DE112019007543T5 - Ophthalmologisches Spaltlampenmikroskop mit einem räumlichen Lichtmodulator - Google Patents

Abstract

Das Mikroskop umfasst eine Beleuchtungseinrichtung (9) mit einem räumlichen Lichtmodulator (24). Das Bild des räumlichen Lichtmodulators (24) wird auf das Target (10) projiziert. Um eine inhomogene räumliche Verteilung der Bestrahlungsstärke von der Beleuchtungseinrichtung (9) zu korrigieren, werden die einzelnen Pixel des räumlichen Lichtmodulators (24) in Abhängigkeit von ihrer Position und unter Berücksichtigung der nicht-korrigierten Verteilung der Bestrahlungsstärke auf unterschiedliche Transmissionen eingestellt.

Description

• Technischer Bereich
• Die Erfindung betrifft ein ophthalmologisches Spaltlampenmikroskop mit einer Beleuchtungseinrichtung, die einen räumlichen Lichtmodulator und eine Beleuchtungsabbildungsoptik aufweist, welche den räumlichen Lichtmodulator auf eine Zielebene projiziert. Das Mikroskop umfasst ferner eine Steuereinheit, die mit dem räumlichen Lichtmodulator verbunden ist, um diesen zu steuern.
• Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb eines solchen ophthalmologischen Spaltlampenmikroskops
• Hintergrund
• DE10151314 beschreibt ein ophthalmologisches Spaltlampenmikroskop mit einem räumlichen Lichtmodulator anstelle eines mechanischen Spaltes. Der räumliche Lichtmodulator kann ein beliebiges Lichtmuster erzeugen, das dann mit Hilfe einer geeigneten Abbildungsoptik auf die Zielebene projiziert wird.
• Um eine gleichmäßige Helligkeit in den hellen Teilen des Musters zu erreichen, muss das Licht der Lichtquelle, das räumlich inhomogen ist, so aufbereitet werden, dass es eine gleichmäßige Bestrahlungsstärke aufweist. Zu diesem Zweck können spezielle, komplexe Strahlformungsoptiken, wie z.B. in US 2005/0270487 beschrieben, verwendet werden.
• Beschreibung der Erfindung
• Die Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung zu lösen ist, besteht darin, ein Mikroskop dieser Art und ein Verfahren zu dessen Betrieb bereitzustellen, bei dem die räumliche Inhomogenität der Beleuchtungseinrichtung keinen oder nur einen geringen Einfluss auf das von der Spaltlampe auf dem Ziel erzeugte Lichtmuster hat.
• Dieses Problem wird durch das ophthalmologische Spaltlampenmikroskop nach Anspruch 1 gelöst. Dementsprechend umfasst das Mikroskop mindestens die folgenden Elemente:
• - Eine Beleuchtungseinrichtung: Dies ist die Komponente, die eine geformte Beleuchtung auf einer Zielebene des Mikroskops erzeugt. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst einen räumlichen Lichtmodulator mit einer Vielzahl von Pixeln sowie eine Abbildungsoptik, die den räumlichen Lichtmodulator auf die Zielebene projiziert. Der räumliche Lichtmodulator bildet den „Spalt“ der Spaltlampe, d.h. er ist der Teil, der das Licht in ein Muster formt, das auf die Zielebene (z.B. auf die Hornhaut des Auges) projiziert wird. Der räumliche Lichtmodulator hat eine Vielzahl von steuerbaren Pixeln. Die Beleuchtungsoptik projiziert den räumlichen Lichtmodulator und damit das von ihm definierte Lichtmuster auf die Zielebene.
• - Eine Steuereinheit: Die Steuereinheit ist mit dem räumlichen Lichtmodulator verbunden, um dessen Pixel zu steuern. Sie umfasst einen Speicher, in dem Profildaten gespeichert sind, welche die „nicht-korrigierte räumliche Verteilung“ der Bestrahlungsstärke des Lichts aus der Beleuchtungseinrichtung beschreiben, wenn sich alle Pixel des räumlichen Lichtmodulators in ihrem eingeschalteten Zustand befinden. Mit anderen Worten, die Profildaten beschreiben zumindest näherungsweise die Inhomogenität des Lichts, das von einem Lichtmodulator erzeugt wird, welcher nicht der Korrektur gemäss der vorliegenden Technik unterliegt.
• Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dazu ausgestaltet, den räumlichen Lichtmodulator in Abhängigkeit von den Profildaten zu steuern.
• Auf diese Weise kann die Steuereinheit zumindest teilweise berücksichtigen, wie sich die Inhomogenität des Lichts der Beleuchtungseinrichtung auf die Helligkeit des Beleuchtungsmusters auswirkt.
• So können inhärente räumliche Inhomogenitäten der Beleuchtungseinrichtung zumindest teilweise auf einfache Weise korrigiert werden.
• Vorteilhafterweise umfasst das Mikroskop außerdem mindestens die folgenden Elemente:
• - Eine Mikroskop-Optik: Die Optik des Mikroskops ist so angeordnet, dass sie ein Bild der Zielebene erzeugt.
• - Eine Kamera: Die Kamera ist so angeordnet, dass sie das Bild von der Mikroskopoptik empfängt, und sie ist mit der Steuereinheit verbunden, so dass die Steuereinheit das Bild empfangen kann.
• Die Steuereinheit ist dazu ausgestaltet, das Bild der Kamera aufzuzeichnen und daraus zumindest einen Teil der Profildaten abzuleiten. Mit anderen Worten, das Mikroskop selbst kann die Profildaten erzeugen oder pflegen, was z.B. die Kalibrierung des Mikroskops für unterschiedliche Gerätekonfigurationen, Lichtquellenalterung, gerätespezifische Unterschiede usw. ermöglicht.
• Zur Durchführung einer solchen Kalibrierung kann ein Standardtarget verwendet werden, z.B. ein Target mit homogenem Reflexionsvermögen.
• Die „nicht-korrigierte räumliche Verteilung“ ist vorteilhafterweise die Verteilung der Bestrahlungsstärke in der Zielebene (welche die konjugierte Ebene (in Bezug auf die abbildende Beleuchtungsoptik) der Ebene des räumlichen Lichtmodulators ist), wenn sich alle ihre Pixel in ihrem Ein-Zustand befinden. In diesem Fall kann die vorliegende Technik die ungleichmäßigen räumlichen Transmissionseigenschaften nicht nur der Lichtquelle(n) und der Optik vor dem räumlichen Lichtmodulator, sondern auch der Beleuchtungsabbildungsoptik berücksichtigen, was die Verwendung einfacherer Komponenten für alle diese Teile ermöglicht.
• Alternativ kann die „nicht-korrigierte räumliche Verteilung“ die räumliche Verteilung des Lichts an der Kamera des Mikroskops sein, wenn sich alle Pixel des räumlichen Lichtmodulators im eingeschalteten Zustand befinden und das Ziel ein Standardziel mit homogenem Reflexionsvermögen in der Zielebene ist. Wenn die Transmission der Abbildung des Targets auf die Kamera räumlich gleichmäßig ist und die abbildende Beleuchtungsoptik richtig positioniert ist, um den räumlichen Lichtmodulator auf das Target abzubilden, ist diese nicht-korrigierte räumliche Verteilung die gleiche wie die nicht-korrigierte räumliche Verteilung gemäß der vorherigen Definition.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit so ausgelegt, dass sie für mindestens eine Teilmenge der Pixel eine Transmission T(x, y) eines Pixels an einem Ort x, y des räumlichen Lichtmodulators proportional zu I(x, y) / I₀ (x, y) setzt, wobei I(x, y) eine gewünschte Bestrahlungsstärke des Lichts an dem Ort x, y ist und I₀ (x, y) die nicht-korrigierte Verteilung der Bestrahlungsstärke von der Beleuchtungsvorrichtung an dem Ort x, y ist, wie sie z.B. aus den Profildaten erhalten wird. Auf diese Weise kann eine effektive Bestrahlungsstärke erzeugt werden, die der gewünschten Bestrahlungsstärke I(x, y) entspricht, wobei die inhomogenen räumlichen Eigenschaften der Beleuchtungseinrichtung kompensiert werden.
• Vorteilhafterweise wird während der Aufnahme eines Bildes mit der Kamera das Pixel des räumlichen Lichtmodulators an der Stelle x, y zwischen seinem transmittierenden Ein-Zustand und seinem nicht transmittierenden Aus-Zustand umgeschaltet, wobei die (Gesamt-)Dauer des Ein-Zustands proportional zur Transmission T(x, y) ist.
• Die Erfindung kann auch als Verfahren zum Betrieb eines solchen ophthalmologischen Spaltlampenmikroskops formuliert werden, das den Schritt der Einstellung einer Transmission einzelner Pixel des räumlichen Lichtmodulators in Abhängigkeit vom Bestrahlungsstärkeprofil umfasst.
• Diese Methode umfasst vorteilhafterweise die verschiedenen Schritte, die die Steuereinheit ausführen kann.
• Figurenliste
• Die Erfindung wird besser verstanden und andere als die oben genannten Ziele werden deutlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung berücksichtigt wird. Diese Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
• 1 zeigt eine Ausführungsform eines ophthalmologischen Mikroskops,
• 2 zeigt eine Ausführungsform der Komponenten der Spaltlampe,
• 3 zeigt ein Beispiel für die nicht-korrigierte räumliche Verteilung der Bestrahlungsstärke sowie die korrigierte Transmission des räumlichen Lichtmodulators in Richtung x,
• 4 zeigt ein Beispiel für die korrigierte effektive Bestrahlungsstärke entlang x,
• 5 zeigt ein Beispiel für eine gewünschte Bestrahlungsstärke entlang x,
• 6 zeigt die nicht-korrigierte räumliche Verteilung der Bestrahlungsstärke sowie die korrigierte Transmission des räumlichen Lichtmodulators für die gewünschte Bestrahlungsstärke von 5, und
• 7 zeigt ein Beispiel für die korrigierte effektive Bestrahlungsstärke entlang x für das Beispiel der 5 und 6.
• Ausführungen zum Durchführen der Erfindung
• Definitionen
• Die „Bestrahlungsstärke“ ist die Lichtleistung pro Fläche, z.B. auf der Zielebene.
• Die „Transmission“ T(x, y) eines Pixels des räumlichen Lichtmodulators an einer Position, die den Koordinaten x, y in der Zielebene entspricht, ist der Prozentsatz der einfallenden Bestrahlungsstärke, der in ausgehende Bestrahlungsstärke umgewandelt wird, die sich durch die Beleuchtungsoptik ausbreitet. Ein Beispiel:
• - Handelt es sich bei dem räumlichen Lichtmodulator um einen DMD, entspricht die Transmission T(x, y) dem prozentualen Anteil des Lichts, das in einem bestimmten Zeitintervall (z.B. im Zeitintervall für die Aufnahme eines Kamerabildes) in die Beleuchtungsoptik reflektiert wird.
• - Handelt es sich bei dem räumlichen Lichtmodulator um ein Array von Lichtquellen, so ist die Transmission T(x, y) als das Verhältnis zwischen der Energie, die das Pixel in einem bestimmten Zeitintervall (z.B. im Zeitintervall für die Aufnahme eines Kamerabildes) tatsächlich abgibt, und der maximalen Energie, die das Pixel in diesem Zeitintervall abgeben könnte, zu verstehen. Wenn die Lichtquellen beispielsweise mit Pulsweitenmodulation betrieben werden, wäre die Transmission das Verhältnis der Einschaltzeit des Pixels zur Intervallzeit.
• Ein „DMD“ ist ein digitales Mikrospiegelgerät, d. h. ein Gerät mit einer Anordnung von beweglichen Spiegeln. Typischerweise sind die Spiegel klein in dem Sinne, dass sie einen Durchmesser von weniger als 100µm haben, und sie sind in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet. DMDs werden in der Regel als MEMS-Bauteile hergestellt.
• Übersicht
• 1 zeigt eine Ausführungsform eines ophthalmologischen Mikroskops, insbesondere eines Spaltlampenmikroskops.
• Das Mikroskop hat eine Basis 1, die z.B. auf einem Tisch ruht, einen translatorisch verschiebbaren Bühne 2, der an der Basis 1 befestigt ist, einen ersten Arm 3 und einen zweiten Arm 4.
• Bühne 2 kann linear in den horizontalen Richtungen x und z gegenüber der Basis 1 verschoben werden.
• Die Arme 3 und 4 sind an der Bühne 2 befestigt und um eine gemeinsame vertikale Schwenkachse 5, d. h. eine Achse parallel zur vertikalen Richtung y, schwenkbar.
• Die Vorrichtung kann außerdem eine Kopfstütze 7 umfassen, die an der Basis 1 befestigt ist und den Kopf des Patienten aufnimmt.
• Der Arm 3 trägt eine Mikroskopvorrichtung 8 und der Arm 4 eine Beleuchtungsvorrichtung 9, z.B. eine Spaltlampe.
• Die Mikroskopvorrichtung 8 hat eine optische Achse 12. Sie umfasst Mikroskopoptiken 14, 15, wie ein Objektiv 14 und eine Zoomoptik 15, die ein Bild des Auges 10 auf eine Kamera 16 und/oder ein Okular 18 projizieren. Ein Strahlteiler 20 kann so angeordnet sein, dass er das Licht zwischen diesen Komponenten aufteilt.
• Beleuchtungsvorrichtung 9, die dazu dient, einen geformten Lichtstrahl auf das zu untersuchende Auge 10 zu projizieren. Sie umfasst eine Lichtquelle 22, einen räumlichen Lichtmodulator 24 und eine abbildende Beleuchtungsoptik 26.
• Die Lichtquelle 22 kann z.B. aus mehreren Einheiten bestehen, die unterschiedliche Wellenlängen ausstrahlen, z.B. im roten, grünen, blauen und infraroten Bereich des optischen Spektrums. Diese Einheiten können separat gesteuert werden, um die Farbe der Lichtquelle 22 zu ändern. Die Beleuchtungsoptik 26 projiziert das Licht des Modulators 24 auf die vordere Oberfläche des Auges 10, z.B. über einen am Arm 4 befestigten Spiegel 28. Es wird angenommen, dass sich die vordere Oberfläche des Auges 10 in einer Zielebene 11 befindet, die die optisch konjugierte Ebene des räumlichen Lichtmodulators 24 in Bezug auf die Beleuchtungsabbildungsoptik 26 ist.
• Die Beleuchtungseinrichtung 9 kann über oder unter dem Spiegel 28 angeordnet sein.
• Eine Steuereinheit 32 steuert die Komponenten des Mikroskops. Sie kann z.B. einen Mikroprozessor 34 und einen Speicher 36 umfassen. Der Mikroprozessor 34 ist so programmiert, dass er die unten beschriebenen Verfahrensschritte ausführt, und der Speicher 36 enthält die entsprechenden Daten und/oder Anweisungen.
• Beleuchtungseinrichtung
• 2 zeigt eine detailliertere Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung 9. Sie ist so konzipiert, dass sie ein Beleuchtungsfeld mit definierten, scharfen Konturen auf das Ziel, z.B. das Auge 10, projiziert. Das Beleuchtungsfeld kann z.B. rund, rechteckig oder schlitzförmig sein. Auch wenn die Beleuchtungseinrichtung hier als „Spaltlampe“ bezeichnet wird, muss das Beleuchtungsfeld keineswegs spaltförmig sein. Es kann jede beliebige Form annehmen.
• In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung 9 vier Lichtquellen 22a - 22d mit unterschiedlichen spektralen Emissionseigenschaften. Sie können beispielsweise eine Infrarotlichtquelle, eine rote Lichtquelle, eine grüne Lichtquelle und eine blaue Lichtquelle umfassen. Vorteilhafterweise sind die Lichtquellen LEDs. Insbesondere kann jede Lichtquelle eine einzelne LED sein.
• Das Licht jeder Lichtquelle wird mit Hilfe der Kollimationsoptiken 40a - 40d im Wesentlichen kollimiert.
• Drei dichroitische Spiegel 42a, 42b, 42c werden verwendet, um das Licht der Lichtquellen 22a - 22d zu kombinieren, so dass es koaxial wird.
• Das kombinierte Licht wird durch eine Homogenisierungsoptik 44 geleitet, wie z.B. eine Fliegenaugenlinsenanordnung, wie sie in US 6507434 beschrieben ist.
• Zwei Zylinderlinsen 46a, 46b, eine weitere Linse 46c sowie die Homogenisierungsoptik 44 verbreitern den Lichtstrahl ebenfalls in einer Richtung, so dass er einen länglichen Querschnitt erhält, z.B. mit einem Verhältnis von Breite zu Höhe von 16:9, um dem typischen Formfaktor von räumlichen Lichtmodulatoren besser zu entsprechen.
• Ein Spiegel 48 lenkt das Licht in eine Anordnung von zwei Prismen 50a, 50b mit einem Spalt 52 zwischen ihnen.
• Der Lichtstrahl passiert Prisma 50a, Spalt 52 und Prisma 50b und erreicht den räumlichen Lichtmodulator 24.
• In der gezeigten Ausführungsform ist der räumliche Lichtmodulator 24 ein DMD mit einer Anordnung von Mikrospiegeln. Die Steuereinheit 32 ist so ausgelegt, dass sie die Ausrichtung jedes Mikrospiegels, z.B. zwischen einer ersten und einer zweiten Position, steuert.
• Wenn sich die Mikrospiegel in der ersten Position befinden, wird das Licht in das Prisma 50b zurückreflektiert, und zwar in eine Richtung, die in 2 mit 54 bezeichnet ist. Licht, das sich entlang dieser Richtung 54 ausbreitet, wird an der Grenzfläche zwischen dem zweiten Prisma 50b und dem Spalt 52 total reflektiert und in eine Richtung reflektiert, die in 2 mit 56 bezeichnet ist.
• Wenn sich die Mikrospiegel in der zweiten Position befinden, wird das Licht immer noch in das Prisma 50b zurückreflektiert, aber entlang einer anderen Richtung (in 2 nicht dargestellt), entlang der es die Bedingungen für die Totalreflexion an der Oberfläche zum Spalt 52 nicht erfüllt. Der kleine Anteil, der noch an dieser Oberfläche reflektiert wird, läuft in eine andere Richtung als die Richtung 56 und wird von der im Folgenden beschriebenen Beleuchtungsoptik 26 nicht weiter verarbeitet.
• Daher kann die Steuereinheit 32 jedes Pixel (jeden Mikrospiegel) des räumlichen Lichtmodulators 24 einzeln in einen Ein- und einen Aus-Zustand versetzen und so die Kontur und Form des Lichtfeldes am Ziel 10 (das sich in der Zielebene 11 der Beleuchtungsvorrichtung befinden soll) festlegen.
• Das Licht von den Pixeln tritt in die Beleuchtungsoptik 26 ein, die eine oder mehrere Linsen enthalten kann. Von dort aus kann es den Spiegel 28 durchlaufen, um zum Ziel 10 zu gelangen.
• Die Beleuchtungsabbildungsoptik bildet den räumlichen Lichtmodulator 24 auf das Ziel 10 ab, d. h. das Ziel 10 befindet sich in der Zielebene 11, die in Bezug auf die Beleuchtungsabbildungsoptik 26 die konjugierte Ebene der Ebene 62 des räumlichen Lichtmodulators 24 ist.
• Bestrahlungsstärkeverteilung
• 3 zeigt die „nicht-korrigierte räumliche Bestrahlungsstärkeverteilung“ I₀ (x, y) an der Stelle der Platte 11, wenn sich alle Pixel des räumlichen Lichtmodulators 24 im eingeschalteten Zustand befinden.
• Wie man sieht, ist die Bestrahlungsstärke I₀ (x, y) in der gezeigten Ausführungsform nahe der optischen Ausgangsachse der Beleuchtungseinrichtung 9 (d. h. an der Stelle x = 0 in 3) am größten und kann z.B. in diesem Bereich im Wesentlichen unabhängig von x sein, beginnt dann aber für größere Werte von |x| abzunehmen. Dies ist auf die Beschränkungen der Optik und der Lichtquellen in der Beleuchtungsvorrichtung 9 zurückzuführen.
• Die Inhomogenität der nicht-korrigierten Bestrahlungsstärke ist bei kleinen Schlitzen von Vorteil (d. h. wenn der räumliche Lichtmodulator 24 z.B. so gesteuert wird, dass er eine Schlitzbeleuchtung zwischen x = -1 und x = 1 erzeugt, während alle anderen Pixel ausgeschaltet sind), da kleine Schlitze von der hohen Helligkeit in der Mitte des Lichtfelds profitieren können.
• Wenn das Zielobjekt jedoch über einen größeren Bereich beleuchtet werden soll, kann sich diese Inhomogenität bemerkbar machen und die Qualität der in der Mikroskopvorrichtung 8 beobachteten Bilder beeinträchtigen. Auch wenn es möglich ist, die Optik so zu verändern, dass die Homogenität in den äußeren Bereichen verbessert wird, würde dies zu Lasten der Helligkeit in der Mitte des Feldes gehen, d. h. der Helligkeit, die für kleine Schlitze genutzt werden kann.
• Damit kann das Steuergerät 32 in eine korrigierte Betriebsart versetzt werden, deren Merkmale im Folgenden beschrieben werden.
• Insbesondere speichert die Steuereinheit 32 „Profildaten“ im Speicher 36. Diese Profildaten beschreiben die nicht-korrigierte räumliche Verteilung I₀(x, y) der Bestrahlungsstärke, wenn sich alle Pixel des räumlichen Lichtmodulators im Ein-Zustand befinden.
• Wenn nun das Ziel 10 beleuchtet wird, kann die Steuereinheit 32 das Licht mit Hilfe des räumlichen Lichtmodulators 24 in Abhängigkeit von diesen Profildaten pulsbreitenmodulieren.
• Mit anderen Worten: Die Steuereinheit 32 schaltet ein Pixel, das einer Position x, y entspricht, z.B. für die Zeitspannen t_on und toff zwischen seinem Einschalt- und seinem Ausschaltzustand hin und her, wodurch im Zeitintervall t_on + t_off eine gemittelte Transmission T(x, y) = ton/(ton + toff) entsteht. Für die Pixel, die hell sein sollen, wird die gemittelte Transmission z.B. so gewählt, dass zumindest in einem bestimmten Bereich um die optische Achse der Beleuchtungseinrichtung 9 die folgende Bedingung gilt: $$\text{T}\left(\text{x},\text{y}\right)=\text{I}/{\text{I}}_0\left(\text{x},\text{y}\right),$$

  

  wobei I eine Konstante ist, die für alle Pixel im Ein-Zustand gleich ist.
• Die Gesamtintervallzeit t_on + toff entspricht vorteilhaft der Zeit für die Aufnahme eines Bildes mit der Kamera 16. Daher wird im Allgemeinen jedes Pixel (das nicht die maximale Transmission haben sollte) während eines Teils des Zeitintervalls, in dem das Bild aufgenommen wird, ausgeschaltet.
• 3 zeigt ein Beispiel für T(x, y) in einer gepunkteten Linie, mit I = 50 in den beliebigen Bestrahlungsstärkeeinheiten des Diagramms.
• Wie man sieht, kann die Bedingung (1) nur für eine Teilmenge der Pixel aufrechterhalten werden, nämlich dann, wenn T(x, y) aus Gl. (1) kleiner oder gleich 100% ist.
• T(x, y) in 3 illustriert die Situation, in der alle Pixel hell sein sollten.
• Die effektive (zeitgemittelte) Bestrahlungsstärke I_eff(x, y) in der Zielebene 11 ist proportional gegeben durch $${\text{I}}_{\text{eff}}\left(\text{x},\text{y}\right)\sim \text{T}\left(\text{x},\text{y}\right)\cdot {\text{I}}_0\left(\text{x},\text{y}\right)$$

  

  wobei ~ die Proportionalität beschreibt. Ein Diagramm von I_eff(x, y) als Funktion von x für das Beispiel von 3 ist in 4 dargestellt.
• Wie aus den Gleichungen (1) und (2) hervorgeht, ist I_eff(x, y) konstant (proportional zu I) für diejenigen Pixel, bei denen Gleichung (1) eingehalten werden kann. (1). Außerhalb dieses Bereichs (d. h. außerhalb von |x| > 10 in 4) sinkt I_eff(x, y) auf niedrigere Werte.
• Wie ein Vergleich von I₀ (x, y) und I_eff(x, y) in den und zeigt, lässt sich mit dieser Technik der Bereich erweitern, in dem eine homogene Ausleuchtung erreicht werden kann.
• Die und zeigen eine Ausführungsform, bei der die Beleuchtungseinrichtung 9 zur Erzeugung eines Beleuchtungsmusters maximaler Größe verwendet wird.
• In vielen Situationen begrenzt der Benutzer die Größe des beleuchteten Bereichs auf der Zielebene 11. Dies ist in den 5 bis 7 dargestellt.
• Hier sollte das Gerät eine gewünschte Bestrahlungsstärke I(x, y) auf der Zielebene 11 erzeugen, wie in 5 gezeigt. In vielen Anwendungen ist diese gewünschte Bestrahlungsstärke ein binäres Muster, das die Pixel des Beleuchtungsfeldes definiert, die hell und dunkel sein sollen, z.B. mit den hellen Pixeln, die den Wert 1 haben, und den dunklen Pixeln, die den Wert 0 haben.
• In diesem Fall werden nur die Pixel, bei denen I(x, y) ungleich Null ist, gemäß Gleichung (1) in den Transmissionszustand versetzt, während alle anderen in ihrem Aus-Zustand verbleiben.
• Da im Beispiel von 5 die gewünschte Bestrahlungsstärke I(x, y) nur dort ungleich Null ist, wo die nicht-korrigierte räumliche Verteilung I₀(x, y) kleiner ist als I aus Gl. (1), hat die resultierende effektive Bestrahlung I_eff(x, y), wie in 7 gezeigt, eine konstante Bestrahlungsstärke innerhalb der beleuchteten Teile des Musters.
• Es ist zu beachten, dass die Konstante I in Abhängigkeit von der gewünschten Bestrahlungsstärke I(x, y) festgelegt werden kann, indem man das Minimum Imin der effektiven Bestrahlungsstärke an jedem Pixel bestimmt, das bei der gewünschten Bestrahlungsstärke I(x, y) hell ist, und dann z.B. I = Imin verwendet oder, allgemeiner, die Konstante I als Funktion von Imin wählt, z.B. 1 = c·I_min, wobei c ein konstanter Wert für alle Pixel ist. Auf diese Weise lässt sich eine optimal helle, aber gleichmäßige Ausleuchtung erzielen
• Profil-Daten
• Wie bereits erwähnt, enthält der Speicher 36 Profildaten, welche die nicht-korrigierte räumliche Verteilung I₀(x, y) der Bestrahlungsstärke beschreiben. Der Speicher 36 kann zum Beispiel Folgendes speichern:
• - I₀(x, y) für alle Pixel des räumlichen Lichtmodulators 24.
• - T(x, y) für alle Pixel des räumlichen Lichtmodulators 24, wie in Gleichung (1) angegeben.
• - Jede andere Transformation der nicht-korrigierten räumlichen Verteilung I₀(x, y)
• - Jegliche Parameter, die es ermöglichen, eine der oben genannten Informationen zumindest näherungsweise zu berechnen, z.B. Parameter einer Modellfunktion, die I₀(x, y) oder T(x, y) annähert.
• Die Profildaten können bei einer Kalibrierungsmessung gewonnen werden, z.B. beim Hersteller des Mikroskops bei der Herstellung oder Wartung des Mikroskops. Die Kalibrierungsmessung kann aber auch beim Benutzer selbst durchgeführt werden.
• Um ein Höchstmaß an Flexibilität zu erreichen, ist die Steuereinheit 32 vorteilhafterweise in der Lage, eine solche Kalibrierung vorzunehmen.
• Eine solche Kalibrierung kann insbesondere durch die Aufnahme eines Bildes mit der Kamera 16 und die Verarbeitung dieses Bildes zur Herleitung von Informationen über die nicht-korrigierte Bestrahlungsstärkeverteilung I₀(x, y) erfolgen.
• Vorteilhafterweise wird ein Standardziel in der Ebene 11 platziert. Dieses Standardziel hat eine homogene, nicht spiegelnde Reflexion entlang der Richtungen x und y. Dann werden alle Pixel des räumlichen Lichtmodulators 24 auf dieselbe Transmission eingestellt, z.B. in den vollständig eingeschalteten Zustand versetzt.
• Dann wird die Mikroskopvorrichtung 8 auf das Standardtarget fokussiert und mit der Kamera 16 ein Bild aufgenommen.
• Unter der Annahme, dass die abbildende Optik des Mikroskopgeräts 8 vernachlässigbare räumliche Transmissionsinhomogenitäten über den gesamten beleuchteten Bereich aufweist, stellt das aufgenommene Bild die nicht-korrigierte räumliche Verteilung I₀(x, y) der Bestrahlungsstärke dar. Daraus können die Profildaten berechnet und im Speicher 36 abgelegt werden.
• Die Schritte der Steuerung des räumlichen Lichtmodulators 24, der Aufnahme des Bildes mit der Kamera 16 und der Ableitung der Profildaten können von der Steuereinheit 32 automatisch durchgeführt werden.
• Anmerkungen
• In den obigen Beispielen ist die gewünschte Bestrahlungsstärke I(x, y) ein binäres Muster, das Pixel definiert, die hell oder dunkel sind, ohne einen Zustand dazwischen. Es ist jedoch zu beachten, dass die hier beschriebene Technik auch für gewünschte Bestrahlungsstärken I(x, y) mit mehr als zwei möglichen Werten verwendet werden kann. In diesem Fall kann die Transmission T(x, y) wie folgt berechnet werden $$\text{T}\left(\text{x},\text{y}\right)=\text{I}\left(\text{x},\text{y}\right){\text{/I}}_0\left(\text{x},\text{y}\right)$$

  
• Die gewünschte Bestrahlungsstärke I(x, y) kann beispielsweise ein Gradient sein, oder die Bildverarbeitung des aktuellen, von der Kamera 16 aufgenommenen Bildes kann dazu verwendet werden, die Bestrahlungsstärke an einer bestimmten Stelle des Auges, z.B. an einer Stelle von besonderem Interesse, zu erhöhen, während an anderen Teilen des Auges eine mittlere Beleuchtungsstärke beibehalten und an noch weiteren Teilen des Auges die Beleuchtung unterdrückt wird.
• In der obigen Ausführungsform ist der räumliche Lichtmodulator 24 ein DMD. Er kann jedoch auch auf anderen räumlichen Lichtmodulationstechniken beruhen. So kann es sich beispielsweise um ein TFT- oder LCoS-Gerät handeln.
• Ferner kann der räumliche Lichtmodulator eine Anordnung von Lichtquellen als seine Pixel umfassen, wobei die Lichtquellen und der räumliche Lichtmodulator in einem einzigen Gerät kombiniert sind.
• Wenn die Beleuchtungsvorrichtung 9 mehrere Lichtquellen 22a - 22d umfasst, deren Licht durch den räumlichen Lichtmodulator 24 räumlich moduliert wird, und die Lichtquellen 22a - 22d unterschiedliche räumliche Emissionscharakteristiken aufweisen, kann der Speicher 36 Profildaten für jede von ihnen enthalten. In diesem Fall kann die Steuereinheit 32 zumindest einige der Lichtquellen 22a - 22d nacheinander oder zumindest getrennt betreiben und die entsprechenden Profildaten auf jede von ihnen anwenden. Wenn beispielsweise die erste Lichtquelle 22a eingeschaltet ist, können die Pixel einzeln pulsbreitenmoduliert werden, um die gewünschte Transmission T(x, y) für die erste Lichtquelle 22a zu erzeugen.
• Während die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben werden, ist es klar zu verstehen, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern in anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche verkörpert und praktiziert werden kann.
• 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
• DE 10151314 [0003]
• US 2005/0270487 [0004]
• US 6507434 [0038]

Claims (15)

1. Ein ophthalmologisches Spaltlampenmikroskop umfassen eine Beleuchtungsvorrichtung (9) mit - einen räumlichen Lichtmodulator (24) mit einer Vielzahl von Pixeln und - einer Beleuchtungsabbildungsoptik (26), die den räumlichen Lichtmodulator (24) auf eine Zielebene (11) projiziert, und einer Steuereinheit (32), die mit dem räumlichen Lichtmodulator (24) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (32) einen Speicher (36) umfasst, der Profildaten speichert, die eine nicht-korrigierte räumliche Verteilung der Bestrahlungsstärke des Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung (9) beschreiben, wenn alle Pixel des räumlichen Lichtmodulators (24) in einem Ein-Zustand sind, und wobei die Steuereinheit (32) dazu ausgestaltet ist, den räumlichen Lichtmodulator (24) in Abhängigkeit von den Profildaten zu steuern.
2. Das Mikroskop nach Anspruch 1 weiter umfassend eine Mikroskop-Optik (14, 15) und eine Kamera (16), die so angeordnet ist, dass sie ein Bild von der Mikroskopoptik (14, 15) empfängt, und die mit der Steuereinheit (32) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (32) dazu ausgestaltet ist, das Bild aufzuzeichnen und daraus zumindest einen Teil der Profildaten abzuleiten.
3. Mikroskop nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (32) dazu ausgelegt ist, dass sie das Bild aufnimmt, wenn alle Pixel des Lichtmodulators auf gleiche Durchlässigkeit eingestellt sind, insbesondere voll eingeschaltet sind.
4. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinheit (32) dazu ausgelegt ist, dass sie für mindestens eine Teilmenge der Pixel eine Transmission T(x, y) eines Pixels an einer Stelle x, y proportional zu I(x, y) / I₀ (x, y) einstellt, wobei I(x, y) eine gewünschte Bestrahlungsstärke des Lichts an der Stelle x, y ist und I₀(x, y) die nicht-korrigierte räumliche Verteilung der Bestrahlungsstärke an der Stelle x, y ist.
5. Mikroskop nach Anspruch 4, bei dem die gewünschte Bestrahlungsstärke I(x, y) ein binäres Muster ist, das helle und dunkle Pixel definiert, und bei dem die Steuereinheit (32) dazu ausgestaltet ist, dass sie ein Minimum Imin der nicht-korrigierten räumlichen Verteilung I₀(x, y) der Strahlung an jedem hellen Pixel bestimmt und die Transmission T(x, y) an den Pixeln, die eingeschaltet sind, auf c · I_min / I₀(x, y) setzt, wobei c eine Konstante ist.
6. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinheit (32) das Licht aus der Beleuchtungsvorrichtung (9) mittels des räumlichen Lichtmodulators (24) in Abhängigkeit von den Profildaten pulsbreitenmodulieren kann.
7. Mikroskop nach einem der Ansprüche 2 oder 3 und nach einem der Ansprüche 4 oder 5 und nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (32) so ausgebildet ist, dass sie während der Aufnahme eines Bildes mit der Kamera (16) ein Pixel des räumlichen Lichtmodulators (24) an der Stelle x, y zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand schaltet, wobei die Dauer des Ein-Zustands proportional zur Transmission T(x, y) ist.
8. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die nicht-korrigierte räumliche Verteilung die Verteilung der Bestrahlungsstärke auf der Zielebene (11) ist, wenn sich alle Pixel in ihrem Ein-Zustand befinden.
9. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (9) mehrere Lichtquellen (22a - 22d) umfasst und wobei der Speicher (36) individuelle Profildaten für die Lichtquellen (22a - 22d) umfasst, und insbesondere wobei die Steuereinheit (32) dazu ausgestaltet ist, zumindest einige der Lichtquellen (22a - 22d) separat zu betreiben und die entsprechenden Profildaten auf jede von ihnen anzuwenden.
10. Verfahren zum Betreiben des ophthalmologischen Spaltlampenmikroskops nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den Schritt umfasst, einer Transmission der einzelnen Pixel des räumlichen Lichtmodulators (24) in Abhängigkeit vom Bestrahlungsstärkeprofil einzustellen.
11. Das Verfahren nach Anspruch 10 weiter umfassend die folgenden Schritte Aufnahme eines Bildes eines Standardtargets durch eine Mikroskopoptik (14, 15) und eine Kamera (16) und Verwendung des Bildes zur Ableitung zumindest eines Teils der Profildaten.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem zur Aufnahme des Bildes alle Pixel des Lichtmodulators auf gleiche Durchlässigkeit, insbesondere auf vollen Einschaltzustand, eingestellt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, umfassend den Schritt des Einstellens einer Transmission T(x, y) eines Pixels an einer Stelle x, y des Lichtmodulators proportional zu I(x, y) / I₀(x, y), wobei I(x, y) eine gewünschte Bestrahlungsstärke des Lichts an der Stelle x, y ist und I₀(x, y) die Bestrahlungsstärke der Beleuchtungsvorrichtung (9) an der Stelle x, y ist, wie sie aus den Profildaten erhalten wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das Licht der Beleuchtungsvorrichtung (9) mit Hilfe des räumlichen Lichtmodulators (24) in Abhängigkeit von den Profildaten pulsbreitenmoduliert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12 und nach den Ansprüchen 13 und 14, bei dem während der Aufnahme eines Bildes mit der Kamera (16) ein Pixel des räumlichen Lichtmodulators (24) an der Stelle x, y zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand umgeschaltet wird, wobei die Dauer des Ein-Zustands proportional zur Transmission T(x, y) ist.

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