DE102012019468A1

DE102012019468A1 - Vorrichtung und Verfahren zur registrierten Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges

Info

Publication number: DE102012019468A1
Application number: DE201210019468
Authority: DE
Inventors: Matthias Reich; Rico Fuchs
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung zur Ermittlung der Krümmungseigenschaften der Hornhaut eines Auges mittels topographischer oder keratometrischer Messung, sowie zur Registrierung der Messung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer ersten Beleuchtungsquelle zur kollimierten, strukturierten Beleuchtung und einer zweiten Beleuchtungsquelle zur flächigen Beleuchtung eines Auges, einem Detektionsstrahlengang, in dem ausgehend vom Auge eine Öffnungsblende, ein Objektiv, eine Telezentrieblende und eine Bildaufnahmeeinheit angeordnet sind, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit, die Verbindungen zu den beiden Beleuchtungsquellen und der Bildaufnahmeeinheit aufweist, wobei die Telezentrieblende schwenkbar oder als Dichroit oder deren Blendenöffnung variabel ausgeführt ist. Die erfinderische Lösung ist insbesondere für keratometrische Messanordnungen vorgesehen, um neben der Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges auch eine Registrierung der Messwerte vornehmen zu können, ohne dass mögliche Augenbewegungen zwischen den Aufnahmen zu fehlerhaften Registrierungen führen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung zur Ermittlung der Krümmungseigenschaften der Hornhaut eines Auges mittels topographischer oder keratometrischer Messung, sowie zur Registrierung der Messung.
Die Vermessung der Hornhaut, d. h. deren Krümmungseigenschaften, wird auch als Keratometrie bezeichnet und erfolgt z. B. mit Hilfe eines sogenannten Ophthalmometers (auch Keratometers). Eine besondere Form der Keratometrie ist die Topometrie. Gemessen werden hier die Krümmungsradien zentral und peripher. Auf Grund dieser Messungen kann eine Kontaktlinsenanpassung erfolgen. Mit den zentralen Werten aus Keratometrie oder Topometrie wird der Flächenverlauf der Hornhautoberfläche beschrieben. Neben der Kontaktlinsenanpassung dient die Keratometrie vor allem auch zur Diagnose von irregulären Verformungen insbesondere Keratokonus und zur Berechnung einer Intraokularlinse.
Die Oberflächenvermessung der Hornhaut des menschlichen Auges erweist sich dahingehend schwierig, da die Hornhaut transparent ist und sichtbares Licht nicht in nennenswertem Maße rückgestreut wird.
Die Hornhaut (Kornea) ist der vorderste Abschnitt des Auges und weist eine nach vorn gewölbte, spezifische Geometrie auf. Um diese geometrische Form der Hornhautvorderfläche in ihrer Gesamtheit zu erfassen, bedient man sich der Topographie. Die Vorderflächenform kann dabei variieren, wobei zwei der wichtigsten und auch allgemein bekanntesten die sphärische (kugelförmig) und die astigmatische (verkrümmte) Hornhaut sind.
Mit ihrer Brechkraft von über 40 Dioptrien ist die Hornhaut ein maßgeblicher Faktor für die Brechung des in das Auge einfallenden Lichtes. Die Brechkraft der Hornhaut hängt hierbei vorrangig von dem hohen Brechzahlsprung, der Form der Hornhautoberfläche und insbesondere ihrer Kurvatur ab. Die Bestimmung der Form der Hornhautoberfläche ist insbesondere bei den folgenden Einsatzbereichen von größter Wichtigkeit:

• Katarakt-Chirurgie, in Verbindung mit Reduktion des Astigmatismus,
• Kontaktlinsenanpassung,
• Erkennung eines Keratokonus,
• korneale Bestimmung des Astigmatismus,
• refraktive Chirurgie und
• Anpassung einer geeigneten Brille.

Bei den chirurgischen Anwendungen ist die Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges sowohl vor als auch nach dem chirurgischen Eingriff wichtig, da die Oberflächenform zur Erkennung von anomalen oder abnormen Formen der Hornhaut geeignet ist.
Verfahren zur Vermessung der Hornhautoberflächenform mit Hilfe so genannter Keratometer oder Keratographen ist nach dem Stand der Technik seit langem bekannt. Die auf die Hornhaut abgebildeten konzentrischen Ringe der Placidoscheibe werden durch den Tränenfilm der Hornhaut reflektiert und mit einer Kamera aufgenommen und ausgewertet. In Abhängigkeit der Kurvatur der Hornhaut ist das von der Kamera detektierte reflektierte Ringmuster verzerrt. Um aus diesen Reflexionssignalen eine Bestimmung der Kurvatur zu erhalten, müssen die Verzerrungen der Ringe mit einer bekannten Form verglichen werden, die üblicherweise als eine Kugel mit einem Radius von 7,8 mm gewählt ist. Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der Schrift US 4,685,140 A beschrieben.
Die US 4,660,946 A beschreibt eine Lösung zur Formvermessung der Kornea, die auf einer scheibenförmigen Fresnel-Zylinderlinse basiert. Zur Projektion der Ringstruktur auf das Auge wird jeder Ring der Fresnel-Zylinderlinse einzeln, ringförmig mittels Ring-Zylinderlinsen beleuchtet. Durch die scheibenförmige Struktur wird zum einen die Anzahl der realisierbaren Ringe begrenzt und zum anderen lässt sich mit zunehmender Anzahl der Ringe diese Art der Beleuchtung nur noch schwer realisieren.
In den Schriften US 6,575,573 B2 und US 6,692,126 B1 werden Lösungen zu Ophthalmometern (auch Keratometern) beschrieben, die durch Spalt-Beleuchtungseinheiten ergänzt sind. Während die Abbildung von Placidoring-Systemen zur Messung der Oberflächenkrümmung der Hornhaut des Auges vorgesehen ist, werden mit der Spalt-Beleuchtungseinheit Schnittbilder des Auges erzeugt, aus denen die Dicke der Hornhaut des Auges bestimmt werden kann. Im Ergebnis dieser Kombination kann ein Hornhaut-Dicken-Profil ermittelt werden.
Auch das in der noch nicht veröffentlichten Schrift DE 10 2011 102 355.4 beschriebene System zur Bestimmung der Topographie der Kornea eines Auges sieht die Verwendung eines Elementes mit Fresnel-Struktur zur Erzeugung von Ringen. Das Element ist hierbei allerdings ein gefresneltes Axicon mit ringförmigen Strukturen unterschiedlicher Radien, welches vollflächig mit ringförmig, ebenen Wellen beleuchtet wird.
Von dem gefresnelten Axicon werden statt einer ”kegelförmig” ebenen Welle, pro Facette viele in beide Raumrichtungen kollimierte Teilwellen erzeugt, so dass sich im Detektorbild ringförmige Punkteketten ergeben. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der facettierten Strukturen ist, dass stark asphärische Flächen vermessen werden können, was beispielsweise die Möglichkeit bietet, sehr starke Zylinderfehler in der Größenordnung von 15 dpt zu vermessen.
Weitere keratometrische Messanordnungen sind beispielsweise in den Schriften DE 197 26 291 A1 und DE196 36 472 A1 beschrieben. Beide Anordnungen basieren auf der Beleuchtung der Kornea mit parallelen Lichtbündeln, die Strukturen wie z. B. Punkt- oder Ringmuster erzeugen. Anhand der bekannten Eigenschaften von Beleuchtungs- und Detektionsoptiken können Krümmungsradien der Hornhaut ermittelt werden. Von Vorteil bei diesen Systemen ist die kollimierte Beleuchtung (aus dem unendlichen), welche zusammen mit einer telezentrischen Detektion die Abbildung auf dem Detektor unabhängig von der Entfernung des Objektes vom Messgerät macht. Bevorzugt werden zur Beleuchtung Wellenlängen im Infrarotbereich verwendet, damit der Patient nicht von der Fixation abgelenkt wird.
Die Bestimmung der Form der Hornhautoberfläche und insbesondere ihrer Kurvatur stellt jedoch nur einen wesentlichen Faktor für die o. g. Einsatzbereiche dar. Fast genauso wichtig ist die Zuordnung der Messwerte zur Ausrichtung des Auges während der Messung. Diese Zuordnung wird auch Registrierung genannt und ist insbesondere für chirurgische Eingriffe am Auge von Bedeutung. Nur durch eine exakte Registrierung der ermittelten Oberflächenform der Kornea kann sichergestellt werden, dass die richtigen Stellen der Hornhaut behandelt werden.
Die Schriften US 6,702,806 B2 und US 7,815,631 B2 beschreiben Systeme zur Ausrichtung bzw. Registrierung von Diagnosedaten eines Auges zum Zeitpunkt einer ersten Messung mit dem Auge zum Zeitpunkt einer zweiten Messung oder einer OP. Die Orientierung des Auges während einer ersten Messung wird dabei anhand vorbestimmter Augenmerkmale erkannt. Anhand dieser vorgebestimmten Augenmerkmale wird die Orientierung des Auges während einer zweiten Messung bzw. während einer Operation mit der Orientierung des Auges während der ersten Messung verglichen. Dabei ist es möglich, eine Veränderung der Orientierung entsprechend zu berechnen und gegebenenfalls für einen chirurgischen Eingriff am Auge zu korrigieren. Als Augenmerkmal zur Bestimmung der Orientierung des Auges werden limbusnahe, extrakorneale Strukturen, wie sklerale Blutgefäße, verwendet. Bevorzugt werden Wellenlängen im Grünbereich verwendet, da das Blut der skleralen Gefäße hier besonders gut absorbiert.
Die zuvor beschriebenen Systeme zur Krümmungsmessung der Kornea arbeiten mit telezentrischer Abbildung, d. h. es werden nur die Strahlenbündel durch die Telezentrieblende gelassen, deren Hauptstrahl parallel zur optischen Achse verläuft. Das ist nur mit entsprechend kleiner Öffnung der Telezentrieblende möglich.
Der refraktiv wirksame Bereich am Auge ist die zentrale optische Zone. Beachtet man Standardpupillenmaße und Vertex-Pupillenverschiebung, so hat der für die Messung interessierende zentrale Bereich einen Durchmesser von ca. 8–9 mm. Eine Beleuchtung dieser Zone ist ebenfalls nur zentral, also nahe der optischen Achse möglich, was die Auskopplung der Beobachtungsstrahlung aufgrund von Platzproblemen entsprechend erschwert.
Die o. g. Systeme zur Registrierung verwenden Strukturen, die im Sklerabereich in Limbusnähe und damit außerhalb der Kornea liegen. Das bedeutet, dass der notwendige Bildbereich sowohl lateral als auch axial verschieden zum zentralen Bereich der Kornea ist, denn die Skleraebene liegt etwa 3 mm hinter der Korneaebene, der limbusnahe Sklerabereich ist etwa bei > 11 mm Durchmesser.
Das System zur Registrierung, welches äußere Bildausschnitte verwendet, steht damit im Gegensatz zur Telezentrischen Optik, die mit kleiner Blende zentrale Bereiche abbilden soll. Mit der telezentrischen Optik können deshalb nicht immer äußere Bildbereiche erfasst werden, welche aber zur späteren Registrierung der Messdaten zum Auge erforderlich sind.
Bei den Lösungen des Standes der Technik werden deshalb oft sequentielle Aufnahmen der einzelnen Bereiche gemacht, wobei unterschiedliche Objektive Verwendung finden. Dabei ist zu beachten, dass Augenbewegungen auftreten können, die zu Fehlern bei der Registrierung führen. Deshalb sollte bei sequentieller Aufnahme die Umschaltzeit so klein wie möglich sein. Nachteilig wirkt sich in diesem Zusammenhang allerdings aus, dass die Verwendung von Objektivwechslern zu komplexeren und teureren Systemen führen. Außerdem sind Objektivwechsler mit mehreren Linsensystemen auch groß und schwer, so dass schnelle Umschaltungen gar nicht möglich sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zur registrierten Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges zu entwickeln, die die Nachteile der Lösungen des Standes der Technik beseitigt und dabei für die sequentiellen Aufnahmen eine möglich geringe Umschaltzeit gewährleistet, um fehlerhafte Messungen infolge Augenbewegungen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mit der erfinderischen Vorrichtung zur registrierten Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges, bestehend aus einer ersten Beleuchtungsquelle zur kollimierten, strukturierten Beleuchtung und einer zweiten Beleuchtungsquelle zur flächigen Beleuchtung eines Auges, einem Detektionsstrahlengang, in dem ausgehend vom Auge eine Öffnungsblende, ein Objektiv, eine Telezentrieblende und eine Bildaufnahmeeinheit angeordnet sind, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit, die Verbindungen zu den beiden Beleuchtungsquellen und der Bildaufnahmeeinheit aufweist, dadurch gelöst, dass die Telezentrieblende schwenkbar oder als Dichroit oder deren Blendenöffnung variabel ausgeführt ist.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Auge von einer ersten Beleuchtungsquelle mit kollimiertem, strukturiertem Licht oder von einer zweiten Beleuchtungsquelle flächig beleuchtet und das vom Auge reflektierte Licht über eine Öffnungsblende, ein Objektiv, eine Telezentrieblende auf eine Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an eine Steuer- und Auswerteeinheit übertragen. In Abhängigkeit von der verwendeten Beleuchtungsquelle wird die Telezentrieblende in den Strahlengang ein- oder aus diesem ausgeschwenkt bzw. deren Blendenöffnung variiert, um entweder die Krümmung der Hornhaut des Auges oder deren Registrierung zu bestimmen. Im Gegensatz dazu kann eine als Dichroit ausgeführte Telezentrieblende im Strahlengang verbleiben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfinderische Lösung ist insbesondere für keratometrische Messanordnungen vorgesehen, um neben der Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges auch eine Registrierung der Messwerte vornehmen zu können, ohne dass mögliche Augenbewegungen zwischen den Aufnahmen zu fehlerhaften Registrierungen führen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigen die:
1: den Detektionsstrahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges,
2: den Detektionsstrahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Registrierungsdaten ohne Telezentrieblende,
3: den Detektionsstrahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Registrierungsdaten mit Telezentrieblende und
4: den Detektionsstrahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dichroitischer Telezentrieblende zur gleichzeitigen Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges sowie deren Registrierungsdaten.
Erfindungsgemäß dient die Lösung der Diagnose von Krümmungseigenschaften der Hornhaut eines Auges und der Ermittlung von Registrierungsdaten zur späteren Ausrichtung.
Während die Diagnosedaten des zentralen Korneabereiches bei kollimierter strukturierter Beleuchtung telezentrisch aufgenommen werden, erfolgt die sequentielle Erfassung der Registrierungsdaten des äußeren Sklerabereiches nichttelezentrisch.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur registrierten Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges besteht aus einer ersten Beleuchtungsquelle zur kollimierten, strukturierten Beleuchtung und einer zweiten Beleuchtungsquelle zur flächigen Beleuchtung eines Auges, einem Detektionsstrahlengang, in dem ausgehend vom Auge eine Öffnungsblende, ein Objektiv, eine Telezentrieblende und eine Bildaufnahmeeinheit angeordnet sind, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit, die Verbindungen zu den beiden Beleuchtungsquellen und der Bildaufnahmeeinheit aufweist. Dabei ist erfindungswesentlich, dass die Telezentrieblende schwenkbar oder als Dichroit oder deren Blendenöffnung variierbar ausgeführt ist.
Während die erste Beleuchtungsquelle zur kollimierten, strukturierten Beleuchtung auf langwelligem, vorzugsweise infrarotem Licht basiert, verwendet die zweite Beleuchtungsquelle zur flächigen Beleuchtung des Auges kurzwelliges, vorzugsweise grünes oder blaues Licht.
Die kollimierte, strukturierte Beleuchtung erfolgt dabei wie in den Systemen des Stands der Technik und kann Punkte, Ringe oder andere strukturierte Muster beinhalten. Wobei die Strukturierung durch Wellenlängenunterschiede, Formunterschiede, Rasterdichteunterschiede oder Intensitätsunterschiede erfolgen kann.
Das im Detektionsstrahlengang zwischen Öffnungsblende und Telezentrieblende angeordnete Objektiv ist dabei bevorzugt so chromatisch korrigiert, dass die telezentrische Abbildung im infraroten Bereich und die nichttelezentrische Abbildung auf den Grün- oder Blaubereich optimiert ist. Die Verwendung der Beleuchtungswellenlänge für die nichttelezentrische Abbildung wird auf die jeweils verwendete Struktur bzw. das verwendete Merkmal des Auges angepasst.
Dabei ist die Verwendung von großen Wellenlängen für die Krümmungsmessung und von kleinen Wellenlängen für die Registriermessung von Vorteil, wobei die Dispersionskorrektur dabei so erfolgen muss, dass die größeren Wellenlängen kürzer fokussieren, damit o. g. Eigenschaften der abzubildenden Ebenen kompensiert werden.
Erfindungsgemäß weist die Steuer- und Auswerteeinheit zusätzliche Verbindungen zu Stellelementen auf, die für die Realisierung der Schwenkbewegung bzw. der Durchmesservariation vorhanden sind. Außerdem ist die Bildaufnahmeeinheit so ausgebildet, dass sowohl zentrale, telezentrische Abbildungen der Kornea, als auch nichttelezentrische Abbildungen des äußeren Sklerabereiches bei unterschiedlichen Wellenlängen des Beleuchtungslichtes realisiert werden können.
Zur telezentrischen Abbildung ist die Öffnung der Telezentrieblende so angepasst, dass nur schmale Kegel der parallelen Reflexionsstrahlen der strukturierten kollimierten Beleuchtung der zentralen Korneazone durch die Telezentrieblende gelassen werden. Die Blende ist klein gewählt.
Im Gegensatz dazu ist die Öffnung der Telezentrieblende zur nichttelezentrischen Abbildung groß gewählt, so dass die Randstrahlen auch des äußeren Gebietes mit den außerkornealen Strukturen noch abgebildet werden.
Während im Modus der Bestimmung der Korneakrümmung die Telezentrieblende die den Strahlengang begrenzende Blende darstellt, wird der Strahlengang im Modus der Bestimmung der Registrierung von der Öffnungsblende begrenzt.
Die Blendenöffnung der im Detektionsstrahlengang befindlichen Öffnungsblende ist während beider Messmodi unverändert. Erfindungsgemäß weist sie eine Blendenöffnung von 10 mm bis 25 mm, bevorzugt bis 20 mm und besonders bevorzugt bis 15 mm auf. Die Öffnungsblende muss dabei nicht unbedingt als separates optisches Element sondern kann auch in Form von Strahlbegrenzungen im Objektiv vorhanden sein.
Im Gegensatz dazu wird die Blendenöffnung der Telezentrieblende an den jeweiligen Messmodus angepasst. Dazu ist Telezentrieblende schwenkbar oder deren Blendenöffnung variierbar ausgeführt.
In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die schwenkbare Telezentrieblende eine Blendenöffnung von < 13 mm, bevorzugt von < 9 mm und besonders bevorzugt von < 8 mm auf. So kann die Blendenöffnung beispielsweise, in Abhängigkeit von der verwendeten Optik, durchaus auch nur 5–6 mm im Durchmesser betragen. Diese schwenkbare Telezentrieblende wird zur Messung der Hornhautkrümmung in den Strahlengang eingeschwenkt und danach aus diesem entfernt.
Hierzu zeigt die 1 den Detektionsstrahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges. Im Detektionsstrahlengang sind ausgehend vom Auge 1, eine Öffnungsblende 2, ein Objektiv 3, eine Telezentrieblende 4 und eine Bildaufnahmeeinheit 5 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist. Die Telezentrieblende befindet sich zur Messung der Hornhautkrümmung im Detektionsstrahlengang.
Gemäß der 1 weist die im Detektionsstrahlengang angeordnete Telezentrieblende 4 für die telezentrische Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eine entsprechend kleine Blendenöffnung auf, wodurch eine große Schärfentiefe erreicht werden kann. Die kleine Blendenöffnung der Telezentrieblende 4 kann dadurch nur von den parallelen Hauptstrahlen passiert werden.
Die 2 zeigt im Gegensatz dazu den Detektionsstrahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Registrierungsdaten ohne Telezentrieblende. Im Detektionsstrahlengang sind ausgehend vom Auge 1, eine Öffnungsblende 2, ein Objektiv 3 und eine Bildaufnahmeeinheit 5 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist. Die Telezentrieblende wird zur Ermittlung von Registrierungsdaten aus dem Detektionsstrahlengang ausgeschwenkt.
Gemäß der 2 ist im Detektionsstrahlengang für die Ermittlung von Registrierungsdaten keine Telezentrieblende angeordnet, wodurch außerkorneale Strukturen des äußeren Sklerabereiches abgebildet werden, da auch nicht parallele Hauptstrahlen aus den peripheren Randregion auf die Bildaufnahmeeinheit 5 gelangen.
In einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Telezentrieblende so ausgebildet, dass deren kleinste Blendenöffnung < 13 mm, bevorzugt < 9 mm und besonders bevorzugt < 8 mm bzw. deren größte Blendenöffnung > 16 mm, bevorzugt > 13 mm und besonders bevorzugt > 11 mm ist. Diese Telezentrieblende mit variierbarer Blendenöffnung wird an den jeweiligen Messmodus angepasst. Während zur Messung der Hornhautkrümmung die kleinste Blendenöffnung gewählt wird, erfolgt die Messung der Registrierdaten bei Verwendung der größten Blendenöffnung.
Hierzu zeigt die 3 den Detektionsstrahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Registrierungsdaten mit Telezentrieblende. Im Detektionsstrahlengang sind ausgehend vom Auge 1, eine Öffnungsblende 2, ein Objektiv 3, eine Telezentrieblende 4 und eine Bildaufnahmeeinheit 5 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist. Die Telezentrieblende 4 verfügt über eine variierbare Blendenöffnung und verwendet zur Ermittlung der Registrierdaten die größte Blendenöffnung.
Gemäß der 3 ist im Detektionsstrahlengang für die Ermittlung von Registrierungsdaten eine Telezentrieblende 4 mit entsprechend großer Blendenöffnung angeordnet, durch die außerkorneale Strukturen des äußeren Sklerabereiches abgebildet werden, da auch hier nicht parallele Hauptstrahlen aus den peripheren Randregion auf die Bildaufnahmeeinheit 5 gelangen.
Die Blendenöffnung der Telezentrieblende 4 wird an den jeweiligen Messmodus angepasst. Zur Messung der Hornhautkrümmung weist die Telezentrieblende 4 dem entsprechend die kleinste Blendenöffnung auf.
Als Telezentrieblende mit variierbarer Blendenöffnung können hierbei ein Blendenwechsler, eine Irisblende oder ein opto-elektronisches Display Verwendung finden.
Wechseleinrichtungen für Blenden mit verschiedenen Blendenöffnungen weisen zwar ebenfalls mechanisch bewegte Teile auf, sind aber wesentlich leichter als Objektivwechsler und können deshalb entsprechend schneller reagieren.
Die Verwendung einer Irisblende oder eines opto-elektronischen Displays hat jedoch den Vorteil, dass auf mechanisch bewegte Teile verzichtet werden kann. Außerdem ist deren Platzbedarf wesentlich geringer, da kein Raum für Schwenkbewegungen notwendig ist.
In einer dritten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Telezentrieblende als Dichroit ausgeführt, wobei deren innerer Blendenbereich mit einem Durchmesser von < 13 mm, bevorzugt von < 9 mm und besonders bevorzugt von < 8 mm für langwelliges Licht und deren äußerer Blendenbereich mit einem Durchmesser > 16 mm, bevorzugt > 13 mm und besonders bevorzugt > 11 mm für kurzwelliges Licht durchlässig ist.
Hierzu zeigt die 4 den Detektionsstrahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dichroitischer Telezentrieblende zur gleichzeitigen Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges sowie deren Registrierungsdaten. Im Detektionsstrahlengang sind ausgehend vom Auge 1, eine Öffnungsblende 2, ein Objektiv 3, eine dichroitische Telezentrieblende 4' und eine Bildaufnahmeeinheit 5 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist. Die dichroitische Telezentrieblende 4' befindet sich sowohl zur Messung der Hornhautkrümmung als auch zur Bestimmung der Registrierungsdaten im Detektionsstrahlengang.
Gemäß der 4 ist im Detektionsstrahlengang eine dichroitische Telezentrieblende 4' angeordnet, die zur gleichzeitigen Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges 1 sowie deren Registrierungsdaten geeignet ist. Dabei ist deren innerer Blendenbereich mit einem Durchmesser von < 8 mm für langwelliges Licht und deren äußerer Blendenbereich mit einem Durchmesser von > 11 mm für kurzwelliges Licht durchlässig, so dass gleichzeitig sowohl die zentrale Region als auch periphere Randregionen auf die Bildaufnahmeeinheit 5 abgebildet werden.
Dies hat den Vorteil, dass das Abbild des Auges gleichzeitig bei Beleuchtung mit kollimiertem, strukturiertem Licht als auch bei flächiger Beleuchtung auf die eine Bildaufnahmeeinheit abgebildet werden kann.
Allerdings ist bei gleichzeitiger Aufnahme der bei unterschiedlicher Beleuchtung aufgenommenen Bilder eine entsprechende Trennung der Bildsignale erforderlich. Hierfür sind jedoch aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt. Neben einer zeitlichen Trennung, bei der beispielsweise eine gepulste Beleuchtung verwendet wird, bietet sich auch eine Trennung der Bildinformationen mittels Filter an. Dazu wird ein Filter vor bzw. auf der Bildaufnahmeeinheit verwendet, der an die verwendeten Wellenlängen der Beleuchtungseinheiten angepasst und beispielsweise als 2-Farbfilter mit versetzen Pixeln ausgeführt ist.
Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltungsvariante liegt darin begründet, dass die Datenerfassung zeitgleich erfolgen kann und Störungen durch Augenbewegungen keinen Einfluss mehr haben.
Erfindungsgemäß dient das Verfahren der Bestimmung der Krümmungseigenschaften der Hornhaut sowie der Ermittlung von Registrierungsdaten, wobei die Abbildung des zentralen Korneabereiches telezentrisch und des äußere Sklerabereich nichttelezentrisch in sequentieller Weise erfolgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur registrierten Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges wird das Auge von einer ersten Beleuchtungsquelle mit kollimiertem, strukturiertem Licht oder von einer zweiten Beleuchtungsquelle flächig beleuchtet und das vom Auge reflektierte Licht über eine Öffnungsblende, ein Objektiv, eine Telezentrieblende auf eine Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an eine Steuer- und Auswerteeinheit übertragen. Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit von der verwendeten Beleuchtungsquelle die Telezentrieblende in den Strahlengang ein- oder aus diesem ausgeschwenkt oder deren Blendenöffnung variiert bzw. eine als Dichroit ausgeführte Telezentrieblende im Strahlengang verbleibt.
Gemäß einem ersten Messmodus wird das Auge zur Bestimmung der Krümmung der Hornhaut von der ersten Beleuchtungsquelle mit kollimiertem, strukturiertem Licht beleuchtet, auf die Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen, wobei die sich im Strahlengang befindliche Telezentrieblende eine kleine Blendenöffnung aufweist. Dazu sendet die erste Beleuchtungsquelle langwelliges, vorzugsweise infrarotes Licht aus, wobei die Strukturierung durch Wellenlängenunterschiede, Formunterschiede, Rasterdichteunterschiede oder Intensitätsunterschiede erfolgen kann.
In dem ersten, die telezentrische Abbildung des zentralen Korneabereiches beinhaltenden Messmodus ist die Öffnung der Telezentrieblende so angepasst, dass nur schmale Kegel der parallelen Reflexstrahlen der strukturierten kollimierten Beleuchtung der zentralen Kornea durch die Blende gelassen werden. Somit wird der Strahlengang in diesem Modus von der Blendenöffnung der Telezentrieblende begrenzt. Die sich im Strahlengang befindliche Telezentrieblende weist hierbei eine Blendenöffnung von < 13 mm, bevorzugt von < 9 mm und besonders bevorzugt von < 8 mm auf.
Gemäß einem zweiten Messmodus wird das Auge zur Ermittlung von Registrierungsdaten von der zweiten Beleuchtungsquelle flächig beleuchtet, auf die Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen, wobei die Telezentrieblende aus dem Strahlengang ausgeschwenkt ist bzw. eine große Blendenöffnung aufweist. Dazu sendet die zweite Beleuchtungsquelle kurzwelliges, vorzugsweise grünes oder blaues Licht aus.
In diesem zweiten, die nichttelezentrische Abbildung des äußeren Sklerabereiches beinhaltende Messmodus ist die Blendenöffnung der Telezentrieblende so groß gewählt, dass die Randstrahlen auch des äußeren Gebietes mit den außerkornealen Strukturen noch abgebildet werden. Somit wird der Strahlengang in diesem Modus nur von der Blendenöffnung der Öffnungsblende begrenzt. Eine sich im Strahlengang befindliche Telezentrieblende weist eine Blendenöffnung > 16 mm, bevorzugt > 13 mm und besonders bevorzugt > 11 mm auf.
Erfindungsgemäß werden von der Steuer- und Auswerteeinheit zur Realisierung der Schwenkbewegung bzw. der Durchmesservariation entsprechende Stellelemente angesteuert.
Die Änderung der Blendenöffnung der Telezentrieblende kann dabei durch Umschalten zweier Blenden verschiedener Größe erfolgen. Es ist aber auch möglich eine verstellbare Telezentrieblende wie eine Irisblende oder ein optoelektronisches Display zu verwenden.
Bevorzugt erfolgt die Abbildung für beide Messmodi chromatisch so korrigiert, dass die telezentrische Abbildung im infraroten Bereich und die nichttelezentrische Abbildung im Grünen oder blauen Bereich optimiert ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Messmodus wird das Auge zur Ermittlung von Registrierungsdaten sowohl von der ersten Beleuchtungsquelle mit kollimiertem, strukturiertem Licht als auch von der zweiten Beleuchtungsquelle flächig beleuchtet, auf die Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen, wobei auf den Bildaufnahmeeinheit sowohl das infrarote, als auch das grüne oder blaue Licht abgebildet, an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen und von dieser ausgewertet wird. Entsprechend dem zweiten Messmodus ist die Telezentrieblende aus dem Strahlengang ausgeschwenkt ist bzw. weist eine große Blendenöffnung auf.
Diese vorteilhafte Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auch das infrarote Reflexlicht während der nichttelezentrischen Aufnahme mit ausgewertet werden kann. So ist es möglich, während der Ermittlung der Registrierungsdaten die Ausrichtung mit den zuvor bestimmten Abbildung des zentralen Korneabereiches zu vergleichen und gegebenenfalls auszurichtet bzw. zu korrigieren.
Gemäß einem dritten Messmodus wird das Auge gleichzeitig zur Bestimmung der Krümmung dessen Hornhaut mit kollimiertem, strukturiertem Licht und zur Bestimmung der Registrierung flächig beleuchtet, dessen Abbilder auf die Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden, wobei die als Dichroit ausgeführte Telezentrieblende im Strahlengang verbleibt. Dazu ist die Telezentrieblende als Dichroit ausgebildet, wobei deren innerer Blendenbereich mit einem Durchmesser von < 13 mm, bevorzugt von < 9 mm und besonders bevorzugt von < 8 mm für langwelliges Licht und deren äußerer Blendenbereich mit einem Durchmesser > 16 mm, bevorzugt > 13 mm und besonders bevorzugt > 11 mm für kurzwelliges Licht durchlässig ist.
Allerdings ist bei gleichzeitiger Aufnahme der bei unterschiedlicher Beleuchtung aufgenommenen Bilder eine entsprechende Trennung der Bildsignale erforderlich. Hierfür sind jedoch aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt. Neben einer zeitlichen Trennung, bei der beispielsweise eine gepulste Beleuchtung verwendet wird, bietet sich auch eine Trennung der Bildinformationen mittels Filter an. Dazu wird ein Filter vor bzw. auf der Bildaufnahmeeinheit verwendet, der an die verwendeten Wellenlängen der Beleuchtungseinheiten angepasst und beispielsweise als 2-Farbfilter mit versetzen Pixeln ausgeführt ist.
Dieser Messmodus hat den Vorteil, dass das Abbild des Auges gleichzeitig bei Beleuchtung mit kollimiertem, strukturiertem Licht als auch bei flächiger Beleuchtung auf die eine Bildaufnahmeeinheit abgebildet werden kann. Damit kann die Datenerfassung zeitgleich erfolgen, so dass zeitliche Störungen aus z. B. Augenbewegungen keinen Einfluss mehr haben.
Mit der Erfindung wird eine Lösung für keratometrische Messanordnungen zur Verfügung gestellt, mit der eine registrierte Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges möglich ist. Obwohl sequentielle Aufnahmen der unterschiedlichen Bereiche des Auges aufgenommen werden, kann durch die sehr kurze Umschaltzeit verhindert werden, dass mögliche Augenbewegungen zwischen den Aufnahmen zu fehlerhaften Registrierungen führen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden keine großen oder schweren Teile, wie Linsen oder ganze Objektive bewegt. Somit kann die Umschaltung für die sequentiell aufzunehmenden Aufnahmen entsprechend schneller erfolgen.
Wird eine Wechseleinrichtung für Blenden mit verschiedenen Blendenöffnungen verwendet, wird kann zwar nicht auf mechanisch bewegte Teile verzichtet werden, derartige Wechsler sind aber wesentlich leichter als Objektivwechsler und können deshalb entsprechend schneller reagieren.
Die Verwendung einer Irisblende oder eines opto-elektronischen Displays hat jedoch den Vorteil, dass auf mechanisch bewegte Teile verzichtet werden kann. Außerdem ist deren Platzbedarf wesentlich geringer, da kein Raum für Schwenkbewegungen notwendig ist. Die Gesamtanordnung kann dadurch kompakter und kostengünstiger ausgeführt werden. Durch den Verzicht auf mechanisch bewegte Teile verringert sich zudem deren Störanfälligkeit.
Der Hauptvorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Zeit zwischen der Aufnahme von Registrier- und Messbild wesentlich verringert wird. Bei Anwendung der Wellenlängentrennung kann sogar eine zeitgleiche Aufnahme von Registrier- und Messbild erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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US 4660946 A [0008]
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DE 102011102355 [0010]
DE 19726291 A1 [0012]
DE 19636472 A1 [0012]
US 6702806 B2 [0014]
US 7815631 B2 [0014]

Claims

Vorrichtung zur registrierten Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges, bestehend einer ersten Beleuchtungsquelle zur kollimierten, strukturierten Beleuchtung und einer zweiten Beleuchtungsquelle zur flächigen Beleuchtung eines Auges, einem Detektionsstrahlengang, in dem ausgehend vom Auge eine Öffnungsblende, ein Objektiv, eine Telezentrieblende und eine Bildaufnahmeeinheit angeordnet sind, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit, die Verbindungen zu den beiden Beleuchtungsquellen und der Bildaufnahmeeinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Telezentrieblende schwenkbar oder als Dichroit oder deren Blendenöffnung variierbar ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beleuchtungsquelle zur kollimierten, strukturierten Beleuchtung auf langwelligem, vorzugsweise infrarotem Licht basiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungsquelle zur flächigen Beleuchtung eines Auges auf kurzwelligem, vorzugsweise grünem oder blauem Licht basiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit zusätzliche Verbindungen zu Stellelementen aufweist, die für die Realisierung der Schwenkbewegung bzw. der Durchmesservariation vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit so ausgebildet ist, dass sowohl zentrale, telezentrische Abbildungen der Kornea, als auch nichttelezentrische Abbildungen des äußeren Sklerabereiches bei unterschiedlichen Wellenlängen des Beleuchtungslichtes realisiert werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsblende eine Blendenöffnung von 10 mm bis 25 mm, bevorzugt bis 20 mm und besonders bevorzugt bis 15 mm aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem den vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schwenkbare Telezentrieblende eine Blendenöffnung von < 13 mm, bevorzugt von < 9 mm und besonders bevorzugt von < 8 mm aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Telezentrieblende als Dichroit ausgeführt ist, wobei deren innerer Blendenbereich mit einem Durchmesser von < 13 mm, bevorzugt von < 9 mm und besonders bevorzugt von < 8 mm für langwelliges Licht und deren äußerer Blendenbereich mit einem Durchmesser > 16 mm, bevorzugt > 13 mm und besonders bevorzugt > 11 mm für kurzwelliges Licht durchlässig ist.
Vorrichtung nach mindestens einem den vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Telezentrieblende so ausgebildet ist, dass deren kleinste Blendenöffnung < 13 mm, bevorzugt < 9 mm und besonders bevorzugt < 8 mm bzw. deren größte Blendenöffnung > 16 mm, bevorzugt > 13 mm und besonders bevorzugt > 11 mm ist.
Vorrichtung nach mindestens einem den vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Telezentrieblende als Blendenwechseleinheit, als Irisblende oder als opto-elektronisches Display ausgeführt ist.
Verfahren zur registrierten Bestimmung der Krümmung der Hornhaut eines Auges, bei dem das Auge von einer ersten Beleuchtungsquelle mit kollimiertem, strukturiertem Licht oder von einer zweiten Beleuchtungsquelle flächig beleuchtet wird und das vom Auge reflektierte Licht über eine Öffnungsblende, ein Objektiv, eine Telezentrieblende auf eine Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an eine Steuer- und Auswerteeinheit übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der verwendeten Beleuchtungsquelle die Telezentrieblende in den Strahlengang ein- oder aus diesem ausgeschwenkt oder deren Blendenöffnung variiert wird bzw. eine als Dichroit ausgeführte Telezentrieblende im Strahlengang verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Auge zur Bestimmung der Krümmung deren Hornhaut von der ersten Beleuchtungsquelle mit kollimiertem, strukturiertem Licht beleuchtet, dessen Abbild auf die Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen wird, wobei die sich im Strahlengang befindliche Telezentrieblende eine kleine Blendenöffnung aufweist.
Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beleuchtungsquelle langwelliges, vorzugsweise infrarotes Licht aussendet und die Strukturierung durch Wellenlängenunterschiede, Formunterschiede, Rasterdichteunterschiede oder Intensitätsunterschiede erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die sich im Strahlengang befindliche Telezentrieblende eine Blendenöffnung von < 13 mm, bevorzugt von < 9 mm und besonders bevorzugt von < 8 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Auge zur Bestimmung der Registrierung von der zweiten Beleuchtungsquelle flächig beleuchtet, dessen Abbild auf die Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen wird, wobei die Telezentrieblende aus dem Strahlengang ausgeschwenkt ist bzw. eine große Blendenöffnung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beleuchtungsquelle kurzwelliges, vorzugsweise grünes oder blaues Licht aussendet.
Verfahren nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die sich im Strahlengang befindliche Telezentrieblende eine Blendenöffnung > 16 mm, bevorzugt > 13 mm und besonders bevorzugt > 11 mm aufweist.
Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuer- und Auswerteeinheit zur Realisierung der Schwenkbewegung bzw. der Durchmesservariation entsprechende Stellelemente angesteuert werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Registrierung das Auge sowohl von der ersten Beleuchtungsquelle mit kollimiertem, strukturiertem Licht als auch von der zweiten Beleuchtungsquelle flächig beleuchtet, auf die Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen wird, wobei auf den Bildaufnahmeeinheit sowohl das infrarote, als auch das grüne oder blaue Licht abgebildet, an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen und von dieser ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Telezentrieblende aus dem Strahlengang ausgeschwenkt ist bzw. eine große Blendenöffnung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Auge zur Bestimmung der Krümmung dessen Hornhaut mit kollimiertem, strukturiertem Licht und zur Bestimmung der Registrierung flächig beleuchtet, dessen Abbilder auf die Bildaufnahmeeinheit abgebildet und an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden, wobei die als Dichroit ausgeführte Telezentrieblende im Strahlengang verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die als Dichroit ausgeführte Telezentrieblende einen inneren Blendenbereich mit einem Durchmesser von < 13 mm, bevorzugt von < 9 mm und besonders bevorzugt von < 8 mm aufweist, der für langwelliges Licht und einen äußerer Blendenbereich mit einem Durchmesser > 16 mm, bevorzugt > 13 mm und besonders bevorzugt > 11 mm aufweist, der für kurzwelliges Licht durchlässig ist.