EP1838207A1 - Focusing device for ophthalmological appliances, especially for fundus cameras, and method for the use thereof - Google Patents

Focusing device for ophthalmological appliances, especially for fundus cameras, and method for the use thereof

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Publication number
EP1838207A1
EP1838207A1 EP06701013A EP06701013A EP1838207A1 EP 1838207 A1 EP1838207 A1 EP 1838207A1 EP 06701013 A EP06701013 A EP 06701013A EP 06701013 A EP06701013 A EP 06701013A EP 1838207 A1 EP1838207 A1 EP 1838207A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
focusing
unit
projection unit
electronically controllable
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06701013A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Günter Link
Detlef Biernat
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 EP1838207A1 publication Critical patent/EP1838207A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • A61B3/14—Arrangements specially adapted for eye photography

Definitions

  • Focusing device for ophthalmic devices in particular fundus cameras and method for its use
  • the invention relates to a method and a device for ophthalmological devices, preferably fundus cameras for examining the ocular fundus by means of an optical system and electronic sensors for image acquisition.
  • non-mydriatic fundus cameras in which the fundus is illuminated by (invisible) infrared light and thus in a darkened If the pupil is sufficiently dilated, the eye is briefly illuminated (eg by means of a flash lamp) with white (visible) light and an image of the fundus is taken.
  • Moving internal optics assemblies creates a sharp, high-contrast image of the patient's fundus on the imager or eye of the observer.
  • non-mydriatic fundus cameras infrared light is principally observed, and the result image is recorded with white light of shorter wavelengths, which have different levels of sharpness for these different wavelengths, resulting in sharp images when observed with infrared light the result image would be blurred in the presence of white light, which is why focusing aids are used in "Non Mydriatic" fundus cameras.
  • this device applies a test mark to the fundus of the eye. graced and evaluated accordingly.
  • the evaluation is carried out by a coincidence method in which two half-marks are brought to cover and so the optimum focus level for white light is determined.
  • a disadvantage in this embodiment proves that the visible light of the test mark despite the low intensity can cause a pupil reaction of the patient and thus significantly complicates working with the ophthalmic device, which requires a minimum pupil diameter.
  • the test mark is generated by means of infrared light.
  • infrared light is reflected due to the spectral properties of the fundus in a deeper tissue layer than that used for image acquisition white light.
  • test mark of a focusing aid at the edge of the pupil is reflected into the eye of the patient via the illumination beam path
  • the observation takes place via the observation beam path through the center of the patient's pupil.
  • the focusing of the test mark results in a complicated, nonlinear relationship between the necessary displacement of the test mark and the optics modules assigned to the test mark. This non-linear relationship can be realized by means of mechanical coupling of the displacements via cams or lever mechanism.
  • Fundus cameras with automatic focus are described in the documents DE 30 31 822 C2 and DE 31 16 380 C2. At least one focusing mark is imaged onto the ocular fundus of a human eye to be examined by an optical projection device.
  • a detector unit determines the position of the focusing mark.
  • an automatic focusing of the fundus camera is performed by a control unit by motor-driven, optical elements for imaging the focusing mark are moved along the optical axis.
  • a three-armed connecting lever is provided which is pivotable about its bearing axis.
  • the first lever arm with a focusing lens and the second lever arm with a siermarken sushi in conjunction to move them in the direction of the optical axis can.
  • the remaining third lever arm is coupled via a pin / slot connection with an actuating shaft, so that when pivoting the actuating shaft, the two other lever arms perform the corresponding movements along the optical axis.
  • US 4,196,979 describes a device for adjusting the distance between an eye and an eye examination device, in particular for examining or photographing the ocular fundus.
  • the device described further includes means for focusing the image on the ocular fundus.
  • This device also consists of an imaging lens and an optical unit for the projection of a focusing mark, which are mechanically coupled and in the direction of the optical Axis can be moved. Again, the necessary synchronization of the modules due to their pronounceünearer movement is very difficult to implement. A compensation of tolerances of the optical assemblies is therefore hardly or not possible.
  • the present invention has for its object to improve the known technical solutions to the effect that the necessary synchronization between the focusing lens and focus mark projection unit over a large focusing range is ensured in a simple manner and tolerances of the optical assemblies can be compensated.
  • the device consists of a, at least one focusing mark in the infrared spectral range on a surface projecting in the eye projection unit and a focusing, each of which is displaceable along the optical axis
  • the projection unit arranged in an illumination beam path and the focusing unit arranged in an observation beam path are displaced simultaneously or individually according to the corresponding specifications of an existing control unit by means of electronically controllable control elements.
  • the proposed technical solution can be used for ophthalmological devices in which test marks of a focusing aid projected via an illumination beam path and imaged via an observation beam path and in which different optical elements are used in the two beam paths.
  • the invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments. Show this
  • Figure 1 the basic structure of a fundus camera with focusing and focus mark projection unit
  • the inventive focusing device for ophthalmological devices consists of one, at least one focusing mark in the infrared spectral region on a surface projecting in the eye projection unit and a focusing unit, which are each displaceable along the optical axis.
  • the projection unit in an illumination beam path and the focusing unit are arranged in an observation beam path and can be moved by electronically controllable control elements simultaneously or individually, according to the corresponding specifications of an existing control unit which has a memory.
  • Servo motors preferably stepper motors, are used as the electronically controllable control elements.
  • the focusing device can furthermore have an autofocus system for focusing the focusing mark in the infrared spectral range, a
  • FIG. 1 shows the basic structure of a fundus camera with the focusing device.
  • the focusing device for a fundus camera according to the "non-mydriatic" principle consists of one, a focusing mark 1 in the infrared spectral region on the fundus 2 projecting projection unit 3 and a focusing unit 4, each along the optical Axis 5 are displaced.
  • the displacement of projection unit 3 and focusing unit 4, which is preferably realized via stepper motors 6, can be carried out simultaneously or individually, according to the corresponding specifications of an existing control unit (not shown).
  • the fundus 2 is illuminated with infrared light for observation via various optical elements 8.
  • the infrared light reflected from the fundus 2 is imaged via different optical elements 8 and a folding mirror 9 on the viewfinder camera 10.
  • the fundus 2 is briefly illuminated with white light for image acquisition via a folding mirror 13 and various optical elements 8.
  • the white light reflected from the fundus 2 is imaged via different optical elements 8, with folded-up mirror 9 folded over on the documentation camera 11.
  • both units are adjusted by a respective stepper motor 6.
  • the necessary relationship between the adjustment paths or steps is stored as a table or function in the control unit.
  • FIG. 2 shows a possible relationship for the course of motion of projection unit 3 and focusing unit 4 in the case of a fundus camera according to FIG.
  • At least one focusing mark in the infrared spectral range is projected onto a surface in the eye from a projection unit arranged in an illumination beam path and is focused on a focusing unit arranged in the observation beam path Detector imaged.
  • the focusing operation is carried out by simultaneous displacement of the projection unit and the focusing unit in the direction of the optical axis by electronically controllable adjusting elements, according to the corresponding specifications of an existing control unit. Since different optical elements are used in the illumination and observation beam path, this results in a complicated, non-linear relationship between the necessary displacement of the projection unit and the focusing unit.
  • the simultaneous displacement of the projection unit and the focusing unit by the electronically controllable adjusting elements takes place according to the corresponding specifications of the control unit.
  • a corresponding table or function is stored in the existing memory of the control unit.
  • the simultaneous displacement of the projection unit and the focusing unit by the electronically controllable adjusting elements according to the corresponding specifications of the control unit can also be done automatically by an autofocus system after the ophthalmological device has been aligned with the patient. After the focus has been focused in the infrared spectral range by the simultaneous displacement of the projection unit and the focusing unit, only the focusing unit is moved along the optical axis with the change to the image recording mode (visible spectral range). From the control unit, the electronically controllable control element is controlled according to the stored specifications and reversed the shift after the image has been taken.
  • the focusing mark projected onto the fundus in the infrared spectral region is reflected in a deeper tissue layer than the white light used for imaging. While white light is reflected by the retina, infrared light penetrates through the retina and is first reflected by the underlying pigment epithelial layer. The focal planes of white and infrared light are thus separated by about 200 ⁇ m, which corresponds to the known average thickness of the retina. When changing to the image recording mode, this is corrected by moving the focusing unit by the corresponding value. In the present example, the focusing unit is shifted step by step by about 50 ⁇ m.
  • the displacements made by the electronically controllable elements preferably take place in defined steps.
  • the corresponding specifications for the displacement of the projection unit and of the focusing unit or of the focusing unit stored in the memory of the control unit are predetermined or recorded and stored with the aid of reference objects.
  • the movement patterns can be recorded point by point, for example.
  • the focusing mark is projected by the projection unit onto a catching plane whose sharp image is controlled by the viewfinder camera. liert and stored the position of the stepping motor in the presence of a sharp image.
  • the focusing mark which is focused on the catching plane, is imaged on the documentation camera via the focusing unit and the position of the stepping motor is stored in the case of a sharp image. This process is repeated often, for different diopter values. After taking a finite number of nodes (pairs of values) is done by means of compensation curve setting the remaining value pairs.
  • This point-by-point recording of the course of motion has the advantage that, in particular, device-specific tolerances of the optical assemblies can be taken into account and the courses of motion are precisely matched to the device.
  • the necessary synchronization between the projection unit and a focusing unit can be ensured in a simple manner. Not only can the paths of the adjustment paths over the entire focusing range be optimally adapted, but also the tolerances of the optical assemblies can be individually compensated from device to device in a simple manner.
  • Necessary changes of the focus plane which become necessary when switching between observation mode (in the infrared spectral range) and image recording mode (in the visible spectral range), can be realized simply by shifting the focusing unit during the switching process. After image acquisition, the control unit restores the focus state before taking the image.
  • the shift distances required for mode changes can also be stored in the form of a table.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for ophthalmological appliances for examining the fundus of the eye by means of an optical system and electronic sensors for recording images. The inventive focussing device for ophthalmological appliances is designed according to the non-mydriatic principle and consists of a projection unit (3) projecting at least one focussing mark (1) in the infrared spectral region onto a surface in the eye, and a focussing unit (4), said units both being respectively displaceable along the optical axis (5). The two units are displaced by electronically controllable adjustment elements, simultaneously or individually, according to the corresponding specifications of an existing control unit. The invention ensures the necessary synchronisation between the projection unit and a focusing unit in a simple manner. In this way, not only the courses of adjustment over the entire focussing range can be adapted in an optimum manner, but also the tolerances of the optical modules from appliance to appliance can be individually compensated in a simple manner.

Description

Fokussiervorrichtung für ophthalmologische Geräte, insbesondere Funduskameras und Verfahren zu dessen VerwendungFocusing device for ophthalmic devices, in particular fundus cameras and method for its use
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für ophthalmologische Geräte, vorzugsweise Funduskameras zur Untersuchung des Augenhintergrundes mittels eines optischen Systems und elektronischer Sensoren zur Bildaufnahme.The invention relates to a method and a device for ophthalmological devices, preferably fundus cameras for examining the ocular fundus by means of an optical system and electronic sensors for image acquisition.
Für Untersuchung des Augenhintergrundes mit einer Funduskamera ist es erforderlich entweder die Pupille des Patienten medikamentös zu erweitern oder nach dem „Non Mydriatic"-Prinzip arbeitende Funduskameras zu verwenden, bei denen der Augenhintergrundes mittels (unsichtbarem) Infrarot-Licht beleuchtet wird und somit in einem abgedunkelten Raum eine Erweiterung der Pupille ohne Medikamentengabe eintritt. Bei ausreichend erweiterter Pupille wird das Auge kurzzeitig (z. B. mittels Blitzlampe) mit weißem (sichtbaren) Licht beleuchtet und ein Bild des Augenhintergrundes aufgenommen.For examining the fundus of the fundus, it is necessary either to dilate the patient's pupil with medication or to use "non-mydriatic" fundus cameras, in which the fundus is illuminated by (invisible) infrared light and thus in a darkened If the pupil is sufficiently dilated, the eye is briefly illuminated (eg by means of a flash lamp) with white (visible) light and an image of the fundus is taken.
Zum Ausgleich der Fehlsichtigkeit von Patienten ist es erforderlich, dass Funduskameras entsprechend fokussiert werden können. Durch Verschieben interner Optikbaugruppen entsteht ein scharfes, kontrastreiches Bild des Augenhintergrundes des Patienten auf dem Bildaufnehmer bzw. im Auge des Beobachters.To compensate for the defective vision of patients, it is necessary that fundus cameras can be focused accordingly. Moving internal optics assemblies creates a sharp, high-contrast image of the patient's fundus on the imager or eye of the observer.
Bei „Non Mydriatic"-Funduskameras wird prinzipbedingt mit Infrarot-Licht beobachtet und mit weißem Licht mit kürzerer Wellenlänge das Ergebnisbild aufgenommen. Für diese unterschiedlichen Wellenlängen ergeben sich aufgrund der optischen Gegebenheiten unterschiedliche Schärfenebenen, so dass bei scharfen Abbildungen während der Beobachtung mit Infrarot-Licht das Ergebnisbild bei weißem Licht unscharf aufgenommen werden würde. Aus diesem Grunde werden in „Non Mydriatic"-Funduskameras Fokussier-Hilfen eingesetzt. Während der Beobachtung wird von dieser Vorrichtung beispielsweise mit weißem Licht geringer Intensität eine Testmarke auf den Augenhintergrund proji- ziert und entsprechend ausgewertet. Vorzugsweise erfolgt die Auswertung durch ein Koinzidenz-Verfahren, bei dem zwei Halbmarken zur Überdeckung gebracht werden und so die optimale Schärfenebene für weißes Licht bestimmt wird.In non-mydriatic fundus cameras, infrared light is principally observed, and the result image is recorded with white light of shorter wavelengths, which have different levels of sharpness for these different wavelengths, resulting in sharp images when observed with infrared light the result image would be blurred in the presence of white light, which is why focusing aids are used in "Non Mydriatic" fundus cameras. During observation, for example, with white light of low intensity, this device applies a test mark to the fundus of the eye. graced and evaluated accordingly. Preferably, the evaluation is carried out by a coincidence method in which two half-marks are brought to cover and so the optimum focus level for white light is determined.
Als nachteilig erweist sich bei dieser Ausführungsform, dass das sichtbare Licht der Testmarke trotz der geringen Intensität eine Pupillenreaktion des Patienten hervorrufen kann und damit das Arbeiten mit dem ophthalmologischen Gerät, welches einen Mindest-Pupillendurchmesser erfordert, deutlich erschwert.A disadvantage in this embodiment proves that the visible light of the test mark despite the low intensity can cause a pupil reaction of the patient and thus significantly complicates working with the ophthalmic device, which requires a minimum pupil diameter.
In einer anderen Ausführungsform wird die Testmarke mittels Infrarot-Licht erzeugt. Dies hat zwar den Vorteil, dass es nicht zu Pupillenreaktionen des Patienten kommt und dessen Pupille entsprechend geweitet bleibt, jedoch wirkt sich nachteilig aus, dass das Infrarot-Licht aufgrund der spektralen Eigenschaften des Augenhintergrundes in einer tiefer liegenden Gewebeschicht reflektiert wird als das zur Bildaufnahme verwendete weiße Licht. Für den Wechsel von Beobachtung bzw. Scharfstellung der Testmarke zur Aufnahme des Ergebnisbildes ist somit ein geeignetes optisches Element zum Ausgleich der Schärfenebenen erforderlich.In another embodiment, the test mark is generated by means of infrared light. Although this has the advantage that there is no pupil reactions of the patient and its pupil remains correspondingly dilated, however, it has the disadvantage that the infrared light is reflected due to the spectral properties of the fundus in a deeper tissue layer than that used for image acquisition white light. For the change of observation or focusing of the test mark for taking the result image, a suitable optical element for compensating the sharpness levels is thus required.
Während die Testmarke einer Fokussierhilfe am Pupillenrande über den Beleuchtungsstrahlengang in das Auge des Patienten eingespiegelt wird, erfolgt die Beobachtung über den Beobachtungsstrahlengang durch die Mitte der Patientenpupille. Da im Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang unterschiedliche optische Elemente eingesetzt sind, ergibt sich beim Fokussieren der Testmarke ein komplizierter, nichtlinearer Zusammenhang zwischen notwendiger Verschiebung der Testmarke und der der Testmarke zugeordneten Optikbaugruppen. Dieser nichtlineare Zusammenhang kann mittels mechanischer Kopplung der Verschiebungen über Kurvenscheiben oder Hebelgetriebe realisiert werden. Fundus-Kameras mit automatischer Scharfeinstellung werden in den Schriften DE 30 31 822 C2 und DE 31 16 380 C2 beschrieben. Von einer optischen Projektionseinrichtung wird mindestens eine Fokussiermarke auf den Augenhintergrund eines zu untersuchenden menschlichen Auges abgebildet. Eine Detektoreinheit ermittelt die Position der Fokussiermarke. In Auswertung des Ausgangssignals des Detektors wird von einer Steuereinheit eine automatische Scharfstellung der Fundus-Kamera durchgeführt, indem motorbetriebene, optische Elemente zur Abbildung der Fokussiermarke entlang der optischen Achse verschoben werden. Es ist aber auch möglich die optischen Elemente per Hand zu verschieben. Bei der Lösung gemäß DE 30 31 822 C2 ist dazu beispielsweise ein dreiarmiger Verbindungshebel vorgesehen, der um seine Lagerachse schwenkbar ist. Dabei steht der erste Hebelarm mit einer Fokussierlinse und der zweite Hebelarm mit einer Fokussiermarken-Projektiόnseinrichtung in Verbindung, um diese in Richtung der optischen Achse verschieben zu können. Der verbleibende dritte Hebelarm ist über eine Stift/Schlitz-Verbindung mit einer Stellwelle gekoppelt, so dass bei Schwenken der Stellwelle die beiden anderen Hebelarme die entsprechenden Bewegungen längs der optischen Achse ausführen.While the test mark of a focusing aid at the edge of the pupil is reflected into the eye of the patient via the illumination beam path, the observation takes place via the observation beam path through the center of the patient's pupil. Since different optical elements are used in the illumination and observation beam path, the focusing of the test mark results in a complicated, nonlinear relationship between the necessary displacement of the test mark and the optics modules assigned to the test mark. This non-linear relationship can be realized by means of mechanical coupling of the displacements via cams or lever mechanism. Fundus cameras with automatic focus are described in the documents DE 30 31 822 C2 and DE 31 16 380 C2. At least one focusing mark is imaged onto the ocular fundus of a human eye to be examined by an optical projection device. A detector unit determines the position of the focusing mark. In evaluation of the output signal of the detector, an automatic focusing of the fundus camera is performed by a control unit by motor-driven, optical elements for imaging the focusing mark are moved along the optical axis. But it is also possible to move the optical elements by hand. In the solution according to DE 30 31 822 C2 for example, a three-armed connecting lever is provided which is pivotable about its bearing axis. In this case, the first lever arm with a focusing lens and the second lever arm with a Fokussiermarken Projektiόnseinrichtung in conjunction to move them in the direction of the optical axis can. The remaining third lever arm is coupled via a pin / slot connection with an actuating shaft, so that when pivoting the actuating shaft, the two other lever arms perform the corresponding movements along the optical axis.
Nachteil dieser mechanischen Kopplung ist, dass nur in einem bestimmten Fo- kussierbereich der notwendige Gleichlauf zwischen Fokussierlinse und einer Fokussiermarken-Projektionseinrichtung erreicht werden kann. Ein Ausgleich von Toleranzen der Optikbaugruppen ist beispielsweise kaum oder gar nicht möglich.The disadvantage of this mechanical coupling is that only in a certain focusing area can the necessary synchronization between the focusing lens and a focusing-mark projection device be achieved. A compensation of tolerances of the optical assemblies, for example, hardly or not possible.
In der US 4,196,979 wird eine Vorrichtung zum Einstellen des Abstandes zwischen einem Auge und einem Augenuntersuchungsgerät, insbesondere zum Untersuchen oder Fotografieren des Augenhintergrundes beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung enthält weiterhin eine Einrichtung zum Scharfstellen des Abbildes auf dem Augenhintergrund. Diese Einrichtung besteht ebenfalls aus einer Abbildungslinse und einer optischen Einheit zur Projektion einer Fokussiermarke, die mechanisch gekoppelt sind und in Richtung der optischen Achse verschoben werden können. Auch hier ist der notwendige Gleichlauf der Baugruppen aufgrund deren nichtünearer Bewegung nur sehr schwer zu realisieren. Ein Ausgleich von Toleranzen der Optikbaugruppen ist demzufolge kaum oder gar nicht möglich.US 4,196,979 describes a device for adjusting the distance between an eye and an eye examination device, in particular for examining or photographing the ocular fundus. The device described further includes means for focusing the image on the ocular fundus. This device also consists of an imaging lens and an optical unit for the projection of a focusing mark, which are mechanically coupled and in the direction of the optical Axis can be moved. Again, the necessary synchronization of the modules due to their nichtünearer movement is very difficult to implement. A compensation of tolerances of the optical assemblies is therefore hardly or not possible.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten technischen Lösungen dahingehend zu verbessern, dass der notwendige Gleichlauf zwischen Fokussierlinse und Fokussiermarken-Projektionseinheit über einen großen Fokussierbereich auf einfache Art gewährleistet wird und Toleranzen der Optikbaugruppen ausgeglichen werden können.The present invention has for its object to improve the known technical solutions to the effect that the necessary synchronization between the focusing lens and focus mark projection unit over a large focusing range is ensured in a simple manner and tolerances of the optical assemblies can be compensated.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention the object is solved by the features of the independent claims. Preferred developments and refinements are the subject of the dependent claims.
Bei der vorliegenden Lösung für ophthalmologische Geräte nach dem „Non Mydriatic"-Prinzip, insbesondere Funduskameras, besteht die Vorrichtung aus einer, mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich auf eine Fläche im Auge projizierenden Projektionseinheit und einer Fokussiereinheit, die jeweils entlang der optischen Achse verschiebbar sind. Gemäß dem Verfahren werden die in einem Beleuchtungsstrahlengang angeordnete Projektionseinheit und die in einem Beobachtungsstrahlengang angeordnete Fokussiereinheit durch elektronisch steuerbare Stellelemente simultan oder einzeln nach den entsprechenden Vorgaben einer vorhandenen Steuereinheit verschoben.In the present solution for ophthalmological devices according to the "non-mydriatic" principle, in particular fundus cameras, the device consists of a, at least one focusing mark in the infrared spectral range on a surface projecting in the eye projection unit and a focusing, each of which is displaceable along the optical axis According to the method, the projection unit arranged in an illumination beam path and the focusing unit arranged in an observation beam path are displaced simultaneously or individually according to the corresponding specifications of an existing control unit by means of electronically controllable control elements.
Die vorgeschlagene technische Lösung ist für ophthalmologische Geräte verwendbar, bei denen Testmarken einer Fokussierhilfe über einen Beleuchtungsstrahlengang projiziert und über einen Beobachtungsstrahlengang abgebildet werden und bei denen in den beiden Strahlengängen unterschiedliche optische Elemente eingesetzt sind. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigenThe proposed technical solution can be used for ophthalmological devices in which test marks of a focusing aid projected via an illumination beam path and imaged via an observation beam path and in which different optical elements are used in the two beam paths. The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments. Show this
Figur 1 : den prinzipiellen Aufbau einer Funduskamera mit Fokussiereinheit und Fokussiermarken-Projektionseinheit undFigure 1: the basic structure of a fundus camera with focusing and focus mark projection unit and
Figur 2: einen möglichen Zusammenhang zwischen denFigure 2: a possible relationship between the
Bewegungsverläufe von Fokussiereinheit und Fokussiermarken- Projektionseinheit.Movement sequences of focusing unit and focusing mark projection unit.
Die erfindungsgemäße Fokussiervorrichtung für ophthalmologische Geräte nach dem „Non Mydriatic'-Prinzip, insbesondere Funduskameras, besteht aus einer, mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich auf eine Fläche im Auge projizierenden Projektionseinheit und einer Fokussiereinheit, die jeweils entlang der optischen Achse verschiebbar sind. Dabei sind die Projektionseinheit in einem Beleuchtungsstrahlengang und die Fokussiereinheit in einem Beobachtungsstrahlengang angeordnet und können durch elektronisch steuerbare Stellelemente simultan oder einzeln, nach den entsprechenden Vorgaben einer vorhandenen Steuereinheit, die über einen Speicher verfügt, verschoben werden.The inventive focusing device for ophthalmological devices according to the "non-mydriatic" principle, in particular Fundus cameras, consists of one, at least one focusing mark in the infrared spectral region on a surface projecting in the eye projection unit and a focusing unit, which are each displaceable along the optical axis. In this case, the projection unit in an illumination beam path and the focusing unit are arranged in an observation beam path and can be moved by electronically controllable control elements simultaneously or individually, according to the corresponding specifications of an existing control unit which has a memory.
Als elektronisch steuerbare Stellelemente werden Stellmotoren, vorzugsweise Schrittmotoren verwendet.Servo motors, preferably stepper motors, are used as the electronically controllable control elements.
Die Fokussiervorrichtung kann weiterhin über ein Autofokussystem zur Fokus- sierung der Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich verfügen, eineThe focusing device can furthermore have an autofocus system for focusing the focusing mark in the infrared spectral range, a
Figur 1 zeigt dazu den prinzipiellen Aufbau einer Funduskamera mit der Fokussiervorrichtung. Die Fokussiervorrichtung für eine Funduskamera nach dem „Non Mydriatic"-Prinzip besteht hierbei aus einer, eine Fokussiermarke 1 im infraroten Spektralbereich auf den Augenhintergrund 2 projizierenden Projektionseinheit 3 und einer Fokussiereinheit 4, die jeweils entlang der optischen Achse 5 verschiebbar sind. Die Verschiebung von Projektionseinheit 3 und Fokussiereinheit 4, die vorzugsweise über Schrittmotoren 6 realisiert wird, kann simultan oder einzeln, nach den entsprechenden Vorgaben einer vorhandenen (nicht dargestellten) Steuereinheit erfolgen.FIG. 1 shows the basic structure of a fundus camera with the focusing device. The focusing device for a fundus camera according to the "non-mydriatic" principle consists of one, a focusing mark 1 in the infrared spectral region on the fundus 2 projecting projection unit 3 and a focusing unit 4, each along the optical Axis 5 are displaced. The displacement of projection unit 3 and focusing unit 4, which is preferably realized via stepper motors 6, can be carried out simultaneously or individually, according to the corresponding specifications of an existing control unit (not shown).
Ausgehend von einer Beleuchtungsquelle 7 wird der Augenhintergrund 2 zur Beobachtung über verschiedene optische Elemente 8 mit infrarotem Licht beleuchtet. Das vom Augenhintergrund 2 reflektierte infrarote Licht wird über verschieden optische Elemente 8 und einen Klappspiegel 9 auf der Sucherkamera 10 abgebildet.Starting from an illumination source 7, the fundus 2 is illuminated with infrared light for observation via various optical elements 8. The infrared light reflected from the fundus 2 is imaged via different optical elements 8 and a folding mirror 9 on the viewfinder camera 10.
Ausgehend von einer Blitzlichtquelle 12 wird der Augenhintergrund 2 zur Bildaufnahme über einen Klappspiegel 13 und verschiedene optische Elemente 8 kurzzeitig mit weißem Licht beleuchtet. Das vom Augenhintergrund 2 reflektierte weiße Licht wird über verschieden optische Elemente 8, bei umgeklapptem Klappspiegel 9 auf der Dokumentationskamera 11 abgebildet.Starting from a flash light source 12, the fundus 2 is briefly illuminated with white light for image acquisition via a folding mirror 13 and various optical elements 8. The white light reflected from the fundus 2 is imaged via different optical elements 8, with folded-up mirror 9 folded over on the documentation camera 11.
Für die unterschiedlichen Wellenlängen des Beleuchtungslichtes ergeben sich aufgrund der optischen Gegebenheiten unterschiedliche Schärfenebenen. Zum Ausgleich dieser unterschiedliche Schärfenebenen und eventuell vorhandener Fehlsichtigkeit des Patienten muss die Funduskamera scharfgestellt werden. Um dabei den notwendigen Gleichlauf zwischen Projektionseinheit 3 und Fokussiereinheit 4 zu sichern, werden beide Einheiten durch je einen Schrittmotor 6 verstellt. Der notwendige Zusammenhang zwischen den Verstellwegen bzw. Schritten ist als Tabelle oder Funktion in der Steuereinheit hinterlegt.Different levels of sharpness result for the different wavelengths of the illumination light due to the optical conditions. To compensate for these different levels of sharpness and possibly existing ametropia of the patient, the fundus camera must be focused. In order to ensure the necessary synchronization between the projection unit 3 and focusing unit 4, both units are adjusted by a respective stepper motor 6. The necessary relationship between the adjustment paths or steps is stored as a table or function in the control unit.
Figur 2 zeigt dazu einen möglichen Zusammenhang für die Bewegungsverläufe von Projektionseinheit 3 und Fokussiereinheit 4 bei einer Funduskamera nach Fugur 1.FIG. 2 shows a possible relationship for the course of motion of projection unit 3 and focusing unit 4 in the case of a fundus camera according to FIG.
Während der Bewegungsverlauf für die Fokussiereinheit 4 nahezu linear zu den Dioptrienwerten (Fehlsichtigkeit) des Patienten verläuft, weicht der Bewe- gungsverlauf für die Projektionseinheit 3 von einem linearen Verlauf stark ab. Daraus ergeben sich für die Fokussiereinheit 4 der beschriebenen Funduskamera Verstellwege von etwa +/- 2mm und für deren Projektionseinheit 3 von etwa +/- 15mm. Der Schnittpunkt der beiden Bewegungsverläufe liegt bei 0 Dioptrien.While the course of movement for the focusing unit 4 is almost linear with the diopter values (defective vision) of the patient, the movement differs. tion curve for the projection unit 3 from a linear course strongly. For the focusing unit 4 of the described fundus camera, this results in adjustment paths of approximately +/- 2 mm and for their projection unit 3 of approximately +/- 15 mm. The intersection of the two movement patterns is 0 dioptres.
Bei dem erfindungsgemäßen Fokussierverfahren für ophthalmologische Geräte nach dem „Non Mydriatic"-Prinzip, insbesondere Funduskameras, wird von einer, in einem Beleuchtungsstrahlengang angeordneten Projektionseinheit mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich auf eine Fläche im Auge projiziert und über eine, im Beobachtungsstrahlengang angeordnete Fokussiereinheit auf einem Detektor abgebildet.In the focusing method according to the invention for ophthalmological devices according to the "non-mydriatic" principle, in particular fundus cameras, at least one focusing mark in the infrared spectral range is projected onto a surface in the eye from a projection unit arranged in an illumination beam path and is focused on a focusing unit arranged in the observation beam path Detector imaged.
Der Fokussiervorgang erfolgt durch simultane Verschiebung der Projektionseinheit und der Fokussiereinheit in Richtung der optischen Achse durch elektronisch steuerbare Stellelemente, nach den entsprechenden Vorgaben einer vorhandenen Steuereinheit. Da im Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang unterschiedliche optische Elemente eingesetzt sind, ergibt sich dabei ein komplizierter, nichtlinearer Zusammenhang zwischen der notwendigen Verschiebung der Projektionseinheit und der Fokussiereinheit.The focusing operation is carried out by simultaneous displacement of the projection unit and the focusing unit in the direction of the optical axis by electronically controllable adjusting elements, according to the corresponding specifications of an existing control unit. Since different optical elements are used in the illumination and observation beam path, this results in a complicated, non-linear relationship between the necessary displacement of the projection unit and the focusing unit.
Deshalb erfolgt die simultane Verschiebung der Projektionseinheit und der Fokussiereinheit durch die elektronisch steuerbaren Stellelemente nach den entsprechenden Vorgaben der Steuereinheit. Im vorhandenen Speicher der Steuereinheit wird dazu beispielsweise eine entsprechende Tabelle oder Funktion gespeichert.Therefore, the simultaneous displacement of the projection unit and the focusing unit by the electronically controllable adjusting elements takes place according to the corresponding specifications of the control unit. For example, a corresponding table or function is stored in the existing memory of the control unit.
Die simultane Verschiebung der Projektionseinheit und der Fokussiereinheit durch die elektronisch steuerbaren Stellelemente nach den entsprechenden Vorgaben der Steuereinheit kann aber auch automatisch durch ein Autofokussystem erfolgen, nachdem das ophthalmologische Gerät zum Patienten ausgerichtet wurden ist. Nach der erfolgten Fokussierung der Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich durch die simultane Verschiebung von Projektionseinheit und Fokussiereinheit wird mit dem Wechsel in den Bildaufnahmemodus (sichtbarer Spektralbereich) nur der Fokussiereinheit entlang der optischen Achse verschoben. Von der Steuereinheit wird das elektronisch steuerbare Stellelement nach den gespeicherten Vorgaben gesteuert und die Verschiebung nach erfolgter Bildaufnahme wieder rückgängig gemacht.The simultaneous displacement of the projection unit and the focusing unit by the electronically controllable adjusting elements according to the corresponding specifications of the control unit can also be done automatically by an autofocus system after the ophthalmological device has been aligned with the patient. After the focus has been focused in the infrared spectral range by the simultaneous displacement of the projection unit and the focusing unit, only the focusing unit is moved along the optical axis with the change to the image recording mode (visible spectral range). From the control unit, the electronically controllable control element is controlled according to the stored specifications and reversed the shift after the image has been taken.
Die im infraroten Spektralbereich auf den Augenhintergrund projizierte Fokussiermarke wird dabei aufgrund dessen spektraler Eigenschaften in einer tieferliegenden Gewebeschicht reflektiert als das zur Bildaufnahme verwendete weiße Licht. Während weißes Licht von der Netzhaut reflektiert wird, dringt infrarotes Licht durch die Netzhaut und wird erst von der darunterliegenden Pigmentepithel-Schicht reflektiert. Die Fokusebenen von weißem und infrarotem Licht liegen somit um ca. 200μm auseinander, was der bekannten, durchschnittlichen Dicke der Netzhaut entspricht. Beim Wechsel in den Bildaufnahmemodus wird dies durch Verschieben der Fokussiereinheit um den entsprechenden Wert korrigiert. Im vorliegenden Beispiel wird die Fokussiereinheit um etwa 50μm schrittweise verschoben.Due to its spectral properties, the focusing mark projected onto the fundus in the infrared spectral region is reflected in a deeper tissue layer than the white light used for imaging. While white light is reflected by the retina, infrared light penetrates through the retina and is first reflected by the underlying pigment epithelial layer. The focal planes of white and infrared light are thus separated by about 200 μm, which corresponds to the known average thickness of the retina. When changing to the image recording mode, this is corrected by moving the focusing unit by the corresponding value. In the present example, the focusing unit is shifted step by step by about 50μm.
Die von den elektronisch steuerbaren Stelielemente vorgenommenen Verschiebungen erfolgen vorzugsweise in definierten Schritten.The displacements made by the electronically controllable elements preferably take place in defined steps.
Die im Speicher der Steuereinheit gespeicherten entsprechenden Vorgaben für die Verschiebung der Projektionseinheit und der Fokussiereinheit bzw. nur der Fokussiereinheit werden vorgegeben oder mit Hilfe von Referenzobjekten aufgenommen und gespeichert.The corresponding specifications for the displacement of the projection unit and of the focusing unit or of the focusing unit stored in the memory of the control unit are predetermined or recorded and stored with the aid of reference objects.
Die Bewegungsverläufe können beispielsweise punktweise aufgenommen werden. Dazu wird die Fokussiermarke von der Projektionseinheit auf eine Auffangebene projiziert, deren scharfe Abbildung über die Sucherkamera kontrol- liert und die Stellung des Schrittmotors bei vorliegender scharfer Abbildung gespeichert. Die auf die Auffangebene scharf abgebildete Fokussiermarke wird über die Fokussiereinheit auf die Dokumentationskamera abgebildet und die Stellung des Schrittmotors bei scharfer Abbildung gespeichert. Dieser Vorgang wird entsprechend oft, für verschiedene Dioptrienwerte wiederholt. Nach Aufnahme einer endlichen Zahl Stützstellen (Wertepaare) erfolgt mittels Ausgleichskurve ein Festlegen der restlichen Wertepaare.The movement patterns can be recorded point by point, for example. For this purpose, the focusing mark is projected by the projection unit onto a catching plane whose sharp image is controlled by the viewfinder camera. liert and stored the position of the stepping motor in the presence of a sharp image. The focusing mark, which is focused on the catching plane, is imaged on the documentation camera via the focusing unit and the position of the stepping motor is stored in the case of a sharp image. This process is repeated often, for different diopter values. After taking a finite number of nodes (pairs of values) is done by means of compensation curve setting the remaining value pairs.
Dieses punktweise aufnehmen der Bewegungsverläufe hat den Vorteil, dass insbesondere gerätespezifische Toleranzen der Optikbaugruppen berücksichtigt werden können und die Bewegungsverläufe exakt auf das Gerät abgestimmt sind.This point-by-point recording of the course of motion has the advantage that, in particular, device-specific tolerances of the optical assemblies can be taken into account and the courses of motion are precisely matched to the device.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann der notwendige Gleichlauf zwischen Projektionseinheit und einer Fokussiereinheit auf einfache Weise sichergestellt werden. Es lassen sich damit nicht nur die Verläufe der Verstellwege über den gesamten Fokussierbereich optimal anpassen, sondern auch auf einfache Art und Weise die Toleranzen der Optikbaugruppen von Gerät zu Gerät individuell ausgleichen.With the solution according to the invention, the necessary synchronization between the projection unit and a focusing unit can be ensured in a simple manner. Not only can the paths of the adjustment paths over the entire focusing range be optimally adapted, but also the tolerances of the optical assemblies can be individually compensated from device to device in a simple manner.
Notwendige Änderungen der Schärfenebene, die beim Umschalten zwischen Beobachtungsmodus (im infraroten Spektralbereich) und Bildaufnahmemodus (im sichtbaren Spektralbereich) notwendig werden, lassen sich einfach durch eine Verschiebung der Fokussiereinheit während des Umschaltvorganges realisieren. Nach der Bildaufnahme wird durch die Steuereinheit der Fokussierzu- stand vor der Bildaufnahme wiederhergestellt. Auch die für Modenwechsel erforderlichen Verschiebewege können in Form einer Tabelle gespeichert werden.Necessary changes of the focus plane, which become necessary when switching between observation mode (in the infrared spectral range) and image recording mode (in the visible spectral range), can be realized simply by shifting the focusing unit during the switching process. After image acquisition, the control unit restores the focus state before taking the image. The shift distances required for mode changes can also be stored in the form of a table.
Die beschriebene Lösung lässt höhere Genauigkeiten der Anpassung zwischen Projektionseinheit und einer Fokussiereinheit als eine rein mechanische Kopplung zu und ist deutlich flexibler zu gestalten. Die Umschaltung der Schärfen- ebene zwischen infrarotem und sichtbaren Spektralbereich lässt sich mit der gleichen Anordnung ebenfalls realisieren, ohne dass zusätzliche optischer Baugruppen ein- oder ausgeschwenkt werden müssen. The described solution allows higher accuracies of the adaptation between the projection unit and a focusing unit than a purely mechanical coupling and is considerably more flexible. Switching the sharpening level between infrared and visible spectral range can also be realized with the same arrangement, without additional optical components must be switched on or swung.

Claims

Patentansprüche claims
1. Fokussiervorrichtung für ophthalmologische Geräte nach dem „Non Mydria- tic"-Prinzip, insbesondere Funduskameras, bestehend aus einer, mindestens eine Fokussiermarke (1) im infraroten Spektralbereich auf eine Fläche im Auge projizierenden Projektionseinheit (3) und einer Fokussiereinheit (4), die jeweils entlang der optischen Achse (5) verschiebbar sind, bei der die Projektionseinheit (3) in einem Beleuchtungsstrahlengang und die Fokussiereinheit (4) in einem Beobachtungsstrahlengang angeordnet sind und die Verschiebung durch elektronisch steuerbare Stellelemente simultan oder einzeln, nach den entsprechenden Vorgaben einer vorhandenen Steuereinheit erfolgt.1. focusing device for ophthalmological devices according to the "non-mydric" principle, in particular fundus cameras, consisting of a, at least one focusing mark (1) in the infrared spectral range on a surface in the eye projecting projection unit (3) and a focusing unit (4), in each case along the optical axis (5) are displaceable, in which the projection unit (3) in an illumination beam path and the focusing unit (4) are arranged in an observation beam path and the displacement by electronically controllable control elements simultaneously or individually, according to the corresponding specifications of an existing Control unit takes place.
2. Fokussiervorrichtung nach Anspruch 1 , bei der als elektronisch steuerbare Stellelemente Stellmotoren, vorzugsweise Schrittmotoren (6) verwendet werden.2. Focusing device according to claim 1, in which are used as electronically controllable adjusting actuators, preferably stepper motors (6).
3. Fokussiervorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, bei der die Steuereinheit über einen Speicher verfügt.3. Focusing device according to at least one of claims 1 and 2, wherein the control unit has a memory.
4. Fokussiervorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein Autofokussystem zur Fokussierung der Fokussiermarke (1) im infraroten Spektralbereich vorhanden ist.4. Focusing device according to at least one of claims 1 to 3, wherein an autofocus system for focusing the focusing mark (1) is present in the infrared spectral range.
5. Fokussierverfahren für ophthalmologische Geräte nach dem „Non Mydria- tic"-Prinzip, insbesondere Funduskameras, bestehend aus einer, mindestens eine Fokussiermarke (1) im infraroten Spektralbereich auf eine Fläche im Auge projizierenden Projektionseinheit (3) und einer Fokussiereinheit (4), die jeweils entlang der optischen Achse (5) verschiebbar sind, bei dem die in einem Beleuchtungsstrahlengang angeordnete Projektionseinheit (3) und die in einem Beobachtungsstrahlengang angeordnete Fokussiereinheit (4) durch elektronisch steuerbare Stellelemente simultan oder einzeln nach5. Focusing method for ophthalmological apparatus according to the "non-mydric" principle, in particular fundus cameras, comprising a projection unit (3) projecting at least one focusing mark (1) in the infrared spectral region onto a surface in the eye and a focusing unit (4), which are respectively displaceable along the optical axis (5), in which the projection unit (3) arranged in an illumination beam path and the focusing unit (4) arranged in an observation beam path simultaneously or individually follow by electronically controllable control elements
- 1 - den entsprechenden Vorgaben einer vorhandenen Steuereinheit verschoben werden können.- 1 - can be moved to the appropriate specifications of an existing control unit.
6. Fokussierverfahren nach Anspruch 5, bei dem das ophthalmologische Gerät zum Patienten ausgerichtet wird und die Fokussierung durch simultane Verschiebung der Projektionseinheit (3) und der Fokussiereinheit (4) durch die elektronisch steuerbaren Stellelemente nach den entsprechenden Vorgaben der Steuereinheit erfolgt.6. focusing method according to claim 5, wherein the ophthalmic device is aligned with the patient and the focusing by simultaneous displacement of the projection unit (3) and the focusing unit (4) by the electronically controllable adjusting elements according to the corresponding specifications of the control unit.
7. Fokussierverfahren nach Anspruch 6, bei dem die Fokussierung durch simultane Verschiebung der Projektionseinheit (3) und der Fokussiereinheit (4) durch die elektronisch steuerbaren Stellelemente nach den entsprechenden Vorgaben der Steuereinheit automatisch durch ein Autofokussystem erfolgt, nachdem das ophthalmologische Gerät zum Patienten ausgerichtet ist.7. focusing method according to claim 6, wherein the focusing by simultaneous displacement of the projection unit (3) and the focusing unit (4) by the electronically controllable adjusting elements according to the corresponding specifications of the control unit is automatically by an autofocus system after the ophthalmic device is aligned with the patient ,
8. Fokussierverfahren nach Anspruch 5, bei dem nach der Fokussierung durch die simultane Verschiebung von Projektionseinheit (3) und Fokussiereinheit (4), zum Wechsel in den Biidaufnahmemodus nur eine Verschiebung der Fokussiereinheit (4) durch ein elektronisch steuerbares Stellelement nach den entsprechenden Vorgaben der Steuereinheit erfolgt die nach erfolgter Bildaufnahme rückgängig gemacht wird.8. focusing method according to claim 5, wherein after focusing by the simultaneous displacement of the projection unit (3) and focusing unit (4), for switching to the Biidaufnahmemodus only a shift of the focusing unit (4) by an electronically controllable actuator according to the corresponding requirements of Control unit takes place after the image acquisition is undone.
9. Fokussierverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die von den elektronisch steuerbaren Stellelemente vorgenommenen Verschiebungen vorzugsweise in definierten Schritten erfolgt.9. focusing method according to at least one of claims 5 to 8, wherein the displacements made by the electronically controllable adjusting elements preferably takes place in defined steps.
10. Fokussierverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem die im Speicher der Steuereinheit gespeicherten entsprechenden Vorgaben für die Verschiebung der Projektionseinheit (3) und der Fokussiereinheit (4) bzw. nur der Fokussiereinheit (4) vorgegeben oder mit Hilfe von Referenzobjekten aufgenommen werden.10. focusing method according to at least one of claims 5 to 9, wherein the stored in the memory of the control unit corresponding specifications for the displacement of the projection unit (3) and the focusing unit (4) or only the focusing unit (4) predetermined or with the aid of reference objects be recorded.
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