EP1631186A1 - Method and device for determining a movement of a human eye - Google Patents

Method and device for determining a movement of a human eye

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Publication number
EP1631186A1
EP1631186A1 EP04739667A EP04739667A EP1631186A1 EP 1631186 A1 EP1631186 A1 EP 1631186A1 EP 04739667 A EP04739667 A EP 04739667A EP 04739667 A EP04739667 A EP 04739667A EP 1631186 A1 EP1631186 A1 EP 1631186A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cornea
detection
distance
eye
movement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04739667A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk MÜHLHOFF
Mario Gerlach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Meditec AG
Original Assignee
Carl Zeiss Meditec AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Meditec AG filed Critical Carl Zeiss Meditec AG
Publication of EP1631186A1 publication Critical patent/EP1631186A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/113—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining or recording eye movement

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Abstract

Disclosed is a device for determining a movement of a human eye (1) located in front of said device. The inventive device comprises an illumination apparatus by means of which optical radiation can be produced and can be emitted as an illumination beam (13, 13', 13") in order to illuminate at least one area on the cornea (7) of the eye (1), a distance determining apparatus (17) by means of which the illumination beam (13, 13', 13") reflected by the cornea (7) as a detection beam (14, 14', 14") can be received in a time-resolved manner and a distance signal corresponding to a distance of the cornea (7) from a reference plane (12, 12', 12") that is defined relative to the distance determining apparatus (17) can be generated by using the received optical radiation of the detection beam (14, 14', 14"), and an evaluation unit (11) by means of which a position signal or movement signal corresponding to a position or movement of the eye (1) can be generated by using the distance signal.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Bewegung eines menschlichen AuαesMethod and device for determining the movement of a human eye
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Bewegung eines menschlichen Auges, wobei die Hornhaut des Auges mit optischer Strahlung beleuchtet wird.The present invention relates to a method and a device for determining a movement of a human eye, the cornea of the eye being illuminated with optical radiation.
In der Augenheilkunde wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um eine Fehlsichtigkeit bei einem Patienten durch Veränderung der Hornhaut des entsprechenden Auges des Patienten zu behandeln. So kann mit Hilfe von Laserstrahlung gezielt die Krümmung der Hornhaut eines menschlichen Auges verändert werden. Beispiele dafür sind die mit den Akronymen LASIK, PRK und LASEK bezeichneten, bekannten Verfahren. Bei diesen Verfahren wird ein Behandlungslaserstrahl scannend über die zu korrigierende Pupillenfläche geführt, der dabei eine Veränderung der Hornhaut bewirkt. Diese Veränderung der Hornhautgeometrie muß an festgelegten relativen Positionen zur Sehachse des Auges erfolgen, um eine Verbesserung oder Beseitigung der Fehlsichtigkeit erreichen zu können.Various methods have been developed in ophthalmology to treat a patient's ametropia by changing the cornea of the patient's corresponding eye. Laser curvature can be used to specifically change the curvature of the cornea in a human eye. Examples of this are the known methods denoted by the acronyms LASIK, PRK and LASEK. In these methods, a treatment laser beam is scanned over the pupil surface to be corrected, which causes a change in the cornea. This change in the corneal geometry must take place at defined positions relative to the visual axis of the eye in order to be able to improve or eliminate the ametropia.
Das Auge führt jedoch während des Behandlungszeitraums eine Vielzahl von willkürlichen und vor allem unwillkürlichen Bewegungen, beispielsweise Sakkaden, Mikrosakkaden, Torsionsbewegungen usw., aus, mit denen eine entsprechende Bewegung der Sehachse einhergeht. Solche Bewegungen verhindern jedoch während der Behandlung eine präzise Ausrichtung des Behandlungslaserstrahls in Bezug auf die Sehachse.During the treatment period, however, the eye carries out a large number of voluntary and, above all, involuntary movements, for example saccades, microsaccades, torsional movements, etc., which are accompanied by a corresponding movement of the visual axis. However, such movements prevent a precise alignment of the treatment laser beam with respect to the visual axis during the treatment.
Um solche Abweichungen zu reduzieren oder zu verhindern werden verschiedene Verfahren eingesetzt.Various methods are used to reduce or prevent such deviations.
Bei einer ersten Klasse von Verfahren wird versucht, eine Augenbewegung vollständig zu unterdrücken. Dazu können beispielsweise mit einem Behandlungsgerät verbundene, sogenannte Applanationsobjekte, beispielsweise Platten oder gekrümmte Kontaktgläser, eingesetzt werden, die durch mechanischen Druck und/oder Vakuum am vorderen Augenabschnitt gehalten sind. Durch ) die mechanische Kopplung des Auges mit dem Behandlungsgerät wird die Augenbewegung relativ zu dem Behandlungsgerät unterdrückt. Der Behandlungslaserstrahl kann daher präzise relativ zu der Sehachse des Auges ausgerichtet werden. Die Verwendung solcher Applanantionsobjekte ist jedoch häufig unerwünscht.A first class of procedures attempts to completely suppress eye movement. For this purpose, so-called applanation objects, for example plates or curved contact glasses, connected to a treatment device, are used, which are held by mechanical pressure and / or vacuum on the front section of the eye. The mechanical coupling of the eye to the treatment device suppresses eye movement relative to the treatment device. The treatment laser beam can therefore be precisely aligned relative to the visual axis of the eye. However, the use of such applanation objects is often undesirable.
Bei einer zweiten Klasse von Verfahren werden die Auswirkungen der Augenbewegung auf die Ausrichtung des Behandlungslaserstrahls relativ zu der Sehachse durch gezielte und zeitnahe Nachführung des Behandlungslaserstrahls entsprechend der Augenbewegung kompensiert. Hierzu ist es notwendig, die Bewegung des Auges zu erfassen.In a second class of methods, the effects of eye movement on the alignment of the treatment laser beam relative to the visual axis are compensated for by targeted and timely tracking of the treatment laser beam in accordance with the eye movement. For this it is necessary to record the movement of the eye.
Die Bewegungserfassung basiert meist auf einer Videoerfassung des vorderen Augenabschnitts und einer nachfolgenden digitalen Bildverarbeitung und -auswertung. Dabei können typische Merkmale des Auges, beispielsweise der Pupillenrand oder der Übergang zwischen Iris und Sklera, erfaßt und deren Bewegung und Position ermittelt werden.The motion detection is mostly based on a video capture of the anterior segment of the eye and a subsequent digital image processing and evaluation. Typical features of the eye, for example the pupil edge or the transition between iris and sclera, can be recorded and their movement and position can be determined.
Bei weiteren Verfahren zur Bewegungserfassung werden der Pupillenrand, die Sklera-Grenze oder künstlich aufgebrachte Marken, wie in EP 125 28 72, gescannt.In further methods for motion detection, the pupil edge, the scleral border or artificially applied marks are scanned, as in EP 125 28 72.
Aus den ermittelten Positions- und Bewegungsdaten wird dann ein Kompensationssignal generiert, welches zur Positionierung des Behandlungslaserstrahls benutzt wird.A compensation signal is then generated from the determined position and movement data and is used to position the treatment laser beam.
Die videobasierten Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Bewegungs- und Positionssignale mit unzureichender Geschwindigkeit bzw. Frequenz erzeugt werden. Schnelle Augenbewegungen können durch die Verfahren nicht verfolgt werden, so daß es bei hohen Genauigkeitsanforderungen an die Ausrichtung des Behandlungslaserstrahls in Bezug auf die Sehachse des Auges zu erheblichen Abweichungen zwischen der Soll-Position des Behandlungslaserstrahls und der Ist-Position des Behandlungslaserstrahls in Bezug auf die Sehachse des Auges kommen kann.However, the video-based methods have the disadvantage that the movement and position signals are generated with insufficient speed or frequency. Rapid eye movements cannot be tracked by the method, so that there are considerable deviations between the target position of the treatment laser beam and the actual position of the treatment laser beam with respect to the visual axis in the case of high accuracy requirements for the alignment of the treatment laser beam with respect to the visual axis of the eye of the eye can come.
Im übrigen wird die Bewegung des Auges nur in zwei Raumdimensionen erfaßt, die im wesentlichen senkrecht zur Sehachse des Auges verlaufen.In addition, the movement of the eye is only detected in two spatial dimensions that are essentially perpendicular to the visual axis of the eye.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Augenbewegung bereitzustellen, das bzw. die eine schnelle Bestimmung der Augenbewegung mit hoher Genauigkeit ermöglicht.The present invention is therefore based on the object of providing a method and a device for determining an eye movement which enables rapid determination of the eye movement with high accuracy.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Bewegung eines Auges, bei dem optische Strahlung als Beleuchtungsstrahlenbundel auf die Hornhaut des Auges gestrahlt wird, unter Verwendung der von der Hornhaut als Detektionsstrahlenbündel zurückgeworfenen optischen Strahlung zeitlich aufgelöst Abstandssignale entsprechend dem Abstand der Hornhaut von einer vorgegebenen Referenzebene gebildet werden, und aus den Abstandssignalen Lage- oder Bewegungssignale entsprechend einer Lage oder Bewegung des Auges gebildet werden.The object is achieved by a method for determining a movement of an eye, in which optical radiation is radiated onto the cornea of the eye as an illuminating beam will be formed using the optical radiation reflected by the cornea as a detection beam, time-resolved distance signals corresponding to the distance of the cornea from a predetermined reference plane, and from the distance signals position or movement signals corresponding to a position or movement of the eye are formed.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Bewegung eines Auges mit einer Beleuchtungseinrichtung, die im Betrieb optische Strahlung erzeugt und als Beleuchtungsstrahlenbundel zur Beleuchtung wenigstens eines Bereichs auf der Hornhaut des Auges abstrahlt, mit einer Abstandsermittlungseinrichtung, die zeitaufgelöst das von der Hornhaut als Detektionsstrahlenbündel zurückgeworfene Beleuchtungsstrahlenbundel empfängt und ein Abstandssignal unter Verwendung der empfangenen optischen Strahlung des Detektionsstrahlenbündels entsprechend einem Abstand der Hornhaut von einer Referenzebene, die relativ zu der Abstandsermittlungseinrichtung festgelegt ist, bildet, und mit einer Auswerteeinrichtung, die unter Verwendung des Abstandssignals ein Lage- oder Bewegungssignal entsprechend einer Lage oder Bewegung des Auges erzeugt.The object is further achieved by a device for determining a movement of an eye with an illuminating device that generates optical radiation during operation and emits as an illuminating beam for illuminating at least one area on the cornea of the eye, with a distance determining device that resolves the time from the cornea as Detected radiation bundle received back and receives a distance signal using the received optical radiation of the detection beam corresponding to a distance of the cornea from a reference plane, which is defined relative to the distance determining device, and with an evaluation device that uses the distance signal corresponding to a position or movement signal a position or movement of the eye.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbar.The method according to the invention can be carried out with the device according to the invention.
Die Erfindung nutzt den Umstand aus, daß die Hornhaut des Auges eine typische Form, näherungsweise die eines Abschnitts einer Ellipsoid- bzw. Toroid-Oberfläche, insbesondere einer Kugelkappe, aufweist und so aus der Messung des Abstands der Hornhaut von einer in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest beim Betrieb vorgegebenen, zu dem Detektionsstrahlenbündel im Wesentlichen orthogonalen Referenzebene unter Verwendung der Form der Hornhaut deren Lage bzw. Lageänderung bestimmbar ist.The invention takes advantage of the fact that the cornea of the eye has a typical shape, approximately that of a section of an ellipsoid or toroid surface, in particular a spherical cap, and thus from the measurement of the distance of the cornea from one in relation to the invention Device at least during operation, the reference plane essentially orthogonal to the detection beam using the shape of the cornea whose position or change in position can be determined.
Die Messung des Abstands erfolgt erfindungsgemäß berührungslos mit optischer Strahlung, die im Rahmen der Erfindung insbesondere auch infrarote Strahlung und/oder sichtbares Licht umfassen kann. Zur Erzeugung der optischen Strahlung ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, die insbesondere eine Strahlungsquelle für die optische Strahlung enthält. Darüber hinaus können noch weitere ablenkende oder strahlenbündelformende Elemente vorgesehen sein, um das Beleuchtungsstrahlenbundel zu formen.According to the invention, the distance is measured without contact with optical radiation, which in the context of the invention can also include infrared radiation and / or visible light. To generate the optical radiation, the lighting device is provided in the device according to the invention, which in particular contains a radiation source for the optical radiation. In addition, further deflecting or beam-shaping elements can be provided in order to form the illuminating beam.
Um eine Wahrnehmung des Beleuchtungsstrahlenbündels durch den Patienten zu vermeiden, wird vorzugsweise infrarote Strahlung verwendet.In order to avoid perception of the illumination beam by the patient, infrared radiation is preferably used.
Das Beleuchtungsstrahlenbundel wird auf die Hornhaut des Auges gestrahlt, wo ein beleuchteter Fleck bzw. Leuchtfleck entsteht. Von der Hornhaut wird dann die optische Strahlung des Beleuchtungsstrahlenbündels als Detektionsstrahlenbündel zurückgeworfen, vorzugsweise reflektiert. Je nach Art der optischen Wechselwirkung (Reflexion, Rückstreuung) kann das Beleuchtungsstrahlenbundel an unterschiedlichen Schichten der Hornhaut, beispielsweise dem Epithel, der Bowman-Membran, der Descement-Membran und/oder dem Endothel, zurückgeworfen werden.The bundle of illuminating rays is radiated onto the cornea of the eye, where an illuminated spot or light spot is created. The cornea then becomes the optical one Radiation from the illumination beam is reflected back as a detection beam, preferably reflected. Depending on the type of optical interaction (reflection, backscattering), the illuminating beam can be reflected on different layers of the cornea, for example the epithelium, the Bowman membrane, the desertion membrane and / or the endothelium.
Unter Verwendung der von der Hornhaut als Detektionsstrahlenbündel zurückgeworfenen optischen Strahlung werden dann zeitlich aufgelöst Abstandssignale entsprechend dem Abstand der Hornhaut von der vorgegebenen Referenzebene gebildet. Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Abstandsermittlungseinrichtung auf, die wenigstens einen Teil des Detektionsstrahlenbündels empfängt und aus dessen Eigenschaften allein oder auch in Verbindung mit denen des Beleuchtungsstrahlenbündels ein Abstandssignal bildet. Die Referenzebene nimmt dabei relativ zu der Abstandsermittlungseinrichtung eine feste Lage ein und kann dabei insbesondere durch die Lage der Abstandsermittlungseinrichtung und/oder der Beleuchtungseinrichtung gegeben sein. Vorzugsweise besitzt die Vorrichtung noch einen Kopfhalter, in der der Kopf mit dem Auge in einer vorgegebenen Position gehalten werden kann, so daß Bewegungen des Auges durch Bewegung des Kopfes weitgehend ausgeschlossen werden können.Using the optical radiation reflected by the cornea as a detection beam, time-resolved distance signals are then formed corresponding to the distance of the cornea from the specified reference plane. For this purpose, the device according to the invention has the distance determination device, which receives at least part of the detection beam and forms a distance signal from its properties alone or in conjunction with those of the illuminating beam. The reference plane has a fixed position relative to the distance determining device and can be given in particular by the position of the distance determining device and / or the lighting device. The device preferably also has a head holder, in which the head can be held in a predetermined position with the eye, so that movements of the eye can be largely excluded by moving the head.
Die Abstandsermittlungseinrichtung kann insbesondere einen Photodetektor zum Empfang wenigstens eines Teils des Detektionsstrahlenbündels aufweisen, der für wenigstens eine Wellenlänge der verwendeten optischen Strahlung sensitiv ist. Die Signale des Photodetektors können durch eine Detektionsschaltung analog und/oder digital in die Abstandssignale umgesetzt werden.The distance determination device can in particular have a photodetector for receiving at least a part of the detection beam which is sensitive to at least one wavelength of the optical radiation used. The signals of the photodetector can be converted into the distance signals in an analog and / or digital manner by a detection circuit.
Die zeitliche Auflösung, die unter anderem durch die Erfassungsfrequenz des Photodetektors und die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Detektionsschaltung bestimmt ist, ist vorzugsweise so groß, daß auch schnelle Änderungen der Lage oder des Bewegungszustandes des Auges genau erfaßt werden.The temporal resolution, which is determined, inter alia, by the detection frequency of the photodetector and the processing speed of the detection circuit, is preferably so great that rapid changes in the position or the state of movement of the eye are also detected precisely.
Aus den Abstandssignalen werden schließlich Lage- oder Bewegungssignale entsprechend einer Lage oder Bewegung des Auges gebildet und ausgegeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt dazu über eine Auswerteeinrichtung, die mit der Abstandsermittlungseinrichtung zum Empfang der Abstandssignale über eine Signalverbindung verbunden ist und mittels der unter Verwendung des Abstandssignals ein Lage- oder Bewegungssignal entsprechend einer Lage oder Bewegung des Auges bildbar ist. Während sich das Lagesignal auf die augenblickliche Lage des Auges bezieht, wird unter einem Bewegungssignal ein Signal verstanden, das eine Lageänderung zwischen wenigstens zwei verschiedenen Erfassungszeitpunkten bzw., nach Division durch ein entsprechendes Zeitintervall, eine entsprechende Geschwindigkeit wiedergibt.Finally, position or movement signals corresponding to a position or movement of the eye are formed and output from the distance signals. For this purpose, the device according to the invention has an evaluation device which is connected to the distance determination device for receiving the distance signals via a signal connection and by means of which a position or movement signal corresponding to a position or movement of the eye can be formed using the distance signal. While the position signal relates to the current position of the eye, a movement signal is understood to be a signal that indicates a change in position between at least two different acquisition times or, after division by a corresponding time interval, a corresponding speed.
Die Bildung eines Lage- oder Bewegungssignals erfolgt dabei auf der Basis einer Annahme über die Form der Hornhaut im Bereich des Beleuchtungsstrahls bzw. eines entsprechenden Modells. Insbesondere kann, wie zuvor erwähnt, bei Messung im Bereich des Scheitels der Hornhaut angenommen werden, daß die Hornhaut in diesem Bereich näherungsweise die Form eines Bereichs einer Ellipsoidoberfläche, insbesondere einer Kugelkappe, besitzt, dessen Radius entweder allgemein als Mittelwert angenommen oder individuell ermittelt werden kann. In genaueren Modellen können für verschiedene Schichten verschiedene Radien zugrunde gelegt werden. In diesem Fall ist es wichtig zu wissen, an welcher der Schichten das Beleuchtungsstrahlenbundel am stärksten zurückgeworfen wird.The formation of a position or movement signal takes place on the basis of an assumption about the shape of the cornea in the area of the illumination beam or a corresponding model. In particular, as mentioned above, when measuring in the area of the apex of the cornea, it can be assumed that the cornea in this area approximately has the shape of an area of an ellipsoid surface, in particular a spherical cap, the radius of which can either be generally accepted as an average or determined individually , In more precise models, different radii can be used for different layers. In this case it is important to know at which of the layers the illuminating beam is most strongly reflected.
Aus dem Abstand des beleuchteten Flecks von der Referenzebene und der bekannten Richtung des Beleuchtungs- wie auch des Detektionsstrahlenbündels kann dann auf der Basis des Modells der Hornhaut die Lage bzw. Bewegung der Kugelkappe bzw. Hornhaut und damit des Auges ermittelt werden.From the distance of the illuminated spot from the reference plane and the known direction of the illumination as well as the detection beam, the position or movement of the spherical cap or cornea and thus of the eye can then be determined on the basis of the model of the cornea.
Die Ermittlung des Lage- oder Bewegungssignals kann dabei analog oder digital erfolgen. Die hierbei auszuführenden Operationen sind im Vergleich zu den einleitend geschilderten videobasierten Verfahren einfach und können daher besonders schnell digital, bevorzugt analog durchgeführt werden.The position or movement signal can be determined in an analog or digital manner. The operations to be carried out here are simple in comparison to the video-based methods described in the introduction and can therefore be carried out particularly quickly digitally, preferably analogously.
Das Lage- oder Bewegungssignal kann dann digital oder analog ausgegeben werden.The position or movement signal can then be output digitally or analog.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung gestatten daher eine besonders einfache und schnelle Bestimmung der Augenbewegung.The method according to the invention and the device according to the invention therefore allow particularly simple and rapid determination of the eye movement.
Das mögliche räumliche Auflösungsvermögen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Lage des Auges hängt unter anderem von dem Verhältnis des Durchmessers des von dem Beleuchtungsstrahl auf der Hornhaut beleuchteten Bereichs bzw. Flecks zu einem Krümmungsradius der Hornhaut ab. So ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, daß das Beleuchtungsstrahlenbundel an der Hornhaut einen Durchmesser zwischen 2 μm und 20 μm aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es bevorzugt, daß die Beleuchtungseinrichtung so ausgebildet ist, daß beim Betrieb ein Durchmesser des Beleuchtungsstrahlenbündels auf der Hornhaut des vor der Vorrichtung angeordneten Auges zwischen 2 μm und 20 μm liegt. In diesem Durchmesserbereich wird eine bessere Auflösung erreicht, als bei Beleuchtungsstrahlenbündeln mit kleineren Durchmessern, bei denen je nach verwendeter Wellenlänge der optischen Strahlung Beugungseffekte die räumliche Auflösung verschlechtern können. Besonders bevorzugt wird ein Durchmesser von 10μm verwendet. Zur Einstellung des Strahlenbündeldurchmessers auf der Hornhaut kann die Beleuchtungseinrichtung bevorzugt eine strahlenbündelformende Optik aufweisen. Die strahlenbündelformende Optik kann dabei insbesondere wenigstens eine Blende und eine oder mehrere Linsen umfassen.The possible spatial resolving power of the method according to the invention or the device according to the invention for the position of the eye depends, inter alia, on the ratio of the diameter of the area or spot illuminated by the illumination beam on the cornea to a radius of curvature of the cornea. It is preferred in the method according to the invention that the illuminating beam on the cornea has a diameter between 2 μm and 20 μm. In the device according to the invention it is preferred that the illumination device is designed such that during operation a diameter of the illumination beam on the cornea of the eye arranged in front of the device is between 2 μm and 20 μm. In this diameter range, a better resolution is achieved than in the case of illuminating light beams with smaller diameters, in which, depending on the one used Wavelength of the optical radiation diffraction effects can worsen the spatial resolution. A diameter of 10 μm is particularly preferably used. To adjust the beam diameter on the cornea, the illuminating device can preferably have a beam-shaping optic. The beam-shaping optics can in particular comprise at least one aperture and one or more lenses.
Die Abstandsbestimmung kann mit verschiedenen Verfahren zur optischen Abstandsbestimmung erfolgen.The distance can be determined using various optical distance determination methods.
Bei einer ersten Alternative wird im Wesentlichen ein interferometrisches Verfahren verwendet. So ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, daß aus dem Beleuchtungsstrahlenbundel ein Referenzstrahlenbündel ausgekoppelt wird, das Referenzstrahlenbündel mit dem Detektionsstrahlenbündel überlagert wird, und das Abstandssignal durch Detektion von Interferenzen der überlagerten Strahlenbündel gebildet wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Abstandsermittlungseinrichtung einen Interferometerabschnitt aufweist, mit dem beim Betrieb zusammen mit der Hornhaut ein Interferometer entsteht. Die Hornhaut wirkt dabei als ein optische Strahlung zurückwerfendes Element. Aus dem Beleuchtungsstrahlenbundel wird also ein Referenzstrahlenbündel ausgekoppelt, das mit dem von der Hornhaut als Detektionsstrahlenbündel zurückgeworfenen Beleuchtungsstrahlenbundel überlagert wird. Während das Referenzstrahlenbündel einen bekannten, zeitlich konstanten oder variablen optischen Weg zurücklegt, hängt die optische Weglänge, die das Beleuchtungsstrahlenbundel nach der Auskopplung und nach Reflexion an der Hornhaut als Detektionsstrahlenbündel zurücklegt, von der Position der Hornhaut ab. Interferenzen, die mittels einer Detektionseinrichtung der Abstandsermittlungseinrichtung erfaßbar sind, stellen sich dann ein, wenn die resultierende optische Wegdifferenz kleiner als die zeitliche Kohärenzlänge der optischen Strahlung des Beleuchtungsstrahls ist. Ein solches Verfahren ermöglicht einen einfachen optischen Aufbau.A first alternative essentially uses an interferometric method. It is preferred in the method according to the invention that a reference beam is coupled out of the illuminating beam, the reference beam is superimposed with the detection beam, and the distance signal is formed by detecting interference of the superimposed beams. In the device according to the invention, it is preferred for the distance determination device to have an interferometer section, with which an interferometer is produced during operation together with the cornea. The cornea acts as an element reflecting optical radiation. A reference beam is thus coupled out of the illuminating beam, which is superimposed with the illuminating beam reflected by the cornea as a detection beam. While the reference beam travels a known, time-constant or variable optical path, the optical path length that the illuminating beam travels as a detection beam after coupling out and after reflection on the cornea depends on the position of the cornea. Interferences that can be detected by means of a detection device of the distance determination device occur when the resulting optical path difference is smaller than the time coherence length of the optical radiation of the illumination beam. Such a method enables a simple optical structure.
Besonders bevorzugt können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ähnlich wie ein optischer Kohärenztomograph ausgebildet sein. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, daß die optische Weglänge für das Referenzstrahlenbündel vor der Überlagerung, der Beleuchtungsstrahl nach Abteilung des Referenzstrahlenbündels und/oder das Detektionsstrahlenbündel vor der Überlagerung mit einem vorgegebenen Zeitprogramm variiert wird, daß die Intensität der überlagerten Referenz- und Detektionsstrahlenbündel zeitaufgelöst entsprechend dem Zeitprogramm detektiert wird, und daß aus der detektierten Intensität ein Abstandssignal gebildet wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Beleuchtungseinrichtung zur Abgabe von optischer Strahlung mit einer vorgegebenen zeitlichen Kohärenzlänge ausgebildet ist, der Interferometerabschnitt wenigstens einen in dem Weg des Beleuchtungsstrahlenbündels angeordneten Strahlteiler zur Bildung eines Referenzstrahlenbündels aus der optischen Strahlung der Beleuchtungseinrichtung, wenigstens ein optisches Funktionselement zur Überlagerung des Referenzstrahlenbündels mit dem Detektionsstrahlenbündel und eine Einrichtung zur Variation der optischen Weglänge des Weges des Referenzstrahlenbündels zwischen dem Strahlteiler und dem optischen Funktionselement oder der optischen Weglänge des Weges des Beleuchtungsstrahlenbündels nach dem Strahlteiler und/oder zwischen dem von dem Beleuchtungsstrahlenbundel auf der Hornhaut beleuchteten Flecks und dem optischen Funktionselement entsprechend einem vorgegebenen Zeitprogramm aufweist, und die Abstandsermittlungseinrichtung eine Detektionseinrichtung aufweist, mittels der die Intensität der überlagerten Referenz- und Detektionsstrahlenbündel entsprechend dem Zeitprogramm erfaßbar und in ein Abstandssignal umsetzbar sind. Insbesondere kann der Abstand der Hornhaut dadurch bestimmt werden, daß ermittelt wird, bei welcher optischen Weglängendifferenz eine Interferenz auftritt. Das Auftreten einer Interferenz setzt nämlich voraus, daß der Betrag der Weglängendifferenz kleiner als die zeitliche Kohärenzlänge ist. Bei dieser Weiterbildung kann eine einfache Vorrichtung verwendet werden, die bei hoher Genauigkeit einen großen Abstandsbereich abtasten kann. Das optische Funktionselement kann insbesondere auch Teil der Einrichtung zur Variation der optischen Weglänge sein.The method according to the invention and the device according to the invention can particularly preferably be designed similarly to an optical coherence tomograph. In the method according to the invention, it is preferred that the optical path length for the reference beam before the overlay, the illumination beam according to the department of the reference beam and / or the detection beam before the overlay is varied with a predetermined time program so that the intensity of the superimposed reference and detection beams is time-resolved is detected in accordance with the time program, and that a distance signal is formed from the detected intensity. In the device according to the invention, it is preferred for the lighting device to be designed to emit optical radiation with a predetermined temporal coherence length the interferometer section is at least one beam splitter arranged in the path of the illuminating beam for forming a reference beam from the optical radiation of the lighting device, at least one optical functional element for superimposing the reference beam on the detection beam and a device for varying the optical path length of the path of the reference beam between the beam splitter and the optical functional element or the optical path length of the path of the illuminating beam after the beam splitter and / or between the spot illuminated by the illuminating beam on the cornea and the optical functional element in accordance with a predetermined time program, and the distance determining device has a detection device by means of which the intensity of the superimposed reference and detection beams according to the time program detectable and at a distance signal can be implemented. In particular, the distance between the cornea can be determined by determining at which optical path length difference an interference occurs. The occurrence of interference presupposes that the amount of the path length difference is smaller than the time coherence length. In this development, a simple device can be used, which can scan a large distance range with high accuracy. The optical functional element can in particular also be part of the device for varying the optical path length.
Um eine besonders gute Auflösung bei der Abstandsbestimmung zu erzielen, ist es bevorzugt, daß die zeitliche Kohärenzlänge der verwendeten optischen Strahlung zwischen 1 μm und 10 μm liegt.In order to achieve a particularly good resolution in the distance determination, it is preferred that the temporal coherence length of the optical radiation used is between 1 μm and 10 μm.
Die Variation der optischen Weglänge kann grundsätzlich beliebig erfolgen. So ist beispielsweise eine Änderung des Brechungsindex entlang wenigstens eines Teils des Weges möglich. Bei dem Verfahren ist es jedoch bevorzugt, daß zur Variation der optischen Weglänge ein Reflektor linear hin- und herbewegt wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Einrichtung zur Variation der optischen Weglänge einen linear hin- und herbewegbaren Reflektor umfaßt. Die optische Weglänge ist auf diese Weise besonders einfach auch über größere Bereiche veränderbar, wobei gleichzeitig die Lage des Reflektors einfach bestimmbar ist. Zur Bewegung des Reflektors kann insbesondere eine entsprechende Antriebseinrichtung vorgesehen sein, mittels derer Lagesignale abgebbar sind, die die Lage des Reflektors und damit die Länge des optischen Weges des Referenzstrahlenbündels wiedergeben.The optical path length can in principle be varied as desired. For example, it is possible to change the refractive index along at least part of the path. In the method, however, it is preferred that a reflector is moved back and forth linearly to vary the optical path length. In the device according to the invention, it is preferred that the device for varying the optical path length comprises a linearly reciprocable reflector. In this way, the optical path length can be changed particularly easily, even over larger areas, and at the same time the position of the reflector can be easily determined. For the movement of the reflector, a corresponding drive device can be provided, in particular, by means of which position signals can be emitted which reflect the position of the reflector and thus the length of the optical path of the reference beam.
Bei einer anderen Variante des Verfahrens ist es bevorzugt, daß zur Variation der optischen Weglänge mehrere reflektierende Flächenabschnitte um eine Achse gedreht werden, die in radialer Richtung von der Achse unterschiedliche Abstände aufweisen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Einrichtung zur Variation der optischen Weglänge eine durch einen Antrieb um eine Achse dreh- oder schwenkbare Reflektoranordnung umfaßt, die mehrere reflektierende Abschnitte mit jeweils unterschiedlichem Abstand zu der Achse aufweisen. Besonders bevorzugt erfolgt die Drehung mit einer konstanten Drehfrequenz entweder kontinuierlich oder in Schritten. Die Drehachse kann insbesondere orthogonal zu der Richtung des Referenzstrahlenbündels orientiert sein. Bei einer solchen Anordnung kann die optische Weglänge während einer Umdrehung des Spiegels mit konstanter Geschwindigkeit geändert werden. Darüber hinaus sind die mechanischen Anforderungen an die Lagerung der Reflektoranordnung nicht sehr hoch, da Unwuchten durch entsprechende Masseverteilung in der Reflektoranordnung vermieden werden können. Wird eine Anordnung mit mehreren ebenen Reflektorflächen verwendet, unterscheiden sich die Abstände benachbarter Reflektorflächen vorzugsweise um ein bis zwei zeitliche Kohärenzlängen. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders gute Abstandsauflösung.In another variant of the method, it is preferred that, in order to vary the optical path length, a plurality of reflecting surface sections are rotated about an axis which have different distances from the axis in the radial direction. In the device according to the invention, it is preferred that the device for varying the optical path length comprises a reflector arrangement which can be rotated or pivoted about an axis by a drive and which has a plurality of reflecting sections each having a different distance from the axis. The rotation is particularly preferably carried out at a constant rotational frequency either continuously or in steps. The axis of rotation can in particular be oriented orthogonally to the direction of the reference beam. With such an arrangement, the optical path length can be changed during a revolution of the mirror at a constant speed. In addition, the mechanical requirements for the mounting of the reflector arrangement are not very high, since imbalances can be avoided by appropriate mass distribution in the reflector arrangement. If an arrangement with several flat reflector surfaces is used, the distances between adjacent reflector surfaces preferably differ by one to two temporal coherence lengths. This results in a particularly good distance resolution.
Bei einer zweiten Alternative zur Bestimmung des Abstands ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, daß das Beleuchtungsstrahlenbundel für wenigstens eine Wellenlänge in einem vorgegebenen Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut fokussiert wird, daß das Detektionsstrahlenbündel mittels einer Detektionsoptik in den Bereich einer feinen Lochblende fokussiert wird, deren Öffnung für die Wellenlänge in einer zu einer der Wellenlänge zugeordneten Objektebene in dem vorgegebenen Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut in Bezug auf die Detektionsoptik konjugierten Ebene liegt, und daß das Abstandssignal durch Detektion der die feine Lochblende passierenden optischen Strahlung gebildet wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Vorrichtung eine Beleuchtungsoptik zur Fokussierung des Beleuchtungsstrahlenbündels für wenigstens eine Wellenlänge in einem vorgegebenen Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut aufweist, und daß die Abstandsermittlungseinrichtung in einem Detektionsstrahlengang eine Detektionsoptik, eine dieser nachgeordnete feine Lochblende und eine nach der Lochblende angeordnete Detektionseinrichtung zur Detektion der optischen Strahlung hinter der feinen Lochblende aufweist, wobei eine Ebene einer Öffnung der feinen Lochblende in Bezug auf die Detektionsoptik für die Wellenlänge zu einer der Wellenlänge zugeordneten Objektebene in dem Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut in Bezug auf die Detektionsoptik konjugiert ist. Unter einer feinen Lochblende wird dabei eine Lochblende mit sehr kleiner Öffnung verstanden, die häufig auch als "pinhole" oder "pinhole-Blende" bezeichnet wird. Mittels der Beleuchtungseinrichtung wird die optische Strahlung für wenigstens eine Wellenlänge in den vorgegebenen Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut fokussiert, wobei die optische Strahlung die Hornhaut beleuchtet. Der Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut ist in Bezug auf die Abstandsermittlungseinrichtung vorgegeben und festgelegt. Insbesondere wird er durch die Abbildungsgeometrie der Beleuchtungsoptik bestimmt. Bei Verwendung der Erfindung ist durch entsprechende Positionierung des Patienten das Auge des Patienten in diesen Bereich zu bringen. Eine wesentlicher Anteil der von der Hornhaut zurückgeworfenen optischen Strahlung wird nur dann die Lochblende passieren und die Detektionseinrichtung erreichen, wenn der reelle oder virtuelle Fokus des von der Hornhaut zurückgeworfenen Beleuchtungsstrahlenbündels in der der Wellenlänge zugeordneten, durch die Vorrichtung vorgegebenen Objektebene oder in einem Bereich mit einer der Schärfentiefe der Detektions- optik entsprechenden Breite um diese Objektebene liegt. Insbesondere kann der Fokus auf der Hornhautoberfläche liegen. Dieser Fokus wird dann in die Öffnung der Lochblende abgebildet und kann durch diese hindurch treten. Der Abstand der Hornhaut von der Referenzebene ist aus der Lage der Objektebene zu der Referenzebene ermittelbar, wenn optische Strahlung durch die Lochblende tritt. Insofern wird das an sich bekannte Verfahren der konfokalen Detektion von reflektiertem Licht an Oberflächen verwendet. Diese Weiterbildung erlaubt die Verwendung von Beleuchtungseinrichtungen unabhängig von den damit erreichbaren Kohärenzeigenschaften der abgegebenen optischen Strahlung.In a second alternative for determining the distance, it is preferred in the method according to the invention that the illuminating beam is focused for at least one wavelength in a predetermined range for possible positions of the cornea, that the detection beam is focused in the area of a fine pinhole by means of detection optics, whose opening for the wavelength lies in an object plane assigned to the wavelength in the predetermined range for possible positions of the cornea in relation to the conjugate plane in relation to the detection optics, and that the distance signal is formed by detection of the optical radiation passing through the fine pinhole. In the device according to the invention, it is preferred that the device has illumination optics for focussing the illumination beam for at least one wavelength in a predetermined range for possible positions of the cornea, and that the distance determining device includes detection optics in a detection beam path, a fine pinhole arranged downstream thereof and one after the pinhole arranged detection device for detecting the optical radiation behind the fine pinhole, wherein a plane of an opening of the fine pinhole with respect to the detection optics for the wavelength to a wavelength associated object plane in the area for possible positions of the cornea in relation to the Detection optics is conjugated. A fine pinhole is understood to mean a pinhole with a very small opening, which is often also referred to as a "pinhole" or "pinhole screen". By means of the illuminating device, the optical radiation is focused for at least one wavelength in the predetermined range for possible positions of the cornea, the optical radiation illuminating the cornea. The range for possible positions of the cornea is predefined and defined in relation to the distance determination device. In particular, it is determined by the imaging geometry of the illumination optics. When using the invention, the patient's eye is to be brought into this area by appropriate positioning of the patient. A significant proportion of the optical reflected by the cornea Radiation will only pass through the pinhole and reach the detection device if the real or virtual focus of the illumination beam reflected by the cornea is around in the object plane assigned by the device to the wavelength or in an area with a width corresponding to the depth of field of the detection optics this object plane lies. In particular, the focus can be on the surface of the cornea. This focus is then imaged in the opening of the pinhole and can pass through it. The distance from the cornea to the reference plane can be determined from the position of the object plane to the reference plane when optical radiation passes through the pinhole. In this respect, the known method of confocal detection of reflected light on surfaces is used. This development allows the use of lighting devices regardless of the coherence properties of the emitted optical radiation that can be achieved thereby.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dann bevorzugt, daß der Bereich möglicher Abstände der Hornhaut zu der Referenzebene durch Veränderung des Abstands zwischen der Objektebene und der feinen Lochblende abgetastet werden. So kann zum einen durch Bewegung der der Wellenlänge zugeordneten Objektebene ein vorgegebener Abstandsbereich abgetastet werden. Dies kann insbesondere durch Bewegung der Beleuchtungs- und/oder Detektionsoptik und/oder durch Änderung der Brennweite der Beleuchtungs- und/oder Detektionsoptik erfolgen. Eine Änderung der Brennweiten kann dabei beispielsweise durch Verwendung eines motorisch verstellbaren Zoom-Objektivs ermöglicht werden. Es ist zum anderen möglich, zur Abtastung des Abstandsbereichs die Lochblende in Richtung des Detektionsstrahlengangs zu bewegen. Schließlich ist auch eine Kombination dieser Methoden möglich. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher bevorzugt, daß die Lage der Beleuchtungs- und/oder Detektionsoptik und/oder der Lochblende und/oder die Brennweite der Beleuchtungs- und/oder Detektionsoptik mittels eines Antriebs innerhalb eines vorgegebenen Bereichs veränderbar ist. Ein signifikanter Anteil des Detektionsstrahlenbündels wird dann die Lochblende passieren, wenn der reelle oder virtuelle Fokus des von der Hornhaut zurückgeworfenen Beleuchtungsstrahlenbündels in der zu der Ebene der Öffnung der Lochblende konjugierten Objektebene liegt ist. Durch Korrelation der Detektion einer entsprechenden Intensität mit der entsprechenden Lage oder Brennweite des entsprechenden optischen Bauelements ist dann das Abstandssignal bildbar. Diese Weiterbildung erlaubt die Verwendung einfacher optischer Bauelemente, insbesondere wenn die optische Strahlung des Beleuchtungsstrahlenbündels sehr schmalbandig ist.In one embodiment of the method according to the invention, it is then preferred that the area of possible distances from the cornea to the reference plane be scanned by changing the distance between the object plane and the fine pinhole. On the one hand, a predetermined distance range can be scanned by moving the object plane assigned to the wavelength. This can be done in particular by moving the lighting and / or detection optics and / or by changing the focal length of the lighting and / or detection optics. A change in the focal lengths can be made possible, for example, by using a motorized zoom lens. On the other hand, it is possible to move the pinhole in the direction of the detection beam path to scan the distance range. Finally, a combination of these methods is also possible. In the device according to the invention it is therefore preferred that the position of the illumination and / or detection optics and / or the pinhole and / or the focal length of the illumination and / or detection optics can be changed within a predetermined range by means of a drive. A significant portion of the detection beam will pass through the pinhole if the real or virtual focus of the illumination beam reflected by the cornea is in the object plane conjugated to the plane of the opening of the pinhole. The distance signal can then be formed by correlating the detection of a corresponding intensity with the corresponding position or focal length of the corresponding optical component. This development allows the use of simple optical components, in particular if the optical radiation from the illuminating beam is very narrow-band.
Um eine besonders schnelle Abstandsermittlung zu ermöglichen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugt, daß optische Strahlung verschiedener Wellenlängen verwendet wird, und das Beleuchtungs- und/oder das Detektionsstrahlenbündel durch wenigstens ein mit starker chromatischer Längsaberration behaftetes optisches Funktionselement geführt wird. Unter „stark" wird dabei verstanden, daß die Längsaberration über der Rayleigh-Länge liegt. Es kann sich dabei z.B. um ein stark dispersives Element handeln, weshalb nachfolgend zur Vereinfachung auch von stark dispersivem Element gesprochen wird.In order to enable a particularly rapid determination of the distance, it is particularly preferred in the method according to the invention that optical radiation of different wavelengths is used, and the illumination and / or the detection beam by at least one optical one which is subject to strong chromatic longitudinal aberration Functional element is performed. “Strong” is understood to mean that the longitudinal aberration is greater than the Rayleigh length. For example, this can be a highly dispersive element, which is why, to simplify matters, the term “strongly dispersive element” is used below.
Ein Abstandssignal kann durch Ermittlung der Wellenlänge der optischen Strahlung hinter der Lochblende gebildet werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß mittels der Beleuchtungseinrichtung optische Strahlung verschiedener Wellenlängen abgebbar ist, und eine strahlenbündelformende Optik der Beleuchtungseinrichtung, die Beleuchtungsoptik und/oder die Detektionsoptik starke Längsaberration hat. Auf diese Weise werden für verschiedene Wellenlängen jeweils zueinander beabstandete, zu der Lochblende konjugierte Objektebenen gleichzeitig gebildet, so daß ein entsprechender Abstandsbereich gleichzeitig abtastbar ist.A distance signal can be formed by determining the wavelength of the optical radiation behind the pinhole. In the device according to the invention, it is preferred that optical radiation of different wavelengths can be emitted by means of the lighting device, and that a beam-shaping lens of the lighting device, the lighting lens and / or the detection lens has strong longitudinal aberration. In this way, for different wavelengths, mutually spaced object planes conjugated to the pinhole are simultaneously formed, so that a corresponding distance range can be scanned at the same time.
Sind die strahlenbündelformende Optik und/oder die Beleuchtungsoptik stark dispersiv, werden die Anteile des gegebenenfalls an der Hornhaut reflektierten Beleuchtungsstrahlenbündels mit unterschiedlichen Wellenlängen auf voneinander beabstandete, den jeweiligen Wellenlängen zugeordnete Ebenen im Bereich der Hornhaut fokussiert. Es werden dann nur solche von der Hornhaut zurückgeworfene Anteile mit einer signifikanten Intensität die feine Lochblende passieren, deren Fokus in der der Wellenlänge entsprechenden Objektebene liegt.If the beam-shaping optics and / or the illumination optics are highly dispersive, the portions of the illumination beam bundle that may be reflected on the cornea with different wavelengths are focused on planes in the region of the cornea that are spaced apart and assigned to the respective wavelengths. Then only those parts of the cornea that are reflected back with a significant intensity will pass through the pinhole, the focus of which lies in the object plane corresponding to the wavelength.
Hat die Detektionsoptik starke Längsaberration, werden Anteile des Detektionsstrahlenbündels entsprechend ihrer Wellenlänge in verschiedenen Abständen von der Lochblende fokussiert, so daß nur solche Anteile des von der Hornhaut zurückgeworfenen Beleuchtungsstrahlenbündels die Lochblende passieren, die in die Lochblende abgebildet werden. Das sind solche Anteile, deren Fokus nach oder bei Reflexion an der Hornhaut in der zugeordneten Objektebene liegt. Der Wellenlänge entspricht dann ein bestimmter Abstand der Hornhaut von der Vorrichtung. Auf diese Weise kann die Verwendung von bewegten Bauteilen wie z.B. Dreh- oder Schwingspiegeln vermieden werden.If the detection optics have strong longitudinal aberration, portions of the detection beam are focused at different distances from the pinhole according to their wavelength, so that only those parts of the illumination beam reflected by the cornea pass through the pinhole that are imaged in the pinhole. These are parts whose focus lies after or upon reflection on the cornea in the assigned object plane. The wavelength then corresponds to a certain distance between the cornea and the device. In this way the use of moving components such as e.g. Rotating or oscillating mirrors can be avoided.
Um eine gute Auflösung bei gleichzeitig geringen Anforderungen an die auf das Auge gestrahlte Intensität zu erzielen, ist es bevorzugt, daß das Beleuchtungsstrahlenbundel in der der Wellenlänge zugeordneten Objektebene im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist wie die Lochblende. Der Strahlenbündeldurchmesser liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 2 μm und 20 μm. Besonders bevorzugt ist ein Strahlenbündeldurchmesser von etwa 10 μm.In order to achieve a good resolution with at the same time low demands on the intensity radiated onto the eye, it is preferred that the illuminating beam bundle in the object plane assigned to the wavelength has essentially the same diameter as the pinhole. The beam diameter is preferably in the range between 2 μm and 20 μm. A beam diameter of approximately 10 μm is particularly preferred.
Optische Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen kann auf unterschiedliche Weise bereitgestellt werden. So ist es bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, daß in vorgegebener zeitlicher Folge im Wechsel Beleuchtungsstrahlenbundel optischer Strahlung in wenigstens zwei verschiedenen Spektralbereichen verwendet werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Beleuchtungseinrichtung zur Abgabe von optischer Strahlung in wenigstens zwei verschiedenen Spektralbereichen in einer vorgegebenen zeitlichen Folge ausgebildet ist. Der Wechsel der Wellenlängen kann dabei vorzugsweise mit einer Frequenz erfolgen, die so hoch ist, daß auch eine schnelle Augenbewegung noch verfolgbar ist, z.B. mit Frequenzen über 100 Hz, bevorzugt über 10 kHz. Die Beleuchtungseinrichtung kann hierzu wenigstens zwei Strahlungsquellen zur Abgabe optischer Strahlung jeweils verschiedener Wellenlängen und/oder verschiedener Farben aufweisen. Beispielsweise können entsprechend angesteuerte Leuchtdioden oder Laser verwendet werden. Hierdurch wird die auf das Auge abgegebene Leistung der optischen Strahlung sehr gering gehalten. Darüber hinaus können Strahlungsquellen jeweils geringer mittlerer Leistung verwendet werden.Optical radiation with different wavelengths can be provided in different ways. This is the case with one embodiment of the method according to the invention preferred that alternating illuminating beams of optical radiation in at least two different spectral ranges are used in a predetermined time sequence. In the device according to the invention, it is preferred for the lighting device to be designed to emit optical radiation in at least two different spectral ranges in a predetermined time sequence. The wavelengths can preferably be changed at a frequency which is so high that rapid eye movement can still be tracked, for example at frequencies above 100 Hz, preferably above 10 kHz. For this purpose, the lighting device can have at least two radiation sources for emitting optical radiation of different wavelengths and / or different colors. For example, appropriately controlled light-emitting diodes or lasers can be used. As a result, the optical radiation power delivered to the eye is kept very low. In addition, radiation sources of low average power can be used.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, daß das Beleuchtungsstrahlenbundel optische Strahlung in einem Spektralbereich umfaßt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Beleuchtungseinrichtung eine Strahlungsquelle zur Abgabe von optischer Strahlung in einem vorgegebenen Spektralbereich umfaßt. Der Spektralbereich ist hierzu in Bezug auf die Lage und Breite vorzugsweise ih Abhängigkeit von der chromatischen Längsaberration des dispersiven Funktionselements bzw. der Beleuchtungs- und/oder Detektionsoptik gewählt. Vorzugsweise liegt die Breite im Bereich von etwa Δ λ > . Der Spektralbereich kann insbesondere zwischen 400 nm und 700 nm liegen. Es kann so ein Kontinuum von Fokuslagen erhalten werden, das eine genaue Abstandsbestimmung erlaubt. Beleuchtungseinrichtungen zur Abgabe optischer Strahlung in einem Spektralbereich sind sehr einfach herzustellen, da sie als Strahlungsquellen beispielsweise eine Glühlampe oder eine Weißlicht-Leuchtdiode besitzen können. Letztere zeichnet sich unter anderem durch eine sehr geringe Wärmeentwicklung und eine geringe Abgabe von außerhalb des gewünschten Spektralbereichs auftretender Wärmestrahlung aus. Weiterhin kann eine Superluminiszenzdiode verwendet werden, deren Emissionsspektrum ein Spektralband im roten Bereich zwischen 635 nm und 670 nm mit einer Breite zwischen 20 nm und 50 nm aufweist.In another embodiment of the method according to the invention, it is preferred that the illuminating beam bundle comprises optical radiation in a spectral range. In the device according to the invention, it is preferred for the lighting device to comprise a radiation source for emitting optical radiation in a predetermined spectral range. For this purpose, the spectral range is preferably selected in relation to the position and width as a function of the chromatic longitudinal aberration of the dispersive functional element or the illumination and / or detection optics. The width is preferably in the range of about Δ λ>. The spectral range can in particular be between 400 nm and 700 nm. A continuum of focal positions can thus be obtained, which allows an exact determination of the distance. Illumination devices for emitting optical radiation in a spectral range are very easy to manufacture, since they can have, for example, an incandescent lamp or a white light LED as radiation sources. The latter is characterized, among other things, by a very low heat development and a low emission of heat radiation occurring outside the desired spectral range. Furthermore, a superluminescent diode can be used, the emission spectrum of which has a spectral band in the red range between 635 nm and 670 nm with a width between 20 nm and 50 nm.
Aus dem Anteil der Detektionsstrahlung, der die Lochblende passiert, kann auf unterschiedliche Weise auf den Abstand zurückgeschlossen bzw. ein Abstandssignal gebildet werden. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, daß die Intensität des Detektionsstrahlenbündels hinter der feinen Lochblende spektral und zeitlich aufgelöst unter Bildung des Abstandssignals detektiert wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Detektionseinrichtung zur spektral und zeitlich aufgelösten Detektion der optischen Strahlung hinter der feinen Lochblende ausgebildet ist. Die Detektionseinrichtung kann hierzu insbesondere ein Spektrometer aufweisen. Besonders bevorzugt wird jedoch ein farbempfindlicher Photodetektor verwendet. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen besonders einfachen und robusten Aufbau aus. Aus der Farbe der empfangenen optischen Strahlung kann dann einfach auf den Abstand der Hornhaut von der Vorrichtung geschlossen werden. Diese Art der Detektion eignet sich für die beiden zuvor geschilderten Beleuchtungsalternativen, wobei die Frequenz, mit der die optische Strahlung detektiert wird im Falle der ersten Alternative so klein sein sollte, daß während eines Detektionszyklus alle verwendeten Farben gleich häufig abgestrahlt werden. Da alle Wellenlängen im Empfindiichkeitsbereich des Photodetektors gleichzeitig erfaßbar sind, kann die Augenbewegung, insbesondere in Verbindung mit der zweiten zuvor geschilderten Beleuchtungsmethode, sehr schnell verfolgt werden.The distance from the portion of the detection radiation that passes through the pinhole can be used to draw conclusions about the distance or to form a distance signal. In one embodiment of the method according to the invention, it is preferred that the intensity of the detection beam behind the fine pinhole is detected spectrally and temporally resolved to form the distance signal. In the device according to the invention, it is preferred that the detection device for spectrally and temporally resolved detection the optical radiation is formed behind the fine pinhole. For this purpose, the detection device can in particular have a spectrometer. However, a color-sensitive photodetector is particularly preferably used. This embodiment is characterized by a particularly simple and robust structure. The color of the optical radiation received can then be used to easily conclude the distance between the cornea and the device. This type of detection is suitable for the two lighting alternatives described above, the frequency with which the optical radiation is detected in the case of the first alternative being so small that all the colors used are emitted equally frequently during a detection cycle. Since all wavelengths in the sensitivity range of the photodetector can be detected at the same time, eye movement can be followed very quickly, particularly in connection with the second illumination method described above.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der zur Beleuchtung optische Strahlung mit zeitlich wechselnden Wellenlängen verwendet wird, ist es bevorzugt, daß zeitlich abgestimmt auf den Wechsel der Spektralbereiche derIn another embodiment of the method according to the invention, in which optical radiation with wavelengths changing over time is used for illumination, it is preferred that the timing of the change in the spectral ranges of the
Beleuchtungsstrahlenbundel die Intensität des Detektionsstrahlenbündels hinter der feinenIllumination beam the intensity of the detection beam behind the fine
Lochblende unter Bildung des Abstandssignals detektiert wird. Bei der erfindungsgemäßenPinhole is detected with formation of the distance signal. In the case of the invention
Vorrichtung ist es hierzu bevorzugt, daß die Detektionseinrichtung zur zeitlich aufgelösten Detektion der optischen Strahlung hinter der feinen Lochblende ausgebildet ist. DieFor this purpose, it is preferred that the detection device is designed for the temporally resolved detection of the optical radiation behind the fine pinhole. The
Detektionseinrichtung kann bei dieser Ausführungsform einen einfachen Photodetektor aufweisen, der lediglich bei den verwendeten Wellenlängen sensitiv zu sein braucht. Eine spektrale Auflösung ist dagegen nicht erforderlich. Um synchron mit dem Wechsel derIn this embodiment, the detection device can have a simple photodetector, which need only be sensitive to the wavelengths used. However, spectral resolution is not necessary. To be in sync with the change of
Wellenlängen der optischen Strahlung die die Lochblende passierende Strahlung detektieren zu können, kann insbesondere eine entsprechende Detektionsschaltung, die Signale desIn order to be able to detect wavelengths of the optical radiation that pass through the pinhole, in particular a corresponding detection circuit can detect the signals of the
Photodetektors auswertet, mit einer Schaltung der Beleuchtungseinrichtung gekoppelt sein, die den Wechsel der Spektralbereiche der optischen Strahlung steuert.Evaluates photodetector, be coupled to a circuit of the lighting device that controls the change of the spectral ranges of the optical radiation.
Um eine kompakte Vorrichtung zur Ermittlung der Augenbewegung zur verwenden zu können, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, daß das Beleuchtungsstrahlenbundel in einem Einfallswinkel kleiner als 10°, vorzugsweise kleiner als 5° auf die Hornhaut gestrahlt wird. Unter dem Einfallswinkel wird dabei der Winkel zwischen dem Beleuchtungsstrahl und einer Normalen auf eine Tangentialfläche an den von dem Beleuchtungsstrahlenbundel beleuchteten Bereich der Hornhaut verstanden. Eine besonders günstige Lösung ergibt sich, wenn die Beleuchtungsstrahlung eine hohe numerische Apertur aufweist, so daß der Einfallswinkel deutlich kleiner ist als der sich aus der numerischen Apertur ergebende Konvergenzwinkel der Beleuchtungsstrahlung Besonders bevorzugt ist die Strahlrichtung wenigstens in einer mittleren Lage des Auges im Wesentlichen orthogonal zu der Hornhaut ausgerichtet. Diese Anordnung erlaubt durch den einfachen Strahlenverlauf darüber hinaus auch eine besonders einfache Ermittlung des Abstands.In order to be able to use a compact device for determining the eye movement, it is preferred in the method according to the invention that the illuminating beam is radiated onto the cornea at an angle of incidence of less than 10 °, preferably less than 5 °. The angle of incidence is understood to mean the angle between the illuminating beam and a normal to a tangential surface on the area of the cornea illuminated by the illuminating beam. A particularly favorable solution is obtained if the illuminating radiation has a high numerical aperture, so that the angle of incidence is significantly smaller than the convergence angle of the illuminating radiation resulting from the numerical aperture. Particularly preferably, the beam direction is essentially orthogonal to at least in a central position of the eye the cornea aligned. Due to the simple beam path, this arrangement also allows a particularly simple determination of the distance.
Diese Anordnung nutzt die eingesetzte Beleuchtungsstrahlung besonders effizient, da die von der Hornhaut zurückgeworfene Strahlung von der Detektionsoptik maximal aufgenommen werden kann.This arrangement uses the illumination radiation used particularly efficiently, since the radiation reflected by the cornea can be absorbed by the detection optics to the maximum.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß die Beleuchtungsoptik und die Detektionsoptik ein gemeinsames Objektiv aufweisen. Dabei kann im Beleuchtungsstrahlengang ein halbdurchlässiger Reflektor angeordnet sein, der das Detektionsstrahlenbündel aus dem Beleuchtungsstrahlengang lenkt. Alternativ kann ein halbdurchlässiger Reflektor im Detektionsstrahlengang angeordnet sein, der das Beleuchtungsstrahlenbundel in den Detektionsstrahlengang - entgegen der Richtung des Detektionsstrahlenbündels - einkoppelt. Auf diese Weise braucht die Vorrichtung nur ein entsprechendes Objektiv aufzuweisen, was den Aufbau wesentlich vereinfacht. Darüber hinaus können sonst notwendige, aufwendige Justierungen entfallen.In the device according to the invention, it is preferred for the illumination optics and the detection optics to have a common objective. In this case, a semitransparent reflector can be arranged in the illumination beam path, which directs the detection beam out of the illumination beam path. Alternatively, a semitransparent reflector can be arranged in the detection beam path, which couples the illuminating beam into the detection beam path - counter to the direction of the detection beam. In this way, the device only needs to have a corresponding lens, which considerably simplifies the construction. In addition, complex adjustments that are otherwise necessary can be dispensed with.
Dabei ist es besonders bevorzugt, daß das gemeinsame Objektiv starke Längsaberration hat. Auf diese Weise wird eine chromatische Aberration sowohl bei der Fokussierung des Beleuchtungsstrahlenbündels als auch der des Detektionsstrahlenbündels bewirkt, die zu einer besonders großen Gesamtaberration führt. Diese wiederum erlaubt ein besseres Auflösungsvermögen bei der Abstandsbestimmung.It is particularly preferred that the common lens has strong longitudinal aberration. In this way, a chromatic aberration is brought about both in the focusing of the illuminating beam and in that of the detection beam, which leads to a particularly large overall aberration. This in turn allows a better resolution when determining the distance.
Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Bewegung des Auges in nur einer Richtung eingesetzt werden. Es ist jedoch bevorzugt, daß mit wenigstens zwei verschiedenen Beleuchtungsstrahlenbundel wenigstens zwei verschiedene Bereich auf der Hornhaut beleuchtet werden, daß unter Verwendung der von der Hornhaut jeweils als Detektionsstrahlenbündel zurückgeworfenen optischen Strahlung zeitlich aufgelöst Abstandssignale in Bezug auf die Abstände der Hornhaut von jeweils entsprechenden vorgegebenen Referenzebenen gebildet werden, und daß aus den Abstandssignalen Lageoder Bewegungssignale in Bezug auf eine Lage oder Bewegung des Auges in wenigstens zwei Raumrichtungen gebildet werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, daß eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen zur Bildung von zwei Beleuchtungsstrahlenbundel optischer Strahlung zur Beleuchtung von zwei verschiedenen Bereichen auf der Hornhaut des Auges ausgebildet sind, daß mittels einer oder mehrerer Abstandsermittlungseinrichtungen zeitaufgelöst von den zwei Bereichen auf der Hornhaut zurückgeworfene Detektionsstrahlenbündel optischer Strahlung empfangbar und Abstandssignale unter Verwendung der empfangenen optischen Strahlung des Detektionsstrahlenbündels entsprechend Abständen der Hornhaut von zwei Referenzebenen bildbar sind, die jeweils für einen der Detektionsstrahlenbündel relativ zu der Abstandsermittlungseinrichtung festgelegt sind, und daß die Auswerteeinrichtung zur Bildung von Lage- oder Bewegungssignalen entsprechend einer Lage oder Bewegung des Auges in zwei Raumrichtung unter Verwendung der Abstandssignale ausgebildet ist. Da die Hornhaut näherungsweise rotationssymmetrisch zu der optischen Achse des Auges ist, kann auf diese Weise auch die Bewegung in nur einer Raumrichtung genauer bestimmt werden, da eine Bewegung in zwei Raumrichtungen bei Auswertung unter Annahme einer Bewegung in nur einer Raumrichtung zu Fehlern führen könnte. Dabei können jeweils die verschiedenen, zuvor geschilderten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung für jedes der Beleuchtungsstrahlenbundel und die zugehörigen Detektionsstrahlenbündel zumindest analog verwendet werden. Bei Verwendung nur einer Beleuchtungseinrichtung kann diese entweder zwei getrennte Strahlungsquellen oder auch nur eine Strahlungsquelle und einen Strahlteiler, mittels dessen zwei getrennte Beleuchtungsstrahlenbundel bildbar sind, umfassen. Die Abstandsbestimmung kann dabei jeweils mit den zuvor geschilderten bevorzugten Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen. Dementsprechend können die Beleuchtungseinrichtung bzw. Beleuchtungseinrichtungen und dieIn principle, the method according to the invention can be used to determine the movement of the eye in only one direction. However, it is preferred that at least two different areas on the cornea are illuminated with at least two different illuminating beam bundles, that using the optical radiation which is reflected by the cornea in each case as a detection beam bundle, temporally resolved distance signals are formed with respect to the spacings of the cornea from respectively corresponding predetermined reference planes and that the distance signals position or movement signals with respect to a position or movement of the eye in at least two spatial directions are formed. In the device according to the invention, it is preferred that one or more illuminating devices for forming two bundles of illuminating rays of optical radiation for illuminating two different areas on the cornea of the eye are designed such that time-resolved ones are discarded from the two areas on the cornea by means of one or more distance determining devices Detection beam of optical radiation can be received and distance signals using the received optical radiation of the detection beam according to distances of the cornea from two reference planes can be formed, each of which is defined for one of the detection beams relative to the distance determination device, and that the evaluation device is designed to form position or movement signals corresponding to a position or movement of the eye in two spatial directions using the distance signals. Since the cornea is approximately rotationally symmetrical to the optical axis of the eye, the movement in only one spatial direction can also be determined more precisely in this way, since a movement in two spatial directions could lead to errors when evaluated assuming a movement in only one spatial direction. The various previously described embodiments of the method according to the invention or the device according to the invention can be used for each of the illuminating beam bundles and the associated detection beam bundles at least analogously. If only one lighting device is used, it can either comprise two separate radiation sources or also only one radiation source and a beam splitter, by means of which two separate lighting beams can be formed. The distance can be determined using the preferred embodiments and developments of the method according to the invention described above. Accordingly, the lighting device or lighting devices and the
Abstandsermittlungseinrichtung bzw. Abstandsermittlungseinrichtungen entsprechend den zuvor geschilderten bevorzugten Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildet sein. Für jedes Beleuchtungsstrahlenbundel kann dabei ein anderes Verfahren verwendet werden.Distance determination device or distance determination devices may be designed in accordance with the previously described preferred embodiments and developments of the device according to the invention. A different method can be used for each illuminating beam.
Um vollständige Information über die Bewegung des Auges zu erhalten, ist es bevorzugt, daß mit wenigstens drei verschiedenen Beleuchtungsstrahlenbundel wenigstens drei verschiedene Bereiche auf der Hornhaut beleuchtet werden, die Ecken eines Dreiecks bilden, unter Verwendung der von der Hornhaut jeweils als Detektionsstrahlenbündel zurückgeworfenen optischen Strahlung zeitlich aufgelöst Abstandssignale in Bezug auf die Abstände der Hornhaut von jeweils entsprechenden vorgegebenen Referenzebenen gebildet werden, und daß aus den Abstandssignalen Lage- oder Bewegungssignale in Bezug auf eine Lage oder Bewegung des Auges in drei Raumrichtungen gebildet werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es bevorzugt, daß eine oder mehrere Beleuchtungseinrichtungen zur Bildung von drei Beleuchtungsstrahlenbündeln optischer Strahlung zur Beleuchtung von drei verschiedenen Bereichen auf der Hornhaut des Auges, die Ecken eines Dreiecks bilden, ausgebildet sind, daß mittels einer oder mehrerer Abstandsermittlungseinrichtungen zeitaufgelöst von den drei Bereichen auf der Hornhaut zurückgeworfene Detektionsstrahlenbündel optischer Strahlung empfangbar und Abstandssignale unter Verwendung der empfangenen optischen Strahlung der Detektionsstrahlenbündel entsprechend Abständen der Hornhaut von drei Referenzebenen, die jeweils für eines der Detektionsstrahlenbündel relativ zu der Abstandsermittlungseinrichtung festgelegt sind, bildbar sind, und daß die Auswerteeinrichtung zur Bildung von Lage- oder Bewegungssignalen entsprechend einer Lage oder Bewegung des Auges in drei Raumrichtungen unter Verwendung der Abstandssignale ausgebildet ist. Auf diese Weise ist einfach und schnell die Lage der Hornhaut in drei Dimensionen ermittelbar. Bei Verwendung nur einer Beleuchtungseinrichtung kann diese entweder zwei getrennte Strahlungsquellen oder auch nur eine Strahlungsquelle und einen Strahlteiler, mittels dessen drei getrennte Beleuchtungsstrahlenbundel bildbar sind, umfassen. Die Abstandsbestimmung kann dabei jeweils mit den zuvor geschilderten bevorzugten Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen. Dementsprechend können die Beleuchtungseinrichtung bzw. Beleuchtungseinrichtungen und die Abstandsermittlungseinrichtung bzw. Abstandsermittlungseinrichtungen entsprechend den zuvor geschilderten bevorzugten Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildet sein. Für jedes Beleuchtungsstrahlenbundel kann dabei ein anderes Verfahren verwendet werden.In order to obtain complete information about the movement of the eye, it is preferred that at least three different areas of the cornea, which form corners of a triangle, are illuminated with at least three different bundles of illuminating rays using the optical radiation which is reflected back by the cornea as a detection beam in each case resolved distance signals are formed with respect to the distances of the cornea from respectively corresponding predetermined reference planes, and that position or movement signals in relation to a position or movement of the eye in three spatial directions are formed from the distance signals. In the device according to the invention, it is preferred that one or more illuminating devices for forming three illuminating light bundles of optical radiation for illuminating three different areas on the cornea of the eye, which form the corners of a triangle, are designed such that one or more distance determining devices time-resolved from the Detection beams of optical radiation reflected by three areas on the cornea can be received and distance signals can be formed using the received optical radiation of the detection beams corresponding to distances of the cornea from three reference planes, which are each defined for one of the detection beams relative to the distance determination device, and that the evaluation device for formation by location or Motion signals corresponding to a position or movement of the eye in three spatial directions is formed using the distance signals. In this way, the position of the cornea can be determined quickly and easily in three dimensions. If only one lighting device is used, it can either comprise two separate radiation sources or also only one radiation source and a beam splitter, by means of which three separate lighting beams can be formed. The distance can be determined using the preferred embodiments and developments of the method according to the invention described above. Accordingly, the lighting device or lighting devices and the distance determination device or distance determination devices can be designed in accordance with the previously described preferred embodiments and developments of the device according to the invention. A different method can be used for each illuminating beam.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using the drawings as an example. Show it:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Patienten während einer laserchirurgischen Behandlung mit einem laserchirurgischen Instrument, das eine Bewegungsbestimmungsvorrichtung nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt,1 shows a schematic perspective illustration of a patient during a laser surgical treatment with a laser surgical instrument which comprises a movement determination device according to a first preferred embodiment of the invention,
Fig. 2 eine Schemadarstellung des laserchirurgischen Instruments in Fig. 1 mit einem Auge,2 shows a schematic representation of the laser surgical instrument in FIG. 1 with one eye,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Auges in Fig. 2 und dreier Beleuchtungs- und Detektionsstrahlenbündel der Bewegungsbestimmungsvorrichtung in Fig. 2,3 shows a schematic representation of the eye in FIG. 2 and three illuminating and detection beams of the movement determination device in FIG. 2,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Auges und eines Teils der Bewegungsbestimmungsvorrichtung in Fig. 2 mit einer Erfassungseinheit für eine Bewegungsrichtung des Auges und einer Auswerteeinrichtung,4 shows a schematic representation of an eye and part of the movement determination device in FIG. 2 with a detection unit for a direction of movement of the eye and an evaluation device,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Signalverlaufs eines Photodetektors der Erfassungseinheit in Fig. 4 während des Betriebs,5 shows a schematic illustration of a signal curve of a photodetector of the detection unit in FIG. 4 during operation,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Auges und eines Teils einer Bewegungsbestimmungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform,6 shows a schematic illustration of an eye and part of a movement determination device according to a third embodiment,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Auges und eines Teils einer Bewegungsbestimmungsvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform, Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung der chromatischen Längsaberration einer Fokussieroptik in der Bewegungsbestimmungsvorrichtung in Fig. 7,7 shows a schematic representation of an eye and part of a movement determination device according to a fourth embodiment, 8 is a diagram illustrating the chromatic longitudinal aberration of a focusing optics in the movement determination device in FIG. 7,
Fig. 9 eine schematische Darstellung von Fokuslagen nahe einer Lochblende der Bewegungsbestimmungsvorrichtung in Fig. 7,9 shows a schematic illustration of focus positions near a pinhole of the movement determination device in FIG. 7,
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Auges und eines Teils einer Bewegungsbestimmungsvorrichtung nach einer fünften Ausführungsform,10 shows a schematic illustration of an eye and a part of a movement determination device according to a fifth embodiment,
Fig. 11 eine schematische Darstellung von Fokuslagen von Beleuchtungsstrahlenbündeln der Bewegungsbestimmungsvorrichtung in Fig. 8 nahe der Hornhaut des Auges undFIG. 11 shows a schematic illustration of focus positions of illuminating light beams of the movement determination device in FIG. 8 near the cornea of the eye and
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Auges und eines Teils einer Bewegungsbestimmungsvorrichtung nach einer sechsten Ausführungsform.12 shows a schematic illustration of an eye and a part of a movement determination device according to a sixth embodiment.
In Fig. 1 wird ein Auge 1 eines Patienten mittels eines von einem laserchirurgischen Instrument 2 abgegebenen Behandlungslaserstrahls 3 behandelt. Der Kopf des Patienten ist dazu in einem Kopfhalter 4 gehalten, der eine zunächst einstellbare, aber beim Betrieb feste Relativlage zu dem laserchirurgischen Instrument 2 einnimmt und insbesondere mit diesem verbunden sein kann.1, an eye 1 of a patient is treated by means of a treatment laser beam 3 emitted by a laser-surgical instrument 2. For this purpose, the patient's head is held in a head holder 4, which assumes an initially adjustable, but fixed position during operation relative to the laser-surgical instrument 2 and can in particular be connected to it.
Das laserchirurgische Instrument 2 ist in einer Schemadarstellung genauer in Fig. 2 gezeigt. Es verfügt zum einen über die eigentliche Behandlungseinheit 5 und zum anderen über eine Bewegungsbestimmungsvorrichtung 6 zur Bestimmung einer Bewegung des Auges 1 während der Behandlung und Ausgabe von entsprechenden Bewegungs- bzw. Lagesignalen. Weiter kann eine in den Figuren nicht gezeigte Fixierlichtquelle vorgesehen sein, auf die der Patient während der Behandlung den Blick fixieren und damit willkürliche Bewegungen des Auges unterdrücken kann.The laser surgical instrument 2 is shown in more detail in a schematic representation in FIG. 2. On the one hand, it has the actual treatment unit 5 and, on the other hand, a movement determination device 6 for determining a movement of the eye 1 during the treatment and output of corresponding movement or position signals. Furthermore, a fixation light source, not shown in the figures, can be provided, onto which the patient can fix his gaze during the treatment and thus suppress arbitrary movements of the eye.
Die Behandlungseinheit 5 besitzt einen in den Figuren nicht genauer gezeigten Behandlungslaser mit einer Behandlungslaseroptik zur Fokussierung und Bewegung des Behandlungslaserstrahls 3 auf die Hornhaut 7 des Auges 1. Durch eine nur grob schematisch gezeigte Steuereinrichtung 8 ist die Behandlungsoptik zur Bewegung des Behandlungslaserstrahls 3 verstellbar.The treatment unit 5 has a treatment laser, not shown in the figures, with treatment laser optics for focusing and moving the treatment laser beam 3 onto the cornea 7 of the eye 1. The treatment optics for moving the treatment laser beam 3 can be adjusted by means of a control device 8, which is only shown roughly schematically.
Die Steuervorrichtung 8 bewegt den Behandlungslaserstrahl 3 zum einen in Abhängigkeit von einer durch die Behandlung bei unbewegter Hornhaut 7 vorgegebenen Bahn und zum anderen in Abhängigkeit von einer unwillkürlichen Bewegung des Auges 1, die von der Bewegungsbestimmungsvorrichtung 6 erfaßt wird. Die Steuereinrichtung 8 kompensiert dabei eine Änderung der Relativlage zwischen dem Behandlungslaserstrahl 3 und dem Auge 1 bzw. der Hornhaut 7, die durch willkürliche und/oder unwillkürliche Augenbewegungen, beispielsweise Sakkaden, Mikrosakkaden, Torsionsbewegungen usw., hervorgerufen wird, durch eine entsprechende Bewegung des Behandlungslaserstrahls 3. Dazu ist sie mit Ausgängen der Bewegungsbestimmungsvorrichtung 6 verbunden, über die sie die Bewegungsbzw. Lagesignale der Bewegungsbestimmungsvorrichtung 6 empfängt.The control device 8 moves the treatment laser beam 3 on the one hand as a function of a path predetermined by the treatment when the cornea 7 is stationary and on the other hand as a function of an involuntary movement of the eye 1 which is detected by the movement determination device 6. The control device 8 compensates a change in the relative position between the treatment laser beam 3 and the eye 1 or the cornea 7, which is caused by voluntary and / or involuntary eye movements, for example saccades, microsaccades, torsional movements, etc., by a corresponding movement of the treatment laser beam 3 connected to outputs of the movement determination device 6, via which it detects the movement or Position signals of the movement determination device 6 receives.
Die Bewegungsbestimmungsvorrichtung 6 verfügt über drei gleich ausgebildete Erfassungseinheiten 9, 9', 9", die über Signalverbindungen 10 mit einer Auswerteeinrichtung 11 verbunden sind.The movement determination device 6 has three identically designed detection units 9, 9 ′, 9 ″, which are connected to an evaluation device 11 via signal connections 10.
Die Erfassungseinheiten 9, 9", 9" erfassen jeweils einen Abstand der Hornhaut 7 von den Erfassungseinheiten jeweils räumlich fest zugeordneten Referenzebenen 12, 12' und 12". Dazu wird von jeder der Erfassungseinheiten jeweils optische Strahlung als Beleuchtungsstrahlenbundel 13, 13' bzw. 13" auf die Hornhaut 7 gestrahlt und die von der Hornhaut 7 zurückgeworfene optische Strahlung als orthogonal zu der jeweiligen Referenzebene verlaufendes Detektionsstrahlenbündel 14, 14' bzw. 14" empfangen. Die Lage der Referenzebenen 12, 12' und 12" ist dabei bis auf die orthogonale Orientierung zu dem jeweiligen Detektionsstrahlenbündel beliebig, aber fest relativ zu der jeweiligen Erfassungseinrichtung vorgegeben. Unter Verwendung der Detektionsstrahlenbündel 14, 14' bzw. 14" wird dann jeweils zeitaufgelöst ein Abstandssignal gebildet, das den Abstand der Hornhaut 7 von der jeweiligen Referenzebene wiedergibt.The detection units 9, 9 ″, 9 ″ each detect a distance between the cornea 7 and the reference planes 12, 12 ′ and 12 ″, which are spatially permanently assigned to the detection units. For this purpose, each of the detection units uses optical radiation as an illuminating beam 13, 13 ′ and 13, respectively "is radiated onto the cornea 7 and the optical radiation reflected by the cornea 7 is received as a detection beam 14, 14 'and 14" which is orthogonal to the respective reference plane. The position of the reference planes 12, 12' and 12 "is up to the orthogonal one Orientation to the respective detection beam is arbitrary, but fixed relative to the respective detection device. Using the detection beams 14, 14 'and 14 ", a distance signal is then formed in a time-resolved manner, which signals the distance between the cornea 7 and the respective reference plane.
Die Erfassungseinheiten 9, 9' und 9" sind so zueinander ausrichtbar (vgl. Fig. 3), daß die Beleuchtungsstrahlenbundel 13, 13' bzw. 13" auf der Hornhaut 7 Flecken 15, 15', 15" beleuchten, die näherungsweise auf den Ecken eines Dreiecks bzw. Kugeldreiecks liegen. Dabei liegen diese Flecken bevorzugt am Rande der Cornea bzw. in Bereichen, in denen deren Topographie am stärksten von einer Kugelform abweicht. Die Beleuchtungsstrahlenbundel 13, 13' bzw. 13" fallen mit einem Einfallswinkel auf die Hornhaut 7, der kleiner als etwa 10° zu einer Normalen auf die Hornhaut 7 ist.The detection units 9, 9 'and 9 "can be aligned with one another (cf. FIG. 3) in such a way that the illuminating beams 13, 13' and 13" illuminate spots 15, 15 ', 15 "on the cornea 7, which approximate to the Corners of a triangle or spherical triangle lie here, these spots preferably lying on the edge of the cornea or in areas in which the topography deviates the most from a spherical shape. The illuminating beam bundles 13, 13 'and 13 "fall onto the cornea at an angle of incidence 7, which is less than about 10 ° to a normal to the cornea 7.
Die Auswerteeinrichtung 11 empfängt die Abstandssignale der drei Erfassungseinheiten 9, 9', 9" und ermittelt aus diesen Bewegungs- bzw. Lagesignale, die an die Behandlungseinheit 5 ausgegeben werden.The evaluation device 11 receives the distance signals from the three detection units 9, 9 ′, 9 ″ and uses them to determine movement or position signals which are output to the treatment unit 5.
Zur Bildung der Bewegungs- bzw. Lagesignale wird angenommen, daß die Hornhaut 7 in dem von den Beleuchtungsstrahlenbündeln erreichbaren Abschnitt die Form einer Kugelkappe mit bekanntem Radius aufweist. Genauere Messungen sind möglich, wenn zuvor die Form der Cornea mit einem Topographie-Gerät vermessen wurde und der Auswerteeinheit 11 diese Daten zur Verfügung stehen.To form the movement or position signals, it is assumed that the cornea 7 has the shape of a spherical cap with a known radius in the section that can be reached by the illuminating light beams. More accurate measurements are possible if the shape of the Cornea was measured with a topography device and this data is available to the evaluation unit 11.
Je nach geforderter Genauigkeit kann dabei von einer mittleren Hornhautkrümmung des menschlichen Auges ausgegangen werden oder es kann die Hornhautkrümmung individuell für eine Patienten bestimmt werden. Dazu kann entweder eine getrennte Bestimmung vor Beginn der Behandlung erfolgen oder es kann die Hornhautkrümmung im Lauf der Bewegungsbestimmung durch Analyse der Abstandsdaten ermittelt werden, wenn von einer rein zufälligen Bewegung des Auges 1 mit gleicher Wahrscheinlichkeit in alle Richtungen ausgegangen werden kann.Depending on the required accuracy, a mean corneal curvature of the human eye can be assumed or the corneal curvature can be determined individually for a patient. For this purpose, either a separate determination can be made before the start of the treatment or the corneal curvature can be determined in the course of the movement determination by analyzing the distance data if a purely random movement of the eye 1 can be assumed with the same probability in all directions.
Der Aufbau und die Funktion der Erfassungseinheiten 9, 9' und 9" wird nun am Beispiel der Erfassungseinheit 9 näher erläutert.The structure and function of the detection units 9, 9 'and 9 "will now be explained in more detail using the example of the detection unit 9.
Eine Beleuchtungseinheit 16 strahlt optische Strahlung als Beleuchtungsstrahlenbundel 13 auf eine Abstandsermittlungseinrichtung 17, die einen Abschnitt 18 eines Interferometers, der zusammen mit der Hornhaut 7 ein Michelson-Interferometer bildet, und eine Detektionseinrichtung umfaßt, die einen Photodetektor 19 mit einer nachgeschalteten Detektionsschaltung 20 aufweist (vgl. Fig. 4).An illumination unit 16 emits optical radiation as an illumination beam 13 onto a distance-determining device 17, which comprises a section 18 of an interferometer, which together with the cornea 7 forms a Michelson interferometer, and a detection device, which has a photodetector 19 with a downstream detection circuit 20 (cf. Fig. 4).
Die Beleuchtungseinheit 16 besitzt einen Laser zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahlenbündels 13 mit optischer Strahlung einer vorgegebenen Kohärenzlänge von etwa 5 μm in einem schmalen Wellenlängenbereich um z.B. 780 nm und eine dem Laser im Strahlengang nachgeordnete, in den Figuren nicht näher gezeigte strahlenbündelformende Einrichtung, mit der das Beleuchtungsstrahlenbundel 13 zu einem im Wesentlichen parallelen Strahlenbündel formbar ist.The lighting unit 16 has a laser for generating an illuminating beam 13 with optical radiation of a predetermined coherence length of approximately 5 μm in a narrow wavelength range around e.g. 780 nm and a beam shaping device arranged downstream of the laser in the beam path and not shown in the figures, with which the illuminating beam 13 can be shaped into an essentially parallel beam.
Die Beleuchtungseinheiten der drei Erfassungseinheiten 9, 9' und 9" bilden dabei eine Beleuchtungseinrichtung im Sinne der Erfindung.The lighting units of the three detection units 9, 9 'and 9 "form an illumination device in the sense of the invention.
Der Interferometerabschnitt 18 verfügt über einen Strahlteiler 21, der in dem Strahlengang des Beleuchtungsstrahlenbündels 13 in einem Winkel von 45° angeordnet ist. Ein Teil des Beleuchtungsstrahlenbündels 13 wird als Referenzstrahlenbündel 22 in einen Referenzarm 23 des Interferometerabschnitts 18 umgelenkt, während der andere Anteil den Strahlteiler 21 passiert und in einen Meßarm 24 eingekoppelt wird.The interferometer section 18 has a beam splitter 21 which is arranged in the beam path of the illuminating beam 13 at an angle of 45 °. Part of the illuminating beam 13 is deflected as a reference beam 22 into a reference arm 23 of the interferometer section 18, while the other part passes the beam splitter 21 and is coupled into a measuring arm 24.
Der Referenzarm 23 besitzt einen zu der Richtung des Referenzstrahlenbündels 22 orthogonal orientierten Reflektor 25, der mittels eines nur schematisch gezeigten Reflektorantriebs 26 in Richtung des Referenzstrahlenbündels 22 zwischen vorgegebenen Lagen mit einem vorgegebenen Zeitprogramm hin- und herbewegbar ist. Der Reflektorantrieb 26 ist über eine Verbindungsleitung mit der Detektionsschaltung 20 verbunden, über die er Lagesignale in Bezug auf die Lage des Reflektors 25 an die Detektionsschaltung 20 übermittelt. Die optische Weglänge für das Referenzstrahlenbündel 22 in dem Referenzarm 23 von dem Strahlteiler 21 über den Reflektor 25 und zurück zu dem Strahlteiler 21 ist daher zeitlich entsprechend dem Zeitprogramm variierbar.The reference arm 23 has a reflector 25 which is oriented orthogonally to the direction of the reference beam 22 and which, by means of a reflector drive 26 only shown schematically, in the direction of the reference beam 22 between predetermined positions with a predetermined time program can be moved back and forth. The reflector drive 26 is connected to the detection circuit 20 via a connecting line, via which it transmits position signals with respect to the position of the reflector 25 to the detection circuit 20. The optical path length for the reference beam 22 in the reference arm 23 from the beam splitter 21 via the reflector 25 and back to the beam splitter 21 can therefore be varied in time in accordance with the time program.
In dem Meßarm 24 ist im Strahlengang des Beleuchtungsstrahlenbündels 13 dem Strahlteiler 21 eine in Fig. 4 nur grob schematisch gezeigte Beleuchtungsoptik 27 nachgeordnet, die das Beleuchtungsstrahlenbundel 13 in den Bereich der Hornhaut 7 des Auges 1 fokussiert. Dabei ist die Beleuchtungsoptik 27 so ausgebildet, daß der Fokus in Richtung des Beleuchtungsstrahlenbündels 13 eine Ausdehnung hat, die etwa den zu erwartenden Abstandsänderungen zwischen der Hornhaut 7 und der Referenzebene 12 entspricht. Das Beleuchtungsstrahlenbundel 13 erzeugt dabei auf der Hornhaut 7 einen beleuchteten Fleck 15 mit einem Durchmesser von etwa 10 μm (vgl. Fig.3).In the measuring arm 24, in the beam path of the illuminating beam 13, the beam splitter 21 is followed by an illuminating optic 27, shown only roughly schematically in FIG. 4, which focuses the illuminating beam 13 in the area of the cornea 7 of the eye 1. The illuminating optics 27 are designed such that the focus in the direction of the illuminating beam 13 has an extent that corresponds approximately to the expected changes in distance between the cornea 7 and the reference plane 12. The illuminating beam 13 creates an illuminated spot 15 with a diameter of approximately 10 μm on the cornea 7 (see FIG. 3).
Die von der Hornhaut 7 als Detektionsstrahlenbündel 14 zurückgeworfene optische Strahlung des Beleuchtungsstrahlenbündels 13 wird durch die Beleuchtungsoptik 27, die so gleichzeitig als Detektionsoptik fungiert, auf den Strahlteiler 21 zurückgeworfen, der einen Anteil des Detektionsstrahlenbündels 14 auf den Photodetektor 19 umlenkt.The optical radiation of the illuminating beam 13, which is reflected back by the cornea 7 as the detection beam 14, is reflected back by the illuminating optics 27, which thus simultaneously function as the detection optics, onto the beam splitter 21, which deflects a portion of the detection beam 14 onto the photodetector 19.
Der von dem Strahlteiler 21 umgelenkte Anteil des Detektionsstrahlenbündels 14 wird daher mit dem den Strahlteiler 21 passierenden Referenzstrahlenbündel 22 überlagert.The portion of the detection beam 14 deflected by the beam splitter 21 is therefore superimposed on the reference beam 22 passing through the beam splitter 21.
Je nach optischer Weglänge des Referenzarms 23 und des Meßarms 24 können Interferenzen zwischen diesen Strahlen auftreten, die mit dem Photodetektor 19 erfaßbar sind. Fig. 5 zeigt einen typischen Signalverlauf als Funktion des Weges L des Reflektors 25. Zunächst treten keine Interferenzen auf, da die Differenz der optischen Weglängen größer ist als die zeitliche Kohärenzlänge des Beleuchtungsstrahlenbündels 13. Unterschreitet der Betrag der Differenz der optischen Weglängen die Kohärenzlänge kommt es jedoch zur Interferenz. Da in der Hornhaut 7 des Auges mehrere Brechzahlsprünge auftreten, an denen jeweils eine Reflexion stattfindet, liegen gewissermaßen mehrere Meßarme mit entsprechend unterschiedlicher optischer Weglänge vor. Zunächst erscheint bei der Lage L1 eine Interferenz, die auf die Reflexion an der Hornhaut zurückgeht, danach weitere Interferenzen bei den Lagen L2 und L3 bei Reflexion an den folgenden Brechzahlsprüngen, z.B. zwischen Stroma und Bowmannscher Membran.Depending on the optical path length of the reference arm 23 and the measuring arm 24, interference can occur between these beams, which can be detected with the photodetector 19. FIG. 5 shows a typical signal curve as a function of the path L of the reflector 25. Initially, no interference occurs since the difference in the optical path lengths is greater than the temporal coherence length of the illuminating beam 13. If the amount of the difference in the optical path lengths falls below the coherence length, it occurs but for interference. Since there are several jumps in the index of refraction in the cornea 7 of the eye, at each of which a reflection takes place, there are to a certain extent several measuring arms with correspondingly different optical path lengths. Initially, interference occurs at layer L1, which is due to the reflection on the cornea, then further interference at layers L2 and L3 when reflecting on the subsequent jumps in refractive index, e.g. between stroma and Bowmann's membrane.
Der Photodetektor 19 empfängt die überlagerten Strahlenbündel. Die Detektionsschaltung 20 erfaßt entsprechende Intensitätssignale und Lagesignale des Reflektorantriebs 26 in Bezug auf den Reflektor 25 mit einer vorgegebenen Frequenz (z.B. 400 kHz), die höher ist als die Frequenz mit der der Reflektor 25 hin- und herbewegt wird. Die Detektionsschaltung 20 sensiert dabei nur das Auftreten der ersten Interferenz und die entsprechende Lage L1, aus der die optische Weglänge des Referenzarms 23 und damit, bis auf die Kohärenzlänge, die optische Weglänge des Meßarms 24 ermittelbar sind. Sie gibt dann ein Abstandssignal entsprechend der Lage L1 aus, das ein Maß für den Abstand der Hornhaut 7 von dem Strahlteiler 21 bzw. der Referenzebene 12 ist. Die Ungenauigkeit des Abstands ist dabei durch die zeitliche Kohärenzlänge der optischen Strahlung gegeben.The photodetector 19 receives the superimposed beams. The detection circuit 20 detects corresponding intensity signals and position signals of the reflector drive 26 with respect to the reflector 25 with a predetermined frequency (eg 400 kHz), which is higher than the frequency with which the reflector 25 is moved back and forth. The detection circuit 20 senses only the occurrence of the first interference and the corresponding position L1, from which the optical path length of the reference arm 23 and thus, apart from the coherence length, the optical path length of the measuring arm 24 can be determined. It then outputs a distance signal corresponding to the position L1, which is a measure of the distance of the cornea 7 from the beam splitter 21 or the reference plane 12. The inaccuracy of the distance is given by the temporal coherence length of the optical radiation.
Um eine möglichst geringe zeitliche Kohärenzlänge und damit hohe Abstandsauflösung zu erhalten werden vorzugsweise Laser oder Superlumineszenzdioden mit einem breiten Emissionsspektrum verwendet, da die zeitliche Kohärenzlänge (also die Kohärenzlänge in Strahlrichtung) mit zunehmender Emissionsbandbreite abnimmt.In order to obtain the shortest possible time coherence length and thus high distance resolution, lasers or superluminescent diodes with a wide emission spectrum are preferably used, since the time coherence length (i.e. the coherence length in the beam direction) decreases with increasing emission bandwidth.
Bei einer weiteren zweiten Ausführungsform wird statt des linear bewegten Reflektors 25 eine um eine zu dem Referenzstrahlenbündel 22 orthogonale Drehachse drehbare Reflektoranordnung verwendet. Die Reflektoranordnung verfügt dabei über in gleichen Winkelabständen zueinander um die Drehachse angeordnete Reflektorflächen, die in gleichen Schritten ansteigende Abstände von der Drehachse aufweisen. Durch Drehung der Reflektoranordnung kann dann die optische Weglänge des Referenzarms verändert werden, wobei statt der Lagesignale entsprechende Winkelstellungssignale an die Detektionsschaltung ausgegeben werden.In a further second embodiment, instead of the linearly moved reflector 25, a reflector arrangement which can be rotated about an axis of rotation orthogonal to the reference beam 22 is used. The reflector arrangement has reflector surfaces which are arranged at equal angular distances from one another about the axis of rotation and which have increasing distances from the axis of rotation in the same steps. The optical path length of the reference arm can then be changed by rotating the reflector arrangement, with corresponding angular position signals being output to the detection circuit instead of the position signals.
Eine Bewegungsbestimmungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Bewegungsbestimmungsvorrichtung in Fig. 2 durch die Ausbildung der Erfassungseinheiten. Ansonsten ist sie in gleicher Weise ausgebildet und mit der Behandlungseinheit 5 verbunden. Weiterhin bilden auch hier Beleuchtungseinheiten der Erfassungseinheiten Beleuchtungseinrichtungen der Bewegungsbestimmungsvorrichtung. Es werden daher für gleiche bzw. analoge Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet und es gelten die entsprechenden Ausführungen auch hier.A movement determination device according to a third embodiment differs from the movement determination device in FIG. 2 by the design of the detection units. Otherwise, it is designed in the same way and connected to the treatment unit 5. Furthermore, lighting units of the detection units also form lighting devices of the movement determination device here. The same reference numerals are therefore used for the same or analog components, and the corresponding explanations also apply here.
Die in Fig. 6 gezeigte Erfassungseinheit 28 verwendet kein Interferometer, sondern statt dessen einen Aufbau zur Abstandsermittlung mittels einer konfokalen Abbildung.The detection unit 28 shown in FIG. 6 does not use an interferometer, but instead uses a structure for determining the distance by means of a confocal image.
Eine Beleuchtungseinheit 29 erzeugt ein Beleuchtungsstrahlenbundel 13 zur Beleuchtung der Hornhaut 7. In dem linearen Strahlengang des Beleuchtungsstrahlenbündels 13 sind in einem Winkel von 45° zu dem Beleuchtungsstrahlenbundel 13 ein halbdurchlässiger Spiegel 30 und eine nur schematisch gezeigte Beleuchtungsoptik 31 mit einem Objektiv angeordnet, so daß das Beleuchtungsstrahlenbundel 13 durch den halbdurchlässigen Spiegel 30 hindurch tritt und von der Beleuchtungsoptik 31 in einem vorgegebenen Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut 7 fokussiert wird. Der Bereich ist durch die Lage der Erfassungseinheit 28 und die Abbildungsgeometrie der Beleuchtungsoptik 31 bestimmt, so daß die Hornhaut 7 durch entsprechende Positionierung des Patienten in diesen Bereich gebracht werden muß.An illumination unit 29 generates an illuminating beam 13 for illuminating the cornea 7. In the linear beam path of the illuminating beam 13, a semitransparent mirror 30 and an only schematically shown illuminating lens 31 with an objective are arranged at an angle of 45 ° to the illuminating beam 13, so that Illuminating beam 13 passes through the semi-transparent mirror 30 and is focused by the illumination optics 31 in a predetermined area for possible positions of the cornea 7. The area is determined by the position of the detection unit 28 and the imaging geometry of the illumination optics 31, so that the cornea 7 must be brought into this area by appropriate positioning of the patient.
Die optische Strahlung des Beleuchtungsstrahlenbündels 13 wird von der Hornhaut 7 als Detektionsstrahlenbündel 14 zurückgeworfen.The optical radiation from the illuminating beam 13 is reflected back by the cornea 7 as a detection beam 14.
Im Strahlengang des Detektionsstrahlenbündels 14 sind die die Beleuchtungsoptik 31 , der halbdurchlässige, das Detektionsstrahlenbündel 14 umlenkende Spiegel 30, eine nur schematisch gezeigte Fokussieroptik 32 und, dieser nachgeordnet, eine feine Lochblende 33 mit einem Öffnungsdurchmesser von etwa 10μm angeordnet. Die feine Lochblende wird auch als "pinhole"-Blende bezeichnet. Die Beleuchtungsoptik 31 und die Fokussieroptik 32 bilden daher eine Detektionsoptik.Arranged in the beam path of the detection beam 14 are the illumination optics 31, the semitransparent mirror 30 deflecting the detection beam 14, a focusing optics 32 shown only schematically and, downstream from this, a fine pinhole 33 with an opening diameter of approximately 10 μm. The fine pinhole is also called "pinhole". The illumination optics 31 and the focusing optics 32 therefore form detection optics.
Der Lochblende 33 nachgeordnet ist ein Photodetektor 34, der mit einer Detektionsschaltung 35 verbunden ist.Downstream of the pinhole 33 is a photodetector 34, which is connected to a detection circuit 35.
Die Beleuchtungseinheit 29 umfaßt eine schmalbandige Leuchtdiode 36 oder einen Laser als Strahlungsquelle sowie nachgeordnet eine nur schematisch gezeigte strahlenbündelformende Optik 37, in der die Divergenz der von der Leuchtdiode 36 abgegebenen optischen Strahlung mittels zweier Linsen oder Linsensysteme und einer dazwischen angeordneten Blende reduziert wird.The lighting unit 29 comprises a narrow-band light-emitting diode 36 or a laser as the radiation source and, downstream, a beam-shaping optics 37, only shown schematically, in which the divergence of the optical radiation emitted by the light-emitting diode 36 is reduced by means of two lenses or lens systems and an aperture arranged in between.
Die Lage der Fokussieroptik 32 entlang der Richtung des Detektionsstrahlenbündels 14 ist durch einen Antrieb 38 gemäß einem vorgegebenen Zeitprogramm verstellbar. Alternativ dazu kann auch die Optik 31 verstellt werden, wodurch die Fokusebene der LED und Pinhole 33 zueinander konjugiert bleiben, was zu ausgeprägten Peaks und damit besseren Signalen führt. Zur Übermittlung von Lagesignalen, die die Lage der Fokussieroptik 32 wiedergeben, ist der Antrieb 38 mit der Detektionsschaltung 35 verbunden. Der Bereich möglicher Lagen ist dabei so gewählt, daß eine Objektebene 39 in dem vorgegebenen Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut 7 durch Änderung der Lage der Fokussieroptik 32 und damit der Lage bzw. Brennweite der Detektionsoptik zu einer durch eine Öffnung der Lochblende 33 führende Ebene in Konjugation bringbar ist.The position of the focusing optics 32 along the direction of the detection beam 14 can be adjusted by a drive 38 according to a predetermined time program. Alternatively, the optics 31 can also be adjusted, as a result of which the focal plane of the LED and pinhole 33 remain conjugated to one another, which leads to pronounced peaks and thus better signals. The drive 38 is connected to the detection circuit 35 in order to transmit position signals which represent the position of the focusing optics 32. The range of possible positions is selected such that an object plane 39 in the predetermined range for possible positions of the cornea 7 by changing the position of the focusing optics 32 and thus the position or focal length of the detection optics to a plane leading through an opening of the pinhole 33 in Conjugation is feasible.
Der halbdurchlässige Spiegel 30, die Beleuchtungsoptik 31, die Fokussieroptik 32, der Antrieb 38, die feine Lochblende 33, der Photodetektor 34 und die Detektionsschaltung 35 bilden also eine Abstandsermittlungseinrichtung. Das von der Beleuchtungseinheit 29 abgegebene parallele Beleuchtungsstrahlenbundel 13 wird von der Beleuchtungsoptik 31 im Bereich der Hornhaut 7 fokussiert. Das Beleuchtungsstrahlenbundel 13 erzeugt dabei auf der Hornhaut 7 einen beleuchteten Fleck 15 und wird zumindest zum Teil reflektiert. Das so entstehende Detektionsstrahlenbündel 14 wird mittels der Beleuchtungsoptik 31, des halbdurchlässigen Spiegels 30 und der Fokussieroptik 32 in den Bereich der Lochblende 33 fokussiert. Ein signifikanter Anteil des Detektionsstrahlenbündels 14 kann daher nur dann die Lochblende 33 passieren, wenn der je nach Lage der Hornhaut 7 reele oder virtuelle Fokus des an der Hornhaut 7 reflektierten Beleuchtungsstrahlenbündels 13 in der zur der Lochblende 33 konjugierten Objektebene 39 liegt. Andernfalls gelangt nur ein kleiner Anteil des Detektionsstrahlenbündels 14 auf den Photodetektor 34. Überschreitet dieser einen vorgegebenen Schwellwert nicht, wird von der Detektionsschaltung 35 kein Detektionsstrahlenbündel 14 festgestellt.The semi-transparent mirror 30, the illumination optics 31, the focusing optics 32, the drive 38, the fine pinhole 33, the photodetector 34 and the detection circuit 35 thus form a distance determination device. The parallel illuminating beam 13 emitted by the illuminating unit 29 is focused by the illuminating optics 31 in the area of the cornea 7. The illuminating beam 13 generates an illuminated spot 15 on the cornea 7 and is at least partially reflected. The resulting detection beam 14 is focused in the area of the pinhole 33 by means of the illumination optics 31, the semi-transparent mirror 30 and the focusing optics 32. A significant portion of the detection beam 14 can therefore only pass through the pinhole 33 if, depending on the position of the cornea 7, the real or virtual focus of the illumination beam 13 reflected on the cornea 7 lies in the object plane 39 conjugated to the pinhole 33. Otherwise, only a small proportion of the detection beam 14 reaches the photodetector 34. If the latter does not exceed a predetermined threshold value, no detection beam 14 is detected by the detection circuit 35.
Um die Lage der Hornhaut 7 bei Bewegung feststellen zu können, wird die Objektebene 39 durch Verstellen der Lage der Fokussieroptik 32 und damit der Lage und Brennweite der Detektionsoptik mit dem vorgegebenen Zeitprogramm verschoben.In order to be able to determine the position of the cornea 7 during movement, the object plane 39 is shifted by adjusting the position of the focusing optics 32 and thus the position and focal length of the detection optics with the predetermined time program.
Die Detektionsschaltung 35 arbeitet zyklisch mit einer vorgegebenen Zyklusfrequenz, die so groß ist, daß eine Bewegung des Auges mit einer gewünschten zeitlichen und räumlichen Auflösung verfolgt wird. Sie stellt in jedem Zyklus bei Erkennung eines Detektionsstrahlenbündels 14 auf dem Photodetektor 34 anhand des Lagesignals des Antriebs 38 die Lage der Objektebene 39 und damit den Abstand der Hornhaut 7 von der Referenzebene 12 fest und gibt ein entsprechendes Abstandssignal aus.The detection circuit 35 operates cyclically with a predetermined cycle frequency which is so large that movement of the eye is tracked with a desired temporal and spatial resolution. In each cycle, upon detection of a detection beam 14 on the photodetector 34, it determines the position of the object plane 39 and thus the distance of the cornea 7 from the reference plane 12 on the basis of the position signal of the drive 38 and outputs a corresponding distance signal.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die verwendeten Optiken farbkorrigiert ausgebildet sind. Dann können breitbandige Lichtquellen verwendet werden. Alternativ kann auch statt der Lage der Objektebene 39 die Lage der Lochblende 33 bei fester Lage der Fokussieroptik 32 variiert werden.An advantageous embodiment results if the optics used are color-corrected. Then broadband light sources can be used. Alternatively, instead of the position of the object plane 39, the position of the pinhole 33 can be varied with the focusing optics 32 in a fixed position.
Eine Bewegungsbestimmungsvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform, welche ein besseres S/N-Verhältnis ermöglicht, unterscheidet sich von der Bewegungs- bestimmungsvorrichtung nach der dritten Ausführungsform durch die Erfassungseinheiten 40. Ansonsten ist sie in gleicher Weise ausgebildet und mit der Behandlungseinheit 5 verbunden. Es werden daher für gleiche bzw. analoge Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet und es gelten die entsprechenden Ausführungen auch hier. Auch hier sind Beleuchtungseinheiten der Erfassungseinheiten zugleich auch Beleuchtungseinrichtungen der Bewegungsbestimmungsvorrichtung. Diese Ausführungsform verzichtet auf eine verstellbare Lage der Fokussieroptik 32. Statt der in der Lage verstellbaren, farbkorrigierten Fokussieroptik 32 wird eine stark dispersive Fokussieroptik 41 verwendet. Weiterhin werden statt der Beleuchtungseinheit 29 eine Beleuchtungseinheit 42 und statt des Photodetektors 34 ein Photodetektor 43 eingesetzt.A movement determination device according to a fourth embodiment, which enables a better S / N ratio, differs from the movement determination device according to the third embodiment by the detection units 40. Otherwise, it is designed in the same way and connected to the treatment unit 5. The same reference numerals are therefore used for the same or analog components, and the corresponding explanations also apply here. Here, too, lighting units of the detection units are also lighting devices of the movement determination device. This embodiment dispenses with an adjustable position of the focusing optics 32. Instead of the position-adjustable, color-corrected focusing optics 32, a highly dispersive focusing optics 41 is used. Furthermore, an illumination unit 42 is used instead of the illumination unit 29 and a photodetector 43 is used instead of the photodetector 34.
In Fig. 8 ist beispielhaft die Dispersion einer stark dispersiven Fokussieroptik 41 in Form eines Diagramms veranschaulicht, in dem die Wellenlänge λ als Funktion der Änderung dF der Fokuslage gezeigt ist.8 shows an example of the dispersion of highly dispersive focusing optics 41 in the form of a diagram in which the wavelength λ is shown as a function of the change dF in the focus position.
Auf diese Weise ergibt sich bei festen Lagen der Beleuchtungs- und der Fokussieroptik 31 bzw. 41 für jede Wellenlänge eine andere zu der Öffnung der Lochblende 33 konjugierte Objektebene, aus der ein beleuchteter Fleck 15 der entsprechenden Wellenlänge auf die Lochblende 33 abbildbar ist. Umgekehrt wird ein Objekt in einer Ebene in Abhängigkeit von der Wellenlänge in verschiedene konjugierte Ebenen im Bereich der Lochblende 33 abgebildet. Dies ist in Fig. 9 für Teillichtstrahlen 44, 44' und 44" des Beleuchtungsstrahlenbündels 13 gezeigt, deren Foki entlang der Richtung des Detektionsstrahlenbündels 14 voneinander beabstandet sind. Nur wenn der Fokus des von der Hornhaut reflektierten Anteils 44 des Beleuchtungsstrahlenbündels 13 in die Öffnung der Lochblende 33 abgebildet wird, kann ein für eine Detektion hinreichender Anteil des Detektionsstrahlenbündels den Photodetektor 43 erreichen. Andere Anteile werden unterdrückt.In this way, with fixed positions of the illuminating and focusing optics 31 and 41, for each wavelength, a different object plane is conjugated to the opening of the pinhole 33, from which an illuminated spot 15 of the corresponding wavelength can be imaged on the pinhole 33. Conversely, an object is imaged in one plane depending on the wavelength in different conjugate planes in the area of the pinhole 33. This is shown in FIG. 9 for partial light beams 44, 44 'and 44 "of the illuminating beam 13, the foci of which are spaced apart from one another along the direction of the detecting beam 14. Only when the focus of the portion 44 of the illuminating beam 13 reflected by the cornea is in the opening of FIG Perforated aperture 33 is imaged, a portion of the detection beam sufficient for detection can reach the photodetector 43. Other portions are suppressed.
Um diese Eigenschaft verwenden zu können, wird die Beleuchtungseinheit 42 verwendet, die im Unterschied zu der Beleuchtungseinheit 29 Leuchtdioden für rotes, grünes und blaues Licht sowie eine Steuerschaltung aufweist, mittels derer mit einem vorgegebenen Zeitprogramm die verschiedenen Leuchtdioden nacheinander alternierend angeschaltet werden. Die Leuchtdioden und die Steuerschaltung sind in Fig. 7 nur durch ein Rechteck 45 grob schematisch dargestellt. Die Steuerschaltung gibt bei jeder Umschaltung ein entsprechendes Farbsignal über eine Verbindung an eine Detektionsschaltung 46 ab, die die Detektionsschaltung 35 ersetzt.In order to be able to use this property, the lighting unit 42 is used which, in contrast to the lighting unit 29, has light-emitting diodes for red, green and blue light, and a control circuit by means of which the various light-emitting diodes are switched on alternately with a predetermined time program. The light-emitting diodes and the control circuit are shown roughly schematically in FIG. 7 only by a rectangle 45. With each changeover, the control circuit emits a corresponding color signal via a connection to a detection circuit 46, which replaces the detection circuit 35.
Der Photodetektor 43 ist für die von der Beleuchtungseinheit 42 abgebbare optische Strahlung im Wesentlichen gleich sensitiv. Alternativ können wellenlängenabhängige Sensitivitätsänderungen durch Kalibrierung und Verwendung von Kalibrierfaktoren (welche geeignet abgespeichert sind) korrigiert werden.The photodetector 43 is essentially equally sensitive to the optical radiation that can be emitted by the illumination unit 42. Alternatively, wavelength-dependent changes in sensitivity can be corrected by calibration and the use of calibration factors (which are suitably stored).
Eine Abstandsermittlungseinrichtung im Sinne der Erfindung ist also durch den halbdurchlässigen Spiegel 30, die Beleuchtungsoptik 31 , die Fokussieroptik 41, die feine Lochblende 33, den Photodetektor 43 und die Detektionsschaltung 46 gegeben. Es werden nun beim Betrieb Beleuchtungsstrahlenbundel 13 mit abwechselnd rotem, grünem und blauem Licht auf die Hornhaut 7 gestrahlt und im Bereich der Hornhaut 7 fokussiert. Dabei wird bei jedem Wechsel der Farbe ein entsprechendes Farbsignal an die Detektionsschaltung 46 ausgegeben.A distance determination device in the sense of the invention is thus provided by the semi-transparent mirror 30, the illumination optics 31, the focusing optics 41, the fine pinhole 33, the photodetector 43 and the detection circuit 46. During operation, illuminating beams 13 are now radiated onto the cornea 7 with alternating red, green and blue light and focused in the area of the cornea 7. Each time the color changes, a corresponding color signal is output to the detection circuit 46.
Der auf der Hornhaut 7 gebildete beleuchtete Fleck 15 wird dann mittels der Detektionsoptik, die die Beleuchtungsoptik 31, den halbdurchlässigen Spiegel 30 und die Fokussieroptik 41 umfaßt, abgebildet. Das Detektionsstrahlenbündel 14 kann die Lochblende 33 nur passieren, wenn der Fokus des von der Hornhaut 7 reflektierten Beleuchtungsstrahlenbündels 13 für die gerade verwendete Wellenlänge in einer zur Ebene der Öffnung der Lochblende 33 konjugierten Objektebene liegt.The illuminated spot 15 formed on the cornea 7 is then imaged by means of the detection optics, which comprises the illumination optics 31, the semitransparent mirror 30 and the focusing optics 41. The detection beam 14 can only pass through the pinhole 33 if the focus of the illumination beam 13 reflected by the cornea 7 for the wavelength just used lies in an object plane conjugated to the plane of the opening of the pinhole 33.
Bei Erfassung eines Signals des Photodetektors 43 setzt die Detektionsschaltung 46 ein gleichzeitig empfangenes Farbsignal der Beleuchtungseinheit 42 in ein Abstandssignal um, das sich aus der Fokuslage bei der gerade verwendeten Wellenlänge ergibt. Das Abstandssignal wird gebildet aus dem Vergleich der Einzelsignale.When a signal from the photodetector 43 is detected, the detection circuit 46 converts a color signal from the illumination unit 42 received at the same time into a distance signal which results from the focus position at the wavelength just used. The distance signal is formed from the comparison of the individual signals.
Eine Bewegungsbestimmungsvorrichtung nach einer fünften Ausführungsform unterscheidet sich von der Bewegungsbestimm ungs Vorrichtung nach der dritten Ausführungsform durch die Ausbildung der Erfassungseinheiten. Ansonsten ist sie in gleicher Weise ausgebildet und mit der Behandlungseinheit 5 verbunden. Weiter stellen Beleuchtungseinheiten der Erfassungseinheiten auch hier Beleuchtungseinrichtungen der Bewegungsbestimmungs- vorrichtung dar. Es werden daher für gleiche bzw. analoge Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet und es gelten die entsprechenden Ausführungen auch hier.A movement determination device according to a fifth embodiment differs from the movement determination device according to the third embodiment by the design of the detection units. Otherwise, it is designed in the same way and connected to the treatment unit 5. Furthermore, lighting units of the detection units also represent lighting devices of the movement determination device. The same reference numerals are therefore used for the same or analog components, and the corresponding explanations also apply here.
Die gleich ausgebildeten Erfassungseinheiten 47, von denen eine in Fig. 10 gezeigt ist, unterscheiden sich von den Erfassungseinheiten des dritten Ausführungsbeispiels jeweils durch eine modifizierte Beleuchtungseinheit 48, eine farbkorrigierte Fokussieroptik 49, ein dreikanaliges Spektrometer 50, das den Photodetektor 34 ersetzt, und eine modifizierte Detektionsschaltung 51.The identically designed detection units 47, one of which is shown in FIG. 10, differ from the detection units of the third exemplary embodiment in each case by a modified illumination unit 48, a color-corrected focusing optics 49, a three-channel spectrometer 50, which replaces the photodetector 34, and a modified one Detection circuit 51.
Die Beleuchtungseinheit 48 besitzt nun als Strahlungsquelle eine im Dauerbetrieb arbeitende Weißlichtquelle und eine stark farblängsfehlerbehaftete (hier auch als „stark dispersiv" bezeichnet) strahlenbündelformende Optik 53.The illumination unit 48 now has a white light source that operates in continuous operation as the radiation source and a beam bundle-forming optic 53 that is prone to longitudinal defects (also referred to here as “highly dispersive”).
Durch die Verwendung der mit starker Längsaberration behafteten strahlenbündelformenden Optik 53 wird das Beleuchtungsstrahlenbundel 13 im Bereich der Hornhaut jeweils wellenlängenabhängig in verschiedenen, in Richtung des Beleuchtungsstrahlenbündels 13 versetzten Ebenen im Bereich der Hornhaut fokussiert. Dies ist in Fig. 11 veranschaulicht, in der die Fokuslagen vor der Hornhaut 7 für drei Teilstrahlenbündel 54, 54' und 54" der Farben rot, grün bzw. blau gezeigt sind. Während der Fokus für das blaue Licht der Beleuchtungsoptik 31 am nächsten liegt, sind der für grünes Licht und, noch weiter, der für rotes Licht in Richtung auf die Hornhaut 7 hin verschoben.Through the use of the beam bundle-forming optics 53, which has strong longitudinal aberration, the illuminating beam bundle 13 in the area of the cornea is wavelength-dependent in different directions in the direction of the illuminating beam bundle 13 staggered planes focused in the area of the cornea. This is illustrated in FIG. 11, in which the focus positions in front of the cornea 7 for three partial beams 54, 54 'and 54 "of the colors red, green and blue are shown. While the focus for the blue light is closest to the illumination optics 31 , are those for green light and, still further, those for red light shifted towards the cornea 7.
Die Detektionsoptik umfaßt nun die farbkorrigierte Beleuchtungsoptik 31 , den halbdurchlässigen Spiegel 30, und die farbkorrigierte Fokussieroptik 49, so daß nun die zu der Ebene der Lochblende 33 konjugierte Objektebene 39 für die verwendeten Wellenlängen ein im Wesentlichen gleiche, feste Lage einnimmt.The detection optics now include the color-corrected illumination optics 31, the semitransparent mirror 30, and the color-corrected focusing optics 49, so that the object plane 39 conjugated to the plane of the pinhole 33 assumes an essentially identical, fixed position for the wavelengths used.
Ein signifikanter Anteil des Detektionsstrahlenbündels 14 einer Wellenlänge kann nur dann die Lochblende 33 passieren, wenn der entsprechende Fokus des von der Hornhaut 7 reflektierten Beleuchtungsstrahlenbündels 13 nahe oder auf der Objektebene 39 liegt, die zu der Ebene der Lochblende 33 in Bezug auf die Detektionsoptik konjugiert ist.A significant proportion of the detection beam 14 of a wavelength can only pass through the pinhole 33 if the corresponding focus of the illumination beam 13 reflected by the cornea 7 is close to or on the object plane 39 which is conjugated to the plane of the pinhole 33 with respect to the detection optics ,
Das dreikanalige Spektrometer 50 empfängt zeitaufgelöst mit einer vorgegebenen Detektionsfrequenz (z.B. 10 kHz) das von der Lochblende 33 durchgelassene Strahlenbündel und gibt für jeden der Kanäle rot, grün und blau ein Signal an die Detektionsschaltung 51 aus. Dieses Spektrometer kann aufgebaut sein als Farbteiler-Kaskade mit jeweils zugeordneten Photoempfängern, oder z.B. als Photodiodenzeile, wobei jedes Element der Zeile mit einem anderen Farbfilter belegt ist.The three-channel spectrometer 50 receives, with a predetermined detection frequency (e.g. 10 kHz), the beam of rays transmitted through the pinhole 33 and outputs a signal to the detection circuit 51 for each of the channels red, green and blue. This spectrometer can be constructed as a color splitter cascade with assigned photo receivers, or e.g. as a photodiode line, each element of the line being covered with a different color filter.
Die Detektionsschaltung 51 ermittelt entsprechende der Detektionsfrequenz auf der Basis der in den drei Kanälen empfangenen Intensitäten und den dispersiven Eigenschaften der strahlenbündelformenden Optik 53, bzw. der wellenlängenabhängigen Lage der Foki des von der Hornhaut zurückgeworfenen Beleuchtungsstrahlenbündels 13 einen Abstand der Hornhaut 7 von der Referenzebene 12 und gibt ein entsprechendes Abstandssignal an die Auswerteeinrichtung 11 aus.The detection circuit 51 determines a distance of the cornea 7 from the reference plane 12 and, based on the intensities received in the three channels and the dispersive properties of the beam-shaping optics 53, or the wavelength-dependent position of the foci of the illumination beam 13 reflected by the cornea outputs a corresponding distance signal to the evaluation device 11.
Der halbdurchlässige Spiegel 30, die Beleuchtungsoptik 31 , die Fokussieroptik 49, die feine Lochblende 33, das Spektrometer 50 und die Detektionsschaltung 51 bilden eine Abstandsermittlungseinrichtung.The semi-transparent mirror 30, the illumination optics 31, the focusing optics 49, the fine pinhole 33, the spectrometer 50 and the detection circuit 51 form a distance determining device.
Eine Bewegungsbestimmungsvorrichtung nach einer sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von der Bewegungsbestimmungsvorrichtung nach der fünften Ausführungsform durch die Ausbildung der Erfassungseinheiten. Ansonsten ist sie in gleicher Weise ausgebildet und mit der Behandlungseinheit 5 verbunden. Es werden daher für gleiche bzw. analoge Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet und es gelten die entsprechenden Ausführungen auch hier.A movement determination device according to a sixth embodiment differs from the movement determination device according to the fifth embodiment in the design of the detection units. Otherwise, it is designed in the same way and connected to the treatment unit 5. It is therefore used for the same or analog components the same reference numerals are used and the corresponding statements also apply here.
Die Erfassungseinheiten 55 unterscheiden sich von den Erfassungseinheiten 47 des fünften Ausführungsbeispiels durch die Ausbildung der Beleuchtungseinheit 56, die weiterhin die Weißlichtquelle 52, aber nun eine farbkorrigierte strahlenbündelformende Optik 57 aufweist, und die Beleuchtungsoptik 58, die ein stark dispersives Objektiv 59 mit einer ähnlich der in Fig. 8 gezeigten Dispersion aufweist.The detection units 55 differ from the detection units 47 of the fifth exemplary embodiment in the design of the illumination unit 56, which furthermore has the white light source 52, but now has a color-corrected beam-shaping lens 57, and the lighting lens 58, which has a highly dispersive lens 59 with a lens similar to that in FIG 8 has the dispersion shown.
Da die Beleuchtungsoptik 58 und insbesondere das stark dispersive Objektiv 59 auch Teil des Detektionsstrahlengangs sind, addieren sich die dispersiven Effekte, die im Zusammenhang mit dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel beschrieben wurden. Hierdurch ergibt sich eine bessere räumliche Auftrennung der Foki für verschiedene Wellenlängen, was die Genauigkeit der Abstandsermittlung verbessert.Since the illumination optics 58 and in particular the highly dispersive objective 59 are also part of the detection beam path, the dispersive effects, which were described in connection with the fourth and fifth exemplary embodiments, add up. This results in a better spatial separation of the foci for different wavelengths, which improves the accuracy of the distance determination.
Gleichzeitig wird, wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel eine sehr hohe Erfassungsgeschwindigkeit erreicht, da die zeitliche Auflösung praktisch nur durch die Erfassungsgeschwindigkeit des Spektrometers 50 begrenzt ist.At the same time, a very high detection speed is achieved, as in the previous exemplary embodiment, since the temporal resolution is practically only limited by the detection speed of the spectrometer 50.
Ansonsten arbeitet die Erfassungseinheit wie die des fünften Ausführungsbeispiels, wobei jedoch die Ermittlung des Abstandssignals unter Berücksichtigung der dispersiven Effekte im Beleuchtungs- und im Detektionsstrahlengang ermittelt werden. Otherwise, the detection unit works like that of the fifth exemplary embodiment, but the determination of the distance signal is determined taking into account the dispersive effects in the illumination and detection beam paths.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Bestimmung einer Bewegung eines Auges (1) mit einer Beleuchtungseinrichtung (16, 29, 42, 48, 56), die im Betrieb optische Strahlung erzeugt und als1. Device for determining a movement of an eye (1) with an illumination device (16, 29, 42, 48, 56) that generates optical radiation during operation and as
Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") zur Beleuchtung wenigstens eines Bereichs auf derIllumination beam bundle (13, 13 ', 13 ") for illuminating at least one area on the
Hornhaut (7) des Auges (1) abstrahlt, einer Abstandsermittlungseinrichtung (17), die zeitaufgelöst das von der Hornhaut (7) alsCornea (7) of the eye (1) emits, a distance determining device (17), the time-resolved than that of the cornea (7)
Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") zurückgeworfene Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") erfaßt und ein Abstandssignal unter Verwendung der empfangenen optischen Strahlung des Detektionsstrahlenbündels (14, 14', 14") entsprechend einem Abstand der Hornhaut (7) von einer Referenzebene (12, 12', 12"), die relativ zu der Abstandsermittlungseinrichtung (17) festgelegt ist, bildet, und einer Auswerteeinrichtung (11), die unter Verwendung des Abstandssignals ein Lage- oder Bewegungssignal entsprechend einer Lage oder Bewegung des Auges (1 ) erzeugt.Detection beam (14, 14 ', 14 ") reflected back illumination beam (13, 13', 13") detected and a distance signal using the received optical radiation of the detection beam (14, 14 ', 14 ") corresponding to a distance of the cornea (7) of a reference plane (12, 12 ', 12 "), which is fixed relative to the distance determination device (17), and an evaluation device (11), which uses the distance signal to position or move a signal corresponding to a position or movement of the eye (1) generated.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Beleuchtungseinrichtung (16, 29, 42, 48, 56) so ausgebildet ist, daß beim Betrieb ein Durchmesser des Beleuchtungsstrahlenbündels (13, 13', 13") auf der Hornhaut (7) des vor der Vorrichtung angeordneten Auges (1) zwischen 2 μm und 20 μm liegt.2. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the illumination device (16, 29, 42, 48, 56) is designed such that a diameter of the illuminating beam (13, 13 ', 13 ") on the cornea (7) during operation of the eye (1) arranged in front of the device is between 2 μm and 20 μm.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abstandsermittlungseinrichtung (17) einen Interferometerabschnitt (18) aufweist, der beim Betrieb zusammen mit der Hornhaut (7) ein Interferometer bildet.3. Device according to one of the preceding claims, wherein the distance determining device (17) has an interferometer section (18) which forms an interferometer during operation together with the cornea (7).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Beleuchtungseinrichtung (16) zur Abgabe von optischer Strahlung mit einer vorgegebenen zeitlichen Kohärenzlänge ausgebildet ist, der Interferometerabschnitt (18) wenigstens einen in dem Weg des Beleuchtungsstrahlenbündels (13, 13', 13") angeordneten Strahlteiler (21) zur Bildung eines Referenzstrahlenbündels (22) aus der optischen Strahlung der Beleuchtungseinrichtung (16), wenigstens ein optisches Funktionselement (21) zur Überlagerung des Referenzstrahlenbündels (22) mit dem Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") und eine Einrichtung (25, 26) zur Variation der optischen Weglänge des Referenzstrahlenbündels (22) zwischen dem Strahlteiler (21) und dem optischen Funktionselement (21) oder der optischen Weglänge des Weges des Beleuchtungsstrahlenbündels (13, 13', 13") nach dem Strahlteiler (21) und/oder zwischen dem von dem Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") auf der Hornhaut (7) beleuchteten Flecks (15, 15', 15") und dem optischen Funktionselement (21) aufweist, und die Abstandsermittlungseinrichtung (17) eine Detektionseinrichtung (19, 20) umfaßt, die die Intensität der überlagerten Referenz- und Detektionsstrahlenbündel (22; 14) entsprechend erfaßt und in ein Abstandssignal umsetzt.4. The device according to claim 3, wherein the illumination device (16) is designed to emit optical radiation with a predetermined time coherence length, the interferometer section (18) at least one beam splitter arranged in the path of the illumination beam (13, 13 ', 13 ") (21) for forming a reference beam (22) from the optical radiation of the lighting device (16), at least one optical functional element (21) for superimposing the reference beam (22) on the Detection beam (14, 14 ', 14 ") and a device (25, 26) for varying the optical path length of the reference beam (22) between the beam splitter (21) and the optical functional element (21) or the optical path length of the path of the illuminating beam ( 13, 13 ', 13 ") after the beam splitter (21) and / or between the spot (15, 15', 15") illuminated by the illuminating beam (13, 13 ', 13 ") on the cornea (7) and the has an optical functional element (21), and the distance determining device (17) comprises a detection device (19, 20) which detects the intensity of the superimposed reference and detection beam bundles (22; 14) accordingly and converts it into a distance signal.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Einrichtung (25, 26) zur Variation der optischen Weglänge einen linear hin- und herbewegbaren Reflektor (25) umfaßt.5. The device according to claim 4, wherein the means (25, 26) for varying the optical path length comprises a linearly reciprocable reflector (25).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Einrichtung zur Variation der optischen Weglänge eine um eine Achse dreh- oder schwenkbare Reflektoranordnung aufweist, die mehrere reflektierende Abschnitte mit jeweils unterschiedlichem Abstand zu der Achse aufweisen.6. The device according to claim 4, wherein the means for varying the optical path length has a reflector arrangement which can be rotated or pivoted about an axis and which has a plurality of reflecting sections each having a different distance from the axis.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die eine Beleuchtungsoptik (31, 58) zur Fokussierung des Beleuchtungsstrahlenbündels (13, 13', 13") für wenigstens eine Wellenlänge in einem vorgegebenen Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut (7) aufweist, und bei der die Abstandsermittlungseinrichtung (17) in einem Detektionsstrahlengang eine Detektionsoptik (31, 32; 31, 41; 31, 49; 49, 58), eine dieser nachgeordneten in einer Blendenebene liegenden feinen Lochblende (33) und eine nach der Lochblende (33) angeordnete Detektionseinrichtung (34, 35; 43, 45; 50, 51) zur Detektion der optischen Strahlung hinter der feinen Lochblende (33) aufweist, wobei die Blendenebene konjugiert ist zu einer der Wellenlänge zugeordneten Objektebene (39), welche in einem Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut (7) liegt.7. The device according to claim 1 or 2, which has an illumination optics (31, 58) for focusing the illumination beam (13, 13 ', 13 ") for at least one wavelength in a predetermined range for possible positions of the cornea (7), and at the distance determining device (17) has detection optics (31, 32; 31, 41; 31, 49; 49, 58) in a detection beam path, a fine perforated diaphragm (33) arranged downstream of this in a diaphragm plane and one arranged after the perforated diaphragm (33) Detection device (34, 35; 43, 45; 50, 51) for detecting the optical radiation behind the fine pinhole (33), the plane of the diaphragm being conjugated to an object plane (39) assigned to the wavelength, which is in an area for possible positions the cornea (7).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Lage der Beleuchtungs- und/oder Detektionsoptik (31, 32; 31, 41; 31, 49; 49, 58) und/oder der Lochblende (33) und/oder die8. The device according to claim 7, wherein the position of the illumination and / or detection optics (31, 32; 31, 41; 31, 49; 49, 58) and / or the pinhole (33) and / or the
Brennweite der Beleuchtungs- und/oder Detektionsoptik (31, 32; 31, 41; 31 , 49; 49, 58) und/oder die Lage des Leuchtflecks mittels eines Antriebs (38) veränderbar ist.Focal length of the illumination and / or detection optics (31, 32; 31, 41; 31, 49; 49, 58) and / or the position of the light spot can be changed by means of a drive (38).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der mit der Beleuchtungseinrichtung (42, 48, 56) optische Strahlung verschiedener Wellenlängen abgebbar ist, und eine strahlenbündelformende9. The device according to claim 7, in which with the lighting device (42, 48, 56) optical radiation of different wavelengths can be emitted, and a beam-forming end
Optik (53) der Beleuchtungseinrichtung (48), die Beleuchtungsoptik und/oder die Detektionsoptik dispersiv (31, 41; 49, 58) ist. Optics (53) of the lighting device (48), the lighting optics and / or the detection optics is dispersive (31, 41; 49, 58).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Beleuchtungseinrichtung (42) zur Abgabe von optischer Strahlung in wenigstens zwei verschiedenen Spektralbereichen ausgebildet ist.10. The device according to one of claims 7 to 9, wherein the illumination device (42) is designed to emit optical radiation in at least two different spectral ranges.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Beleuchtungseinrichtung (48, 56) eine Strahlungsquelle (52) zur Abgabe von optischer Strahlung in einem vorgegebenen Spektralbereich umfaßt.11. The device according to one of claims 7 to 9, wherein the illumination device (48, 56) comprises a radiation source (52) for emitting optical radiation in a predetermined spectral range.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei der die Detektionseinrichtung (50, 51) zur spektral und zeitlich aufgelösten Detektion der optischen Strahlung hinter der feinen12. Device according to one of claims 7 to 11, wherein the detection device (50, 51) for spectrally and temporally resolved detection of the optical radiation behind the fine
Lochblende (33) ausgebildet ist.Pinhole (33) is formed.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Detektionseinrichtung (43, 45) zur zeitlich auf den Wechsel der Spektralbereiche der Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") abgestimmten Detektion der optischen Strahlung hinter der feinen Lochblende (33) ausgebildet ist.13. The apparatus of claim 10, wherein the detection device (43, 45) for the temporal change of the spectral ranges of the illuminating beam (13, 13 ', 13 ") detection of the optical radiation is formed behind the fine pinhole (33).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei der die Beleuchtungsoptik (58) und die Detektionsoptik (58, 49) ein gemeinsames Objektiv (59) aufweisen.14. Device according to one of claims 7 to 13, wherein the illumination optics (58) and the detection optics (58, 49) have a common lens (59).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der das gemeinsame Objektiv (59) einen bestimmten Farblängsfehler aufweist.15. The apparatus of claim 14, wherein the common lens (59) has a certain longitudinal color error.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einer Beleuchtungseinrichtung (16, 29, 42, 48, 56), die zwei Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") abgibt und die zwei verschiedene Bereiche auf der Hornhaut (7) des Auges (1) beleuchtet, und mindestens einer Abstandsermittlungseinrichtung (17), die zeitaufgelöst von den zwei Bereichen auf der Hornhaut (7) zurückgeworfene Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") empfängt und Abstandssignale entsprechend Abständen der Hornhaut (7) von zwei Referenzebenen (12, 12', 12") bildet, wobei die Referenzebenen (12, 12', 12") jeweils für eines der Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") relativ zu der Abstandsermittlungseinrichtung (17) festgelegt sind und die Auswerteeinrichtung (11) die Abstandssignale auswertet und Lage- oder Bewegungssignale entsprechend einer Lage oder Bewegung des Auges (1) in zwei Raumrichtungen bildet.16. Device according to one of the preceding claims, with at least one lighting device (16, 29, 42, 48, 56), which emits two illuminating beams (13, 13 ', 13 ") and the two different areas on the cornea (7) of the Illuminated eye (1), and at least one distance determining device (17), which receives time-resolved detection beams (14, 14 ', 14 ") thrown back by the two areas on the cornea (7) and distance signals corresponding to distances of the cornea (7) from two reference planes (12, 12 ', 12 "), the reference planes (12, 12', 12") each being fixed for one of the detection beams (14, 14 ', 14 ") relative to the distance determining device (17) and the evaluation device ( 11) evaluates the distance signals and forms position or movement signals corresponding to a position or movement of the eye (1) in two spatial directions.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit mindestens einer Beleuchtungseinrichtung (16, 29, 42, 48, 56), die drei Beleuchtungsstrahlenbündeln (13, 13', 13") abgibt und die drei verschiedene Ecken eines Dreiecks bildende Bereiche auf der Hornhaut (7) des Auges (1), beleuchten, und mindestens einer Abstandsermittlungseinrichtung (17), die zeitaufgelöst von den drei Bereichen auf der Hornhaut (7) zurückgeworfene Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") empfängt und Abstandssignale entsprechend Abständen der Hornhaut (7) von drei Referenzebenen (12, 12', 12") bildet, wobei die Referenzebenen (12, 12', 12") jeweils für eines der Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") relativ zu der Abstandsermittlungseinrichtung (17) festgelegt sind, und die Auswerteeinrichtung (11) die Abstandssignale auswertet und Lage- oder Bewegungssignalen entsprechend einer Lage oder Bewegung des Auges (1 ) in drei Raumrichtungen bildet.17. Device according to one of claims 1 to 15, with at least one lighting device (16, 29, 42, 48, 56), which emits three illuminating beams (13, 13 ', 13 ") and the three different corners of a triangle forming areas the cornea (7) of the eye (1), illuminate, and at least one distance determination device (17) which is thrown back by the three areas on the cornea (7) in a time-resolved manner Detection beam (14, 14 ', 14 ") receives and forms distance signals corresponding to distances between the cornea (7) from three reference planes (12, 12', 12"), the reference planes (12, 12 ', 12 ") each for one of the Detection beams (14, 14 ', 14 ") are fixed relative to the distance determination device (17), and the evaluation device (11) evaluates the distance signals and forms position or movement signals corresponding to a position or movement of the eye (1) in three spatial directions.
18. Verfahren zur Bestimmung einer Bewegung eines Auges (1), bei dem optische Strahlung als Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") auf die Hornhaut (7) des Auges (1) gestrahlt wird, unter Verwendung der von der Hornhaut (7) als Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") zurückgeworfenen optischen Strahlung zeitlich aufgelöst Abstandssignale entsprechend dem Abstand der Hornhaut (7) von einer vorgegebenen Referenzebene (12, 12', 12") gebildet werden, und aus den Abstandssignalen Lage- oder Bewegungssignale entsprechend einer Lage oder Bewegung des Auges (1) gebildet werden.18. Method for determining a movement of an eye (1), in which optical radiation is radiated as an illuminating beam (13, 13 ', 13 ") onto the cornea (7) of the eye (1), using that from the cornea (7 ) as optical radiation beams (14, 14 ', 14 ") thrown back, time-resolved distance signals corresponding to the distance of the cornea (7) from a predetermined reference plane (12, 12', 12") are formed, and from the distance signals position or movement signals are formed according to a position or movement of the eye (1).
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") an der Hornhaut (7) einen Durchmesser zwischen 2 μm und 20 μm aufweist.19. The method of claim 18, wherein the illuminating beam (13, 13 ', 13 ") on the cornea (7) has a diameter between 2 microns and 20 microns.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem aus dem Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") ein Referenzstrahlenbündel (22) ausgekoppelt wird, das Referenzstrahlenbündel (22) mit dem Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") überlagert wird und das Abstandssignal durch Detektion von Interferenzen der überlagerten Strahlenbündel gebildet wird.20. The method according to claim 18 or 19, in which from the illuminating beam (13, 13 ', 13 ") a reference beam (22) is coupled out, the reference beam (22) with the detection beam (14, 14', 14") is superimposed and the distance signal is formed by detection of interference of the superimposed beams.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die optische Weglänge für das Referenzstrahlenbündel (22) vor der Überlagerung, das Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13',21. The method according to claim 20, wherein the optical path length for the reference beam (22) before the superposition, the illuminating beam (13, 13 ',
13") nach Abteilung des Referenzstrahlenbündels und/oder das Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") vor der Überlagerung variiert wird, die Intensität der überlagerten Referenz- und Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") zeitaufgelöst detektiert wird, und aus der detektierten Intensität ein Abstandssignal gebildet wird.13 ") is varied according to the department of the reference beam and / or the detection beam (14, 14 ', 14") before the superposition, the intensity of the superimposed reference and detection beams (14, 14', 14 ") is detected in a time-resolved manner, and off a distance signal is formed from the detected intensity.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , bei dem zur Variation der optischen Weglänge ein Reflektor (25) bewegt wird.22. The method according to claim 21, in which a reflector (25) is moved to vary the optical path length.
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem zur Variation der optischen Weglänge mehrere reflektierende Flächenabschnitte um eine Achse gedreht werden, die in radialer Richtung von der Achse unterschiedliche Abstände aufweisen. 23. The method according to claim 22, in which, in order to vary the optical path length, a plurality of reflecting surface sections are rotated about an axis which have different distances from the axis in the radial direction.
24. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem das Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") für wenigstens eine Wellenlänge in einen vorgegebenen Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut (7) fokussiert wird, das Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") mittels einer Detektionsoptik (31, 32; 31, 41; 31, 49; 49, 58) in den Bereich einer in einer Blendenebene liegenden feinen Lochblende (33) fokussiert wird, wobei die Blendenebene konjugiert ist zu einer der Wellenlänge zugeordneten Objektebene (39), welche in einem vorgegebenen Bereich für mögliche Lagen der Hornhaut (7) liegt, und das Abstandssignal durch Detektion der die feine Lochblende (33) passierenden optischen Strahlung gebildet wird.24. The method according to claim 18 or 19, wherein the illuminating beam (13, 13 ', 13 ") is focused for at least one wavelength in a predetermined range for possible positions of the cornea (7), the detection beam (14, 14', 14 ") is focused by means of detection optics (31, 32; 31, 41; 31, 49; 49, 58) into the area of a fine pinhole (33) lying in a diaphragm plane, the diaphragm plane being conjugated to an object plane assigned to the wavelength ( 39), which lies in a predetermined range for possible positions of the cornea (7), and the distance signal is formed by detection of the optical radiation passing through the fine pinhole (33).
25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Bereich möglicher Abstände der Hornhaut (7) zu der Referenzebene (12, 12', 12") durch Veränderung des Abstands zwischen der Objektebene (39) und der feinen Lochblende (33) abgetastet werden.25. The method according to claim 24, in which the range of possible distances between the cornea (7) and the reference plane (12, 12 ', 12 ") is scanned by changing the distance between the object plane (39) and the fine pinhole (33).
26. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem optische Strahlung verschiedener Wellenlängen verwendet wird, und das Beleuchtungs- und/oder der Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") durch wenigstens ein stark dispersives optisches Funktionselement (41; 53; 59) geführt wird.26. The method according to claim 24, in which optical radiation of different wavelengths is used, and the illumination and / or the detection beam (14, 14 ', 14 ") is guided through at least one highly dispersive optical functional element (41; 53; 59) ,
27. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem in vorgegebener zeitlicher Folge im Wechsel Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") mit optischer Strahlung in wenigstens zwei verschiedenen Spektralbereichen verwendet werden.27. The method according to claim 24, in which illumination beam bundles (13, 13 ', 13 ") with optical radiation in at least two different spectral ranges are used alternately in a predetermined time sequence.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, bei dem das Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") optische Strahlung in einem Spektralbereich von 400 bis 1700 nm umfaßt.28. The method according to any one of claims 24 to 27, wherein the illuminating beam (13, 13 ', 13 ") comprises optical radiation in a spectral range from 400 to 1700 nm.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, bei dem die Intensität des Detektionsstrahlenbündels (14, 14', 14") hinter der feinen Lochblende (33) spektral und zeitlich aufgelöst detektiert wird.29. The method according to any one of claims 26 to 28, wherein the intensity of the detection beam (14, 14 ', 14 ") behind the fine pinhole (33) is detected spectrally and temporally resolved.
30. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem zeitlich abgestimmt auf den Wechsel der Spektralbereiche der Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") die Intensität des Detektionsstrahlenbündels (14, 14', 14") hinter der feinen Lochblende (33) detektiert wird.30. The method according to claim 27, in which the intensity of the detection beam (14, 14 ', 14 ") is detected behind the fine pinhole (33) in a manner coordinated with the change in the spectral ranges of the illuminating beam (13, 13', 13").
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 30, bei dem das Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") in einem Einfallswinkel kleiner als 10°, vorzugsweise kleiner als 5° auf einen Bereich auf der Hornhaut (7) gestrahlt wird.31. The method according to any one of claims 18 to 30, wherein the illuminating beam (13, 13 ', 13 ") is irradiated onto an area on the cornea (7) at an angle of incidence less than 10 °, preferably less than 5 °.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 31 , bei dem mit wenigstens zwei verschiedenen Beleuchtungsstrahlenbundel (13, 13', 13") wenigstens zwei verschiedene Bereiche auf der Hornhaut (7) beleuchtet werden, unter Verwendung der von der Hornhaut (7) jeweils als Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") zurückgeworfenen optischen Strahlung zeitlich aufgelöst Abstandssignale in Bezug auf die Abstände der Hornhaut (7) von jeweils entsprechenden vorgegebenen Referenzebenen (12, 12', 12") gebildet werden, und aus den Abstandssignalen Lage- oder Bewegungssignale in Bezug auf eine Lage oder Bewegung des Auges (1) in wenigstens zwei Raumrichtungen gebildet werden.32. The method according to any one of claims 18 to 31, in which at least two different illuminating beams (13, 13 ', 13 ") have at least two different ones Areas on the cornea (7) are illuminated using the optical radiation reflected by the cornea (7) in each case as a detection beam (14, 14 ', 14 "), time-resolved distance signals with respect to the distances of the cornea (7) from corresponding ones predetermined reference planes (12, 12 ', 12 ") are formed, and position signals or movement signals relating to a position or movement of the eye (1) in at least two spatial directions are formed from the distance signals.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 31 , bei dem mit wenigstens drei verschiedenen Beleuchtungsstrahlenbündeln (13, 13', 13") wenigstens drei verschiedene Bereiche auf der Hornhaut (7) beleuchtet werden, die Ecken eines Dreiecks bilden, unter Verwendung der von der Hornhaut (7) jeweils als Detektionsstrahlenbündel (14, 14', 14") zurückgeworfenen optischen Strahlung zeitlich aufgelöst Abstandssignale in Bezug auf die Abstände der Hornhaut (7) von jeweils entsprechenden vorgegebenen Referenzebenen (12, 12', 12") gebildet werden, und aus den Abstandssignalen Lage- oder Bewegungssignale in Bezug auf eine Lage oder Bewegung des Auges (1 ) in drei Raumrichtungen gebildet werden.33. The method according to any one of claims 18 to 31, wherein at least three different areas on the cornea (7) are formed with at least three different illuminating beams (13, 13 ', 13 "), which form corners of a triangle, using the of distance signals with respect to the distances of the cornea (7) from the respective predetermined reference planes (12, 12 ', 12 ") are formed in a temporally resolved manner to the cornea (7) in each case as optical radiation reflected back as detection beams (14, 14', 14"), and position or movement signals in relation to a position or movement of the eye (1) in three spatial directions are formed from the distance signals.
34. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Beleuchtungs- und Detektionsstrahlung aus synchron mit einem Therapiestrahl über das Auge geführt wird. 34. The apparatus of claim 1, wherein the illumination and detection radiation is guided out of the eye in synchronism with a therapy beam.
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