WO2007014661A1 - Optisches scan-system - Google Patents

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WO2007014661A1
WO2007014661A1 PCT/EP2006/007232 EP2006007232W WO2007014661A1 WO 2007014661 A1 WO2007014661 A1 WO 2007014661A1 EP 2006007232 W EP2006007232 W EP 2006007232W WO 2007014661 A1 WO2007014661 A1 WO 2007014661A1
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WO
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fixation
scanning system
optical
radiation source
optical scanning
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PCT/EP2006/007232
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Inventor
Mario Gerlach
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Carl Zeiss Meditec Ag
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Publication date
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    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
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    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only

Definitions

  • the present invention relates to an optical scanning system for medical applications, preferably in ophthalmology.
  • the optical scanning system can be used for a variety of diagnostic and therapeutic applications.
  • Diagnostic applications include retinal scanners, OCT systems and corneal topography systems.
  • the Retinascanner is an imaging procedure for the high-resolution representation of the retina to represent the physiology and clinical pictures.
  • the OCT systems optical coherence tomography
  • the measuring principle of the OCT systems is based on scanning an interferometric beam path for length measurement in transparent media over the entire pupil surface. From the multiplicity of local distance data at each pupil location, the spatial structure of the eye can be reproduced.
  • Topography equipment for measuring the cornea is used to determine a spatial image of the corneal aneurysm to pre-condition corneal surgery, such as for LASIK, LASEK 1 PRK, or the like.
  • Scanning systems are also used for the treatment of various eye diseases.
  • the majority of applications are concerned with refractive surgery for correcting refractive errors of the human eye.
  • the LASIK, PRK and LASEK methods should be mentioned here.
  • a targeted change in the curvature of the cornea is induced with the aid of laser radiation in order to compensate for ametropia of the eye.
  • a therapy laser beam is used, which is scanned over the pupil surface to be corrected.
  • optical scanning systems have the common feature that the visual axis of the eye must be determined and / or maintained.
  • the eye is offered a fixation object on which the patient looks in the course of treatment or diagnosis and thus fixes the eye.
  • the fixation object can be an image with a pivot or a small point of light.
  • the visual axis of the eye aligns with the optical axis of the external diagnostic or therapeutic system. Exemplary shows:
  • Figure 1 shows the basic structure of a known in the prior art optical system for scanning the cornea.
  • the generated measurement or therapy beam 1 is deflected by at least one movable reflector 2 in accordance with the desired scan field and impinges on a first focusing scanner optics 3 which generates an intermediate image 4 of the scan field.
  • a collimating scanner optics 5 the scan field is imaged infinitely and directed to a stationary dichroic deflection mirror 6 on the lens 7. This serves to focus the measuring or therapeutic beam 1 on the desired imaging plane 8 in the eye 9 (here the cornea).
  • a fixation object 11 is focused on the retina of the patient.
  • the fixation object 11 is imaged via an imaging optics 13 in the mirror plane of the dichroic deflecting mirror 6 as an intermediate image 12.
  • the intermediate image 12 is imaged by the lens 7 on the cornea and focused by the optical effect of cornea and eye lens on the retina 10.
  • the fixation object can be coupled into the beam path through an additional dichroic beam splitter or partially transmissive mirror.
  • the intermediate image of the fixation object lies on the surface of the dichroic deflection mirror.
  • the passage of convergent or divergent radiation beams through the medium of the deflection mirror results in significant optical aberrations (astigmatism), which limit the sharpness and point size of the fixation object. Due to the highly effective aberrations it is not possible to create complex fixation objects with fine structures on the retina.
  • Another disadvantage resulting from the intermediate image of the scan field is the undesirable development of non-linear optical effects, such as statistical optical breakthrough, phase modulation or the like. This can lead to a reduction in the reproducibility of the treatment results, in particular for therapy beams of high peak powers.
  • the object of the present invention is to provide an optical scanning system which, by eliminating the disadvantages of the prior art, achieves a high-quality combination of the fixation with the measuring and therapeutic beam path. Furthermore, the solution should enable a further beam path to be integrated, in particular for observation and documentation.
  • the object is solved by the features of the independent claims. Preferred developments and refinements are the subject of the dependent claims.
  • the present invention is preferably provided as an optical scanning system for diagnostic and therapeutic applications in the field of ophthalmology, it can also find application in other fields of medicine. For example, applications for dermatological treatments are conceivable.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the optical scanning system with two illumination beam paths
  • FIG. 3 control signals for the second illumination source with respect to the movement of the reflector
  • Figure 4 a first optical scanning system with two illumination and one observation beam
  • FIG. 5 shows a second optical scanning system with two illumination and one observation beam path
  • the optical scanning system according to the invention for medical applications preferably in ophthalmology, consists of at least one controllable reflector arranged in a first imaging beam path and having an actuator for scanning deflection of at least one therapy and / or diagnostic beam generated by a first radiation source at least one direction over a working field, a second imaging beam path for a, from a second radiation source outgoing fixation onsstrahlengang that is imaged stationary in the working field and a central control unit.
  • the movable reflector is used according to the invention, which has dichroic properties, so that the optical element for the fixation beam transmissive and the / the therapy and / / or diagnostic beam (s) is reflective.
  • the second radiation source serving to generate the fixation beam is controlled by the central control unit synchronously with the position of the movable reflector.
  • two movable, controllable reflectors with actuators are arranged in the first imaging beam path.
  • the optical incident and deflection planes of the two reflectors are preferably arranged at 90 ° to each other. For the sake of simplicity, the following description is limited to solutions with only one movable reflector.
  • the optical scanning system has additional means for astigmatism correction and for diopter compensation.
  • the first radiation source for generating the therapy and / or diagnostic beam (s) is preferably a laser source
  • a self-illuminating illumination element is preferably used for the second radiation source for producing different fixation objects.
  • Figure 2 shows a schematic diagram of the optical scanning system with two imaging beam paths.
  • the therapy and / or diagnostic beam 20 is directed to a movable, controllable, reflector 21 and focused via a lens 22 in the front eye portion 23 of the eye 24 siert.
  • the reflector 21 is used for scanning deflection of the therapy and / or diagnostic beam 20 in one direction over a working field and has an actuator, wherein the reflector 21 preferably oscillates / oscillates about a central position.
  • the fixation beam 25 is imaged infinitely via an imaging optics 26, the reflector 21 and an objective 22 parallel to the optical to the optical axis of the system and then from the anterior eye portion 23 consisting of cornea, aqueous humor and eye lens focused on the retina 27 of the eye 24.
  • the combination of the two imaging beam paths takes place via the reflector 21, which has dichroic properties for this, so that it is transmissive to the fixation beam 25 and reflective to the therapy and / or diagnostic beam 20.
  • the second radiation source generating the fixation beam 25 is controlled by the unillustrated central control unit in synchronism with the position of the reflector 21 by being periodically turned on reaching the same position of the reflector 21 for a certain time to produce a stroboscopic fixation object 28.
  • the fixation object 28 itself can be generated directly by a self-luminous illumination element, such as individual LEDs or laser diodes, LED or laser diode arrays, LCD, TFT or the like.
  • fixation objects 28 which are preferably illuminated by one or more LEDs, laser diode (s) or flash lamp (s).
  • the fixation object 28 is hereby interposed with the aid of the imaging optics 26 in the pivot point of the reflector 21.
  • additional means are present in the second illumination beam path.
  • the imaging optics 26 has displaceable optical element 26 'for this purpose.
  • a compensation plate 29 whose plane of incidence with respect to the plane of incidence of the reflector 21 is preferably rotated by 90 ° about the optical axis.
  • the compensation plate 29 is arranged in the vicinity of the first illumination source.
  • the angle of inclination of the compensation plate 29 is dependent on their respective thickness and refractive index, as well as on the optical properties of the reflector 21 used (thickness and refractive index).
  • the compensation plate 29 is dimensioned so that the astigmatic aberration of the optical scanning system in the rest position of the reflector 21 is corrected.
  • the second illumination source for generating the fixation beam 25 is controlled by the central control unit synchronously with the position of the reflector 21 by being switched on periodically upon reaching the same position of the reflector 21 for a certain time and such a stroboscopic fixation object 28 generated.
  • FIG. 3 shows the control signals for the second radiation source with respect to the movement of the reflector 21. Shown here are the exemplary course of motion s (t) of the reflector 21 and the times of the control pulses l (t) derived therefrom for the second radiation source.
  • the angle of rotation of the actuator connected to the reflector 21 changes in proportion to the applied control voltage.
  • the reflector 21 preferably oscillates about a defined center position.
  • This central center position is characterized, for example, by a zero crossing of the control voltage. If one does not use continuous illumination, but triggers the illumination voltage to this zero crossing can be focused by an induced stroboscopic effect of the fixation object 28 without aberrations on the retina 27 of the eye 24. The shorter the lighting time, the smaller the aberrations, with the Lighting time after the required image quality of the fixation object 28 directed.
  • the length of the illumination pulses depends on the respective speed reflector 21 in the zero crossing and is permanently adapted directly by the central control unit. Since the frequency of the reflector 21 is significantly higher than that registered by the human eye, the patient hears a seemingly continuously illuminated fixation object 28.
  • the second radiation source for generating the fixation beam is controlled such that the radiation source is triggered only every nth reaching the same position of the movable reflector 21 for a certain number of cycles and so a stroboscopic fixation object 28 with generates a lower modulation frequency.
  • a further optical beam path can additionally be added. This is preferably used for observation and / or documentation.
  • FIG. 4 shows a first optical scanning system with a therapy / diagnostic beam path, a fixation beam path and an additional observation beam path.
  • another optical beam path for observation and / or documentation is also combined via the movable reflector 21 with the two imaging beam paths for the fixation beam 25 and the therapy and / or diagnostic beam 20.
  • optical switch 30 in this case preferably LCD modulator, EO modulator, MEMS, DMD o. ⁇ . Used, which interrupts the beam path for observation and / or documentation targeted by passing mirror.
  • the trigger time can, analogously to the previously described triggered illumination voltage of the second illumination source, be placed on the zero crossings of the course of motion s (t) of the reflector 21 or its maximum values.
  • FIG. 5 A second optical scanning system with two imaging and one observation beam path is shown in FIG. 5.
  • the optical switch 30 arranged in the unified beam path of the optical scanning system according to FIG. 4 can be dispensed with if an additional third radiation source 31 is provided for the discontinuous stroboscopic illumination of the working field outside the unified beam path. Again, the control of their illumination intervals in dependence on the position of the controllable reflector 21st
  • the trigger time can advantageously in the zero crossing of the course of movement s (t) of the reflector 21 and its maximum values are placed.
  • Radiation sources are preferably used, which can change their illuminance in short time intervals, such as laser diodes, LEDs or flash lamps. Continuous illumination sources can be used if a fast optical switch is provided between the radiation source and the working field, which modulates the illuminance as described.
  • an optical scanning system for medical applications preferably in ophthalmology is made available, which has a much simplified optical design by a dual function of the scanning moving reflector.
  • a solution is proposed that allows the union of three or more optical beam paths in the smallest space.
  • the structure of the optical scanning system according to the invention also allows the use of lasers with highest pulse peak powers, since no focussing intermediate images are used in which a statistical optical breakdown can occur. This can be achieved over the known solutions of the prior art, a significantly improved image quality.

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Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein optisches Scan-System für medizinische Anwendungen, vorzugsweise in der Augenheilkunde, welches für eine Vielzahl von Diagnose- und Therapieanwendungen anwendbar ist. Das optische Scan-System besteht aus mindestens einem, in einem ersten Abbildungsstrahlengang angeordneten steuerbaren Reflektor (21 ) zur scannenden Ablenkung mindestens eines Therapie- und/oder Diagnosestrahls (20) über ein Arbeitsfeld, einem zweiten Abbildungsstrahlengang für einen Fixationsstrahl (25), der ortsunveränderlich zur optischen Achse des Systems auf das Arbeitsfeld abgebildet wird, sowie einer zentralen Steuereinheit. Zur Vereinigung der beiden Abbildungsstrahlengänge wird der bewegliche Reflektor (21) verwendet, der dafür dichroitisσhe Eigenschaften aufweist, so dass er für den Fixationsstrahl (25) transmissiv und den/die Therapie- und/oder Diagnosestrahl (en) (20) reflektiv ist. Die zweite, zur Erzeugung des Fixationsstrahls (25) dienende Strahlungsquelle wird synchron zur Position des beweglichen Reflektors (21) gesteuert.

Description

Optisches Scan-System
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Scan-System für medizinische Anwendungen, vorzugsweise in der Augenheilkunde. Das optische Scan- System kann hierbei für eine Vielzahl von Diagnose- und Therapieanwendungen eingesetzt werden.
Als Anwendungen auf dem Gebiet der Diagnose sind hierbei unter anderem Retinascanner, OCT-Systeme und Systeme zur Topografierung der Kornea zu nennen. Beim Retinascanner handelt es sich um ein bildgebendes Verfahren zur hochaufgelösten Darstellung der Netzhaut um die Physiologie und Krankheitsbilder darstellen zu können. Die OCT-Systeme (optische Kohärenz Tomo- grafie) dienen zur dreidimensionalen Darstellung der transparenten optischen Medien und erlauben, verschiedenste Querschnitte des Auges, wie beispielsweise Kornea, Vorderkammer oder Augelinse betrachten und insbesondere auch die Augenlänge exakt vermessen zu können. Das Messprinzip der OCT- Systeme beruht darauf, einen interferometrischen Strahlengang zur Längenmessung in transparenten Medien über die gesamte Pupillenfläche zu scannen. Aus der Vielzahl der lokalen Entfernungsdaten an jedem Pupillenort kann die räumliche Struktur des Auges reproduziert werden. Mit Topografiegeräten zur Vermessung der Kornea wird ein räumliches Bild der Korneageomerie bestimmt, um chirurgische Eingriffe an der Kornea, wie beispielsweise für LASIK, LASEK1 PRK o. ä. vorzubreiten.
Scannende Systeme werden aber auch zur Therapie verschiedener Augenerkrankungen eingesetzt. Die Mehrzahl der Anwendungen befasst sich mit der refraktiven Chirurgie zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten des menschlichen Auges. Hier sind insbesondere die Verfahren LASIK, PRK und LASEK zu nennen. Hierbei wird mit Hilfe von Laserstrahlung eine gezielte Änderung der Krümmung der Hornhaut herbeigeführt um Fehlsichtigkeit des Auges zu Kompensieren. Bei den genannten Verfahren kommt ein Therapielaserstrahl zum Einsatz, welcher scannend über die zu korrigierende Pupillenfläche geführt wird. Die meisten der im Stand der Technik bekannten optischen Scan-Systeme haben die Gemeinsamkeit, dass die Sehachse des Auges bestimmt und/oder beibehalten werden muss. Hierzu wird dem Auge ein Fixationsobjekt angeboten, auf welches der Patient im Verlauf der Behandlung oder Diagnose blickt und so das Auge fixiert. Als Fixationsobjekt kann dabei eine Abbildung mit Pivot oder ein kleiner Lichtpunkt verwendet werden. Da das menschliche Auge das Pivot in das Zentrum des schärfsten Sehens (Fovea) rückt, richtet sich die Sehachse des Auges zur optischen Achse des externen Diagnose- oder Therapiesystems aus. Beispielhaft zeigt hierzu:
Figur 1 der prinzipiellen Aufbau eines nach dem Stand der Technik bekannten optischen Systems zum scannen der Kornea.
Der erzeugte Mess- oder Therapiestrahl 1 wird in Abhängigkeit der Anzahl der Scan- Richtungen durch mindestens einen beweglichen Reflektoren 2 entsprechend dem gewünschten Scanfeld abgelenkt und trifft auf eine erste fokussie- rende Scanneroptik 3, die ein Zwischenabbildung 4 des Scanfeldes erzeugt. Mit Hilfe einer kollimierenden Scanneroptik 5 wird das Scanfeld nach unendlich abgebildet und an einem fest stehenden dichroitischen Umlenkspiegel 6 auf das Objektiv 7 gerichtet. Dieses dient zur Fokussierung des Mess- oder Therapiestrahls 1 auf die gewünschte Abbildungsebene 8 im Auge 9 (hier die Kornea). Um das zu untersuchende/behandelnde Auge zu fixieren wird dem Patienten ein Fixationsobjekt 11 auf die Netzhaut fokussiert. Das Fixationsobjekt 11 wird dazu über eine Abbildungsoptik 13 in die Spiegelebene des dichroitischen Umlenkspiegels 6 als Zwischenbild 12 abgebildet. Das Zwischenbild 12 wird vom Objektiv 7 nach unendlich auf die Kornea abgebildet und durch die optische Wirkung von Kornea und Augenlinse auf die Retina 10 fokussiert.
Abweichend vom gezeigten Aufbau kann das Fixationsobjekt durch einen zusätzlichen dichroitischen Strahlteiler oder teildurchlässigen Spiegel in den Strahlengang eingekoppelt werden. Im dargestellten Beispiel liegt das Zwischenbild des Fixationsobjektes auf der Fläche des dichroitischen Umlenkspiegels. Beim Durchgang konvergenter bzw. divergenter Strahlenbündel durch das Medium des Umlenkspiegels entstehen signifikante optische Abbildungsfehler (Astigmatismus), welche die Schärfe und Punktgröße des Fixationsobjektes limitieren. Durch die stark wirksamen Abbildungsfehler ist es nicht möglich komplexe Fixationsobjekte mit feinen Strukturen auf der Retina zu erzeugen.
Die Nachteile der nach dem Stand der Technik bekannten Lösungen ergeben sich aus der Komplexität der notwendigen Aufbauten. Durch die Kombination von Fixations- mit Mess- und Therapiestrahlengang ist eine Zwischenabbildung des Scanfeldes erforderlich, wodurch sich die Anzahl optischer Bauelemente und deren Anforderungen an Korrekturmaßnahmen wesentlich erhöht. Die Folge ist ein enorm hoher Entwicklungs-, Herstellungs- und Justieraufwand.
Ein weiterer, aus der Zwischenabbildung des Scanfeldes resultierender Nachteil ist die unerwünschte Entstehung nichtlinearer optischer Effekte, wie statistischer optischer Durchbruch, Phasenmodulation o. ä.. Dies kann insbesondere bei Therapiestrahlen hoher Spitzenleistungen zur Verringerung der Reproduzierbarkeit der Behandlungsergebnisse führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Scan- System zur Verfügung zu stellen, welches durch Beseitigung der Nachteile des Standes der Technik eine qualitativ hochwertige Kombination des Fixations- mit dem Mess- und Therapiestrahlengang erreicht. Weiterhin soll die Lösung ermöglichen einen weiteren Strahlengang, insbesondere für die Beobachtung und Dokumentation zu integrieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Obwohl die vorliegende Erfindung als optisches Scan-System vorzugsweise für Diagnose- und Therapie-Anwendungen auf das Gebiet der Augenheilkunde vorgesehen ist, kann es auch auf anderen Gebieten der Medizin Anwendung finden. Hierbei sind beispielsweise Anwendungen für dermatologische Behandlungen denkbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigen
Figur 2: eine Prinzipdarstellung des optischen Scan-Systems mit zwei Beleuchtungsstrahlengängen,
Figur 3: Steuersignale für die zweite Beleuchtungsquelle in bezug auf die Bewegung des Reflektors,
Figur 4: ein erstes optisches Scan-Systems mit zwei Beleuchtungs- und einem Beobachtungsstrahlengang und
Figur 5: ein zweites optisches Scan-Systems mit zwei Beleuchtungsund einem Beobachtungsstrahlengang
Das erfindungsgemäße optische Scan-System für medizinische Anwendungen, vorzugsweise in der Augenheilkunde, besteht aus mindestens einem, in einem ersten Abbildungsstrahlengang angeordneten steuerbaren, über einen Aktuator verfügenden Reflektor zur scannenden Ablenkung mindestens eines, von einer ersten Strahlungsquelle erzeugten Therapie- und/oder Diagnosestrahls in mindestens einer Richtung über ein Arbeitsfeld, einem zweiten Abbildungsstrahlengang für einen, von einer zweiten Strahlungsquelle ausgehenden Fixati- onsstrahlengang, der ortsunveränderlich im Arbeitsfeld abgebildet wird sowie einer zentralen Steuereinheit. Zur Vereinigung der beiden Strahlengänge für den Fixationsobjektabbildung und den/die Therapie- und/oder Diagnosestrahl(en) wird erfindungsgemäß der bewegliche Reflektor verwendet, der dichroitische Eigenschaften aufweist, so dass das optische Element für das Fixationsstrahlenbündel transmissiv und den/die Therapie- und/oder Diagnosestrahl(en) reflektiv ist. Die zweite, zur Erzeugung des Fixationsstrahlenbündels dienende Strahlungsquelle wird von der zentralen Steuereinheit synchron zur Position des beweglichen Reflektors gesteuert.
Um den von der ersten Strahlungsquelle erzeugten Therapie- und/oder Diagnosestrahl in zwei Richtung über das Arbeitsfeld scannend abzulenken, sind im ersten Abbildungsstrahlengang zwei bewegliche, steuerbare, über Aktuatoren verfügende Reflektoren angeordnet. Die optischen Einfalls- und Ablenkungsebenen der beiden Reflektoren sind dabei vorzugsweise um 90° zueinander angeordnet. Der Einfachheit halber beschränkt sich die folgende Beschreibung auf Lösungen mit nur einem beweglichen Reflektor.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung verfügt das optische Scan-System über zusätzliche Mittel zur Astigmatismuskorrektur und zum Dioptrienausgleich.
Während die erste Strahlungsquelle zur Erzeugung des/der Therapie- und/oder Diagnosestrahles/en vorzugsweise eine Laserquelle ist, wird für die zweite Strahlungsquelle zur Erzeugung unterschiedlicher Fixationsobjekte vorzugsweise ein selbstleuchtendes Beleuchtungselement verwendet. Es ist aber auch möglich vor der zweiten Strahlungsquelle ein zusätzliches nicht selbstleuchtendes optisches Element zur Erzeugung unterschiedlicher Fixationsobjekte anzuordnen.
Zur besseren Veranschaulichung zeigt Figur 2 eine Prinzipdarstellung des optischen Scan-Systems mit zwei Abbildungsstrahlengängen. Ausgehend von der nicht dargestellten ersten Strahlungsquelle wird der Therapie- und/oder Diagnosestrahl 20 auf einen beweglichen, steuerbaren, Reflektor 21 gelenkt und über ein Objektiv 22 in den vorderen Augenabschnitt 23 des Auges 24 fokus- siert. Der Reflektor 21 dient zur scannenden Ablenkung des Therapie- und/oder Diagnosestrahls 20 in einer Richtung über ein Arbeitsfeld und verfügt über einen Aktuator, wobei der Reflektor 21 vorzugsweise um eine Mittenlage pendelt/schwingt.
Ausgehend von der nicht dargestellten zweiten Strahlungsquelle wird das Fixa- tionsstrahlenbündel 25 über eine Abbildungsoptik 26, den Reflektor 21 und das ein Objektiv 22 ortsunveränderlich und parallel zur optischen zur optischen Achse des Systems nach unendlich abgebildet und anschließend vom vorderen Augenabschnitt 23 bestehend aus Kornea, Kammerwasser und Augenlinse auf die Retina 27 des Auges 24 fokussiert.
Die Vereinigung der beiden Abbildungsstrahlengänge erfolgt über den Reflektor 21, der dafür dichroitische Eigenschaften aufweist, so dass er für das Fixati- onsstrahlenbündel 25 transmissiv und den Therapie- und/oder Diagnosestrahl 20 reflektiv ist.
Die zweite, das Fixationsstrahlenbündel 25 erzeugende Strahlungsquelle wird von der nicht dargestellten zentralen Steuereinheit synchron zur Position des Reflektors 21 gesteuert, indem sie periodisch bei Erreichen der gleichen Stellung des Reflektors 21 für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird und so ein stroboskopisches Fixationsobjekt 28 erzeugt. Das Fixationsobjekt 28 selbst kann dabei direkt durch ein selbstleuchtendes Beleuchtungselement, wie einzelne LEDs oder Laserdioden, LED- oder Laserdiodenarrays, LCD, TFT o. ä. erzeugt werden.
Es ist aber auch möglich, nicht selbstleuchtende Elemente / Strukturen zur Erzeugung unterschiedlicher Fixationsobjekte 28 zu verwenden, welche vorzugsweise durch eine oder mehrere LEDs, Laserdiode/n oder Blitzlampe/n beleuchtet werden. Das Fixationsobjekt 28 wird hierbei mit Hilfe der Abbildungsoptik 26 in den Drehpunkt des Reflektors 21 zwischenabgebildet. Um einen Dioptrienausgleich bei fehlsichtigen Augen realisieren zu können, sind im zweiten Beleuchtungsstrahlengang zusätzliche Mittel vorhanden. Die Abbildungsoptik 26 verfügt dazu über verschiebbares optisches Element 26'.
Analog der beschriebenen Lösung des Standes der Technik, entstehen beim Durchgang konvergenter bzw. divergenter Strahlenbündel durch eine geneigte Planplatte optische Abbildungsfehler, insbesondere Astigmatismus. Dieser ist dadurch charakterisiert, dass hinter der Planplatte die Krümmungsradien der Wellenfronten in zwei zueinander orthogonalen Richtungen ungleich sind, so dass astigmatische Strahlenbündel nach der Fokussierung mit sphärischen Optiken in der jeweiligen Ausbreitungsrichtung unterschiedliche Fokuspositionen besitzen.
Um diesen Astigmatismus zu korrigieren, können entweder nicht achsensymmetrische optische Elemente, wie beispielsweise Zylinderoptiken o. ä. eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich den entstehenden Astigmatismus mit Hilfe einer Kompensationsplatte 29, deren Einfallsebene gegenüber der Einfallsebene des Reflektors 21 vorzugsweise um 90° um die optische Achse rotiert ist, zu korrigieren. Die Kompensationsplatte 29 wird dazu in der Nähe der ersten Beleuchtungsquelle angeordnet. Der Neigungswinkel der Kompensationsplatte 29 ist dabei abhängig von deren jeweiligen Dicke und Brechzahl, sowie von den optischen Eigenschaften des verwendeten Reflektors 21 (Dicke und Brechzahl). Die Kompensationsplatte 29 ist so bemessen, dass der astigmatische Abbildungsfehler des optischen Scan-Systems in der Ruhelage des Reflektors 21 korrigiert ist.
Durch diese Astigmatismus-Kompensation lassen sich feiner strukturierte Fixationsobjekte 28 auf die Retina 27 des Auges 24 abbilden, deren Pivots die Aufmerksamkeit des Auges während des Behandlungszeitraumes erhalten. Eine zweite Problematik ergibt sich aus der Tatsache, das beim Durchgang optischer Strahlung durch geneigte Planplatten ein seitlicher Versatz der Strahlung auftritt, wobei die Stärke des Versatzes von den geometrischen (Dicke und Einfallswinkel) und den optischen Eigenschaften (Brechzahl) der Planplatte abhängig sind. Da der auftretende Versatz nichtlinear vom Einfallswinkel abhängt, ist eine einfache Kompensation nur bei konstantem Einfallswinkel möglich. Wird der Versatz nicht kompensiert, kommt es aufgrund der schnellen Drehbzw. Kippbewegung des Reflektors 21 zu einer „Verschmierung" des Abbildes des Fixationsobjektes 28 parallel zur Einfallsebene des Reflektors 21.
Zur Korrektur dieser „Verschmierung" des Abbildes des Fixationsobjektes 28 wird von der zentralen Steuereinheit die zweite Beleuchtungsquelle zur Erzeugung des Fixationsstrahls 25 synchron zur Position des Reflektors 21 gesteuert, indem sie periodisch bei Erreichen der gleichen Stellung des Reflektors 21 für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird und so eine stroboskopisches Fixationsobjekt 28 erzeugt.
Figur 3 zeigt dazu die Steuersignale für die zweite Strahlungsquelle in bezug auf die Bewegung des Reflektors 21. Dargestellt sind hierbei der beispielhafte Bewegungsverlauf s(t) des Reflektors 21 und die Zeitpunkte der daraus abgeleiteten Steuerimpulse l(t) für die zweite Strahlungsquelle. Der Drehwinkel des mit dem Reflektor 21 verbundenen Aktuators ändert sich proportional zur angelegten Steuerspannung. Für die Anwendung in scannenden Systemen oszilliert der Reflektor 21 vorzugsweise um eine definierte Mittenlage.
Diese zentrale Mittenlage ist zum Beispiel durch einen Nulldurchgang der Steuerspannung gekennzeichnet. Nutzt man keine kontinuierliche Beleuchtung, sondern triggert die Beleuchtungsspannung auf diesen Nulldurchgang, kann durch einen induzierten Stroboskopeffekt des Fixationsobjekts 28 ohne Abbildungsfehler auf die Retina 27 des Auges 24 fokussiert werden. Je kürzer die Beleuchtungszeit, desto kleiner werden die Abbildungsfehler, wobei sich die Beleuchtungszeit nach der erforderlichen Bildqualität des Fixationsobjekts 28 richtet.
Die Länge der Beleuchtungsimpulse hängt von der jeweiligen Geschwindigkeit Reflektors 21 im Nulldurchgang ab und wird direkt durch die zentrale Steuereinheit permanent angepaßt. Da die Frequenz des Reflektors 21 deutlich höher ist als das menschliche Auge registriert, vernimmt der Patient ein scheinbar kontinuierlich leuchtendes Fixationsobjekt 28.
Es ist aber auch möglich die Triggersignale für die zweite Strahlungsquelle bei maximaler Elongation zu generieren, was den Vorteil der niedrigsten Spiegelgeschwindigkeit mit sich bringt. Die aktive Beleuchtungspulsdauer kann daher deutlich längere Zeiten einnehmen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die zweite Strahlungsquelle zur Erzeugung des Fixationsstrahls so gesteuert, dass die Strahlungsquelle nur bei jedem n-ten Erreichen der gleichen Stellung des beweglichen Reflektors 21 für eine bestimmte Anzahl von Zyklen getriggert wird und so ein stroboskopi- sches Fixationsobjekt 28 mit geringerer Modulationsfrequenz erzeugt. Dies hat den Vorteil, dass die niederfrequente, sichtbare Modulation des Fixationsobjekts 28 zu einer Verbesserung der Aufmerksamkeit des Patienten führt.
Neben der Vereinigung der beiden Beleuchtungsstrahlengänge für den Fixati- onsstrahl und den Therapie- und/oder Diagnosestrahl kann zusätzlich ein weiterer optischer Strahlengang zugefügt werden. Dieser dient vorzugsweise der Beobachtung und/oder Dokumentation.
Figur 4 zeigt dazu ein erstes optisches Scan-System mit einem Therapie-/ Diagnosestrahlengang, einem Fixationsstrahlengang sowie einem zusätzlichen Beobachtungsstrahlengang. Bei dem optischen Scan-System wird ein weiterer optischer Strahlengang zur Beobachtung und/oder Dokumentation ebenfalls über den beweglichen Reflektor 21 mit den beiden Abbildungsstrahlengängen für den Fixationsstrahl 25 und den Therapie- und/oder Diagnosestrahl 20 vereint.
Soll die Beobachtung während des Scanvorgangs stattfinden, ist es erforderlich einen schnellen optischen Schalter 30, zur Sperrung und Freigabe des Strahlenganges zur Beobachtung und/oder Dokumentation vorzusehen, wobei die Sperrung und Freigabe ebenfalls in Abhängigkeit von der Position des steuerbaren Reflektors 21 gesteuert wird.
Als optischer Schalter 30 werden hierbei vorzugsweise LCD-Modulator, EO- Modulator, MEMS, DMD o. ä. verwendet, der den Strahlengang zur Beobachtung und/oder Dokumentation bei durchlaufendem Spiegel gezielt unterbricht.
Der Triggerzeitpunkt kann, analog der bereits beschriebenen getriggerten Beleuchtungsspannung der zweiten Beleuchtungsquelle auf die Nulldurchgänge des Bewegungsverlauf s(t) des Reflektors 21 bzw. dessen Maximalwerte gelegt werden.
Ein zweites optisches Scan-System mit zwei Abbildungs- und einem Beobachtungsstrahlengang zeigt Figur 5.
Auf den im vereinten Strahlengang des optischen Scan-Systems nach Figur 4 angeordneten optischen Schalter 30, kann hierbei verzichtet werden, wenn eine zusätzliche dritte Strahlungsquelle 31 zur diskontinuierlichen stroboskopischen Beleuchtung des Arbeitsfeldes außerhalb des vereinten Strahlenganges vorgesehen ist. Auch hier erfolgt die Steuerung deren Beleuchtungsintervalle in Abhängigkeit von der Position des steuerbaren Reflektors 21.
Ein sehr kurzes Beleuchtungsintervall führt zu einem verzerrungsfreien Beobachtungsbild. Analog der bisherigen Erläuterungen kann der Triggerzeitpunkt vorteilhafterweise im Nulldurchgang des Bewegungsverlauf s(t) des Reflektors 21 bzw. dessen Maximalwerte gelegt werden.
Vorzugsweise kommen Strahlungsquellen zur Anwendung, welche in kurzen Zeitintervallen ihre Beleuchtungsstärke ändern können, wie beispielsweise Laserdioden, LEDs oder Blitzlampen. Kontinuierliche Beleuchtungsquellen sind verwendbar, wenn zwischen der Strahlungsquelle und dem Arbeitsfeldes ein schneller optischer Schalter vorgesehen ist, welcher die Beleuchtungsstärke, wie beschrieben, moduliert.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein optisches Scan-System für medizinische Anwendungen, vorzugsweise in der Augenheilkunde zur Verfügung gestellt, welche durch eine Doppelfunktion des scannend bewegten Reflektors einen wesentlich vereinfachten optischen Aufbau aufweist. Es wird eine Lösung vorgeschlagen, die die Vereinigung von drei oder mehr optischen Strahlengängen auf kleinstem Raum ermöglicht.
Durch die Reduktion der Anzahl benötigter optischer Bauelemente wird eine wesentliche Kosteneinsparung bei Entwicklung, Herstellung und Justage erreicht. Vorteilhafter Weise ist mit der vorgeschlagenen technischen Lösung sowohl eine Astigmatismuskorrektur als auch eine Dioptrienausgleich des Fixa- tionstrahlengangs bei fehlsichtigen Augen möglich.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen optischen Scan-System ermöglicht zudem die Verwendung von Lasern mit höchsten Impulsspitzenleistungen, da keine fokussierenden Zwischenabbildungen genutzt werden, in denen ein statistischer optischer Durchbruch auftreten kann. Dadurch kann gegenüber den bekannten Lösungen des Standes der Technik eine wesentlich verbesserte Bildqualität erreicht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Scan-System für medizinische Anwendungen, vorzugsweise in der Augenheilkunde, bestehend aus mindestens einem, in einem ersten Abbildungsstrahlengang angeordneten steuerbaren, über einen Aktuator verfügenden Reflektor (21) zur scannenden Ablenkung mindestens eines, von einer ersten Strahlungsquelle erzeugten Therapie- und/oder Diagnosestrahls (20) in mindestens einer Richtung über ein Arbeitsfeld, einem zweiten Abbildungsstrahlengang für einen, von einer zweiten Strahlungsquelle erzeugten Fixationsstrahl (25), der ortsunveränderlich zur optischen Achse des Systems auf das Arbeitsfeld abgebildet wird, sowie einer zentralen Steuereinheit, bei dem zur Vereinigung der beiden Abbildungsstrahlengänge für den Fixationsstrahl (25) und den/die Therapie- und/oder Diagnose- Strahlen) (20) der bewegliche Reflektor (21) verwendet wird, der dafür dichroitische Eigenschaften aufweist, so dass der Reflektor (21) für den Fixationsstrahl (25) transmissiv und den/die Therapie- und/oder Diagnose- strahl(en) (20) reflektiv ist, die zweite, zur Erzeugung des Fixationsstrahls (25) dienende Strahlungsquelle synchron zur Position des beweglichen Reflektors (21) gesteuert wird.
2. Optisches Scan-System nach Anspruch 1 , bei dem im ersten Abbildungsstrahlengang mindestens zwei steuerbare, über Aktuatoren verfügende Reflektoren (21) zur scannenden Ablenkung mindestens eines, von einer ersten Strahlungsquelle erzeugten Therapie- und/oder Diagnosestrahls (20) in zwei Richtung über ein Arbeitsfeld angeordnet sind.
3. Optisches Scan-System nach Anspruch 1 , bei dem zusätzliche Mittel zur Astigmatismuskorrektur (29) und/oder zum Dioptrienausgleich (26') vorgesehen sind.
4. Optisches Scan-System nach Anspruch 1 , bei dem die erste Strahlungsquelle zur Erzeugung des/der Therapie- und/oder Diagnosestrahles/en (20) eine Laserqueile ist.
5. Optisches Scan-System nach Anspruch 1 , bei dem die zweite Strahlungsquelle als selbstleuchtendes Beleuchtungselement, zur Erzeugung unterschiedlicher Fixationsobjekte (28) ausgebildet ist, oder nicht selbstleuchtendes optisches Elemente zur Erzeugung unterschiedlicher Fixationsobjekte (28) angeordnet sind, die durch die zweite Strahlungsquelle beleuchtet werden.
6. Optisches Scan-System nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 5, bei dem die Steuerung der zweiten, zur Erzeugung des Fixationsstrahls (25) dienende Strahlungsquelle derart erfolgt, dass diese periodisch bei Erreichen der gleichen Stellung des beweglichen Reflektors (21) für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird und so ein stroboskopisches Fixationsobjekt (28) erzeugt.
7. Optisches Scan-System nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Steuerung der zweiten, zur Erzeugung des Fixationsstrahls (25) dienende Strahlungsquelle derart erfolgt, dass diese periodisch bei jedem n-ten Erreichen der gleichen Stellung des beweglichen Reflektors (21) für eine bestimmte Anzahl von Zyklen eingeschaltet wird und so ein stroboskopisches Fixationsobjekt (28) mit sichtbarer Modulationsfrequenz erzeugt.
8. Optisches Scan-System nach mindestens einem der der vorgenannten Ansprüche, bei dem der Fixationsstrahl (25) in den Drehpunkt des beweglichen dichroitischen Reflexionselement (21) fokussiert wird.
9. Optisches Scan-System nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem mindestens ein weiterer optischer Strahlengang zur Beobachtung und/oder Dokumentation vorhanden ist, der über den beweglichen Reflektor (21) mit den beiden Abbildungsstrahlengängen für den Fixationsstrahl (25) und den/die Therapie- und/oder Diagnosestrahl(en) (20) vereint wird und bei dem im vereinten Strahlengang ein optischer Schalter (30), zur Sperrung und Freigabe des Strahlenganges zur Beobachtung und/oder Dokumentation, angeordnet ist, wobei die Sperrung und Freigabe in Abhängigkeit von der Position des steuerbaren Reflektors (21) gesteuert wird.
10. Optisches Scan-System nach Anspruch 9, bei dem auf den im vereinten Strahlengang angeordneten optischer Schalter (30), zur Sperrung und Freigabe des Strahlenganges zur Beobachtung und/oder Dokumentation verzichtet werden kann, wenn eine zusätzliche dritte Strahlungsquelle (31) zur diskontinuierlichen Beleuchtung des Arbeitsfeldes außerhalb des vereinten Strahlenganges vorgesehen ist, wobei deren Beleuchtungsintervalle in Abhängigkeit von der Position des steuerbaren Reflektors (21) gesteuert wird.
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