DE102017129951B3

DE102017129951B3 - Apparatus for ophthalmic gaze fixation for patients with any visual acuity

Info

Publication number: DE102017129951B3
Application number: DE102017129951.3A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Spahr; Dierck Hillmann; Gereon Hüttmann; Peter Koch; Helge SUDKAMP
Original assignee: Medizinisches Laserzentrum Luebeck GmbH; Thorlabs GmbH
Current assignee: Visotec GmbH
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: WO2019115707A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine ein Fixierlicht aussendende Vorrichtung, wobei das Fixierlicht von einem Beobachterauge angepeilt werden kann, um die Blickrichtung des Auges zu fixieren. Die Fixierlicht-Vorrichtung umfasst ein Hohlzylinder-Axicon mit einer optischen Achse, eine Punktlichtquelle für sichtbares Licht, wobei die Punktlichtquelle auf der optischen Achse vor dem Hohlzylinder-Axicon angeordnet ist, eine Linse, die auf der optischen Achse hinter dem Hohlzylinder-Axicon angeordnet ist, und eine Kernlichtblende, die zwischen der Punktlichtquelle und dem Hohlzylinder-Axicon angeordnet ist. Die Anordnung der Punktlichtquelle und des Hohlzylinder-Axicons bestimmt die Lage einer Fokusstrecke, und ein Punkt aus dem Mittenbereich der Fokusstrecke liegt in der vorderen Brennebene der Linse.

The invention relates to a fixing light emitting device, wherein the fixing light can be targeted by an observer's eye to fix the line of sight of the eye. The fixation light device comprises a hollow cylinder axicon having an optical axis, a point light source for visible light, wherein the point light source is disposed on the optical axis in front of the hollow cylinder axicon, a lens disposed on the optical axis behind the hollow cylinder axicon , and a lens hood disposed between the point light source and the hollow cylinder axicon. The arrangement of the point light source and the hollow cylinder axicon determines the position of a focus distance, and a point of the center area of the focus distance is located in the front focal plane of the lens.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine ein Fixierlicht aussendende Vorrichtung, wobei das Fixierlicht von einem Beobachterauge angepeilt werden kann, um die Blickrichtung des Auges zu fixieren.The invention relates to a fixing light emitting device, wherein the fixing light can be targeted by an observer's eye to fix the line of sight of the eye.

Technischer HintergrundTechnical background

Fixierlichter sind dazu vorgesehen, einem Patienten einen Zielpunkt, auch kurz als Target bezeichnet, vorzugeben, auf den er die Blickrichtung seines zu behandelndes Auge fixieren soll, um während einer Behandlungsdauer die Ausrichtung und Akkommodation des Auges möglichst konstant zu halten. Im Stand der Technik bekannte Fixierlicht-Vorrichtungen sind für gewöhnlich darauf ausgelegt, dem Patienten die scharfe Wahrnehmung des Targets zu ermöglichen, und weisen dazu optische Komponenten zum Ausgleich einer etwaig beim Patienten vorliegenden Fehlsichtigkeit auf.Fixing lights are intended to give a patient a target point, also referred to as target for short, on which he should fix the viewing direction of his eye to be treated in order to keep the orientation and accommodation of the eye as constant as possible during a treatment period. Fixing light devices known in the art are usually designed to enable the patient to perceive the target sharply, and to this end have optical components to compensate for any defective vision that may be present in the patient.

Beispielsweise ist in der DE 10 2014 004 248 A1 eine Fixierlicht-Vorrichtung beschrieben, die zur Kompensation von Abbildungsfehlern niedriger Ordnung des Patientenauges ausgebildet ist. Sie soll neben einem Defokus auch einen Astigmatismus kompensieren.For example, in the DE 10 2014 004 248 A1 a fixation light device is described which is designed to compensate for low-order aberrations of the patient's eye. It should compensate for a defocus and an astigmatism.

Optische Komponenten zur Korrektur von Abbildungsfehlern sind grundsätzlich hochpräzise gefertigt und daher kostspielig. Überdies müssen sie für ihren Anwendungszweck korrekt angeordnet und wiederholt genau justiert werden, was oft geschultes Personal erfordert.Optical components for correcting aberrations are generally manufactured with high precision and therefore costly. Moreover, they must be correctly arranged and repeatedly accurately adjusted for their intended use, often requiring trained personnel.

Dank der modernen Datenkommunikationsinfrastruktur in den Industrieländern besteht seit einiger Zeit ein Trend hin zur Telemedizin. Diese kann u.a. gerade älteren Mitmenschen zugutekommen, die durch verschiedene altersbedingte Krankheitsbilder nur mühsam regelmäßige Arztbesuche - etwa zur Verlaufskontrolle einer Therapie - wahrnehmen können.Thanks to the modern data communication infrastructure in the industrialized countries, there has been a trend towards telemedicine for some time. This can u.a. especially benefit elderly people who can only with difficulty due to various age-related diseases regular visits to the doctor - for example, to monitor the progress of a therapy.

Beispielsweise führt die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) unbehandelt zu persistentem Visusverlust bis hin zur völligen Erblindung. Sie ist unheilbar, kann aber durch Verabreichung von Medikamenten zumindest zeitweise aufgehalten werden. Solche Medikamente sind sehr teuer und müssen wiederholt in patientenabhängigen Zeitabständen gegeben werden. Eine engmaschige Verlaufsbeobachtung der Therapie ist deshalb sehr wichtig und erfordert derzeit die häufige Untersuchung der Retina durch einen Arzt. Wünschenswert ist daher ein Telemedizin-Ansatz in Verbindung mit einem durch den Patienten grundsätzlich selbst nutzbaren OCT-Gerät für den häuslichen Gebrauch.For example, age-related macular degeneration (AMD), if untreated, leads to persistent loss of vision, leading to complete blindness. It is incurable, but it can be stopped by medication at least temporarily. Such medicines are very expensive and must be given repeatedly at patient-dependent intervals. A close monitoring of the therapy is therefore very important and currently requires the frequent examination of the retina by a doctor. It is therefore desirable to use a telemedicine approach in conjunction with a home-use OCT device that is basically self-usable by the patient.

Die DE 10 2015 113 465 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ablichtung von inneren Schnittbildern der Retina, das u.a. darauf ausgelegt ist, mit relativ preisgünstigen Komponenten auszukommen, so dass eine entsprechende Messvorrichtung einem Patienten zu Hause über längere Zeit zur Verfügung stehen kann, weil er sie günstig kaufen oder mieten kann. Überdies soll die Nutzung auch für ungeschultes Personal, ggf. durch den Patienten allein möglich sein. Die mit dem Verfahren der DE 10 2015 113 465 A1 gewonnenen elektronischen Messdaten werden dann via Internet dem Arzt geschickt, der sie wiederum - anonymisiert - an Dienstleister weiterleitet, die die Datensätze in für den Arzt interpretierbare Darstellungen umrechnen.The DE 10 2015 113 465 A1 describes a method for the illumination of internal retinal images, which among other things is designed to work with relatively inexpensive components, so that a corresponding measuring device can be available to a patient at home for a long time because he can buy cheap or rent them. Moreover, the use should also be possible for untrained personnel, possibly by the patient alone. The with the method of DE 10 2015 113 465 A1 The electronic measurement data obtained are then sent via the Internet to the doctor, who in turn - anonymously - forwards them to service providers who convert the data sets into representations that can be interpreted by the doctor.

Das vorgenannte Verfahren zur Ablichtung der Retina profitiert erheblich von einem Fixierlicht, das die Augenbewegungen des Patienten während der Datenerfassung zu vermeiden hilft. Speziell die Augen älterer Patienten mit retinalen Erkrankungen weisen jedoch üblich auch Abbildungsfehler auf, die dem Patienten das scharfe Sehen des Targets erschweren.The aforementioned procedure for the illumination of the retina benefits considerably from a fixation light, which helps to avoid the eye movements of the patient during the data acquisition. However, especially the eyes of elderly patients with retinal diseases usually have aberrations that make it difficult for the patient to see the target clearly.

Im Sinne des Konzepts eines günstigen Hausgerätes für Retina-Scans ist es wünschenswert, sowohl auf eine vom Patienten oder von seinen Helfern zu justierenden Linsenoptik zum Scharfstellen des Targets zu verzichten als auch auf eine eigens für den Patienten anzufertigende Hilfsoptik.Within the meaning of the concept of a low-cost home appliance for retinal scans, it is desirable to dispense with a lens optics to be adjusted by the patient or his helpers for focusing the target as well as an auxiliary optics to be specially prepared for the patient.

Abbildungsfehler des Patientenauges stellen auch für die Datenerfassung - etwa vom Augenhintergrund - eine Problematik dar, wenn die Aberrationen nicht genau bekannt sind. Jedoch ermöglicht die heutige Computer-Technologie durchaus, auf die Aberrationen des Patientenauges auch im Nachhinein aus den erfassten Messdaten zu schließen und diese elektronisch zu kompensieren, sofern neben den Amplituden auch die Phasen des von der Retina gestreuten Objektwellenfeldes aufgezeichnet worden sind. Die Phasenaufzeichnung kann grundsätzlich mit den Mitteln der Interferometrie gelingen, die etwa bei der Digitalen Holographie (DH) oder der Optischen Kohärenztomographie (OCT) zur Anwendung kommt.Imaging errors of the patient's eye are also a problem for data acquisition - for example, from the fundus of the eye - if the aberrations are not exactly known. However, today's computer technology makes it possible to infer the aberrations of the patient's eye, even retrospectively, from the acquired measurement data and to compensate them electronically, provided that not only the amplitudes but also the phases of the object wave field scattered by the retina have been recorded. The phase recording can basically succeed with the means of interferometry, which is used for example in digital holography (DH) or optical coherence tomography (OCT).

Aus der Arbeit von Hillmann, D. et al., „Aberration-free volumetric high-speed imaging of in vivo retina“, Sei. Rep. 6, 35209; doi: 10.1038/srep35209 (2016) sind ein numerisches Kompensationsverfahren und die damit erzielbaren Ergebnisse ersichtlich, welche auf Messungen mit einer Vorrichtung nach dem Prinzip der Full-Field Swept-Source OCT basieren. Das Verfahren der DE 10 2015 113 465 A1 ist damit verwandt und kann als Off-Axis Full-Field Time-Domain OCT bezeichnet werden. Es verwendet anstelle eines durchstimmbaren Lasers eine breitbandige Lichtquelle und einen beweglichen Referenzspiegel zur Realisierung eines Kohärenz-Gatings für die Tiefenauflösung. Die Arbeit von Hillmann et al. betont auch die Wichtigkeit der Phasenstabilität der Retinamessung, die durch Bewegungen der Retina empfindlich gestört werden kann. Erst recht sind Blickrichtungsänderungen während einer Messung störend und sollten vermieden werden.From the work of Hillman, D. et al., "Aberration-free volumetric high-speed imaging of in vivo retina", Sei. Rep. 6, 35209; doi: 10.1038 / srep35209 (2016), a numerical compensation method and the achievable results are evident, which are based on measurements with a device based on the principle of full-field swept-source OCT. The procedure of DE 10 2015 113 465 A1 is related to this and can be referred to as Off-Axis Full-Field Time Domain OCT. It uses instead of a tunable laser, a broadband light source and a movable reference mirror for realizing a coherence gating for the depth resolution. The work of Hillmann et al. also stresses the importance of the phase stability of retinal measurement, which can be severely disturbed by movements of the retina. More importantly, changes of sight during a measurement are annoying and should be avoided.

Wegen der Möglichkeit der numerischen Aberrationskorrektur kann für die Datenaufnahme prinzipiell auf eine optomechanische Korrektur der individuellen Abbildungsfehler verzichtet werden. Bei Verwendung einer Fixierlicht-Vorrichtung nach dem Stand der Technik wäre die Korrektur jedoch trotzdem notwendig, damit der Patient das Fixierlicht scharf sehen kann und die Daten jeweils von der richtigen Position auf der Retina aufgenommen werden.Because of the possibility of numerical aberration correction, an opto-mechanical correction of the individual aberrations can in principle be dispensed with for data acquisition. However, when using a prior art fixation light device, the correction would nevertheless be necessary to allow the patient to see the fixation light sharply and to record the data from the correct position on the retina.

Aus dem Artikel vom McLeod, „The Axicon: A New Type of Optical Element“, J, Opt. Soc. Am., Vol. 44, Nr.8, S. 592 ff , ist die Definition eines Axicons als ein optisches Element in Gestalt eines Rotationskörpers zu entnehmen, welches die Eigenschaft besitzt, dass ein einzelner Punkt auf seiner Rotationsachse - auch: optische Achse - in einen Bereich von Punkten auf derselben Achse abgebildet wird. Dieser Bereich ist eine endliche Strecke, die hier Fokusstrecke genannt werden soll. Heutzutage wird unter einem Axicon gängig eine kegelförmig geschliffene Linse verstanden, die als optische Präzisionskomponente angefertigt wird und entsprechend teuer ist. McLeod präsentiert aber auch andere Varianten der Realisierung eines Axicons: Zu den apparativ einfachsten zählt dabei das Hohlzylinder-Axicon (dort zu sehen in 8 links oben), das so ausgebildet ist, dass Licht im Innern des Zylinders frei propagieren kann, während es an der Innenfläche des Zylindermantels reflektiert wird. Der Licht reflektierende Zylindermantel kann im einfachsten Fall durch einen auf seiner Innenfläche verspiegelten, offenen Hohlzylinder - ein Rohr - aus einem beliebigen starren Material gebildet werden. Alternativ kann auch ein zylindrischer Körper aus einem optisch transparenten Vollmaterial, z.B. Glas, den reflektierenden Zylindermantel bereitstellen. In diesem Fall kann der Zylindermantel zwar ebenfalls verspiegelt sein, aber es kann bereits ausreichen, die Totalreflexion des im Glaskörper geführten Lichts zu nutzen. Beide Ausgestaltungen sollen von der Bezeichnung Hohlzylinder-Axicon umfasst sein.From the article of McLeod, "The Axicon: A New Type of Optical Element," J, Opt. Soc. Am., Vol. 44, No. 8, p. 592 ff , the definition of an axicon is to be taken as an optical element in the form of a body of revolution, which has the property that a single point on its axis of rotation - also: optical axis - is imaged into a range of points on the same axis. This area is a finite distance, which is called here Fokusstrecke. Nowadays, an axicon is commonly understood to mean a conically ground lens which is manufactured as a precision optical component and is correspondingly expensive. But McLeod also presents other variants of the realization of an axicon: Among the simplest in terms of apparatus, the hollow-cylinder axicon (to be seen there) is one of them 8th top left), which is designed so that light inside the cylinder can freely propagate while it is reflected on the inner surface of the cylinder jacket. In the simplest case, the light-reflecting cylinder jacket can be formed from an arbitrarily rigid material by means of an open hollow cylinder - a pipe - mirrored on its inner surface. Alternatively, a cylindrical body made of an optically transparent solid material, for example glass, can also provide the reflective cylinder jacket. In this case, although the cylinder jacket can also be mirrored, but it may already be sufficient to use the total reflection of the light guided in the glass body. Both embodiments should be encompassed by the term hollow cylinder axicon.

DE 19726291 A1 bezieht sich auf eine keratometrische Anordnung. Das Dokument beschreibt eine keratometrische Anordnung, bei der Beleuchtungsstrahlen parallelen Lichtes unter Verwendung eines Axicon auf die Cornea gerichtet sind und eine Abbildung der von der Cornea reflektierten Beleuchtungsstrahlung auf eine photoelektrische Empfängeranordnung erfolgt. Das Axicon ist dabei als kreisrundes Gitter mit definierter Gitterkonstante ausgebildet, die durch Beugung den einfallenden Beleuchtungsstrahlengang um einen definierten Winkel ablenkt. Das Axicon wird als reflektierendes Element ausgebildet, das eine zu einem Zylinder- oder einem Kegelmantel gekrümmte Spiegelfläche aufweist, wobei die Spiegelfläche so angeordnet ist, dass ihre Krümmungsmittenachse mit der Drehachse der drehbaren optischen Einheit deckungsgleich ist. DE 19726291 A1 refers to a keratometric arrangement. The document describes a keratometric arrangement in which illumination beams of parallel light are directed onto the cornea using an axicon and an image of the illumination radiation reflected by the cornea is applied to a photoelectric receiver arrangement. The axicon is designed as a circular grid with a defined lattice constant, which deflects the incident illumination beam path by a defined angle by diffraction. The axicon is formed as a reflective element having a curved to a cylindrical or a conical surface mirror surface, wherein the mirror surface is arranged so that its center axis of curvature with the axis of rotation of the rotary optical unit is congruent.

DE 10 2011 102355 A1 betrifft ein System zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung des Spiegelbildes eines räumlich verteilten Ringmusters. Das System besteht aus einem Element zur Erzeugung eines Ringmusters, einer Beleuchtungseinheit, einer Bildaufnahmeeinheit und einer Steuer- und Auswerteeinheit. Dabei ist das Element zur Erzeugung von Ringen ähnlich zu Placidoscheiben ein gefresneltes Axicon mit ringförmigen Strukturen unterschiedlicher Radien. Des Weiteren sind zwischen der Beleuchtungseinheit und dem gefresneltes Axicon ein optisches Element zur vollflächigen Beleuchtung des gefresneltes Axicons mit ebenen Wellen und ein optisches Element zur Trennung von Beleuchtungs- und Detektionsstrahlengang angeordnet. Außerdem ist die aus einem Abbildungssystem und einem Bildsensor bestehende Bildaufnahmeeinheit für eine telezentrische, entfernungsunabhängige Bilderfassung ausgebildet. DE 10 2011 102355 A1 relates to a system for determining the surface shape of the cornea of an eye by evaluating the mirror image of a spatially distributed ring pattern. The system consists of an element for generating a ring pattern, a lighting unit, an image pickup unit and a control and evaluation unit. In this case, the element for producing rings similar to Placidoscheiben a gefresneltes axicon with annular structures of different radii. Furthermore, an optical element for full-surface illumination of the focussed axicon with plane waves and an optical element for separating the illumination and detection beam path are arranged between the illumination unit and the focussed axicon. In addition, the image pickup unit consisting of an imaging system and an image sensor is designed for telecentric, distance-independent image acquisition.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Fixierlicht-Vorrichtung vorzuschlagen, die unabhängig von der Sehschärfe des Beobachters bzw. Patienten von diesem scharf wahrnehmbar ist. Gleichzeitig ist es wünschenswert, das möglichst wenige und möglichst kostengünstige optische Komponenten in der Fixierlicht-Vorrichtung verbaut werden, so dass die Fixierlicht-Vorrichtung auch kostengünstig herstellbar ist.It is an object of the invention to propose a fixation light device which is sharply perceptible independently of the visual acuity of the observer or patient. At the same time, it is desirable that the fewest possible and most cost-effective optical components are installed in the fixation light device, so that the fixation light device can also be produced inexpensively.

Die Grundidee der Erfindung besteht darin, die Punktlichtquelle mit Hilfe eines Axicons, insbesondere eines Hohlzylinder-Axicons, virtuell entlang der optischen Achse, die zugleich die beabsichtigte Blickrichtung des Beobachters ist, zu „verschmieren“. Auf diese Weise soll der Beobachter immer einen scharfen Punkt erkennen können, unabhängig davon, welche Abstände sein Auge scharf zu fokussieren vermag.The basic idea of the invention is to "smear" the point light source with the help of an axicon, in particular a hollow cylinder axicon, virtually along the optical axis, which is also the intended viewing direction of the observer. In this way, the observer should always be able to recognize a sharp point, regardless of which distances his eye is able to sharply focus.

Es ist entsprechend dieser Grundidee auch möglich, dass ein Fixierlicht mit anderen Varianten eines Axicons realisierbar ist, z.B. mit einem üblichen Kegellinsen-Axicon.It is also possible according to this basic idea that a fixing light can be realized with other variants of an axicon, e.g. with a standard cone-lens axicon.

Eine besonders kostengünstige Realisierung der Fixierlicht-Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verwendet ein Hohlzylinder-Axicon. Innen spiegelnde (z.B. metallische) Rohre und transparente Zylinder (z.B. aus Glas) sind als Massenware erhältlich und können mit wenig Aufbereitung in der Fixierlicht-Vorrichtung verwendet werden.A particularly cost-effective implementation of the fixation light device according to an exemplary embodiment uses a hollow cylinder Axicon. Inside reflective (eg metallic) tubes and transparent cylinders (eg made of glass) are available as mass-produced goods and can be used with little preparation in the fixation light device.

Erfindungsgemäß umfasst die Fixierlicht-Vorrichtung ein Hohlzylinder-Axicon mit einer optischen Achse, eine Punktlichtquelle für sichtbares Licht angeordnet auf der optischen Achse vor dem Hohlzylinder-Axicon, einer Linse angeordnet auf der optischen Achse hinter dem Hohlzylinder-Axicon und einer Kernlichtblende angeordnet zwischen Punktlichtquelle und Hohlzylinder-Axicon. Die Anordnung aus der Punktlichtquelle und dem Hohlzylinder-Axicon bestimmt die Lage einer Fokusstrecke. Ein Punkt aus dem Mittenbereich der Fokusstrecke liegt dabei in der vorderen Brennebene der Linse.According to the invention, the fixation light device comprises a hollow cylinder axicon with an optical axis, a point light source for visible light arranged on the optical axis in front of the hollow cylinder axicon, a lens disposed on the optical axis behind the hollow cylinder axicon and a Kernlichtblende arranged between point light source and hollow cylinder axicon. The arrangement of the point light source and the hollow cylinder axicon determines the position of a focus distance. A point from the center region of the focus distance lies in the front focal plane of the lens.

Die Abstände und Durchmesser der Komponenten Punktlichtquelle, des Hohlzylinder-Axicons und der Blende können dabei so konfiguriert sein, dass der Beobachter ausschließlich Licht wahrnehmen kann, das genau einmal an der Innenfläche des Zylindermantels des Hohlzylinder-Axicons reflektiert wird. Die Fokusstrecke weist im Fall der genau einmaligen Reflexion im Hohlzylinder-Axicon eine Länge auf, die der doppelten Höhe des Zylindermantels des Axicons entspricht. Die Positionen der Endpunkte der Fokusstrecke sind dabei besonders einfach zu bestimmen, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird.The distances and diameters of the components point light source, the hollow cylinder axicon and the diaphragm can be configured so that the observer can only perceive light that is reflected exactly once on the inner surface of the cylinder shell of the hollow cylinder axicon. In the case of exactly one-time reflection in the hollow cylinder axicon, the focus distance has a length which corresponds to twice the height of the cylinder jacket of the axicon. The positions of the end points of the focus distance are particularly easy to determine, as will be explained in more detail below.

Im Folgenden ist mit der Kurzform „Axicon“ immer ein Hohlzylinder-Axicon gemeint.In the following, the short form "Axicon" always means a hollow cylinder axicon.

Es ist weiter vorteilhaft, das Licht der Punktquelle, das nicht in das Innere des Zylindermantels des Axicons gelangt, auszublenden. Dies kann durch ein die Punktlichtquelle umgebendes Gehäuse mit einer absorbierenden Innenbeschichtung und nur einer Austrittsöffnung erfolgen. Die Austrittsöffnung ist dabei so angeordnet, dass das Licht in Richtung der Längsachse des Axicons (und optischen Achse der Vorrichtung) austritt. Ebenfalls ist es von Vorteil, Licht, das den Zylindermantel des Axicons annähernd parallel zu seiner Längsachse (und der optischen Achse) innen durchquert, ohne auf ihn zu treffen und dabei reflektiert zu werden, ausgeblendet wird. Dieses Licht wird nachfolgend als Kernlicht bezeichnet. Die Kernlichtblende der Fixierlicht-Vorrichtung ist auf der optischen Achse der Fixierlicht-Vorrichtung angeordnet und rotationssymmetrisch dazu ausgebildet. Ihre genaue Größe und ihr Abstand zum Hohlzylinder-Axicon ergeben sich unter Berücksichtigung sowohl des Abstandes der Punktlichtquelle zum Zylindermantel als auch des Zylinderdurchmessers in an sich bekannter Weise aus ihrer Zweckbestimmung. Die Kernlichtblende kann dabei auch unmittelbar vor bzw. direkt auf dem Axicon angeordnet werden. Die Kernlichtblende kann insofern vorteilhaft ein integraler Bestandteil einer optischen Komponente sein, die auch das Axicon umfasst.It is also advantageous to hide the light from the point source, which does not reach the inside of the cylinder jacket of the axicon. This can be done by a surrounding the point light source housing with an absorbent inner coating and only one outlet opening. The outlet opening is arranged so that the light emerges in the direction of the longitudinal axis of the axicon (and optical axis of the device). It is also advantageous to omit light which traverses the cylinder surface of the axicon approximately parallel to its longitudinal axis (and the optical axis) without hitting it and thereby being reflected. This light is referred to below as the core light. The Kernlichtblende the Fixierlicht device is arranged on the optical axis of the Fixierlicht device and formed rotationally symmetrical thereto. Their exact size and their distance from the hollow cylinder axicon result in consideration of both the distance of the point light source to the cylinder jacket and the cylinder diameter in a conventional manner from its purpose. The Kernlichtblende can also be placed directly in front of or directly on the axicon. The core lens hood can advantageously be an integral part of an optical component, which also includes the axicon.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kernlichtblende mittig auf einer Zylinderdeckfläche des Axicons angeordnet. Sie kann auch bei einem Hohlzylinder auf einer Deckfläche mittig angeordnet werden, beispielsweise, indem sie von Drähten gehalten wird, die mit dem Zylindermantel verbunden sind, oder indem sie ausgebildet ist als lichtundurchlässige Beschichtung im Zentrum eines transparenten Fensters, das die Deckfläche bildet.In a preferred embodiment, the Kernlichtbrende is arranged centrally on a cylinder top surface of the axicon. It may also be centered on a top surface of a hollow cylinder, for example by being held by wires connected to the cylinder jacket or by being formed as an opaque coating in the center of a transparent window forming the top surface.

Das Hohlzylinder-Axicon ist von zylindrischer Form und weist insofern Zylinderdeckflächen auf. Das Axicon wird nachfolgend auch als „Zylinder“ bezeichnet. Analog zur üblichen „Linse mit vorderer und hinterer Brennebene“ bezeichnet die „vordere Deckfläche“ des Zylinders die der Lichtquelle näher liegende Zylinderdeckfläche des Hohlzylinders. Die vordere Deckfläche trägt vorzugsweise die Kernlichtblende. Die Begriffe „Höhe“ und „Länge“ des Zylinders werden im Weiteren synonym verwendet.The hollow cylinder axicon is cylindrical in shape and thus has cylinder top surfaces. The axicon is also referred to below as "cylinder". Analogous to the usual "lens with front and rear focal plane", the "front cover surface" of the cylinder denotes the cylinder cover surface of the hollow cylinder closer to the light source. The front cover surface preferably carries the Kernlichtblende. The terms "height" and "length" of the cylinder are used interchangeably below.

Die Punktlichtquelle weist einen vorbestimmten Abstand zur vorderen Deckfläche des Zylinders auf. Dieser Abstand bestimmt - zusammen mit dem Durchmesser des Zylinders - den Anteil der von der Punktlichtquelle emittierten Strahlungsleistung, die als Fixierlicht nutzbar ist. Je größer dieser Abstand bei konstantem Zylinderdurchmesser ist, desto dunkler erscheint das Fixierlicht.The point light source has a predetermined distance to the front top surface of the cylinder. This distance determines - together with the diameter of the cylinder - the proportion of the radiation power emitted by the point light source, which can be used as a fixing light. The larger this distance with constant cylinder diameter, the darker the fixation light appears.

Alle Mehrfachreflexionen von Licht der Punktlichtquelle im Innern des Zylinders sind ausgeschlossen, wenn der Abstand der Punktlichtquelle zur vorderen Deckfläche des Zylinders größer ist als die halbe Zylinderlänge. Dies gilt immer ungeachtet des Zylinderdurchmessers. Es ist somit sehr einfach zu erreichen, dass das Licht genau einmal an der Innenfläche des Zylindermantels reflektiert wird, wenn man zusätzlich eine Kernlichtblende zwischen der Punktlichtquelle und dem Axicon anordnet.All multiple reflections of light from the point light source inside the cylinder are excluded if the distance of the point light source to the front surface of the cylinder is greater than half the cylinder length. This always applies regardless of the cylinder diameter. It is thus very easy to achieve that the light is reflected exactly once on the inner surface of the cylinder jacket, in addition, when arranging a Kernlichtblende between the point light source and the axicon.

Der Fall der genau einmaligen Reflexion ist besonders anschaulich und soll von hier ab zur weiteren Erläuterung dienen.The case of exactly one-time reflection is particularly vivid and should serve from here on for further explanation.

Der Abstand der Punktlichtquelle zur vorderen Deckfläche bestimmt die Lage der Fokusstrecke auf der optischen Achse, denn die Mitte der Fokusstrecke besitzt denselben Abstand zur hinteren Deckfläche des Zylinders, und ihre Länge hängt nur von der Zylinderlänge ab.The distance of the point light source to the front cover surface determines the position of the focus distance on the optical axis, because the center of the focus distance is the same distance to the rear top surface of the cylinder, and their length depends only on the cylinder length.

Das einmal im Zylinder gespiegelte Licht tritt durch die hintere Deckfläche hindurch und konvergiert in irgendeinem Punkt der Fokusstrecke. In jedem einzelnen Punkt der Fokusstrecke konvergiert dabei nur ein - jeweils gleich großer - Anteil des Lichts. Die in einem Punkt der Fokusstrecke zusammenlaufenden und hiernach wieder auseinanderlaufenden Lichtstrahlen weisen einen Winkel gegen die optische Achse auf, der von der Lage des Punkts auf der Fokusstrecke abhängt. Der Winkel nimmt vom vorderen zum hinteren Endpunkt der Fokusstrecke stetig ab.The once-in-cylinder reflected light passes through the rear deck surface and converges at some point on the focus path. In every single point of the focus distance converges only one - the same amount - of light. The light rays converging at one point of the focal length and then diverging thereafter have an angle against the optical axis which depends on the position of the spot on the focus distance. The angle steadily decreases from the front to the rear end of the focus range.

Ein Punkt im Mittenbereich der Fokusstrecke weist somit einen mittleren Öffnungswinkel der von ihm ausgehenden Lichtstrahlen auf. Liegt dieser Punkt in der vorderen Brennebene einer auf der optischen Achse angeordneten Linse, dann werden die von ihm ausgehenden Strahlen von der Linse gerade kollimiert. Die Brennebene verläuft dabei senkrecht zur optischen Achse und somit auch zur Fokusstrecke. Alle anderen Punkte der Fokusstrecke liegen folglich vor oder hinter der vorderen Brennebene. Die von diesen Punkten ausgehenden Lichtstrahlen werden durch dieselbe Linse zu konvergenten oder divergenten Strahlenbündeln gebrochen. Somit ergibt sich hinter der Linse ein Bereich, in dem neben dem kollimierten Lichtanteil auch zugleich graduell unterschiedlich stark konvergente und divergente Lichtanteile vorliegen.A point in the center region of the focus path thus has a mean aperture angle of the light rays emanating from it. If this point lies in the front focal plane of a lens arranged on the optical axis, then the rays emanating from it are just collimated by the lens. The focal plane is perpendicular to the optical axis and thus also to the focus range. All other points of the focus distance are therefore in front of or behind the front focal plane. The light rays emanating from these points are refracted by the same lens into convergent or divergent beams. This results in an area behind the lens in which, in addition to the collimated light component, there are also gradually different degrees of convergent and divergent light components.

Platziert man in diesem Bereich das Auge eines Beobachters mit a priori unbekannter Brechkraft, so kann das Auge irgendeinen der angebotenen Lichtanteile gerade so brechen, dass ein scharfes punktuelles Helligkeitsmaximum auf die Retina des Beobachters projiziert wird. Ähnlich wie bei einer multifokalen Intraokularlinse werden die unscharfen Anteile über eine größere Fläche der Retina verteilt, wobei ihre Intensität quadratisch mit dem Flächendurchmesser abnimmt. Deshalb erzeugen die unscharfen Anteile einen homogenen Untergrund für das viel hellere Intensitätsmaximum des fokussierten Anteils.If one places the eye of an observer with a priori unknown refractive power in this area, the eye can just break any of the offered light proportions in such a way that a sharp punctual brightness maximum is projected onto the retina of the observer. Similar to a multifocal intraocular lens, the fuzzy portions are distributed over a larger area of the retina, with their intensity decreasing quadratically with the area diameter. Therefore, the fuzzy portions create a homogeneous background for the much brighter intensity maximum of the focused portion.

Figurenlistelist of figures

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur und eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt:

1 eine Skizze des Strahlengangs zur Bildung einer Fokusstrecke auf der optischen Achse durch genau einmal an der Innenfläche eines Zylindermantels reflektiertes Licht einer Punktlichtquelle.

The invention will be explained below with reference to a figure and an embodiment. Showing:

1 a sketch of the beam path for forming a focus path on the optical axis by exactly once on the inner surface of a cylinder jacket reflected light of a point light source.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

In der 1 ist eine Punktlichtquelle (10) und eine optische Achse (20) gezeichnet. Weiterhin ist eine optische Komponente (30) zu sehen, die so zur Punktlichtquelle (10) angeordnet ist, dass das von der Punktlichtquelle (10) ausgehende Licht genau einmal an der Innenmantelfläche eines Hohlzylinder-Axicons (40) reflektiert wird. Wie erläutert können Mehrfachreflexionen von Licht der Punktlichtquelle im Innern des Zylinders ausgeschlossen werden, wenn der Abstand der Punktlichtquelle zur vorderen Deckfläche des Zylinders größer ist als die halbe Zylinderlänge. Eine Kernlichtblende (50) ist als Bestandteil der optischen Komponente (30) dazu vorgesehen, den direkten Durchtritt des Lichts der Punktlichtquelle (10) ohne Reflexion am Axicon (40) zu verhindern. In der Skizze ist die Kernlichtblende (50) beispielhaft auf der vorderen Deckfläche des Axicons (40) angeordnet.In the 1 is a point light source ( 10 ) and an optical axis ( 20 ) drawn. Furthermore, an optical component ( 30 ), which thus become the point light source ( 10 ) is arranged so that the from the point light source ( 10 ) emitted light exactly once on the inner surface of a hollow cylindrical axicon ( 40 ) is reflected. As explained, multiple reflections of light from the point light source inside the cylinder can be excluded if the distance of the point light source to the front top surface of the cylinder is greater than half the cylinder length. A lens hood ( 50 ) is a component of the optical component ( 30 ) is provided for direct passage of the light of the point light source ( 10 ) without reflection on the axicon ( 40 ) to prevent. In the sketch is the Kernlichtblende ( 50 ) exemplarily on the front surface of the axicon ( 40 ) arranged.

Weiterhin zeigt 1 zwei Strahlenpaare (gepunktet), die von der Punktlichtquelle (10) unter den Winkeln α und β gegen die optische Achse ausgehen. Das Strahlenpaar zum größeren Winkel erreicht den vorderen Rand des Axicons (40) und wird auf einen ersten Fokuspunkt der optischen Achse (20) reflektiert, wo die beiden Strahlen konvergieren. Das Strahlenpaar zum kleineren Winkel passiert gerade noch die Kernlichtblende (50) und trifft den hinteren Rand des Axicons (40). Die reflektierten Strahlen konvergieren in einem zweiten Fokuspunkt auf der optischen Achse (20).Further shows 1 two pairs of rays (dotted) coming from the point light source ( 10 ) at the angles α and β towards the optical axis. The ray pair to the larger angle reaches the anterior border of the axicon ( 40 ) and is focused on a first focal point of the optical axis ( 20 ) reflects where the two beams converge. The beam pair to the smaller angle just passes the Kernlichtblende ( 50 ) and hits the back edge of the axicon ( 40 ). The reflected rays converge at a second focal point on the optical axis (FIG. 20 ).

Jedes - nicht gezeichnete - Strahlenpaar, das unter einem Winkel zwischen α und β gegen die optische Achse (20) von der Punktlichtquelle (10) ausgeht, trifft auf einen anderen Bereich der Mantelfläche des Zylinders (40) und konvergiert in einem anderen Punkt der optischen Achse (20), der zwischen dem ersten und dem zweiten Fokuspunkt liegt. Der erste und zweite Fokuspunkt bilden Anfang und Ende der gewünschten Fokusstrecke (60, gestrichelt gezeichnet). Wie man in 1 erkennen kann, besitzt die Fokusstrecke (60) aus Symmetriegründen die doppelte Länge des Zylinders (40). Die Mitte der Fokusstrecke (60) nimmt eine in Bezug auf die Mitte des Axicons (40) spiegelbildliche Position zur Punktlichtquelle (10) ein. Die Fokusstrecke (60) kann daher zugleich mit der Punktlichtquelle (10) entlang der optischen Achse (20) der Fixierlicht-Vorrichtung bewegt und beliebig platziert werden.Each pair of rays (not shown) projecting at an angle between α and β towards the optical axis ( 20 ) from the point light source ( 10 ), encounters another area of the lateral surface of the cylinder ( 40 ) and converges in another point of the optical axis ( 20 ), which lies between the first and the second focal point. The first and second focus point form the beginning and end of the desired focus range ( 60 , dashed lines drawn). How to get in 1 recognize the focus range ( 60 ) for reasons of symmetry twice the length of the cylinder ( 40 ). The middle of the focus range ( 60 ) takes one with respect to the center of the axicon ( 40 ) mirror image position to the point light source ( 10 ) on. The focus range ( 60 ) can therefore simultaneously with the point light source ( 10 ) along the optical axis ( 20 ) of the fixation light device are moved and arbitrarily placed.

Wie bereits erwähnt, kann mittels einer Linse ein Anteil des einmal gespiegelten Lichts kollimiert werden, damit ein nutzbares Fixierlicht entsteht. Dazu liegt ein Punkt der Fokusstrecke (60) in der vorderen Brennebene der Linse, damit ein kollimierter Lichtanteil entstehen kann. Ein Beobachterauge mit normaler Brechkraft im entspannten Zustand wird diesen kollimierten Lichtanteil scharf auf die Retina abbilden. Ist die Brechkraft des Auges zu groß, muss dem Beobachter ein leicht divergenter Lichtanteil angeboten werden, damit er ihn scharf abbilden kann. Bei zu geringer Brechkraft muss der Lichtanteil bereits vor dem Eintritt ins Auge konvergent sein. All dies stellt die erfmdungsgemäße Vorrichtung gleichzeitig bereit, indem sie eine Fokusstrecke (60) senkrecht zur vorderen Brennebene der Linse erzeugt, wobei ein Punkt des Mittenbereichs der Fokusstrecke (60) in der Brennebene liegt.As already mentioned, a portion of the once-mirrored light can be collimated by means of a lens, so that a usable fixing light is produced. This is a point of focus range ( 60 ) in the front focal plane of the lens, so that a collimated light component can arise. An observer eye with normal refractive power in the relaxed state will reflect this collimated light component sharply on the retina. If the refractive power of the eye is too large, the observer must be offered a slightly divergent proportion of light so that he can sharply image it. If the refractive power is too low, the light component must be convergent even before it enters the eye. All this provides the device according to the invention at the same time by providing a focus range ( 60 ) is generated perpendicular to the front focal plane of the lens, wherein a point of the center region of the focal length ( 60 ) lies in the focal plane.

Vorzugsweise wird die Linse so auf der optischen Achse (20) angeordnet, dass der Abstand der Punktlichtquelle (10) zur optischen Komponente (30) genauso groß ist wie der Abstand der optischen Komponente (30) zur vorderen Brennebene der Linse. Die Linse kollimiert dann genau den Lichtanteil, der von der Mitte der Fokusstrecke (60) ausgeht.Preferably, the lens is so on the optical axis ( 20 ) arranged such that the distance of the point light source ( 10 ) to the optical component ( 30 ) is the same size as the distance of the optical component ( 30 ) to the front focal plane of the lens. The lens then exactly collimates the amount of light coming from the center of the focus range ( 60 ).

Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann wie folgt ausgeführt werden. Es wird angenommen, dass die zu kompensierende Fehlsichtigkeit zwischen -12 und +8 Dioptrien liegt. Die Brechkraft des Auges mit einer auf unendlich akkommodierten Augenlinse beträgt idealerweise 60 Dioptrien, sodass auf der 17 mm hinter der Linse liegenden Retina ein scharfes Bild einer unendlich weit entfernten Lichtquelle entsteht. Durch Fehlsichtigkeit wird die Brechkraft auf 48 Dioptrien reduziert beziehungsweise auf 68 Dioptrien erhöht. Die mit Hilfe des Zylinders (40) erzeugte Fokusstrecke (60) wird so in das Patientenauge abgebildet, dass die beiden Randbereiche genau von Patienten mit den beiden angenommenen Extremwerten der Brechkraft scharf abgebildet werden. So wird sichergestellt, dass auch alle dazwischenliegenden Brechkräfte zu einem scharfen Bild des Fixierlichtes führen.An exemplary embodiment of the invention may be implemented as follows. It is assumed that the ametropia to be compensated lies between -12 and +8 dioptres. The refractive power of the eye with an infinitely accommodated eye lens is ideally 60 diopters, so that on the 17 mm behind the lens retina creates a sharp image of an infinitely distant light source. Defective vision reduces the refractive power to 48 diopters or increases it to 68 dioptres. The with the help of the cylinder ( 40 ) generated focus range ( 60 ) is imaged into the patient's eye in such a way that the two marginal areas are precisely imaged precisely by patients with the two assumed extreme values of the refractive power. This ensures that also all intermediate refractive powers lead to a sharp image of the fixation light.

Für das Beispiel wird angenommen, dass die Fokusstrecke (60) durch eine Linse der Brennweite f = 20 mm, die 37 mm vor dem Patientenauge positioniert wird, in das Auge abgebildet wird. Es wird ferner von einem minimalen Pupillendurchmesser des Patientenauges von 4 mm ausgegangen. Für einen Patienten mit einer Fehlsichtigkeit von +8 Dioptrien ist ein divergentes Strahlenbündel erforderlich, dessen Fokus 125 mm vor dem Auge liegt. Für einen Patienten mit einer Fehlsichtigkeit von -12 Dioptrien ist ein Strahlenbündel erforderlich, dessen Strahlen auf einen Fokus konvergieren, der 83 mm hinter der Augenlinse liegt.For the example it is assumed that the focus range ( 60 ) is imaged into the eye through a lens of focal length f = 20 mm, which is positioned 37 mm in front of the patient's eye. It is also assumed that a minimum pupillary diameter of the patient's eye of 4 mm. For a patient with a +8 dioptric vision, a divergent beam is required with a focus of 125 mm in front of the eye. For a patient with a vision defect of -12 diopters, a beam is required whose rays converge to a focus 83 mm behind the eye lens.

Das Licht einer Punktlichtquelle (10), beispielsweise einer LED, wird aus einer Entfernung von 20 mm (= Abstand zwischen Punktlichtquelle (10) und vorderer Deckfläche des Zylinders (40)) in einen 4 mm langen und 4 mm durchmessenden Zylinder (40) eingestrahlt und genau einmal an den Innenwänden reflektiert. Dadurch entsteht eine 8 mm lange Fokusstrecke (60), die 16 mm hinter dem Zylinder (40) beginnt (= Abstand zwischen hinterer Deckfläche des Zylinders (40) und erstem Fokuspunkt). Eine Linse mit 20 mm Brennweite, die 40 mm hinter dem Zylinder (40) und 37 mm vor dem Patientenauge positioniert wird, bildet den Mittelpunkt der Fokusstrecke (60) ins Unendliche ab. Ein nicht fehlsichtiger Patient sieht diesen Bereich dann scharf. Das dem Zylinder (40) zugewandte Ende der Fokusstrecke (60) hat von der Linse einen Abstand von 24 mm und erzeugt gemäß der Linsengleichung ein Strahlenbündel, dessen Fokus 83 mm hinter dem Auge liegen würde, d.h. es erreicht das Auge konvergent. Ein Patientenauge, dessen Brechkraft um 12 Dioptrien zu gering ist, bildet diesen Bereich der Fokuslinie scharf ab. Das andere Ende der Fokusstrecke (60) hat einen Abstand von 16 mm zur Linse und verlässt die Linse gemäß der Linsengleichung divergent, wobei der virtuelle Fokus dieses divergenten Strahlenbündels 88 mm vor der Linse und damit wie gefordert 125 mm vor der Augenlinse liegt. Dieses divergente Strahlenbündel wird von einem Patientenauge, dessen Brechkraft um 8 Dioptrien zu hoch ist, scharf auf die Retina abgebildet. Bei der beschriebenen Konfiguration überschreitet die zur Abbildung der Fokuslinie erforderliche Apertur in der Pupillenebene in keinem Fall die angenommenen 4 mm.The light of a point light source ( 10 ), for example an LED, is located at a distance of 20 mm (= distance between point light source ( 10 ) and front cover surface of the cylinder ( 40 ) into a 4 mm long and 4 mm diameter cylinder ( 40 ) and reflected exactly once on the inner walls. This creates an 8 mm long focus range ( 60 ), 16 mm behind the cylinder ( 40 ) begins (= distance between the rear top surface of the cylinder ( 40 ) and first focus point). A lens with 20 mm focal length, which is 40 mm behind the cylinder ( 40 ) and positioned 37 mm in front of the patient's eye, forms the center of the focus range ( 60 ) into the infinite. A non-defective patient then sees this area in focus. The cylinder ( 40 ) facing end of the focus range ( 60 ) has a distance of 24 mm from the lens and generates according to the lens equation a beam whose focus would be 83 mm behind the eye, ie it reaches the eye convergent. A patient's eye whose refractive power is too low by 12 diopters sharpens this area of the focus line. The other end of the focus range ( 60 ) is spaced 16 mm from the lens and diverges from the lens according to the lens equation, with the virtual focus of this divergent beam lying 88 mm in front of the lens and, as required, 125 mm in front of the eye lens. This divergent beam is sharply focused on the retina by a patient's eye whose power is too high by 8 diopters. In the configuration described, the aperture required for imaging the focus line does not exceed the assumed 4 mm in the pupil plane.

Claims

Fixing light device comprising: a hollow cylinder axicon (40) having an optical axis (20), a point light source (10) for visible light, the point light source (10) being arranged on the optical axis (20) in front of the axicon (40), a lens disposed on the optical axis (20) behind the axicon (40), and a lens hood (50) disposed between the point light source (10) and the axicon (40), wherein the array of the point light source (10) and the axicon (40) determines the location of a focus distance (60), and a point of the center area of the focus distance (60) lies in the front focal plane of the lens.

Fixing light device after Claim 1 , wherein the distance of the point light source (10) to the front cylinder top surface of the hollow cylinder axicon (40) is greater than half the cylinder length of the hollow cylinder axicon (40).

Fixing light device after Claim 1 or 2 , wherein the Kernlichtbrende (50) is arranged centrally on the front cylinder top surface of the hollow cylinder axicon (40).

The fixation light device according to claim 1, further comprising a housing surrounding the point light source, wherein the housing has an absorbent inner coating and only one exit opening, and wherein the exit opening of the housing is arranged such that the light of the point light source is in the direction of the longitudinal axis (20) of the hollow cylinder axicon (40) exits the housing.