DE10341161B3

DE10341161B3 - Testing device for intraocular lenses has fluid-filled space receiving intraocular lens provided with test object and associated light source and further lens positioned for acting as artificial eye

Info

Publication number: DE10341161B3
Application number: DE2003141161
Authority: DE
Inventors: Paul-Rolf Preusner
Original assignee: Preussner Paul-Rolf Dipl-Phys Drrernat Drmed
Current assignee: Preussner Paul-Rolf Dipl-Phys Drrernat Drmed
Priority date: 2003-09-06
Filing date: 2003-09-06
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-09-07

Abstract

The testing device has a fluid-filled space containing a reception device for an intraocular lens (IOL) to be tested, a transparent test object, e.g. a plate (P), with an associated light source (L), supported for measured displacement along the optical axis of the intraocular lens and a further lens (C) on the opposite side of the intraocular lens to the test object, with a detector (D) on the outside of the fluid-filled space for receiving an image of the test object provided by the intraocular lens and the further lens. The spacing between the test object and the intraocular lens corresponds to the spacing between the center of the eye and the intraocular lens and the spacing between the intraocular lens and the outer surface of the further lens corresponds to the spacing between the intraocular lens and the outer surface of the cornea.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Vermessung der optischen Eigenschaften von Intraokularlinsen.at The invention is a device for measuring the optical properties of intraocular lenses.

Intraokularlinsen, im folgenden IOL abgekürzt, müssen als Medizinprodukte nach ihrer Fertigung verschiedenen Qualitätskontrollen unterzogen werden. Unter anderem sind ihre Brechkraft und ihre Abbildungsqualität am Einzelstück zu überprüfen. Problematisch ist dabei unter anderem, daß IOL „dicke Linsen" im Sinn optischer Berechnungen sind, und daß sie einen erheblichen Öffnungsfehler aufweisen. Der Unterschied zwischen bestem und paraxialem Fokus ist also nicht vernachlässigbar.intraocular lenses, abbreviated in the following IOL, have to as medical devices after their production different quality controls be subjected. Among other things, their refractive power and their image quality are to be checked on the single piece. Problematic is, inter alia, that IOL "thick Lentils "in mind optical calculations are, and that they have a significant aperture error exhibit. The difference between best and paraxial focus is therefore not negligible.

Richtlinien und Testvorrichtungen für IOL sind z.B. beschrieben in ISO 11979-2:1999(E). Für die Bestimmung der Brechkraft sind dort zwei Methoden angegeben, einmal über eine Brennweitenmessung, und einmal über eine Messung der Vergrößerung. Um die Abbildungsqualität zu testen, ist als Strahlengang ein Modellauge angegeben, dessen optische Eigenschaften denen des menschlichen Auges nachempfunden sind. Es hat auf der optischen Eingangsseite eine Linse, deren Brechkraft etwa der der menschlichen Hornhaut entspricht. Die zu testende IOL wird hinter einer Aperturblende, die die Pupille des Auges simuliert, in eine wässrige Lösung gesetzt, die den gleichen Brechungsindex und in ihren Hauptbestandteilen die gleiche chemische Zusammensetzung wie das menschliche Kammerwasser hat. Dies ist erforderlich, da viele Linsenmaterialien Wasser und Elektrolyte aufnehmen und dadurch ihre optischen Eigenschaften ändern. Der Abstand zwischen IOL und der Linse zur Simulation der Hornhaut entspricht ebenfalls ungefähr den Bedingungen im menschlichen Auge. Zum Testen wird objektseitig ein Muster, bevorzugt ein Streifenmuster vorgesetzt, dessen Bild in der Bildebene mittels eines Mikroskops betrachtet wird. Durch Abbildung auf einen elektronischen Bildsensor, der an das Mikroskop angeschlossen wird, kann das Muster analysiert werden. Führt man diesen Vorgang für verschiedene Ortsfrequenzen des Streifenmusters durch, so läßt sich damit die Modulationstransferfunktion (MTF) als Maß für die Qualität der Optik bestimmen.Guidelines and test devices for IOLs are e.g. described in ISO 11979-2: 1999 (E). For the determination of refractive power there are given two methods, once over one Focal length measurement, and once over a measurement of magnification. To the picture quality to test, is given as a beam path a model eye whose optical Characteristics of those of the human eye are modeled. It has on the optical input side a lens whose refractive power about the same as the human cornea. The IOL to be tested is behind an aperture diaphragm that simulates the pupil of the eye, in a watery solution set the same refractive index and in their main components the same chemical composition as the human aqueous humor has. This is necessary because many lens materials include water and electrolytes absorb and thereby change their optical properties. Of the Distance between the IOL and the corneal simulation lens is the same also about the conditions in the human eye. For testing, the object a pattern, preferably a strip pattern prefixed whose image is viewed in the image plane by means of a microscope. By Illustration on an electronic image sensor connected to the microscope connected, the pattern can be analyzed. Leading this process for different spatial frequencies of the stripe pattern, so can be Thus, the modulation transfer function (MTF) as a measure of the quality of the optics determine.

Im Zusammenhang mit den genannten Tests sind verschiedene Vorrichtungen und Methoden beschrieben wordem. US5,532,770A und DE69715513T2 beschreiben Kunstaugen, die in ihren optischen Eigenschaften dem menschlichen Auge nahekommen und für Intraokularlinsentests oder zur Simulation von Seheindrücken verwendet werden können. In WO99/32869A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung von optischen Fehlern transparenter optischer Komponenten, speziell Intraokularlinsen, mit einem Durchlichtstrahlengang beschrieben, in WO99/26052A2 ein Verfahren zur Objektivierung der Oberflächeneigenschaften von Kontaktlinsen im Auflichtstrahlengang.Various devices and methods are described in the context of the abovementioned tests. US5,532,770A and DE69715513T2 describe artificial eyes, which approach the human eye in their optical properties and can be used for intraocular lens tests or to simulate visual impressions. In WO99 / 32869A1 a method for the determination of optical defects of transparent optical components, especially intraocular lenses, with a transmitted light beam path is described, in WO99 / 26052A2 a method for objectifying the surface properties of contact lenses in the reflected light beam path.

US5,303,023A beschreibt ein System zur MTF-Messung mit einem speziellen Target, das nur eine Messung für alle Ortsfrequenzen und Rotationsorientierungen benötigt. US5,303,023A describes a system for MTF measurement with a special target that requires only one measurement for all spatial frequencies and rotational orientations.

Die beschriebenen Verfahren weisen wesentliche Nachteile auf. Bei der Vermessung von Intraokularlinsen in einem Kunstauge ist das in der Netzhautebene des Kunstauges erzeugte Bild sehr klein und bereits nahe am Beugungslimit. Die Betrachtung und Scharfstellung mit einem Mikroskop ist daher schwierig, vor allem auch, da die Eigenschaften der zu testenden Optik und der Mikroskopoptik nicht einfach zu trennen sind.The described methods have significant disadvantages. In the Measurement of intraocular lenses in an artificial eye is in the retinal plane The image produced by the artificial eye is very small and already close to the diffraction limit. The observation and focusing with a microscope is therefore difficult, above all, because the properties of the test Optics and the microscope optics are not easy to separate.

Ein Ringversuch, bei dem verschiedene Laboratorien mit dem gleichen Aufbau die Brechkraft der selben Linsen getestet haben (Norrby, NES et al., J Cataract Refract Surg 22:983–993, 1996), erbrachte Fehler von typisch 0.5 Dioptrien für Linsen zwischen 25 und 30 Dioptrien Brechkraft.One Ring trial in which different laboratories with the same Structure have tested the refractive power of the same lenses (Norrby, NES et al., J Cataract Refract Surg 22: 983-993, 1996) of typically 0.5 diopters for Lenses between 25 and 30 dioptres power.

Solche Fehler werden vom Patienten deutlich wahrgenommen und sind daher unerwünscht hoch. Die Untersuchungen zur Qualität der Linsen haben das gleiche Problem, da auch hier die Mikroskopoptik in die MTF wesentlich eingeht. Außerdem ist der gesamte Vorgang für die Fertigungskontrolle recht aufwendig, da zwei separate Messungen nötig sind.Such Mistakes are clearly perceived by the patient and are therefore undesirably high. The investigations on quality The lenses have the same problem, because here too the microscope optics essentially enters MTF. Besides, the whole process is for the Production control quite elaborate, since two separate measurements are necessary.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Testvorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe die Brechkraft einer IOL genauer als mit den derzeit verwendeten Methoden gemessen werden kann, und mit der auch die optische Qualität im gleichen Arbeitsgang bestimmt werden kann.task the present invention is to provide a test device, with their help, the refractive power of an IOL more accurate than with the currently can be measured, and with which the optical quality can be determined in the same operation.

Kurze Darstellung der ErfindungShort illustration the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend Anspruch 1 gelöst. Die zu testende IOL wird in ein Modellauge eingesetzt, siehe 1. Dieses Modellauge ist mit einer Flüssigkeit F gefüllt, die den gleichen Brechungsindex und in ihren Hauptbestandteilen die gleiche chemische Zusammensetzung wie das Kammerwasser des natürlichen Auges aufweist. Der Strahlengang wird gegenüber dem im natürlichen Auge vorliegenden invertiert, d.h., Objekt- und Bildebene werden vertauscht. Als Objekt wird ein mit mikrolithographischen Techniken hergestelltes Präzisionsmuster verwendet, das auf einer Platte P aufgebracht ist. Es wird mit dem Licht einer Lichtquelle L durchleuchtet. Das Muster auf der Platte P befindet sich in der Ebene, die der Netzhaut des Modellauges entspricht. Es wird über die zu testende IOL und eine weitere Linse C, die die Hornhaut (Cornea) des Auges simuliert, stark vergrößert ohne weitere Zwischenoptik direkt auf einen elektronischen Detektor D abgebildet. Wenn die geometrischen und optischen Eigenschaften der Hornhautlinse C und der Brechungsindex der Flüssigkeit F bekannt sind, und die Abstände der Platte P, der IOL, der Hornhautlinse C und des Detektors D zueinander bekannt sind, kann die Brechkraft der IOL berechnet werden. Das Bild auf dem Detektor D kann außerdem mit Mitteln der digitalen Bildverarbeitung analysiert und so die optische Qualität der gesamten Abbildung objektiviert werden.The object is achieved according to claim 1. The IOL to be tested is placed in a model eye, see 1 , This model eye is filled with a liquid F, which has the same refractive index and in its main components the same chemical composition as the aqueous humor of the natural eye. The beam path is compared to the natural inverted eye, ie, object and image plane are reversed. The object used is a precision pattern produced by microlithographic techniques, which is applied to a plate P. It is illuminated by the light of a light source L. The pattern on the plate P is in the plane corresponding to the retina of the model eye. It is magnified by the IOL to be tested and another lens C, which simulates the cornea (cornea) of the eye, enlarged without further intermediate optics directly to an electronic detector D. When the geometrical and optical properties of the corneal lens C and the refractive index of the fluid F are known, and the distances of the plate P, the IOL, the corneal lens C and the detector D from each other are known, the refractive power of the IOL can be calculated. The image on the detector D can also be analyzed by means of digital image processing and thus the optical quality of the entire image can be objectified.

Bevorzugte Ausführung und Ausführungsalternativenpreferred execution and design alternatives

Die Testvorrichtung (s. 1) besteht aus einem Modellauge und einem elektronischen Detektor D, beispielsweise einem CCD. Alle optisch wirksamen Komponenten sind auf der optischen Achse zentriert. Das Modellauge ist als Wanne ausgelegt, die mit einer Flüssigkeit F, beispielsweise physiologischer Kochsalzlösung, gefüllt ist. Die zu testende IOL kann in eine Aufnahme eingesetzt werden. Diese Aufnahme ist so auszuführen, daß eine Fläche der IOL gegen einen Ring R gedrückt wird, der relativ zur optischen Achse fest steht. Ein Federmechanismus drückt die IOL gegen diesen Ring. Dieser Federmechanismus kann auch die Haptik der IOL sein. Der Abstand zwischen der Andruckstelle des Rings R und den Scheiteln der IOL ist aus den Fertigungsdaten der IOL zu entnehmen. Die Abweichungen zwischen den angenommenen und den tatsächlichen Fertigungsdaten der IOL sind für diese Berechnung der Andruckstelle vernachlässigbar.The test device (s. 1 ) consists of a model eye and an electronic detector D, for example a CCD. All optically active components are centered on the optical axis. The model eye is designed as a tub, which is filled with a liquid F, for example, physiological saline. The IOL to be tested can be inserted into a receptacle. This recording is to be carried out so that a surface of the IOL is pressed against a ring R, which is fixed relative to the optical axis. A spring mechanism presses the IOL against this ring. This spring mechanism can also be the feel of the IOL. The distance between the pressure point of the ring R and the crests of the IOL can be taken from the production data of the IOL. The deviations between the assumed and actual manufacturing data of the IOL are negligible for this calculation of the pressure point.

Vor der Aufnahme für die IOL befindet sich eine Aperturblende A, die der Pupille des natürlichen Auges entspricht. Um verschiedene Pupillenweiten zu simulieren, kann sie als verstellbare Irisblende ausgelegt sein. Alternativ können auch austauschbare Blenden unterschiedlicher Durchmesser vorgesehen sein.In front the recording for the IOL has an aperture A, which is the pupil of the natural eye equivalent. To simulate different pupil widths, she can be designed as adjustable iris diaphragm. Alternatively, too be provided exchangeable diaphragms of different diameters.

Das Modellauge hat auf seiner Vorderseite eine Eingangslinse C, die der Hornhaut (Cornea) entspricht. Sie besteht beispielsweise aus PMMA. Sie ist ein rotationssymmetrisches Hohlkugelsegment mit einer Wandstärke zwischen 0.1mm und 1.0mm. Ihr äußerer Scheitelkrümmungsradius liegt zwischen 6mm und 10mm. Zur Simulation unterschiedlicher Augengrößen können mehrere solche Hornhautlinsen mit unterschiedlichen Krümmungsradien vorgesehen sein. Außerdem können Hornhautlinsen mit unterschiedlichen Asphärizitäten verwendet werden, entsprechend der Variation der natürlichen Hornhaut. Die Position des Scheitels der Hornhautlinse C relativ zu allen anderen Komponenten muß bekannt sein.The Modellauge has on its front an entrance lens C, the the cornea (cornea) corresponds. It consists of, for example PMMA. It is a rotationally symmetrical hollow sphere segment with a Wall thickness between 0.1mm and 1.0mm. Your outer radius of curvature is between 6mm and 10mm. To simulate different eye sizes, several such corneal lenses may be provided with different radii of curvature. Furthermore can Corneal lenses with different asphericities are used accordingly the variation of the natural Cornea. The position of the vertex of the corneal lens C relative to all other components must be known be.

An der Position, die der Netzhautmitte des Auges entspricht, befindet sich ein Testobjekt, vorzugsweise auf einer transparente Platte P, die beispielsweise aus Glas besteht. Auf der zur IOL weisenden Seite dieser Platte P ist eine dünne, optisch intransparente Schicht aufgebracht, beispielsweise eine aufgedampfte Metallschicht. Diese Schicht weist ein mit mikrolithographischen Mitteln erzeugtes Muster auf, das aus lichtdurchlässigen Stellen besteht, an denen die intransparente Schicht unterbrochen ist. Das Muster kann beispielsweise aus äquidistanten Streifen bestehen. Es kann auch aus Buchstaben, Zahlen oder anderen Zeichen bestehen, wie sie für Sehtests verwendet werden.At the position corresponding to the retina center of the eye is located a test object, preferably on a transparent plate P, which consists for example of glass. On the pointing to the IOL Side of this plate P is a thin, optically non-transparent layer applied, for example a vapor-deposited metal layer. This layer features a microlithographic Means generated pattern consisting of translucent areas exists where the non-transparent layer is interrupted. The For example, patterns can consist of equidistant stripes consist. It can also consist of letters, numbers or other characters exist as for eye tests be used.

Das Testobjekt wird mit monochromatischem oder polychromatischem (weißem) Licht einer Lichtquelle L durchstrahlt. Bevorzugt wird für die Lichtquelle L ein Leuchtdiodenchip verwendet.The Test object is with monochromatic or polychromatic (white) light a light source L is irradiated. It is preferred for the light source L uses a light-emitting diode chip.

Die Position des Testobjekts muß auf der optischen Achse gemeinsam mit der Lichtquelle meßbar verschieblich sein, beispielsweise mittels einer Mikrometerschraube, um unterschiedliche Augenlängen simulieren zu können. Anstelle der Mikrometerschraube können auch elektronische Positionier- und Meßmittel verwendet werden.The Position of the test object must be on the optical axis measurably displaceable together with the light source be, for example by means of a micrometer screw to different eye lengths to be able to simulate. Instead of the micrometer screw, electronic positioning and measuring means be used.

Beim Verschieben des Testobjekts auf der optischen Achse darf keine Flüssigkeit aus dem Inneren des Modellauges austreten. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Platte P über einen Faltenbalg B, der aus einem gummiartigen Material besteht, mit der Wanne des Modellauges verbunden ist.At the Moving the test object on the optical axis must not cause any liquid emerge from inside the model eye. This can be, for example be achieved by the plate P via a bellows B, the made of a rubber-like material, with the trough of the model eye connected is.

In einem Abstand, der groß gegenüber den Dimensionen des Modellauges ist, beispielsweise 50cm, befindet sich vor diesem ein elektronischer Detektor D, beispielsweise ein CCD. Das von ihm aufgenommene Bild kann auf einem Videoschirm dargestellt und/oder mit softwaretechnischem Mitteln analysiert werden. Als Kriterium der Scharfeinstellung kann beispielsweise der Helligkeitsgradient senkrecht zu einer Kante verwendet werden, die einen hellen von einem dunklen Bildteil trennt. Für Serienmessungen kann es sinvoll sein, die Position der Platte P relativ zur IOL konstant zu halten. In diesem Fall muß auch der Detektor D auf der optischen Achse meßbar verschieblich sein. Vorteilhafterweise kann die Verschiebung des Detektors D durch einen elektromotorischen Antrieb erfolgen, der von einem Computer gesteuert wird. Durch iteratives Verschieben und Auswerten des Bildes kann dann der gesamte Vorgang automatisiert werden.At a distance which is large in relation to the dimensions of the model eye, for example 50 cm, an electronic detector D, for example a CCD, is located in front of it. The image taken by him can be displayed on a video screen and / or analyzed by software means. As a criterion of the focus, for example, the gradient of brightness perpendicular to an edge can be used, which separates a bright from a dark part of the image. For serial measurements, it may be useful to keep the position of the disk P constant relative to the IOL. In this case also the detector D must be measurably displaceable on the optical axis. Advantageously, the displacement of the detector D can be effected by an electric motor drive, which is controlled by a computer. By iterative shift and evaluating the image then the entire process can be automated.

Sollen als Option auch astigmatische IOL vermessen werden, so kann die wirksame Zylinderstärke und Zylinderachse dieser IOL im Auge dadurch überprüft werden, daß man ein Zylinderglas in der Sollstärke und -Orientierung der Brillenkorrektur in der Brillenebene vorsetzt. Vorteilhafterweise kann hierfür ein Paar Stokeslinsen S verwendet werden, da dessen resultierende sphärische Brechkraft null ist.Should as an option also astigmatic IOLs can be measured, so the effective cylinder thickness and cylinder axis of this IOL in the eye to be checked by one Cylinder glass in the desired thickness and -orientation of eyeglass correction at the eyeglass level. Advantageously, this can be done a pair of Stokes lens S are used as the resulting spherical Refractive power is zero.

Zur Vermessung von bi- oder multifokalen IOL kann anstelle der Zylinderlinsen eine Linse mit negativer Brechkraft in der Brillenebene zur Simulation der Naheinstellung vorgesetzt werden.to Measurement of bi or multifocal IOL can be used instead of cylindrical lenses a lens with negative refractive power in the eyeglass plane for simulation the Nahheinstellung be pre-set.

Um den Einfluß von Dezentrierung und Verkippung der IOL zu untersuchen, kann eine relativ zur optischen Achse meßbar verschiebbare und/oder verkippbare Aufnahme für die IOL vorgesehen sein.Around the influence of Decentration and tilting of the IOL may be a relative issue measurable to the optical axis slidable and / or tiltable receptacle may be provided for the IOL.

Claims

Test device for intraocular lenses, consisting out - one with a liquid fillable tub, - one located inside this tub, connected to the tub Recording for the intraocular lens to be tested, - a transilluminated test object inside the tub with an associated light source on the optical axis of the intraocular lens relative to this measurably shifted can be, - one located on the optical axis of the intraocular lens further Lens that closes the tub to the air space, which is relative to the intraocular lens on the opposite of the test object Page is located, - one located on the optical axis of the intraocular lens outside the tub Detector for capturing the image of the test object, generated by the Intraocular lens and said additional lens imaged on it becomes, - one such geometrical arrangement of said components to one another, that the Distance between the test object and intraocular lens in the area of the Distance between retina center and intraocular lens in human Eye lies, and that the Distance between the intraocular lens and the apex of the air side said additional lens in the region of the distance between the intraocular lens and corneal vertex lies in the human eye.

Test device for Intraocular lenses according to claim 1, characterized in that an optically transparent Plate is provided, which closes the tub to the air space, and the on the to the liquid pointing side as said test object has an optical pattern, which is irradiated by a light source located on the to Air-facing side of the plate is located.

Test device for Intraocular lenses according to claim 1, characterized in that said Detector can be moved measurably on the optical axis.

Test device for Intraocular lenses according to claim 1, characterized in that as the light source a light-emitting diode is used.

Test device for Intraocular lenses according to claim 1, characterized in that the Tub to the airspace final Lens as a hollow spherical segment with a wall thickness in the range of 0.1-1.0mm and a Vertexradius in the range of 6-10mm, or from the Segment of a hollow asphere in the same wall thickness and vertex radius area.

Test device for Intraocular lenses according to claim 1, characterized in that the detector with connected to a computer in which a program for analyzing the taken picture.

Test device for Intraocular lenses according to claim 1, characterized in that electronic Positioning and measuring means for moving the test object on the optical axis are present.

Test device for Intraocular lenses according to claim 1, characterized in that electronic Positioning and measuring means for moving the detector on the optical axis are present.

Test device for Intraocular lenses according to claim 1, characterized in that in addition individual or cylindrical lenses connected to a pair of Stokes lenses optical axis between tub and detector can be set.

Test device for intraocular lenses according to claim 1, characterized in that additional spherical lenses be placed on the optical axis between tub and detector can.

Test device for intraocular lenses according to claim 1, characterized in that the Recording for the intraocular lens moved measurably perpendicular to the optical axis and / or measurable relative to it can be tilted.