DE102011053880A1

DE102011053880A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Abbilden eines Augenhintergrunds

Info

Publication number: DE102011053880A1
Application number: DE102011053880A
Authority: DE
Inventors: Peter Westphal; Daniel Bublitz
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2031-09-24
Also published as: DE102011053880B4; US9549672B2; WO2013041658A1; US20140232987A1

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Abbilden eines Augenhintergrunds (3) umfasst eine Bestrahlungseinrichtung (10) mit einer Strahlungsquelle (11) und optischen Komponenten (18, 19, 29) zum Erzeugen eines Beleuchtungsstreifens. Eine Abtasteinrichtung (20, 21) ist eingerichtet, um eine Abtastbewegung (7) des Beleuchtungsstreifens (71) zum Abtasten des Augenhintergrunds (3) zu bewirken. Ein optoelektronischer Sensor (30) erfasst Detektionslicht (8), dasvon dem Augenhintergrund (3) ausgeht. Der optoelektronische Sensor (30) weist mehrere Sensorzeilen (61–64) auf und ist eingerichtet, um in einer Sensorzeile enthaltene Ladungen jeweils mit einer Zeitverzögerung in eine weitere Sensorzeile zu verschieben. Eine Steuerung (40) ist mit der Abtasteinrichtung (20, 21) und/oder dem optoelektronischen Sensor (30) gekoppelt und ist eingerichtet, um die Abtastbewegung (7) und/oder die Zeitverzögerung zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Abbilden eines Augenhintergrunds. Die Erfindung betrifft insbesondere Vorrichtungen und Verfahren zum Abbilden des Augenhintergrunds, bei denen ein optoelektronischer Sensor eingesetzt wird, um ein digitales Bild des Augenhintergrunds zu erfassen.
Vorrichtungen und Verfahren zur Abbildung eines Augenhintergrunds werden zur Untersuchung des Auges, insbesondere des menschlichen Auges, eingesetzt. Der Augenhintergrund („fundus oculi“) wird im Folgenden auch als Fundus bezeichnet. Vorrichtungen und Verfahren zur Abbildung des Augenhintergrunds werden beispielsweise zur Diagnose von Erkrankungen einer Retina eines Auges, insbesondere eines menschlichen Auges, eingesetzt. Beispielsweise ist bekannt, hierfür so genannte Funduskameras in Kombination mit Fluoreszenz- und Autofluoreszenztechniken zu verwenden. Beispiele für Anwendungen sind in der WO 2007/054301 A1 , der DE 10 222 779 , der DE 199 20 158 oder der DE 10 145 823 beschrieben.
Vorrichtungen zur Abbildung des Augenhintergrunds beinhalten Funduskameras oder Ophthalomoskope. Eine Funduskamera zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine gewisse optische Auflösung (60 Linienpaare/mm) gewährleisten muss und zur Reflexunterdrückung häufig eine ringartige Beleuchtung aufweist. Ophthalmoskope dienen im Prinzip dem gleichen Zweck, sind jedoch meist kleiner und technisch einfacher aufgebaut.
Vorrichtung, die nach unterschiedlichen Prinzipien den Augenhintergrund abbilden, können sich einerseits hinsichtlich der Art der Beleuchtung und andererseits bei der Art der digitalen Bilderfassung unterscheiden.
Manche Vorrichtungen zur Abbildung des Augenhintergrunds verwenden eine Ringbeleuchtung, die durch die Augenpupille eingestrahlt wird, um den Fundus zu beleuchten. Die Detektion erfolgt durch den mittleren, nicht beleuchteten Bereich der Augenpupille mittels einer flächigen Kamera. Die räumliche Trennung von Beleuchtung und Detektion ist erforderlich, um Reflexe von der Cornea und der Augenlinse im Fundusbild hinreichend zu unterdrücken. Bei derartigen Vorrichtungen und Verfahren kann jedoch die die numerische Apertur für die Detektion häufig relativ klein sein, wodurch die Auflösung limitiert wird. Darüber hinaus können Fundusbilder bei diesem Funktionsprinzip häufig mit einem hohen Streulichtuntergrund behaftet sein, da eine Weitfelddetektion erfolgt. Dies kann zu einem relativ schlechten Signal/Untergrund-Verhältnis sowohl bei Hellfeldaufnahmen als auch bei Fluoreszenzaufnahmen führen.
Vorrichtungen zur Abbildung des Augenhintergrunds können auch eine transsclerale Beleuchtung einsetzen. Hierdurch kann die numerische Apertur für die Detektion vergrößert werden. Die Detektion erfolgt konventionell mit einer flächigen Kamera. Es ist allerdings bei vielen Augen schwierig, mit blauem und grünem Licht durch die Sclera zu beleuchten, da die Absorption für diese Farben zu hoch ist. Derartige Beschränkungen können unerwünscht sein.
Eine Vorrichtung zur Abbildung des Augehintergrunds kann auch einen Laserscanner einsetzen oder einen solchen umfassen. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der EP 1 513 441 B1 beschrieben. Der Laserstrahl kann hierbei als Lichtpunkt oder Linie auf den Augenhintergrund auftreffen. Zur Detektion für einen Lichtpunkt kann ein Einzeldetektor, beispielsweise ein Fotomultiplier oder eine Fotodiode, eingesetzt werden. Wird das Laserlicht linienförmig eingestrahlt, kann eine Zeilenkamera eingesetzt werden. Streulicht kann durch Verwendung einer konfokalen Blende unterdrückt werden. Dadurch kann ein gutes Signal/Untergrund-Verhältnis erreicht werden. Jedoch ist es mit einer derartigen Vorrichtung schwierig, farbige Bilder des Augenhintergrunds mit hoher Qualität zu erzeugen. Da eine Laserstrahlungsquelle eingesetzt wird, bestehen meist spektrale Lücken, selbst wenn mit mehreren Laserwellenlängen gescannt wird. Der Einsatz von Kontinuumslasern würde Kostennachteile mit sich bringen.
Die WO 2008/003788 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Aufnahme von Fundusbildern, bei der die Beleuchtung über einen schwenkbar gelagerten Spiegel erfolgt. Die Detektion geschieht über einen räumlich getrennten Strahlengang mittels einer Kamera, die eine elektrische Blende einsetzt. Durch diese bewegliche Blende werden elektronisch gesteuert die zu belichtenden Kamerazeilen zeitlich variierend ausgewählt werden. Die räumliche Trennung zwischen Beleuchtung und Detektion limitiert die jeweils nutzbare numerische Apertur für Beleuchtung und Detektion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zur Abbildung des Augehintergrunds anzugeben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, bei denen es nicht erforderlich ist, dass Beleuchtungslicht und Detektionslicht im Auge räumlich getrennt sind, und/oder die die Abbildung mit Beleuchtungslicht unterschiedlicher Wellenlängen, insbesondere ohne größere spektrale Lücken, erlauben.
Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsbeispiele.
Eine Vorrichtung zum Abbilden eines Augenhintergrunds nach einem Aspekt umfasst eine Bestrahlungseinrichtung mit einer Strahlungsquelle und optischen Komponenten zum Erzeugen eines Beleuchtungsstreifens. Die Vorrichtung umfasst eine Abtasteinrichtung, die eingerichtet ist, um eine Abtastbewegung des Beleuchtungsstreifens zum Abtasten des Augenhintergrunds zu bewirken. Die Vorrichtung umfasst einen optoelektronischen Sensor zum Erfassen von von dem Augenhintergrund ausgehendem Detektionslicht. Der optoelektronische Sensor weist mehrere Sensorzeilen auf und ist eingerichtet, um in einer Sensorzeile enthaltene Ladungen jeweils mit einer Zeitverzögerung in eine weitere Sensorzeile zu verschieben. Die Vorrichtung weist eine Steuerung auf, die mit der Abtasteinrichtung und/oder dem optoelektronischen Sensor gekoppelt ist und die eingerichtet ist, um wenigstens eine von der Abtastbewegung und der Zeitverzögerung zu steuern.
Der Einsatz von Beleuchtung, deren Intensität auf einen streifenförmigen Bereich des Augenhintergrunds konzentriert ist, erlaubt eine Unterdrückung von Streulicht im Vergleich zu ringförmiger Beleuchtung oder transscleraler Beleuchtung. Die Verwendung des optoelektronischen Sensors, der so eingerichtet ist, dass mit einer bestimmten Rate bzw. nach einer bestimmten Zeitverzögerung Ladungen von einer Sensorzeile in eine weitere Sensorzeile verschoben werden, ermöglicht die Akkumulation von Detektionslicht, während der Beleuchtungsstreifen einen Abschnitt des Augenhintergrunds überstreicht. Durch die Steuerung kann ein Verschmieren des Bilds, das während der Abtastbewegung des Beleuchtungsstreifens über den Augenhintergrund erfasst wird, reduziert oder vermieden werden.
Die Abtasteinrichtung kann angeordnet sein, um das von dem Augenhintergrund ausgehende Detektionslicht zu dem optoelektronischen Sensor zu lenken. Durch eine derartige so genannte de-scannende Geometrie können Beleuchtungsstreifen und Detektionslicht denselben Pfad durchlaufen. Eine Trennung von Beleuchtungs- und Detektionslicht ist nicht erforderlich, so dass die durch eine Trennung von Beleuchtungs- und Detektionslicht hervorgerufene Beschränkung der numerischen Apertur vermieden werden kann. Darüber hinaus erlaubt eine derartige Anordnung, dass der Beleuchtungsstreifen immer auf dieselbe lichtempfindliche Fläche des optoelektronischen Sensors auftrifft, so dass eine gute Nutzung erreicht wird.
Die Steuerung kann eingerichtet sein, um die Zeitverzögerung und eine Geschwindigkeit der Abtastbewegung aufeinander abzustimmen. Dadurch können Verschmierungen weitgehend reduziert oder eliminiert werden. Die Steuerung kann eingerichtet sein, um die Abstimmung derart vorzunehmen, dass eine Linie auf dem Augenhintergrund in dieselbe bewegte Detektorzeile des optoelektronischen Sensors abgebildet wird, während die Linie von dem Beleuchtungsstreifen überstrichen wird.
Die Abtasteinrichtung kann einen schwenkbar gelagerten Spiegel umfassen. Die Steuerung kann eingerichtet sein, um die Zeitverzögerung und eine Winkelgeschwindigkeit des Spiegels aufeinander abzustimmen. Die Abtasteinrichtung kann einen Aktuator für den Spiegel umfassen. Die Abtasteinrichtung kann beispielsweise als Galvanometer-Scanner (Galvo-Scanner) oder MEMS(„micro-electro-mechanical system“)-Scanner ausgestaltet sein. Die Steuerung kann mit dem optoelektronischen Sensor und/oder dem Aktuator gekoppelt sein, um die Abstimmung zwischen der Abtastgeschwindigkeit und der Zeitverzögerung, mit der Ladungen jeweils zwischen Sensorzeilen des optoelektronischen Sensors verschoben werden, einzustellen.
Die Vorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass ein Winkel zwischen einer ersten Linie, die der Propagationsrichtung des auf den Spiegel von der Strahlungsquelle einfallenden Beleuchtungslichts entspricht, und einer zweiten Linie, die den Strahlauftreffpunkt des Spiegels mit einem Mittelpunkt einer Ophthalmoskoplinse verbindet, kleiner oder größer als 90° ist. Dies erlaubt besonders kompakte Bauformen der Vorrichtung.
Die Vorrichtung kann einen Strahlteiler umfassen, über den das Beleuchtungslicht von dem Spiegel zu einer Ophthalmoskoplinse gelenkt wird. Der Strahlteiler erlaubt die Auskopplung von Licht für eine Kamera zum Erfassen eines Übersichtsbilds.
Die optischen Komponenten der Bestrahlungseinrichtung können eingerichtet sein, um eine Breite des Beleuchtungsstreifens derart einzustellen, dass ein von dem optoelektronischen Sensor erfasstes Bild des Beleuchtungsstreifens die mehreren Sensorzeilen ausleuchtet. Dadurch wird eine Integration des Detektionslichts erreicht, während der Beleuchtungsstreifen einen Bereich des Augenhintergrunds überstreicht.
Die optischen Komponenten der Bestrahlungseinrichtung können eingerichtet sein, um eine Breite des Beleuchtungsstreifens derart einzustellen, dass eine Breite, gemessen senkrecht zur Längsrichtung des Beleuchtungsstreifens, auf dem Augenhintergrund 1/1000 bis 1/10 des abzubildenden Bereichs des Augenhintergrunds ist. Eine derartige partielle Beleuchtung führt zu einer Verringerung des Streulichtuntergrunds.
Der optoelektronische Sensor kann eine TDI(„time delay and integration“)-Kamera umfassen. Eine derartige Kamera wird auch als Kamera mit Zeitverzögerung und Integration bezeichnet. Die TDI-Kamera umfasst mehrere Sensorzeilen. Mit einer Ausleserate, die gleich der inversen Zeitverzögerung ist, wird eine äußere Sensorzeile ausgelesen. Die Ladungen in den weiteren Sensorzeilen werden mit der Zeitverzögerung jeweils in die in Richtung der äußeren Sensorzeile benachbarte Sensorzeile weitergeschoben. Durch den Einsatz der TDI-Kamera kann auch bei de-scannender Geometrie ein scharfes Bild des Augenhintergrunds erzeugt werden.
Die TDI-Kamera kann in CCD-Technologie oder CMOS-Technologie hergestellt sein. Die TDI-Kamera kann so gewählt sein, dass sie wenigstens 10 Sensorzeilen aufweist. Die TDI-Kamera kann so gewählt sein, dass sie höchstens 500 Sensorzeilen aufweist. Die TDI-Kamera kann so ausgestaltet sein, dass in jeder Sensorzeile wenigstens 1000 Pixel vorhanden sind.
Die TDI-Kamera kann eine Monochrom-TDI-Kamera sein. Als Monochrom-TDI-Kamera wird allgemein eine TDI-Kamera bezeichnet, die nur Intensitätsinformation, aber keine Farbinformation liefert. Die Monochrom-TDI-Kamera kann für mehrere unterschiedliche Wellenlängenbereiche sensitiv sein, in denen die Strahlungsquelle Licht erzeugen kann. Durch Steuerung der Strahlungsquelle derart, dass zeitsequentiell unterschiedliche Schwerpunktwellenlängen abgegeben werden, können mit der Monochrom-TDI-Kamera zeitsequentiell Bilder für unterschiedliche Wellenlängen erfasst werden. Der Einsatz einer Monochrom-TDI-Kamera kann kostengünstiger als die Verwendung einer Farb-TDI-Kamera sein, die Farbauflösung bietet.
Die TDI-Kamera kann auch eine Farb-TDI-Kamera sein. Diese kann mehrere Kamerachips und mehrere diesen zugeordnete Filter umfassen, um zeitlich parallel wellenlängenaufgelöste Intensitätsinformation zu erfassen.
Die Vorrichtung kann eine Anordnung zum Erfassen eines Streulichtbilds und eine Recheneinrichtung, die mit dem optoelektronischen Sensor gekoppelt ist, umfassen. Die Recheneinrichtung kann eingerichtet sein, um ein mit dem optoelektronischen Sensor erfasstes Bild des Augenhintergrunds abhängig von dem Streulichtbild rechnerisch zu verarbeiten. Auf diese Weise kann ein Bild des Augenhintergrunds mit weiter verringertem Streulichtuntergrund rechnerisch erzeugt werden. Die Recheneinrichtung kann eingerichtet sein, um das Streulichtbild von dem mit dem optoelektronischen Sensor erfassten Bild des Augenhintergrunds abzuziehen.
Die Anordnung zum Erfassen des Streulichtbilds kann wenigstens eine weitere TDI-Kamera umfassen. Die wenigstens eine weitere TDI-Kamera kann lateral versetzt zu dem optoelektronischen Sensor angeordnet sein. Die Anordnung zum Erfassen des Streulichtbilds kann zwei weitere TDI-Kameras umfassen, von denen jede ein Streulichtbild erfasst. In diesem Fall können beide Streulichtbilder von dem mit dem optoelektronischen Sensor erfasstes Bild des Augenhintergrunds subtrahiert werden.
Die wenigstens eine weitere TDI-Kamera kann eingerichtet sein, um das Streulichtbild simultan zum Erfassen des Bildes des Augenhintergrunds durch den optoelektronischen Sensor zu erfassen. Durch die zeitlich parallele Erfassung mit dem primären optoelektronischen Sensor und der wenigstens einen weiteren TDI-Kamera kann eine Verlängerung der Datenerfassungszeit vermieden werden.
Die Anordnung zum Erfassen des Streulichtbilds kann wenigstens eine weitere Strahlungsquelle umfassen, die versetzt zu der Strahlungsquelle angeordnet ist. Die Steuerung kann mit der Strahlungsquelle und der wenigstens einen weiteren Strahlungsquelle gekoppelt sein und kann eingerichtet sein, um die Strahlungsquelle und die wenigstens eine weitere Strahlungsquelle zeitsequentiell zu aktivieren. Dies erlaubt, mit dem optoelektronischen Sensor sowohl das Bild des Augenhintergrunds als auch das Streulichtbild zu erfassen. Die Verwendung einer oder mehrerer zusätzlicher TDI-Kameras ist möglich, aber nicht unbedingt erforderlich. Dies erlaubt eine Verringerung der Anzahl von optoelektronischen Sensoren.
Die Recheneinrichtung kann eingerichtet sein, um das Streulichtbild aus Ausgangsdaten des optoelektronischen Sensors zu ermitteln, wenn die wenigstens eine weitere Strahlungsquelle aktiviert ist.
Die Strahlungsquelle kann eingerichtet sein, um zeitsequentiell oder simultan mehrere, insbesondere wenigstens drei oder wenigstens vier, verschiedene Schwerpunktwellenlängen abzustrahlen. Die Strahlungsquelle kann so ausgestaltet sein, dass die verschiedenen Schwerpunktwellenlängen jeweils in einem der folgenden Spektralbereiche liegen: 400–500 nm, 500–600 nm, 600–700 nm und 700–1000 nm. Durch Steuerung der Strahlungsquelle können die relativen Intensitäten der unterschiedlichen Schwerpunktwellenlängen kontrolliert werden, um Bilder des Augenhintergrunds mit unterschiedlichen Beleuchtungsfarben zu erfassen. Durch zeitsequentielle Lichtabgabe mit unterschiedlichen Schwerpunktwellenlängen können beispielsweise mit einer Monochrom-TDI-Kamera sequenziell Bilder des Augenhintergrunds bei unterschiedlicher Beleuchtungswellenlänge erfasst werden. Diese können rechnerisch verarbeitet werden. Es können auch mehrere Schwerpunktwellenlängen simultan abgestrahlt werden, wobei das Bild mit einer Farb-TDI-Kamera erfasst werden kann.
Die Strahlungsquelle kann wenigstens drei unabhängig schaltbare Leuchtdioden (LEDs) umfassen, die jeweils eine streifenförmige Fläche bilden. Dazu können drei unabhängig schaltbare LED-Chips auf einer Grundplatte angebracht sein. Die drei LED-Chips, die unterschiedlichen Schwerpunktwellenlängen entsprechen, können unabhängig voneinander schalt- und dimmbar sein. Jeder der streifenförmigen Flächen kann so dimensioniert sein, dass ihre Abbildung auf den Augenhintergrund dem Beleuchtungsstreifen entspricht. Anaphormotische Optiken können vorgesehen sein, um das Seitenverhältnis des abgegebenen Beleuchtungsstreifens anzupassen.
Die Bestrahlungseinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass der Beleuchtungsstreifen entlang seiner Längsrichtung eine Beleuchtungsstruktur aufweist. Die Abtasteinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass der strukturierte Beleuchtungsstreifen in der Ebene des Augenhintergrunds lateral entlang der Längsrichtung des Beleuchtungsstreifens verschoben werden kann. Mehrere Bilder des Augenhintergrunds, die jeweils für unterschiedliche laterale Positionen der Beleuchtungsstruktur gewonnen werden, können von einer Recheneinrichtung rechnerisch verarbeitet werden, um den Streulichtuntergrund zu verringern.
Die Vorrichtung kann eine Einrichtung zur optischen Kohärenztomographie („optical coherence tomography“, OCT) umfassen. Dadurch kann zusätzlich eine tiefenaufgelöste Vermessung von Augenstrukturen ermöglicht werden. Die Vorrichtung kann einen Strahlteiler umfassen, um Messstrahlung der Einrichtung zur optischen Kohärenztomographie in den Strahlengang des Beleuchtungslichts einzukoppeln.
Nach einem weiteren Aspekt wird Verfahren zum Abbilden eines Augenhintergrunds angegeben. Ein Beleuchtungsstreifen wird erzeugt. Eine Abtastbewegung des Beleuchtungsstreifens zum Abtasten des Augenhintergrunds wird hervorgerufen. Detektionslicht, das von dem Augenhintergrund ausgeht, wird mit einem optoelektronischen Sensor erfasst, der mehrere Sensorzeilen aufweist und in einer Sensorzeile enthaltene Ladungen jeweils mit einer Zeitverzögerung in eine weitere Sensorzeile verschiebt. Wenigstens eine von der Abtastbewegung und der Zeitverzögerung wird so eingestellt, dass die Zeitverzögerung und die Abtastbewegung aufeinander abgestimmt sind.
Ausführungsformen des Verfahrens und die damit jeweils erreichten Wirkungen entsprechen den Ausführungsformen der Vorrichtung.
Das Verfahren kann mit einer Vorrichtung nach einem Aspekt oder Ausführungsbeispiel ausgeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel.
2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise eines optoelektronischen Sensors bei Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen.
3 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
4 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
5 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
6 ist eine schematische Darstellung einer Strahlungsquelle von Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen.
7 ist eine schematische Darstellung von Spektralanteilen von von der Strahlungsquelle von 6 abgegebener Strahlung.
8 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Strahlungsquelle von Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen.
9 zeigt schematisch eine Winkelgeschwindigkeit eines Spiegels einer Vorrichtung nach Ausführungsbeispielen.
10 illustriert eine einem Beleuchtungsstreifen aufgeprägte Beleuchtungsstruktur.
11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das mehrere Merkmale kombiniert, ist nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale zur Ausführung der Erfindung nötig sind, da andere Ausführungsbeispiele weniger Merkmale und/oder alternative Merkmale aufweisen können.
In den Figuren sind ähnliche oder identische Elemente mit ähnlichen oder identischen Bezugszeichen bezeichnet.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Abbilden eines Augenhintergrunds, beispielsweise zur Augenspiegelung (Ophthalmoskopie). Dabei wird ein Auge, insbesondere ein menschliches Auge, beleuchtet und von dem Augenhintergrund ausgehendes Detektionslicht wird erfasst. Die Vorrichtung kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass das Augeninnere bzw. der Augenhintergrund durch die Pupille hindurch beleuchtet wird. Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen können beispielsweise als Funduskamera oder Ophthalomoskop ausgestaltet sein.
Bei Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen wird der Augenhintergrund mit einem Beleuchtungsstreifen abgetastet. Ein optoelektronischer Sensor, beispielsweise eine TDI-Kamera, mit mehreren Sensorzeilen wird zur Bilderfassung verwendet, bei dem Ladungen in einer Sensorzeile in eine weitere Sensorzeile verschoben werden, wo die Akkumulation von Ladungen fortgesetzt und so empfangene Lichtintensität aufintegriert wird. Durch diese Maßnahmen kann ein guter Abbildungskontrast erreicht werden, ohne dass dazu eine Laserstrahlungsquelle erforderlich ist. Durch die Nutzung der TDI-Kameratechnologie können in einer Anordnung, in der das Detektionslicht über die Abtasteinrichtung auf den optoelektronischen Sensor gelenkt wird, scharfe Bilder erfasst werden. Die Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen können beispielsweise verwendet werden, um farbige Bilder des Augenhintergrunds und/oder Fluoreszenzbilder des Augenhintergrunds mit hoher Qualität aufnehmen. Die Aufnahme derartiger Bilder kann mit der Aufnahme eines Nahinfrarot(NIR)-Bilds des Augenhintergrunds für eine zeitabhängige Beobachtung, beispielsweise zum Scharfstellen des Augenhintergrunds, kombiniert werden.
1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Abbilden des Augenhintergrunds nach einem Ausführungsbeispiel. Mit der Vorrichtung 1 wird ein Augenhintergrund oder Fundus 3 eines Auges 2 abgebildet.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 10 mit einer Strahlungsquelle 11 und optischen Komponenten, mit denen ein Beleuchtungsstreifen auf den Augenhintergrund eingestrahlt wird. Die optischen Komponenten können beispielsweise eine erste Optik 18 und eine zweite Optik 19 umfassen. Die zweite Optik kann eine Ophthalmoskoplinse sein. Die optischen Komponenten können auch eine Blende 29 umfassen, um eine Breite des Beleuchtungsstreifens quer zu seiner Längsrichtung einzustellen.
Die primäre Strahlungsquelle 11 dient zum Beleuchten des Augenhintergrunds zur Bilderfassung. Die Strahlungsquelle 11 kann ausgestaltet sein, um sequentiell oder simultan mindestens drei, insbesondere mindestens vier verschiedene Schwerpunktwellenlängen abzustrahlen. Eine erste Schwerpunktwellenlänge kann im Spektralbereich 400–500 nm liegen. Eine zweite Schwerpunktwellenlänge kann im Spektralbereich 500–600 nm liegen. Eine dritte Schwerpunktwellenlänge kann im Spektralbereich 600–700 nm liegen. Eine vierte Schwerpunktwellenlänge kann im Spektralbereich 700–1000 nm liegen. Die Strahlungsquelle 11 kann ausgestaltet sein, um die Spektralanteile mit den unterschiedlichen Schwerpunktwellenlängen steuerbar unabhängig voneinander zu erzeugen und auszugeben. Die Strahlungsquelle 11 kann so ausgestaltet sein, dass wahlweise blaue, grüne, rote und nahe infrarote Strahlung steuerbar in unterschiedlichen Kombinationen auf den Augenhintergrund eingestrahlt werden können. Die Strahlungsquelle 11 kann so ausgestaltet sein, dass die Spektralanteile zu weißem Licht zusammengemischt werden können. Die Strahlungsquelle 11 kann mehrere unterschiedliche Einheiten 14–17 umfassen, die jeweils zur Ausgabe von Licht mit einer Schwerpunktwellenlänge in einem der Spektralbereiche 400–500 nm, 500–600 nm, 600–700 nm und 700–1000 nm eingerichtet sind. Ausgestaltungen derartiger Strahlungsquellen werden unter Bezugnahme auf 6–8 näher beschrieben.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Abtasteinrichtung, um den Beleuchtungsstreifen über den Augenhintergrund zu bewegen. Die Abtasteinrichtung kann einen beweglich gelagerten Reflektor, beispielsweise einen drehbar gelagerten Spiegel 20, und einen Aktuator 21 zum steuerbaren Verstellen des Spiegels 20 umfassen. Die Abtasteinrichtung kann beispielsweise als Galvanometer-Scanner oder als MEMS-Scanner ausgebildet sein. Die Bewegung des Beleuchtungsstreifens, die schematisch bei 7 dargestellt ist, verläuft senkrecht zur Längsrichtung des Beleuchtungsstreifens. Der Beleuchtungsstreifen erstreckt sich in 1 senkrecht zur Zeichenebene.
Der Spiegel 20 kann sich in oder in der Nähe einer Ebene, die zur Augenpupille optisch konjugiert ist, befinden. Dadurch wird durch eine Winkeländerung des Strahlengangs am Spiegel 20 eine transversale Bewegung des Beleuchtungsstreifens in der Fundusebene erzeugt. Die Vorrichtung 1 kann so ausgestaltet sein, dass ein Winkel 59 zwischen der Einfallsrichtung, in der der Beleuchtungsstreifen auf den Spiegel 20 einfällt, und der Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des Leuchtstreifens auf dem Spiegel 20 und einer optischen Achse der zweiten Optik 19 größer oder kleiner als 90° ist. Dadurch können störende Reflexe von der zweiten Optik 19 oder vom Auge 2 unterdrückt werden. Ein von 90° verschiedener Winkel 59 kann auch eine kompaktere Bauform der Vorrichtung 1 erlauben. Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Winkel 59 wie dargestellt 90° betragen.
Die Vorrichtung 1 ist so ausgestaltet, dass die von der Strahlungsquelle 11 ausgegebene Strahlung 5 über den Spiegel 20 der Abtasteinrichtung mit Hilfe der Optiken 18 und 19 so auf den Augenhintergrund 3 geleitet wird, dass dort eine möglichst homogene, streifenartige Beleuchtung entsteht. Mit der Abtasteinrichtung kann der Beleuchtungsstreifen senkrecht zu seiner Längsachse über den Augenhintergrund 3 verschoben werden, um den Augenhintergrund 3 abzutasten, indem die abzubildenden Bereiche des Augenhintergrunds 3 beleuchtet werden. Mit Hilfe der Blende 29 kann die Breite des Beleuchtungsstreifens von etwa 1/1000 bis etwa 1/10 des abzubildenden Fundusbereichs wahlweise eingestellt werden. Durch diese partielle Beleuchtung kann der Streulichtuntergrund im Vergleich zu einer Ringbeleuchtung oder einer transscleralen Beleuchtung reduziert werden. Die Unterdrückungsfaktoren können beispielsweise im Bereich von 10 bis 1000 liegen.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen optoelektronischen Sensor 30. Detektionslicht, das von dem Augenhintergrund 3 ausgeht, wird zu dem optoelektronischen Sensor 30 geleitet. Dabei kann das Detektionslicht denselben Strahlenpfad 6 durchlaufen wie der Beleuchtungsstreifen, der auf den Augenhintergrund 3 eingestrahlt wird. Eine räumliche Trennung von Bestrahlungslicht und Detektionslicht am Auge ist nicht erforderlich. Das Detektionslicht kann über die zweite Optik 19, den Spiegel 20 der Abtasteinrichtung und eine dritte Optik 35 zu dem optoelektronischen Sensor 30 geführt werden. Ein Strahlteiler 33 kann das Detektionslicht 8 aus dem Strahlengang des Beleuchtungslichts auskoppeln und in Richtung des optoelektronischen Sensors 30 lenken. Die dritte Optik 35 kann im Strahlenpfad von dem Strahlteiler 33 zu dem optoelektronischen Sensor 30 angeordnet sein.
Die Strahlteiler 33 und 57 können farbneutral oder dichroitisch sein. Die Strahlteiler 33 und 57 können über mechanische Filterwechsler austauschbar sein. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn im Betrieb der Vorrichtung 1 zwischen Reflexionsbildgebung und Fluoreszenzbildgebung oder zwischen zwei verschiedenen Fluoreszenzwellenlängen gewechselt wird.
Der optoelektronische Sensor 30 ist ein flächiger Sensor mit mehreren Sensorzeilen. Der optoelektronische Sensor 30 ist eingerichtet, um Areale des Augenhintergrunds 3, die mittels der Abtasteinrichtung nacheinander beleuchtet werden, sukzessive bildgebend zu erfassen. Der optoelektronische Sensor 30 kann als so genannte TDI(„time delay and integration“)-Kamera (Kamera mit Zeitverzögerung und Integration) ausgestaltet sein. Der optoelektronische Sensor 30 kann zwischen 10 und 500 Sensorzeilen aufweisen.
Der optoelektronische Sensor 30 erlaubt eine Unterdrückung von Verschmierungen, während das Detektionslicht über den sich bewegenden Spiegel 20 zu dem optoelektronischen Sensor 30 gelenkt wird. Wie unter Bezugnahme auf 2 noch näher beschrieben wird, ist der optoelektronische Sensor 30 so ausgestaltet, dass in einer Sensorzeile akkumulierte Ladungen nach einer Zeitverzögerung in eine benachbarte Sensorzeile weitergeschoben werden. Dort wird das Akkumulieren von Ladungen fortgesetzt. In einer äußersten Sensorzeile erfolgt das Auslesen der Ladungen. Die Zeitverzögerung, nach der die Ladungen jeweils in die nächste Sensorzeile weitergeschoben werden, ist gleich der inversen Ausleserate.
Eine ortsfeste Linie auf dem Augenhintergrund 3 erscheint durch die de-scannende Anordnung, bei der das Detektionslicht über den bewegten Spiegel 20 der Abtasteinrichtung zu dem optoelektronischen Sensor 30 gelenkt wird, an dem optoelektronischen Sensor 30 als bewegtes Objekt. Durch das Weiterschieben der Bildinformation zwischen Sensorzeilen bleibt ein bestimmter, schmaler Streifen des bewegten Objektes der bewegten Sensorzeilezugeordnet. Dadurch wird die Bildinformation akkumuliert, bis bei der letzten Sensorzeile das Auslesen der Bildinformation erfolgt. Vorteil dieser Technologie gegenüber konventionellen Kameras ist es, dass ein linienartiger Ausschnitt des Augenhintergrunds mit relativ langer Belichtungszeit scharf abgebildet werden kann.
Der optoelektronische Sensor 30 kann als TDI-Kamera mit zwischen 10 und 500 Sensorzeilen ausgebildet sein, von denen jede mindestens tausend, insbesondere einige tausend Pixel aufweist. Der optoelektronische Sensor 30 kann eine TDI-Kamera sein, die in der CCD-Technologie hergestellt ist. Die CCD-Technologie erlaubt eine einfache Implementierung des Weiterleitens von Ladungen. Der optoelektronische Sensor 30 kann eine TDI-Kamera sein, die in CMOS-Technologie hergestellt ist. Ein Beispiel für eine derartige TDI-Kamera ist beschrieben in Gérald Lepage, Lou Hermans, "TDI-Architekturen in CMOS-Bildaufnehmern", Photonik 5/2009, S. 34.
Wie noch ausführlicher beschrieben wird, kann der optoelektronische Sensor 30 als Monochrom-TDI-Kamera ausgebildet sein. Es kann auch eine Farb-TDI-Kamera verwendet werden. Eine derartige Farb-TDI-Kamera kann aus mehreren separaten Sensorchips mit zugeordneten Filtern bestehen. Eine Monochrom-TDI-Kamera kann insbesondere eingesetzt werden, wenn die Strahlungsquelle 11 so gesteuert wird, dass zeitsequentiell Licht mit unterschiedlichen Schwerpunktwellenlängen ausgegeben wird. Die Monochrom-TDI-Kamera erfasst dann farb-sequenzielle Aufnahme, die mit der Recheneinrichtung 41 weiterverarbeitet werden können. Erfolgt die Beleuchtung mit Weißlicht, wird bevorzugt eine Farb-TDI-Kamera als optoelektronischer Sensor 30 verwendet. Eine Farb-TDI-Kamera kann über eine Farbmaske verfügen oder aus mehreren Monochrom-TDI-Kamerachips bestehen, denen das farbige Licht über Farbteiler zugeordnet wird. Die TDI-Kamera kann insbesondere auch so ausgestaltet sein, dass sie Strahlung im Nahinfrarotbereich (NIR-Strahlung), die vom Augenhintergrund 3 ausgeht, detektiert.
Eine Steuerung 40 der Vorrichtung 1 steuert eine Drehgeschwindigkeit des Spiegels 20 und/oder die Zeitverzögerung bzw. inverse Ausleserate, mit der die Ladungen von Sensorzeilen des optoelektronischen Sensors 30 jeweils in benachbarte Sensorzeilen verschoben werden. Dadurch wird eine Abstimmung zwischen der Abtastgeschwindigkeit und der Verschiebung von Ladungen zwischen Sensorzeilen erreicht. So kann eine ortsfeste Linie auf dem Augenhintergrund, die von dem Spiegel 20 der Abtasteinrichtung auf unterschiedliche physische Sensorzeilen des optoelektronischen Sensors 30 abgebildet wird, während sie von dem Beleuchtungsstreifen überstrichen wird, immer auf dieselbe bewegte Sensorzeile abgebildet werden. Durch die Integration des optischen Signals wird eine Datenerfassung mit längerer Belichtungszeit erreicht. Ausgelesene Sensorzeilen können von einer elektronischen Recheneinrichtung 41 zu einem Bild zusammengefügt werden. Die Funktion der Steuerung 40 und der elektronische Recheneinrichtung 41 kann in einem Prozessor kombiniert sein.
Bei der Vorrichtung 1 wird eine so genannte de-scannende Anordnung eingesetzt. Beleuchtungsstrahlengang und Abbildungsstrahlengang sind dadurch überlagert. Um die Detektionsstrahlung auf den optoelektronischen Sensor 30 zu lenken, wird der Strahlteiler 33 verwendet. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass das aktuell beleuchtete Fundus-Areal immer auf der sensitiven Fläche des optoelektronischen Sensors 30 abgebildet wird. Um ein scharfes Bild vom Fundus zu erhalten, ist die Zeilenausleserate des optoelektronischen Sensors 30 an die Abtastgeschwindigkeit des Spiegels 20 der Abtasteinrichtung angepasst. Durch diese Maßnahmen kann der Streulichtuntergrund gut unterdrückt werden, ohne dass eine Laserbeleuchtung verwendet wird. Es ist nicht erforderlich, Beleuchtung mit spektralen Lücken zu verwenden, wie sie bei Laserstrahlungsquellen in der Regel auftreten.
Die Vorrichtung 1 kann ein Filter 34 im Pfad zwischen dem Strahlteiler 33 und dem optoelektronischen Sensor 30 umfassen. Das Filter 34 kann so angeordnet sein, dass es selektiv in den Strahlungspfad eingebracht, beispielsweise eingeschwenkt wird. Das Filter 34 kann ein Sperrfilter für die Beleuchtungsstrahlung sein, um auch Fluoreszenzaufnahmen des Augenhintergrunds 3 zu ermöglichen. Das Filter 34 kann beispielsweise für eine Fluoreszenzaufnahmen von der Autofluoreszenz des Augenhintergrunds oder von Farbstoffen, beispielsweise Fluoreszein oder ICG („Indocyanine green“), die einem Untersuchungsobjekt gespritzt werden, ausgelegt sein. Bei dem Filter 34 und Strahlteiler 33 kann es sich auch um Multibandfilter handeln, um ein Auswechseln des Filters 34 zu vermeiden. Durch das Sperrfilter kann eine weitere Kontrasterhöhung für Fluoreszenzaufnahmen des Augenhintergrunds erreicht werden.
Die Vorrichtung 1 kann zusätzliche optische Einheiten umfassen, um ein Übersichtsbild des Augenhintergrunds und/oder ein tiefenaufgelöstes Bild des Auges zu erfassen. Der Spiegel 20 der Abtasteinrichtung kann so ausgelegt sein, dass er Strahlung, die vom Augenhintergrund 3 kommt, seitlich vorbei lässt. Alternativ können andere Anordnungen verwendet werden, um ein Übersichtsbild mit einem weiteren optoelektronischen Sensor 50 aufzunehmen. Die Detektionsstrahlung kann genutzt werden, um ergänzende oder redundante Bildinformationen vom Augenhintergrund zu erhalten. Dazu kann eine Optik 53 und der weiteren optoelektronische Sensor 50 wie in einer konventionellen Funduskamera ergänzend vorgesehen sein. Detektionslicht 51 vom Augenhintergrund 3 wird von dem weiteren optoelektronischen Sensor 50, der ein Flächendetektor sein kann, erfasst. Der weitere optoelektronische Sensor 50 kann beispielsweise ein herkömmlicher flächiger Kamerachip in CCD- oder CMOS-Technologie sein, bei dem Ladungen nicht zwischen Detektorzeilen verschoben werden müssen. Eine derartige sekundäre Bildgebung kann beispielsweise verwendet werden, um ein NIR-Videobild des Augenhintergrunds 3 zu erzeugen. Dies erlaubt, die Detektion mittels des optoelektronischen Sensors 30 für den sichtbaren Bereich oder für Fluoreszenzaufnahmen zu optimieren. Hierdurch kann auf ein Nachfokussieren aufgrund des großen chromatischen Längsfehlers zwischen dem sichtbaren Bereich und dem NIR verzichtet werden.
Ein weiteres Filter 52 kann im Pfad vom Auge 3 zu dem weiteren optoelektronischen Sensor 30 vorgesehen werden. Das Filter 52 kann so angeordnet sein, dass es selektiv in den Strahlungspfad eingebracht, beispielsweise eingeschwenkt wird. Das Filter 52 kann ein Sperrfilter für die Beleuchtungsstrahlung sein, um Fluoreszenzaufnahmen des Augenhintergrunds zu ermöglichen. Das Filter 52 kann beispielsweise für eine Fluoreszenzaufnahmen von der Autofluoreszenz des Augenhintergrunds oder von Farbstoffen, beispielsweise Fluoreszein oder ICG („Indocyanine green“) ausgelegt sein.
Die Vorrichtung 1 kann auch ein Modul 55 zur optischen Kohärenztomographie (OCT, „optical coherence tomography“) aufweisen. OCT-Messstrahlung 56 kann über einen Strahlteiler 57 zur tiefenaufgelösten Vermessung von Augenstrukturen in den Strahlengang eingekoppelt werden. Unter Verwendung Moduls 55 zur optischen Kohärenztomographie können mittels OCT die Abstände zwischen Cornea, Augenlinse und Retina vermessen werden. Alternativ oder zusätzlich ist es unter Verwendung des Moduls 55 zur optischen Kohärenztomographie auch möglich, mittels OCT die Morphologien von Augenvorderkammer und Retina ortsaufgelöst zu vermessen. Die Einkopplung der OCT-Messstrahlung 56 kann auch an einer anderen Stelle erfolgen als in 1 dargestellt.
Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen, bei denen Detektionslicht vom Augenhintergrund über die Abtasteinrichtung zu einem optoelektronischen Sensor gelenkt werden, der als TDI-Kamera ausgebildet sein kann, können zusätzliche Elemente und Einheiten zur weiteren Streulichtunterdrücken aufweisen. Unter Streulicht wird hier Strahlung verstanden, die die Qualität der Abbildung des Augenhintergrunds beeinträchtigt, insbesondere Reflexe von den Grenzflächen und gestreutes Licht aus der Augenlinse oder dem Glaskörper. Derartiges Streulicht stellt regelmäßig ein Problem bei der Abbildung des Augenhintergrunds dar.
Die Vorrichtung 1 kann eine Anordnung zum Erfassen eines Streulichtbilds aufweisen, die wenigstens eine weitere Strahlungsquelle 12, 13 umfasst. Die wenigstens eine weitere Strahlungsquelle 12, 13 ist versetzt zu der Strahlungsquelle 11 angeordnet. Es können zwei weitere Strahlungsquellen 12, 13 verwendet werden, die lateral versetzt zur Strahlungsquelle 11 angeordnet sind. Die weiteren Strahlungsquellen 12 und 13 können jeweils so wie die Strahlungsquelle 11 ausgestaltet sein. Die weiteren Strahlungsquellen 12, 13 können jeweils eingerichtet sein, um Licht mit Schwerpunktwellenlängen in mehreren, insbesondere in mindestens drei oder mindestens vier, Spektralbereichen auszusenden. Die weiteren Strahlungsquellen 12, 13 können ausgestaltet sein, um die Spektralanteile mit den unterschiedlichen Schwerpunktwellenlängen steuerbar unabhängig voneinander zu erzeugen und auszugeben. Die weiteren Strahlungsquellen 12, 13 können so ausgestaltet sein, dass wahlweise blaue, grüne, rote und nahe infrarote Strahlung steuerbar in unterschiedlichen Kombination auf den Augenhintergrund eingestrahlt werden können. Die weiteren Strahlungsquellen 12, 13 können so ausgestaltet sein, dass bei Bedarf die Spektralanteile zu weißem Licht zusammengemischt werden können. Die weiteren Strahlungsquellen 12, 13 können jeweils mehrere unterschiedliche Einheiten umfassen, die zur Ausgabe von Licht mit einer Schwerpunktwellenlänge in einem der Spektralbereiche 400–500 nm, 500–600 nm, 600–700 nm und 700–1000 nm eingerichtet sind. Ausgestaltungen derartiger Strahlungsquellen werden unter Bezugnahme auf 6–8 näher beschrieben.
Im Betrieb der Vorrichtung 1 kann die Steuerung 40 die Strahlungsquelle 11 und die weiteren Strahlungsquellen 12, 13 so steuern, dass diese zeitsequentiell Licht abgeben. Die Strahlung 9 der weiteren Strahlungsquellen 12, 13 wird über die erste Optik 18, den Spiegel 20 der Abtasteinrichtung und die zweite Optik 19 auf den Augenhintergrund 3 gelenkt. Dabei wird ein Beleuchtungsstreifen erzeugt, der jedoch relativ zu der Position des Beleuchtungsstreifens, der bei Aktivierung der Strahlungsquelle 11 bei gleicher Stellung des Spiegels 20 resultieren würde, in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Beleuchtungsstreifens verschoben ist. Der Versatz des Beleuchtungsstreifens kann durch den transversalen Versatz der weiteren Strahlungsquelle 12, 13 relativ zu der Strahlungsquelle 11 hervorgerufen werden. Alternativ oder zusätzlich können optische Elemente vorgesehen sein, um einen gewünschten Versatz zur Erfassung eines Streulichtbilds einzustellen. Der Beleuchtungsstreifen, der bei Aktivierung einer der weiteren Strahlungsquellen erzeugt wird, hat dieselben Abmessungen wie der Beleuchtungsstreifen, der bei Aktivierung der Strahlungsquelle 11 erzeugt wird. Wenn eine der weiteren Strahlungsquellen 12 oder 13 aktiviert ist, kann das Detektionslicht wiederum mit dem optoelektronischen Sensor 30 erfasst werden. Dabei führt der Versatz des Beleuchtungsstreifens dazu, dass das Streulicht auf den optoelektronischen Sensor 30 auftrifft. Dadurch kann ein Streulichtbild erfasst werden.
Mit den weiteren Strahlungsquellen 12, 13 werden Areale des Augenhintergrunds beleuchtet, deren Detektionslicht nicht von dem optoelektronischen Sensor 30 (zum selben Zeitpunkt) erfasst wird. Dadurch kann mit dem optoelektronischen Sensor 30 in einem separaten Messvorgang, bei dem die Strahlungsquelle 11 ausgeschaltet ist, jeweils ein Streulichtbild vom Augenhintergrund gemessen werden.
Die elektronische Recheneinrichtung 41 kann die von dem optoelektronischen Sensor 30 erfassten Daten rechnerisch verarbeiten. Die elektronische Recheneinrichtung 41 kann an einem Bild des Augenhintergrunds, das bei Aktivierung der Strahlungsquelle 11 erfasst wird, eine Korrektur zur weiteren Unterdrückung des Streulichtuntergrunds vornehmen. Die Korrektur kann abhängig von einem weiteren Bild, das bei Aktivierung der weiteren Strahlungsquelle 12 erfasst wird, und/oder abhängig von einem weiteren Bild, das bei Aktivierung der weiteren Strahlungsquelle 13 erfasst wird, vorgenommen werden. Beispielsweise können die Streulichtbilder von dem Bild des Augenhintergrunds, das bei Aktivierung der Strahlungsquelle 11 erfasst wird, subtrahiert werden. Dadurch kann der Kontrast weiter verbessert und/oder Reflexe eliminiert werden. Das korrigierte Bild kann an einen Benutzer ausgegeben werden.
Bei der Vorrichtung 1 sowie den unter Bezugnahme auf 3–5 beschriebenen Vorrichtungen wird zur Bilderfassung ein optoelektronischer Sensor, beispielsweise eine TDI-Kamera eingesetzt, bei dem in Sensorzeilen akkumulierte Ladungen nach einem vorgegebenen Zeitintervall jeweils in die nächste Sensorzeile verschoben werden, wo die Akkumulierung von Ladungen fortgesetzt wird. In einer äußersten Sensorzeile werden die Ladungen ausgelesen. Der Takt, mit dem Ladungen zwischen Sensorzeilen verschoben werden, entspricht der Ausleserate in der äußersten Sensorzeile. Durch die Steuerung 40 werden die Abtastbewegung und/oder die Zeitverzögerung, mit der in Sensorzeilen akkumulierte Ladungen jeweils in die nächste Sensorzeile verschoben werden, aufeinander abgestimmt. So kann eine ortsfeste Linie auf dem Augenhintergrund immer in dieselbe bewegliche Sensorzeile abgebildet werden. Auf diese Weise kann eine Synchronität in der Verschiebung von Sensorzeilen und der Verschiebung des Bilds einer ortsfesten Linie auf dem Augenhintergrund, die durch die de-scannende Anordnung erfolgt, erreicht werden.
2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des optoelektronischen Sensors 30 sowie der Steuerung, mit der eine Abstimmung der Abtastbewegung und Zeitverzögerung erfolgt. Ebenfalls dargestellt ist ein Areal 70 des Augenhintergrunds, während ein Beleuchtungsstreifen 71 eine Linie 72 des Augenhintergrunds überstreicht. Ebenfalls dargestellt ist die in der beweglichen Sensorzeile, die der Linie 72 zugeordnet ist, akkumulierte Ladung. Dargestellt sind mehrere Zeitpunkte, jeweils nach ganzzahligen Vielfachen der Zeitverzögerung ΔT.
Der optoelektronische Sensor 30 weist mehrere Sensorzeilen 61–64 auf. Die Zahl der Pixel pro Sensorzeile ist größer, insbesondere viel größer, als die Zahl von Sensorzeilen. Ladungen in der äußersten Sensorzeile 64 werden jeweils ausgelesen. Ladungen in den anderen Sensorzeilen werden nach dem Zeitintervall ΔT jeweils in die benachbarte Sensorzeile verschoben.
In einem ersten Intervall bis zur Zeit t = ΔT wird die Linie 72 in die Sensorzeile 61 abgebildet. Zur Zeit t = ΔT ist in der Sensorzeile 61 die Ladung 81 akkumuliert, die als Funktion des Pixels in der Sensorzeile dargestellt ist. Nach der Zeit t = ΔT werden die Ladungen in allen Sensorzeilen bis auf die Sensorzeile 64 in die nächste Sensorzeile verschoben, wie durch die Pfeile 65, 66 dargestellt. Die in der Sensorzeile 61 akkumulierten Ladungen werden in die Sensorzeile 62 verschoben.
Im Zeitintervall von t = ΔT bis t = 2·ΔT wird die Linie 72 in die Sensorzeile 62 abgebildet, da die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass das Zeitintervall ΔT und die Abtastbewegung des Spiegels aufeinander abgestimmt sind. Während der Beleuchtungsstreifen im Zeitintervall von t = ΔT bis t = 2·ΔT die Linie 72 weiter überstreicht, wird die Akkumulation von Ladung in der Sensorzeile 62 fortgesetzt. Zur Zeit t = 2·ΔT ist in der Sensorzeile 62 die Ladung 82 akkumuliert, die als Funktion des Pixels in der Sensorzeile dargestellt ist. Nach der Zeit t = 2·ΔT werden die Ladungen in allen Sensorzeilen bis auf die Sensorzeile 64 in die nächste Sensorzeile verschoben, wie durch den Pfeil 67 dargestellt.
Das Weiterverschieben von Ladungen mit einem Takt, der durch die Ausleserate der äußersten Sensorzeile 64 gegeben ist, wird fortgesetzt. So wird eine bewegte Sensorzeile realisiert, die dem Bild der Linie 72 an dem optoelektronischen Sensor 30 folgt. Beispielsweise wird im Zeitintervall bis t = (N/2)·ΔT die Linie 72 in die Sensorzeile 63 abgebildet, wobei N die Anzahl von Sensorzeilen ist. Während das Maximum des Beleuchtungsstreifens im Zeitintervall bis t = (N/2)·ΔT die Linie 72 weiter überstreicht, wird die Akkumulation von Ladung in der Sensorzeile 63 fortgesetzt. Zur Zeit t = (N/2)··ΔT ist in der Sensorzeile 63 die Ladung 84 akkumuliert, wobei die Differenz zwischen den Kurven 84 und 83 der integrierten Lichtleistung im Zeitintervall von (N/2 – 1)·ΔT bis (N/2)·ΔT entspricht.
Zur Zeit t = N·ΔT ist die bewegte Sensorzeile in der äußersten physischen Sensorzeile 64 angelangt. Die Akkumulation von Ladung wird in dem Zeitintervall bis N·ΔT in der Sensorzeile 64 fortgesetzt. Zur Zeit t = N·ΔT ist in der Sensorzeile 63 die Ladung 86 akkumuliert, wobei die Differenz zwischen den Kurven 86 und 85 der integrierten Lichtleistung im Zeitintervall von (N – 1)·ΔT bis (N)·ΔT entspricht. Zur Zeit t = N·ΔT werden die Ladungen aus der Sensorzeile 64 ausgelesen.
Durch das Weiterverschieben von Ladungen in benachbarte Sensorzeilen werden mit dem optoelektronischen Sensor, beispielsweise einer TDI-Kamera, in logischer Hinsicht bewegte Sensorzeilen erzeugt. Dies führt zu einer längeren Belichtungszeit, wobei ein bewegungsinduziertes Verschmieren durch die Abstimmung von Ausleserate und Abtastgeschwindigkeit verringert oder verhindert wird.
Die Abstimmung von Ausleserate und Abtastgeschwindigkeit kann auf unterschiedliche Weisen realisiert sein. Die Steuerung 40 kann mit dem Aktuator 21 der Abtasteinrichtung gekoppelt sein, um die Bewegung des Spiegels 20 abhängig von der Ausleserate des optoelektronischen Sensors 30 einzustellen. Die Steuerung 40 kann mit dem optoelektronischen Sensor 30 gekoppelt sein, um die Ausleserate und damit die Zeitverzögerung, nach der Ladungen von einer Sensorzeile in die nächste verschoben werden, abhängig von der Drehgeschwindigkeit des Spiegels 30 bzw. abhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des Beleuchtungsstreifens auf dem Augenhintergrund 7 einzustellen.
Verschiedene alternative oder zusätzliche Merkmale können bei Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen implementiert werden.
3 ist eine Darstellung einer Vorrichtung 91 zum Abbilden des Augenhintergrunds nach einem Ausführungsbeispiel. Elemente und Einrichtungen, die in ihrer Funktion und Ausgestaltung Elementen und Einrichtungen der Vorrichtung 1 entsprechend, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Die Vorrichtung 91 umfasst eine Bestrahlungseinrichtung 10 mit einer Strahlungsquelle 11 und optischen Komponenten 18, 19, eine Abtasteinrichtung mit einem Spiegel 20, einen optoelektronischen Sensor 30 und eine Steuerung 40. Der optoelektronische Sensor 30 weist mehrere Sensorzeilen auf, wobei Ladungen, die in Sensorzeilen akkumuliert sind, jeweils mit der Ausleserate in benachbarte Sensorzeilen verschoben werden und schließlich aus einer äußersten Sensorzeile ausgelesen werden. Die Steuerung 40 steuert die Abtastgeschwindigkeit und/oder die Ausleserate so, dass eine bewegte logische Sensorzeile des optoelektronischen Sensors 30 sich synchron mit dem Bild einer Linie des Augenhintergrunds auf dem optoelektronischen Sensor 30 bewegt.
Die Vorrichtung 91 weist ebenfalls eine Anordnung zur Streulichtunterdrückung auf, die eine andere Ausgestaltung als bei der Vorrichtung 1 aufweist. Die Anordnung zur Streulichtunterdrückung umfasst wenigstens einen weiteren optoelektronischen Sensor 31, 32. Der wenigstens eine weitere optoelektronischen Sensor 31, 32 ist versetzt zu dem optoelektronischen Sensor 30 angeordnet. Es können zwei weitere optoelektronische Sensoren 31, 32 verwendet werden, die lateral versetzt dem optoelektronischen Sensor 30 angeordnet. Die weiteren optoelektronischen Sensoren 31, 32 können jeweils so wie der optoelektronische Sensor 30 ausgestaltet sein. Die weiteren optoelektronischen Sensoren 31, 32 können jeweils ein Sensor einer TDI-Kamera sein.
Im Betrieb der Vorrichtung 91 erfassen die optoelektronischen Sensoren 31, 32 simultan zur Bilderfassung durch den optoelektronischen Sensor 30 Streulichtbilder. Durch die laterale Verschiebung werden auf die optoelektronischen Sensoren 31, 32 Areale des Augenhintergrunds abgebildet, die neben dem beleuchteten Streifen liegen. Von den optoelektronischen Sensoren 31, 32 kann somit jeweils ein Streulichtbild des Augenhintergrunds gemessen werden. Dieses Streulichtbild kann vom Bild des primären optoelektronischen Sensors 30 abgezogen werden, um den Kontrast zu verbessern und/oder Reflexe zu eliminieren. Die entsprechende rechnerische Verarbeitung des Bilds des primären optoelektronischen Sensors 30 kann von der elektronischen Recheneinrichtung 41 vorgenommen werden.
Die Vorrichtung 1 oder die Vorrichtung 91 kann auch so ausgestaltet sein, dass sowohl mehrere transversal zueinander versetzte Strahlungsquellen als auch mehrere transversal zueinander versetzte optoelektronische Sensoren nach dem TDI-Prinzip vorhanden sind. Die elektronische Recheneinrichtung 41 kann eine entsprechende rechnerische Verarbeitung der verschiedenen erfassten Bilder vornehmen, um den Streulichtuntergrund zu unterdrücken.
4 ist eine Darstellung einer Vorrichtung 101 zum Abbilden des Augenhintergrunds nach einem Ausführungsbeispiel. Elemente und Einrichtungen, die in ihrer Funktion und Ausgestaltung Elementen und Einrichtungen der Vorrichtung 1 entsprechend, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Die Vorrichtung 101 umfasst eine Bestrahlungseinrichtung 10 mit einer Strahlungsquelle 11 und optischen Komponenten 18, 19, eine Abtasteinrichtung mit einem Spiegel 20, einen optoelektronischen Sensor 30 und eine Steuerung 40. Der optoelektronische Sensor 30 weist mehrere Sensorzeilen auf, wobei Ladungen, die in Sensorzeilen akkumuliert sind, jeweils mit der Ausleserate in benachbarte Sensorzeilen verschoben werden und aus einer äußersten Sensorzeile ausgelesen werden. Die Steuerung 40 steuert die Abtastgeschwindigkeit und/oder die Ausleserate so, dass eine bewegte logische Sensorzeile des optoelektronischen Sensors 30 sich synchron mit dem Bild einer Linie des Augenhintergrunds auf dem optoelektronischen Sensor 30 bewegt.
Bei der Vorrichtung 101 ist ein weiterer Strahlteiler 102 im Pfad zwischen dem Spiegel 20 der Abtasteinrichtung und der zweiten Optik 19 vorgesehen. Dadurch wird verhindert, dass der Detektionsstrahlengang 6 durch einen Spiegel 20 der Abtasteinrichtung abgeschattet wird. Dies kann vorteilhaft sein, wenn in eine konventionelle Funduskamera, die durch die Optik 19, die Optik 53 und den optoelektronischen Sensor 50 gebildet wird, ergänzend verwendet wird. Bei der Ausgestaltung nach der Vorrichtung 101 kann die Beeinflussung des Strahlengangs für die konventionelle Funduskamera durch den Spiegel 20 verringert oder eliminiert werden.
Die Einkopplung des Strahlengangs für den optoelektronischen Sensor 30 erfolgt über den Strahlteiler 33. Der Strahlteiler 33 kann als Dichroit ausgelegt sein, um die Lichteffizienz zu optimieren, wenn mit dem weiteren optoelektronischen Sensor 50, d.h. der herkömmlichen Flächenkamera, und der optoelektronische Sensor 30 unterschiedliche spektrale Bereiche erfasst werden sollen.
Bei der Vorrichtung 101 kann ein Winkel 109, der von der Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten des Spiegels 20 und des Strahlteilers 102 und von der Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des Strahlteilers 102 und der zweiten Optik 19 eingeschlossen wird, auch von 90° verschieden gewählt werden. Dadurch können beispielsweise störende Reflexe von der Ophthalmoskoplinse 19 oder vom Auge besser unterdrückt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine kompaktere Bauform der Vorrichtung 101 realisiert werden.
Die Vorrichtung 101 weist weitere Strahlungsquellen 12, 13 auf, die relativ zu der Strahlungsquelle 11 lateral versetzt sind. Durch Aktivierung der weiteren Strahlungsquellen 12 und/oder 13 kann mit dem optoelektronischen Sensor 30 ein Streulichtbild erfasst werden. Die Recheneinrichtung 41 kann das Bild, das von dem optoelektronischen Sensor 30 bei Aktivierung der Strahlungsquelle 11 erfasst wird, rechnerisch verarbeiten, um den Streulichtuntergrund weiter zu verringern. Dazu kann die Recheneinrichtung 41 eingerichtet sein, um das Streulichtbild, das während der Aktivierung der weiteren Strahlungsquelle 12 erfasst wird, und/oder das Streulichtbild, das während der Aktivierung der weiteren Strahlungsquelle 13 erfasst wird, von dem Bild des Augenhintergrunds abzuziehen, das während der Aktivierung der primären Strahlungsquelle 11 erfasst wird. Die entsprechende Funktionsweise entspricht der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Funktionsweise.
5 ist eine Darstellung einer Vorrichtung 106 zum Abbilden des Augenhintergrunds nach einem Ausführungsbeispiel. Elemente und Einrichtungen, die in ihrer Funktion und Ausgestaltung Elementen und Einrichtungen der Vorrichtung 91 von 3 oder der Vorrichtung 101 von 4 entsprechend, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Die Vorrichtung 106 umfasst eine Bestrahlungseinrichtung 10 mit einer Strahlungsquelle 11 und optischen Komponenten 18, 19, eine Abtasteinrichtung mit einem Spiegel 20, einen optoelektronischen Sensor 30 und eine Steuerung 40. Der optoelektronische Sensor 30 weist mehrere Sensorzeilen auf, wobei Ladungen, die in Sensorzeilen akkumuliert sind, jeweils mit der Ausleserate in benachbarte Sensorzeilen verschoben werden und aus einer äußersten Sensorzeile ausgelesen werden. Die Steuerung 40 steuert die Abtastgeschwindigkeit und/oder die Ausleserate so, dass eine bewegte logische Sensorzeile des optoelektronischen Sensors 30 sich synchron mit dem Bild einer Linie des Augenhintergrunds auf dem optoelektronischen Sensor 30 bewegt.
Die Vorrichtung 106 weist weitere optoelektronische Sensoren 31, 32 auf, die transversal versetzt zu dem optoelektronischen Sensor 30 angeordnet sind. Die weiteren optoelektronischen Sensoren können ebenfalls nach dem TDI-Prinzip arbeiten. Mit den weiteren optoelektronischen Sensoren 31, 32 kann zeitlich parallel zur Bildaufnahme mit dem optoelektronischen Sensor 30 ein Streulichtbild erfasst werden, während die primäre Strahlungsquelle 11 Licht abstrahlt. Die Streulichtunterdrückung kann wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben erfolgen, indem das mit den weiteren optoelektronischen Sensoren 31, 32 erfasste Streulichtbild von dem mit dem optoelektronischen Sensor 30 erfassten Bild abgezogen wird.
Die Vorrichtung 106 kann zusätzlich auch mehrere weitere Strahlungsquellen 12, 13 umfassen, um eine Streulichtunterdrückung wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben vorzunehmen. Bei einer weiteren Ausgestaltung können die weiteren Strahlungsquellen 12, 13 entfallen.
Bei Vorrichtungen, wie sie unter Bezugnahem auf 1–5 beschrieben wurden, kann die Strahlungsquelle und, soweit vorhanden, die weitere(n) Strahlungsquellen so eingerichtet sein, dass mehrere Schwerpunktwellenlänge, die in mehreren, insbesondere in mindestens drei, unterschiedlichen Spektralbereichen liegt, steuerbar ausgibt. Ausgestaltungen der Strahlungsquellen bei Vorrichtungen nach Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf 6–8 näher beschrieben.
6 ist eine schematische Darstellung einer Strahlungsquelle 110, die eingerichtet ist, um sequentiell oder simultan mehrere Schwerpunktwellenlängen abzustrahlen.
Die Strahlungsquelle 110 verfügt über mehrere, insbesondere mindestens drei, Halbleiterstrahlungsquellen 111 bis 115. Die charakteristische Emissionswellenlängen der Emissionsspektren der Halbleiterstrahlungsquellen 111 bis 115 sind verschieden und über den Spektralbereich wenigstens des sichtbaren Spektrums verteilt. Eine der Halbleiterstrahlungsquellen kann eine Strahlungsquelle für NIR-Strahlung sein. Eine der Halbleiterstrahlungsquellen kann eine Strahlungsquelle für optische Strahlung im UV-Bereich.
Die Halbleiterstrahlungsquellen können beispielsweise in Form von Leuchtdioden gewählt sein. Bezeichnen die Zahlen 111 bis 115 die jeweilige Halbleiterstrahlungsquelle in einem Ausführungsbeispiel, so kann beispielsweise die Leuchtdiode 111 Strahlung mit einer charakteristischen Emissionswellenlänge im IR oder roten Bereich des optischen Spektrums, Leuchtdiode 112 Strahlung mit einer charakteristischen Emissionswellenlänge im gelben Bereich des Spektrums, Leuchtdiode 113 Strahlung mit einer charakteristischen Emissionswellenlänge im grünen Bereich des Spektrums, und Leuchtdiode 114 Strahlung mit einer charakteristischen Emissionswellenlänge im blauen Bereich des Spektrums abgeben. Es kann eine weitere Leuchtdiode 115 Strahlung mit einer charakteristischen Emissionswellenlänge im UV-Bereich abgeben.
Die optische Strahlung der Halbleiterstrahlungsquellen 111 bis 115 wird in Richtung von der Strahlungsquelle 111 zu einer Homogenisierungseinrichtung 120 sukzessive mittels vier entsprechender Farbteiler 141 bis 144 in einen, beispielsweise linearen, Strahlengang von der Strahlungsquelle 111 bis nach dem Farbteiler 144 eingekoppelt, dessen Ausgangsseite einen gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengangabschnitt 119 bildet.
Die vier Farbteiler 141 bis 144 können eine stufenförmige Transmission im optischen Wellenlängenbereich auf. Dies ist in 7 veranschaulicht, die für die vier Farbteiler jeweils die Transmission 162, 164, 166, 168 des jeweiligen Farbteilers 141–144 als Funktion der Wellenlänge als durchgezogene Linie und die Emissionsspektren 151–155 der Leuchtdioden 111 bis 115, d.h. deren Intensität als Funktion der Wellenlänge, als gestrichelte bzw. gepunktete Linien zeigen.
Während die Strahlung der Leuchtdiode 111 nicht abgelenkt wird, sind die Leuchtdioden 112 bis 115 nacheinander entlang des Strahlengangs der Leuchtdiode 111 in einer Reihenfolge abnehmender Wellenlänge angeordnet, wobei die Farbteiler 141 bis 144 um 45° gegenüber dem von der Leuchtdiode 111 ausgehenden linearen Strahlengang geneigt angeordnet sind, um die Strahlung der Leuchtdioden 112 bis 115 in den gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengangabschnitt 119 einzukoppeln.
Auch hier sind zwischen den Leuchtdioden und den im Strahlengang folgenden am nächsten liegenden Farbteilern 141 bis 144 jeweils eine Kollimationseinrichtung 121 bis 125 und zwischen den Kollimationseinrichtungen und den Farbteilern Anregungsfilter 131 bis 135 angeordnet, die bis auf die Abstimmung auf die Schwerpunktwellenlängen der Leuchtdioden 111 bis 115 wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind.
Die Strahlung aus dem gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengangabschnitt 119 gelangt nun direkt eine Optik 116, die das Beleuchtungsstrahlenbündel auf die Eintrittsfläche einer Homogenisierungseinrichtung 120 lenkt. In 7 sind für jeden der Farbteiler die Emissionsspektren 151–155 der Leuchtdioden durch gepunktete Linien und die Transmission des jeweiligen Farbteilers als durchgezogene Linie 162, 164, 166, 168 dargestellt. Die Filterkanten bzw. -flanken 161, 163, 165, 167 der Farbteiler entlang des von der Leuchtdiode 111 ausgehenden Strahlengangs in Beleuchtungsrichtung als Funktion der Wellenlänge wie die von der Strahlungsquelle 111 zu der Homogenisierungseinrichtung 120 der Leuchtdioden 36 monoton fallend angeordnet, so dass Strahlung der vorhergehenden Leuchtdioden jeweils durchgelassen, Strahlung der nächsten Leuchtdioden jedoch abgelenkt und in den gemeinsamen Strahlengang eingekoppelt wird. Im Idealfall ist die Transmission der Farbteiler im beabsichtigten Durchlassbereich 100% (T = 1) und die Reflektivität unter 45° im gleichen Bereich 0% (R = 0), und umgekehrt.
Die Leuchtdioden können auch in umgekehrter Reihenfolge, d.h. in einer Reihenfolge monoton steigernder Schwerpunktwellenlänge angeordnet sein, so dass die Leuchtdiode 115 die größte Wellenlänge aufweist. In diesem Fall sind die Farbteiler in ihrem Transmissionsvermögen zu invertieren, d.h. Transmissions- und Reflexionsbereich werden vertauscht. Das bedeutet, dass die Farbteiler in einer Reihenfolge monoton steigender Flankenwellenlängen entlang der Beleuchtungsrichtung angeordnet sind.
Für die Strahlungsquelle bzw. die weiteren Strahlungsquellen können auch andere Ausgestaltungen verwendet werden, wie sie in der WO 200/054301 A1 beschrieben sind. Diese LED-Beleuchtungsanordnungen eignen sich besonders für die Beleuchtung des Augenhintergrunds.
8 eine Ausgestaltung einer Strahlungsquelle 170, die bei Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen eingesetzt werden kann. Die Strahlungsquelle 170 ist als LED-Chip-Anordnung ausgestaltet. Die Ausgestaltung kann auch für die weiteren Strahlungsquellen der Vorrichtung verwendet werden, die für die Erfassung von Streulichtbildern vorgesehen sein können.
Die Strahlungsquelle 170 weist drei unabhängig voneinander schalt- und dimmbare LED-Chips 172, 173 und 174 auf, die auf einem Träger 171, beispielsweise einer Grundplatte, angebracht sind. Jeder der LED-Chips 172, 173, 174 kann eine streifenartige, homogen abstrahlende Fläche darstellen. Die LED-Chips können so ausgestaltet sein, dass eine hohe Leuchtdichte erreicht werden kann. Jeder Leuchtstreifen kann aus mehreren kleineren LED-Chips gebildet sein, die elektronisch in Reihe oder parallel zusammengeschaltet sind. Die Leuchtstreifen können so ausgelegt sein, dass ihre Abbildung auf den Augenhintergrund dem Beleuchtungsstreifen entspricht, der das für die Bildgebung gewünschte Seitenverhältnis aufweist. Wenn die Leuchtstreifen eine anderes Seitenverhältnis aufweisen als der Beleuchtungsstreifen im Augenhintergrund, können anamorphotische Optiken im Strahlengang vorgesehen sein, um die gewünschte Änderung des Seitenverhältnisses des Beleuchtungsstreifens vor dem Auftreffen auf den Augenhintergrund zu bewirken. Die Verwendung einer Blende ist für die Strahlungsquelle 170 noch möglich, aber nicht erforderlich.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen können auch breitbandige und schmalbandige Strahlungsquellen kombiniert werden. Beispielsweise kann eine Weißlichtquelle für farbige Aufnahmen des Augenhintergrunds und eine NIR-Leuchtdiode für eine Video-Bildgebung kombiniert werden.
Bei Strahlungsquellen, wie sie unter Bezugnahme auf 6–8 beschrieben wurden, kann die Lichtabgabe der Halbleiterelemente, die unterschiedliche Schwerpunktwellenlängen aufweisen, so gesteuert werden, dass jeweils nur eines der Halbleiterelemente Licht abgibt oder dass die Strahlung der mehreren Halbleiterelemente überlagert wird, um beispielsweise weißes Licht zu erzeugen. Eine zeitsequentielle Abgabe kann insbesondere bei Verwendung einer Monochrom-TDI-Kamera eingesetzt werden. So können zeitsequentiell Aufnahmen des Augenhintergrunds mit unterschiedlicher Beleuchtung erzeugt werden. Diese können rechnerisch durch die elektronische Recheneinrichtung 41 kombiniert werden. Bei der Verwendung von Farb-TDI-Kameras eignet sich eine breitbandige Bestrahlung. Dazu können bei den Strahlungsquellen der 6–8 mehrere Halbleiterelemente gleichzeitig mit Strom versorgt werden. Andere Strahlungsquellen können eingesetzt werden, beispielsweise Weißlicht-LEDs, Blitzlampen, Bogenlampen, Glühlampen oder Kontinuumslaser (sogenannte Weißlichtlaser). Kontinuumslaser sind zwar kostenintensiver als die anderen Strahlungsquellen, weisen jedoch einen erheblich niedrigeren Lichtleitwert auf. Dadurch können auch sehr schmale Beleuchtungsstreifen mit hoher Effizienz erzeugt werden. Darüber hinaus sind Kontinuumslaser aufgrund der hohen Bandbreite auch für OCT-Messungen mit hoher Tiefenauflösung gut geeignet. Beispielsweise kann ein einziger Kontinuumslaser als Strahlungsquelle zur Bildgebung mit dem optoelektronischen Sensor, der nach dem TDI-Prinzip arbeitet, als auch zur Bildgebung mit dem Modul 55 zur optischen Kohärenztomographie verwendet werden.
Bei den Vorrichtungen nach den verschiedenen Ausführungsbeispielen können verschiedene Ausgestaltungen der Abtasteinrichtung eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein drehbar gelagerter Spiegel 20 verwendet werden. Die Bewegung zum optischen Abtasten des Augenhintergrunds kann dabei mit konstanter Drehgeschwindigkeit des Spiegels 20 erfolgen. Die Drehrichtung kann nach jedem Abtasten des relevanten Areals des Augenhintergrunds umgekehrt werden. Entsprechende Totzeiten, die durch das Umkehren der Drehrichtung resultieren, werden bei der Steuerung des optoelektronischen Sensors 30 berücksichtigt. Um Totzeiten zu verringern, kann die Drehgeschwindigkeit aber auch periodisch variiert werden. Dazu kann die Steuerung 40 den Aktuator 21 des Spiegels 20 entsprechend steuern.
9 zeigt schematisch die eingestellte Winkelgeschwindigkeit des Spiegels 20, wenn diese periodisch variiert wird. In einem Intervall 175 kann die Winkelgeschwindigkeit verändert werden, um Totzeiten zu verringern oder zu vermeiden. In einem weiteren Intervall 176 kann die Winkelgeschwindigkeit im Wesentlichen konstant gehalten werden, um eine vorgegebene Bewegungsgeschwindigkeit des Beleuchtungsstreifens auf dem Augenhintergrund zu erzielen. Die Winkelgeschwindigkeit kann auch so gesteuert werden, dass beim Auftragen der Winkelposition gegenüber der Zeit ein dreieckiger oder sägezahnartiger Verlauf resultiert.
Die Ausleserate des optoelektronischen Sensors 30, die der Verschieberate für die Bildinformation von Zeile zu Zeile entspricht, wird von der Steuerung 40 entsprechend der jeweiligen Geschwindigkeit bzw. der Veränderung der Geschwindigkeit angepasst.
Bei den Vorrichtungen nach den verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Beleuchtungsstreifen eingesetzt werden, der entlang seiner Längsrichtung homogen ist. Bei weiteren Ausgestaltungen kann dem Beleuchtungsstreifen ein entlang der Längsrichtung variierendes Muster aufgeprägt werden.
10 zeigt schematisch ein derartiges Intensitätsmuster 177, bei dem die Intensität des Beleuchtungsstreifens entlang einer Koordinate seiner Längsrichtung variiert. Unter Einsatz einer derartigen strukturierten Beleuchtung kann ein Bild des Augenhintergrunds wie unter Bezugnahme auf 1–9 beschrieben erfasst werden, wobei die strukturierte Beleuchtung in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Beleuchtungsstreifens bewegt wird. Anschließend kann die strukturierte Beleuchtung entlang der Längsrichtung des Beleuchtungsstreifens in der Ebene des Augenhintergrunds verschoben werden, und die Abbildung kann wiederholt werden. Die Verschiebung der Beleuchtungsstruktur entlang der Längsrichtung ist bei 178 dargestellt. Bei der Abbildung wird die strukturierte Beleuchtung wiederum in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Beleuchtungsstreifens bewegt. Die so für unterschiedliche Positionen der Beleuchtungsstruktur entlang der Längsrichtung des Beleuchtungsstreifens erhaltenen Bilder können rechnerisch kombiniert werden. Durch die Aufnahme von mehreren Bildern des Augenhintergrunds bei verschobenen Beleuchtungsunterstrukturen kann nachträglich das Streulicht rechnerisch aus dem resultierenden Bild eliminiert werden.
11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 180 nach einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren kann mit einer Vorrichtung nach einem Aspekt oder Ausführungsbeispiel durchgeführt werden. Der Ablauf des Verfahrens kann von der Steuerung der Vorrichtung automatisch gesteuert werden.
Bei 181 wird eine Strahlungsquelle aktiviert. Sind mehrere Strahlungsquellen vorhanden, wie bei der Vorrichtung 1 von 1, der Vorrichtung 101 von 4 oder der Vorrichtung 106 von 5, kann die primäre Strahlungsquelle 11 aktiviert werden.
Bei 182 wird eine Datenerfassung mit einer TDI-Kamera gestartet. Dabei kann ein voreingestellter Wert für die Ausleserate verwendet werden, die die Zeitverzögerung definiert, mit der Ladungen von Zeile zu Zeile des optoelektronischen Sensors verschoben werden.
Bei 183 wird überprüft, ob ein stehendes Bild erhalten wurde, bei dem die Geschwindigkeit des Spiegels 20 der Abtasteinrichtung und die Zeitverzögerung, mit der Ladungen von Zeile zu Zeile des optoelektronischen Sensors verschoben werden, aufeinander abgestimmt sind. Falls bei 183 ermittelt wird, dass kein stehendes Bild resultiert, wird bei 184 die Abtastgeschwindigkeit der Abtasteinrichtung und/oder die Ausleserate des optoelektronischen Sensors angepasst. Das Verfahren kehrt zu 182 zurück.
Falls bei 183 ermittelt wird, dass die Geschwindigkeit des Spiegels 20 der Abtasteinrichtung und die Zeitverzögerung, mit der Ladungen von Zeile zu Zeile des optoelektronischen Sensors verschoben werden, aufeinander abgestimmt sind, wird bei 185 ein Rohbild erfasst. Dabei wird der Wert für die Abtastgeschwindigkeit und/oder die Ausleserate verwendet, für den eine bewegte Zeile des optoelektronischen Sensors der Bewegung einer Linie des Augenhintergrunds, die auf den optoelektronischen Sensor abgebildet wird, folgt. Das eingestrahlte Licht kann breitbandiges Licht sein, das Schwerpunktwellenlängen in mehreren unterschiedlichen Spektralbereichen aufweist. Alternativ können sequentiell mehrere Aufnahmen für unterschiedliche Wellenlänge der Beleuchtung erfasst werden.
Zur Unterdrückung von Streulichteffekten können optional weitere Schritte vorgesehen sein. Beispielsweise kann bei 186 die primäre Strahlungsquelle 11 deaktiviert und eine versetzt dazu angeordnete Strahlungsquelle 12 oder 13 aktiviert werden. Bei 187 kann erneut eine Datenerfassung mit dem optoelektronischen Sensor erfolgen, um ein Streulichtbild zu erfassen. Dabei wird der Wert für die Abtastgeschwindigkeit und/oder die Ausleserate verwendet, für den eine bewegte Zeile des optoelektronischen Sensors der Bewegung einer Linie des Augenhintergrunds, die auf den optoelektronischen Sensor abgebildet wird, folgt.
Bei 188 kann das Rohbild abhängig von dem Streulichtbild rechnerisch verarbeitet werden. Beispielsweise kann das Streulichtbild von dem Rohbild subtrahiert werden, um ein Bild des Augenhintergrunds mit reduziertem Streulichtanteil zu erhalten. Um das Bildrauschen bei der Subtraktion nicht oder nur wenig zu erhöhen, können die hohen Ortsfrequenzen aus dem Streulichtbild vor der Subtraktion durch eine Filterung, beispielsweise eine Fourier-Filterung, eliminiert werden.
Bei dem Verfahren 180 müssen die Schritte 181–184, mit denen eine Abstimmung von Abtastgeschwindigkeit und Ausleserate des optoelektronischen Sensors vorgenommen wird, nicht bei jeder Abbildung erfolgen. Vielmehr können einmal ermittelte Parameter für die Abbildung des Augenhintergrunds weiter verwendet werden. Die Schritte 181–184 können jedoch auch wiederholt werden, beispielsweise um die Vorrichtung erneut zu kalibrieren.
Während Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können Abwandlungen bei weiteren Ausführungsbeispielen realisiert werden.
Während Vorrichtungen mit einer Abtasteinrichtung, die einem drehbar gelagerten Spiegel verwendet, beschrieben wurde, können andere Abtasteinrichtungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung nach weiteren Ausführungsbeispielen eine Abtasteinrichtung mit einem translatorisch verstellbaren Spiegel umfassen.
Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen können ein Modul zur optischen Kohärenztomographie und/oder einen herkömmlichen flächigen Bildsensor umfassen, um ein Übersichtsbild aufzunehmen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können das Modul zur optischen Kohärenztomographie und/oder der flächige Bildsensor zum Aufnehmen des Übersichtsbilds entfallen.
Vorrichtungen und Verfahren erlauben die Verwendung von Strahlungsquellen, die das sichtbare Spektrum ohne spektrale Lücken überdecken. Die Bildgebung mit Vorrichtungen und Verfahren kann auch unter Verwendung von Strahlungsquellen durchgeführt werden, die nicht das komplette sichtbare Spektrum abdecken und/oder größere spektrale Lücken aufweisen.
Sind zur Streulichtunterdrückung mehrere Strahlungsquellen und/oder TDI-Kameras vorgesehen, müssen diese nicht unmittelbar benachbart angeordnet sein. Beispielsweise können die weiteren optoelektronischen Sensoren und/oder die weiteren Strahlungsquellen, die zur Streulichtunterdrückung verwendet werden, separat von dem primären optoelektronischen Sensor und/oder der primären Strahlungsquelle angeordnet sein. Geeignete optische Komponenten können verwendet werden, um den gewünschten Strahlengang für die Erfassung des Streulichtbilds einzustellen.
Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen können als Geräte ausgebildet sein, bei denen wenigstens die Bestrahlungseinrichtung mit der Strahlungsquelle, die Abtasteinrichtung und der optoelektronische Sensor in einem gemeinsamen Gehäuse angebracht sind. Falls eine OCT-Messvorrichtung vorgesehen ist, kann diese separat oder in einem gemeinsamen Gehäuse mit den anderen Komponenten der Vorrichtung zum Abbilden eines Augenhintergrunds untergebracht sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007/054301 A1 [0002]
DE 10222779 [0002]
DE 19920158 [0002]
DE 10145823 [0002]
EP 1513441 B1 [0007]
WO 2008/003788 A1 [0008]
WO 200/054301 A1 [0111]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Gérald Lepage, Lou Hermans, "TDI-Architekturen in CMOS-Bildaufnehmern", Photonik 5/2009, S. 34 [0063]

Claims

Vorrichtung zum Abbilden eines Augenhintergrunds (3), umfassend: eine Bestrahlungseinrichtung (10) mit einer Strahlungsquelle (11; 110; 170) und optischen Komponenten (18, 19, 29) zum Erzeugen eines Beleuchtungsstreifens (71), eine Abtasteinrichtung (20, 21), die eingerichtet ist, um eine Abtastbewegung (7) des Beleuchtungsstreifens (71) zum Abtasten des Augenhintergrunds (3) zu bewirken, einen optoelektronischen Sensor (30) zum Erfassen von von dem Augenhintergrund (3) ausgehendem Detektionslicht (8), wobei der optoelektronische Sensor (30) mehrere Sensorzeilen (61–64) aufweist und eingerichtet ist, um in einer Sensorzeile (61) enthaltene Ladungen jeweils mit einer Zeitverzögerung in eine weitere Sensorzeile (62) zu verschieben, und eine Steuerung (40), die mit der Abtasteinrichtung (20, 21) und/oder dem optoelektronischen Sensor (30) gekoppelt ist und die eingerichtet ist, um die Abtastbewegung (7) und/oder die Zeitverzögerung zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abtasteinrichtung (20, 21) angeordnet ist, um das von dem Augenhintergrund (3) ausgehende Detektionslicht (8) zu dem optoelektronischen Sensor (30) zu lenken.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerung (40) eingerichtet ist, um die Zeitverzögerung und eine Geschwindigkeit der Abtastbewegung (7) aufeinander abzustimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Abtasteinrichtung (20, 21) einen schwenkbar gelagerten Spiegel (20) umfasst, wobei die Steuerung (40) eingerichtet ist, um die Zeitverzögerung und eine Winkelgeschwindigkeit des Spiegels (20) aufeinander abzustimmen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optischen Komponenten (18, 19, 29) der Bestrahlungseinrichtung (10) eingerichtet sind, um eine Breite des Beleuchtungsstreifens (71) derart einzustellen, dass ein von dem optoelektronischen Sensor (30) erfasstes Bild des Beleuchtungsstreifen die mehreren Sensorzeilen (61–64) ausleuchtet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optoelektronische Sensor (30) eine TDI-Kamera umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der optoelektronische Sensor (30) eine Monochrom-TDI-Kamera umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: eine Anordnung (12, 13; 31, 32) zum Erfassen eines Streulichtbilds und eine Recheneinrichtung (41), die mit dem optoelektronischen Sensor (30) gekoppelt und eingerichtet ist, um ein mit dem optoelektronischen Sensor (30) erfasstes Bild des Augenhintergrunds (3) abhängig von dem Streulichtbild rechnerisch zu verarbeiten.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Anordnung (12, 13; 31, 32) zum Erfassen des Streulichtbilds wenigstens eine weitere TDI-Kamera (31, 32) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die wenigstens eine weitere TDI-Kamera (31, 32) eingerichtet ist, um das Streulichtbild simultan zum Erfassen des Bildes des Augenhintergrunds (3) durch den optoelektronischen Sensor (30) zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die Anordnung (12, 13; 31, 32) zum Erfassen des Streulichtbilds wenigstens eine weitere Strahlungsquelle (12, 13) umfasst, die versetzt zu der Strahlungsquelle (11; 110; 170) angeordnet ist, wobei die Steuerung (40) mit der Strahlungsquelle (11; 110; 170) und der wenigstens einen weiteren Strahlungsquelle (12, 13) gekoppelt und eingerichtet ist, um die Strahlungsquelle (11; 110; 170) und die wenigstens eine weitere Strahlungsquelle (12, 13) zeitsequentiell zu aktivieren.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Recheneinrichtung (41) eingerichtet ist, um das Streulichtbild aus Ausgangsdaten des optoelektronischen Sensors (30) zu ermitteln, wenn die wenigstens eine weitere Strahlungsquelle (12, 13) aktiviert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlungsquelle (11; 110; 170) eingerichtet ist, um zeitsequentiell oder simultan mehrere, insbesondere wenigstens vier, verschiedene Schwerpunktwellenlängen (151–155) abzustrahlen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Strahlungsquelle (11; 110; 170) wenigstens drei unabhängig schalt- und dimmbare Leuchtdioden (172–174) umfasst, die jeweils eine streifenförmige Fläche bilden.
Verfahren zum Abbilden eines Augenhintergrunds (3), umfassend: Erzeugen eines Beleuchtungsstreifens (71), Hervorrufen einer Abtastbewegung (7) des Beleuchtungsstreifens (71) zum Abtasten des Augenhintergrunds (3), und Erfassen von von dem Augenhintergrund (3) ausgehendem Detektionslicht (8) mit einem optoelektronischen Sensor (30), der mehrere Sensorzeilen (61–64) aufweist und in einer Sensorzeile (61) enthaltene Ladungen jeweils mit einer Zeitverzögerung in eine weitere Sensorzeile (62) verschiebt, wobei die Abtastbewegung (7) und/oder die Zeitverzögerung so eingestellt wird, dass die Zeitverzögerung und die Abtastbewegung (7) aufeinander abgestimmt sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verfahren mit einer Vorrichtung (1; 91; 101; 106) nach einem der Ansprüche 1–14 ausgeführt wird.