DE102016121469A1

DE102016121469A1 - Ophthalmologische Vorrichtung und ophthalmologisches System zur Untersuchung und/oder Behandlung eines Auges

Info

Publication number: DE102016121469A1
Application number: DE102016121469.8A
Authority: DE
Inventors: Benjamin John; Dietmar Steinmetz; Jörg Seilwinder; Thomas Wollweber; Thomas Eilenberger
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-05-09
Also published as: WO2018087176A1; DE112017005635A5

Abstract

Es wird beschrieben eine ophthalmologische Vorrichtung (12), welche eine Aufnahmeeinrichtung (32) zum Anbringen eines Patienteninterfaces (48) zur Kopplung der Vorrichtung (12) mit einem Auge (24), eine Anschlusseinrichtung (30) zur Befestigung an einem Gehäuse (13), wobei die Anschlusseinrichtung (30) ein Durchgangselement (36) aufweist, durch welches Strahlung zur Abbildung und/oder Behandlung des Auges (24) entlang einer Einfallsachse (OA) läuft, mindestens einen Verformungskörper (38), welcher ein erstes Ende (38a), das starr mit der Aufnahmeeinrichtung (32) verbunden ist, und ein zweites Ende (38b), das starr mit der Anschlusseinrichtung (30) verbunden ist, aufweist und welcher durch eine Kraft, welche mindestens teilweise parallel zur Einfallsachse (OA) zwischen der Aufnahmeeinrichtung (32) und der Anschlusseinrichtung (30) wirkt, verformbar ist, eine Messeinrichtung (58), welche eine Verformung des Verformungskörper (38) detektiert und ein einem Grad der Verformung entsprechendes Messsignal ausgibt, und eine Auswerteeinrichtung (29), welche mit der Messeinrichtung (58) datentechnisch verbunden ist und aus dem von der Messeinrichtung (58) erzeugten Messsignal eine Größe der wirkenden Kraft bestimmt, umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine ophthalmologische Vorrichtung, welche eine Aufnahmeeinrichtung zum Anbringen eines Patienteninterfaces zur Kopplung der Vorrichtung mit einem Auge und eine Anschlusseinrichtung zur Befestigung an einem Stützarm umfasst. Die Anschlusseinrichtung weist ein Durchgangselement auf, durch welches Strahlung und/oder Wellen zur Abbildung und/oder Behandlung des Auges entlang einer optischen Achse laufen/läuft.
Ferner betrifft die Erfindung ein ophthalmologisches System zur Untersuchung und/oder Behandlung eines Auges, das die oben genannte ophthalmologische Vorrichtung und ein Gehäuse mit einem Grundkörper, einem Stützarm, an dem die ophthalmologische Vorrichtung befestigt ist, und mit einem Antrieb zur Verstellung der Lage der ophthalmologischen Vorrichtung umfasst.
Ophthalmologische Systeme zur Untersuchung und/oder Behandlung von Augenerkrankungen entwickeln sich in letzter Zeit in Richtung einer höheren Komplexität und einer kompakteren Ausgestaltung. Der durch das ophthalmologische System eingenommene Raum soll so gering wie möglich sein, da ophthalmologische Behandlungen häufig in steriler Umgebung stattfinden. Andererseits sollen solche Systeme auch eingesetzt werden, damit der Patient zur Beobachtung als auch zur Therapie in seiner Lage nicht verändert werden muss. Dies ist insbesondere für Behandlungen hilfreich, bei denen zwischen Behandlung und Untersuchung abgewechselt werden muss; der Patient muss somit nicht während der Behandlung und/oder Therapie aufstehen und das ophthalmologische System muss nicht jedes Mal vor der Behandlung und/oder Therapie auf den Patienten ausgerichtet werden. Bei der ophthalmologischen Behandlung können beispielsweise Schnitte in einem Augengewebe mittels eines Lasers erzeugt werden oder das Augengewebe kann abgetragen oder koaguliert werden, während das Auge gleichzeitig mit einer Beobachtungseinrichtung beobachtet wird. Dies ist insbesondere bei der laserunterstützten Augenchirurgie zur Korrektur von Fehlsichtigkeit oder zur Therapie von Augenerkrankungen, wie beispielsweise der Katarakt-Chirurgie, hilfreich, wo sich Arbeitsschritte zur Charakterisierung der Augenstrukturen mit chirurgischen Schritten und mit Schritten zur Verifikation des chirurgischen Eingriffs oder zur Unterstützung des chirurgischen Eingriffs abwechseln. Beispielsweise kann die Augenstruktur zunächst mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) oder mittels Ultraschall charakterisiert werden. Anschließend kann mit Hilfe eines gepulsten Laserstrahls ein Augengewebe geschnitten oder anderweitig behandelt werden. Das Ergebnis der Behandlung kann dann mittels eines Operationsmikroskops verifiziert werden und Folgeschritte, wie beispielsweise in der Katarakt-Chirurgie das Absaugen einer zuvor mit dem Laserstrahl zerschnittenen und/oder durch Ultraschall zertrümmerten, getrübten Augenlinse, unter Kontrolle durch das Operationsmikroskop durchgeführt werden.
Zu diesem Zweck kann mit einem ophthalmologischen System gearbeitet werden, das einen beweglichen Stützarm aufweist, mittels welchen eine entsprechende Aufnahmeeinrichtung mit einem daran vorgesehenen Patienteninterface an dem Auge eines Patienten positioniert wird, so dass beispielsweise eine Therapielaserstrahlung in dem Augengewebe fokussiert ist oder mittels eines Operationsmikroskops das entsprechende Auge beobachtet werden kann. Insbesondere beim Einsatz von Laserstrahlung für augenchirurgische Zwecke ist es von Vorteil, eine feste Lagebeziehung zwischen dem zu behandelnden Auge und einem Durchgangselement der Anschlusseinrichtung, und somit beispielsweise zwischen dem Auge und einem Therapiestrahl zu etablieren. In der Regel wird dies mittels eines Patienteninterfaces, das einerseits an der Aufnahmeeinrichtung befestigt ist und andererseits das Auge per Unterdruck fixiert, erreicht. Die Fixierung der Lage der Aufnahmeeinrichtung gegenüber dem Auge kann jedoch zu ungewollten Wechselwirkungen zwischen dem Patienteninterface und dem Auge führen. Beispielsweise kann ein unruhiger Patient durch entsprechende Bewegung einen Anstieg der Druckkraft zwischen dem Auge und dem Patienteninterface erzeugen, das im schlimmsten Fall zu einer Schädigung des Auges führt. Auch eine unbeabsichtigte Betätigung einer Liege des Patienten kann die Druckkraft zwischen Auge und dem Patienteninterface erhöhen.
Die US 2006/0192921 A1 beschreibt eine ophthalmologische Vorrichtung, bei der zwischen einer Aufnahmeeinrichtung und dem Stützarm Drucksensoren angeordnet sind, mittels welchen die Druckkraft zwischen dem Auge und dem Patienteninterface bestimmt werden kann. Übersteigt die Druckkraft einen vorgegebenen Wert, wird die Aufnahmeeinrichtung mittels des Stützarms von dem Patientenauge wegbewegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine ophthalmologische Vorrichtung und ein ophthalmologisches System vorzusehen, welche eine verbesserte Detektion einer Druckkraft zwischen einem Auge des Patienten und einem an einer Aufnahmeeinrichtung vorgesehenem Patienteninterface bereitstellen.
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen.
Eine ophthalmologische Vorrichtung umfasst eine Anschlusseinrichtung zur Befestigung an einem Stützarm, eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Patienteninterfaces zur Kopplung der Vorrichtung mit einem Auge, mindestens einen Verformungskörper, eine Messeinrichtung und eine Auswerteeinrichtung. Die Anschlusseinrichtung weist ein Durchgangselement auf, durch welches Strahlung und/oder Wellen zur Abbildung und/oder Behandlung des Auges entlang einer Einfallsachse geführt werden/wird. Der Verformungskörper hat ein erstes Ende, welches starr mit der Aufnahmeeinrichtung, und ein zweites Ende, welches starr mit der Anschlusseinrichtung verbunden ist, und ist durch eine Kraft parallel zur Einfallsachse bzw. durch die zur optischen Achse parallele Komponente einer Kraft zwischen dem Patienteninterface und der Anschlusseinrichtung verformbar. Die Messeinrichtung detektiert eine Verformung des Verformungskörpers und gibt ein dem Grad der Verformung entsprechendes Messsignal aus. Die Auswerteeinrichtung ist datentechnisch mit der Messeinrichtung verbunden und bestimmt aus dem von der Messeinrichtung erzeugten Messsignal eine Größe der Kraft.
Ein ophthalmologisches System zur Untersuchung und/oder Behandlung eines Auges weist die oben beschriebene ophthalmologische Vorrichtung, eine Steuereinrichtung und ein Gehäuse, das einen Grundkörper, einen Stützarm und einen durch eine Steuereinrichtung steuerbaren Antrieb aufweist, auf. Der Stützarm ist an der Anschlusseinrichtung befestigt und mittels des Stützarms ist die Aufnahmeeinrichtung gegenüber dem Grundkörper in verschiedenen Lagen positionierbar. Der Antrieb bewegt zur Verstellung der Lage der Aufnahmeeinrichtung den Stützarm. Die Steuereinrichtung steuert den Antrieb, falls die Größe der wirkenden Druck- oder Zugkraft über einen vorgegebenen Grenzwert liegt, derart an, dass die Aufnahmeeinrichtung von dem Auge wegbewegt wird.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass die Aufnahmeeinrichtung über den Verformungskörper mit der Anschlusseinrichtung und daher mit dem Stützarm verbunden ist. Da der Verformungskörper starr mit der Anschlusseinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung verbunden ist, ändert sich die Lage der Anschlusseinrichtung gegenüber dem Auge bei Einwirkung einer Druckkraft zwischen dem Auge und dem Patienteninterface nur in dem Maße, in dem der Verformungskörper sich längenverformt. Entscheidend ist hierfür die Länge des Verformungskörpers längs der Einfallsachse. Jede Längenverformung des Verformungskörpers führt zwangsläufig zu einer Änderung des Abstands zwischen der Aufnahmeeinrichtung, an der das Patienteninterface das Auge ankoppelt, und der Anschlusseinrichtung, an welcher der Stützarm anzubringen ist. Da jede Kraftmessung einen Messhub benötigt, wurde im Stand der Technik, z. B. in der US 2006/0192921 A1 , durch einen speziellen optischen Aufbau dafür gesorgt, dass die Einstrahlung optischer Strahlung unabhängig von einem Heben oder Senken des Kopfes des Patienten ist. Durch diese Maßnahme war die Vorrichtung für den Messhub, welcher zur Kraftmessung erforderlich ist, unempfindlich und es konnte ohne Einschränkung des Messhubs gemessen werden. Die Erfindung geht hier einen gänzlich anderen Weg und sieht durch den speziellen Verformungskörper einen Messhub vor, der so erfolgt, dass die Längenänderung des Verformungskörpers gering und hinsichtlich und der Führung der Strahlung in einem vernachlässigbaren Umfang bleibt. Die Verwendung des Verformungskörpers erlaubt es, die bei der Messung auftretende Längenänderung klein gegenüber der Fixiergenauigkeit zu halten, mit der das Auge angekoppelt werden soll. In Ausführungsformen ist der Verformungskörper und die an im erfolgende Messung so ausgeführt, dass die Längenänderung des Verformungskörpers und damit die Bewegung der Aufnahmeeinrichtung gegenüber der Anschlusseinrichtung maximal 20 µm, bevorzugt maximal 10 µm und besonders bevorzugt maximal 5 µm beträgt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Lagebeziehung zwischen einer Strahlungsquelle und dem Auge innerhalb eines Toleranzbereichs konstant bleibt, der für die Strahlung/Wellen, welche eingekoppelt werden, gegeben ist. Dies insbesondere bei chirurgischer Laserstrahlung sehr wichtig, da ansonsten die durch die Laserstrahlung erzeugte Wirkung nicht an der korrekten Position entstünde. Gleichzeitig kann mit Hilfe des Verformungskörpers eine Kraft zwischen dem Auge und der Aufnahmeeinrichtung zuverlässig detektiert werden. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße ophthalmologische Vorrichtung letztlich sowohl eine Auge innerhalb des Toleranzbereichs feste Lagebeziehung zwischen dem Auge und der Anschlusseinrichtung gewährleistet, als auch eine Kraft zwischen dem Auge und der Anschlusseinrichtung überwacht.
Die Vorrichtung erfasst mindestens eine Komponente einer Kraft, welche parallel zu einer optischen Achse verläuft, entlang der Strahlung oder Wellen durch das Durchgangselement läuft, da diese Richtung von besonderer Bedeutung ist. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, den Verformungskörper und die Messeinrichtung so auszugestalten, dass die Kraft nicht nur hinsichtlich einer Komponente längs der Einfallsachse, sondern mit ihrer Richtung, z. B. dreidimensional, ermittelt wird. Soweit in dieser Beschreibung von „der Größe“ der Kraft gesprochen wird, ist davon der Betrag der Kraft umfasst. Dieser Betrag kann sich auf eine Raumrichtung, beispielsweise längs der Einfallsachse beziehen. Optional kann auch der absolute Betrag der Kraft als Größe der Kraft angegeben werden. In einer besonders vollständigen Ausführungsform wird der Betrag der Kraft und ihre dreidimensionale Richtung als Größe der Kraft gemessen.
Die Vorrichtung erfasst die Kraft zwischen zwei Elementen. Dabei kann es sich um eine Druckkraft oder eine Zugkraft handeln. Beispielsweise kann die ophthalmologische Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie Kräfte zwischen minimal -6N, -3 N oder 0 N und maximal 20 N, 5 N oder 3 N mit einer Auflösung von beispielsweise ±0,3 N, ±0,2 N oder ±0,1 N detektieren kann. Soweit nachfolgend von Druckkraft oder Zugkraft gesprochen wird, ist dies rein exemplarisch zu verstehen. Letztlich unterscheiden sich die beiden Kräfte in der Messeinrichtung in bevorzugten Ausführungsformen ausschließlich durch das Vorzeichen. Es ist in einer vereinfachten Bauweise aber auch möglich, dass die Messeinrichtung lediglich in der Lage ist, eine Druckkraft (positives Vorzeichen) von der Aufnahmeeinrichtung auf die Anschlusseinrichtung zu messen. Es hat sich herausgestellt, dass Druckkräfte, die dadurch entstehen, dass der Abstand zwischen Vorrichtung und Auge ungewünscht verringert wird, ein sehr viel höheres Schädigungspotential haben, als Zugkräfte. Dies ist auch deshalb der Fall, da eine übermäßige Zugkraft dadurch verhindert werden kann, dass die Befestigung des Patienteninterfaces am Auge öffnet, beispielsweise weil eine maximale Saugkraft einer Unterdruckbefestigung überschritten ist. Im Falle einer gegenläufigen Bewegung des Auges auf die Vorrichtung hin (oder der Vorrichtung auf das Auge hin) ist diese Sicherheitsmaßnahme nicht möglich, weshalb Druckkräfte von besonderem Interesse in der Messung sind.
Das ophthalmologische System kann beispielsweise ein Operationsmikroskop, eine Laserbehandlungseinrichtung, eine Einrichtung zur Erzeugung von Ultraschall und/oder einen optischen Kohärenztomographen (OCT) aufweisen. Das Operationsmikroskop kann zur Beobachtung des Auges verwendet werden. Mittels der Laserbehandlungseinrichtung können Schnitte in oder an dem Auge vorgenommen werden. Die Einrichtung zur Erzeugung von Ultraschall kann zur Beobachtung des Auges verwendet werden. Mithilfe des optischen Kohärenztomographen wird beispielsweise die Augenlinse oder der Augenhintergrund vermessen bzw. beobachtet. Die genannten Geräte können gegenüber dem Auge mithilfe des Gehäuses positioniert werden. Es sind auch mehrere Stützarme möglich, mittels welchen die einzelnen Geräte, aber auch die Aufnahmeeinrichtung, gegenüber dem Auge positionierbar sind. Der Stützarm und/oder die Stützarme können wie in der DE 102005001249 A1 beschrieben ausgestaltet sein. Der Stützarm ist bevorzugt beweglich an einem Grundkörper befestigt.
Das Gehäuse kann jede Einrichtung sein, mittels welcher die ophthalmologische Vorrichtung gestützt werden kann. Insbesondere weist das Gehäuse den Grundkörper, den mindestens einen Stützarm und den mindestens einen Antrieb auf. Der Grundkörper kann beispielsweise auf einem Boden eines Raums, in dem das ophthalmologische System vorgesehen ist, angeordnet sein oder an einer Wand befestigt sein. Der Stützarm kann über ein Gelenk an dem Grundkörper befestigt sein. Der Grundkörper weist beispielsweise eine Kammer auf, in der optional Teile der Steuereinrichtung, Laser für die Laserbehandlungseinrichtung und/oder andere Komponenten des ophthalmologischen Systems untergebracht sind. Der Stützarm weist ein oder mehrere Gelenke auf, so dass das freie Ende des Stützarms in vielen Lagen positionierbar ist. An dem freien Ende des Stützarms ist die Anschlusseinrichtung angebracht. Der Stützarm kann Federn aufweisen, welche die Positionierung des freien Endes des Stützarms unterstützen. Ferner ist an dem Stützarm und/oder an dem Grundkörper ein Antrieb vorgesehen, über welchen das freie Ende des Stützarms positionierbar ist. Der Antrieb kann Motoren, aber auch Federn und/oder Gewichte aufweisen, so dass mit Hilfe des Antriebs das freie Ende des Stützarms bewegt werden kann. Insbesondere ist der Antrieb mit der Steuereinrichtung verbunden und die Steuereinrichtung kann den Antrieb derart antreiben, dass die Steuereinrichtung das freie Ende des Stützarms einstellen kann. Optional ist der Antrieb derart ausgestaltet, dass das freie Ende des Stützarms rasch von dem Auge des Patienten weg bewegt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, wenn die Kraft zwischen dem Auge und der Aufnahmeeinrichtung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, die Aufnahmeeinrichtung schnell von dem Auge des Patienten weg zu bewegen, so dass ein übermäßiger Anstieg der Kraft zwischen dem Auge des Patienten und der Aufnahmeeinrichtung vermieden werden kann.
Die ophthalmologische Vorrichtung kann auch als Applikator bezeichnet werden und gibt insbesondere ein Element an, das zwischen dem Patienteninterface und dem Stützarm angeordnet ist. Die ophthalmologische Vorrichtung oder der Applikator weist die Anschlusseinrichtung zur Befestigung an dem Stützarm und die Aufnahmeeinrichtung zur Anbringung des Patienteninterfaces auf.
Die Auswerteeinrichtung, welcher zur Bestimmung der Kraft zwischen dem Auge und der Aufnahmeeinrichtung dient, kann als Mikroprozessor ausgebildet sein und optional an der Verformungseinrichtung angebracht sein. Die Steuereinrichtung kann einen Computer umfassen, welcher beispielsweise in dem Grundkörper vorgesehen ist. Die Auswerteeinrichtung kann Teil der Steuereinrichtung sein.
Die Anschlusseinrichtung kann beispielsweise als eine Platte ausgebildet sein, die eine zentrale Öffnung aufweist. Die Öffnung dient dabei als Durchgangselement. Die Anschlusseinrichtung kann jedoch auch als ein Gewinde oder Schraube ausgebildet sein, mittels welchem die Aufnahmeeinrichtung, insbesondere der Verformungskörper, an dem Stützarm angebracht werden kann. Das Durchgangselement kann als Öffnung oder Aussparung, insbesondere zentral in der Anschlusseinrichtung, ausgebildet sein. Ferner kann das Durchgangselement dadurch realisiert sein, dass die Anschlusseinrichtung einen Raum freigibt, durch welchen Strahlung oder Wellen, wie Ultraschall, geführt werden können. Das Durchgangselement kann als eine Strahlungsleiteinrichtung ausgebildet sein, welche Optiken, beispielsweise eine oder mehrere Linsen, oder andere optische Elemente, wie eine Blende, aufweisen kann, mittels welchen Strahlung geführt werden kann. Ferner kann das Durchgangselement geeignet sein, Wellen, wie zum Beispiel Ultraschall, zu führen. Die Öffnung und/oder die Optik legen/legt die Einfallsachse fest. Die Einfallsachse ist im Fall, dass das Durchgangselement optische Strahlung transmittiert, die optische Achse des Strahleneinfalls. Bei Ultraschallwellen wäre es die Hauptachse der Ultraschallwellen, die durch das Durchgangselement treten. In nachfolgender Beschreibung wird stellenweise der Begriff „optische Achse“ verwendet, ohne dass damit eine Festlegung auf optische Strahlung, welche durch das Durchgangselement tritt, gemeint sein soll. Vielmehr wird der Begriff „optische Achse“ der besseren Anschaulichkeit verwendet und soll sowohl die Hauptachse optischer Strahlung als auch die Hauptachse von Ultraschallwellen umfassen. Die durch das Durchgangselement geführte Strahlung kann beispielsweise die Strahlung zur Beobachtung und/oder Behandlung des Auges sein. Ferner kann das Auge mittels Wellen, die durch das Durchgangselement geführt oder durchgelassen werden, zur Beobachtung oder Behandlung des Auges dienen. Beispielsweise kann die Anschlusseinrichtung nicht nur mit dem Stützarm, sondern auch mit einer Laserbehandlungseinrichtung verbunden sein, wobei die durch die Laserbehandlungseinrichtung erzeugte Laserstrahlung durch das Durchgangselement geführt wird. Auch die für ein Operationsmikroskop verwendete Strahlung wird insbesondere durch das Durchgangselement geführt.
Die Aufnahmeeinrichtung dient insbesondere dazu, eine Verbindung zwischen dem Stützarm und/oder der Laserbehandlungseinrichtung und dem Auge herzustellen. Die Aufnahmeeinrichtung kann wie aus dem Stand der Technik bekannt ausgebildet sein. An der Aufnahmeeinrichtung kann ein Patienteninterface angebracht werden, welches mit dem Auge des Patienten in Berührung steht. Das Patienteninterface kann mittels Unterdruck an der Aufnahmeeinrichtung befestigt sein. Das Patienteninterface kann als einmalig zu verwendende, sterile Optik ausgebildet sein, welches über Ansaugstrukturen an dem Auge angedockt werden kann. Das Patienteninterface kann aber auch ein Flüssigkeits-Patienteninterface sein, z. B. mit einer Abschlussoptik, die in eine im Patienteninterface befindliche Flüssigkeit eintaucht, durch die eine Strahlung auf das Auge übertragen wird. In beiden Fällen wird dazu zwischen dem Auge und dem Patienteninterface ein Unterdruck erzeugt. Das Patienteninterface kann über eine mechanische Anlagestelle an der Aufnahmeeinrichtung anliegen. Insbesondere ist die Anlagestelle derart ausgebildet, dass das Patienteninterface zentriert zu der optischen Achse an der Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Die Anlagestelle kann ringförmig ausgebildet sein, wobei der Mittelpunkt des Rings optional auf der optischen Achse liegt. Die Haltekraft zwischen der Aufnahmeeinrichtung und dem Patienteninterface wird beispielsweise durch Unterdruck realisiert, so dass das Patienteninterface fest gegenüber der Aufnahmeeinrichtung positioniert ist, wodurch das Auge des Patienten lagerichtig und reproduzierbar zu der Aufnahmeeinrichtung positioniert werden kann. Die mechanische Anlagestelle ist optional derart ausgestaltet, dass Kräfte zwischen dem Auge des Patienten und dem Patienteninterface durch das Patienteninterface aufgenommen werden und auf die Aufnahmeeinrichtung und den Verformungskörper übertragen werden.
Unterdruck zwischen der Aufnahmeeinrichtung und dem Patienteninterface kann über eine Leitung, welche optional an der Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist, aufgebaut werden, die mit einer Vakuumpumpe, die beispielsweise in dem Gehäuse, optional in dem Grundkörper, angeordnet ist, verbunden ist. Zur Erzeugung des Unterdrucks muss die Aufnahmeeinrichtung im Bereich des Patienteninterfaces eine geschlossene Oberfläche aufweisen. Da in der Aufnahmeeinrichtung ebenfalls eine Applikatoroptik, wie beispielsweise Linsen oder andere optische Elemente, vorgesehen sein kann, kann die Aufnahmeeinrichtung an dem dem Patientenauge zugewandten Ende mittels einer transparenten Fläche, beispielsweise eine Glasscheibe oder eine Kunststoffscheibe, verschlossen sein. Diese transparente Fläche kann Teil einer Austrittsoptik sein. Die in der Aufnahmeeinrichtung optional vorgesehene Applikatoroptik kann ebenfalls zur optischen Achse des Durchgangselements ausgerichtet sein. Das Patienteninterface selbst kann eine oder mehrere Linsen aufweisen.
Der Verformungskörper ist optional als Steg ausgebildet, welcher die Aufnahmeeinrichtung mit der Anschlusseinrichtung, insbesondere ausschließlich, verbindet. Der Verformungskörper kann Teil einer die Aufnahmeeinrichtung und die Anschlusseinrichtung verbindenden Verformungseinrichtung sein. Der Verformungskörper kann an dem ersten Ende mit einem ersten Körper und an dem zweiten Ende mit einem zweiten Körper verbunden sein, wobei der Verformungskörper und die beiden Körper die Verformungseinrichtung bilden. Die beiden Körper einstückig massiv sein und weisen insbesondere eine Elastizität auf, die um 1, 2 oder 3 Größenordnungen geringer als die Elastizität des Verformungskörpers ist. Auf diese Weise kann eine starre Verbindung zwischen der Aufnahmeeinrichtung und der Anschlusseinrichtung realisiert sein. Allgemein gesprochen bezieht sich die starre Verbindung darauf, dass die Elastizität des Verformungskörpers um 1, 2 oder 3 Größenordnungen größer ist als die Elastizität der Verbindung mit der Aufnahmeeinrichtung, insbesondere mit dem ersten Körper, und/oder mit der Anschlusseinrichtung, insbesondere dem zweiten Körper, ist. Der zweite Körper kann als Teil der Anschlusseinrichtung ausgebildet sein. Der erste Körper kann Teil der Aufnahmeeinrichtung sein. Bevorzugt ist auch die Aufnahmeeinrichtung starr im Vergleich zu dem Verformungskörper ausgebildet, so dass bei einer Druckkraft zwischen der Anschlusseinrichtung und dem Auge des Patienten ausschließlich oder hauptsächlich der Verformungskörper und nicht die Aufnahmeeinrichtung, die Anschlusseinrichtung, der erste Körper und/oder der zweite Körper verformt werden. Der Verformungskörper ist insbesondere derart angeordnet, dass er bei einer Kraft entlang der optischen Achse oder einem Anteil einer Kraft parallel zur optischen Achse verformt wird, d. h. dass die Elastizität des Verformungskörpers, beispielsweise aufgrund seines Materials, seiner Form und/oder seiner Lage, derart ausgestaltet ist, dass diese entlang einer Richtung parallel zur optischen Achse am größten ist. Beispielsweise kann der Verformungskörper bei einer Kraft senkrecht zur optischen Achse auch als starr angesehen werden, d. h. dass der Verformungskörper parallel zur optischen Achse eine Elastizität aufweist, die 1, 2 oder 3 Größenordnungen größer ist als senkrecht zur optischen Achse.
Die Elastizität des Verformungskörpers kann im Vergleich zu der Aufnahmeeinrichtung, dem ersten Körper, dem zweiten Körper und/oder der Anschlusseinrichtung lediglich aufgrund der Form der Verformungskörpers erreicht werden, beispielsweise ist das Material des ersten Körpers, des zweiten Körpers und des Stegs gleich, wobei der Steg dünner ausgestaltet ist als die beiden Körper. Die Aufnahmeeinrichtung, der erste Körper, zweite Körper, der Verformungskörper und/oder die Anschlusseinrichtung können aus Metall, insbesondere Edelstahl, oder aus einer Aluminium-Legierung hergestellt sein. Der Verformungskörper ist jedoch derart ausgestaltet, dass er sich bei der Aufbringung einer Kraft von 0 bis 20 N, bevorzugt 0 bis 5 N, um maximal 20 µm, 10 µm oder 5 µm in Richtung der Kraft verformt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Aufnahmeeinrichtung gegenüber der Anschlusseinrichtung und damit gegenüber der Lasertherapieeinrichtung innerhalb eines Toleranzbereichs die gleiche Position hat.
Die Messeinrichtung ist ausgebildet, die durch die Kraft zwischen der Aufnahmeeinrichtung und dem Auge hervorgerufene Verformung des Verformungskörpers zu detektieren. Die Messeinrichtung kann beispielsweise kapazitiv, induktiv oder mittels optischer Abstandsmessung, wie z. B. mittels Lichtschranken, insbesondere mittels Gabelkoppler oder Blechfahne, die Verformung des Verformungskörpers erfassen. Die Blechfahne ist z. B. auf dem beweglichen Teil angebracht und taucht in den Gabelkoppler (= Lichtschranke), welcher auf dem nicht beweglichen Basisteil angebracht ist, ein. Dadurch wird die Lichtmenge, die der Sensor im Gabelkoppler sieht, reguliert und man erhält ein wegäquivalentes Sensorsignal (Weginformation = Kraftinformation bei bekanntem System). Die Zuordnung der Elemente auf feste und bewegliche Teile kann auch umgekehrt sein. Ferner kann die Messeinrichtung einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen umfassen. Die Messeinrichtung erzeugt ein Messsignal, das einem Grad der Verformung des Verformungskörpers zugeordnet werden kann. Beispielsweise ist das Messsignal proportional zur Verformung des Verformungskörpers. Die Messeinrichtung kann direkt am Verformungskörper angebracht oder zu diesem beabstandet sein.
Die Auswerteeinrichtung ist mit der Messeinrichtung über Leitungen oder per Funk datentechnisch derart verbunden, dass sie die von der Messeinrichtung erzeugten Messsignale auslesen kann. In der Auswerteeinrichtung kann beispielsweise ein Zusammenhang, wie eine Formel oder eine Tabelle, hinterlegt sein, mittels welchem dem Messsignal eine Größe der Kraft, die zwischen dem Auge und der Aufnahmeeinrichtung wirkt, zugeordnet werden kann. Dazu kann die Auswerteeinrichtung einen Speicher, z. B. einen RAM (random access memory), aufweisen. Übersteigt die so ermittelte Kraft einen gewissen Grenzwert, steuert die Steuereinrichtung den Antrieb derart an, dass die Aufnahmeeinrichtung von dem Auge weg bewegt wird. Dazu ist die Auswerteeinrichtung optional mit der Steuereinrichtung verbunden.
Um die Kraft besonders präzise bestimmen zu können, ist es in einer Weiterbildung bevorzugt, dass der Verformungskörper als Steg ausgebildet ist, welcher quer, optional senkrecht, zu der optischen Achse verläuft, bevorzugt um das Durchgangselement verteilt. Der Steg weist insbesondere eine Längserstreckung auf, die quer, insbesondere senkrecht, zu der optischen Achse liegt.
Der Steg kann beispielsweise einen oder mehrere Biegebalken umfassen, der/die sich quer zur Einfallsachse zwischen einem Oberteil und einem Unterteil längserstreckt/längserstrecken. Das Oberteil ist mit der Anschlusseinrichtung und dem Durchgangselement, das Unterteil mit der Aufnahmeeinrichtung verbunden oder versehen. Biegebalken, Oberteil und Unterteil können einstückig ausgebildet sein.
Wenn sich in Ausführungsformen der Steg in seiner Längsrichtung quer, insbesondere senkrecht, zur optischen Achse erstreckt, ist er entlang einer Richtung parallel zu der optischen Achse mit dem geringsten Kraftaufwand verformbar. Zugleich ist die Längenänderung des Verformungskörpers bei der Messung minimiert. Das Durchgangselement kann zentral in der Anschlusseinrichtung angeordnet sein, wobei sich der Steg entlang eines Umfangs des Durchgangselements erstreckt. Beispielsweise kann der Steg wenigstens abschnittsweise das Durchgangselement in Umfangsrichtung begrenzen. Ferner kann der Steg sich parallel zum Umfang des Durchgangselements erstrecken. Wenn das Durchgangselement einen kreisförmigen Umfang hat, kann der Steg entsprechend der Krümmung des Umfangs des Durchgangselements gekrümmt sein. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die ophthalmologische Vorrichtung in einer zu der optischen Achse radialen Richtung eine geringe Abmessung aufweist, da der Steg sich entlang des Durchgangselements erstreckt, die für die radiale Ausdehnung der ophthalmologischen Vorrichtung mitverantwortlich ist.
Um die Richtung der Druckkraft zwischen dem Auge und der Aufnahmeeinrichtung besonders präzise bestimmen zu können, ist es in einer Weiterbildung bevorzugt, dass mindestens drei Verformungskörper, z.B. Stege oder Biegebalken, vorgesehen sind, welche um das Durchgangselement verteilt angeordnet sind. Insbesondere sind drei Verformungskörper mit jeweils dem ersten Körper und dem zweiten Körper vorgesehen. Auch in dieser Bauweise können die Verformungskörper sich jeweils quer zur Einfallsachse zwischen einem Oberteil und einem Unterteil längserstrecken. Das Oberteil ist dann ebenfalls mit der Anschlusseinrichtung und dem Durchgangselement, das Unterteil ebenfalls mit der Aufnahmeeinrichtung verbunden oder versehen.
Optional sind mehrere Verformungskörper gleichmäßig um das Durchgangselement verteilt angeordnet. Beispielsweise können die Verformungskörper bezogen auf die optische Achse um 120° voneinander beabstandet sein. Die drei Verformungskörper stellen vorzugsweise die einzige mechanische Verbindung zwischen der Anschlusseinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung dar. Bevorzugt ist jeder Verformungskörper mit einer Messeinrichtung versehen, so dass insgesamt drei Messsignale erzeugt werden. Die Summe der drei durch die Messsignale bestimmten Kräfte ist die auf die Aufnahmeeinrichtung wirkende Kraft. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die drei Kräfte in einer Schaltung verglichen und so die Richtung der Kraft, insbesondere eine Kraftkomponente parallel zur optischen Achse und eine Kraftkomponente senkrecht zur optischen Achse, ermittelt. In einer weiteren zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform wird der Mittelwert der drei Kräfte berechnet. Das Produkt aus dem Mittelwert der drei Kräfte und der Anzahl der Verformungskörper, im genannten Fall drei Stück, gibt die Kraft parallel zu der optischen Achse an und die Differenz zwischen dem Mittelwert und der Summe der Kräfte repräsentiert jeweils die senkrecht zur optischen Achse wirkende Kraft auf die Aufnahmeeinrichtung. Durch die Beabstandung der Verformungsköper um 120° ist die Messung der Kräfte symmetrisch, so dass die resultierenden Kräfte besonders einfach bestimmt werden können. Die Verwendung von drei Verformungskörpern ist vorteilhaft, denn durch drei Punkte wird eine Ebene eindeutig aufgespannt, so dass die resultierende Kraft eindeutig bestimmt werden kann. Durch die Verwendung von vier oder mehr Verformungskörpern mit entsprechenden Messeinrichtungen ist die Bestimmung der resultierenden Kraft überbestimmt; dies kann jedoch Vorteile bei der Präzision der bestimmten Kräfte bringen. In dem in der Auswerteeinrichtung optional gespeicherten Zusammenhang ist insbesondere schrittweise für die Größe für jede der drei Messsignale die entsprechende Größe der Kraft und Richtung der Kraft hinterlegt. Durch Interpolation kann für jedes der drei Messsignale eine bestimmte Größe der Kraft und Richtung der Kraft zugeordnet werden. Der Betrag und/oder die Richtung der Kraft kann auch über eine Formel aus den Messsignalen ermittelt werden.
Eine besonders zuverlässige Bestimmung der Kraft kann dadurch erreicht werden, dass in einer Weiterbildung die Messeinrichtung mindestens einen Dehnungsmessstreifen umfasst, welcher an dem Verformungskörper angebracht ist. Beispielsweise kann der Dehnungsmessstreifen an dem Verformungskörper angeklebt oder auf sonstige Weise befestigt werden. Bei der Verformung des Verformungskörpers wird der Dehnungsmessstreifen durch die Anbringung an dem Verformungskörper gedehnt oder gestaucht, wodurch der Dehnungsmessstreifen ein der Verformung entsprechendes Messsignal erzeugt. Beispielsweise ändert sich der Widerstand des Dehnungsmessstreifens abhängig von der Dehnung oder Stauchung des Dehnungsmessstreifens, welche durch die Verformung des Stegs verursacht wird.
Eine besonders genaue Bestimmung der Größe der Kraft ergibt sich in einer Weiterbildung dadurch, dass an dem Verformungskörper vier Dehnungsmessstreifen für die Messeinrichtung vorgesehen sind, wobei die Dehnungsmessstreifen zu einer Wheatstone'schen Messbrücke geschaltet sind und das Messsignal die mit der Wheatstone'schen Messbrücke gemessene Spannung ist. Der Dehnungsmessstreifen ist optional ein Halbleiter-Dehnungsmessstreifen. Die vier Dehnungsmessstreifen können paarweise auf sich gegenüberliegenden Seiten des Verformungskörpers angebracht werden. Beispielsweise sind zwei Dehnungsmessstreifen auf einer in Richtung der optischen Achse gesehenen oberen Seite des Verformungskörpers, z. B. des Steges, und zwei Messstreifen auf der unteren Seite des Verformungskörpers, z. B. des Stegs, angebracht. Optional bedecken die Dehnungsmessstreifen eine möglichst große Fläche des Verformungskörpers, da dies die Genauigkeit der Messung erhöhen kann. Auch ist es möglich, die Position der Dehnungsmesstreifen auf dem Verformungskörper so zu wählen, dass sie auf den Regionen mit der größten lokalen Verformung platziert sind. Durch die Anordnung der Dehnungsmessstreifen auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Verformungskörpers, steht bei einer Verformung des Verformungskörpers in Richtung der optischen Achse einer Dehnung der einen Messstreifen einer Stauchung der anderen Messstreifen gegenüber. Die Dehnungsmessstreifen auf der einen Seite des Verformungskörpers bilden optional eine Seite der Wheatstone'schen Messbrücke, während die Dehnungsmessstreifen, die auf der anderen Seite des Verformungskörpers angeordnet sind, die andere Linie der Wheatstone'schen Messbrücke bilden. Die Brückenspannung zwischen beiden Linien der Wheatstone'schen Messbrücke bildet hier das Messsignal. Bevorzugt sind vier Dehnungsmessstreifen für jeden der drei Verformungskörper vorgesehen.
Die Dehnungsmessstreifen können mit zusätzlichen Widerständen gekoppelt werden, um Unterschiede in den Dehnungsmessstreifen ausgleichen zu können. Beispielsweise kann durch die Anbringung der Dehnungsmessstreifen an dem Verformungskörper Spannungen oder Stauchungen in den Dehnungsmessstreifen hervorgerufen werden, die zur Veränderung des Widerstands des jeweiligen Dehnungsmessstreifens führen kann. Daher ist es optional vorgesehen, dass die Wheatstone'sche Messbrücke, d. h. die einzelnen Dehnungsmessstreifen mit den assoziierten Widerständen, vor der Benutzung kalibriert werden; beispielsweise dahingehend, dass die Messspannung, wenn keine Kraft anliegt, gleich Null ist.
Das physikalische Modell des Verformungskörpers, insbesondere des Stegs, entspricht dem beidseitig eingespannten Biegebalken. Durch entsprechende Platzierung und Verschaltung der Dehnungsmessstreifen ergibt sich bei Krafteinwirkung aufgrund der resultierenden Verstimmung der Widerstände der Dehnungsmessstreifen eine sich ändernde, zur Kraft äquivalente Brückenspannung. Diese lässt sich nach der oben beschriebenen Kalibrierung als Messsignal auswerten, um dadurch die Größe der Kraft zu bestimmen.
Um wiederholbare Messungen der Kraft zwischen der Aufnahmeeinrichtung und dem Auge bereitstellen zu können, ist es wichtig, dass der Verformungskörper nur im elastischen Verformungsbereich verformt wird, d. h. dass es zu keinen plastischen Verformungen an dem Verformungskörper kommt. Gerade bei ungewünschten Stößen vor oder nach der Behandlung und/oder Beobachtung des Patienten gegen die Aufnahmeeinrichtung kann es zu ungewollt großen Krafteinwirkungen auf den Verformungskörper kommen. Dies könnte zu plastischen Verformungen des Verformungskörpers führen, wodurch die Kraftmessung unbrauchbar würde. Daher ist es in einer Weiterbildung bevorzugt, dass die ophthalmologische Vorrichtung eine einen Anschlag aufweisende Begrenzungseinrichtung aufweist, welche zur Begrenzung der Verformung des Verformungskörpers eine Bewegung der Aufnahmeeinrichtung gegenüber der Anschlusseinrichtung begrenzt. Insbesondere ist die Begrenzungseinrichtung derart ausgebildet, dass die Aufnahmeeinrichtung um die maximal mögliche Auslenkung bewegt werden kann, also beispielsweise 20 µm, 15 µm oder 5 µm. Auf diese Weise wird auch die Verformung des Verformungskörpers begrenzt. Die Begrenzung der Bewegung der Aufnahmeeinrichtung gegenüber der Anschlusseinrichtung erfolgt insbesondere in drei Dimensionen, kann jedoch auch nur in Richtung entlang der optischen Achse erfolgen, so dass gewährleistet ist, dass eine Kraft zwischen dem Auge und der Aufnahmeeinrichtung entlang der optischen Achse stets detektiert werden kann.
Eine besonders einfache Realisierung der Begrenzungseinrichtung wird in einer Weiterbildung dadurch erreicht, dass die Begrenzungseinrichtung in einem nicht verformten Zustand des Verformungskörpers mindestens ein Spalt zwischen der Aufnahmeeinrichtung und der Anschlusseinrichtung umfasst. Die Anschläge können als Teil der Aufnahmeeinrichtung, optional des ersten Körpers, und/oder der Anschlusseinrichtung, bevorzugt des zweiten Körpers, ausgebildet sein. Beispielsweise ist zwischen dem ersten Körper und der Anschlusseinrichtung der Spalt vorgesehen, der sich in Richtung der optischen Achse erstreckt. Vorzugsweise sind drei erste Körper vorgesehen, so dass drei Spalte vorgesehen sind, wodurch an drei Punkten eine Begrenzung einer Bewegung der Aufnahmeeinrichtung entlang der optischen Achse zu der Anschlusseinrichtung erzielt werden kann. Um eine Begrenzung der Bewegung der Aufnahmeeinrichtung weg von der Anschlusseinrichtung parallel zu der optischen Achse erreichen zu können, ist es beispielsweise vorgesehen, dass an der Anschlusseinrichtung ein Stift in Richtung der optischen Achse vorsteht, an welchem ein Vorsprung, beispielsweise senkrecht zu der optischen Achse, vorragt. Dieser Vorsprung hintergreift einen Teil der Aufnahmeeinrichtung, beispielsweise den ersten Körper. Zwischen dem Vorsprung und der Aufnahmeeinrichtung ist in einem nicht-verformten Zustand des Stegs ein Spalt angeordnet, so dass die Bewegung der Aufnahmeeinrichtung weg von der Anschlusseinrichtung begrenzt werden kann. Um auch die Bewegung der Aufnahmeeinrichtung radial zu der optischen Achse gegenüber der Anschlusseinrichtung begrenzen zu können, ist es beispielsweise vorgesehen, dass der Stift mit einem Spalt in der Aufnahmeeinrichtung, beispielsweise in dem ersten Körper, geführt ist. Zum Beispiel weist der erste Körper eine Öffnung auf, in welche der Stift eingeführt ist. Vorzugsweise sind drei Stifte vorgesehen.
Präzisionsmessungen, wie die hier beschriebene Messung der Kraft zwischen der Aufnahmeeinrichtung und dem Auge, weisen oft eine Temperaturabhängigkeit auf. Gerade bei Verwendung von Dehnungsmessstreifen kann eine Temperaturabhängigkeit von 0,5% pro Grad Kelvin auftreten. Dies hat bei der geringen Verformung des Verformungskörpers von maximal 20, 10 oder 5 µm einen relativ großen Einfluss auf das Messsignal. Dieser kann bis zu 30% des zu messenden Signals ausmachen, d. h. 2 N Messfehler bei einer zu messenden Kraft von 6 N. Daher ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass die ophthalmologische Vorrichtung einen Temperatursensor, welcher die Temperatur, optional in einer Umgebung der Messeinrichtung, misst, aufweist, wobei optional in der Auswerteeinrichtung ein Zusammenhang zwischen der Größe der Kraft einerseits und der Temperatur und dem Messsignal andererseits hinterlegt ist und wobei die Auswerteeinrichtung die Größe der Kraft mittels des Zusammenhangs bestimmt. Der Zusammenhang wird somit nicht nur hinsichtlich des von der Messeinrichtung zur Verfügung gestellten Messsignals oder der Messsignale bestimmt, sondern auch hinsichtlich der Temperatur der Messeinrichtung. Somit liest die Auswerteeinrichtung sowohl die Messsignale als auch die von dem Temperatursensor zur Verfügung gestellte Temperatur aus und bestimmt daraus die Größe und/oder die Richtung der Kraft. Dazu kann der Temperatursensor mittels Leitungen oder per Funk datentechnisch mit der Auswerteeinrichtung verbunden sein. Um den Zusammenhang zu bestimmen, wird beispielsweise die Messeinrichtung, insbesondere die Dehnungsmessstreifen, durch eine externe Wärmequelle schrittweise erwärmt. Nach einer gewissen Zeit zur Einstellung eines thermischen Gleichgewichts wird eine vorbestimmte Kraft aufgebracht und das entsprechende Messsignal erfasst. Dies wird für verschiedene Temperaturen und Kräfte wiederholt, so dass in dem Zusammenhang beispielsweise eine Lookup-Tabelle hinterlegt ist. Auf diese Weise lässt sich die Temperaturabhängigkeit um bis zu 90% reduzieren.
Eine Temperaturänderung führt auch zu einer Veränderung der Befestigung der Dehnungsmessstreifen an dem Verformungskörper, da sich beispielsweise die Dehnungsmessstreifen und der Verformungskörper unterschiedlich in Abhängigkeit von der Temperatur ausdehnen oder kontrahieren; dies führt zu einer relativen Verformung zwischen dem Verformungskörper und dem Dehnungsmessstreifen. Um dies zu kompensieren wird optional der Zusammenhang zwischen der Größe und/oder der Richtung der Kraft und den Messsignalen wie oben beschrieben kalibriert.
Die Temperaturabhängigkeit der Messeinrichtung lässt sich auch dadurch reduzieren, dass jedem Dehnungsmessstreifen ein Widerstand zugeordnet ist, dessen Widerstand umgekehrt von der Temperatur abhängt wie der Widerstand des Dehnungsmessstreifens. Dabei ist bevorzugt, dass die beigeordneten Widerstände für die Dehnungsmessstreifen nahe an dem Dehnungsmessstreifen angeordnet sind, so dass die Widerstände und die Dehnungsmessstreifen ungefähr die gleiche Temperatur besitzen. Ferner kann der Temperaturabhängigkeit der Messeinrichtung dadurch begegnet werden, dass die Messeinrichtung durch eine Kühl- und/oder Heizeinrichtung, wie beispielsweise ein Peltier-Element und/oder ein Heizelement, auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Dazu kann beispielsweise das Peltier-Element oder das Heizelement an dem Verformungskörper befestigt sein. Das Peltier-Element kann zur Kühlung verwendet werden. Mittels des Heizelements kann die Messeinrichtung auf eine bestimmte Temperatur eingeregelt werden, bei welcher der Zusammenhang zwischen Messsignal und Kraft bestimmt wurde.
Wird die Aufnahmeeinrichtung in Verbindung mit einem Operationsmikroskop verwendet, ist es oftmals hilfreich, wenn das Auge beleuchtet wird. Daher ist in einer Weiterbildung die ophthalmologische Vorrichtung mit einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Auges versehen, welche mindestens eine an der Anschlusseinrichtung befestigte Auskoppelstelle und eine an der Aufnahmeeinrichtung angebrachte Einkoppelstelle zur Aufnahme von an der Auskoppelstelle ausgesandter Strahlung umfasst, wobei zwischen der Auskoppelstelle und der Einkoppelstelle bei unverformtem Verformungskörper ein Spalt besteht. Die Auskoppelstelle kann beispielsweise Teil eines Operationsmikroskops sein, welche mit der Anschlusseinrichtung verbunden ist. In diesem Fall ist die Auskoppelstelle indirekt mit der Anschlusseinrichtung verbunden. Die Auskoppelstelle kann jedoch auch direkt an der Anschlusseinrichtung angebracht sein. Die Auskoppelstelle kann beispielsweise eine Light Emitting Diode (LED) oder Halogenlampe sein. Die Auskoppelstelle kann jedoch auch das Ende eines Lichtleiters sein. Bevorzugt sind eine Vielzahl von Auskoppelstellen an der Anschlusseinrichtung vorgesehen, welche optional um das Durchgangselement verteilt angeordnet sind. Beispielsweise sind Infrarot-LEDs und Weißlicht-LEDs abwechselnd um das Durchgangselement angeordnet.
Die Einkoppelstelle ist um den Freiraum in Richtung der optischen Achse beabstandet zu der Auskoppelstelle und insbesondere beabstandet zu der Anschlusseinrichtung an der Aufnahmeeinrichtung angebracht. Der Freiraum ist derart, dass er eine Verformung des Verformungskörpers innerhalb des Spiels, welche durch die Begrenzungseinrichtung festgesetzt wird, ermöglicht. Die Einkoppelstelle kann Teil eines Lichtleiters sein, welcher beispielsweise aus Glas oder Kunststoff hergestellt sind. Die Einkoppelstelle kann eine optische Eingangsfläche sein, die beabstandet zu der Auskoppelstelle angeordnet ist und Licht in den Lichtleiter einkoppelt. Eine optische Ausgangsfläche, aus der das eingekoppelte Licht den Lichtleiter verlässt, kann dem Auge zugewandt angeordnet sein. Der Lichtleiter kann Teil der Aufnahmeeinrichtung sein und die von der Auskoppelstelle zur Verfügung gestellte Strahlung von der Auskoppelstelle zu dem Auge des Patienten leiten. Der Lichtleiter und/oder die Einkoppelstelle kann/können derart ausgebildet sein, dass er/sie die Aufnahmeeinrichtung in der Umfangsrichtung umgibt/umgeben.
Um die Relation zwischen dem Messsignal und der Größe der Kraft, insbesondere auch der Richtung der Kraft bestimmen zu können, ist zur Kalibration eine Kalibrierungseinrichtung vorgesehen, wobei optional die Kalibrierungseinrichtung eine Krafterzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Prüfkraft, welche ein Kontaktelement aufweist, und eine Kraftaufnahmeeinrichtung umfasst, wobei die Kraftaufnahmeeinrichtung an der Aufnahmeeinrichtung angebracht ist und eine Kugelsegmentfläche, welche zur Übertragung der Prüfkraft auf die Kraftaufnahmeeinrichtung das Kontaktelement berührt, aufweist. Die Kraftaufnahmeeinrichtung kann beispielsweise anstelle des Patienteninterfaces vorgesehen sein. Optional kann die Kraftaufnahmeeinrichtung auch mittels Unterdruck an der Aufnahmeeinrichtung befestigt werden. Insbesondere haben das Patienteninterface und die Kraftaufnahmeeinrichtung eine solche Ausgestaltung, dass sie an der Anlagestelle der Aufnahmeeinrichtung identisch anliegen. Die Kraftaufnahmeeinrichtung weist der Krafterzeugungseinrichtung, insbesondere dem Kontaktelement, zugewandt eine Kugelsegmentfläche auf. Die Kugelsegmentfläche ist an ihrer Außenseite wie ein Kugelsegment, beispielsweise eine Halbkugel, geformt. Die Kugelsegmentfläche kann Teil eines massiven Kugelsegments sein. Das Kontaktelement der Krafterzeugungseinrichtung kann beispielsweise als eine ebene Fläche ausgebildet sein. Über das Kontaktelement wird die von der Krafterzeugungseinrichtung definierte Kraft auf die Kugelsegmentfläche übertragen. Von der Kugelsegmentfläche wird die Kraft mittels der Kraftaufnahmeeinrichtung auf die Aufnahmeeinrichtung übertragen, so dass der Steg verformt wird. Das von der Detektionseinrichtung erzeugte Messsignal wird ausgelesen und in Verbindung mit der Prüfkraft gesetzt. Auf diese Weise wird die Vorrichtung, insbesondere der Zusammenhang, kalibriert. Die Verwendung der Kugelsegmentfläche hat den Vorteil, dass die Prüfkraft zentrisch, reibungsfrei und/oder momentfrei eingeleitet wird. Daher kann eine parallel und insbesondere identisch zu der optischen Achse wirkende Prüfkraft auf die Aufnahmeeinrichtung aufgebracht werden. Dadurch werden, wenn drei Messeinrichtungen verwendet werden und diese symmetrisch angeordnet sind, diese gleich belastet. Dies vereinfacht die Kalibrierung.
Um die Prüfkraft zentrisch zu der Aufnahmeeinrichtung und insbesondere eine identisch zu der optischen Achse wirkende Prüfkraft aufzubringen, ist es bevorzugt, dass die optische Achse eine Symmetrieachse der Kugelsegmentfläche darstellt. Ein Radius der Kugelsegmentfläche liegt demnach auf der optischen Achse.
Die Krafterzeugungseinrichtung ist optional derart ausgebildet, dass sie eine definierte Prüfkraft wegunabhängig bereitstellt. Dazu ist die Krafterzeugungseinrichtung in einer Weiterbildung derart ausgebildet, dass sie einen Balken mit einem ersten und einem zweiten Ende umfasst, wobei der Balken zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende drehbar gelagert ist, wobei das Kontaktelement an dem ersten Ende angeordnet ist und wobei an dem zweiten Ende ein Befestigungselement zum Anbringen von Gewichten vorgesehen ist. Die Krafterzeugungseinrichtung kann beispielsweise als eine Balkenwaage ausgebildet sein. Der Balken ist um eine Drehachse drehbar gelagert, wobei die Drehachse optional mit dem Schwerpunkt des Balkens zusammenfällt, so dass wenn keine Gewichte in dem Befestigungselement angeordnet sind, der Balken im Gleichgewicht bezogen auf seine Symmetrieachse ist. Dazu können beispielsweise an dem Balken verschiebbare Justierungsgewichte angeordnet sein, um den Balken auszutarieren.
An dem ersten Ende ist das Kontaktelement und auf der anderen Seite ist das Befestigungselement zum Anbringen von Gewichten vorgesehen. Das Befestigungselement kann beispielsweise ein Stab mit einer Aufnahmefläche sein, auf welchem die Gewichte aufgeschoben werden können.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines ophthalmologischen Systems;
2 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch eine ophthalmologische Vorrichtung des ophthalmologischen Systems von 1;
3 eine perspektivische vergrößerte Darstellung einer Verformungseinrichtung der ophthalmologischen Vorrichtung von 2;
4 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung der ophthalmologischen Vorrichtung von 2;
5 eine perspektivische Darstellung der ophthalmologischen Vorrichtung von 2 und einer Kalibriereinrichtung;
6 eine Draufsicht auf die ophthalmologische Vorrichtung und die Kalibriervorrichtung von 5;
7 einen Verlauf der durch eine Messeinrichtung der ophthalmologischen Vorrichtung erzeugten Messsignale in Abhängigkeit von einem Winkel von auf die ophthalmologische Vorrichtung aufgebrachten Kräfte; und
8 eine grafische Darstellung des Betrags der in 7 dargestellten Messsignale.

Ein ophthalmologisches System 10 umfasst eine ophthalmologische Vorrichtung 12, ein Gehäuse 13, welches einen Grundkörper 14, mindestens einen Stützarm 16 und/oder mindestens einen Antrieb 18 aufweist, sowie optional eine Laserbehandlungsvorrichtung 20 und/oder ein Operationsmikroskop 22. Die Vorrichtung 12 liegt an einem Auge 24 eines Patienten an. Die Vorrichtung 12 ist gegenüber dem Grundkörper 14 in vielen verschiedenen Positionen positionierbar. Das Gehäuse 13 kann als jede Einrichtung ausgestaltet sein, welche die ophthalmologische Vorrichtung 12 stützt. In der in 1 dargestellten Ausführungsform stützt der Grundkörper 14 des Gehäuses 13 den Stützarm 16 des Gehäuses 13 sowie die daran angebrachten Elemente. Der Grundkörper 14 kann beispielsweise mit einer Wand befestigt sein. Der Stützarm 16 weist mehrere Gelenke 26 auf, so dass ein freies Ende des Stützarms 16 gegenüber dem Grundkörper 14 verändert werden kann. Das freie Ende des Stützarms 16 kann mit Hilfe des Antriebs 18 bewegt werden. Der Antrieb 18 kann beispielsweise an jedem Gelenk 26 vorgesehen sein, um den jeweiligen Abschnitt des Stützarms 16 bewegen zu können. Der Antrieb 18 kann beispielsweise einen Motor oder eine Feder umfassen. Ferner ist der Antrieb 18 mit einer Steuereinrichtung 28 verbunden, beispielsweise über in 1 nicht eingezeichnete Leitungen. Die Steuereinrichtung 28 kann den Antrieb 18 derart ansteuern, dass das freie Ende des Stützarms 16 in der gewünschten Lage positionierbar ist. An dem freien Ende des einen Stützarms 16 sind die Vorrichtung 12 sowie die Laserbehandlungsvorrichtung 20 vorgesehen. Die Laserbehandlungsvorrichtung 20 kann wie aus dem Stand der Technik bekannte Laserbehandlungsvorrichtungen zur Behandlung des Auges 24 ausgebildet sein. An dem freien Ende des anderen Stützarms 16 kann das Operationsmikroskop 22 vorgesehen sein. Dieses Operationsmikroskop 22 kann wie Operationsmikroskope aus dem Stand der Technik aufgebaut sein.
Die Vorrichtung 12 weist eine Auswerteeinrichtung 29, eine Anschlusseinrichtung 30, eine Aufnahmeeinrichtung 32 und eine Verformungseinrichtung 34 auf. Die Anschlusseinrichtung 30 ist mit dem freien Ende des Stützarms 16 verbunden. Zum Beispiel ist ferner eines der Gelenke 26 zwischen dem freien Ende des Stützarms 16 und der Anschlusseinrichtung 30 vorgesehen. Ferner ist die Laserbehandlungsvorrichtung 20 an der Anschlusseinrichtung 30 befestigt. Die Anschlusseinrichtung 30 weist, wie dies insbesondere in 4 zu erkennen ist, ein Durchgangselement 36 auf, mittels welchem Strahlung oder Wellen von der Laserbehandlungsvorrichtung 20 und/oder dem Operationsmikroskop 22 über die Aufnahmeeinrichtung 32 zu dem Auge 24 geführt werden kann. Das Durchgangselement 36 kann eine Optik umfassen, ist im einfachsten Fall aber nur eine Durchgangsöffnung. Das Durchgangselement 36 ist optional zentral in der Anschlusseinrichtung 30 angeordnet und definiert eine optische Achse OA. Die Anschlusseinrichtung 30 kann beispielsweise als ringförmige Platte ausgebildet sein.
Die Aufnahmeeinrichtung 32 ist über die Verformungseinrichtung 34 mit der Anschlusseinrichtung 30 verbunden. Die Verformungseinrichtung 34 weist einen, optional drei, Verformungskörper 38, auf, welche optional jeweils an einem ersten Ende 38a mit einem ersten Körper 40 und an einem zweiten Ende 38b einem zweiten Körper 42 verbunden sind. Der Verformungskörper 38 ist starr mit dem ersten Körper 40 und dem zweiten Körper 42 verbunden, so dass die Aufnahmeeinrichtung 32 und die Anschlusseinrichtung 30 starr mit dem Verformungskörper 38 verbunden sind. Starr bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Elastizität des Verformungskörpers 38 in Richtung der optischen Achse OA um eine, zwei oder drei Größenordnungen größer ist als die Verbindung des Verformungskörpers 38 mit dem ersten Körper 40 und dem zweiten Körper 42. Ferner ist die Elastizität des Verformungskörpers 38 in Richtung der optischen Achse OA um eine, zwei oder drei Größenordnungen größer als Elastizität des ersten Körpers 40, des zweiten Körpers 42, der Aufnahmeeinrichtung 32 und/oder der Anschlusseinrichtung 30. Der Verformungskörper 38, der erste Körper 40 und/oder der zweite Körper 42 können massiv ausgebildet sein. Der Verformungskörper 38 kann als Steg oder Balken ausgebildet sein, welcher sich quer, insbesondere senkrecht, zu der optischen Achse OA erstreckt. Der Verformungskörper 38 erstreckt sich insbesondere entlang eines Umfangs des Durchgangselements 36. Sind optional drei Verformungskörper 38 vorgesehen, so sind diese gleichmäßig in der Umfangsrichtung um das Durchgangselement 36 verteilt, beispielsweise indem sie jeweils um 120° voneinander beabstandet sind, wie dies insbesondere in 6 zu erkennen ist. Der zweite Körper 42 kann als Teil der Anschlusseinrichtung 30 vorgesehen sein. Der zweite Körper 42 kann jedoch auch allein die Anschlusseinrichtung 30 bereitstellen. In diesem Fall ist das Durchgangselement 36 an dem zweiten Körper 42 befestigt. Die Auswerteeinrichtung 29 kann an dem zweiten Körper 42 angebracht sein und Teil der Steuereinrichtung 28 sein.
Die Aufnahmeeinrichtung 32 weist eine Applikatoroptik 44, eine Austrittsoptik 46, einen Lichtleiter 50 und/oder einen Schlauch 52 auf. Die Applikatoroptik 44 kann ebenfalls eine optische Achse aufweisen, die optional mit der optischen Achse OA des Durchgangselements 36 zusammen fällt. Anstelle der Applikatoroptik 44 kann jedoch auch ein Hohlraum vorgesehen sein. In Richtung des Auges 24 ist die Aufnahmeeinrichtung 32 ggf. durch die Austrittsoptik 46 verschlossen. Die Austrittsoptik 46 ist transparent und kann beispielsweise aus Glas oder Kunststoff hergestellt sein. Sie ist im einfachsten Fall als bloße Durchgangsöffnung ausgeführt, kann aber auch je nach Anwendungsgebiet als Linse ausgebildet sein. Sie bildet das dem Auge 24 am nächsten liegende Element zur Strahlenführung der ophthalmologischen Vorrichtung 12. Eine Umfangsfläche der Aufnahmeeinrichtung 32, der Lichtleiter 50 und die Austrittsoptik 46 bilden eine luftdichte Oberfläche, an der ein Patienteninterface 48 anliegen kann. Das Patienteninterface 48 weist eine optionale Interfaceoptik 47 auf und kann eine einmal zu verwendende Optik sein. Die Umfangsfläche der Aufnahmeeinrichtung 32 weist eine, insbesondere ringförmige, Anlagestelle 56 für das Patienteninterface 48 auf. Mit Hilfe des Schlauches 52 kann ein Unterdruck zwischen dem Patienteninterface 48 und der Aufnahmeeinrichtung 32 erzeugt werden, so dass das Patienteninterface 48 an der Aufnahmeeinrichtung 32 hält. Zur Fixierung des Patienteninterfaces 48 an dem Auge 24 kann mittels eines Unterdruckanschlusses 54 ein Unterdruck zwischen dem Auge 24 und dem Patienteninterface 48 erzeugt werden. Auf diese Weise ist die Aufnahmeeinrichtung 32 gegenüber dem Auge 24 des Patienten fixiert. Die Interfaceoptik 47 kann zur Verformung des Auges 24 beitragen und/oder die dem Auge 24 am nächsten liegende Optik bilden.
Die Vorrichtung 12 weist ferner eine Messeinrichtung 58 auf, mittels welcher die Verformung des Verformungskörpers 38 erfasst werden kann. Die Messeinrichtung 58 weist beispielsweise vier Dehnungsmessstreifen 60 auf, wobei zwei der Dehnungsmessstreifen 60 an einer Oberseite des Verformungskörpers 38 und zwei Dehnungsmessstreifen 60 an einer Unterseite des Verformungskörpers 38 angebracht sind. Die Dehnungsmessstreifen 60 können Halbleiter-Dehnungsmessstreifen sein, deren Widerstand sich abhängig von einer Dehnung oder Stauchung der Dehnungsmessstreifen 60 ändert. Der Verformungskörper 38 wirkt wie ein zweiseitig eingespannter Balken, so dass zwei der Dehnungsmessstreifen 60 eine Stauchung des Verformungskörpers 38 registrieren und die beiden anderen Dehnungsmessstreifen 60 eine Dehnung des Verformungskörpers 38. Die Dehnungsmessstreifen 60 sind mit der Auswerteeinrichtung 29 über nicht eingezeichnete Leitungen verbunden. Die Auswerteeinrichtung 29 kann einen Anschluss zur Weiterleitung von Signalen an die Steuereinrichtung 28 aufweisen. Die Dehnungsmessstreifen 60 sind wie eine Wheatstone'sche Brücke geschaltet, wobei die Brückenspannung als Messsignal von der Auswerteeinrichtung 29 weiter verarbeitet wird. Die Dehnungsmessstreifen 60 sind an dem Verformungskörper 38 geklebt.
Die Vorrichtung 12 weist ferner einen Temperatursensor 62 (siehe 3) auf, mittels welchem die an der Messeinrichtung 58 vorherrschende Temperatur detektiert werden kann. Der Temperatursensor 62 ist optional an dem ersten Körper 40 vorgesehen. Da der erste Körper 40 in thermischen Kontakt mit dem Verformungsköper 38 ist, kann mittels des Temperatursensors 62 die Temperatur der Dehnungsmessstreifen 60 bestimmt werden. Der Temperatursensor 62 ist über nicht eingezeichnete Leitungen mit der Auswerteeinrichtung 29 und/oder der Steuereinrichtung 28 verbunden.
Die Vorrichtung 12 weist ferner eine einen Anschlag aufweisende Begrenzungseinrichtung 64 auf, mittels welcher die Bewegung der Aufnahmeeinrichtung 32 gegenüber der Anschlusseinrichtung 30 begrenzt werden kann. Dies dient dazu, eine Beschädigung des Verformungskörpers 38 zu vermeiden, insbesondere dass sich der Verformungskörper 38 bis in den plastischen Bereich hinein verformt. Durch die Begrenzungseinrichtung 64 kann erreicht werden, dass der Verformungskörper 38 lediglich in seinem elastischen Bereich verformt wird. Die Begrenzungseinrichtung 64 kann beispielsweise durch mindestens einen Spalt 66 realisiert sein, der wie in 4 gezeigt, zwischen der Anschlusseinrichtung 30 und dem ersten Körper 40 vorgesehen ist. Die Anschlusseinrichtung 30 dient hierbei als Anschlag für den ersten Körper 40. Auf diese Weise kann eine Bewegung der Aufnahmeeinrichtung 32 in Richtung der optischen Achse OA auf die Anschlusseinrichtung 30 hin begrenzt werden. Der Spalt 66 hat beispielsweise eine Breite von 100 - 150 µm (je nach Teiletoleranz). Dies gewährleistet dennoch die Verwendung im elastischen Bereich. Das Nutzsignal wird innerhalb einer zulässigen Bewegung von z. B. 5 µm gemessen. Um auch eine Begrenzung der Bewegung der Aufnahmeeinrichtung 32 von der Anschlusseinrichtung 30 entlang der optischen Achse OA weg zu begrenzen, umfasst die Begrenzungseinrichtung 64 einen Stift 68, der von der Anschlusseinrichtung 30 parallel zur optischen Achse OA vorsteht und an dessen Ende ein Vorsprung 70 angebracht ist. Der Stift 68 verläuft beispielsweise durch einen Durchgang 72 in dem ersten Körper 40, wobei der Vorsprung 70 den ersten Körper 40 hintergreift. Zwischen dem ersten Körper 40 und dem Vorsprung 70 ist ebenfalls ein Spalt 66 zur Begrenzung der Bewegung der Aufnahmeeinrichtung 32 weg von der Anschlusseinrichtung 30 vorgesehen. Darüber hinaus ist zwischen dem Stift 68 und dem Durchgang 72 ebenfalls ein Spalt 66 vorgesehen, so dass eine Bewegung senkrecht zu der optischen Achse OA durch den Stift 68 und den Durchgang 72 begrenzt wird.
Wie dies insbesondere in 4 zu erkennen ist, umfasst die Vorrichtung 12 ferner eine Beleuchtungseinrichtung 74. Die Beleuchtungseinrichtung 74 weist eine Auskoppelstelle 76, die an der Anschlusseinrichtung 30, optional an dem zweiten Körper 42 befestigt ist, und einen Lichtleiter 50 auf, welcher an der Aufnahmeeinrichtung 32 angebracht ist. Die von der Auskoppelstelle 76 zur Verfügung gestellte Strahlung wird über den Lichtleiter 50 und das Patienteninterface 48 in das Auge 24 geleitet. Zwischen der Auskoppelstelle 76 und dem Lichtleiter 50, insbesondere einer Einkoppelstelle 50a des Lichtleiters 50, ist ein Freiraum größer oder gleich als der Bewegungsspielraum, der durch die Begrenzungseinrichtung 64 zur Verfügung gestellt wird, vorgesehen. Der Lichtleiter 50 weist beispielsweise nahe der Auskoppelstelle 76 die Einkoppelstelle 50a auf und benachbart zu dem Patienteninterface 48 eine Lichtausgabefläche. Die von der Auskoppelstelle 76 zur Verfügung gestellte Strahlung wird von der Einkoppelstelle 50a in den Lichtleiter 50 eingekoppelt.
Die Vorrichtung 12 weist ferner eine Kalibrierungseinrichtung 78 auf, welche eine Krafterzeugungseinrichtung 80 und eine Kraftaufnahmeeinrichtung 82 aufweist. Die Kraftaufnahmeeinrichtung 82 wird optional anstelle des Patienteninterfaces 48 an der Aufnahmeeinrichtung 32, insbesondere auf die gleiche Weise wie das Patienteninterface 48, angebracht. Dazu kann die Kraftaufnahmeeinrichtung 82 an dessen zu der Aufnahmeeinrichtung 32 zugewandten Seite wie das Patienteninterface 48 ausgebildet sein. Insbesondere liegt die Kraftaufnahmeeinrichtung 82 auch an der Anlagestelle 56 an. Ferner weist die Kraftaufnahmeeinrichtung 82 eine Kugelsegmentfläche 84 auf, welche in Richtung der Krafterzeugungseinrichtung 80, insbesondere ein Kontaktelement 86 der Krafterzeugungseinrichtung 80, zugewandt ist. Die Kugelsegmentfläche 84 wird optional durch ein Kugelsegment gebildet, wobei ein Mittelpunkt des Kugelsegments auf der optischen Achse OA liegt, so dass die Kugelsegmentfläche 84 zu der optischen Achse OA symmetrisch ist. Durch die Kugelsegmentfläche 84 kann die durch die Krafterzeugungseinrichtung 80 erzeugte Prüfkraft reibungsfrei, momentfrei und/oder zentral auf die Aufnahmeeinrichtung 32 aufgebracht werden.
Die Krafterzeugungseinrichtung 80 weist einen Balken 88 mit einem ersten Ende 90 und einem zweiten Ende 92 auf. An dem ersten Ende 90 ist das Kontaktelement 86 vorgesehen, während an dem zweiten Ende 92 ein Befestigungselement 96 zum Anbringen von Gewichten angeordnet ist. Der Balken 88 ist um eine Drehachse 94 drehbar gelagert. Der Balken 88 und das Befestigungselement 96 sowie das Kontaktelement 86 weisen einen Schwerpunkt auf, der mit der Drehachse 94 zusammenfällt. Dazu können an dem ersten Ende 90 und dem zweiten Ende 92 Justierungsgewichte vorgesehen sein.
Zur Kalibration der Vorrichtung 12 wird mittels der Kalibriereinrichtung 78 eine vorbestimmte Prüfkraft auf die Aufnahmeeinrichtung 32 aufgebracht. Dies erfolgt bei einer vorbestimmten Temperatur, welche mittels des Temperatursensors 62 erfasst wird. Im Anschluss daran wird das Messsignal, das durch die Messeinrichtung 58, insbesondere durch die Brückenspannung der Wheatstone'schen Brücke der Dehnungsmessstreifen 60, von der Auswerteeinrichtung 29 erfasst. Der Zusammenhang zwischen Temperatur und Messsignal einerseits und der entsprechenden Prüfkraft andererseits wird in einem Zusammenhang, beispielsweise einer Lookup-Tabelle, hinterlegt. Die Prüfkraft wird dabei zentral aufgebracht, so dass jede der drei Messeinrichtungen 58 das gleiche Messsignal erzeugt. Dies wird für die verschiedensten Prüfkräfte und Temperaturen wiederholt.
Befindet sich die Aufnahmeeinrichtung 32 über das Patienteninterface 48 in Kontakt mit dem Auge 24 und wird von dem Auge 24 auf der Aufnahmeeinrichtung 32 eine Druckkraft erzeugt, so wird mit Hilfe des Verformungskörpers 38 und der Messeinrichtung 58 ein Messsignal erzeugt. Werden drei Messeinrichtungen 58 und drei Verformungskörper 38 verwendet, so wird für jeden der Messsignale ein Betrag der Kraft bestimmt. Die Summe der Beträge der Kräfte ist die wirkende Kraft, wobei dessen Mittelwert der Kräfte der Anteil der Kraft entlang der optischen Achse OA ist. Die Differenz der jeweiligen Kräfte zum Mittelwert repräsentieren die Kraftanteile senkrecht zu der optischen Achse OA. Die einzelnen Messsignale weisen abhängig von der Richtung der auf die Aufnahmeeinrichtung 32 wirkenden Kraft einen sinusförmigen Verlauf auf, wie dies beispielsweise in 7 normiert dargestellt ist. Um nun die Richtung der Kraft zu bestimmen, wird verglichen, wo die drei Messsignale zu den winkelabhängigen Verläufen der einzelnen Messsignale den geringsten Abstand haben. Dies gibt dann die Richtung der Kraft an.
Das oben beschriebene Vorgehen benötigt eine umfangreiche Tabelle für die Zuordnung der einzelnen Messwerte zu der Richtung der entsprechenden Kraft. Wenn die Auswerteeinrichtung 29 als ein Mikrocontroller ausgebildet ist, ist es manchmal nicht möglich, eine solche Tabelle vorzuhalten. Daher kann in diesem Fall folgendes Vorgehen herangezogen werden. In 8 wird der Betrag der Änderung der jeweiligen Messsignale auf 1000 normiert dargestellt. Man erkennt, dass die Messsignale zwischen 0 und 30° abwechselnd gespiegelt wiederholt werden. Durch Vorsortieren der drei Messsignale, beispielsweise durch Feststellen welches Messsignal positiv bzw. negativ ist, reicht es, die Tabelle nur in einen Winkelbereich von 30° auszuwerten und anhand der Sortierung einen Winkel-Offset hinzu zu addieren. Auf diese Weise kann der Winkel der Krafteinleitung berechnet werden.
Um die beiden Komponenten in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse OA der Kraft zu berechnen wird der Betrag der Kraft benötigt. Das Messsignal des Dehnungsmessstreifens 1 entspricht dabei sinα × Betrag der Kraft. Der Betrag der Kraft berechnet sich also als Messsignal des Dehnungsmessstreifens 1 / sinα. Für die drei Messsignale wird nun einzeln der Betrag der Kraft bestimmt und der Mittelwert berechnet. Die x-Komponente der auf die Aufnahmeeinrichtung 32 aufgebrachten Kraft ist demnach sinα × Betrag der Kraft, die y-Komponente ist cosα × der Betrag der zuvor bestimmten Kraft, während die z-Komponente, d. h. parallel zur optischen Achse OA, der Mittelwert der drei der aus einzelnen Messsignalen zugeordneten Kräften ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2006/0192921 A1 [0005, 0010]
DE 102005001249 A1 [0013]

Claims

Ophthalmologische Vorrichtung, umfassend - eine Aufnahmeeinrichtung (32) zum Anbringen eines Patienteninterfaces (48) zur Kopplung der Vorrichtung (12) mit einem Auge (24), - eine Anschlusseinrichtung (30) zur Befestigung an einem Gehäuse (13), wobei die Anschlusseinrichtung (30) ein Durchgangselement (36) aufweist, durch welches Strahlung und/oder Wellen zur Abbildung und/oder Behandlung des Auges (24) entlang einer Einfallsachse (OA) laufen/läuft, - mindestens einen Verformungskörper (38), welcher ein erstes Ende (38a), das starr mit der Aufnahmeeinrichtung (32) verbunden ist, und ein zweites Ende (38b), das starr mit der Anschlusseinrichtung (30) verbunden ist, aufweist und welcher durch eine Kraft, welche mindestens teilweise parallel zur Einfallsachse (OA) zwischen der Aufnahmeeinrichtung (32) und der Anschlusseinrichtung (30) wirkt, verformbar ist, - eine Messeinrichtung (58), welche eine Verformung des Verformungskörper (38) detektiert und ein einem Grad der Verformung entsprechendes Messsignal ausgibt, und - eine Auswerteeinrichtung (29), welche mit der Messeinrichtung (58) datentechnisch verbunden ist und aus dem von der Messeinrichtung (58) erzeugten Messsignal eine Größe der wirkenden Kraft bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verformungskörper (38) als Aufnahmeeinrichtung (32) und Anschlusseinrichtung (30) mechanisch verbindender länglicher Steg oder Biegebalken ausgebildet ist, welcher sich quer, insbesondere senkrecht, zur Einfallsachse (OA) längserstreckt.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (58) mindestens einen Dehnungsmessstreifen (60) umfasst, welcher an dem Verformungskörper (38) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verformungskörper (38) vier Dehnungsmessstreifen (60) vorgesehen sind, wobei die Dehnungsmessstreifen (60) zu einer Wheatstone'schen Messbrücke geschaltet sind und das Messsignal die mit der Wheatstone'schen Messbrücke gemessene Spannung umfasst.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Verformungskörper (38) vorgesehen sind, welche um das Durchgangselement (36) verteilt angeordnet sind, wobei die Messeinrichtung (58) die Verformung jedes der drei Verformungskörper (38) erfasst und optional eine Richtung der Kraft ermittelt.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mindestens einen Anschlag aufweisende Begrenzungseinrichtung (64), welche zur Begrenzung der Verformung des Verformungskörpers (38) eine Bewegung der Aufnahmeeinrichtung (32) gegenüber der Anschlusseinrichtung (30) begrenzt, bevorzugt auf max. 20 µm.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (62), welcher die Temperatur misst, wobei in der Auswerteeinrichtung (29) ein Zusammenhang zwischen der Größe der Kraft einerseits und der Temperatur und dem Messsignal andererseits hinterlegt ist und wobei die Auswerteeinrichtung (29) die Größe der Kraft mittels des Zusammenhangs bestimmt.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung (74) zur Beleuchtung des Auges (24), welche mindestens eine an der Anschlusseinrichtung (30) angebrachte Auskoppelstelle (76) und eine an der Aufnahmeeinrichtung (32) angebrachte Einkoppelstelle (50a) zur Aufnahme von an der Auskoppelstelle (76) ausgesandter Strahlung umfasst, wobei zwischen der Auskoppelstelle (76) und der Einkoppelstelle (50a) bei unverformtem Verformungskörper (38) ein Spalt besteht.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kalibrierungseinrichtung (78), wobei die Kalibrierungseinrichtung (78) zur Erzeugung einer Prüfkraft eine Krafterzeugungseinrichtung (80), welche ein Kontaktelement (86) aufweist, und eine Kraftaufnahmeeinrichtung (82) umfasst, wobei die Kraftaufnahmeeinrichtung (82) an der Aufnahmeeinrichtung (32) angebracht ist und eine Kugelsegmentfläche (84), welche zur Übertragung der Prüfkraft auf die Kraftaufnahmeeinrichtung (82) das Kontaktelement (86) berührt, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Symmetrieachse der Kugelsegmentfläche (84) mit der Einfallsachse (OA) zusammenfällt.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterzeugungseinrichtung (80) einen Balken (88) mit einem ersten Ende (90) und einem zweiten Ende (92) umfasst, wobei der Balken (88) zwischen dem ersten Ende (90) und dem zweiten Ende (92) drehbar gelagert ist, das Kontaktelement (86) an dem ersten Ende (90) angeordnet ist und an dem zweiten Ende (92) ein Befestigungselement (96) zum Anbringen von Gewichten vorgesehen ist.
Ophthalmologisches System zur Untersuchung und/oder Behandlung eines Auges (24), umfassend - eine Vorrichtung (12) nach einem der obigen Ansprüche und - ein Gehäuse (13), welches einen Grundkörper (14), einen Stützarm (16), an welchem die Anschlusseinrichtung (30) befestigt ist und mittels welchem die Aufnahmeeinrichtung (32) gegenüber dem Grundkörper (14) positionierbar ist, und einen von einer Steuereinrichtung gesteuerten Antrieb (18), welcher zur Verstellung der Lage der Aufnahmeeinrichtung (32) den Stützarm (16) bewegt, umfasst, und - wobei die Steuereinrichtung (28), falls die Größe der Kraft über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, den Antrieb (18) derart ansteuert, dass die Aufnahmeeinrichtung (32) von dem Auge (24) weg bewegt wird.