像照相机的反射光沿着平行路径行进。在所示实施例中，对于大部分光束路径，从光源1804发射的光束1805的轴保持平行于返回光的光束轴，分束器1810和折叠镜1814之间的路径除外。
175.成像照相机1820可以包括常规的高分辨率数码相机，例如像素尺寸为2.4μm
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2.4μm的20mp分辨率和24fps的帧速率。虽然可以使用ag全局快门成像系统，但是滚动快门特征有利地允许图像捕捉不是在单个即时瞬间，而是通过垂直和水平地快速地连续扫描眼睛。高速数据端口，例如usb 3.0，允许从相机向光学模块110中的其他部件或外部设备快速传输数据。照相机可以被配置为连续自由运行，或在硬件和/或软件触发器的控制下运行。软件曝光控制可以通过相机内部控制电路的适当api提供。本领域技术人员将知道适当的透镜组件，以在成像芯片上提供视网膜的聚焦图像。机械和/或液体透镜聚焦系统可用于补偿用户眼睛的距离变化。相机系统可以捕捉45度或更大的静态角度图像，并将这些图像组合起来，产生高达120度的视网膜图像。
176.使用本文公开的系统捕捉的眼底图像可以被实时传输到图像处理系统并被处理，例如本文所公开的，以生成眼睛的完整120度图像。
177.虽然本文公开了可切换光学模块的特定设计，但可选地，该系统可以作为专用头戴机系统的一部分直接安装在头部支架的外框架内。在这种情况下，模块的外框架将不是必需的，并且部件反而可以直接安装到头戴机的外框架中。在另一种配置中，提供了模块化光学模块，但是作为制造过程的一部分，模块化光学模块被固定安装在头部支架内。以这种方式，具有不同功能的定制vr头戴机系统可以更易于按需制造。还可以提供具有集成眼底照相机、oct系统和视野检查测试系统的定制头戴机。
178.本文已经公开和描述了本发明的各个方面、实施方式和示例。本领域技术人员可以在不脱离所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下进行修改、添加和替换。