DE102010010569A1

DE102010010569A1 - Diagnosevorrichtung zur Detektion einer Schichtgrenze in einem Auge sowie Ringelement für die Diagnosevorrichtung

Info

Publication number: DE102010010569A1
Application number: DE102010010569A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Andreas Schnalke; Kurt Heiberger
Current assignee: EYESIGHT & VISION GMBH, DE
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-08
Also published as: EP2542140A1; US9326673B2; US20130135585A1; WO2011107584A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diagnosevorrichtung zur Detektion einer Schichtgrenze vorzuschlagen, die eine Ermittlung von Schichtdicken im menschlichen Auge ermöglicht. Hierzu wird eine Diagnosevorrichtung 1 zur Detektion einer Schichtgrenze in einem Auge vorgeschlagen, mit einer Lichtquelle 7; 7a, b, wobei die Lichtquelle eine Objektebene definiert, mit einer Sensoreinheit 17, 17a, 31, 32, mit einem Strahlengang, der zur Führung von mindestens einem Messstrahl 13 von der Lichtquelle 7; 7a, b von der Objektebene der Lichtquelle in eine Bildebene und/oder in einen Schnittbereich des Messstrahls (13) mit einer optischen Achse 15 im Auge 2 ausgebildet ist, mit einer Aktorik 12, 30, die ausgebildet ist, die Bildebene und/oder den Schnittbereich entlang der optischen Achse 15 zu verschieben, wobei der Strahlengang so ausgebildet ist, dass in einem Detektionszustand der Messstrahl 13 von einer Schichtgrenze in die Sensoreinheit 17, 17a, 31, 32 geführt wird, wenn die Bildebene und/oder der Schnittbereich auf der Schichtgrenze liegt, und mit einer Auswerteeinrichtung 18, die ausgebildet ist, den Detektionszustand auf Basis der Signale der Sensoreinheit 17, 17a, 31, 32 zu erkennen, wobei die Auswerteeinrichtung 18 ausgebildet ist, eine Schichtdicke d1, d2, d3 zwischen einer ersten und einer zweiten Schichtgrenze auf Basis der Stellung der Aktorik 12, 30 bei einem Detektionszustand der ersten und der zweiten Schichtgrenze abzuschätzen und/oder zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung zur Detektion einer Schichtgrenze in einem Auge, einer Linse oder einem anderen lichtdurchlässigen Körper mit einer Lichtquelle, wobei die Lichtquelle eine Objektebene definiert, mit einer Sensoreinheit, mit einem Strahlengang, der zur Führung von mindestens einem Messstrahl der Lichtquelle von der Objektebene der Lichtquelle in eine Bildebene und/oder in einen Schnittbereich des Messstrahls mit einer optischen Achse im Auge ausgebildet ist, mit einer Aktorik, die ausgebildet ist, die Bildebene und/oder den Schnittbereich entlang der optischen Achse zu verschieben, wobei der Strahlengang so ausgebildet ist, dass in einem Detektionszustand der Messstrahl von einer Schichtgrenze des Auges in die Sensoreinheit geführt wird, wenn die Bildebene und/oder der Schnittbereich auf der Schichtgrenze liegt, und mit einer Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, den Detektionszustand auf Basis der Signale der Sensoreinheit zu erkennen. Die Erfindung betrifft auch ein Ringelement für die Diagnosevorrichtung.
Für Behandlungen am menschlichen Auge, zum Beispiel bei Korrekturen der Hornhaut durch Laserstrahlen, werden präzise Informationen über den inneren Aufbau des Auges benötigt. In vielen Anwendungsbereichen werden die Informationen des Auges zu einem 3D-Augenmodell zusammengeführt. Eine besonders wichtige Rolle bei der Modellierung spielt dabei die Hornhaut des Auges, also die vorderste Schicht des Auges. Beispielsweise ist die Hornhautdicke relevant zur Korrektur eines durch Tonometrie bestimmten Augeninnendruckes, da der Messwert des Augeninnendrucks bei den gebräuchlichen Verfahren von der Hornhautdicke abhängig ist.
Als ein Pachymeter (manchmal auch Pachometer genannt) wird ein Messgerät zur Messung der Hornhautdicke am menschlichen Auge bezeichnet. Die bekannten Pachymeter beruhen auf unterschiedlichen Messmethoden:
Eine Umsetzung des Pachymeters auf Basis einer kontaktfreien, optischen Messung beruht auf dem sogenannten OLCR-Messverfahren (optical low coherence reflectometry). Eine weitere, allerdings kontaktierende Umsetzung ist die Bestimmung der Hornhautdicke mittels Ultraschall, wobei ein kleiner Ultraschallkopf auf die Hornhaut aufgesetzt wird. Beide Umsetzungen erlauben prinzipiell die Bestimmung der Hornhautdicke, des Vorderkammerabstandes, der Intraokularlinsendicke und der Augenlänge auf einige Mikrometer genau. Eine weitere Möglichkeit, den vorderen Abschnitt des Auges zu vermessen, ist die Kombination aus einer Spaltlampe mit einer Scheimpflugkamera. Dieses Messgerät setzt das 3D-Bild des Auges aus mehreren Einzelmessungen zusammen, wobei das Auge in mehreren Schichten vermessen wird und die Scheimpflugkamera von jeder Schnittebene ein Bild aufnimmt.
Alle drei Messverfahren haben prinzipbedingt ihre Schwächen. So weisen die Ultraschallmessgeräte beispielsweise den Nachteil auf, dass diese kontaktierend auf das Auge aufgesetzt werden müsse, was nur durch eine geübte Fachkraft reproduzierbar durchführbar ist. Das System der Scheimpflugkamera mit der Spaltlampe weist eine vergleichsweise große Bauform auf, sodass eine Integration zum Beispiel in Behandlungslaser schwierig erscheint. Die auf dem OLCR-Verfahren basierenden Messgeräte können üblicher Weise nur in der Sehachse des Auges die Abstände messen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diagnosevorrichtung zur Detektion einer Schichtgrenze vorzuschlagen, die eine Ermittlung von Schichtdicken im menschlichen Auge ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein spezielles optisches Element für diese Diagnosevorrichtung vorzustellen.
Diese Aufgaben werden durch eine Diagnosevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Ringelement mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Diagnosevorrichtung zur Detektion einer Schichtgrenze in einem Auge, in einer Linse oder in einem anderen lichtdurchlässigen Körper vorgeschlagen. Insbesondere können eine oder mehrere Schichtgrenzen im vorderen Teil des Auges im Bereich zwischen Hornhaut und Linse detektiert werden. In diesem vorderen Teil des Auges befinden sich die Hornhaut, die Vorderkammer und die Linse. Als mögliche, zu detektierende Schichtgrenzen sind die folgenden zu nennen:

a) Schichtgrenze: Außenseite Hornhaut
b) Schichtgrenze: Hornhaut – Vorderkammer
c) Schichtgrenze: Vorderkammer – Linse
d) Schichtgrenze: Linse – Glaskörper.

Bevorzugt ist die Diagnosevorrichtung als ein Pachymeter ausgebildet, welches u. a. zur Messung der Hornhautdicke am menschlichen Auge dient. Bei alternativen Einsatzgebieten können auch andere lichtdurchlässige Körper, wie z. B. Linsen, insbesondere Kontaktlinsen vermessen werden.
Die Diagnosevorrichtung umfasst eine Lichtquelle, die vorzugsweise als eine Laserquelle oder Lumineszenzdiode, insbesondere Superlumineszenzdiode ausgebildet ist. Die Lichtquelle definiert eine Objektebene, wobei die Objektebene an der Position der Lichtquelle oder auch an einem Zwischenbild der Lichtquelle angeordnet sein kann.
Die Lichtquelle ermöglicht die Aussendung von mindestens einem Messstrahl, insbesondere Messlaserstrahl, welcher von einer oder mehreren Schichtgrenzen in dem Auge zurückgeworfen, insbesondere reflektiert werden kann. Vorzugsweise ist die Wellenlänge der Lichtquelle im sichtbaren Bereich, also z. B. zwischen 400 nm und 650 nm angesiedelt.
Als weitere Komponente umfasst die Diagnosevorrichtung eine Sensoreinheit, die zur Detektion des mindestens einen Messstrahls ausgebildet ist.
Ein Strahlengang dient zur Führung und optional Formung des mindestens einen Messstrahls von der Objektebene der Lichtquelle in eine Bildebene und/oder in einen Schnittbereich des Messstrahls mit einer optischen Achse im Auge. Die optische Achse kann beispielsweise einer Symmetrieachse des Strahlengangs entsprechen, kann jedoch auch willkürlich gewählt sein. Durch den Strahlengang wird die Lichtquelle (oder ein Bild davon) in die Bildebene und/oder in den Schnittbereich projiziert, wobei es sich um ein reales Bild der Lichtquelle und/oder um einen Messpunkt, der durch die Lichtquelle gebildet ist, handeln kann.
Die Diagnosevorrichtung weist eine Aktorik auf, die ausgebildet ist, die Bildebene und/oder den Schnittbereich entlang der optischen Achse zu verschieben. Mit der Aktorik ist es somit bevorzugt möglich, den Strahlengang so zu beeinflussen, dass sich die Fokuslage und/oder die laterale Position des Messstrahls im Auge ändert, wobei mindestens eine Verschiebung von Bildebene und/oder Schnittbereich entlang der optischen Achse möglich ist.
Der Strahlengang ist weiterhin so ausgebildet, dass in einem Detektionszustand der Messstrahl von einer Schichtgrenze in oder an dem Auge in die Sensoreinheit geführt wird, wenn die Bildebene und/oder der Schnittbereich auf der Schichtgrenze liegt. Mit der Aktorik kann somit die Einfallskondition des Messstrahls auf bzw. in das Auge so variiert werden, bis der Detektionszustand erreicht ist, wobei in dem Detektionszustand der Messstrahl als gerichtete oder diffuse Reflektion von der Schichtgrenze über den Strahlengang in die Sensoreinheit geführt wird.
Als weitere Komponente weist die Diagnosevorrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, die ausgebildet ist, den Detektionszustand auf Basis der Signale der Sensoreinheit zu erkennen.
Zusammenfassend gesagt, wird ein Detektionszustand bezüglich einer Schichtgrenze genau dann erkannt, wenn der Messstrahl in die Sensoreinheit zurückgeführt ist. Die Detektion auf Basis der Signale der Sensoreinheit kann beispielsweise anhand der Position des zurückgeführten Messstrahls, der Intensität des zurückgeführten Laserstrahls etc. erkannt werden.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Schichtdicke zwischen einer ersten und einer zweiten Schichtgrenze auf Basis der Stellung der Aktorik bei einem Detektionszustand der ersten und der zweiten Schichtgrenze abzuschätzen und/oder zu ermitteln.
Es ist somit eine Überlegung der Erfindung, die Aktorik so zu bedienen, dass von einer ersten Schichtgrenze der Detektionszustand erkannt und die Stellung der Aktorik erfasst wird. In einem weiteren Schritt wird der Detektionszustand einer zweiten Schichtgrenze erkannt und ebenfalls die Stellung der Aktorik erfasst. In Kenntnis des Strahlengangs ist es nun möglich, den Abstand zwischen beiden Schichtgrenzen und damit die Schichtdicke zwischen den Schichtgrenzen abzuschätzen und/oder zu ermitteln. Der Begriff „abzuschätzen” bezieht sich dabei auf eine Vorgehensweise, wenn nicht alle notwendigen Parameter des Strahlengangs und/oder des Auges ausreichend bekannt sind und beispielsweise auf Schätzungen von Parametern zurückgegriffen wird. Falls sämtliche Parameter ausreichend bekannt sind, kann die Schichtdicke auf diese Weise ermittelt, insbesondere exakt berechnet werden.
Bei einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der Strahlengang so ausgebildet, dass ein Bild der Lichtquelle in die Bildebene im Auge projiziert werden kann. Insbesondere wird der Messstrahl im Bereich des Strahlengangs aufgeweitet, das heißt, mit einem Strahldurchmesser, insbesondere Strahlaußendurchmesser (FWHM), größer als 3 mm, vorzugsweise größer als 5 mm zumindest abschnittsweise geführt. Die Aktorik ist vorzugsweise als ein adaptives optisches Element, wie zum Beispiel eine adaptive Linse, insbesondere Flüssigkeitslinse, und/oder ein bewegbares, insbesondere verschiebbares optisches Element, wie zum Beispiel eine verschiebbare Linse, ausgebildet. Insbesondere ist der Strahlengang so ausgebildet, dass der Messstrahl auf dem Weg zum Auge und auf dem Rückweg zur Sensoreinheit zwischen dem Auge und dem ersten optischen Element überlappend verläuft. In dieser Ausführungsform ist die Diagnosevorrichtung ähnlich wie ein konfokales Mikroskop ausgebildet, wobei der Detektionszustand genau dann erreicht ist, wenn die Bildebene auf der Schichtgrenze liegt und somit ein konfokaler Beleuchtungszustand vorliegt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Messstrahl zumindest abschnittsweise unaufgeweitet propagiert, insbesondere wird nur ein einzelner Messlaserstrahl eingesetzt. Als unaufgeweiteter Messstrahl weist dieser zwischen Lichtquelle und Auge, insbesondere zwischen dem letzten optischen Element und dem Auge einen Durchmesser (FWHM) auf, der stets kleiner als 2 mm, insbesondere kleiner 1 mm ist. Bei dieser Ausführungsform ist es besonders bevorzugt, dass die Aktorik als eine Scannereinrichtung, insbesondere als ein 2D-Scannerspiegel ausgebildet ist. Durch die Scannereinrichtung kann der Messstrahl das Auge in Tiefenrichtung entlang der optischen Achse und lateral z. B. linienförmig und/oder flächendeckend abscannen, so dass der Detektionszustand erreicht wird. In dem Detektionszustand wird der einzelne Messstrahl vorzugsweise auf einem anderen Strahlweg, insbesondere zwischen Auge und angrenzendem optischen Element, zur Sensoreinheit zurückgeführt.
Beide Ausführungsformen haben jedoch gemeinsam, dass nur bei bestimmten Stellungen der Aktorik der Messstrahl über das Auge, insbesondere über die Schichtgrenze, in die Sensoreinheit zurückgeführt und die Auswerteeinrichtung auf Basis der Signale der Sensoreinheit den Detektionszustand erkennen kann.
Um eine ausreichende Messgenauigkeit zu erreichen, ist es beispielsweise möglich, dass in dem Strahlengang vor der Sensoreinheit ein räumlicher Filter und/oder eine Blende vorgeschaltet ist, die sicherstellt, dass der Messstrahl nur in dem Detektionszustand mit ausreichender Messgenauigkeit auf die Sensoreinheit zurückgeführt werden kann.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Sensoreinheit ortsauflösend ausgebildet ist, hier kann die Sensoreinheit beispielsweise als ein bilderfassender Chip, wie zum Beispiel ein CMOS-Chip oder CCD-Chip, oder als eine positionsempfindliche Diode (PSD) ausgebildet sein. Bei diesen Ausführungsformen kann zur Detektion die Position und/oder die Intensität des zurückgeführten Messstrahls von der Auswerteeinrichtung im Hinblick auf den Detektionszustand interpretiert werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Strahlengang so ausgebildet, dass der Messstrahl zur Detektion der Schichtgrenze auf mindestens einem, insbesondere dem letzten optischen Element vor dem Auge, auf einen Ringbereich oder weniger beschränkt ist, der einen zentralen Bereich, insbesondere einen Aperturbereich, freilässt. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass es zur Detektion der Schichtgrenze ausreichend ist, einen äußeren Bereich zu nutzen, so dass der zentrale Bereich für andere Mess- und/oder Steuerstrahlen freigelassen werden kann. Insbesondere kann in dem zentralen Bereich ein anderes optisches Element als in dem Ringbereich oder Randbereich angeordnet werden.
Für den Ringbereich ist es bevorzugt, dass dieser eine optische Komponente aufweist, die insbesondere als ein Ringelement ausgebildet ist, die den Messstrahl auf die Bildebene und/oder auf den Schnittbereich führt und die als ein diffraktives optisches Element und/oder ein beugendes Element und/oder ein reflektierendes Element ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die optische Komponente so realisiert, dass durch Änderung der radialen Lage des durchtretenden Messstrahls in Bezug auf die optische Achse der Schnittbereich entlang der optischen Achse verschoben wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die optische Komponente in Umlaufrichtung um eine oder die optische Achse mehrere Bereiche auf, die den Messstrahl in unterschiedliche Bereiche, insbesondere Tiefenbereiche entlang der optischen Achse führen. Dieser Ausbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass zwischen der ersten möglichen Schichtgrenze zwischen Umgebung und Hornhaut und der letzten möglichen Schichtgrenze zwischen Linse und Glaskörper in der Regel mehr als 5 mm Abstand liegen. Um eine ausreichend hohe Messgenauigkeit, wie zum Beispiel besser als 20 Mikrometer, vorzugsweise besser als 10 Mikrometer, zu erreichen sind in Umlaufrichtung die unterschiedlichen Bereiche angeordnet, die den Messstrahl in unterschiedliche Bereiche entlang der optischen Achse führen. Ein erster Bereich führt den Messstrahl somit in den Bereich der Hornhaut, ein weiterer Bereich führt den Messstrahl beispielsweise in den Bereich der Linse etc.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Strahlengang so ausgebildet, dass Akkomodationsstrahlen durch den zentralen Bereich des Ringbereichs gesendet werden können, die im Auge ein Akkomodationstarget bilden. Beispielsweise ist im zentralen Bereich eine normale Linse angeordnet, durch die die Akkomodationsstrahlen geführt bzw. geformt werden. Das Akkomodationstarget gibt dem Auge einen Reiz, sich in einer bestimmten Lage mit einer bestimmten Vorspannung der Linse zu fixieren, so dass reproduzierbare Messungen der Schichtdicken durchgeführt werden können.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung können mehrere Akkomodationstargets gebildet werden, welche für das Auge aus unterschiedlichen Richtungen zu kommen scheinen. Bei der Diagnose kann der Patient angewiesen werden, dass jeweils aktuelle Akkomodationstarget zu fixieren, so dass dessen Auge in eine definierte Lage gedreht wird. In dieser neuen Lage ist es wieder möglich, die Schichtdicken von Hornhaut etc. zu vermessen, so dass in Abhängigkeit der Anzahl der Akkomodationstargets ein flächiges Netz von Messwerten für die Schichtdicken durch die Diagnosevorrichtung erstellbar ist.
In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung werden die Akkomodationsstrahlen und die Messstrahlen durch die gleiche Lichtquelle erzeugt. Dabei nimmt die Lichtquelle eine Doppelfunktion ein, wobei die Strahlen, die durch den Ringbereich geführt werden, als Messstrahlen interpretiert und verwendet werden und die Strahlen, die durch den zentralen Bereich geführt werden, als Akkomodationsstrahlen zur Erzeugung des Akkomodationstargets dienen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Ringelement für eine Diagnosevorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ringelement in Umlaufrichtung mehrere Bereiche aufweist, die jeweils paarweise einer Schichtgrenze des Auges zugeordnet sind.
Die Vorteile der Erfindung können je nach Ausführungsform wie nachfolgend dargestellt werden:
Die Grundfunktion der Diagnosevorrichtung ist die berührungslose Messung von Schichtdicken im menschlichen Auge. Vorteilhaft ist, dass die Schichtdicken des Auges in einem definierten Zustand des Auges gemessen werden können, da das optional integrierte Akkomodationstarget das Auge in einen definierten, reproduzierbaren Zustand versetzt. Das Akkomodationstarget kann ein Sehzeichen gezielt in x- und y-Richtung wandern lassen, sodass das zu vermessende Auge dem Sehzeichen folgen kann. Damit kann das Auge in alle Richtungen definiert gedreht werden. Zum Beispiel kann auch vorgesehen sein, dass eine Beobachtungskamera den Drehwinkel des Auges und die Lage des Auges erfasst, so dass Schichtdicken an unterschiedlichen Positionen und somit flächendeckend gemessen werden können. Insbesondere aufgrund seiner möglichen kleinen Bauform kann die Diagnosevorrichtung in einem Topographiemessgerät und/oder in einem Wellenfrontmessgerät integriert bzw. mit diesen kombiniert werden. In dieser Ausgestaltung lässt sich mit einem einzigen Diagnosegerät das Auge vollständig vermessen. Mit den Messwerten der Diagnosevorrichtung kann ein 3D-Modell des Auges erstellt werden, welches beispielsweise in der refraktiven Chirurgie bei der Korrektur der Brechkraft zum Einsatz kommen kann. Ebenfalls aufgrund der möglichen kleinen Bauform kann die Diagnosevorrichtung in einen Behandlungslaser integriert werden, der die Brechkraft des Auges korrigieren soll. Die Diagnosevorrichtung kann in situ zeitnah die Schichtdicke der Cornea (Hornhaut) messen und das Behandlungsergebnis des Lasers überwachen und steuern.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 eine Blockdarstellung einer Diagnosevorrichtung als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 den Akkomodationsstrahlengang in der 1 als Ausschnitt;
3 eine Blockdarstellung einer Diagnosevorrichtung als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 den Akkomodationsstrahlengang in der 1 als Ausschnitt;
5–9 jeweils ein Ausführungsbeispiel für ein optisches Ringelement zum Einsatz in der Diagnosevorrichtung in der 1 oder in der 3;
10 eine Blockdarstellung einer Diagnosevorrichtung als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
11 eine schematische Schnittdarstellung durch ein menschliches Auge zur Illustration von Bereichen in dem Auge;
12 ebenfalls eine schematische Schnittdarstellung durch ein menschliches Auge mit Messlaserstrahlen in einem Detektionszustand;
13 ebenfalls eine schematische Schnittdarstellung durch ein menschliches Auge mit anderen Messlaserstrahlen in einem Detektionszustand.
Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine Diagnosevorrichtung 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Diagnosevorrichtung 1 dient zur Vermessung von Schichtdicken in einem menschlichen Auge 2 und kann als ein Pachymeter ausgebildet sein.
Die zu vermessenden Schichtdicken sind in der 11 dargestellt, die einen Querschnitt durch den vorderen Bereich des Auges 2 zeigt. Eine erste Schicht wird durch die Hornhaut 3 gebildet, an die sich die Vorderkammer 4 und die Linse 5 im Auge 2 anschließt. Nach der Linse 5 erstreckt sich der Glaskörper 6. Mit Hilfe der Diagnosevorrichtung 1 wird insbesondere die Schichtdicke d1 zwischen der Außenseite der Hornhaut 3 und der angrenzenden Vorderkammer 4 vermessen. Eine weitere mögliche Schichtdicke d2 ist der Weg zwischen der Hinterseite der Hornhaut 3 und der Vorderseite der Linse 5. Als dritte mögliche Schichtdicke wird die Dicke d3 der Linse 5 gemessen. Die Schichtdicke d1 der Hornhaut 3 ist in der Größenordnung von 0,5 mm, die Dicke d2 der Vorderkammer 4 in der Größenordnung von 3,6 mm und die Dicke d3 der Linse 5 ebenfalls in der Größenordnung von 3,6 mm. Es ist auch möglich, dass andere Schichtdicken oder zusammengesetzte Schichtdicken wie zum Beispiel zwischen der Hinterseite der Hornhaut 3 und der Hinterseite der Linse 5 erfasst werden.
Zurückkehrend zu der 1 wird nachfolgend der Strahlverlauf zur Detektion einer Schichtgrenze in dem Auge 2 beschrieben. Ausgehend von einem Laserdiodenmodul 7 wird ein Laserstrahl 8 auf einen Polarisationsstrahlteiler 9 geführt, der den Laserstrahl 8 um 90 Grad ablenkt und vollständig reflektiert. Der Laserstrahl 8 durchquert dann eine Linse 10 nachfolgend eine Lambdaviertelplatte 11 und trifft dann auf einen Mikroscannerspiegel 12. Der Mikroscannerspiegel 12 ermöglicht eine zweidimensionale Schwenkung um zueinander senkrecht angeordnete Schwenkachsen. Vorzugsweise ist der Mikroscannerspiegel 12 als ein resonantes System aufgebaut, welches in Abhängigkeit der Anregung regelmäßig die gleichen Schwenkvorgänge durchführt.
Der Laserstrahl 8 des Laserdiodenmoduls 7, welcher über den Mikroscannerspiegel 12 geführt wird, wird nachfolgend sowohl als Messlaserstrahl 13 als auch als Akkommodationslaserstrahl 14 eingesetzt. Die Messlaserstrahlen 13 sind in der 1 gestrichelt dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Ausgehend von dem Mikroscannerspiegel 12 durchquert der Messlaserstrahl 13 die Lambdaviertelplatte 11 und wird durch die Linse 10 parallel zu einer optischen Achse 15 der Diagnosevorrichtung 1 geformt. Auf Grund der Phasendrehung durchquert der Messlaserstrahl 13 dann den Strahlteiler 9 in Bezug auf die Richtung unabgelenkt und trifft auf ein diffraktives optisches Element DOE 16 auf. Das DOE 16 formt den Messlaserstrahl 13 so, dass dieser die optische Achse 15 in einem vorbestimmten Abstand zum DOE 16 schneidet. Dabei ist das DOE 16 so aufgebaut, dass der radiale Abstand des Messlaserstrahls 13 von der optischen Achse 15 bestimmt, in welchem Abstand der Messlaserstrahl 13 die optische Achse 15 schneidet. Je weiter der Eintrittspunkt des Messlaserstrahls 13 von der optischen Achse 15 entfernt ist, desto größer ist der Abstand des DOE 16 von dem Schnittpunkt des austretenden Messlaserstrahls 13 mit der optischen Achse 15. Somit kann durch eine Änderung der radialen Position des Messlaserstrahls 13 auf dem DOE 16 der Schnittbereich zwischen Messlaserstrahl 13 und optischer Achse 15 entlang der optischen Achse 15 verschoben werden.
Wie nachfolgend noch erläutert wird, ist nur der äußere Randbereich des DOE 16 zur Formung des Messlaserstrahls 13 vorgesehen, der innere oder zentrale Bereich ist für andere Aufgaben reserviert.
Es ist vorgesehen, dass die Detektion einer Schichtgrenze und/oder die Messung der Schichtdicke nicht nur in der optischen Achse 15 der Diagnosevorrichtung 1 gemessen wird, sondern flächendeckend. Trifft der einfallende Messlaserstrahl 13 insbesondere auf den Scheitelpunkt einer gekrümmten Fläche einer Schichtgrenze, wird der Messlaserstrahl 13 so zurückgeworfen, insbesondere reflektiert, dass er symmetrisch bezüglich der optischen Achse 15 zum einfallenden Messlaserstrahl 13 über den Strahlengang wieder auf den Mikroscannerspiegel 12 gelenkt wird. Dieser reflektiert den zurückgeworfenen Messlaserstrahl 13 auf einen Detektor 17, der beispielsweise als eine ringförmige, vorzugsweise konzentrisch zu der optischen Achse 15 angeordnete, großflächige Fotodiode mit Verstärkerschaltung ausgelegt sein kann. Eine Auswerteeinrichtung 18 detektiert den rückreflektierten Messlaserstrahl 13 als einen schmalen Puls und kann diesen als Detektionszustand für eine Schichtgrenze interpretieren. Ein ähnlicher, schmaler Puls wird durch die Auswertungseinrichtung 18 registriert, sobald sich in analoger Weise eine weitere Schichtgrenze im Auge 2 in einem Detektionszustand befindet. Aus einer zeitlichen Korrelation der Pulse und der Position des Mikroscannerspiegels 12 sowie der Kenntnis des Strahlengangs, insbesondere des DOE 16, kann auf die Schichtdicke zwischen den zwei detektierten Schichtgrenzen geschlossen werden.
Eine genaue analytische Lösung zur Berechnung der Schichtdicke ist erst nach der Topographiemessung realisierbar, da der Messlaserstrahl 13 durch die gekrümmten Flächen gebrochen wird und die Krümmungsradien der Flächen zunächst unbekannt sind.
In der 2 ist stark schematisiert der Strahlengang des Akkommodationslaserstrahls 14 dargestellt. Der Akkommodationslaserstrahl 14 wird über den Mikroscannerspiegel 12 abgelenkt und tritt durch einen mittleren Bereich des DOE 16 hindurch. In diesem mittleren Bereich des DOE 16 kann ein weiteres DOE 19 bzw. ein anderes optisches Element mit vergleichbaren optischen Eigenschaften angeordnet sein. Mit dem Akkommodationslaserstrahl 14 wird ein Sehzeichen 21 unmittelbar und scharf auf die Netzhaut des Auges 2 geschrieben. Als Sehzeichen 21 können z. B. so genannte Landoltringe erzeugt werden.
Um etwaige Fehlsichtigkeiten des Auges 2 zu kompensieren kann der Eintrittswinkel alpha des Akkommodationslaserstrahls 14 variiert werden, indem wieder verschiedene radiale Bereiche des DOE 19 genutzt werden. Das DOE 19 ist so ausgelegt, dass der Beugungswinkel des DOE 19 eine Funktion des Abstandes zur optischen Achse 15 ist. Ziel ist es, ein gleich großes Sehzeichen 21 auf der Netzhaut des zu vermessenden Auges 2 zu erzeugen, das unabhängig von dessen Fehlsichtigkeit ist. Bei einem Zylinder als Fehlsichtigkeit wird das Sehzeichen 21 als Ellipse in der entsprechenden Achse des zu messenden Auges 2 auf das Auge 2 projiziert, so dass der Patient einen kreisförmigen Ring zu sehen bekommt. Wird die Diagnosevorrichtung 1 in ein Wellenfrontmessgerät integriert, kann das auf der Netzhaut entstandene Bild mit dem Wellenfrontmessgerät gemessen und überprüft werden.
Optional ergänzend ist es möglich, mit der vorhandenen Messeinrichtung den Dioptriebereich zu bestimmen, in welchem das Auge 2 noch akkommodieren kann. Damit ist der Abstand zwischen dem Fern- und dem Nahpunkt des scharfen Sehens gemeint. Um den Bereich messtechnisch erfassen zu können, muss die Diagnosevorrichtung 1 in einem Wellenfrontmessgerät integriert werden. Die Sehzeichen 21 werden unter verschiedenen definierten Winkeln alpha mit dem Mikroscannerspiegel 12 der Linse 10 und dem DOE 19 auf das Auge 2 projiziert. Das Auge 2 versucht nun, die Intraokularlinse 5 zu wölben, um die Sehzeichen 21 auf der Netzhaut scharf abbilden zu können. Mit dem Wellenfrontmessgerät kann die Anpassungsfähigkeit der Brechkraft des Auges dann überprüft werden.
Bevor nun die Schichtgrenzen detektiert und insbesondere die Schichtdicken d1, d2, und/oder d3 des Auges 2 gemessen werden können, muss das Auge 2 fixiert werden. Vorzugsweise wird das Auge 2 in einem entspannten Zustand vermessen. Damit das Auge 2 nicht akkommodiert, wird mit dem Mikroscannerspiegel 12 ein blinkender Punkt oder Ring als Sehzeichen 21 auf die Netzhaut eingeblendet und der Patient angewiesen, das Sehzeichen 21 zu fixieren. Dadurch ist das Auge 2 in einem definierten Zustand festgelegt.
Nebenbei bemerkt ist es oftmals so, dass der Akkommodationslaserstrahl 14 unterschiedlich schnell über das Auge 2 wandert, so dass das Auge 2 die Helligkeit des Sehzeichens 21 nicht gleichmäßig wahrnimmt. Deshalb kann die Lichtleistung des Laserdiodenmoduls 7 in Abhängigkeit vom Ort angepasst, insbesondere moduliert werden.
Um nun die Schichtgrenzen flächendeckend detektieren zu können und/oder die Hornhautdicke und/oder die Vorderkammertiefe oder andere Schichtdicken flächendeckend vermessen zu können, wird das Sehzeichen 21 in X und Y Richtung senkrecht zu der optischen Achse 15 auf der Netzhaut verschoben, wobei der Patient gezwungen wird, das Auge 2 zu drehen bzw. zu rollen. Dadurch durchdringt die optische Achse 15 das Auge 2 an unterschiedlichen Positionen, die dann hinsichtlich der Schichtdicken vermessen werden können. Mit diesem Vorgehen kann jeder Punkt des Auges 2 gezielt vermessen und somit ein Netz aus Messwerten für die Schichtdicken erzeugt werden, dass dann eine Basis für das 3D-Modell bildet.
Eine weitere Möglichkeit das Auge zum Drehen zu veranlassen, besteht darin, die im Einblick integrierten Leuchtdioden 23 wahlweise blinken zu lassen, um so das Auge des Patienten in alle 4 Richtungen um einen definierten Winkel drehen zu lassen.
Um den Detektionszustand sicher zu erfassen wird der Schnittbereich zwischen Messlaserstrahl 13 und optischer Achse 15 nicht nur entlang der optischen Achse 15 verfahren, sondern auch lateral, z. B. linienförmig oder fächerförmig gescannt, um den Detektionszustand sicher einzustellen.
Wie in der 1 dargestellt ist, kann man mittels einer Beobachtungskamera 22 und entsprechenden Beleuchtungsdioden 23 die Lage des Auges 2, insbesondere den Drehwinkel, erfassen. Damit lässt sich das Messergebnis der Schichtgrenzendetektion bzw. Dickenmessung eindeutig zuordnen. Damit die Beleuchtungsdioden 23 den Messvorgang nicht stören, werden diese bei einer anderen Wellenlänge betrieben, so dass die Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen über Filter, chromatische Strahlteiler etc. getrennt werden können.
In der 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Diagnosevorrichtung 1 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel in der 1 ist die Linse 10 in der Position verschoben worden, so dass diese nun der dem Mikroscannerspiegel 12 abgewandten Seite des Strahlteilers 9 positioniert ist. Ferner ist statt dem randseitigen DOE 16 ein Hülsenelement 24 vorgesehen, welches die Formung der Messlaserstrahlen 13 übernimmt. Beispiele für derartige Hülsenelemente 24 werden noch nachfolgend beschrieben. Das Hülsenelement 24 ist jedoch wieder so ausgebildet, dass in Abhängigkeit des radialen Abstands von der optischen Achse 15 ein unterschiedlicher Ablenkwinkel und/oder unterschiedlicher Ablenkpunkt erreicht wird, so dass der Schnittbereich zwischen Messlaserstrahl 13 und optische Achse 15 entlang der optischen Achse verfahren werden kann.
Der Strahlenverlauf der Akkommodationslaserstrahlen 14 erfolgt von dem Laserdiodenmodul 7 über den Strahlteiler 9 und die Lambdaviertelplatte 11 auf den Mikroscannerspiegel 12, welcher den Akkommodationslaserstrahl 14 durch den Strahlteiler 9 und die Linse 10, die wahlweise als normale Linse oder aber als Gradientenlinse ausgebildet sein kann, durch den zentralen, offenen Bereich des Hülsenelements 24 führt, wie dies auch in der 4 dargestellt ist. Die Kompensation der Fehlsichtigkeit des Auges 2 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel mit normaler Linse 10 durch eine Verschiebung A des Mikroscannerspiegels 12 entlang der optischen Achse 15 zum Beispiel durch einen motorischen Schlitten, insbesondere mit Piezoantrieb. Dadurch, dass die Fehlsichtigkeit des Auges 2 bei diesem Beispiel über den Abstand des Mikroscannerspiegels 12 zur Linse 10 ausgeglichen werden muss, werden die in dem Hülsenelement 24 einfallenden Messlaserstrahlen 13 je nach Fehlsichtigkeit des zu messenden Auges meistens einen kleinen zusätzlichen Winkelanteil haben. Diese geringe Auswirkung auf den Messbereich kann man dadurch ausgleichen, dass der Abstand zwischen der Diagnosevorrichtung 1 und dem Auge 2 je nach Fehlsichtigkeit des Auges 2 unterschiedlich eingenommen wird.
In der 4 ist stark schematisiert der Strahlengang des Akkommodationslaserstrahls 14 mit der Linse 10 als Gradientenlinse dargestellt. Der Akkommodationslaserstrahl 14 wird über den Mikroscannerspiegel 12 abgelenkt und tritt durch einen mittleren Bereich der Linse 10 hindurch. Mit dem Akkommodationslaserstrahl 14 wird ein Sehzeichen 21 unmittelbar und scharf auf die Netzhaut des Auges 2 geschrieben.
Um etwaige Fehlsichtigkeiten des Auges 2 zu kompensieren kann der Eintrittswinkel alpha des Akkommodationslaserstrahls 14 variiert werden, indem wieder verschiedene radiale Bereiche der Linse 10 genutzt werden. Die Linse 10 ist so ausgelegt, dass der Austrittswinkel der Linse 10 eine Funktion des Abstandes zur optischen Achse 15 ist. Ziel ist es, ein gleich großes Sehzeichen 21 auf der Netzhaut des zu vermessenden Auges 2 zu erzeugen, das unabhängig von dessen Fehlsichtigkeit ist.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass – sobald der Messlaserstrahl 13 in der optischen Achse 15 auf einen Scheitelpunkt einer gekrümmten Fläche einer Grenzfläche trifft – so reflektiert wird, dass er auf der in der 3 gegenüberliegenden Seite des Hülsenelements 24, insbesondere spiegelsymmetrisch zu der optischen Achse 15 in das Hülsenelement 24 eingekoppelt wird. Der Strahlengang ist so ausgelegt, dass in dem Detektionszustand der von der Grenzschicht reflektierte Messlaserstrahl 13 wieder auf den Mikroscannerspiegel 12 zurückgeworfen wird. Dieser lenkt den Strahl auf den Detektor 17, der analog zu dem Detektor 17 in der 1 ausgebildet, angeordnet und/oder verschaltet ist.
Die 5 und 6 zeigen jeweils ein Hülsenelement 24, welche in das Ausführungsbeispiel in der 3 oder statt des DOE 16 in der 1 einsetzbar ist. Das Hülsenelement 24 weist eine freie Apertur 25 auf und ist so ausgebildet, dass die Richtung und/oder die Lage eines ausfallenden Messlaserstrahls 13 in Abhängigkeit des radialen Abstands r von der optischen Achse 15 des einfallenden Messlaserstrahls 13 ist.
Bei dem Beispiel in der 5 handelt es sich um ein reflektives Element, wobei an der Austrittsseite ein trichterförmiger, innen reflektierender Abschnitt angeordnet ist. Durch den trichterförmigen Abschnitt erfolgt bei einem Versatz der radialen Position delta r des eintretenden Messlaserstrahls 13 ein Versatz delta z in Richtung der optischen Achse 15 des ausfallenden Messlaserstrahls 13. Selbstverständlich ist es auch möglich, statt eines einfachen, geraden Trichters auch gekrümmte Formen zu verwenden, um den Versatz delta z weiter aufzuspreizen.
In der 6 ist dagegen ein Hülsenelement 24 dargestellt, bei dem sich der Messlaserstrahl 13 in dem Material des Hülsenelements 24 ausbreitet. Auch dieses Hülsenelement 24 weist einen trichterförmigen Abschnitt auf, wobei der Messlaserstrahl 13 jedoch zur Strahlformung und/oder -führung in dem Material des trichterförmigen Abschnitts geführt ist. Auch bei diesem Hülsenelement 24 resultiert aus einem Radialversatz delta r ein Tiefenversatz delta z entlang der optischen Achse 15.
Die 7 und 8 zeigen zwei weitere Ausführungsformen des Hülsenelements 24 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung. Das Hülsenelement 24 in der 7 ist als ein reflektives optisches Element mit Spiegelflächen, das in der 8 als ein brechendes optisches Element ausgebildet. Beide Hülsenelemente 24 weisen in Umlaufrichtung unterschiedliche Bereiche I, II, III, IV auf, die jeweils paarweise zugewandt sind. So sind sich jeweils die Bereiche I-III und die Bereiche II-IV zugewandt. Bei der Detektion der Schichtgrenze, insbesondere im Detektionszustand ist vorgesehen, dass der Messlaserstrahl über einen Bereich eines Paares zum Auge 2 geführt und über den anderen Bereich des gleichen Paares wieder zurückgeführt wird. Insbesondere erlauben die Bereiche ein Abscannen des Auges 2 in lateralen Richtungen und in Tiefenrichtung, so dass durch die Bewegung des Messlaserstrahls 13 ein Volumen abgesucht werden kann.
Das andere Paar kann für den gleichen Tiefenbereich des Auges ausgebildet sein und somit die gleiche Messung wie das erste Paar nur um 90° um die optische Achse versetzt durch führen können. Diese Ausgestaltung vergrößert die Messsicherheit der Diagnosevorrichtung 1. Bei anderen Ausführungsbeispielen weisen die Bereiche der beiden Paare I-III und II-IV unterschiedliche Knickwinkel auf, so dass diese Paare unterschiedliche Bereiche im Auge abscannen können. Beispielsweise ist das Paar I-III zur Vermessung der Hornhautdicke d1 und das Paar II-IV zur Vermessung der Intraokularlinsendicke d3 ausgebildet. In gleicher Weise können die brechenden Bereiche des Hülsenelements in der 8 paarweise abgestimmt sein.
Die 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hülsenelements, welches acht Bereiche I–VIII aufweist. Die Bereiche sind wie folgt zugeordnet:
I-V: Hornhautdicke waagrecht
III-IV: Hornhautdicke senkrecht
II-IV: Intraokularlinsendicke in erster Richtung
IV-VIII: Intraokularlinsendicke senkrecht zu der ersten Richtung.
In der 10 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei hier abweichend von den Ausführungsbeispielen in den 1 und 3 die Akkommodationslaserstrahlen 14 und die Messlaserstrahlen 13 von unterschiedlichen Laserdiodenmodulen 7a bzw. 7b erzeugt werden.
In Bezug auf die Beschreibung des Akkommodationsstrahlengangs wird auf die Beschreibung zu dem ersten Ausführungsbeispiel in der 1 bzw. auf die Erläuterungen zu der 2 verwiesen.
Der Messlaserstrahlengang ist dagegen abweichend ausgebildet. Bei diesem wird durch ein Laserdiodenmodul 7b ein zunächst divergierender Messlaserstrahl 13 erzeugt, der über eine Kollimatorlinse 26 kollimiert wird und in einem aufgeweiteten Zustand durch eine Mehrzahl von Strahlteiler 27, 28 und 29 durchgeführt wird. Der kollimierte Messlaserstrahl 13 trifft dann auf den Strahlteiler 9 und wird von diesem, von dem DOE 16 auf die optische Achse 15 in einem bestimmten Abstand zum DOE 16 fokussiert. Statt des DOE 16 kann hier auch eine Linse vorgesehen sein.
Das Laserdiodenmodul 7b ist auf einem Schlitten 30 montiert, welcher in einer Z-Richtung, die der durch den Strahlteiler 9 abgewinkelten optischen Achse 15 entspricht, verschiebbar ist. Durch die Verschiebung des Laserdiodenmoduls 7b wird die Fokuslage oder Bildebene des Messlaserstrahls 13 in dem Auge 2 geändert. Sofern der Fokus oder das Bild der Laserquelle des Laserdiodenmoduls 7b mit einer Grenzschicht in dem Auge 2 zusammen fällt und sich zudem auf einem Scheitelpunkt befindet, wird der Messlaserstrahl 13 in sich identisch zurückreflektiert und wird wahlweise in einen Detektor 31 auf dem Schlitten 28 oder auf einen Detektor 32, welcher in dem Laserdiodenmodul 7b integriert ist, zurückgeworfen. Die Auswerteeinrichtung 18 ist mit dem Detektor 31 oder 32 so verschaltet, dass dieser Zustand als Detektionszustand erkannt werden kann. Die Messmethode entspricht somit der Messmethode der konfokalen Mikroskopie.
In analoger Weise zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird durch den Vergleich der Position der Aktorik, also dem Schlitten 30, bei Detektionszuständen von verschiedenen Schichtgrenzen die Schichtdicke zwischen den Schichtgrenzen bestimmt.
Optional ergänzend weist die Diagnoseeinrichtung 1 eine Topographiemesseinheit 33, z. B. Shack-Hartmann-Sensor, zur Vermessung der Krümmung oder des Krümmungsverlaufs der Hornhaut und/oder einen Wellenfrontmesseinheit 34 zur Messung der lokalen Brechkraft oder lokalen Fehlsichtigkeit des Auges 2 auf.
Eine erste Alternative zur Vermessung der Schichtendicke kann dadurch erfolgen, dass als optische Achse im Auge 2 eine zweite optische Achse 35 gewählt wird, die sich nicht mit der optischen Achse 15 der Diagnosevorrichtung überdeckt.
Bei einer ersten Alternative, die in der 12 skizziert ist, trifft der Messlaserstrahl 13 auf die Außenseite der Hornhaut 3 in einem Punkt P1 auf, der außerhalb von der optischen Achse 15 der Diagnosevorrichtung liegt. Stattdessen liegt der Punkt P auf einer zweiten optischen Achse 35, die durch den Krümmungsmittelpunkt der Außenseite der Hornhaut 3 geht. Der in dem Punkt 21 reflektierte Messlaserstrahl 13 wird wieder in Richtung der Diagnosevorrichtung zurückgeworfen und trifft auf den Detektor 17, so dass dieser Zustand als ein Detektionszustand erkannt wird.
Die Strahlformung für diesen Detektionszustand erfolgt durch eine Anpassung des DOE 16. Beispielweise ist das DOE 16 nicht kreisförmig ausgebildet, wie dies in den 5 oder 6 dargestellt ist, sondern weist eine viereckige oder sechseckige Form auf, wie dies in den 7 bis 9 gezeigt ist. Beispielsweise können die Seiten paarweise so ausgelegt werden, dass die einzelnen Messlaserstrahlen 13 so geformt werden, dass sie die Dicken und relativen Abstände der gekrümmten Flächen im Auge 2 in einer Schnittebene parallel zu der jeweiligen Seite des DOE 16 abscannen. Das DOE 16 erzeugt durch die Bewegung des Mikroscannerspiegels 12 auf jeder Seite ein Strahlenbündel, das das Auge 2 fächerförmig in der Tiefe durchdringt. Die Schnittebene ist dabei z. B. senkrecht oder gewinkelt zu der Blattebene in der 12. Das Strahlenbündel muss nicht zwingend parallel zu den Seiten des DOE 16 sein. Auf das Auge 2 werden somit je nach Ausführungsform ein, zwei, vier oder mehr schmale Spalte, der Länge 8 bis 10 mm, projiziert, die das Auge 2 durchdringen.
Bei der quadratischen Ausführung gemäß der 7 und 8 wird mit zwei senkrechten Linien, während bei der sechseckigen Ausführung mit 4 Linien im Winkel von 45 Grad das Auge 2 vermessen wird. Ausschließlich der von einer Grenzschicht reflektierte Strahl, der mit dem einfallenden Strahl in der Messebene, die durch den Krümmungsmittelpunkt der (Hornhaut) Kornea geht bzw. auf der zweiten optischen Achse 35 liegt, trifft auf den Detektor 17. Einfallender Messlaserstrahl 13 und reflektierter Messlaserstrahl 13 müssen in der Messebene senkrecht oder gewinkelt zur Schnittebene durchs Auge 2 verlaufen. Der Detektor 17 kann nur die Messlaserstrahlen 13 empfangen, die als einfallender Strahl in der 12 von rechts oben die Diagnosevorrichtung 1 verlassen und als vom Auge 2 reflektierter Messlaserstrahl 13 rechts unten in die Diagnosevorrichtung 1 eindringen. Über den Zeitpunkt der vom Detektor 17 signalisierten Reflexion lassen sich die Position und der Winkel des ins Auge 2 einfallenden Messlaserstrahls 13 eindeutig zuordnen. Wie sich aus der 12 im unteren Teil ergibt, kann eine zweite Grenzschicht in analoger Weise detektiert werden, wobei hier der Reflexionspunkt P2 auf einer dritten optischen Achse 36 liegt, die durch den Krümmungsmittelpunkt dieser Grenzschicht geht.
Werden mehrere Punkte P einer Grenzschicht insbesondere neben dem Schnittpunkt dieser Grenzschicht mit der optischen Achse 15 bestimmt, so kann ein Krümmungsradius der Grenzschicht in der Messebene bestimmt werden. Durch diese Modifikation wird die Diagnoseeinrichtung 1 somit um die Funktion ”Topographievermessung” erweitert. Das DOE 16 kann wegen der unterschiedlichen Anforderungen an den Messbereich und an die Messgenauigkeit, der zu vermessenden Größen wie Korneadicke, Vorderkammertiefe und Intraokularlinsendicke, optimiert werden. Anhand der Intensität des reflektierten Messstrahles erkennt man von welcher Schicht die Reflexion stammt.
Der Bezugspunkt der Topographiemessung ist der Schnittpunkt der Kornea 2 mit der optischen Achse 15. Diesen Punkt kann mit dem Messverfahren sehr genau bestimmt werden. Aus drei und mehr Messpunkten ist die Krümmung der Kornea 2 in der jeweiligen Schnitt- bzw. Messebene des Auges 2 bestimmbar. Sind die x und y Koordinaten von mindestens drei Messpunkten bekannt, kann der Krümmungsradius und der Krümmungsmittelpunkt der Kornea 2 berechnet werden.
Die Topographiemessung und die Schichtdickenmessung wird bei einer anderen Ausführungsform gemäß der 13 umgesetzt, indem die Messlaserstrahlen 13 in sich selbst reflektiert werden. Statt des Detektors 17 kann bei dieser Ausführungsform an anderer Stelle ein funktionsgleicher Detektor angeordnet sein. So kann in dem Laserdiodenmodul 7 ein Detektor integriert sein oder ein Detektor 17a vor dem Laserdiodenmodul 7 angeordnet sein, der über einen Strahlteiler 9a den zurückgeworfenen Messlaserstrahl 13 empfangen kann. Die Detektoren 17, 17a etc. können als Fotodiode oder Positionsdetektor oder CCD Chip bzw. als in das Laserdiodenmodul integrierte Fotodiode ausgebildet sein.
Die Winkel der Messlaserstrahlen 13 müssen für diese Messmethode durch das diffraktive optische Element DOE 16 geformt werden. Das DOE 16 (oder eine Linse als Gradientenlinse) erzeugt z. B. einen parallelen Fächer von Strahlen in der Schnittebene die die optische Achse 36 an verschiedenen Stellen schneiden. Nur der Messlaserstrahl 13 der senkrecht auf die Krümmungsfläche der Grenzschicht auftrifft wird in sich selbst reflektiert. Über den Mikroscannerspiegel 12 der gleichzeitig als Blende dient gelangt der reflektierte Messlaserstrahl 13 auf den Detektor 17a bzw. in dem Laserdiodenmodul 7 (1). Die Messgenauigkeit kann erhöht werden, wenn man die genaue Position und Intensität des reflektierten Strahles mit dem Detektor 17a erfasst. Welche Schicht die Reflexion verursacht hat, kann man anhand der Intensität des reflektierten Messstrahles erkennen.
Die einfachste Möglichkeit die Messlaserstrahlen 13 in sich selbst zu reflektieren wäre eine ideale Linse die einen Brennpunkt im Krümmungsmittelpunkt der Kornea erzeugt bzw. eine äquivalente Ausgestaltung des DOE 16. Der Nachteil dieser Messmethode ist, dass man die Position des Scheitelpunktes kennen müsste, um den Krümmungsradius bestimmen zu können. Denn konzentrische Kugeln mit unterschiedlichen Radien liefern den gleichen Rückreflex.
Die Anzahl der Messpunkte kann man erhöhen, indem man den Winkelbereich, den das Gerät erzeugt, erweitert. Dies lässt sich auch durch eine Änderung des Abstandes des Mikroscannerspiegels 12 zur Linse 10 erreichen. Dadurch kann die Krümmung der Kornea flächendeckend erfasst werden, ohne das Auge 2 drehen zu müssen.
Bezugszeichenliste

1: Diagnosevorrichtung
2: Auge
3: Hornhaut
4: Vorderkammer
5: Linse
6: Glaskörper
7a, b: Laserdiodenmodul
8: Laserstrahl
9: Strahlteiler
10: Linse
11: Lambdaviertelplatte
12: Mikroscannerspiegel
13: Messlaserstrahl
14: Akkommodationslaserstrahl
15: optische Achse
16: DOE
17: Detektor
18: Auswerteeinrichtung
19: DOE
20: Linse
21: Sehzeichen
22: Beobachtungskamera
23: Beleuchtungsdioden
24: Hülsenelement
25: Apertur
26: Kollimatorlinse
27: Strahlteiler
28: Strahlteiler
29: Strahlteiler
30: Schlitten
31: Detektor
32: Detektor
33: Topographiemesseinheit
34: Wellenfrontmesseinheit

Claims

Diagnosevorrichtung (1) zur Detektion einer Schichtgrenze in einem Auge, einer Linse oder einem anderen lichtdurchlässigen Körper mit einer Lichtquelle (7; 7a, b), wobei die Lichtquelle eine Objektebene definiert, mit einer Sensoreinheit (17, 17a, 31, 32), mit einem Strahlengang, der zur Führung von mindestens einem Messstrahl (13) von der Lichtquelle (7; 7a, b) von der Objektebene der Lichtquelle in eine Bildebene und/oder in einen Schnittbereich des Messstrahls (13) mit einer optischen Achse (15) im Auge (2) ausgebildet ist, mit einer Aktorik (12, 30), die ausgebildet ist, die Bildebene und/oder den Schnittbereich entlang der optischen Achse (15) zu verschieben wobei der Strahlengang so ausgebildet ist, dass in einem Detektionszustand der Messstrahl (13) von einer Schichtgrenze in die Sensoreinheit (17, 17a, 31, 32) geführt wird, wenn die Bildebene und/oder der Schnittbereich auf der Schichtgrenze liegt, und mit einer Auswerteeinrichtung (18), die ausgebildet ist, den Detektionszustand auf Basis der Signale der Sensoreinheit (17, 17a, 31, 32) zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (18) ausgebildet ist, eine Schichtdicke (d1, d2, d3) zwischen einer ersten und einer zweiten Schichtgrenze auf Basis der Stellung der Aktorik (12, 30) bei einem Detektionszustand der ersten und der zweiten Schichtgrenze abzuschätzen und/oder zu ermitteln.
Diagnosevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang ausgebildet ist, ein Bild der Lichtquelle in die Bildebene im Auge zu projizieren und/oder dass die Aktorik (30) als ein adaptives optisches Element und/oder als eine verschiebbares optisches Element ausgebildet ist.
Diagnosevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein unaufgeweiteter, insbesondere einzelner Messstrahl (13) durch den Strahlengang geführt ist und/oder dass die Aktorik (12) als eine Scannereinrichtung, insbesondere als ein Scannerspiegel ausgebildet ist.
Diagnosevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensoreinheit in dem Strahlengang ein räumlicher Filter und/oder eine Blende vorgeschaltet ist und/oder dass die Sensoreinheit ortsauflösend (17, 17a, 31, 32) ausgebildet ist.
Diagnosevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang so ausgebildet ist, dass der Messstrahl zur Detektion der Schichtgrenze auf einen Ringbereich oder weniger beschränkt ist, der einen zentralen Bereich (25) auf dem letzten optischen Element freilässt.
Diagnosevorrichtung (1) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine optische Komponente, insbesondere ein Ringelement (24), das den Messstrahl (13) auf die Bildebene und/oder den Schnittbereich führt und die als ein diffraktives optisches Element und/oder ein beugendes Element und/oder ein reflektierendes Element und/oder ein brechendes Element ausgebildet ist.
Diagnosevorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element, insbesondere das Ringelement (24), in Umlaufrichtung um eine oder die optische Achse (15) mehrere Bereiche (I–VIII) aufweist, die den Messstrahl (13) in unterschiedliche Bereiche entlang der optischen Achse (15) führen.
Diagnosevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7; 7a, b) oder eine weitere Lichtquelle zur Erzeugung eines Akkomodationstargets (21) ausgebildet ist.
Diagnosevorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang ausgebildet ist, zur Bildung des Akkomodationstargets (21) Akkomodationsstrahlen (14) durch den zentralen Bereich (25) des Ringelements (24) zu senden
Diagnosevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Akkomodationstarget (21) bildbar ist, welches für das Auge aus unterschiedlichen Richtungen zu kommen scheint.
Ringelement (24) für eine Diagnosevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (24) in Umlaufrichtung mehrere Bereiche (I–VIII) aufweist, die paarweise einer Schichtgrenze im Auge (2) zugeordnet sind.