-
Hintergrund
der Erfindung
-
Kameras
zur Abbildung des Auges müssen mehrere
technische Aufgaben erfüllen.
Bevorzugt und für
einige klinische Diagnosen erforderlich ist, Farbbilder des Auges
zu erhalten. Ferner sind in einigen Fällen Bilder im nahen Infrarot
nötig.
Für einige Anwendungen
sollte eine augenabbildende Kamera die Option bieten, sehr hohe
räumliche
Auflösung
zur Diagnose bestimmter Augenerkrankungen bereitzustellen. Zum Beispiel
ist bei der Untersuchung der Nervenfaserschicht eine hohe Auflösung notwendig.
-
Außerdem sind
weite Gesichtsfeld- (GF) Bilder des Auges zur Bewertung einiger
pathologischer Befunde notwendig, und ein treffendes Beispiel dafür sind Augentumoren,
die in vielen Fällen
auf der Peripherie der Netzhaut liegen. Untersucht man nur die Optikuspapille,
ist ein 30 Grad weites GF ausreichend. Für Studien von Tumoren, die
auf der Peripherie der Netzhaut liegen, und anderen Netzhautstörungen ist
ein GF von 120 Grad und noch größer bevorzugt.
-
Die
zur Abbildung erforderliche Lichtstärke ist ebenfalls zu berücksichtigen,
da der zur Belichtung vieler Filme erforderliche Wert für den Patienten sehr
unangenehm sein kann. Streuung und Reflexion des Beleuchtungslichts
von anderen Oberflächen
als der Netzhaut können
den Kontrast des Bildes wesentlich verringern. Weiterhin ist auch
eine Abbildung überaus
erwünscht,
die elektronische Array-Sensoren, z. B. ladungsgekoppelte Bauelemente
(CCD), anstelle eines Films verwendet. In der Tendenz sind elektronische
Array-Kameras empfindlicher als Filme, was die erforderliche Lichtmenge
senkt. Zudem ermöglichen
elektronische Sensoren und Anzeigen die augenblickliche Überprüfung des
Bildes, verschiedene Bildverarbeitungsmöglichkeiten stehen unmittelbar
zur Verfü gung,
und die sofortige Übertragung
elektronischer Bilder zu entfernten Standorten ist möglich.
-
Wenngleich
es Netzhautkameras gibt, die einige der o. g. Merkmale in verschiedenem
Umfang bereitstellen, gibt es derzeit keine handelsübliche Kamera,
die der Forderung nach digitaler CCD-Abbildung mit weitem GF entspricht.
Probleme, die speziell mit weiter GF-Abbildung zusammenhängen, sind die
Beleuchtungsgleichmäßigkeit,
Streuung der Beleuchtung von anderen Stellen als der Netzhaut zurück in die
Kamera, die Auflösung
und Verzerrung des Bildes, die Kosten und Schwierigkeiten der Herstellung
des optischen Systems und das Erzielen eines ausreichenden GF.
-
Die
Brechung des Lichts bei seinem Austritt aus dem Auge in die Luft
führt zu
erheblichen Problemen für
die weite GF-Kamera.
Von der Peripherie der Netzhaut kommendes Licht trifft in schiefen
Winkeln auf die Hornhaut-Luft-Grenzfläche. Diese Strahlen können so
weit abgelenkt sein, daß sie
nicht aus der Hornhaut austreten. Dies führt zu einer Erscheinung, die
als innere Totalreflexion (ITR) bekannt ist. Zur Vermeidung von
ITR ist es nötig,
eine Kontaktlinse als Teil des optischen Systems an der Hornhaut
vorzusehen. Eine geeignete Brechzahl für die Kontaktlinse kann ausgewählt werden,
die ITR vereitelt.
-
Obwohl
bestimmte Probleme mit dem Kontaktlinsenmerkmal beseitigt sind,
bleibt noch die komplizierte Frage der Weitfeldbeleuchtung, und eine
machbare Lösung
für dieses
Problem ist ein Merkmal dieser Anmeldung. In der US-A-3954329 lehrt
O. Pomerantzeff die Verwendung von Beleuchtung durch die Lederhaut.
Allerdings wird die Farbe des Lichts durch den Durchgang durch die
Lederhaut beeinträchtigt,
und die die Netzhaut erreichende Lichtmenge ist reduziert. In der
US-A-3630602 lehrt J.
Herbert die Verwendung von "kaltem" Licht (Licht, bei
dem die infraroten Wellenlängen
ausgefiltert sind) und die Beleuchtung im Gebiet, das die Kontaktlinse umgibt.
Allerdings leidet dieses System unter erheblicher Rückstreuung.
In der US-A-3944341 lehrt Pomerantzeff die Verwendung zweier faseroptischer Ringe,
die die Kontaktlinse umgeben. Wie später aber näher diskutiert wird, leidet
dieses Konzept an erheblichen Leistungs- und Herstellungsbeschränkungen
und hat sich bisher nicht als marktfähig erwiesen.
-
Optimal
bewegt sich Eingangslicht zur Netzhaut auf solchen Wegen, daß sich Rückstrahlungen von
Abschnitten der Augenlinse nicht auf demselben Weg wie die Reflexionen
von der Netzhaut bewegen. Bekanntlich beeinträchtigen Rückstrahlungen den Kontrast
des Bildes. In der US-A-3944341 sind mehrere ringartige faseroptische
Beleuchtungsvorrichtungen dargestellt. Im Patent '341 wird Licht durch
einen faseroptischen Ring um die Peripherie der Kontaktlinse eingekoppelt.
Die Faser wird dadurch an Ort und Stelle gehalten, daß sie vergossen
wird, wonach der gesamte Aufbau auf den gleichen Radius wie die Kontaktlinse
geschliffen und poliert wird. Dadurch legt die Peripherie der Kontaktlinse
und der Radius, an dem die Faser plaziert ist, die Richtung des
Mittelstrahls der Faserbeleuchtung fest, und die Divergenz des Lichts
ist durch die Fasergestaltung festgelegt. Hier besteht das Problem,
Licht aus diesem Ring so einzukoppeln, daß Licht nicht durch die Iris
verdeckt ist und die Netzhaut mit weitem GF gleichmäßig beleuchtet.
Die Beschränkung
hinsichtlich Lage und Winkel des eingekoppelten Lichts bei dieser
Gestaltung und die durch die Fasergestaltung festgelegte statt für das Beleuchtungssystem
optimierte Divergenz führt
zu erheblichen Leistungsbegrenzungen. Zu beachten ist, daß optische
Fasern in der Tendenz Weitfeldprofile haben, die Gaußschen Charakter
haben, weshalb das Beleuchtungsprofil an der Netzhaut nicht gleichmäßig ist.
Dies ist wiederum eine Quelle fehlender Richtungsfreiheit und der
Divergenz der Beleuchtung, wodurch sich die Ziele herkömmlicher
Kameras mit weitem GF tatsächlich
nur unbefriedigend erreichen lassen.
-
Somit
ist zu erkennen, daß ein
einfacher einziger Ring zur Beleuchtung eines weiten Felds der Netzhaut
möglicherweise
nicht zufriedenstellend ist, und in der US-A-3944341 wird die Verwendung
zweier Ringe aus Fasern vorgeschlagen. Ein Ring beleuchtet die Innenwinkel
der Netzhaut, während
der andere die Außenwinkel
beleuchtet. Aber auch mit dieser Gestaltung ist man gezwungen, den
Linsendurchmesser den Mittelstrahlwinkel der Beleuchtung diktieren
zu lassen, weshalb das beleuchtete Gebiet und die Begrenzungen Gaußscher Ungleichförmigkeiten
der Beleuchtung immer noch problematisch sind.
-
Die
WO-A-96/15712 offenbart eine augenabbildende tragbare Bildaufnahmeeinheit
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
-
In
der US-A-4023189 lehrt J. Govignon die Plazierung einer Blende am
Auge, um die Blendung zu reduzieren, bietet aber keine zusätzliche
Lösung für das Problem
der Weitfeldbeleuchtung.
-
Obwohl
der Weg mit zwei Ringen eine weitere GF-Beleuchtung zu offerieren
scheint, bleiben andere erhebliche Schwierigkeiten, u. a. Herstellungskosten
sowie Ungleichmäßigkeit
der Beleuchtung. Die Fasern und die Kontaktlinse müssen an
Ort und Stelle gehalten und vergossen werden (man beachte, daß die gesamte
Anordnung recht klein und sehr schwer zu handhaben ist). Danach
muß der
gesamte Aufbau mit der Anschlußfaser
zu einer Optikerwerkstatt transportiert sowie geschliffen und poliert
werden. Zwar ist dies möglich,
ist aber in der Praxis schwierig und bildet ein ernstes wirtschaftliches
Hindernis. Außerdem
ist für
die meisten Vergußmassen die
Brechzahl so, daß Licht
in die Vergußmasse
austritt, statt nur in das Auge eingekoppelt oder fokussiert zu
werden. Man bedenke, daß faseroptische Elemente
Licht infolge der geeigneten Auswahl von Mantelmaterial unter der
Annahme einschließen,
daß sie
von Luft oder anderem sorgfältig
ausgewählten Material
umgeben sind. Zudem muß die
Vergußmasse
mit Sterilisationsverfahren verträglich und muß porenfrei
sein, um zu gewährleisten,
daß Krankheitserreger
nicht in der Vorrichtung Unterschlupf finden und zwischen Patienten übertragen
werden. All dies zusammengenommen macht die Herstellung und Verwendung
faseroptischer Verbundmaterialringe schwierig und teuer. Eindeutig
bevorzugt wäre,
dieses kostspielige Verfahren zu eliminieren. Die Schlussfolgerung
ist, daß es
sehr vorteilhaft wäre,
die o. g. Einschränkungen
sowohl für
die Leistung als auch für
die Herstellung zu umgehen, die sich aus der Faserringmethode des
Stands der Technik ergeben.
-
Statt
der komplexen, beschränkten
und teuren faseroptischen Doppelringe wäre es von großem Vorteil,
einen bearbei teten oder geschliffenen und polierten einteiligen
Lichtleiterring aus Kunststoff oder Glas zu verwenden. Allerdings
beseitigt der bloße
Ersatz der Faser durch einen Kunststoffring nicht die Hauptprobleme.
Zur vollständigen
Lösung
der Probleme ist es notwendig, in Verbindung damit diesen Lichtleiter
hinter einer speziellen vorderen Kontaktlinse zu plazieren, die
primär
als durchlässige physische
Barriere verwendet wird. Ferner wäre es sehr vorteilhaft, das
Licht aus dem Ring in einem beliebig ausgewählten Winkel sowie Divergenzgrad und
Beleuchtungsmuster einzukoppeln. Weiterhin wäre es vorteilhaft, die Vergießabläufe zu vermeiden und
die optische Fertigbearbeitung des fertig zusammengebauten Nasenaufsatzes
zu umgehen.
-
Zum
Verständnis
der Lösung
dieses Problems sei auf 1A und 1B der
Zeichnungen verwiesen, in denen am Auge E eine Kontaktlinse L mit
einem bekannten Lichtring aus Fasern F positioniert ist. Die weite
GF-Abbildung und Beleuchtung zu erreichen, stellt den Konstrukteur
vor ein erhebliches Dilemma, was aus diesen Zeichnungen ersichtlich ist.
Zu beachten ist, daß die
Hornhaut etwa 10 mm Durchmesser hat und die Pupille des Auges, die
Iris auch bei Erweiterung nicht mehr als 4 mm haben kann.
-
Die
Eintrittsblende des optischen Systems (wie übertragen) ist an der Augenlinse
festgelegt, um Aberrationen zu minimieren und die Zurückweisung von
Streulicht zu optimieren; siehe 1a. Der
minimale Durchmesser und die Neigung der Kante der Kontaktlinse
sind dann durch die Eintrittsblende und den Abstand zur Hornhaut
sowie das GF festgelegt, was 1a zeigt.
Für eine
Kamera mit 120 Grad GF und einer Eintrittsblende mit 1 mm Durchmesser
ist das Minimum 6 mm Durchmesser, und die Neigung der Kante beträgt 45 Grad.
Dadurch muß der
Faserring F auf einen etwas größeren Radius
festgelegt sein, z. B. 7 mm, und in dieser Gestaltung ist sein Einkoppelwinkel
durch die Neigung der Kontaktlinse L an diesem Radius auf 45 Grad
eingestellt.
-
Gemäß 1b besteht
ein erhebliches Problem darin, Beleuchtung in der Mitte des Auges
E mit einem einzelnen Faserring F zu erhalten, der an der Peripherie
der Kontaktlinse L liegt. Das ist einem großen Einkoppelwinkel und kleinen
Divergenzwinkel optischer Fasern zuzuschreiben. Zudem ist dargestellt,
daß ein
Lichtanteil durch das Gewebe an der Peripherie der Augenlinse blockiert
wird, was wiederum die Größe der beleuchteten
Fläche
bestimmt. Der Divergenzwinkel von Licht, das aus einer optischen Faser
eingekoppelt wird, ist durch deren numerische Apertur begrenzt.
Im Kontakt mit der Tränenflüssigkeit
liegt der Divergenzwinkel der optischen Fasern normalerweise unter
40 Grad. Dieses Problem löst man
nicht dadurch, daß ein
zweiter Ring aus Fasern mit größerem Durchmesser
hinzugefügt
wird, obwohl mehrere Ringe eine größere Peripheriefläche der
Beleuchtung ermöglichen;
dies sind die Erkenntnisse moderner optischer Gestaltungsvorschriften
und stehen im Widerspruch zu den Behauptungen der US-3944341 und
gelten für
Messungen an realen Augen. Gemäß 1c kann
das Licht aus einem Faserring F1 mit größerem Durchmesser durch die
Augeniris blockiert werden. Angenommen ist ein Ringdurchmesser von
8 mm und ein Augenirisdurchmesser von 5,5 mm. Als Ergebnis kann
der zweite große Faserring
F1 nur dazu beitragen, die Peripheriefläche der Netzhaut zu beleuchten,
nicht aber die Mittelfläche.
Eindeutig muß man
in der Lage sein, die Beleuchtungsausrichtung und Divergenz beliebig
einzustellen und sie nicht durch den Linsendurchmesser und die Materialien
der optischen Faser steuern zu lassen.
-
Auf
Schwierigkeiten stößt man insbesondere beim
Lenken von ausreichend Licht auf die Mitte der Netzhaut. Daher müssen Verbesserungen
zum Leiten von mehr Licht zur Mitte des Auges Berücksichtigung
finden.
-
Damit
steht der Konstrukteur einer Kontaktkamera mit weitem GF vor einem
großen
Dilemma. Für
ein weites GF und optimale Plazierung der Eintrittsblende muß der Beleuchtungsring
einen größeren Radius
haben, aber bei diesem Radius kann die menschliche Iris die Anteile
der Beleuchtung verdecken, die für
die Mitte der Netzhaut nötig
sind. Ein dunkler Fleck kann zu sehen sein, wenn die Iris des Patienten
nicht genügend
groß erweitert
ist.
-
Zusammenfassung
-
Erfindungsgemäß bereitgestellt
wird eine augenabbildende tragbare Bildaufnahmeeinheit mit einem
Gehäuse,
einer Lichtquelle, die Licht im Gehäuse zur Übertragung zu einem Auge bereitstellt,
einer Abbildungs- und Fokussieroptik im Gehäuse mit einer Hornhautkontaktlinse
zum Empfangen von reflektiertem Licht aus dem Auge durch die Hornhaut, einem
Array-Bildsensor im Gehäuse
zum Empfangen von Licht aus dem Auge durch die Abbildungs- und Fokussieroptik
im Gehäuse
und einem im Gehäuse
positionierten und hinter der Hornhautkontaktlinse positionierten
runden Lichtleiter, wobei der Lichtleiter einen massiven einstückigen Ring
mit einem vorderen Ende und einem hinteren Ende aufweist, das vordere
Ende in einem nach innen konvergierenden Winkel positioniert ist
und benachbart zur Hornhautkontaktlinse positioniert ist und das
hintere Ende so positioniert ist, daß es Licht von der Lichtquelle
empfängt.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kleine, leichte Hand-Bildaufnahmeeinheit
(BAE) bereitzustellen. Die BAE der Erfindung kontaktiert die Netzhaut,
bildet die Pupille erneut ab, sorgt für ein weites Gesichtsfeld mit
minimaler Feldwölbung
und minimierten Aberrationen und sorgt für chromatische Abbildung mit
hoher Wiedergabetreue. Durch das Aufkommen ladungsgekoppelter (CCD)
Miniatur-Dreichipkameras, die in der BAE enthalten sein können, erhöht sich
die Auflösung
des Bildes.
-
Somit
besteht eine spezifische Aufgabe der Erfindung darin, eine Weitfeld-Abbildungseinheit
bereitzustellen, die hochqualitative Farbbilder über 120 Grad und mehr und dies
mit hoher Gleichmäßigkeit der
Bildintensität,
mit geringer Rückstreuung
und einer billig herstellbaren Gestaltung liefert. Außerdem ist
eine Aufgabe, den erforderlichen minimalen Durchmesser der erweiterten
Augeniris, der 5,5 mm beträgt,
zu reduzieren, einen Wert, den man gemeinhin bei Kindern vorfindet.
Ferner besteht eine Aufgabe darin, eine Abbildungseinheit bereitzustellen,
die leicht ist und in der Hand gehalten werden kann. In einer weiteren
Ausführungsform
der Abbildungseinheit lassen sich verschiedene Lichtfilter zur Angi ographie leicht
einsetzen und entfernen und Linsen schnell einsetzen und entfernen.
-
Eine
spezielle Aufgabe der Erfindung ist, die wirtschaftlichen und technischen
Hindernisse für
den Einsatz von Weitfeld-Kontaktkameras abzubauen, die sich aus
dem Gebrauch eines faseroptischen Lichtleiters ergeben. Die Erfindung
betrifft eine tragbare Bildaufnahmeeinheit, die stattdessen einen
einstückigen
Ringlichtleiter vorsieht, der aus bearbeitetem Kunststoff oder geschliffenem
und poliertem Glas hergestellt ist. Der Lichtleiter ist so abgewinkelt, daß eine minimale
Rückstrahlung
von der Augenlinse vorliegt, die den Kontrast des Bildes verringert. Eine
größere Kontaktlinse
wird so verwendet, daß sie zwischen
der Abbildungs- und Beleuchtungsoptik liegt, um die Hornhaut zu
schützen,
was eine gewaltige Verbesserung der Systemleistung sowie ihrer Herstellbarkeit
ermöglicht.
-
Ein
weiteres Merkmal der Erfindung ist, verschiedene Verbesserungen
bereitzustellen, die mehr Licht aus dem Lichtleiter auf die Mitte
der Netzhaut des Auges lenken.
-
Andere
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden
Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung,
die zur Offenbarung gegeben wird, und im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1a ist
eine Seitenquerschnittansicht eines optischen Systems an einem Auge
und zeigt die Lage der bevorzugten übertragenen Eintrittsblende.
-
1b ist
eine Seitenquerschnittansicht eines optischen Systems am Auge und
zeigt die Beleuchtungseinschränkungen
des Stands der Technik.
-
1c ist
eine Seitenquerschnittansicht eines optischen Systems an einem Auge
und zeigt die Beleuchtungseinschränkungen mehrerer Ringe aus Fasern
im Stand der Technik.
-
2a zeigt
eine Querschnittansicht eines Lichtleiters anstelle von Fasern des
Stands der Technik und veranschaulicht, daß die Tränen und/oder die Vergußmasse den
ordnungsgemäßen Betrieb
des Lichtleiters stören
würden.
-
2b ist
eine vergrößerte fragmentarische Querschnittansicht
eines Lichtleiters und zeigt den Lichtdurchgang durch das Ende.
-
3 zeigt
eine Seitenquerschnittansicht einer Hornhautkontaktlinse und Dublettenlinse
der vorderen Linsengruppe des vorderen Linsensatzes und des Lichtleiters
einer Ausführungsform
der Erfindung.
-
4 ist
eine Querschnittansicht, die darstellt, wie ein sehr weites GF-System
unter Verwendung bekannter Fasern nur die Peripherie der Netzhaut
beleuchten würde.
-
5a ist
eine Seitenquerschnittansicht eines optischen Systems der Erfindung
mit sowohl Mittel- als auch Umfangsbeleuchtung.
-
5b ist
eine Draufsicht auf eine Pupillenmaske zum Blockieren der Rückstreuung
der Mittelbeleuchtung aus der Augenlinse gemäß 5a.
-
6 ist
eine Seitenquerschnittansicht einer weiteren Ausführungsform
eines optischen Systems mit verbesserter Mittelbeleuchtung.
-
7 ist
eine Seitenquerschnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform
eines optischen Systems mit einer noch größeren Mittelbeleuchtung.
-
8 ist
eine vergrößerte Querschnittansicht
der in der Ausführungsform
von 7 verwendeten Fresnellinse.
-
9 ist
eine nähere
Seitenquerschnittansicht der Bildaufnahmeeinheit (BAE) der Erfindung.
-
10 ist
eine Querschnittansicht des optischen Systems.
-
11 ist
eine Querschnittansicht des optischen Systems und zeigt Hauptstrahlen
und Positionen der Blenden, Objekte und Bilder.
-
12 ist
eine Querschnittansicht des Abbildungs- und Beleuchtungssystems
für die
Vorderseite des Auges.
-
Nähere Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
-
Wie
zuvor beschrieben wurde, haben die bekannten optischen Systeme große Mängel und
Beschränkungen.
-
Als
Ausgangspunkt und Teil der Erfindung wird ein Lichtleiter aus einem
lichtdurchlässigen
Material hergestellt, z. B. Kunststoff oder Glas. Jeder befriedigende
Kunststoff kann verwendet werden, z. B. Acryl oder Polycarbonat,
und jedes befriedigende Glas kann zum Einsatz kommen, z. B. ein
optisches Material mit hoher Durchlässigkeit (Spektrum von 450
nm bis 700 nm). Ist der Lichtleiter von Luft umgeben, ist der Divergenzwinkel
von Licht, das aus dem Lichtleiter eingekoppelt wird, steuerbar
und kann bis zu 180 Grad breit sein. Gemäß 2a ist
eine konzeptuelle Lichtabgabevorrichtung so gestaltet, daß sie das
Licht aus einem Lichtleiterrohr 50 mit größerem Durchmesser
auf einen kleinen Lichtleiterring konzentriert, der die vordere
Linse umgibt. Gemäß 2b kann
das Ende des Lichtleiters so geformt und das Licht so abgelenkt
sein, daß es
in eine optimalere Richtung zielt. Allerdings beläßt diese
Neuerung allein große
Probleme. Erstens ist das scharfe Ende 57 des Leiters 50 inakzeptabel,
wenn es die Hornhaut berührt.
Zweitens sind die Hohlräume
um das Ende des Lichtleiters 50 Orte, in denen sich Keime
festsetzen können,
und eine gegenseitige Kontamination zwischen Patienten wäre unumgänglich. Drittens
füllt der
Tränenfilm
dieses Volumen, und da der Tränenfilm
eine Brechzahl hat, die nahe der der meisten Wellenleitermaterialien
liegt, wäre
die Strahlablenkung am Ende des Leiters, die auftritt, wenn der Leiter
von Luft (Brechzahl gleich 1) umgeben ist, nahezu eliminiert (Brechzahl
des Tränenfilms
nahe 1,34). Daher tritt der dunkle Fleck wieder in der Mitte des
Bilds auf. Viertens muß der
Augenirisdurchmesser so erweitert werden, daß er größer als 6,5 mm ist, um die
Blockierung mit einem Faserring von 6 mm Durchmesser zu verhindern.
-
Um
dieses Konzept mit einer arbeitsfähigen und herstellbaren Realisierung
zu komplettieren, wird der gesamte Leiter 50 hinter einer
Kontakt- oder Hornhautglaslinse 24 plaziert, deren Durchmesser größer als
der der Linse 25 ist, die das Rücklauflicht akkumuliert, was 3 zeigt.
Außerdem
wird die Eintrittsblende des optischen Systems etwas zur Kontaktlinse
bewegt, um den Durchmesser der Linse auf 5 mm zu verkleinern, was
wiederum den Lichtleiterdurchmesser auf 6 mm reduziert. Ist in dieser
Gestaltung die Augenpupille auf mehr als 5 mm erweitert, kann ein
GF von 120 Grad ohne dunklen Fleck in den Mittelabschnitten des
Bilds beleuchtet sein. Die Lichtstrahlen von den entgegengesetzten
Seiten des Lichtleiters überlappen
sich nahe der Mitte der Netzhaut, was für eine zuverlässigere
Beleuchtung für diese
Fläche
sorgt. Zudem ist die Lichtstärkeverteilung
auf der Netzhaut so gestaltet, daß die Stärke von der Mitte zur Peripherie
allmählich
zunimmt, was zu einer gleichmäßigeren
Stärkeverteilung
für das Netzhautbild
führt.
Nunmehr wird nur die Grenze des "Kontakt"-Glases mit dem Gehäuse verklebt,
was das Volumen hinter der Kontaktlinse vor jedem Eindringen von
Augenflüssigkeiten
oder Klebemitteln schützt.
-
Während ein
Leiter 50 mit einem Teilschnitt zum Ändern des Einkoppelwinkels
und seiner Öffnung
gezeigt wurde, könnte
er genau so gut z. B. eine Kleinlinsenform auf der Spitze 51 haben.
Die Kontaktlinse 24 braucht keine optische Brechkraft bzw.
Leistung zu haben, kann dies aber bei Bedarf. Die einzig notwendige
Klebemasse verklebt die Kante der Kontaktlinse 24 mit dem
Gehäuse 11 des Handapparats 10.
-
Obgleich
sie klein ist, kann die Brechzahldifferenz zwischen dem Material
des Kontaktglases 24 und der Tränenflüssigkeit immer noch eine partielle Lichtreflexion
von der Vorderfläche
des Kontaktglases bewirken. Obwohl der Lichtleiter und das Abbildungssystem
so sorgfältig
gestaltet sind, daß das
reflektierte Licht die CCD-Kamera nicht direkt erreichen kann, kann
es immer noch ein starkes Streulicht verursachen, das die Bildqualität beeinträchtigen
kann, wenn ein dunkles Objekt wie die Netzhaut abgebildet wird.
Zur Leistungsverbesserung kann eine harte, haltbare herkömmliche
optische Antireflexionsbeschichtung auf die Vorderfläche des
Kontaktglases aufgebracht sein. Andere Maßnahmen, u. a. selektives Hinzufügen einer
Absorptionsschicht auf einen Abschnitt der Lichtleiteroberfläche, Einbauen
einer Lichtblende in das Abbildungssystem, können zur Reduzierung des Streulichts
ergriffen werden. Außerdem
kann die Kontaktlinse auch so geformt sein, daß sie ein Loch hat, durch das
das vordere Dublett angeordnet werden kann. Die Kante des Dubletts
ist geschwärzt,
so daß das
Licht, das sich in der Kontaktlinse vom Lichtleiter bewegt, nicht
in das vordere Dublett eintreten kann.
-
Während die
o. g. Gestaltung für
verbesserte Leistung sorgt, besteht immer noch eine Einschränkung für die Abbildung
mit extrem weitem GF. Man betrachte die in 4 gezeigte
Situation, in der ein sehr weites GF vorgesehen ist, wodurch die
vordere Abbildungslinse breiter sein muß. In dieser Situation ist
es nicht möglich,
die Mitte der Netzhaut und die Peripherie zu beleuchten, unabhängig davon
wie viele Lichtringe oder Zielrichtungen verwendet werden, da die
Iris blockiert.
-
Diese
Probleme des Beleuchtungssystems können durch die Gestaltung von 5a umgangen werden.
Hier wird entweder ein optischer Mittelleiter verwendet, oder ein
Lichtstrahl aus einer Lichtquelle 14 wird auf das optische
Abbildungssystem projiziert, um den Mittelteil der Netzhaut zu beleuchten,
und der Standardlichtleiter dient zum Beleuchten der Peripherie.
Nun muß die
Rückstreuung
aus der mittig liegenden optischen Einspeisung bekämpft werden. Dieser
kann gemäß 5b Rechnung
getragen werden, indem eine Pupillenmaske mit einem mittleren Hindernis 23 verwendet
wird, das an einer Stelle 31 positioniert ist (9).
-
Andere
und weitere Ausführungsformen
der Erfindung können
vorgesehen sein, in denen gleiche Teile ähnlich wie die in 3 und 5 bezeichnet sind und zusätzlich die
Präfixe "1" und "2" tragen.
In einigen Anwendungen der Ausführungsformen
von 3 war es schwierig, ausreichend Licht auf die Mitte
der Netzhaut des Auges E zu lenken. In dieser Ausführungsform
hat der Leiter 50 ein Ende 51 mit einem Winkelschnitt,
das der Funktion dient, das Licht durch die Kontaktlinse 24 und
zur Mitte des Auges E zu lenken. Allerdings ist bei den steilen
Winkeln des Endes 51, die zur Richtwirkung notwendig sind,
die Reflexion des Kunststofflichtleiters 50 hoch, und aus dem
Ende 51 tritt eine verringerte Lichtmenge aus. (Zu beachten
ist, daß das
Reflexionsvermögen
aller Dielektrika mit dem Einfallswinkel zunimmt). Auch in der Ausführungsform
von 3 hat die Hornhautkontaktglaslinse 24 darstellungsgemäß im wesentlichen
keine Wirkung, da die Linse 24 mit dem gleichen Wölbungsradius
auf der Vorder- und auf der Rückseite
dargestellt ist.
-
Gemäß der Ausführungsform
von 6 ist die Hornhautkontaktglaslinse 124 mit
einer Linsenstärke
versehen, um Unterstützung
beim Lenken des Lichts vom Ende 151 des Lichtleiters 150 zur
Mitte des Auges E zu leisten. Zum Beispiel kann die Linse 124 eine
plankonkave Linse mit einer ebeneren Rückseite 101 und einer
konkaven Vorderseite 102 sein. Auch das zweite Teil 103 der
vorderen Linse 125 kann aus dem gleichen Glas wie die Linse 124 hergestellt
sein, und da es die Rückfläche 101 der Linse 124 kontaktiert,
spielt die Linsenstärke
der Rückfläche 101 der
Linse 124 im optischen System keine Rolle.
-
Eine
noch stärker
bevorzugte Ausführungsform
ist in 7 und 8 gezeigt. Auch bei der Ausführungsform
von 6 wird der Austrittspunkt aus dem Ende 151 des
Lichtleiters 150 durch die erforderliche Neigung auf der
Linse 103 immer noch von der Mitte des optischen Systems
nach außen
bewegt. Dies ist ein Nachteil, da dies eine immer noch größere Blende
am gemessenen menschlichen Auge erfordert. In der Ausführungsform
von 7 ist eine zusätzliche
Linse 205 zwischen dem Lichtleiter 250 und der
Hornhautkontaktlinse 224 zum zusätzlichen Lenken des Lichts
zur Mitte des Auges E positioniert. Festgestellt wurde, daß eine Fresnellinse 206 (8)
zufriedenstellend ist. Außerdem
ist das Ende 251 des Lichtleiters 250 so nach
unten verlängert, daß es mit
der zusätzlichen
Linse 205 in Kontakt steht. Zum Beispiel könnte die
Linse 205 auf dem Ende 251 des Lichtleiters 250 plaziert
sein. Diese Ausführungsform
bewegt den Quellenpunkt des Lichts so weit nach innen als physisch
möglich
und ist eine in der Herstellung relativ billige Gestaltung.
-
Die
Erfindung stellt eine Weitfeld-Bildaufnahmeeinheit (BAE) unter Verwendung
des Lichtleiters von 3, 5a, 6 und 7 bereit,
um hochqualitative Farbbilder mit einem sehr weiten GF von normalerweise
120 bis 150 Grad zu erhalten. Sie ist leicht und kann in der Hand
gehalten werden. Indes könnte
sie auch an einer spaltlampenartigen Vorrichtung angeordnet sein,
möglicherweise
ein idealer Weg für
kooperative erwachsene Patienten. Die BAE der Erfindung ermöglicht ferner
ein leichtes Einsetzen und Entfernen verschiedener Lichtfilter zur
Angi ographie und/oder unterschiedlicher Linsen oder Linsensätze zum
Variieren des GF. Ferner ist sie so konfiguriert, daß ein Linsensatz
zur Abbildung der Vorderseite des Auges bereitgestellt werden kann.
-
In 6 (bzw. 9)
ist eine bevorzugte Ausführungsform
der BAE der Erfindung gezeigt. Die Bezugszahl 10 bezeichnet
allgemein die Bildaufnahmeeinheit (BAE) der Erfindung.
-
Die
BAE hat ein vorderes Gehäuse 11 und ein
hinteres Gehäuse 12,
die an einer Verbindungsstelle 16 getrennt sind, die allgemein
z. B. eine Verschlussverschraubung sein kann. Im hinteren Gehäuse 12 sind
Verbinder zur faseroptischen Leistungszufuhr 17 und für Kamera-
und Steuerfunktionen angeordnet – all dies ist in der WO-A-96/15712 gezeigt.
Die tragbare BAE kann in der Hand gehalten werden, um die Hornhaut
zu berühren.
Die Fokussierung erfolgt über
einen internen Mechanismus, der den Abstand zwischen dem vorderen
und hinteren Linsensatz variiert. Alternativ kann eine Lichtquelle
in der BAE angeordnet sein, was die Notwendigkeit des externen faseroptischen
Kabels zur Lichtzufuhr entfallen läßt.
-
Die
Linsensysteme, die allgemein mit der Bezugszahl 18 bezeichnet
und am besten in 10 und 11 zu
sehen sind, sind in einen vorderen und hinteren Satz aufgeteilt,
um Fokussier- und Pupillenübertragungsfunktionen
Rechnung zu tragen. Der vordere Linsensatz 20 verfügt über ein
vorderes Dublett 25 mit einer breiteren Kontakt- oder Hornhautlinse 24,
die mit der Vorderseite verklebt ist und dem System als Triplett
zur Verfügung
gestellt ist. Die nächste Linse
ist ein Dublett 26 und danach kommt ein Singulett 27,
gefolgt von einem Meniskus 23, der alternativ eine Asphäre sein
kann, um den vorderen Linsensatz zu komplettieren. Der hintere Linsensatz 30 ist
ein Dublett 31 und ein Triplett 32 für eine Einrichtung
zur Verhinderung von Farbaberration. Außerdem ist ein chromatisches
ladungsgekoppeltes Bauelement 38 so positioniert, daß es das
Netzhautbild empfängt.
-
Die
Netzhaut 40 ist das Objekt für das optische System und wird
an einer Bildposition 42 und dann an der Kamera an der
Bildebenenposition 44 erneut abgebildet. Die Systemblende
wird durch eine Maske an einer Stelle 43 eingestellt, wird aber
zur Augenlinse an einer Eintrittspupillenposition 41 übertragen.
-
Der
Lichtleiter 50 ist hinter der Hornhautkontaktlinse 24 so
positioniert, daß er
das Auge durch die Hornhaut beleuchtet, und hat eine geformte Spitze 51.
Eine Sehfeldblende wird durch eine Maske an einer Stelle 45 eingestellt,
um ein 120 Grad GF festzulegen und Streulicht zu blockieren. Eine
Streulichtblende ist durch eine Maske in Position 46 eingestellt, um
von der vorderen Linse reflektiertes Licht zusätzlich zu blockieren.
-
Verbindungskabel
zwischen der BAE und den anderen Komponenten einer kompletten augenabbildenden
Vorrichtung (u. a. Hardware für
Aufzeichnungsgeräte)
verfügen über eine
Steuerleitung zum Zuführen
und Empfangen von Informationen zwischen der BAE und den anderen
Komponenten und ein Stromkabel zum Zuführen von Strom zur BAE. All
dies ist in der WO-A-96/15712 offenbart. Sollte die Lichtquelle
nicht in der BAE enthalten sein, gehört zur Steuerleitung außerdem ein
faseroptisches Lichtkabel 13 für die Lichtzufuhr von einer Lichtquelle
außerhalb
der Aufnahmeeinheit.
-
In
der Erfindung wird ein einstückiger,
massiver Ring als Lichtleiter 50 verwendet. Zum leichten Zusammenbauen
kann der Leiter 50 aber aus Verlängerungen 50a und 50b bestehen,
die zur Lichtübertragung
aneinander stoßen.
Die Spitze 51 ist so geformt, daß sie das Licht in die gewünschte Richtung ablenkt.
Eine Lichtabsorptionsschicht ist auf den ausgewählten Oberflächenabschnitt
aufgetragen, um das Streulicht zu reduzieren. Die Verwendung eines durchlässigen Lichtleiters,
der als Ring aus einem einzigen Stück Kunststoff oder Glas hergestellt
ist, hat große
Vorteile. Im Stand der Technik wird der Winkel, aus dem das Licht
aus der Faser gezielt abgegeben wird, durch die Position der Faser
auf dem Radius der Hornhaut gesteuert und ist die Senkrechte auf
die Hornhaut an der Position des Rings.
-
In
einer Ausführungsform
wird Licht zur BAE 10 durch ein faseroptisches Lichtkabel 13 geführt, das
im Verbindungskabel enthalten ist. Das faseroptische Lichtkabel
führt Licht
zur BAE aus einer Lichtquelle, die in einem anderen, außerhalb der
BAE gelegenen Bauteil der gesamten Abbildungsvorrichtung liegt.
In einer weiteren Ausführungsform
liegt eine Lichtquelle vollständig
innerhalb der BAE 10.
-
Die
Erfindung stellt ein geteiltes Gehäuse 11 und 12 für die BAE 10 bereit,
damit der vordere Linsensatz 20 ausgetauscht werden kann,
um unterschiedlichen Größen und
Konturen des Auges Rechnung zu tragen. Zum Beispiel wäre für ein Kleinkind eine
andere Hornhautkontaktlinse 24 als die für einen Erwachsenen
verwendete Hornhautlinse geeignet. Ferner ist ein spezielles Merkmal
der Erfindung, daß der
vordere und hintere Linsensatz 20 und 30 schnell und
leicht gewechselt oder neu positioniert werden kann, um Filter 70 für verschiedene
Fluoreszenzangiographien einzusetzen oder Linsen, die für unterschiedliche
Gesichtsfelder sorgen. Ein einfacher Kontakt 71 zwischen
dem vorderen und hinteren Teilstück 11 und 12 der
BAE 10 reicht zur Beleuchtungsübertragung aus. Das geteilte
Gehäuse
ermöglicht, den
vorderen Linsensatz 20 vollständig zu entfernen, wobei nur
der hintere Linsensatz 30 verwendet wird, um die Vorderseite
des Auges abzubilden.
-
Ein
weiterer Vorteil der Bereitstellung eines geteilten Gehäuses 11 ist,
daß bei
Entfernung des vorderen Gehäuses
anschließend
ein Spezialgehäuse 60,
am besten in 12 zu sehen, an seiner Stelle
angesetzt werden kann, das so gestaltet ist, daß es die Vorderseite des Auges
durch eine Linse 61 abbildet. Das bereits zum hinteren
Gehäuse
geführte
Licht kann zu einem Diffusor 62 gelenkt werden, der dann die
Beleuchtung für
das Hornhautbild erzeugen kann. Dadurch kann die Netzhautkamera
eine Doppelfunktion auch als Abbildungsvorrichtung für die Hornhaut haben.
-
Diese
Vorteile sind in einem System bereitgestellt, das praktisch aufzubauen
ist; ein bis zur Erfindung kommerziell nicht realisiertes Ziel.
-
Daher
ist die Erfindung gut geeignet, die Aufgaben zu erfüllen und
die o. g. Ziele und Vorteile sowie weitere Ziele und Vorteile zu
erreichen, die ihr innewohnen. Während
derzeit bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung zur Offenbarung beschrieben wurden, können zahlreiche Änderungen der
Einzelheiten des Aufbaus und der Anordnung von Teilen vorge nommen
werden, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.