DE3835462C2 - Ophthalmologisches Untersuchungsgerät sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein ophthalmologisches Untersuchungsgerät sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb.

Sie findet in Netzhautkameras, Ophthalmoskopen und sinngemäß in Refraktometern Anwendung.

Es sind bereits automatische Untersuchungsgeräte für den Augen­ hintergrund bekannt, welche die automatische Zentrierung des Gerä­ tes zur Pupille des zu untersuchenden Auges, die automatische Fokussierung, die Messung der Blitzenergie oder der Pupillenweite mit voneinander unabhängigen Meß- und Einstellsystemen vornehmen. Lösungen zur Bewertung der erreichten geometrisch-optischen Auf­ lösung sind nicht bekannt, sind aber erforderlich, um verschiedene Einstellparameter des Untersuchungsgerätes im Hinblick auf eine verbesserte Bildqualität zu optimieren.

Zur automatischen Fokussierung bzw. Refraktometrie sind Prinzipien bekannt, welche die Schärfe einer auf den Fundus projizierten Marke fotoelektrisch bewerten (DE 30 10 576, DE 30 37 481, DE 22 62 886) bzw. die Bildlage eines Fundusobjektes entlang der beobachtungsseitigen optischen Achse fotoelektrisch bestimmen (DE 19 55 859).

Weiterhin wird vorgeschlagen, ein Optometer in den Strahlengang einzuspiegeln (US 36 14 214).

Eine weitere Gruppe von Lösungen beruht auf der Lageerkennung von Marken, die mittels zur optischen Achse schräger Bündel auf den Fundus projiziert werden.

Diese projizierten Marken weichen je nach Fehlsichtigkeit um eine Sollage ab. Entweder wird diese Abweichung durch Fokussierung des Untersuchungsgerätes kompensiert oder die Abweichung selbst durch Messung bestimmt. Die notwendigen Steuersignale oder Meßwerte werden fotoelektrisch durch linienförmige Positionsdetektoren (DE 30 01 244, 31 16 380, 30 31 822, 32 02 816) oder mittels Quadranten- oder Differenzempfänger (DE 28 10 539, 30 01 244) oder mittels Videosig­ nalauswertung (US 41 87 014, DE 32 15 483) oder durch Ermittlung von Phasenverschiebungen zwischen Gittermarkenbewegungen (DE 31 18 560, 29 51 897, 31 02 450) gewonnen.

Weiterhin sind Lösungen zur automatischen Zentrierung des Gerätes zur Augenpupille bekannt, bei denen die Hornhautreflexion projizierter Marken oder der Fundusbeleuchtung photoelektrisch ausgewertet wird (DD 2 16 622, DE 28 10 539, 31 24 192).

Der Nachteil der genannten Lösungen besteht in ihrem hohen gerä­ tetechnischen Aufwand, der sich daraus ergibt, daß zur Ermittlung der verschiedenen Meßwerte oder Steuersignale verschiedene, von­ einander unabhängige Meßvorrichtungen eingesetzt werden müssen. Da diese voneinander unabhängigen Meßsysteme auf der Basis von Lichtmarken arbeiten, stören die verschiedenen Strahlungsanteile gegenseitig die Messungen und erfordern somit entweder Maßnahmen zur spektralen Trennung der Lichtanteile oder eine zeitliche Auf­ einanderfolge der verschiedenen Einstell- und Meßvorgänge mit da­ raus folgender Verlängerung der gesamten Einstell- und Meßzeit. Weiterhin beeinflussen Lidschlag, Augenbewegungen und Fundusstruk­ turen die fotoelektrischen Signale erheblich und erschweren und verfälschen die Signalauswertung.

So werden die meisten vorgeschlagenen Lösungen sinnvoll zur Fokus­ sierung in der strukturarmen Makula oder zur Refraktionsbestimmung einsetzbar sein. Das ist aus Sicht der Netzhautfotografie oder anderer Untersuchungen am Augenhintergrund, insbesondere bei Ge­ fäßweiten-, Durchblutungs- oder Spektralmessungen von erheblichem Nachteil, da beliebige und völlig unterschiedlich strukturierte Fundusabschnitte untersucht werden sollen.

Andererseits werden zusätzliche Lösungen zur Erkennung von Lid­ schlag und Augendejustierungen vorgeschlagen (DE 32 15 483, 30 31 822), die aber den gerätetechnischen Aufwand weiter erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem ophthalmologischen Untersuchungsgerät mit geringem gerätetechnischen Aufwand sowie ohne gegenseitige Beeinflussung von Meßvorgängen zumindest die Zentrierung des Untersuchungsgerätes zur Augenpupille sowie den Fokussierzustand erfassen und einstellen zu können.

Die Aufgabe wird durch ein ophthalmologisches Untersuchungsgerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind Gegenstand der Unteransprüche 2-8.

Gegenstand des Patentanspruches 9 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Untersuchungsgerätes gemäß Anspruch 1.

Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 10.

Es erfolgt eine Abbil­ dung des Augenhintergrundes, dem über ein Abbildungssystem das Bild mindestens einer Marke über eine spaltförmige Pupille zugeführt wird, wobei Mittel zur Rotation des Pupillenspaltes um die optische Achse mit f16 vorgesehen sind, in die Ebene einer mit f19 rotierenden Blende, der eine Fotoempfängeranordnung sowie eine Auswerteeinheit nachgeordnet sind, wobei Mittel zur Scharfstellung der Markenanordnung auf den Augenhintergrund sowie des Augenhintergrunds in die Ebene der rotierenden Blende sowie zur Zentrierung der Gerätepupille auf die Augenpupille vorgesehen sind.

Dabei wird über eine einem Beleuchtungssystem nach­ geordnete Blende eine Markenanordnung auf den Augenhintergrund abgebildet, wobei die Blende aus einer Struktur besteht, die zen­ trisch und symmetrisch zur optischen Achse angeordnet ist, indem vier Leuchtpunkte vorgesehen sind, die einen gleichen Durchmesser und gegenseitigen Abstand aufweisen, der der gewünschten geo­ metrisch-optischen Auflösung entspricht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Länge des Pupillenspaltes periodisch mit f12 verändert wird, daß Mittel zur Abbildung der Markenanordnung mit veränderlichem Maßstab auf dem Augenhinter­ grund vorgesehen sind, daß die rotierende Blende als lichtdurch­ lässiger Kreissektor ausgebildet ist und daß die Auswerteeinheit mit den Mitteln zur Scharfstellung und Zentrierung verbunden ist. Beim Erfindungsgegenstand werden folgende Meß- und Einstellvorgänge vorgenommen:

• - durch Auswertung der Frequenz f12 - Unterbrechung der Meß- und Einstellvorgänge bei Verlassen eines vorgegebenen Amplitudenbe­ reiches,
• - durch Auswertung der Frequenz (f16 +f19) - Ansteuerung der Mittel zur Scharfstellung bis zur Reduzierung der Amplitude von (f16+f19) auf ein Minimum,
• - durch Auswertung der Frequenz f16 - Ansteuerung der Mittel zur Zentrierung bis zur Reduzierung der Amplitude von f16 auf ein Minimum,
• - durch Auswertung der Frequenz 4 (f16+f19) - Anzeige der erreichten geometrisch-optischen Auflösung,
• - bei Erreichen des Minimums des Scheitelwertes von (f16+f19) bei gleichzeitigem Minimum des Scheitelwertes von f16 oder bei Erreichen des Maximum des Scheitelwertes von f16 - Erzeugung jeweils eines Statussignals.

Dabei können alle genannten Einstellungen zeitlich parallel erfol­ gen. Bei Anzeige eines Statussignals wird die Betriebsbereitschaft für einen Aufzeichnungs- oder Meßvorgang hergestellt. Bei Vorlie­ gen eines weiteren Statussignals wird der Abbildungsmaßstab verrin­ gert, wobei gleichzeitig die Amplitude der Frequenz 4 (f16+f19) aufgezeichnet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 Pupillenblende und Pupillenspaltblende,

Fig. 3 Meßmarke und Meßspalt am Fundus,

Fig. 4 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der Augenhintergrund eines Patientenauges 1 wird über eine Oph­ thalmoskoplinse 2, einen Lochspiegel 3, ein Linsensystem 4 und einen teildurchlässigen Spiegel 17 einer Beobachtungs- und Auf­ zeichnungseinheit 5 dargeboten.

Das Licht eines Beleuchtungssystems 6 mit einem Fixierstrahlengang gelangt über einen teildurchlässigen Spiegel 7 sowie den Loch­ spiegel 3 in den Beobachtungsstrahlengang und über die Ophthalmo­ skoplinse 2 in das Auge.

Über den Spiegel 7 wird der beleuchtungsseitige Meßstrahlengang, bestehend aus einer bilddrehenden Einheit 16, Linsensystem 15, rotierender Blende 12, einer Aperturspaltblende 11, Linsensystem 10, Meßblende 9 und einem Beleuchtungssystem 8 zur Beleuchtung der Meßblende 9, eingespiegelt.

Der abbildungsseitige Meßstrahlengang, bestehend aus Objektiv 18, rotierender Meßblende 19, Fotovervielfacher 20 sowie einer Auswer­ teelektronik 21, wird über den teildurchlässigen Spiegel 17 eben­ falls in den Beobachtungsstrahlengang eingespiegelt.

Mittels der Linsensysteme 4 und 10, die miteinander gekoppelte Stelltriebe 22 aufweisen, wird eine Scharfstellung der Meßblende 9 auf den Augenhintergrund und der Bildlage im Abbildungsstrahlengang bewirkt.

Die Auswerteelektronik 21 ist zu diesem Zweck mit Stelltrieben 22 verbunden.

Weiterhin weist die Auswerteelektronik Verbindungen mit Stelltrie­ ben 23 zur Justierung der Gerätepupille zur Augenpupille (nicht dargestellt) sowie Signalwege zur Zuführung von Taktsignalen B, C, D der rotierenden Blende 12, der bilddrehenden Einheit 16 und der rotierenden Meßblende 19 auf.

Durch die bilddrehende Einheit wird die Pupillenebene zentrisch rotierend abgetastet.

Die Meßblende 9 realisiert eine Marke bzw. eine Markenanordnung aus Leuchtpunkten. Der Durchmesser der leuchtenden Punkte und ihr Abstand zueinander entspricht dabei dem angestrebten geometrisch- optischen Auflösungsvermögen, wobei die Punkte symmetrisch zur optischen Achse angeordnet sind.

Bei exakter Fokussierung und ausreichender geometrisch-optischer Auflösung rotieren diese Punkte mit f18 zentrisch um die optische Achse.

Bei unexakter Fokussierung werden die Marken vor oder hinter den Augenhintergrund abgebildet. Auf dem Augenhintergrund entstehen vier unscharfe Leuchtpunkte, die als Gruppe mit der Frequenz f16 der bilddrehenden Einheit 16 um die optische Achse rotieren. Mit zunehmender Unschärfe gehen sie in einen rotierenden Leuchtfleck über.

Je nach Fehlsichtigkeit erfolgt die Bewegung der Leuchtpunkte gleichphasig zur Rotation des Pupillenspaltes (Weitsichtigkeit) bzw. um 180 Grad phasenversetzt (Kurzsichtigkeit).

Die Meßblende 19 realisiert einen lichtdurchlässigen, sektoren­ förmigen Spalt mit 45 Grad-Winkel, wobei der Drehpunkt in der Sektorenspitze liegt, die mit der optischen Achse übereinstimmt. Die Aperturspaltblende 13 sowie die rotierende Blende 14 sind in Fig. 2 dargestellt.

Die mit der Frequenz f12 rotierende Blende 12 bewirkt einen schnellen Wechsel zwischen einem langen Aperturspalt S1 und einem kurzen Aperturspalt S2, da jeweils ein Teil des Spaltes (S1-S2) abgedeckt wird. Ein Teil des Spaltes S1 ist ständig freigegeben. Der Abstand S3 des Spaltes S1 zur optischen Achse entspricht dem Lochradius von Lochspiegel 3.

Der lange Aperturspalt S1 wird durch den Pupillendurchmesser des Auges 1 begrenzt und liefert auf dem Augenhintergrund eine Leucht­ punkthelligkeit, die die durch die Augenpupille freigegebene Spalt­ länge repräsentiert. Bei exakter Zentrierung von Gerät und Au­ genpupille repräsentiert diese Spaltlänge den Pupillendurchmesser des Auges.

Die kleine Spaltlänge S2 wird so gewählt, daß sie bei zentrier­ ter Lage von Gerät und Augenpupille stets vollständig in der Augenpupille liegt und somit ihre Leuchtpunkthelligkeit als Refe­ renzsignal dienen kann. Der hochfrequente Wechsel zwischen kurzem und langem Pupillenspalt führt zu einem Meßsignal mit der Fre­ quenz f12. Die Amplitude dieses Wechselsignals wird benutzt, um die Steuerbewegungen zu unterbrechen, wenn die Amplitude des Sig­ nals vom langen Spalt einen oberen Grenzwert bzw. des Signals vom kurzen Spalt einen unteren Grenzwert über- bzw. unterschreitet. Das ist der Fall, wenn entweder aufgrund des Zustandes des Patientenau­ ges keine Auswertung möglich ist (Trübungen, Blutungen im Glaskörper o. ä.) oder vorübergehende Störungen wie grobe De­ justierungen, Lidschlag u. a. auftreten.

In der Auswerteeinheit 21 wird der Quotient der Lichthelligkeiten beider Spaltlängen gebildet. Dieser Quotient ist für f12»f16 nahezu abhängig von der Lichtdurchlässigkeit der Augenmedien und vom Remissionsverhalten der Fundusstrukturen, ist dem Pupillen­ durchmesser proportional und wird nach Integration zur Angabe des Pupillendurchmessers benutzt.

Die mit der Frequenz f19 rotierende Spaltblende 19 tastet den Augenhintergrund mit dem Bild der im nichtfokussierten Zustand mit f18 entgegengesetzt rotierenden Leuchtmarkenanordnung, deren Hel­ ligkeit mit f12 wechselt, ab. Die Frequenzen werden zu

f12∼100f19∼1000f16

eingestellt.

In Fig. 3a, b, c sind verschiedene Lagen der Leuchtmarken zur sektorenförmigen Blende 19 dargestellt.

Fig. 3a zeigt einen defokussierten Zustand, bei dem das Markenbild hinter dem Augenhintergrund liegt. Es entsteht durch Spaltabtastung der Punktgruppe die Frequenz (f19+f16) gleichphasig zu einer Taktfrequenz (f19+f16).

Fig. 3b zeigt den fokussierten Zustand. Die rotierende Meßblende 19 erzeugt ein Meßsignal mit der vierfachen Frequenz von (f19+f16).

Fig. 3c zeigt den defokussierten Zustand, bei dem das Markenbild vor dem Augenhintergrund liegt.

Es entsteht wiederum (f19+f16), aber diesmal um 180 Grad phasenversetzt zur Taktfrequenz (f19+f16).

Fig. 3a, b, c betreffen die gleiche Lage des Pupillenspaltes in der Augenpupille.

In Fig. 3a, c ist je nach erreichter geometrisch-optischer Auflö­ sung der vier Leuchtpunkte das der Auswerteelektronik zugeführte Signal mehr oder weniger stark mit 4 (f16+f19) amplitudenmodu­ liert.

Getaktete Gleichrichtung des Meßsignals (f16+f19) mit dem Taktsignal (f16+f19) ergibt ein vorzeichenbewertetes Steuersig­ nal für die Stellantriebe 22 zur Fokussierung.

Durch diese werden die Linsensysteme 4 und 10 in Richtung Fokussie­ rung verstellt, bis die Frequenz 4 (f16+f19) erscheint bzw. die Frequenz (f16+f19) verschwindet. Das Steuersignal für die Fokussierung wird Null.

Ist die Frequenz (f16+f19) beseitigt, die Frequenz 4 (f16+f19) aber nicht vorhanden, so ist die geometrisch-optische Auflösung der vier Leuchtpunkte nicht gegeben. Diese wird bei Auftreten der Frequenz 4 (f16+f19) durch deren Amplitude charakterisiert. Bei Dezentrierung zwischen Gerätepupille und Augenpupille entsteht eine Frequenz f16 im Meßsignal. Getaktete Gleichrichtung dieser Frequenz mit zwei zueinander um 90 Grad phasenversetzten Signalen der bilddrehenden Einheit liefert zwei Steuersignale für die Zen­ trierung der Gerätepupille zur Augenpupille in zwei zueinander senkrechten Koordinaten.

Bei exakter Zentrierung wird die Amplitude von f16 Null.

In Fig. 4 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens schema­ tisch dargestellt, wobei vorteilhafterweise die unterschiedlichen Einstell- und Meßvorgänge parallel ablaufen können.

Claims (11)

1. Ophthalmologisches Untersuchungsgerät, mit einem Abbildungssystem zur Projektion eines Markenbildes auf den Augenhintergrund, bestehend aus

• - einer Lichtquelle (8),
• - einer ersten Meßblende (9), auf der mindestens eine Marke angeordnet ist,
• - einem zur Fokussierung längs der optischen Achse zumindest teilweise verschiebbaren ersten Linsensystem (10)
• - einer bilddrehenden Einrichtung (16), die mit einer ersten Frequenz (f16) rotiert,

einem Meß- und Beobachtungssystem mit

• - einem zweiten zur Fokussierung längs der optischen Achse zumindest teilweise verschiebbaren Linsensystem (4), dessen Verschiebung mit der des ersten Linsensystems (10, 15) gekoppelt ist,
• - einer zweiten Meßblende (19) mit einem sektorförmigen Spalt, die mit einer zweiten Frequenz f19 rotiert
• - einem abbildungsseitigen Objektiv (18)
• - einem Fotovervielfacher (20),
• - einem Lochspiegel zur Trennung von Projektions- und Meßstrahlengang sowie
  einer Auswerte- und Ansteuereinheit (21), welche in dem Ausgangssignal des Fotovervielfachers (20)
• - die erste Frequenz f16 erfaßt und daraus zur Ansteuerung von Zentrierstellgliedern zur Justierung der Gerätepupille zur Augenpupille ein erstes Meßsignal bildet
• - die zweite Frequenz f19 erfaßt und aus der Summe der ersten und zweiten Frequenz (f16+f19) zur Ansteuerung der Fokussierung mittels des ersten und zweiten Linsensystems ein zweites Meßsignal bildet.

2. Untersuchungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Projektionssystem eine Aperturspaltblende (11) vorgesehen ist, deren Spaltlänge durch eine rotierende zahnradartige Spaltblende (12) mit einer dritten Frequenz f12 periodisch zwischen zwei Werten verändert wird, wobei durch die Auswerte- und Ansteuereinheit (21) die Frequenz f12 erfaßt und daraus ein drittes Meßsignal zum Abbruch aller Einstellvorgänge bei Unter- oder Überschreiten vorgegebener Grenzwerte für die Amplituden der entstehenden Signale gebildet wird.

3. Untersuchungsgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Meßblende eine zentrisch und symmetrisch zur optischen Achse angeordnete Markenanordnung vorgesehen ist.

4. Untersuchungsgerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Meßblende eine Anordnung aus n punktförmigen Marken regelmäßig punktsymmetrisch und zentrisch zur optischen Achse angeordnet ist.

5. Untersuchungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand und/oder Durchmesser der Marken der vorgewählten geometrisch/optischen Auflösung entspricht.

6. Untersuchungsgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Auswerte- und Ansteuereinheit aus dem vielfachen n (f16+f19) der Summe (f16+f19) ein viertes Meßsignal zur Anzeige des Zustandes der erreichten geometrisch-optischen Auflösung gebildet wird.

7. Untersuchungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vier zentrisch zur optischen Achse angeordnete punktförmige Marken vorgesehen sind und das vierte Meßsignal aus 4 (f16+f19) gebildet wird.

8. Untersuchungsgerät nach einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet durch ein Frequenzverhältnis von f12 zu f19 zu f16 von etwa 1 : 100 : 1000.

9. Verfahren zum Betrieb eines ophthalmologischen Untersuchungsgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Anzeige- und Ansteuereinheit (21) die Zentrierstellglieder verstellt werden, bis die Amplitude des ersten Meßsignals ein Minimum erreicht und, gleichzeitig oder zeitlich versetzt, mittels der Anzeige- und Ansteuereinheit (21) durch Verschiebung des ersten und zweiten Linsensystems der Fokussierzustand verändert wird, bis die Amplitude des zweiten Meßsignals ein Minimum erreicht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zeitlich vor- oder gleichzeitig mit den Schritten nach Anspruch 9 mittels der Auswerte- und Einstelleinheit (21) die Amplituden des mit f12 entstehenden dritten Meßsignals überwacht und bei Unter- oder Überschreiten vorgegebener Grenzwerte die Einstellvorgänge abgebrochen werden.