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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Bilderfassung des menschlichen Auges, vorwiegend der Strukturen
der Iris, insbesondere für
den Bereich der naturheilkundlichen Irisdiagnose/Augendiagnose,
mit der Möglichkeit
des sekundenschnellen Wechsels zwischen der Bildaufnahme mit visuellem
Licht und der Aufnahme im nahen IR-Bereich. Dabei wird jedes Auge
konstant durch eine eigene Lichtquelle ausgeleuchtet, die jeweils
beide benötigten
Lichtwellenbereiche abdeckt, die Fokussierung erfolgt mittels eines
vorgeschalteten beweglichen Filterhalters durch einen IR-Sperrfilter,
die Bilderfassung dann durch einen IR-Filter.
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Es
ist in der naturheilkundlichen Augendiagnose üblich, nicht nur mit Hilfe
eines Irismikroskops, sondern auch anhand von Fotos Diagnosen zu
erstellen, inzwischen auch mit digitalen Fotos und Software zur
computerunterstützten
Augendiagnose. Benötigt
wird eine farbgetreue, möglichst
präzise
Abbildung der feinsten Strukturen vorwiegend der Iris, aber auch
der Gefäße in der
Sklera.
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Das
Problem liegt dabei in der Erstellung eines qualitativ hochwertigen
Fotos, da Spiegelungen, Überblitzung,
zu geringe Auflösung,
Farbabweichungen, Unschärfe,
ungleichmäßige Ausleuchtung
und variabler Abstand von Auge und Aufnahmegerät die zuverlässige Diagnose
erschweren. Auch eine Vergleichbarkeit und Dokumentierbarkeit ist
bei den vielen unterschiedlichen, nicht reproduzierbaren Aufnahmebedingungen
nicht gegeben.
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Es
gibt bisher die Möglichkeit,
mit einer aufzuschraubenden Kamera durch ein Irismikroskop hindurch
zu fotografieren, eine Kamera anstelle des Irismikroskops anzubringen
oder aus der freien Hand zu fotografieren. Der Benutzer hat dabei
jedoch noch die wichtigsten Aufgaben wie beispielsweise Anordnung,
Kameraeinstellungen, Ausleuchtung des Auges, Vermeidung und Reduzierung
von Spiegelungen und insbesondere die Fokussierung selbst zu lösen.
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Die
Ausleuchtung der Augen erfolgt bisher mit Blitz, bei Irismikroskopen
und medizinischen Geräten
mit einer Spaltlampe, einer Halogenlampe, lichtemittierenden Dioden
oder Laserdioden. Diese belasten das Auge häufig durch eine extreme Helligkeit, oder
leuchten es wegen einer punktuell stärkeren Helligkeit nicht gleichmäßig aus,
da bei diesen Geräten
häufig
die Untersuchung und nicht die Bilderfassung der Iris in ihrer Gesamtheit
im Vordergrund steht. Blitzen aus geringer Entfernung birgt immer
die Gefahr einer Sehnervschädigung.
Geblitzte Fotos sind bezüglich
der Schärfe
meist von hoher Qualität, leider
gibt es immer einen größeren Bereich
des Auges, der wegen Überblitzung
nicht zu erkennen ist. Reduziert man die Intensität des Blitzes
durch eine helle Umgebung, erhält
man durch die zusätzlichen Lichtquellen
unerwünschte
Spiegelungen im Auge. Je mehr diffuses Licht außerdem auf das Auge und in das
Objektiv fällt,
desto mehr reduziert sich die Bildschärfe.
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Desweiteren
lässt bei
braunen Iriden das obere Deckblatt bei der Bilderfassung mit visuellem Licht
keine tiefer liegenden Strukturen erkennen. Die infrarote Strahlung
erfasst auch tiefer liegende Gewebeschichten und deren Strukturen,
so dass damit auch braune Iriden weitergehend diagnostiziert werden
können.
In der naturheilkundlichen Augendiagnose wurde hinsichtlich der
Bilderfassung bisher nur mit visuellem Licht gearbeitet, die IR-Fotografie
kann weitere Diagnosemöglichkeiten
erschließen.
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Optische
Systeme, die den Infrarotbereich nutzen und für die Augenfotografie geeignet
sind, ermöglichen
oft weitere umfassende Messungen und Untersuchungen verschiedenster
Anteile des Auges. Dadurch weisen diese Geräte zwar viele Funktionen zur
ophthalmologischen Untersuchung auf, sind aber oft nur am Rande
auch für
ein qualitativ hochwertiges Irisfoto konzipiert und im allgemeinen
zu teuer und zu umfangreich, um für die reine Augenfotografie
eingesetzt zu werden.
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Bereits
bekannte Vorrichtungen zur Bilderfassung von Augen mit einer Kamera
unter Verwendung von Mehrfachbeleuchtungsquellen, einem beweglichen
Filterhalter oder unterschiedlichen Lichtwellenlängen finden sich unter
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Unter
1. wird ein Bild des Auges mit vorgeschalteter Brille erstellt.
Ziel ist, durch die erscheinenden Reflexpunkte zweier Lichtquellen
Zentrierdaten für
den exakten Einbau der Brillengläser
zu erhalten. Auf dem Bild erscheinen zwei Reflexpunkte, die die Struktur
des Auges jeweils verdecken. Die exakte Fokussierung hinsichtlich
der Irisstrukturen ist hier nicht gelöst.
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2.
beschreibt ein System zur Erfassung und Verfolgung der Position
der Augen, insbesondere für den
Bereich der Augenchirurgie. Hierbei werden durch zwei bis drei unterschiedliche
Lichtquellen zwei unterschiedliche Lichtwellenlängen erzeugt, rot für die Iris
und grün
für die
Bilderfassung der Sklera mit darin verlaufenden Blutgefäßen. Erstellt
wird ein Referenzbild und aktuelle Abgleichbilder. Wie in 5 ersichtlich,
erscheinen drei Reflexpunkte sowie weitere Spiegelungen auf dem
Bild des Auges, Ziel der Vorrichtung ist das Sichtbarmachen von Grenzlinien,
Sklera/Iris oder Iris/Pupille, sowie der Gefäße in der Sklera, nicht der
Strukturen der Iris.
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Aus
3. ist bekannt eine Vorrichtung mit Verfahren aus dem Bereich der
Optometrie zur Bestimmung von Abweichungswinkeln bei Strabismus/Schielen.
Diese Vorrichtung stellt Purkinje-Bilder I und IV zur Verfügung. Diese
sind Darstellungen von Lichtreflexionen an der Cornea/Hornhaut,
sowie an der Grenze zwischen Linse und Glaskörper und bieten die Möglichkeit,
die Blickrichtung zu bestimmen. Erwähnt ist eine IR-Lichtquelle
oberhalb einer Videokamera, deren Möglichkeiten zur Bilddarstellung
wie in 2 ersichtlich nicht im Makrobereich hegen. Der
bewegliche Filterhalter mit einem IR-Filter ist zur Abschirmung
des Auges gedacht: das Auge sieht das Ziel nicht, kann aber beleuchtet
werden. Auch hier geht es wie unter 1. um die Darstellung der Reflexionen
der Lichtquellen.
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4.
beschreibt ein Verfahren der Infrarot-Bilddarstellung von Augen
mit Brille zum Zweck der schnellen Identifizierung im Bereich der
Biometrie, der Iriserkennung. Es wird Bezug genommen auf die US-Patente
US 4,641,349 und
US 5,291,560 , die spezielle
Techniken zum genauen identifizieren von Individuen beschreiben
und klare und gut fokussierte Bilder des Auges erfordern. Nach Erstellen
des Bildes werden spiegelnde Reflexionen entdeckt und diese Bilder
dann verworfen, beschrieben unter f) und g). Dadurch erfordert die
Reduzierung der Spiegelungen und Reflexionen mehrere Bedienschritte, eventuell
auch wiederholte Versuche der Bilderfassung. Es handelt sich hier
zwar um die Darstellung der Irisstrukturen, die Bildaufnahme erfolgt
allerdings mit einer Videokamera, die bezüglich Nahaufnahme und Bildauflösung begrenzte
Möglichkeiten
bietet. Des weiteren stellt gerade im IR-Bereich die Fokussierung
eine besondere Aufgabe dar, worauf unter 4. kein Bezug genommen
wird. Auch bei den anderen genannten Vorrichtungen steht die Fokussierung
der Irisstrukturen nicht im Vordergrund.
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Es
fehlt im Bereich der naturheilkundlichen Augendiagnose also eine
Vorrichtung, die bei der Bilderfassung von Augen im Makrobereich
die Spiegelungen auf ein Minimum reduziert, die Aufgabe der Fokussierung
auch im nahen Infrarotbereich löst
und dabei die Möglichkeit
bietet, im schnellen Wechsel sowohl visuelle Fotos, als auch Fotos
im nahen Infrarotbereich von hoher Qualität und Verwertbarkeit zu erstellen.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird für jedes Auge eine eigene Lichtquelle
verwendet, um eine gleichmäßige Ausleuchtung
sowie gleiche Bedingungen bezüglich
Einstrahlungswinkel, Schattenbildung und Kontrast zu erreichen.
Dadurch erscheint auf dem Bild nur ein Reflexpunkt, der durch Einsatz
einer der Lichtquelle vorgeschalteten Lochblende weniger als 2%
der Gesamtfläche
der Iris einnimmt. Dieser Reflexpunkt ist außerdem verlegbar durch die
Verwendung der zweiten Lichtquelle. Die Bilderfassung erfolgt im
Makrobereich in sehr hoher Auflösung.
Die Lichtquelle deckt beide benötigten
Wellenlängenbereiche
ab.
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Die
Besonderheit der Vorrichtung und des Verfahrens liegt dabei in der
Fokussierung für
die Bildaufnahme im nahen Infrarotbereich. Fokussiert wird durch
einen der Kamera mittels beweglichem Filterhalter vorgeschalteten
IR-Sperrfilter,
während die
Bildaufnahme danach durch einen IR-Filter erfolgt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung sind die Bedienschritte auf ein Minimum
reduziert, so daß auch ungeschultes
Personal in wenigen Sekunden ein hochwertiges Irisbild erstellen
kann.
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Die übliche Konstruktion
von verstellbarer Kinnstütze
und Stirnstütze
ist bei dieser Vorrichtung im Abstand von wenigen Zentimetern zum
Objektiv der Kamera angeordnet. Die Kamera ist einheitlich mit den
Lichtquellen vor dem Auge verschiebbar angeordnet, um eine gleichbleibend
geometrische Situation von Objektiv-Lichtquelle-Auge zu gewährleisten.
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Durch
Festlegung und Voreinstellung von zahlreichen Faktoren:
Beleuchtungswinkel,
Ausschluß von
störenden
Spiegelungen, Minimieren der Wimpernschatten, Blende, Belichtungszeit,
ISOzahl, manuellem Weißabgleich, gleichbleibend
geometrischer Situation von Objektiv-Lichtquelle-Auge, Fernauslöser, drehbarem
oder verschiebbarem Filterhalter kann mit ein und derselben Vorrichtung,
die sich durch preiswerte handelsübliche Komponenten und Einfachheit
auszeichnet, nahezu gleichzeitig ein visuelles Bild sowie ein Bild im
nahen Infrarotbereich erstellt werden. Anliegen der Vorrichtung
sind höchste
Qualität,
Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit.
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Für die exakte
Fokussierung ist eine kontinuierliche Lichtquelle wünschenswert.
Je weniger Lichtquellen dabei benötigt werden, desto weniger
Spiegelungen, unter denen die Struktur der Iris nicht mehr zu erkennen
ist, erscheinen im Auge. Darüber
hinaus sollte die Ausdehnung des möglichst einzigen im Auge erscheinenden
Spiegelpunktes minimal sein.
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Die
Lichtquelle besteht aus einer Glühlampe, zum
Beispiel aus einer Spot Concentra 30°, oder einer vergleichbaren
Lichtquelle. Diese sollte ähnliche Voraussetzungen
bezüglich
der Gleichmäßigkeit
der Ausleuchtung, benötigter
und zumutbarer Helligkeit, begrenzter Wärmeentwicklung sowie ausreichend
Infrarotanteil aufweisen. Bei der Glühlampe ist dies sowohl bei
dem Einsatz einer Lichtquelle als auch bei gleichzeitigem Gebrauch
beider Lichtquellen gegeben. Die Bedienschritte, die für eine unmittelbare
Abfolge von visueller und IR-Fotografie im Wechsel notwendig sind,
werden durch den Gebrauch von ein und derselben Lichtquelle deutlich
minimiert. Die konstante Ausleuchtung hat den Vorteil, dass die
Pupille weitgehend verengt ist und damit die Iris mehr Ausdehnung
hat.
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Die
Lichtquelle hat in einem horizontalen seitlichen Einstrahlungswinkel
bevorzugt 20°–40°, besonders
bevorzugt 28°–32° angeordnet
den Vorteil
- 1. Wimpernschatten zu vermeiden,
- 2. Reliefwirkung zu erzielen, diese führt zu einer kontrastreicheren
Darstellung der Irisstrukturen.
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An
der Halterung der Lichtquelle ist zwischen Lichtquelle und der Kopfanlage
des zu Fotografierenden eine Lochblende angeordnet, um das ausstrahlende
Licht zu bündeln,
den austretenden Lichtkegel zu verkleinern und dadurch den auf dem
Auge spiegelnden Lichtpunkt zu minimieren. Dadurch wird möglichst
wenig von der Iris durch die Lichtquellenspiegelung verdeckt, unter
der die Strukturen der Iris nicht sichtbar sind. Der durch die Lichtquellenspiegelung
verdeckte Bereich umfasst bevorzugt weniger als 1% des gesamten
Flächeninhalts
der Iris, besonders bevorzugt weniger als 0,5%. Die Lochblende hat den
weiteren Effekt, dass die Helligkeit der Lichtquelle sowie die Wärmeentwicklung
auf ein für
den zu Fotografierenden angenehmes Maß reduziert werden. Da der
Abstand von Lichtquelle und Auge abhängig von benötigter sowie
begrenzter Helligkeit und begrenzter Wärmeentwicklung nur in einem
engen Rahmen variabel ist, ist es von Vorteil, die Lochblende direkt
an der Lichtquelle anzuordnen. Die Lochblende weist eine runde Öffnung mit
einem Durchmesser von vorzugsweise weniger als 30 mm und mehr als
20 mm auf. Der Vorteil der runden Öffnung besteht vor allem in
der besonders gleichmäßigen Ausleuchtung
der ebenfalls kreisförmigen
Iris.
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Vor
dem Objektiv befindet sich ein Filterhalter, in dem Filter mit verschiedenen
optischen Eigenschaften angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel ist der Filterhalter
um seine eigene Achse drehbar und enthält zwei verschiedene Filter:
- 1. einen Infrarotsperrfilter, auch UV-IR-Block
genannt, er befindet sich gewöhnlich
am Sensor in den Spiegelreflexkameras. Bei der verwendeten Kamera
wurde er ausgebaut und durch einen Klarglasfilter ersetzt, der den
Sensor schützt
und die Autofokusfunktion für
normalen Gebrauch der Kamera weiterhin gewährleistet.
- 2. eine IR-Filter, der vorwiegend Licht im nahen IR-Bereich
durchlässt.
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Bei
zwei Filtern ist ein auch verschiebbarer Filterhalter denkbar und
empfehlenswert. Nach einem Ausbau des IR-Sperrfilters aus dem Kamerasystem
ist durch die Wahl des geeigneten vorgeschalteten Filters sowohl
ein Foto mit visuellem Licht als auch ein Foto im nahen IR-Bereich
möglich.
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Das
Problem der Fokussierung in der Infrarotfotografie wird bei der
vorliegenden Vorrichtung dahingehend gelöst, dass die Fokussierung bei
vorgeschaltetem IR-Sperrfilter, d. h. mit visuellem Licht erfolgt,
anschließend
der IR-Filter vorgeschaltet wird und mit Kabelauslöser ausgelöst wird.
Für den
Vorgang des Filterwechsels und des Auslösens werden nur einige Sekunden
benötigt.
Die Fokussierung erfolgt manuell, da der Autofokus durch den IR-Filter nicht
verlässlich
fokussieren kann. Das Objektiv ist also auf MF, manuelle Fokussierung
eingestellt, damit durch den Autofokus keine Irritationen erfolgen. Die
manuelle Fokussierung benötigt
aufgrund des 2,5fach vergrößernden
Winkelsuchers, der feinjustierenden Höhenverstellung der Kamerabefestigung und
des Makroschlittens bei fest eingestellter Entfernung am Objektiv
nur einige Sekunden. Damit der zu Fotografierende bei der Fokussierung
oder bei dem Filterwechsel nicht mit den Augen abweicht, ist es hilfreich,
dass der zu Fotografierende mit den Augen einen vorzugsweise am
Kameragehäuse
markierten Punkt fixiert.
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In
den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1:
eine an einer Lichtquelle angeordnete Lochblende
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2:
den Einstrahlungswinkel der Lichtquellen zum Auge
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3:
ein Ausführungsbeispiel
in Seitenansicht
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4:
ein Ausführungsbeispiel
aus der Sicht des zu Fotografierenden (ohne Kopfanlage)
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5:
die geometrische Situation von Kamera, Lichtquelle, Kopfanlage und
Auge
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel
dargestellt, die eine Lochblende 1 mit runder Öffnung 2 aufweist,
die direkt an der Lichtquellenhalterung 3 angeordnet ist.
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2 verdeutlicht
den horizontalen seitlichen Einstrahlungswinkel 5 der Lichtquellen 22 zum Auge.
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3 zeigt
eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels
in der Gesamtheit, wobei eine berührungslose Anwendung erfolgt.
Das optische System ist in einem definierten Abstand vom Auge angeordnet.
Die Lichtquellen 22 strahlen in einem horizontalen Winkel 5 in
das Auge und auf die Iris. Zwei Unterlegschienen 20, auf
denen je ein stativähnlicher
Aufbau 21, einer mit der Kopfanlage 24 für den zu
Fotografierenden, ein anderer, auf dem die Kamerabefestigung 12 und
zwei seitlich angeordnete Lichtquellen 22 (vorzugsweise
je eine pro Auge) angeordnet sind, sind gegeneinander verschiebbar.
Die Kopfanlage 24 besteht wie üblich aus einer Kinnauflage 9 und
einer Stirnstütze 8.
Sie ist zusätzlich
zu einem üblicherweise
höhenverstellbaren
Stuhl, auf dem der zu Fotografierende sitzt, in der Höhe verstellbar 10.
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Die
Lichtquellen 22 sind an beweglichen Armen 6 angeordnet,
so dass weitere Effekte erzielt werden können, wie z. B. eine noch stärkere Reliefwirkung
(Einstrahlungswinkel
40° und
mehr)
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Die
Lichtquellen sind in ihrer Strahlungsrichtung manuell auf das Auge
einstellbar; so kann ein lichtempfindlicher Patient mit weniger
Helligkeit, d. h. mit weniger direkt strahlenden Lichtquellen fotografiert
werden. Die übliche
Dimmbarkeit ist natürlich denkbar,
verändert
aber die als geeignet gefundene Helligkeit und verringert die Vergleichbarkeit
der Fotos untereinander.
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Der
stativähnliche
Aufbau 21 unter der Kamerabefestigung 12 sollte
in der Endausführung
eine feinjustierende Höhenverstellung 11 aufweisen,
damit das Objektiv 14 nicht nur durch den verschiebbaren
Unterbau 20 seitlich vor dem rechten oder linken Auge,
sondern auch in der Höhe
vor dem jeweiligen Auge präzise
ausgerichtet werden kann; diese Anordnungen sind von vielen ophthalmologischen
Geräten
bekannt. Bekannt sind auch Winkelsucher 19 und Makroschlitten 13.
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Vor
dem Objektiv 14 mit Nahlinse 15 ist ein beweglicher
Filterhalter 16, hier um seine eigene Achse drehbar, angeordnet,
darin ein IR-Sperrfilter 17 sowie ein IR-Filter 18.
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4 zeigt
das Ausführungsbeispiel
ohne Kopfanlage aus der Sicht des zu Fotografierenden.
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5 verdeutlicht
die geometrische Situation von Lichtquellen 22, austretendem
Lichtkegel 4, Kamera 23, Kopfanlage 24 und
zu Fotografierendem.
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Vorbereitung:
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- – kein
Fenster, keine zusätzliche
Lichtquelle gegenüber
dem Auge des Patienten, der Raum ist vorzugsweise abgedunkelt
- – Das
Objektiv ist auf manuelle Fokussierung MF eingestellt
- – fest
eingestellte Entfernung am Objektiv
- – Der
IR-Sperrfilter befindet sich vor dem Objektiv
- – der
Kopf des Patienten ist auf der Kinnablage und an der Stirnstütze fixiert
- – die
für das
entsprechende Auge vorgesehene Lichtquelle ist eingeschaltet
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Aufnahmevorgang:
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- – Patient
fixiert bestimmten markierten Punkt
- – Blick
durch den Winkelsucher, dabei mittels seitlichen Verschiebens sowie
mithilfe feinjustierter Höhenverstellung
der Kamera das Objektiv vor das Auge bringen
- – manuelle
Fokussierung mithilfe eines feinjustierenden Makroschlittens
- – Patient öffnet das
Auge weit
- – Auslösen über den
Kabelauslöser
- – für ein IR-Bild
unmittelbar nach der Fokussierung durch den IR-Sperrfilter den IR-Filter
vor das Objektiv bringen, vorzugsweise durch Drehen oder Schieben
eines Filterhalters
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lochblende
- 2
- Öffnung der
Lochblende
- 3
- Lichtquellenhalterung
- 4
- austretender
Lichtkegel
- 5
- horizontaler
seitlicher Einstrahlungswinkel
- 6
- beweglicher
Befestigungsarm
- 7
- bewegliches
Gelenk
- 8
- Stirnstütze
- 9
- Kinnauflage
- 10
- Höhenverstellung
der Kopfanlage
- 11
- Höhenverstellung
der Kamerabefestigung
- 12
- Kamerabefestigung
- 13
- Makroschlitten
- 14
- Makroobjektiv
- 15
- Nahlinse
- 16
- Filterhalter
- 17
- IR-Sperrfilter
- 18
- IR-Filter
- 19
- Winkelsucher
- 20
- verschiebbare
Unterlegschienen
- 21
- Stative
oder stativähnliche
Anordnung
- 22
- Lichtquelle
- 23
- Kamera
- 24
- Kopfanlage
