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Die Erfindung betrifft eine Projektorvorrichtung zur Projektion eines flächigen Musters in einer Ebene, insbesondere in einem menschlichen Auge, mit einer Lichtquelle, welche einen Lichtstrahl erzeugt, mit einer Ablenkeinrichtung, welche eine Ablenkung des Lichtstrahls um einen Ablenkwinkel ermöglicht, um das flächige Muster in der Ebene zu erzeugen, mit einem Strahlengang, welcher sich mindestens von der Lichtquelle bis zu der Ebene erstreckt, mit einer Sensoreinrichtung, welche zur Bestimmung des Ist-Zustandes einer Wellenfront des Lichtstrahls in einer beliebigen Position des Strahlengangs ausgebildet und angeordnet ist, mit einer Auswerteeinrichtung, welche ausgebildet ist, den Ist-Zustand der Wellenfront aufzunehmen, und mit einer Korrektureinrichtung, welche in dem Strahlengang angeordnet ist und eine Änderung der Wellenfront des Lichtstrahls ermöglicht. Die Erfindung betrifft auch ein Medizingerät mit der Projektorvorrichtung.
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Fehlsichtigkeit von Personen kann in der Zwischenzeit über lasergestützte Behandlungsmethoden der Hornhaut berichtigt werden, wobei durch einen flächigen Laserabtrag der Hornhaut die Oberflächenform der Hornhaut so geändert wird, dass die Fehlsichtigkeit korrigiert wird. Derartige Behandlungsmethoden umfassen zum einen die Messung der Fehlsichtigkeit der Person und zum anderen die Korrektur der Hornhaut durch einen Behandlungslaser.
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Die Druckschrift
WO 2010/125394 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur scannenden Abtastung der Retina eines Auges. Als Aktorik zum Scannen eines Messlichtstrahls weist die Vorrichtung eine Kombination aus einem gesteuerten und einem im Resonanzbetrieb arbeitenden Spiegel auf. Zur Verbesserung der Einstellungen der Vorrichtung wird ein zusätzlicher Probestrahl in das Auge eingeblendet und dessen Rückstrahlung mit einem Wellenfrontmessgerät überwacht. Auf Basis der gemessenen Aberrationen des Probestrahls wird der Messlichtstrahl über die Ansteuerung eines adaptiven Spiegels geändert.
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Die Druckschrift
US 2003/0210378 A1 offenbart ein System zur optoelektronischen Augenuntersuchung. Bei dem System wird ein flächiges Bild durch einen MEM oder ein SLM erzeugt oder verbessert.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 005 473 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Vorrichtung zum Messen von Abbildungsfehlern im menschlichen Auge, welche in einer möglichen Ausführungsform in einem Bearbeitungslaser integriert ist, um das Ergebnis einer Behandlung bei einer individuellen Anpassung von Kontaktlinsen, von Intraokularlinsen oder bei einer chirurgischen Korrektur der Hornhaut in situ zu überprüfen und ggf. eine erforderliche Korrektur zu berechnen. Die Vorrichtung umfasst eine Laserdiode zur Bestimmung der lokalen Brechkraft im Auge, wobei der Lichtstrahl der Laserdiode über einen als Mikroscannerspiegel ausgeführten Kippspiegel flächig abtastend über das Auge geführt wird. Um das abzubildende Sehzeichen an die mittlere Brechkraft des Auges anzupassen, ist der Mikroscannerspiegel auf einem elektrisch ansteuerbaren Schlitten positioniert, so dass eine Vorkompensation des Messstrahls der Laserdiode im Bereich von weniger als 0,1 dpt erfolgen kann. Bevor die Brechkraft des Auges gemessen wird, wird es fixiert, so dass das Auge in einem entspannten Zustand vermessen wird. Hierzu wird ein blinkender Punkt oder ein Ring als Sehzeichen im Auge eingeblendet, auf das sich das Auge anpasst. Das Sehzeichen wird durch einen Lichtstrahl erzeugt, welcher ebenfalls mit dem Mikroscannerspiegel abgelenkt wird.
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Das Sehzeichen kann durch Ansteuerung der Lichtquelle und des Kippspiegels unter Berücksichtigung der zuvor gemessenen lokalen Brechkraft (Koma, Astigmatismus) des Auges so projiziert werden, dass das Sehzeichen im Auge unverzerrt abgebildet wird. Um über den gesamten Messbereich eine gleichbleibende hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten, wird die Divergenz des von der Laserdiode gelieferten Laserstrahls mittels einer elektrisch steuerbaren Flüssigkeitslinse in Abhängigkeit von der zu messenden Fehlsichtigkeit des Auges eingestellt, wodurch ein gleichbleibender Strahlendurchmesser von weniger als 200 μm sicher gestellt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektorvorrichtung sowie ein Medizingerät mit der Projektorvorrichtung vorzuschlagen, welche eine verbesserte Messung der lokalen Brechkraft eines optischen Körpers, insbesondere eines Auges, ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Projektorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Medizingerät mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Im Rahmen der Erfindung wird eine Projektorvorrichtung vorgeschlagen, welche zur Projektion eines flächigen Musters in einer Ebene geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Ebene ist bevorzugt in oder an einem menschlichen Auge angeordnet. Im Speziellen ist die Projektorvorrichtung ausgebildet, das flächige Muster auf die Netzhaut des Auges als Ebene zu projizieren. Im speziellen ist die Projektorvorrichtung ausgebildet, das flächige Muster auf den Gelben Fleck der Netzhaut zu projizieren. Das flächige Muster kann beispielsweise als ein Symbol, ein Kreis, ein Zeichen, eine Zahl, ein Bild oder eine Struktur ausgebildet sein.
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In einigen Ausführungsformen dient die Projektorvorrichtung dazu, dass flächige Muster verzerrungsfrei und/oder scharf auf die Ebene abzubilden. Insbesondere ist die Abbildung frei von Abbildungsfehlern. Bei anderen Ausführungsformen erlaubt die Projektorvorrichtung nur eine Verbesserung der optischen Qualität in einem Teilbereich des Strahlengangs.
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Die Projektorvorrichtung umfasst eine Lichtquelle, welche einen Lichtstrahl erzeugt. Bei alternativen Ausführungsformen können auch mehrere Lichtquellen vorhanden sein. Soll das flächige Muster für den Patienten sichtbar sein, ist es bevorzugt, dass der Lichtstrahl eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich, also beispielsweise zwischen 400 μm und 800 μm aufweist. Soll das flächige Muster unsichtbar sein, so kann ein Lichtstrahl im nahen, aber unsichtbaren Infrarotbereich, wie z. B. zwischen 780 nm und 1400 nm eingesetzt werden. Kombinationen und Überlagerungen von mehreren Lichtstrahlen oder -quellen sind möglich.
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Die Projektorvorrichtung umfasst eine Ablenkeinrichtung, welche eine Ablenkung des Lichtstrahls um einen Ablenkwinkel umsetzt, um das flächige Muster in der Ebene zu erzeugen. Besonders bevorzugt ermöglicht die Ablenkeinrichtung eine Ablenkung in zwei unabhängige Richtungen. Die Ablenkeinrichtung ist als eine Scannervorrichtung mit einem Scannerspiegel ausgebildet
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Zwischen der Lichtquelle und der Ebene erstreckt sich ggf. gewinkelt oder geknickt ein Strahlengang, wobei sich der Strahlengang auch weiter, also insbesondere über die Ebene hinaus erstrecken kann. Der Strahlengang umfasst auch Bereiche, welche in optischer Vorwärtsrichtung ausgehend von der Lichtquelle zu der Ebene hinter der Ebene angeordnet sind, also Reflexionen oder Streuungen von der Ebene umfassen.
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Es ist mindestens eine Sensoreinrichtung an einer Position des Strahlengangs hinter der Ebene angeordnet, welche zur Bestimmung des Ist-Zustandes einer Wellenfront des Lichtstrahls ausgebildet ist.
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Da der Lichtstrahl über die Ablenkvorrichtung abgelenkt wird, um das flächige Muster in der Ebene zu erzeugen, kann durch die Sensoreinrichtung die Wellenfront nur für den aktuell auf die Sensoreinrichtung auftreffenden Lichtstrahl bzw. dessen Rückstreuung aufgenommen werden. Werden die Wellenfronten aus allen zeitlich aufeinanderfolgenden Lichtstrahlen zur Bildung des flächigen Musters erfasst, kann aus diesen Wellenfronten eine ausgedehnte Wellenfront bestimmt werden.
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Unterschiedliche Ist-Zustände der Wellenfronten des Lichtstrahls können sich insbesondere durch unterschiedliche Divergenzen des Lichtstrahls oder durch unterschiedliche Ausbreitungsrichtungen, insbesondere Winkel des Lichtstrahls ergeben. Die Sensoreinrichtung ist insbesondere als ein Aberrometer, Shack-Hartmann-Sensor, Tschernig-Aberrometer, Wellenfrontanalysator oder eine vereinfachte Ausführungsform derselben ausgebildet. Der Ist-Zustand der Wellenfront kann mit der Sensoreinrichtung über einen absoluten Messwert erfasst werden. Es ist jedoch auch möglich, dass der Ist-Zustand über einen relativen Wert erfasst wird. So kann beispielsweise der Ist-Zustand als eine Position des Auftreffpunkts des Lichtstrahls auf einer Fläche ausgebildet sein, wobei die Position eine Relativmessgröße für den Ist-Zustand der Wellenfront bildet, jedoch nicht erlaubt, einen absoluten Messwert für den Ist-Zustand der Wellenfront anzugeben.
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In dem Strahlengang ist eine Korrektureinrichtung integriert, die eine Änderung der Wellenfront des Lichtstrahls ermöglicht. Insbesondere ist die Korrektureinrichtung in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls vor der Sensoreinrichtung angeordnet, so dass Änderungen der Wellenfront des Lichtstrahls durch die mindestens eine Sensoreinrichtung erfasst werden können.
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Als weitere Komponente umfasst die Projektorvorrichtung eine Auswerteeinrichtung, die den Ist-Zustand der Wellenfront aufnehmen und den Ist-Zustand mit einem Soll-Zustand der Wellenfront des Lichtstrahls vergleichen kann. Ein Soll-Zustand des Lichtstrahls kann – zurückkehrend zu dem vorhergehenden Beispiel – als eine weitere Position des Lichtstrahls auf einer Sensorfläche oder als ein anderer relativer oder absoluter Wert ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Korrektureinrichtung ein optisches Steuerelement mit einer vorzugsweise elektrisch steuerbaren Brennweite umfasst und dass die Auswerteeinrichtung das optische Steuerelement so ansteuert, dass der Ist-Zustand dem Soll-Zustand ortsaufgelöst und/oder winkelabhängig nachgeführt wird.
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Die Auswerteeinrichtung setzt einen Kontrollkreis, insbesondere einen Regelkreis oder Steuerkreis um, der über das optische Steuerelement ortsaufgelöst den gemessenen Ist-Zustand der Wellenfront zu dem Soll-Zustand überführt, um auf diese Weise eine Selbstkorrektur der Projektorvorrichtung durchzuführen. Die ortsaufgelöste Ansteuerung wird besonders bevorzugt als ortsabhängig in Bezug auf die Ebene und/oder winkelabhängig in Bezug auf den Ablenkwinkel verstanden.
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Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die Auswerteeinrichtung und die Nachführung durch das optische Steuerelement eine Selbstkorrektur des Strahlengangs oder zumindest eines Abschnitts des Strahlengangs erreicht werden kann. Dadurch wird es ermöglicht, auf der Ebene ein abbildungsfehlerfreies oder zumindest -armes flächiges Muster zu erzeugen. In der Projektorvorrichtung können z. B. günstige optische Komponenten eingesetzt werden oder die eingesetzten Komponenten erlauben bei der Positionierung höhere Toleranzen, da ggf. auftretende Abbildungs- oder Justagefehler durch die Nachführung oder Selbstkorrektur ausgeglichen werden können.
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Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass durch das optische Stellelement mit elektrisch steuerbarer Brennweite nicht nur eine Verzerrung des flächigen Musters auf der Ebene kompensiert werden kann, sondern auch eine Divergenz oder ein Winkelfehler des Lichtstrahls angepasst werden kann, so dass auch ein sphärischer Abbildungsfehler und/oder ein Defokus, also eine Unschärfe auf der Ebene, insbesondere auf der Netzhaut, ausgeglichen werden kann.
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Die Erfassung des Ist-Zustands kann bei einer möglichen Ausführungsform einmalig als eine Referenzmessung oder Initialisierungsmessung durchgeführt werden, z. B. wenn die Projektorvorrichtung erstmalig initialisiert bzw. montiert wird oder wenn eine Kalibrierung notwendig ist. Im weiteren Betrieb erfolgt die Nachführung oder Selbstkorrektur auf Basis der einmalig gemessenen Ist-Zustände z. B. als Steuerkreis.
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Dies kann auch ausreichend sein, da Abbildungsfehler aufgrund von Dejustagen oder günstigen optischen Komponenten statisch sind und nicht ständig überprüft werden müssen.
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Besonders bevorzugt wird die Selbstkorrektur, also die Erfassung der ISt-Zustände und die Nachführung, jedoch ständig durchgeführt, um unmittelbar Änderungen in dem Strahlengang erkennen und korrigieren zu können, z. B. als Regelkreis. Besonders bevorzugt wird der Ist-Zustand der Wellenfront mindestens einmal, vorzugsweise mindestens fünfmal, insbesondere mindestens zehnmal pro Sekunde oder laufend aufgenommen, so dass die Selbstkorrektur in Echtzeit durchgeführt wird.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das flächige Muster als ein Akkomodationstarget, insbesondere als ein Sehzeichen, für das Auge ausgebildet. Die Projektion eines Akkomodationstargets auf das Auge, insbesondere auf die Netzhaut, ermöglicht eine Stabilisierung der Blickrichtung, da der Patient angewiesen werden kann, in die (scheinbare) Herkunftsrichtung des Gegenstands zu blicken, den der Patient durch das Akkomodationstarget dargestellt bekommt. Dies ermöglicht Messungen in der Sehachse. Die Selbstkorrektur von Teilabschnitten des Strahlengangs oder des gesamten Strahlengangs führt zu einer Verbesserung der Abbildungsschärfe des Akkomodationstargets auf der Netzhaut, so dass sich das Auge komfortabel auf weite Entfernungen oder ins Unendliche einstellen und damit weitgehend entspannen kann. In diesem Zustand kann das Auge zum einen besonders genau vermessen und zum anderen besonders exakt chirurgisch behandelt werden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das flächige Muster als ein Akkomodationstarget, insbesondere als ein Sehzeichen, für das Auge ausgebildet. Die Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist das optische Steuerelement als eine adaptive, insbesondere verschiebbare und/oder verformbare, Linse ausgebildet. Durch Anlegen eines elektrischen Steuersignals, z. B. einer Steuerspannung, an die Linse bzw. einer entsprechenden Steuerung der Linse kann deren Brennweite eingestellt werden. Bevorzugt weist die Linse einen freien Durchmesser von größer 2 mm, vorzugsweise größer 5 mm auf, wobei der große freie Durchmesser vorteilhaft ist, da Lichtstrahlen, welche nicht mittig die Linse passieren, die Linse ebenfalls noch annähernd als eine ideale Linse wahrnehmen bzw. abbildungsfehlerarm- oder -frei transmittieren können.
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Alternativ hierzu kann das optische Steuerelement als ein adaptiver Spiegel ausgebildet sein, wobei die Brennweite durch Änderung der Krümmung der Spiegeloberfläche umgesetzt wird. Diese Ausführungsform ist mechanisch einfacher zu gestalten, jedoch benötigt diese Ausführungsform einen größeren Bauraum.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Ablenkeinrichtung als ein Mikroscannerspiegel ausgebildet, welcher besonders bevorzugt in zwei zueinander senkrechte Richtungen um einen Ablenkwinkel abgelenkt werden kann. Insbesondere handelt es sich um einen X-Y-Scanner-Spiegel. Der Mikroscannerspiegel erlaubt ein flächendeckendes Abtasten der Ebene zur Projektion des flächigen Musters mit Schwingungsfrequenzen von 100 Hz bis 110 kHz. Insbesondere ist der Mikroscannerspiegel zweidimensional ablenkbar. Der Mikroscannerspiegel hat eine freie Spiegelfläche, welche im Durchmesser kleiner als 7 mm, vorzugsweise kleiner als 3 mm ist. Durch die geringe Größe kann der Mikroscannerspiegel in einem Resonanzbetrieb mit den genannten Frequenzen betrieben werden, so dass der Mikroscannerspiegel unabhängig von der Form des flächigen Musters stets die gleiche Ablenkreihenfolge durchführt und das flächige Muster durch Aktivierung bzw. Deaktivierung der Lichtquelle bzw. des Lichtstrahls erfolgt. Durch den Resonanzbetrieb kann die Ansteuerung des Mikroscannerspiegels sehr einfach ausfallen, da diese nicht auf das flächige Muster angepasst werden muss.
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Konstruktiv betrachtet erlaubt die Verwendung der adaptiven Linse und des Mikroscannerspiegels einen Aufbau mit sehr geringer Baugröße, so dass die Projektorvorrichtung einfach in beliebige Medizingeräte integrierbar ist.
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Das optische Steuerelement ist bevorzugt mit den gleichen Frequenzen wie die Ablenkeinrichtung oder synchron zu der Ablenkvorrichtung ansteuerbar, da für jede Winkelstellung der Ablenkeinrichtung eine andere Brennweite des optischen Steuerelements einzustellen ist.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Nachführung des Ist-Zustandes zu dem Soll-Zustand ausschließlich durch Ansteuerung des optischen Steuerelements erfolgt. Prinzipiell ist es nämlich möglich, die Differenz zwischen dem Ist-Zustand und dem Soll-Zustand durch Ansteuerung der Ablenkeinrichtung oder durch Aktivieren bzw. Deaktivierung der Lichtquelle zumindest in Bezug auf die höheren Abbildungsfehler zu erreichen, wie dies in der eingangs gewürdigten
DE 10 2006 005 473 A1 beschrieben ist. Besonders bevorzugt wird bei der vorliegenden Erfindung die Nachführung ausschließlich durch Ansteuerung des optischen Steuerelements durchgeführt, wobei etwaig gemessene Abweichungen zwischen Ist-Zustand und Soll-Zustand nicht durch Ansteuerung der Lichtquelle oder der Ablenkeinrichtung nachgeführt werden. Die Korrektureinrichtung erlaubt nämlich, ortsaufgelöst die Wellenfront zu kompensieren, so dass sowohl Korrekturen von sphärischen Abbildungsfehlers oder Defokus als auch von höheren Abbildungsfehlern, wie zum Beispiel Koma oder Astigmatismus etc. kompensierbar sind. Dadurch, dass nur noch eine Aktorik, nämlich das optische Steuerelement, angesprochen werden muss, vereinfacht sich die Steuerung bzw. Regelung der Projektorvorrichtung.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Lichtquelle als eine Laserstrahlquelle ausgebildet. Im Besonderen werden Laserdioden eingesetzt. Eine Laserstrahlquelle hat den Vorteil, dass die Strahlqualität sehr hoch ist und der Strahl mit einem geringen Durchmesser durch die Projektorvorrichtung geführt werden kann. Beispielsweise ist der Strahldurchmesser (FWHM) kleiner als 500 µm, insbesondere kleiner als 300 µm. Dies führt zum einen dazu, dass optische Komponenten, wie zum Beispiel der Mikroscannerspiegel oder das optische Steuerelement hinsichtlich des optisch aktiven Durchmessers (Linsenfläche, Spiegelfläche) sehr klein ausgeführt werden können. Dies wiederum erlaubt, dass die Projektorvorrichtung als Ganzes als sehr kleine Baueinheit realisiert werden kann, welche – wie nachfolgend noch erläutert wird – als eine kleinbauende Komponente in ein Medizingerät eingesetzt werden kann.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Lichtquelle oder Laserstrahlquelle zur Ausgabe von farbigem und/oder polarisiertem Licht ausgebildet. Durch die Verwendung von farbigen Lichtquellen oder mehreren Lichtquellen mit unterschiedlichen Farben wird es möglich, das flächige Muster mehrfarbig darzustellen und dadurch ein angenehmes Empfinden des Patienten zu erreichen. Der Einsatz von polarisiertem Licht, insbesondere horizontal oder vertikal polarisiertem Licht ermöglicht es, in dem Strahlengang durch Kombination von Polarisationsspiegeln und Lambda-Platten den Lichtstrahl selektiv zu reflektieren bzw. zu transmittieren und so den Strahlengang flexibel zu gestalten.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die mindestens eine Sensoreinrichtung in dem Strahlengang so angeordnet, dass diese eine Rückstreuung des Lichtstrahls aus der Ebene empfängt. Betrachtet man wieder den Strahlengang in Lichtstrahlrichtung, so ist die Sensoreinrichtung hinter der Ebene angeordnet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass etwaige Abbildungsfehler in dem Strahlengang sich ausgehend von der Lichtquelle bis zur Ebene akkumuliert oder aufsummiert haben und die Sensoreinrichtung einen Ist-Zustand aufnimmt, in dem alle etwaigen Abbildungsfehler des Strahlengangs eingeflossen sind. Durch die Nachführung des Ist-Zustands zu dem Soll-Zustand werden folglich alle Abbildungsfehler kompensiert.
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Für den Fall, dass die Ebene in den menschlichen Augen, im Speziellen auf der Netzhaut angeordnet ist, wird gerade das optische Element mit üblicher Weise den größten Abbildungsfehlern, nämlich das Auge, als Ganzes oder in Teilbereichen durch die Sensoreinrichtung mit vermessen. Durch die Nachführung des Ist-Zustands in den Soll-Zustand kann folglich erreicht werden, dass das flächige Muster in der Ebene abbildungsfehlerarm oder -frei angezeigt wird.
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Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist eine weitere Sensoreinrichtung in dem Strahlengang in Lichtstrahlrichtung vor der Ebene angeordnet, um einen auf die Ebene einfallenden Lichtstrahl zu empfangen bzw. zu vermessen.
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In dieser Konstellation nimmt die Sensoreinrichtung den Ist-Zustand eines Teilbereiches des Strahlengangs auf, wobei gezielt auf die Ebene und im Speziellen auf das menschliche Auge als optisches Element in den Strahlengang verzichtet wird. In dieser Ausgestaltung der Erfindung können durch die Nachführung des Ist-Zustands in den Soll-Zustand Abbildungsfehler, welche zum Beispiel unabhängig vom menschlichen Augen in dem Strahlengang entstanden sind, kompensiert werden. Beispielsweise ist es dann möglich, vor der Ebene kostengünstige optische Komponenten, zum Beispiel aus Kunststoff, einzusetzen oder optische Komponenten in den Randbereichen der Apertur zu verwenden, wobei die dabei auftretenden Abbildungsfehler durch die Auswerteeinrichtung kompensiert werden können. Letztlich wird ein abbildungsfehlerarmer oder -freier Lichtstrahl zur Projektion des flächigen Musters auf die Ebene verwendet, so dass dann entstehende Abbildungsfehler dem Auge zugerechnet werden können.
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In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist sowohl eine Sensoreinrichtung vor der Ebene als auch eine Sensoreinrichtung nach der Ebene angeordnet, wobei die Sensoreinrichtung vor der Ebene ausgebildet ist, den Ist-Zustand eines Teilbereichs des Strahlengangs zu erfassen und der Sensor nach der Ebene ausgebildet ist, den Ist-Zustand nach der Ebene zu erfassen. Diese doppelte Erfassung hat den Vorteil, dass abgeschätzt werden kann, welche Abbildungsfehler vor der Ebene und welche Abbildungsfehler nach der Ebene vorliegen. Im Ergebnis können die Abbildungsfehler, welche vor der Ebene gemessen werden, der Projektorvorrichtung zugeordnet werden. In guter Näherung können die Abbildungsfehler nach der Ebene nach Abzug der Abbildungsfehler vor der Ebene dem Auge zugerechnet werden und definieren damit eine Verteilung der lokalen Brechkraft im Auge. Somit kann über die Projektorvorrichtung und die Bestimmung des Ist-Zustandes bzw. die Nachführung zu dem Soll-Zustand zugleich eine Vermessung der optischen Eigenschaften des menschlichen Auges umgesetzt werden.
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In einer konstruktiven Realisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung oder die weitere Sensoreinrichtung nach einer Kollimatorlinse in dem Strahlengang angeordnet ist. Die Kollimatorlinse ist eine der wichtigen Komponenten in dem Strahlengang, so dass eine Überprüfung der Strahlqualität nach der Kollimatorlinse sinnvoll erscheint.
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Bei einer möglichen Realisierung der Erfindung ist die Sensoreinrichtung als ein Wellenfrontmesser ausgebildet. Wellenfrontmesser sind dem Fachmann prinzipiell bekannt, so ist dem Fachmann aus der Literatur beispielsweise der Shack-Hartmann-Sensor oder das Tschernig-Aberrometer bekannt.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Sensoreinrichtung eine positionsempfindliche Diode (PSD), einen Quadrantendetektor als Sensor oder ist als ein anderer flächiger Sensor, wie z. B. ein CCD-, oder CMOS-Chip ausgebildet, wobei die Sensoreinrichtung bevorzugt in einer Bildebene des Strahlengangs angeordnet ist. Prinzipiell sollte in der Bildebene das flächige Muster auf dem Sensor abgebildet werden, wobei Lichtstrahlen, welche auf Bereiche abgebildet werden, die außerhalb des idealen Bildes des flächigen Musters oder außerhalb des eigenen idealen Bildpunkts liegen, auf eine Abweichung des Ist-Zustands von dem Soll-Zustand der Wellenfront des Lichtstrahls schließen lassen, die durch Ansteuerung des optischen Steuerelements kompensiert werden kann. Die Größe der Abweichung bzw. Entfernung des Auftreffpunkts des Lichtstrahls auf dem Sensor von dem idealen Bild oder Bildpunkt ist ein relativer Wert oder eine Relativmessgröße für den Ist-Zustand der Wellenfront.
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Besonders bevorzugt ist, wenn die Projektorvorrichtung als eine binokulare Vorrichtung ausgebildet ist, so dass das flächige Muster zugleich in beide Augen eines Patienten projiziert werden kann. In dieser Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass hinter jeder Ebene eine Sensoreinrichtung angeordnet ist, um beide Augen unabhängig voneinander vermessen zu können.
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Um den Untersuchungs- oder Behandlungskomfort weiter zu vergrößern, kann vorgesehen sein, dass das flächige Muster bei der binokularen Vorrichtung ein 3D-Bild ergibt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass in die beiden Augen unterschiedliche flächige Muster projiziert werden, welche so ausgebildet sind, dass diese bei gemeinsamer Betrachtung als das 3D-Bild wahrgenommen werden.
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Als mögliche Position für die Korrektureinrichtung ist es besonders bevorzugt, wenn diese unmittelbar vor einer oder der Kollimatorlinse angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass sowohl eine Korrektureinrichtung vor der Kollimatorlinse und eine Korrektureinrichtung in einem Okular ggf. jeweils eine Korrektureinrichtung pro Okular angeordnet ist. In diesem letztgenannten Fall kann der Teilbereich des Strahlengangs bis zu einer Messposition einer ersten der Sensoreinrichtungen über einen ersten Kontrollkreis durch Ansteuerung der Korrektureinrichtung bei der Kollimatorlinse und das flächige Muster in dem Auge bzw. in den Augen durch Ansteuerung der Korrektureinrichtung in dem oder den Okularen korrigiert werden.
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Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung wird von der oder einer ergänzenden Lichtquelle ein unsichtbarer Laserstrahl als Lichtstrahl ausgesendet. Der unsichtbare Laserstrahl kann beispielsweise im Wellenlängenbereich des UV-Lichts oder des NIR-Lichts angeordnet sein. Die Verwendung eines unsichtbaren Laserstrahls hat den Vorteil, dass unabhängig von dem tatsächlich auf die Ebene projizierten sichtbaren Muster die Ebene durch den unsichtbaren Laserstrahl vollflächig abgetastet und somit Ist-Zustände vollflächig aufgenommen werden können. Probleme können sich nämlich dadurch ergeben, dass das flächige Muster beispielsweise als ein Ring ausgebildet ist, wobei innerhalb des Rings und außerhalb des Rings der sichtbare Lichtstrahl ausgeschaltet werden muss und konsequenter Weise keine Erfassung des Ist-Zustands möglich ist. Hier kann durch Auswertung des unsichtbaren Laserstrahls – welcher ggf. auch dauerhaft aktiviert ist – die gesamte abgetastete Fläche der Ebene vermessen werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Medizingerät mit einer Projektorvorrichtung wie vorstehend beschrieben. Das Medizingerät kann als ein Topographiemessgerät, ein Wellenfrontmessgerät oder ein Schichtdickenmessgerät oder sogar intraoperativ in der refraktiven Augenchirurgie z. B. als ein Behandlungslaser zur chirurgischen Korrektur der Brechkraft des Auges ausgebildet sein.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Medizingeräts in Form eines Behandlungslasers ist vorgesehen, dass der Behandlungslaser parallel oder gleichachsig zu dem Lichtstrahl geführt wird, um in situ die Änderungen durch den Behandlungslaser aufnehmen zu können. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist insbesondere, dass nicht nur der Lichtstrahl abbildungsfehlerfrei oder -arm in das Auge, sondern auch der gleichachsig laufende Behandlungslaserstrahl abbildungsfehlerfrei oder -arm in das Auge geführt wird.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Blockdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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2 eine schematische Blockdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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3 eine schematische Blockdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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4 eine schematische Blockdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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5 eine schematische Blockdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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6 eine schematische Blockdarstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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7 eine schematische Blockdarstellung einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
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8 eine schematische Blockdarstellung einer ersten Abwandlung des Mikroscannerspiegels in den vorhergehenden Figuren;
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9 eine schematische Blockdarstellung einer zweiten Abwandlung des Mikroscannerspiegels in den vorhergehenden Figuren.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung einen ersten optischen Aufbau einer Projektorvorrichtung 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem optionalen Behandlungslaser BL.
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Die Projektorvorrichtung 1 hat die Aufgabe, ein flächiges Muster 2 auf eine Ebene 3 zu projizieren, welche durch die Netzhaut in einem Auge 4 definiert ist. Das auf die Netzhaut des Auges 4 projizierte flächige Muster 2 kann z. B. als ein Sehzeichen oder Akkomodationstarget ausgebildet sein, welches den Patienten unterstützt, bei einer Vermessung oder bei der chirurgischen Behandlung seines Auges 4 mit dem Auge 4 eine definierte Position und eine auf Unendlichkeit akkommodierte Intraokularlinse 5 einzunehmen. Dieser Zustand des Auges 4 bildet quasi einen Referenzzustand, so dass sehr genaue Messungen und exakte Behandlungen möglich sind. Alternativ hierzu kann das flächige Muster auch ausschließlich zur Vermessung des Auges 4 eingesetzt werden.
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Die Projektorvorrichtung 1 umfasst eine Laserstrahlquelle LS1, welche zum Beispiel als eine Laserdiode ausgebildet ist. Die Strahlung der Laserstrahlquelle LS1 ist für den Einsatz der Projektorvorrichtung 1 zur Erzeugung des Sehzeichens im sichtbaren Bereich und von der Intensität so gewählt, dass das Auge 4 nicht verletzt werden kann. Der Strahldurchmesser des von der Laserstrahlquelle LS1 ausgehenden, als Laserstrahl ausgebildeten Lichtstrahls ist bevorzugt kleiner 500 μm, insbesondere kleiner 300 μm.
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Der Laserstrahl durchquert in seinem Strahlverlauf in einem Strahlengang 7 zunächst einen polarisationsabhängigen Strahlteiler ST2 und wird durch diesen linear polarisiert. Anschließend wird der Laserstrahl von einem im Strahlengang nachfolgend angeordneten optional polarisationsabhängigen Strahlteiler ST1 um 90 Grad umgelenkt und durchquert dann zunächst eine Linse L1, welche als eine Glas- oder Kunststofflinse ausgebildet sein kann, und nachfolgend eine Linse EL mit elektrisch steuerbarer Brennweite, die nachfolgend auch adaptive Linse EL genannt wird. Im weiteren Strahlverlauf durchquert der Laserstrahl eine Lambda/4-Platte und trifft mittig auf einen Mikroscannerspiegel MSS. Die Lambda/4 Platte erzeugt aus dem linear polarisierten Lichtstrahl zirkular polarisiertes Licht welches entweder rechts- oder linksdrehend sein kann. Der Mikroscannerspiegel MSS ermöglicht eine Ablenkung des Laserstrahls um einen Ablenkwinkel in zwei Dimensionen, so dass der Laserstrahl eine Fläche abscannt. Die Spiegelfläche des Mikroscannerspiegels ist als ein Metallspiegel ausgebildet, so dass die Polarisation des Laserstrahls nach der Reflexion z. B. nicht mehr rechts zirkular polarisierend sondern links zirkular polarisierend ist. Auf dem Rückweg durchquert der Laserstrahl nochmals die Lambda/4-Platte, die adaptive Linse EL und die Linse L1. Nachfolgend wird der Laserstrahl durch den Strahlteiler ST1 geteilt. Im weiteren Strahlverlauf durchquert der Laserstrahl ein Okular O1 und tritt dann in das Auge 4 ein und projiziert das flächige Muster 2 auf die Ebene 3.
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Aus dem Strahlengang 7 des Laserstrahls wird jedoch durch den Strahlteiler ST1 ein Teil des rücklaufenden Laserstrahls ausgekoppelt und in Richtung der Laserstrahlquelle LS1 zurückgeworfen. Dort läuft der Laserstrahl auf den polarisationsabhängigen Strahlteiler ST2 und wird von diesem um 90° abgelenkt, da die Schwingungsrichtung des Laserstrahls aufgrund des zweimaligen Durchquerens der Lambda/4-Platte sich um 90 Grad verschoben hat. Nach dem polarisationsabhängigen Strahlteiler ST2 ist eine Linse L2, welche entweder als Glas- oder Kunststofflinse ausgebildet sein kann, angeordnet, die den Laserstrahl auf einen Detektor D1 fokussiert.
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Funktionell betrachtet kann die Projektorvorrichtung 1 somit in einen Bereich 8, welcher die Projektion des flächigen Musters 2 auf der Ebene 3 betrifft, und in einen Bereich 9 unterteilt werden, welcher die Strahlqualität des Laserstrahls mit dem Detektor D1 überprüft, wie nachfolgend noch dargelegt wird.
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Zunächst erfolgt jedoch eine Beschreibung der aktiven Komponenten innerhalb des Bereiches 8:
Die adaptive Linse EL ist ein optisches Element, welches eine stellbare Brennweite aufweist. Die Steuerung der adaptiven Linse EL erfolgt über einen Treiber T1. Die elektrisch adaptive Linse EL weist je nach Ausführungsform einen freien Durchmesser von bis zu 10 mm oder von bis zu 2 mm auf.
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Insbesondere ist die adaptive Linse EL nur in der Lage, die Brennweite zu steuern, nicht jedoch sich mehrdimensional zu verformen, um höhere Abbildungsfehler zu erzeugen oder zu kompensieren. Damit können die adaptive Linse EL und der Treiber T1 kostengünstig ausgeführt sein.
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Der Mikroscannerspiegel MSS ist als ein X-Y-Scanner ausgebildet und weist eine metallische Spiegelfläche mit beispielsweise einem freien Durchmesser von 2 mm auf und erlaubt eine Ablenkung des einfallenden Laserstrahls um einen Ablenkwinkel in zwei Dimensionen mit Frequenzen von 100 Hz bis 110 kHz oder mehr. In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung wird der Mikroscannerspiegel MSS in einem Resonanzbetrieb angesteuert, so dass dieser stets den gleichen und damit reproduzierbaren Bewegungsablauf durchführt. Der Bewegungsablauf ist so gewählt, dass der mittig auf dem Mikroscannerspiegel MSS einfallende Laserstrahl durch die Ablenkung um den Ablenkwinkel so geführt wird, dass er flächig, abtastend oder schreibend den Bereich des flächigen Musters 2 abscannt. Die Gestalt, Kontur oder das Aussehen des flächigen Musters 2 wird durch Aktivierung und Deaktivierung – allgemein Ansteuerung – der Laserstrahlquelle LS1 erreicht, wobei diese so aktiviert wird, dass zum Beispiel ein Ring oder ein Bild als flächiges Muster 2 auf die Ebene 3 projiziert wird.
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Die Linse L1 ist in diesem Beispiel als eine Kollimatorlinse ausgebildet, welche den Laserstrahl parallel zu der optischen Achse des Strahlengangs ausrichtet. Auch andere Ausbildungen der Linse L1 sind möglich. Auf dem Weg von der Laserstrahlquelle LS1 zu dem Mikroscannerspiegel MSS wird die Linse L1 mittig von dem Laserstrahl transmittiert, auf dem Weg von dem Mikroscannerspiegel MSS zur Ebene 3 wird die Linse L1 – abhängig von dem Ablenkwinkel – auch außermittig oder sogar im Randbereich von dem Laserstrahl durchquert.
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Die Linse L2 und der Detektor D1 bilden gemeinsam eine Sensoreinrichtung, welche es erlaubt, den Ist-Zustand einer Wellenfront des Laserstrahls zu bestimmen. Der Detektor D1 ist als ein flächiger Detektor, wie z. B. ein PSD (position sensitive diode), eine CMOS-Kamera, eine CCD-Kamera oder eine Quadrantendiode ausgebildet. Die Linse L2 ist derart von einer Sensorfläche des Detektors D1 entfernt angeordnet, dass alle Laserstrahlen – unabhängig von dem Ablenkwinkel – idealer Weise auf den selben Ort auf der Sensorfläche treffen, also einen Brennpunkt bilden. Bevorzugt ist die Linse L2 eine Präzisionslinse. Bilden die durch die Linsen EL und oder L1 geformten Strahlen bereits einen derartigen Brennpunkt, so kann auf die Linse L2 verzichtet werden. Bei idealen optischen Komponenten in der Projektorvorrichtung 1 wäre die Brennweite des Systems unabhängig vom Ort, an dem der Laserstrahl die Linsen EL und L1 durchdringt und somit unabhängig vom aktuellen Ablenkwinkel des Mikroscannerspiegels MSS. Bei realen optischen Komponenten ist dagegen die Brennweite lokal unterschiedlich. Insbesondere ist die Toleranz der Brennweite auch abhängig von der Präzision, mit der die optischen Komponenten gefertigt werden, wobei aus möglichen Fertigungsfehlern Abbildungsfehler resultieren. Zudem können sich weitere Abbildungsfehler durch eine Dejustage, insbesondere durch eine Verkippung und dergleichen der optischen Komponenten ergeben. Bei vorhandenen Abbildungsfehlern wird der Laserstrahl auf der Sensorfläche des Detektors D1 nicht mehr in dem gemeinsamen Brennpunkt abgebildet, sondern entfernt davon. Dies resultiert daraus, dass durch die Abbildungsfehler der Laserstrahl hinter der Linse L1 nicht mehr parallel zur Strahlachse ausgerichtet ist und dementsprechend durch die Linse L2 anders abgelenkt wird. Somit ist der Abstand zwischen dem tatsächlichen Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Sensorfläche und dem idealen Brennpunkt auf der Sensorfläche ein Maß für den Ist-Zustand der Wellenfront des Laserstrahls, während der ideale Brennpunkt auf der Sensorfläche den Soll-Zustand des Laserstrahls darstellt. Nachdem der Ablenkwinkel des Laserstrahls durch den Mikroscannerspiegel zu jedem Zeitpunkt bekannt ist, kann durch den Detektor D1 ein Ist-Zustand der Wellenfront in Abhängigkeit des Ablenkwinkels und damit ortsaufgelöst erfasst werden.
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Statt des geschilderten Aufbaus der Sensoreinrichtung umfassend den Detektor D1 und die Linse L2 kann auch ein Wellenfrontmessgerät zur ortsaufgelösten Erfassung des Ist-Zustands der Wellenfront des Laserstrahls bzw. der zeitlich aufeinanderfolgenden Laserstrahlen als Laserstrahlenbündel eingesetzt werden.
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Die Differenz zwischen dem Ist-Zustand und dem Soll-Zustand der Wellenfront des Laserstrahls wird durch eine Auswerteeinrichtung 10 ausgewertet und mittels einer Steuereinrichtung 11 bzw. Reglers derart verarbeitet, dass durch Ansteuerung der adaptiven Linse EL über einen Treiber T1 die Wellenfront der Laserstrahlen so verändert wird, dass die Wellenfront der Laserstrahlen von dem Ist-Zustand in den Soll-Zustand überführt wird. Diese Korrektur der Wellenfront – nachfolgend auch als Nachführung, Korrektur oder Selbstkorrektur bezeichnet – wird für jeden Ablenkwinkel des Mikroscannerspiegels MSS durchgeführt, so dass alle in Richtung des Auges 4 gehenden Laserstrahlen nach der Linse L1 den Soll-Zustand der Wellenfront, insbesondere eine plane Wellenfront, aufweisen.
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Insbesondere wird die Ansteuerung der adaptiven Linse EL und des Mikroscannerspiegels MSS miteinander synchronisiert, um ortsaufgelöst, also in Abhängigkeit des Ablenkwinkels, die Selbstkorrektur durchführen zu können. Optional kann die beschriebene Vermessung der Projektorvorrichtung 1 nur einmalig beim Kalibrieren des Geräts durchgeführt werden, wobei die zeitlich und somit lokalen Zusammenhänge zwischen den Steuersignalen für die adaptive Linse EL und für den Mikroscannerspiegel MSS in der Auswerteeinrichtung 10 gespeichert werden. Alternativ kann die Vermessung ständig durchgeführt werden und die Selbstkorrektur im Sinne eines Steuer- und/oder Regelkreises während des Betriebs der Projektorvorrichtung 1 ständig durchgeführt werden.
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Bei manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Laserstrahlquelle LS1 mehrfarbig ausgebildet ist, um ein mehrfarbiges flächiges Muster 2 auf der Ebene 3 zu projizieren. In diesem Fall kann bei der Nachführung oder Selbstkorrektur als weiterer Abbildungsfehler die chromatische Aberration berücksichtigt werden. Die einzelnen Bildpunkte des flächigen Musters 2 aus der Ebene 3 werden nicht gleichzeitig, sondern sequentiell dargestellt, so dass die Auswerteeinrichtung 10 die Steuereinrichtung 11 so einstellt, dass die Kompensation durch die adaptive Linse EL in Abhängigkeit vom Ort des Laserstrahls oder des Ablenkwinkels und in Abhängigkeit von der Wellenlänge erfolgt. Insbesondere wird in Abhängigkeit des Ablenkwinkels und in Abhängigkeit der Wellenlänge die Brennweite des Gesamtsystems konstant gehalten.
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Statt mit einem Steuerkreis kann die Brennweite des optischen Systems auch über einen analogen oder digitalen Regler konstant gehalten werden, der den vom Detektor D1 gemessenen Ist-Wert als Ist-Zustand der Wellenfront mit dem von der Auswerteeinrichtung 10 vorgegebenen Sollwert als Soll-Zustand der Wellenfront vergleicht. Eine mögliche Ausführungsform ist wie folgt: Die Steuereinrichtung 11 bzw. der Regler verstärkt, integriert und/oder differenziert die Differenz zwischen Soll- und Ist-Wert und ermittelt daraus das Steuersignal für die elektrisch steuerbare Linse EL. Steht die Mitte des Detektors D1, der zum Beispiel als 2D-Positionsdetektor ausgeführt ist, im Brennpunkt des gesamten optischen Systems, so ist der Sollwert gleich Null zu setzen. Die Abweichungen von der Nullposition muss die Steuereinrichtung 11 bzw. der Regler kompensieren, das heißt, das Steuersignal muss entweder so lange erhöht oder so lange verringert werden, bis der auf den Detektor D1 gelenkte Laserstrahl durch die Position Null geht. Somit werden alle Abbildungsfehler, ggf. auch die chromatischen, durch den Regler 11 korrigiert.
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Die digitale Regelung kann auch von der Auswerteeinrichtung 10 durchgeführt werden. Wird die Auswerteeinrichtung 10 zum Messen des Ist-Wertes eingesetzt, so stellt die Auswerteeinrichtung 10 der Steuereinrichtung 11 sowohl Soll- als auch Istwerte zur Verfügung. Der Vorteil liegt darin, dass mit einer intelligenten, digitalen Filterung des Ist-Wertes Störungen minimiert bzw. eliminiert werden. Dadurch wird ein schnellerer Einschwingvorgang der lokalen Brennweite auf den vorgegebenen Sollwert erreicht. In einer anderen möglichen Ausführungsform wird das optische System durch ein elektronisches Hardware- oder ein Software-Modell (MEL) ersetzt. Die lokale Brennweite des optischen Systems lässt sich konstant halten, wenn man für das optische System, dessen Brennweite kontrolliert werden soll, ein elektronisches Modell in Form einer analogen Schaltung, bestehend aus einem oder mehreren PT1-Gliedern in Form von RC-Gliedern, die als Tiefpass eingesetzt werden, oder einer programmierten Differential- bzw. Differenzengleichung als Softwaremodell für das optische System einsetzt. Das Modell beschreibt das zeitliche Verhalten der Brennweite des gesamten optischen Systems, bestehend aus der adaptiven Linse EL, Treiber der Linsen T1 und Linse L1.
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Damit die Auswerteeinrichtung 10 einen kontinuierlichen Ist-Zustand der Wellenfront des Laserstrahls zur Verfügung hat, kann die eingesetzte Laserstrahlquelle LS1 optional mit einer IR-Lichtquelle ergänzt oder durch diese ersetzt werden, die einen unsichtbaren Laserstrahl im Infrarotbereich aussendet und ständig oder im Wechsel zu der Laserstrahlquelle LS1 eingeschaltet ist. Die IR-Lichtquelle ermöglicht die Erfassung eines Ist-Werts der Wellenfront auch dann, wenn ein dunkler, das heißt schwarzer Bildinhalt als flächiges Muster 2 dargestellt werden muss und die Laserstrahlquelle LS1 im sichtbaren Bereich demzufolge ausgeschaltet ist.
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Ausgehend von der Ebene 3 wird der Laserstahl zurückgestreut oder reflektiert, trifft wieder auf den Strahlteiler ST1 und wird in eine weitere Sensoreinrichtung W1 geführt, welche ebenfalls ausgebildet ist, den Ist-Zustand der Wellenfront des Laserstrahls zu ermitteln. Die weitere Sensoreinrichtung W1 ist somit am Ende des Strahlenganges, insbesondere hinter der Ebene 3 in Strahlrichtung betrachtet angeordnet, und nimmt somit sämtliche im Strahlengang aufgenommenen Abbildungsfehler durch Analyse des Laserstrahls auf. Insbesondere werden durch die Sensoreinrichtung W1 auch Abbildungsfehler des Auges 4 mit aufgenommen. Die Sensoreinrichtung W1 kann als ein Shack-Hartmann-Sensor, als ein Tschernig-Aberrometer oder als ein das Auge 4 abscannendes Wellenfrontmessgerät ausgebildet sein.
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In einem ersten einfachen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Messergebnisse der Sensoreinrichtung W1 als lokale Brechkraft des Auges 4 interpretiert und ausgegeben. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass durch die Selbstkorrektur der Projektorvorrichtung 1 sichergestellt ist, dass der Laserstrahl z. B. parallel zu der Strahlachse des Strahlengangs in das Auge 4 geführt wird und sämtliche auftretenden Abbildungsfehler durch das Auge 4 als optisches Element eingebracht sind.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung führt die Sensoreinrichtung W1 den Ist-Zustand der Wellenfront des Laserstrahls in die Auswerteeinrichtung 10, so dass diese als Eingangsgröße eines Stell- oder Regelkreises dient.
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Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt die Nachführung oder Selbstkorrektur auf Basis des Ist-Zustands des Laserstrahls, wie er durch die Sensoreinrichtung W1 aufgenommen wurde. Wird die Auswerteeinrichtung 10 nämlich so ausgelegt, dass die Abweichungen zwischen dem Ist-Zustand und dem Soll-Zustand auf Basis der Messwerte der Sensoreinrichtung W1 kompensiert werden, so ist zum einen sichergestellt, dass auf der Ebene 3 tatsächlich ein abbildungsscharfes, flächiges Muster 2 dargestellt wird. Für den Fall, dass das flächige Muster 2 als Sehzeichen oder Akkomodationstarget ausgebildet ist, hat dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass der Patient ein klares Sehzeichen erkennt. Für den Fall, dass ein Laserstrahl zur chirurgischen Behandlung des Auges z. B. der Netzhaut aus dem Laser BL gleichachsig mit dem Laserstrahl aus der Laserstrahlquelle LS1 geführt wird, hat dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass auch der Laserstrahl aus dem Laser BL scharf und positionsrichtig auf der Ebene 3 und damit auf der Netzhaut abgebildet wird. Bei der Überlagerung des Behandlungslaserstrahls des Lasers BL und des Laserstrahls werden beide Strahlen durch den selbstkorrigierten oder nachgeführten Strahlengang geführt und auf der Ebene 3, insbesondere auf der Netzhaut scharf abgebildet. Mit dem Laser BL kann z. B. die Netzhaut angeschweißt oder, bei Verschiebung der Ebene 3 in der Intraokularlinse, die Intraokularlinse behandelt werden. Zum zweiten können durch eine gemeinsame Auswertung der Ist-Zustände von der Sensoreinrichtung D1/L2 und der weiteren Sensoreinrichtung W1 die gemessenen Abbildungsfehler der Projektorvorrichtung 1 oder dem Auge 4 zugeordnet werden, so dass die Abbildungsfehler, die dem Auge 4 zugeordnet werden, zugleich eine exakte Vermessung der lokalen optischen Brechkraft des Auges 4 darstellen.
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Somit kann die Projektorvorrichtung 1 in folgenden Betriebsarten verwendet werden:
- 1. Selbstkorrektur des optischen Systems durch die Auswertevorrichtung 10 für den Teilbereich des Strahlengangs bis zu dem Strahlteiler ST1 auf Basis der Messwerte aus dem Detektor D1 als Ist-Zustand der Wellenfront des Laserstrahls bzw. der Laserstrahlen. Bestimmung der lokalen Brechkraft des Auges 4 durch die Sensoreinrichtung W1.
- 2. Selbstkorrektur des optischen Systems durch die Auswertevorrichtung 10 für den Strahlengang von der Laserstrahlquelle LS1 bis hinter die Ebene 3 auf Basis der Messwerte aus der Sensoreinrichtung W1. Bestimmung der lokalen Brechkraft des Auges 4 durch Vergleich der Messwerte des Detektors D1 und der Sensoreinrichtung W1.
- 3. Selbstkorrektur des optischen Systems durch die Auswertevorrichtung 10 für den Strahlengang von der Laserstrahlquelle LS1 bis hinter die Ebene 3 auf Basis der Messwerte aus der Sensoreinrichtung W1. Für den Fall, dass in einer weiteren Ausführungsform auf den Detektor D1 verzichtet wird, ist bei dieser Ausführungsform die scharfe Abbildung des Sehzeichens der Vorteil.
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Optional kann über weitere Strahlteiler ST3 und ST4 eine weitere Laserstrahlquelle LS2 in den Strahlengang eingekoppelt werden.
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Die 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches sich von dem Ausführungsbeispiel in der 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass der Strahlengang von der Laserstrahlquelle LS1 zu dem Mikroscannerspiegel MSS anders geführt ist. Der Laserstrahl wird bei diesem Ausführungsbeispiel über einen polarisationsabhängigen Strahlteiler ST3 auf den Mikroscannerspiegel MSS so geführt, dass der Laserstrahl von dem Mikroscannerspiegel MSS um einen 90°-Winkel abgelenkt wird. Dies hat den Vorteil, dass die einfallenden Strahlen nicht durch die gesamte Optik geführt werden müssen und durch diese geformt werden, bzw. an den Optiken Verluste durch Reflexion und Streuung erzeugen. Die Regelung bzw. Steuerung der Korrektur der Abbildungsfehler in den verschiedenen Variationen funktioniert identisch wie sie in dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 beschrieben worden sind.
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Die Bildgröße des flächigen Musters 2 auf der Ebene 3 lässt sich in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich durch die Änderung der Abstände des Mikroscannerspiegels MSS zur adaptiven Linse EL oder der adaptiven Linse EL zur Linse L1 beeinflussen. Damit erreicht man auch, dass die auf das Auge 4 auftreffenden Behandlungs- und/oder Projektionsstrahlen je nach eingestelltem Abstand unter einem anderen Winkel das Auge 4 abscannen. Beispielsweise können der Mikroscannerspiegel MSS mit dem Strahlteiler ST3 und der Laserstrahlquelle LS1 und/oder die adaptive Linse EL, auf einen motorgetriebenen Schlitten montiert werden, der entlang der optischen Achse der Linse L1 gemäß Pfeil A verfahrbar ist.
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Die Darstellung in der 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei der Laserstrahl der Laserstrahlquelle ST1 und der Behandlungsstrahl des Lasers BL über Spiegel ST3 und ST4 zusammengeführt werden und über einen Umlenkspiegel US1 auf den Mikroscannerspiegel MSS umgelenkt werden. Die Komponenten Mikroscannerspiegel MSS und Umlenkspiegel US1 sind auf einem in Richtung gemäß Pfeil A verschiebbaren Schlitten M1 angeordnet, um den Abstand zwischen Mikroscannerspiegel MSS und der Linse L1 einstellen zu können, so dass durch Verschiebung des Schlittens M1 die mittlere Fehlsichtigkeit des Auges, die Sphäre, kompensiert werden kann, z. B. so dass die Bildgröße in dem Auge 4 eine definierte Größe von circa 1 × 1 mm2 erreicht.
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Für die bereits gezeigten und noch folgenden Ausführungsbeispiele gilt folgende Beschreibung für eine optionale Messabstandseinstellung: Da die Messgenauigkeit und die lokale Zuordnung der Messergebnisse bei einem Diagnosegerät der Ophthalmologie von dem Abstand Auge 4 – Sensoreinrichtung W1 abhängig ist, erzeugt die Optik O1 einen kleinen Brennpunkt auf dem Scheitelpunkt der Kornea des Auges 4 genau im gewünschten Messabstand. Befindet sich das Auge 4 nicht im erzeugten Brennpunkt, so erscheint ein mehr oder weniger ausgedehnter Fleck auf der Kornea. Dieser Fleck wird mit einer in die Sensoreinrichtung W1 integrierten Beobachtungskamera ausgewertet, so dass dem Anwender der genaue Messabstand angezeigt wird. Der genaue Messabstand ist erreicht, wenn der Brennpunkt sein Minimum erreicht hat. Die Optik O1 kann als Optik mit elektrisch steuerbarer Brennweite wie z. B. als Flüssigkeitslinsenobjektiv oder EAP, elektroaktive Polymere, gesteuerte Linse ausgeführt sein. Dazu wird der geeignete Treiber T2 benötigt der seine Steuersignale von der Auswerteeinrichtung 10 erhält. Der Brennpunkt für den Messabstand wird nur zum Ausrichten der Projektorvorrichtung 1 benötigt. Während der Fehlsichtigkeitsmessung oder -behandlung ist die Optik O1 nicht aktiv, d. h. die Auswerteeinrichtung 10 stellt die größte Brennweite, wenn möglich 0 Dioptrie, d. h. Brennweite ∞ mm, ein. Die Optik O1 kann auch wahlweise als Standardoptik mit einer freien Apertur oder von einem freien Durchlass von 10 mm oder größer ausgeführt werden, so dass nur die vom Mikroscannerspiegel MSS erzeugten Rand-Projektionsstrahlen von der Optik O1 in einem Brennpunkt im gewünschten Messabstand fokussiert werden. Dafür eignen sich reflektierende, beugende und/oder brechende, hülsenförmig ausgeführte Optiken.
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Ein Vorteil der Ausführungsformen, die in 1 bis 3 bzw. den nachfolgenden Figuren dargestellt sind, liegt darin, dass der Brennpunkt für die Messabstandsbestimmung mit denselben Lichtquellen LS1 oder LS2 erzeugt wird, die die flächigen Muster projizieren.
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In der 4 ist eine Weiterbildung der Erfindung dargestellt, wobei neben der Laserstrahlquelle LS1 noch eine weitere Laserstrahlquelle LS2 gleichachsig zu der Laserstrahlquelle LS1 in den Strahlengang eingekoppelt wird. Die Laserstrahlen der beiden Laserstrahlquellen LS1 und LS2 unterscheiden sich in der Polarisation. Die unterschiedliche Polarisation ermöglicht es, den Strahlweg mit Hilfe eines Polspiegels PST1 in zwei unterschiedliche Strahlwege aufzuteilen, so dass die erste Laserstrahlquelle LS1 nur in das eine Auge 4 und die Laserstrahlquelle LS2 nur in das andere Auge 4 eingeblendet wird. Dies hat den Vorteil, dass die Projektorvorrichtung 1 zugleich oder parallel beide Augen 4 mit ggf. unterschiedlichen flächigen Mustern 2 versorgen kann.
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In der konstruktiven Ausgestaltung werden die Laserstrahlen der Laserstrahlquellen LS1 und LS2 und ggf. des Behandlungslasers BL gleichachsig geführt, wie dies im Zusammenhang mit der 1 bereits erläutert ist. Nach dem Strahlteiler ST1 werden die Laserstrahlen durch den polarisationsabhängigen Strahlteiler PST1 entsprechend ihrer Polarisation wieder in zwei separate Strahlwege aufgeteilt. Jeder der Strahlwege wird dann über einen Umlenkspiegel US2 bzw. US3 und ein Okular O2 bzw. O3 zu dem zugeordneten Auge 4 geführt. Die Rückreflexionen der Laserstrahlen bzw. das Streulicht aus den Augen 4 werden wieder auf die Sensoreinrichtung W1 abgebildet, so dass von dieser für jedes Auge 4 einen Ist-Zustand der Wellenfront des Laserstrahls bzw. der Laserstrahlen der zugehörigen Laserstrahlquelle LS1 und LS2 aufgenommen werden kann.
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Die in der 4 dargestellte Ausführungsform ist somit eine Erweiterung der in den vorhergehenden 2 dargestellten Projektorvorrichtungen 1. Die Erweiterung ermöglicht das stereoskopische Sehen, d. h. das 3D Sehen, um z. B. die Fehlsichtigkeit beider Augen unter natürlichen Bedingungen messen zu können. Dazu müssen die vom Mikroscannerspiegel MSS erzeugten flächigen Muster 2 optisch getrennt werden, so dass das für das jeweilige Auge 4 vorgesehene flächige Muster 2 nur von dem entsprechenden Auge 4 wahrgenommen wird.
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Werden die beiden flächigen Muster 2 mit linear polarisierten Projektionsstrahlen mit unterschiedlicher Polarisationsrichtung der Laserstrahlquellen LS1 und LS2 erzeugt, so lassen sich die beiden flächigen Muster 2 durch den polarisationsabhängigen Strahlteiler oder Polspiegel PST1 trennen. Senkrecht polarisierte Strahlen werden auf das rechte Auge 4 und parallel polarisierte Strahlen auf das linke Auge 4 oder umgekehrt umgelenkt. Die beiden flächigen Muster 2 werden gleichzeitig durch Modulation der entsprechenden Laserstrahlquellen LS1 und LS2 erzeugt. Die Projektorvorrichtung erzeugt beide flächige Muster 2 z. B. mit gleicher und maximaler Auflösung und maximaler Bildfrequenz, so dass der Bildaufbau der flächigen Muster 2 durch das Abscannen des Auges 4 vom Patienten nicht wahrgenommen wird. Die beiden flächigen Muster 2 lassen sich auch trennen, wenn die Okulare O2 und O3 mit polarisationsabhängigen Filtern ausgestattet sind, so dass z. B. das rechte Okular O3 nur senkrecht polarisierte Strahlen durchlässt und das linke Okular O2 nur für parallel polarisiertes Licht transparent ist.
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Die flächigen Muster 2 können in einer anderen Ausführungsform für das rechte bzw. linke Auge 4 vom gemeinsamen Mikroscannerspiegel MSS auch sequentiell d. h. schnell hintereinander mit nur einer der Lichtquellen LS1 oder LS2 ins Auge 4 projiziert werden. Um den 3D Effekt zu erzielen, ist dann in beiden Okularen O2 und O3 jeweils ein Shutter integriert. Diese Shutter lassen im Wechsel nur dann Licht durch, wenn das jeweilige flächige Muster 2 für das rechte bzw. linke Auge 4 erzeugt wird. Die Shutter werden synchron zur Bilderzeugung für das jeweilige Auge 4 von der Auswerteeinrichtung 10 transparent geschaltet. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin dass nur eine einzige beliebige monochromatische oder mehrfarbige, insbesondere RGB Lichtquelle benötigt wird, um beide flächigen Muster 2 zu erzeugen. Die Auflösung der flächige Muster 2 ist zwar ausreichend, aber die Bildwiederholfrequenz ist nur halb so hoch wie in dem Beispiel mit den polarisationsabhängigen Laserstrahlquellen LS1 und LS2.
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Die Okulare O2 und O3 weisen jeweils mindestens eine Linse auf, deren Brennweite elektrisch steuerbar ist. Insbesondere weisen die Okulare O2 und O3 eine adaptive Linse auf, die baugleich zu einer beliebigen Variante der adaptiven Linse EL ist. Der Auswerteeinrichtung 10 steuert bzw. regelt die Brennweite der Okulare O2 und O3 so, dass beide Augen 4 ein scharfes Bild auf der Netzhaut erzeugen. Lokale Abbildungsfehler des jeweiligen Auges 4 werden durch die Okulare O2 bzw. O3 mit elektrisch steuerbarer Brennweite mit denselben Verfahren und Vorrichtungen, wie sie in Zusammenhang mit der 1 bereits beschrieben worden sind, für das jeweilige Auge 4 individuell korrigiert. Die fehlerfreie Abbildung ermöglicht es, ein scharfes 3D Bild wahrzunehmen.
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Bei der in der 4 gezeigten Ausführungsform werden somit drei Kontrollkreise, insbesondere Steuer- oder Regelkreise umgesetzt:
- 1. Selbstkorrektur des Strahlengangs bis zu dem Strahlteiler ST1 durch Bestimmung des IST-Zustands der Wellenfront des Laserstrahls der Laserstrahlquelle LS1 oder LS2 mit dem Detektor D1 und durch Ansteuerung der adaptiven Linse EL.
- 2. Selbstkorrektur des Strahlengangs einschließlich des Auges 4 durch Bestimmung des IST-Zustands der Wellenfront des Laserstrahls der Laserstrahlquelle LS1 mit der Sensoreinrichtung W1 und durch Ansteuerung der adaptiven Linse in dem Okular O3.
- 3. Selbstkorrektur des Strahlengangs einschließlich des Auges 4 durch Bestimmung des IST-Zustands der Wellenfront des Laserstrahls der Laserstrahlquelle LS2 mit der Sensoreinrichtung W1 und durch Ansteuerung der adaptiven Linse in dem Okular O2.
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Je nach Ausführung des Polspiegels PST1 bzw. der Laserstrahlquellen LS1 und LS2 können bei den Kontrollkreisen die Okulare O2 und O3 vertauscht sein.
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Beim binokularen Messen muss der individuelle Augenabstand des Patienten berücksichtigt werden. Deshalb lässt sich der laterale Abstand des Okulars O2, das mit dem Umlenkspiegel US2 konstruktiv starr verbunden ist, zum Okular O3, das mit dem Umlenkspiegel US3 konstruktiv starr verbunden ist, in y Richtung verschieben. Um die hohe Messgenauigkeit zu erreichen, muss der Messabstand des Auges zum Wellenfrontsensor W1 konstant bleiben. Dies erreicht man, indem man bei einem kleineren Abstand des Okulars O2 zum Okular O3 den Abstand des Okulars O2 zum Auge um denselben Wert in z Richtung vergrößert und umgekehrt. Die Überprüfung des Messabstands kann unter Verwendung der Optik O1 erfolgen, wie dies bereits zuvor beschrieben wurde. Die Okulare O2 und O3 werden immer um den gleichen Abstand zur optischen Achse verändert, so dass der Aufbau symmetrisch zur optischen Achse bleibt.
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Die 5 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 4, wobei der Strahlengang vor dem Mikroscannerspiegel MSS analog zu der 1 ausgeführt ist.
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Die 6 zeigt eine mögliche Weiterbildung der Sensoreinrichtung W1 der vorhergehenden Figuren, die keine erfindungsgemäße Ausgestaltung ist, wobei hier auf den Detektor D1 verzichtet wurde. In der 6 ist beispielhaft eine Anwendung der Projektorvorrichtung 1 in einem Wellenfrontmessgerät dargestellt. Die Okulare O2 und O3 kompensieren die lokalen Abbildungsfehler des Auges, wie dies zu den 4 und 5 beschreiben wurde. Der Mikroscannerspiegel MSS, der auf einem in Z Richtung beweglichen und motorgetriebenen Schlitten montiert ist, wird in einem bestimmten Abstand zu den Okularen O2 und O3 positioniert. Der jeweilige Abstand zum Okular und der einstellbare Ablenkwinkel des Mikroscannerspiegels MSS stellen ein flächendeckendes Abscannen des Auges 4 auf einer Fläche von 10 × 10 mm2 sicher. Mit der eingestellten Brennweite der beiden Okulare O2 und O3 werden die Laserstrahlen der Laserstrahlquellen LS1 bzw. LS2 in einem definierten Winkel gebrochen, so dass auf der Ebene 3 der Netzhaut ein 1 × 1 mm2 großes, fehlerfreies flächiges Muster 2, insbesondere Bild scharf abgebildet wird. Der von der Netzhaut des Auges 4 gestreute Laserstrahl, welcher das Auge 4 in der unmittelbaren Nähe des Scheitelpunktes des Auges 4 verlässt, wird von einem Detektor D2 erfasst. Der Detektor D2 misst den Winkel dieser Laserstrahlen und berechnet daraus die lokale Fehlsichtigkeit. Um die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse und eine gleich bleibende hohe Messgenauigkeit über den gesamten Messbereich sicherstellen zu können, kann eine Blende B1 durch die Okulare O2 oder O3 und durch die, der Blende B1 vorgelagerte Optik O4 genau auf die Kornea des Auges 4 besser genau in der Sehachse des Auges abgebildet werden. Die abgebildete Blende B1 stellt sicher, dass nur die Laserstrahlen ausgewertet werden, die das Auge 4 in der Nähe des Scheitelpunktes des Auges 4 durch eine Apertur mit einem Durchmesser von z. B. 1 mm verlassen. Dadurch werden nur die Laserstrahlen ausgewertet, die auf dem Weg von der Ebene 3 der Netzhaut zur Kornea durch die Schichten des Auges kaum gebrochen werden (paraxiale Strahlen). In diesem Beispiel werden die Okulare O2 und O3 als Optiken mit elektrisch steuerbarer Brennweite ausgeführt, um die Abbildungsfehler des optischen Systems Auge 4 zu korrigieren. Die Brennweite der Okulare O2 und O3 wird so gesteuert, dass der Laserstrahl, der die Kornea an einem bestimmten Ort durchdringt, unter einem Einfallswinkel in das Auge eindringt, der eine fehlerfreie Abbildung auf der Netzhaut sicherstellt. Die zeitliche Änderung der Brennweite der Okulare O2 bzw. O3 kompensiert die lokale Fehlsichtigkeit des Auges 4. Diese Änderung der Brennweite der Okulare O2 bzw. O3 hat jedoch zur Folge, dass der Ort, an dem die Blende B1 abgebildet wird, sich zeitlich ändert und das Messergebnis verfälscht. Dieser Nachteil wird durch die Optik O4, die wie die Okulare O2 bzw. O3 als Optik mit elektrisch steuerbarer Brennweite ausgeführt ist, dadurch kompensiert, dass die Brennweite der Optik O4 wahlweise, je nachdem welches Auge 4 gemessen werden soll, synchron zur Brennweite des Okulars O2 bzw. O3 gesteuert wird. D. h. wenn die Brennweite f des Okulars O2 um ±Δf verändert wird, muss die Brennweite der Optik O4 zeitgleich um den gleichen Wert ±Δf verändert werden, wenn beispielsweise die Okulare O2 und O4 optisch gleich aufgebaut sind.
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In der 7, die keine erfindungsgemäße Ausgestaltung zeigt, ist eine sehr kompakte Ausführungsform einer Projektorvorrichtung 1 dargestellt. Die Ausführungsform kann man auf die Laserstrahlquellen LS1 ggf. LS2, den Mikroscannerspiegel MSS, die adaptive Linse EL mit elektrisch steuerbarer Brennweite und Auswerteeinrichtung 10 reduzieren.
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Die Linse L2 und der Detektor D1 werden einmalig bei der Kalibrierung der Projektorvorrichtung 1 eingesetzt. Die Auswerteeinrichtung 10 speichert das bei der Kalibrierung gemessene Steuersignal für die Brennweite der Linse EL. Damit steuert die Auswerteeinrichtung 10 die Brennweite der Linse EL während der Mikroscannerspiegel MSS den Laserstrahl ablenkt, so dass Bilder frei von Abbildungsfehlern projiziert werden.
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In der 8 ist eine Ersatzvorrichtung für den Mikroscannerspiegel MSS der vorhergehenden Figuren beschrieben. Das Ziel ist es die flächigen Muster 2 mittels Einzelstrahlen zu erzeugen, die von einer Punktquelle ausgehen und einen definierten Winkel mit der optischen Achse bilden, so dass z. B. eine rechteckförmige Fläche flächendeckend abgescannt werden kann. Dazu werden zwei eindimensionale Scanner MSS1 und MSS2 eingesetzt. Der Scanner MSS1 schwingt in x Richtung der Scanner MSS2 schwingt in y Richtung. Der von der Laserstrahlquelle LS1 ausgehende Laserstrahl trifft z. B. zuerst auf den in x Richtung schwingenden Scanner MSS1. Dieser lenkt den Projektionsstrahl um den Winkel α in x Richtung ab. Um die Vorteile einer Punktquelle zu erzielen, bzw. die Vorteile eines 2D Mikroscannerspiegels nachzubilden, wird der von dem Scanner MSS1 reflektierte Laserstrahl durch die Linse L3, die z. B. als Asphäre ausgeführt sein kann, auf den eindimensionalen Scanner MSS2 fokussiert. Der Scanner MSS2 schwingt in y Richtung und lenkt den Projektionsstrahl zusätzlich um den Winkel β in Y Richtung ab. Damit erhält der Projektionsstrahl eine Auslenkung in x- und in y-Richtung und ersetzt vollständig einen 2D Mikroscannerspiegel. Werden die Scanner MSS1 und MSS2 nicht als Resonanzschwinger sondern als Galvanoscanner ausgeführt, so kann jeder Punkt der Projektionsfläche zu jedem gewünschten Zeitpunkt und solange es die Anwendung erforderlich macht angesteuert werden.
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Um Mehrfachreflexionen zwischen den Scannerspiegeln MSS1 und MSS2 zu verhindern, wird die Lichtquelle LS1 als linear polarisierte Lichtquelle ausgeführt. Der polarisationsabhängige Strahlteiler ST1 lässt die eine Polarisationsrichtung durch die andere Polarisationsrichtung reflektiert er. Damit das Strahlbündel vom Scanner MSS2 nicht wieder auf den Scanner MSS1 reflektiert wird, wird der Projektionsstrahl durch das λ/4 Plättchen P Lambda/4 in seiner Polarisationsrichtung um 90 Grad gedreht. Auf dem Weg zum Scanner MSS2 erzeugt das λ/4 Plättchen P Lambda/4 zirkular, z. B. rechts zirkular polarisiertes Licht, das vom Scanner MSS2, der als Metallspiegel ausgeführt ist, reflektiert wird und auf dem Weg vom Scanner MSS2 zum Strahlteiler ST1 wird das durch die Reflektion am Metallspiegel nun z. B. links zirkular polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht durch das λ/4 Plättchen P Lambda/4 gewandelt. Dabei dreht sich die Polarisationsrichtung von z. B. senkrecht nach parallel oder umgekehrt.
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In der 9 ist eine weitere Ersatzvorrichtung für den 2D Mikroscannerspiegel dargestellt. Der z. B. senkrecht polarisierte Laserstrahl LS1 wird vom polarisationsabhängigen Strahlteiler ST1 auf den Mikroscannerspiegel MSS1 reflektiert. Das λ/4 Plättchen P1 Lambda/4 dreht die Polarisationsrichtung beim doppelten Durchlauf von z. B. senkrecht auf parallel, so dass der Strahlteiler ST1 den von der Linse L3 fokussierten Projektionsstrahl auf den 1D Mikroscannerspiegel MSS2 durchlässt.
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Der Brennpunkt liegt auf dem Mikroscannerspiegel MSS2. Das λ/4 Plättchen P2 Lambda/4 dreht die Polarisationsrichtung von z. B. parallel auf senkrecht, so dass der vom Mikroscannerspiegel MSS2 reflektierte Projektionsstrahl vom Strahlteiler ST1 zweidimensional nach oben reflektiert wird.
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Das λ/4 Plättchen P1 Lambda/4 oder P2 Lambda/4 erzeugt aus einem linear polarisierten Projektionsstrahl zirkular polarisiertes Licht und aus zirkular polarisiertem Licht ein linear polarisiertes Licht. Dabei dreht es die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Projektionsstrahls von z. B. senkrecht polarisiert nach parallel polarisiert oder umgekehrt, da der nicht depolarisierende Mikroscannerspiegel MSS1 bzw. MSS2 durch Reflexion aus z. B. rechts links zirkular polarisiertes Licht erzeugt oder umgekehrt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Projektorvorrichtung
- 2
- Muster
- 3
- Ebene
- 4
- Auge
- 5
- Intraokularlinse
- 7
- Strahlengang
- 8
- Bereich
- 9
- Bereich
- 10
- Auswerteeinrichtung (digitaler Prozessor/Steuerung)
- 11
- Regler
- B1
- Blende
- W1
- Wellenfrontmessgerät/Fehlsichtigkeitsmessgerät
- LS1
- Projektionsstrahlenquelle (RGB Laserdiode oder SLD und IR) parallel polarisiert
- LS2
- Projektionsstrahlenquelle (RGB Laserdiode oder SLD und IR) senkrecht polarisiert
- BL
- Behandlungslaser
- L1
- Linse (Glas- oder Kunststofflinse)
- L2
- Linse (Glas- oder Kunststofflinse)
- L3
- Linse (Glas- oder Kunststofflinse)
- EL
- Linse mit elektrisch steuerbarer Brennweite
- MEL
- elektronisches Model der elektrisch steuerbaren Linse
- MSS
- 2D Mikro-Scanner-Spiegel
- MSS1
- 1D Mikro-Scanner-Spiegel
- MSS2
- 1D Mikro-Scanner-Spiegel
- PST1
- polarisationsabhängiger Strahlteiler
- ST1
- Strahlteiler
- ST2
- Strahlteiler
- ST3
- Strahlteiler
- ST4
- Strahlteiler
- US1
- Umlenkspiegel
- US2
- Umlenkspiegel
- US3
- Umlenkspiegel
- P Lambda/4
- λ/4 Platte
- O1
- Okular mit elektrisch steuerbarer Brennweite
- O2
- Okular mit elektrisch steuerbarer Brennweite und/oder Shutter
- O3
- Okular mit elektrisch steuerbarer Brennweite und/oder Shutter
- O4
- Objektiv mit elektrisch steuerbarer Brennweite
- D1
- Detektor (PSD oder CCD/CMOS Kamera oder Wellenfrontmessgerät)
- D2
- Detektor (PSD oder CCD/CMOS Kamera)
- T1
- Treiber für die elektrisch steuerbaren Linsen
- T2
- Treiber für die elektrisch steuerbaren Okulare
- T3
- Treiber für die elektrisch steuerbaren Okulare
- T4
- Treiber für die elektrisch steuerbaren Okulare
- T5
- Treiber für die elektrisch steuerbaren Okulare
