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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für ophthalmologische Geräte, vorzugsweise Funduskameras zur Untersuchung des Augenhintergrundes mittels eines optischen Systems und elektronischer Sensoren zur Bildaufnahme.
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Für Untersuchung des Augenhintergrundes mit einer Funduskamera ist es erforderlich entweder die Pupille des Patienten medikamentös zu erweitern oder nach dem „Non Mydriatic“-Prinzip arbeitende Funduskameras zu verwenden, bei denen der Augenhintergrundes mittels (unsichtbarem) Infrarot-Licht beleuchtet wird und somit in einem abgedunkelten Raum eine Erweiterung der Pupille ohne Medikamentengabe eintritt. Bei ausreichend erweiterter Pupille wird das Auge kurzzeitig (z. B. mittels Blitzlampe) mit weißem (sichtbaren) Licht beleuchtet und ein Bild des Augenhintergrundes aufgenommen.
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Zum Ausgleich der Fehlsichtigkeit von Patienten ist es erforderlich, dass Funduskameras entsprechend fokussiert werden können. Durch Verschieben interner Optikbaugruppen entsteht ein scharfes, kontrastreiches Bild des Augenhintergrundes des Patienten auf dem Bildaufnehmer bzw. im Auge des Beobachters.
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Bei „Non Mydriatic“-Funduskameras wird prinzipbedingt mit Infrarot-Licht beobachtet und mit weißem Licht mit kürzerer Wellenlänge das Ergebnisbild aufgenommen. Für diese unterschiedlichen Wellenlängen ergeben sich aufgrund der optischen Gegebenheiten unterschiedliche Schärfenebenen, so dass bei scharfen Abbildungen während der Beobachtung mit Infrarot-Licht das Ergebnisbild bei weißem Licht unscharf aufgenommen werden würde. Aus diesem Grunde werden in „Non Mydriatic“-Funduskameras Fokussier-Hilfen eingesetzt. Während der Beobachtung wird von dieser Vorrichtung beispielsweise mit weißem Licht geringer Intensität eine Testmarke auf den Augenhintergrund projiziert und entsprechend ausgewertet. Vorzugsweise erfolgt die Auswertung durch ein Koinzidenz-Verfahren, bei dem zwei Halbmarken zur Überdeckung gebracht werden und so die optimale Schärfenebene für weißes Licht bestimmt wird.
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Als nachteilig erweist sich bei dieser Ausführungsform, dass das sichtbare Licht der Testmarke trotz der geringen Intensität eine Pupillenreaktion des Patienten hervorrufen kann und damit das Arbeiten mit dem ophthalmologischen Gerät, welches einen Mindest-Pupillendurchmesser erfordert, deutlich erschwert.
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In einer anderen Ausführungsform wird die Testmarke mittels Infrarot-Licht erzeugt. Dies hat zwar den Vorteil, dass es nicht zu Pupillenreaktionen des Patienten kommt und dessen Pupille entsprechend geweitet bleibt, jedoch wirkt sich nachteilig aus, dass das Infrarot-Licht aufgrund der spektralen Eigenschaften des Augenhintergrundes in einer tiefer liegenden Gewebeschicht reflektiert wird als das zur Bildaufnahme verwendete weiße Licht. Für den Wechsel von Beobachtung bzw. Scharfstellung der Testmarke zur Aufnahme des Ergebnisbildes ist somit ein geeignetes optisches Element zum Ausgleich der Schärfenebenen erforderlich.
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Während die Testmarke einer Fokussierhilfe am Pupillenrande über den Beleuchtungsstrahlengang in das Auge des Patienten eingespiegelt wird, erfolgt die Beobachtung über den Beobachtungsstrahlengang durch die Mitte der Patientenpupille. Da im Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang unterschiedliche optische Elemente eingesetzt sind, ergibt sich beim Fokussieren der Testmarke ein komplizierter, nichtlinearer Zusammenhang zwischen notwendiger Verschiebung der Testmarke und der der Testmarke zugeordneten Optikbaugruppen. Dieser nichtlineare Zusammenhang kann mittels mechanischer Kopplung der Verschiebungen über Kurvenscheiben oder Hebelgetriebe realisiert werden.
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Fundus-Kameras mit automatischer Scharfeinstellung werden in den Schriften
DE 30 31 822 C2 und
DE 31 16 380 C2 beschrieben. Von einer optischen Projektionseinrichtung wird mindestens eine Fokussiermarke auf den Augenhintergrund eines zu untersuchenden menschlichen Auges abgebildet. Eine Detektoreinheit ermittelt die Position der Fokussiermarke. In Auswertung des Ausgangssignals des Detektors wird von einer Steuereinheit eine automatische Scharfstellung der Fundus-Kamera durchgeführt, indem motorbetriebene, optische Elemente zur Abbildung der Fokussiermarke entlang der optischen Achse verschoben werden. Es ist aber auch möglich die optischen Elemente per Hand zu verschieben. Bei der Lösung gemäß
DE 30 31 822 C2 ist dazu beispielsweise ein dreiarmiger Verbindungshebel vorgesehen, der um seine Lagerachse schwenkbar ist. Dabei steht der erste Hebelarm mit einer Fokussierlinse und der zweite Hebelarm mit einer Fokussiermarken-Projektionseinrichtung in Verbindung, um diese in Richtung der optischen Achse verschieben zu können. Der verbleibende dritte Hebelarm ist über eine Stift/Schlitz-Verbindung mit einer Stellwelle gekoppelt, so dass bei Schwenken der Stellwelle die beiden anderen Hebelarme die entsprechenden Bewegungen längs der optischen Achse ausführen.
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Nachteil dieser mechanischen Kopplung ist, dass nur in einem bestimmten Fokussierbereich der notwendige Gleichlauf zwischen Fokussierlinse und einer Fokussiermarken-Projektionseinrichtung erreicht werden kann. Ein Ausgleich von Toleranzen der Optikbaugruppen ist beispielsweise kaum oder gar nicht möglich.
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In der
US 4 196 979 A wird eine Vorrichtung zum Einstellen des Abstandes zwischen einem Auge und einem Augenuntersuchungsgerät, insbesondere zum Untersuchen oder Fotografieren des Augenhintergrundes beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung enthält weiterhin eine Einrichtung zum Scharfstellen des Abbildes auf dem Augenhintergrund. Diese Einrichtung besteht ebenfalls aus einer Abbildungslinse und einer optischen Einheit zur Projektion einer Fokussiermarke, die mechanisch gekoppelt sind und in Richtung der optischen Achse verschoben werden können. Auch hier ist der notwendige Gleichlauf der Baugruppen aufgrund deren nichtlinearer Bewegung nur sehr schwer zu realisieren. Ein Ausgleich von Toleranzen der Optikbaugruppen ist demzufolge kaum oder gar nicht möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten technischen Lösungen dahingehend zu verbessern, dass der notwendige Gleichlauf zwischen Fokussierlinse und Fokussiermarken-Projektionseinheit über einen großen Fokussierbereich auf einfache Art gewährleistet wird und Toleranzen der Optikbaugruppen ausgeglichen werden können.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei der vorliegenden Lösung für ophthalmologische Geräte nach dem „Non Mydriatic“-Prinzip, insbesondere Funduskameras, besteht die Vorrichtung aus einer, mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich auf eine Fläche im Auge projizierenden Projektionseinheit und einer Fokussiereinheit, die jeweils entlang der optischen Achse verschiebbar sind. Gemäß dem Verfahren werden die in einem Beleuchtungsstrahlengang angeordnete Projektionseinheit und die in einem Beobachtungsstrahlengang angeordnete Fokussiereinheit durch elektronisch steuerbare Stellelemente simultan oder einzeln nach den entsprechenden Vorgaben einer vorhandenen Steuereinheit verschoben.
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Die vorgeschlagene technische Lösung ist für ophthalmologische Geräte verwendbar, bei denen Testmarken einer Fokussierhilfe über einen Beleuchtungsstrahlengang projiziert und über einen Beobachtungsstrahlengang abgebildet werden und bei denen in den beiden Strahlengängen unterschiedliche optische Elemente eingesetzt sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigen
- 1: den prinzipiellen Aufbau einer Funduskamera mit Fokussiereinheit und Fokussiermarken-Projektionseinheit und
- 2: einen möglichen Zusammenhang zwischen den Bewegungsverläufe von Fokussiereinheit und Fokussiermarken-Projektionseinheit.
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Die erfindungsgemäße Fokussiervorrichtung für ophthalmologische Geräte nach dem „Non Mydriatic“-Prinzip, insbesondere Funduskameras, besteht aus einer, mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich auf eine Fläche im Auge projizierenden Projektionseinheit und einer Fokussiereinheit, die jeweils entlang der optischen Achse verschiebbar sind. Dabei sind die Projektionseinheit in einem Beleuchtungsstrahlengang und die Fokussiereinheit in einem Beobachtungsstrahlengang angeordnet und können durch elektronisch steuerbare Stellelemente simultan oder einzeln, nach den entsprechenden Vorgaben einer vorhandenen Steuereinheit, die über einen Speicher verfügt, verschoben werden.
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Als elektronisch steuerbare Stellelemente werden Stellmotoren, vorzugsweise Schrittmotoren, verwendet.
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Die Fokussiervorrichtung kann weiterhin über ein Autofokussystem zur Fokussierung der Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich verfügen.
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1 zeigt dazu den prinzipiellen Aufbau einer Funduskamera mit der Fokussiervorrichtung. Die Fokussiervorrichtung für eine Funduskamera nach dem „Non Mydriatic“-Prinzip besteht hierbei aus einer, eine Fokussiermarke 1 im infraroten Spektralbereich auf den Augenhintergrund 2 projizierenden Projektionseinheit 3 und einer Fokussiereinheit 4, die jeweils entlang der optischen Achse 5 verschiebbar sind. Die Verschiebung von Projektionseinheit 3 und Fokussiereinheit 4, die vorzugsweise über Schrittmotoren 6 realisiert wird, kann simultan oder einzeln, nach den entsprechenden Vorgaben einer vorhandenen (nicht dargestellten) Steuereinheit erfolgen.
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Ausgehend von einer Beleuchtungsquelle 7 wird der Augenhintergrund 2 zur Beobachtung über verschiedene optische Elemente 8 mit infrarotem Licht beleuchtet. Das vom Augenhintergrund 2 reflektierte infrarote Licht wird über verschieden optische Elemente 8 und einen Klappspiegel 9 auf der Sucherkamera 10 abgebildet.
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Ausgehend von einer Blitzlichtquelle 12 wird der Augenhintergrund 2 zur Bildaufnahme über einen Klappspiegel 13 und verschiedene optische Elemente 8 kurzzeitig mit weißem Licht beleuchtet. Das vom Augenhintergrund 2 reflektierte weiße Licht wird über verschiedene optische Elemente 8, bei umgeklapptem Klappspiegel 9 auf der Dokumentationskamera 11 abgebildet.
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Für die unterschiedlichen Wellenlängen des Beleuchtungslichtes ergeben sich aufgrund der optischen Gegebenheiten unterschiedliche Schärfenebenen. Zum Ausgleich dieser unterschiedliche Schärfenebenen und eventuell vorhandener Fehlsichtigkeit des Patienten muss die Funduskamera scharfgestellt werden. Um dabei den notwendigen Gleichlauf zwischen Projektionseinheit 3 und Fokussiereinheit 4 zu sichern, werden beide Einheiten durch je einen Schrittmotor 6 verstellt. Der notwendige Zusammenhang zwischen den Verstellwegen bzw. Schritten ist als Tabelle oder Funktion in der Steuereinheit hinterlegt.
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2 zeigt dazu einen möglichen Zusammenhang für die Bewegungsverläufe von Projektionseinheit 3 und Fokussiereinheit 4 bei einer Funduskamera nach 1.
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Während der Bewegungsverlauf für die Fokussiereinheit 4 nahezu linear zu den Dioptrienwerten (Fehlsichtigkeit) des Patienten verläuft, weicht der Bewegungsverlauf für die Projektionseinheit 3 von einem linearen Verlauf stark ab. Daraus ergeben sich für die Fokussiereinheit 4 der beschriebenen Funduskamera Verstellwege von etwa +/- 2mm und für deren Projektionseinheit 3 von etwa +/- 15mm. Der Schnittpunkt der beiden Bewegungsverläufe liegt bei 0 Dioptrien.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fokussierverfahren für ophthalmologische Geräte nach dem „Non Mydriatic“-Prinzip, insbesondere Funduskameras, wird von einer, in einem Beleuchtungsstrahlengang angeordneten Projektionseinheit mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich auf eine Fläche im Auge projiziert und über eine, im Beobachtungsstrahlengang angeordnete Fokussiereinheit auf einem Detektor abgebildet.
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Der Fokussiervorgang erfolgt durch simultane Verschiebung der Projektionseinheit und der Fokussiereinheit in Richtung der optischen Achse durch elektronisch steuerbare Stellelemente, nach den entsprechenden Vorgaben einer vorhandenen Steuereinheit. Da im Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang unterschiedliche optische Elemente eingesetzt sind, ergibt sich dabei ein komplizierter, nichtlinearer Zusammenhang zwischen der notwendigen Verschiebung der Projektionseinheit und der Fokussiereinheit.
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Deshalb erfolgt die simultane Verschiebung der Projektionseinheit und der Fokussiereinheit durch die elektronisch steuerbaren Stellelemente nach den entsprechenden Vorgaben der Steuereinheit. Im vorhandenen Speicher der Steuereinheit wird dazu beispielsweise eine entsprechende Tabelle oder Funktion gespeichert.
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Die simultane Verschiebung der Projektionseinheit und der Fokussiereinheit durch die elektronisch steuerbaren Stellelemente nach den entsprechenden Vorgaben der Steuereinheit kann aber auch automatisch durch ein Autofokussystem erfolgen, nachdem das ophthalmologische Gerät zum Patienten ausgerichtet worden ist.
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Nach der erfolgten Fokussierung der Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich durch die simultane Verschiebung von Projektionseinheit und Fokussiereinheit wird mit dem Wechsel in den Bildaufnahmemodus (sichtbarer Spektralbereich) nur die Fokussiereinheit entlang der optischen Achse verschoben. Von der Steuereinheit wird das elektronisch steuerbare Stellelement nach den gespeicherten Vorgaben gesteuert und die Verschiebung nach erfolgter Bildaufnahme wieder rückgängig gemacht.
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Die im infraroten Spektralbereich auf den Augenhintergrund projizierte Fokussiermarke wird dabei aufgrund dessen spektraler Eigenschaften in einer tieferliegenden Gewebeschicht reflektiert als das zur Bildaufnahme verwendete weiße Licht. Während weißes Licht von der Netzhaut reflektiert wird, dringt infrarotes Licht durch die Netzhaut und wird erst von der darunterliegenden Pigmentepithel-Schicht reflektiert. Die Fokusebenen von weißem und infrarotem Licht liegen somit um ca. 200µm auseinander, was der bekannten, durchschnittlichen Dicke der Netzhaut entspricht. Beim Wechsel in den Bildaufnahmemodus wird dies durch Verschieben der Fokussiereinheit um den entsprechenden Wert korrigiert. Im vorliegenden Beispiel wird die Fokussiereinheit um etwa 50µm schrittweise verschoben.
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Die von den elektronisch steuerbaren Stellelemente vorgenommenen Verschiebungen erfolgen vorzugsweise in definierten Schritten.
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Die im Speicher der Steuereinheit gespeicherten entsprechenden Vorgaben für die Verschiebung der Projektionseinheit und der Fokussiereinheit bzw. nur der Fokussiereinheit werden vorgegeben oder mit Hilfe von Referenzobjekten aufgenommen und gespeichert.
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Die Bewegungsverläufe können beispielsweise punktweise aufgenommen werden. Dazu wird die Fokussiermarke von der Projektionseinheit auf eine Auffangebene projiziert, deren scharfe Abbildung über die Sucherkamera kontrolliert und die Stellung des Schrittmotors bei vorliegender scharfer Abbildung gespeichert. Die auf die Auffangebene scharf abgebildete Fokussiermarke wird über die Fokussiereinheit auf die Dokumentationskamera abgebildet und die Stellung des Schrittmotors bei scharfer Abbildung gespeichert. Dieser Vorgang wird entsprechend oft, für verschiedene Dioptrienwerte wiederholt. Nach Aufnahme einer endlichen Zahl Stützstellen (Wertepaare) erfolgt mittels Ausgleichskurve ein Festlegen der restlichen Wertepaare.
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Dieses punktweise Aufnehmen der Bewegungsverläufe hat den Vorteil, dass insbesondere gerätespezifische Toleranzen der Optikbaugruppen berücksichtigt werden können und die Bewegungsverläufe exakt auf das Gerät abgestimmt sind.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann der notwendige Gleichlauf zwischen Projektionseinheit und einer Fokussiereinheit auf einfache Weise sichergestellt werden. Es lassen sich damit nicht nur die Verläufe der Verstellwege über den gesamten Fokussierbereich optimal anpassen, sondern auch auf einfache Art und Weise die Toleranzen der Optikbaugruppen von Gerät zu Gerät individuell ausgleichen.
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Notwendige Änderungen der Schärfenebene, die beim Umschalten zwischen Beobachtungsmodus (im infraroten Spektralbereich) und Bildaufnahmemodus (im sichtbaren Spektralbereich) notwendig werden, lassen sich einfach durch eine Verschiebung der Fokussiereinheit während des Umschaltvorganges realisieren. Nach der Bildaufnahme wird durch die Steuereinheit der Fokussierzustand vor der Bildaufnahme wiederhergestellt. Auch die für Modenwechsel erforderlichen Verschiebewege können in Form einer Tabelle gespeichert werden.
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Die beschriebene Lösung lässt höhere Genauigkeiten der Anpassung zwischen Projektionseinheit und einer Fokussiereinheit als eine rein mechanische Kopplung zu und ist deutlich flexibler zu gestalten. Die Umschaltung der Schärfenebene zwischen infrarotem und sichtbaren Spektralbereich lässt sich mit der gleichen Anordnung ebenfalls realisieren, ohne dass zusätzliche optischer Baugruppen ein- oder ausgeschwenkt werden müssen.