WO2009018956A1 - Device and method for the automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera - Google Patents
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- WO2009018956A1 WO2009018956A1 PCT/EP2008/006296 EP2008006296W WO2009018956A1 WO 2009018956 A1 WO2009018956 A1 WO 2009018956A1 EP 2008006296 W EP2008006296 W EP 2008006296W WO 2009018956 A1 WO2009018956 A1 WO 2009018956A1
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- A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
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Definitions
- the present invention relates to an apparatus and a method for the automatic focusing of ophthalmological devices, preferably for the examination of the ocular fundus by means of an optical system and electronic sensors for image acquisition. Particularly advantageous is the use for non-mydriatic fundus cameras.
- fundus cameras work according to the "non-mydriatic" principle with (invisible) infrared light, wherein in a darkened room an enlargement of the pupil without If the pupil is sufficiently dilated, the eye is briefly illuminated with white (visible) light and an image of the fundus of the eye is taken.
- fundus cameras In order to compensate for defective vision of patients, it is necessary that fundus cameras can be focused on the ocular fundus accordingly. In order to produce a sharp, high-contrast image of the patient's fundus on the image recorder or in the eye of the observer, despite defective vision, internal optical assemblies of the fundus camera are displaced.
- focusing aids are used in "non-mydriatic" fundus cameras
- a test mark is projected onto the ocular fundus by means of this focusing aid, for example with infrared light, and correspondingly on the basis of the image on the imaging sensor and / or in the eyepiece
- this is done by a coincidence method in which two half marks are overlapped, whereby the half marks are conventionally manually aligned by the operator, thus the setting is subjectively subject to the operator and constitutes a significant source of error.
- WO 2006/106977 A1 describes an ophthalmological imaging system in which contrast information of an IR observation image is evaluated by decoupling by means of a beam splitter and imaging onto a contrast sensor.
- the achieved sharpness of the image of a highlighter is used as a measure of the focus state.
- the light intensity which is already limited by the fact that the light exposure of the eye to be examined is not too high, is additionally reduced by the necessary decoupling of part of the light reflected by the eye fundus.
- the overall arrangement becomes more complex and complicated in its application by additional electronic components required. From a technical point of view, it should be considered whether the contrast information is even sufficient to accurately estimate the focus state.
- the solution described in US 4,436,388 A1 relates to a fundus camera with an observation system and a photographic recording system.
- the solution has a projector for projecting markers on the background of the eye to be examined, which are used to focus the camera. While the marks projected on the fundus cover the camera when the camera is in focus, they diverge when the camera is out of focus.
- the arrangement has a linear photosensor and a control unit for focusing the camera by means of the output signal of the photosensor.
- the illumination of the mark takes place with light of a different wavelength than the observation light.
- the image of the marking is coupled out via selective mirrors and imaged onto the linear, position-dependent photosensor, from whose signal a corresponding control signal for the focusing is derived.
- a disadvantage of this solution are the additionally required mechanical, optical and electronic components, whereby the arrangement is complicated and complicated in their operation.
- US Pat. No. 4,412,728 A1 describes a fundus camera with automatic focus, with an optical projection device for projecting a focus mark on the ocular fundus of a examined human eye, a detector device for determining the focus mark position and a control device for automatic focusing as a function of the output signal of the detector device.
- a control signal for the focusing is derived by the control device and the automatic focusing is performed. For this it is necessary that the Image of the half-mark reflected by the fundus of the eye is decoupled by means of selective mirrors and imaged onto a position-dependent photosensor.
- the object of the present invention is to develop a solution for the automatic focusing of ophthalmological devices, preferably non-mydriatic fundus cameras, which overcomes the disadvantages of the known state of the art and, with simple operation, ensures precise focusing.
- the control and evaluation unit generates evaluations of the images of the ocular fundus imaged by the sensor with image processing unit with the focusing mark imaged, as well as actuating signals for the focusing aid setting unit and for the focusing adjustment unit to compensate for refractive aberrations of the main objective arranged in the imaging beam path forwarded and executed, whereby the tax and evaluation unit further control signals are generated until the focus state is reached.
- the proposed solution is intended in particular for the automatic focusing of non-mydriatic fundus cameras, it can in principle also be used for other ophthalmological devices for examining the ocular fundus by means of an optical system and electronic sensors for imaging.
- Figure 1 the basic structure of the device according to the invention.
- Figure 2 the flow chart for the evaluation algorithm.
- the device according to the invention for the automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera comprises a focusing-mark unit which is arranged in the illumination beam path and generates at least one focusing mark in the infrared spectral range with a focusing aid positioning unit for projection onto the ocular fundus, an IR-sensitive imaging sensor arranged in the imaging beam path Image processing unit for observation and recording of the ocular fundus with imaged focusing mark, and a control and evaluation unit.
- control and evaluation unit generates evaluations of the images of the ocular fundus imaged by the sensor with image processing unit with imaged focus mark, as well as control signals for the focusing aid setting unit and for the focusing adjustment unit to compensate for refractive aberrations of the main objective arranged in the imaging beam path forwarded and executed, whereby the tax and evaluation unit further control signals are generated until the focus state is reached.
- the focusing assist actuator unit present for the projection of the focusing mark on the fundus must be calibrated before it is put into operation, for which purpose a model eye is usually used. Calibration is done in such a way that coincidence is achieved when the system is focused for white light photography.
- the focusing-mark unit generates a two-part focusing mark in the infrared spectral range for a coincidence method according to which both parts of the focusing mark are to be brought into coincidence. It is only through the calibration that it is possible to ensure that the focus state is actually reached when the two parts of the focusing mark agree.
- both the setting unit for compensating refractive aberrations of the main objective arranged in the imaging beam path and the focusing unit are designed as electrical actuators.
- the device according to the invention is integrated into a fundus camera.
- 1 shows the basic structure of the device according to the invention for the automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera.
- a focussing mark unit 3 with a focusing aid setting unit 4 for generating at least one focussing mark in the infrared spectral range is arranged.
- the focusing mark is projected onto the ocular fundus 6 illuminated by the infrared light source 2 via different optical elements 5 arranged in the illumination beam path 1 and, after reflection at the ocular fundus 6, via different optical elements 5 arranged in the imaging beam path 7 and the main objective 8 onto an IR objective.
- main objective 8 has a focusing actuator 11, with which the main objective 8 along the optical axis of the imaging beam path 7 can be moved.
- the image processing unit 10 generates control signals for the control unit 12 in evaluation of the images of the fundus 6 recorded by the sensor 9 with image processing unit 10 with imaged focusing mark, which control signals for the focusing aid setting unit 4 as well as for the focusing setting unit 11 of the main objective 8 generated.
- the image processing unit 10 generates control signals until the image of the focus mark indicates the focus state (coincident).
- At least one focusing mark is produced in the infrared spectral range and projected onto the ocular fundus by a focusing mark unit with focusing aid positioning unit arranged in the illumination beam path and an image of the ocular fundus with imaged focus mark is arranged by one in the imaging beam path IR-sensitive imaging sensor with image processing unit recorded for observation and recording.
- both control signals for the focusing assist actuator and for a focusing actuator to compensate for refractive aberrations of the imaging in the imaging beam path arranged main lenses are generated, forwarded to this and executed, which are generated by the control and evaluation further control signals until the focus state is reached.
- the focusing assist actuator unit present for the projection of the focusing mark on the fundus must be calibrated before it is put into operation, for which purpose a model eye is usually used. Calibration is done in such a way that coincidence is achieved when the system is focused for white light photography.
- the focusing-mark unit generates a two-part focusing mark in the infrared spectral range for a coincidence method. It is only through the calibration that it is possible to ensure that the focus state is actually reached when the two parts of the focusing mark agree.
- both the setting unit for compensating refractive aberrations of the main objective arranged in the imaging beam path and the focusing unit are electrically operated.
- the generation of actuating signals for the focusing unit as well as for the setting unit of the main objective takes place from the images of the ocular fundus imaged by the sensor with image processing unit with imaged focus mark according to the evaluation algorithm illustrated in FIG.
- a next pass of the algorithm shows whether the focus state has already been reached or whether further correction and the generation of further control signals are necessary. Achieving the focus state is iterative.
- step 1) the predefined image area is restricted on successful search for statistical image features of the focusing mark for the further steps 2) to 5). This has the advantage that the image files to be detected smaller and thus the focus state is achieved faster.
- the method according to the invention can be advantageously integrated into a fundus camera.
- both the illumination of the fundus and the focusing mark projected onto the fundus of the eye take place at the same wavelength (in the infrared range), since optical components for wavelength selection can be dispensed with and the overall structure can thus be made simpler and more user-friendly.
- the dependent on the subjectivity of the operator focusing is now fully automatic, which could be eliminated a significant source of error for blurred fundus recordings.
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Abstract
The invention relates to a non-mydriatic fundus camera, consisting of a focusing mark unit (3) disposed in the illumination beam path (1), generating at least one focusing mark in the infrared spectral region, having a focusing aid adjusting unit (4) for projecting onto the fundus oculi (S), an IR sensitive imaging sensor (9) disposed in the imaging beam path, having an image processing unit (10) for observing and recording the fundus oculi, having an imprinted focusing mark, and a control and analysis unit, wherein actuating signals are generated by the control and analysis unit (12) both for the focusing aid actuating unit (4) and for the focusing actuating unit (11) during the analysis of the images of the fundus oculi with an imaged focusing mark that are recorded by the sensor (9) having an image processing unit (10), for balancing any refractive imaging errors of the main lens disposed in the imaging beam path.
Description
Vorrichtung und Verfahren zur automatischen Fokussierung einer non- mydriatischen Funduskamera Device and method for automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Fokussierung ophthalmologischer Gerate, vorzugsweise zur Untersuchung des Augenhintergrundes mittels eines optischen Systems und elektronischer Sensoren zur Bildaufnahme. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung für non-mydriatische Funduskameras.The present invention relates to an apparatus and a method for the automatic focusing of ophthalmological devices, preferably for the examination of the ocular fundus by means of an optical system and electronic sensors for image acquisition. Particularly advantageous is the use for non-mydriatic fundus cameras.
Nach dem bekannten Stand der Technik haben sich für die Untersuchung des Augenhintergrundes mit einer Funduskamera folgende zwei unterschiedliche Verfahrensweisen etabliert.According to the known state of the art, the following two different procedures have been established for the examination of the ocular fundus with a fundus camera.
Während es bei dem ersten Verfahren erforderlich ist die Pupille des Patienten medikamentös zu erweitern um den Augenhintergrund untersuchen zu können, arbeiten Funduskameras nach dem „Non-Mydriatic"-Prinzip mit (unsichtbarem) infrarotem Licht, wobei in einem abgedunkelten Raum eine Erweiterung der Pupille ohne Medikamentengabe eintritt. Bei ausreichend erweiterter Pupille wird das Auge kurzzeitig mit weißem (sichtbaren) Licht beleuchtet und ein Bild des Augenhintergrundes aufgenommen.While it is necessary in the first method to enlarge the pupil of the patient with medication to examine the fundus, fundus cameras work according to the "non-mydriatic" principle with (invisible) infrared light, wherein in a darkened room an enlargement of the pupil without If the pupil is sufficiently dilated, the eye is briefly illuminated with white (visible) light and an image of the fundus of the eye is taken.
Um Fehlsichtigkeiten von Patienten ausgleichen zu können, ist es erforderlich, dass Funduskameras entsprechend auf den Augenhintergrund fokussiert werden können. Damit trotz Fehlsichtigkeit ein scharfes, kontrastreiches Bild des Augenhintergrundes des Patienten auf dem Bildaufnehmer bzw. im Auge des Beobachters entsteht, werden interne Optikbaugruppen der Funduskamera verschoben.In order to compensate for defective vision of patients, it is necessary that fundus cameras can be focused on the ocular fundus accordingly. In order to produce a sharp, high-contrast image of the patient's fundus on the image recorder or in the eye of the observer, despite defective vision, internal optical assemblies of the fundus camera are displaced.
Für Funduskameras die nach dem „Non-Mydriatic"-Prinzip arbeiten, ergeben sich für die Fokussierung zusätzliche Probleme, da die Beobachtung bei infrarotem und die Bildaufnahme bei weißem Licht erfolgt. Zwangsläufig ergeben
sich für die unterschiedlichen Wellenlängen aufgrund der optischen Gegebenheiten unterschiedliche Scharfenebenen, so dass bei scharfen Abbildungen wahrend der Beobachtung mit infrarotem 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 Fokussier-Hilfen beispielsweise mit infrarotem Licht eine Testmarke auf den Augenhintergrund projiziert und anhand der Darstellung auf dem bildgebenden Sensor und/oder im Okular entsprechend beobachtet und ausgewertet. Vorzugsweise erfolgt dies durch ein Koinzidenz- Verfahren, bei dem zwei Halbmarken zur Überdeckung gebracht werden. Dabei werden die Halbmarken herkömmlich manuell durch den Bediener zur Deckung gebracht. Die Einstellung hängt somit subjektiv vom Bediener ab und stellt eine wesentliche Fehlerquelle dar.For fundus cameras that use the "non-mydriatic" principle, there are additional problems for focusing, since observation takes place in the case of infrared light and image acquisition in the case of white light For the different wavelengths due to the optical conditions different focal planes, so that in sharp images during observation with infrared light, the result image would be picked up in the presence of white light blurred. For this reason, focusing aids are used in "non-mydriatic" fundus cameras During observation, a test mark is projected onto the ocular fundus by means of this focusing aid, for example with infrared light, and correspondingly on the basis of the image on the imaging sensor and / or in the eyepiece Preferably, this is done by a coincidence method in which two half marks are overlapped, whereby the half marks are conventionally manually aligned by the operator, thus the setting is subjectively subject to the operator and constitutes a significant source of error.
Nach dem Stand der Technik sind entsprechende Lösungen bekannt, die diese subjektive Fehlerquelle zu beseitigen suchen indem die Fokussierung automatisiert wird.According to the prior art, corresponding solutions are known which seek to eliminate this subjective source of error by automating the focusing.
So wird in der WO 2006/106977 A1 ein ophthalmologisches Abbildungssystem beschrieben, bei welchem Kontrastinformationen eines IR-Beobachtungsbildes durch Auskopplung mittels Strahlteiler und Abbildung auf einen Kontrastsensor ausgewertet werden. Die erreichte Schärfe der Abbildung einer Leuchtmarke wird als Maß für den Fokussierzustand herangezogen. Die ohnehin schon durch die nicht zu hoch werdende Lichtbelastung des zu untersuchenden Auges begrenzte Lichtintensität wird durch die notwendige Auskopplung eines Teils des vom Augenfundus reflektierten Lichtes zusätzlich reduziert. Außerdem wird die Gesamtanordnung durch zusätzlich erforderliche elektronische Komponenten komplexer und in ihrer Anwendung komplizierter. Aus technischer Hinsicht gilt es dabei zu bedenken, ob die Kontrastinformationen überhaupt ausreichend sind um den Fokuszustand exakt einschätzen zu können.
Die in der US 4,436,388 A1 beschriebene Lösung betrifft eine Funduskamera mit einem Beobachtungssystem und einem fotografischen Aufnahmesystem. Neben einem Augenhintergrund-Beleuchtungssystem verfügt die Lösung über einen Projektor zur Projektion von Markierungen auf den Hintergrund des zu untersuchenden Auges, die der Scharfeinstellung der Kamera dienen. Während die auf den Augenhintergrund projizierten Markierungen bei erreichter Scharfstellung der Kamera in Deckung sind, weichen sie bei unscharfer Kameraeinstellung voneinander ab. Zur Erfassung der Markierung verfügt die Anordnung über einen linearen Fotosensor sowie eine Steuereinheit zur Scharfeinstellung der Kamera mittels des Ausgangssignals des Fotosensors.Thus, WO 2006/106977 A1 describes an ophthalmological imaging system in which contrast information of an IR observation image is evaluated by decoupling by means of a beam splitter and imaging onto a contrast sensor. The achieved sharpness of the image of a highlighter is used as a measure of the focus state. The light intensity, which is already limited by the fact that the light exposure of the eye to be examined is not too high, is additionally reduced by the necessary decoupling of part of the light reflected by the eye fundus. In addition, the overall arrangement becomes more complex and complicated in its application by additional electronic components required. From a technical point of view, it should be considered whether the contrast information is even sufficient to accurately estimate the focus state. The solution described in US 4,436,388 A1 relates to a fundus camera with an observation system and a photographic recording system. In addition to an ocular fundus illumination system, the solution has a projector for projecting markers on the background of the eye to be examined, which are used to focus the camera. While the marks projected on the fundus cover the camera when the camera is in focus, they diverge when the camera is out of focus. For detecting the marking, the arrangement has a linear photosensor and a control unit for focusing the camera by means of the output signal of the photosensor.
Dabei erfolgt die Beleuchtung der Marke mit Licht einer anderen Wellenlange als des Beobachtungslichtes. Zur Auswertung wird das Bild der Markierung ü- ber selektive Spiegel ausgekoppelt und auf den linearen, positionsabhängigen Photosensor abgebildet, aus dessen Signal ein entsprechendes Regelsignal für die Fokussierung abgeleitet wird.The illumination of the mark takes place with light of a different wavelength than the observation light. For evaluation, the image of the marking is coupled out via selective mirrors and imaged onto the linear, position-dependent photosensor, from whose signal a corresponding control signal for the focusing is derived.
Nachteilig bei dieser Lösung sind die zusätzlich erforderlichen mechanischen, optischen und elektronischen Komponenten, wodurch die Anordnung aufwendiger und in ihrer Bedienung komplizierter wird.A disadvantage of this solution are the additionally required mechanical, optical and electronic components, whereby the arrangement is complicated and complicated in their operation.
Die US 4,412,728 A1 beschreibt eine Funduskamera mit automatischer Scharfeinstellung, mit einer optischen Projektionseinrichtung zur Projektion einer Fokussiermarke auf den Augenhintergrund eines untersuchten menschlichen Auges, einer Detektoreinrichtung zur Ermittlung der Fokussiermarkenposi- tion und einer Steuereinrichtung zur automatischen Fokussierung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Detektoreinrichtung. Dabei wird jeweils nur ein Teil des Bildes der Fokussiermarke ausgewählt und auf den Augenhintergrund projiziert, wobei eine andere Wellenlänge als die des Beobachtungslichtes gewählt wird. In Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Detektoreinrichtung wird von der Steuereinrichtung ein Regelsignal für die Fokussierung abgeleitet und die automatische Fokussierung durchgeführt. Dazu ist es erforderlich, dass das
Bild der vom Augenhintergrund reflektierten Halbmarke mittel selektiver Spiegels ausgekoppelt und auf einen positionsabhängigen Photosensor abgebildet wird.US Pat. No. 4,412,728 A1 describes a fundus camera with automatic focus, with an optical projection device for projecting a focus mark on the ocular fundus of a examined human eye, a detector device for determining the focus mark position and a control device for automatic focusing as a function of the output signal of the detector device. In each case only a part of the image of the focusing mark is selected and projected onto the fundus, wherein a different wavelength than that of the observation light is selected. Depending on the output signal of the detector device, a control signal for the focusing is derived by the control device and the automatic focusing is performed. For this it is necessary that the Image of the half-mark reflected by the fundus of the eye is decoupled by means of selective mirrors and imaged onto a position-dependent photosensor.
Auch bei diesem Lösungsansatz wirken sich die zusätzlich erforderlichen mechanischen, optischen und elektronischen Komponenten nachteilig aus, da die Anordnung dadurch aufwendiger und in ihrer Bedienung komplizierter wird.In this approach too, the additionally required mechanical, optical and electronic components have a disadvantageous effect, since the arrangement becomes more complicated and more complicated to operate.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung für die automatischen Fokussierung ophthalmologischer Gerate, vorzugsweise non- mydriatischer Funduskameras zu entwickeln, die die Nachteile des bekannten Standes der Technik behebt und bei einer einfachen Bedienbarkeit eine präzise Fokussierung gewährleistet.The object of the present invention is to develop a solution for the automatic focusing of ophthalmological devices, preferably non-mydriatic fundus cameras, which overcomes the disadvantages of the known state of the art and, with simple operation, ensures precise focusing.
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.
Dabei besteht die vorgeschlagene Vorrichtung zur automatischen Fokussierung einer non-mydriatischen Funduskamera aus einer im Beleuchtungsstrahlengang angeordneten, mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich erzeugenden Fokussiermarken-Einheit mit einer Fokussierhilfe- Stelleinheit zur Projektion auf den Augenhintergrund, einem im Abbildungsstrahlengang angeordneten IR-empfindlichen, bildgebenden Sensor mit Bildverarbeitungseinheit zur Beobachtung und Aufzeichnung des Augenhintergrundes mit abgebildeter Fokussiermarke, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit. Von der Steuer- und Auswerteeinheit werden in Auswertung der vom Sensor mit Bildverarbeitungseinheit aufgenommenen Bilder des Augenhintergrundes mit abgebildeter Fokussiermarke, sowohl Stellsignale für die Fokussierhilfe- Stelleinheit als auch für die Fokussier-Stelleinheit zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehler, des im Abbildungsstrahlengang angeordneten Hauptobjektives generiert, an diese weitergeleitet und ausgeführt, wobei von der Steuer-
und Auswerteeinheit weitere Stellsignale generiert werden bis der Fokus- Zustand erreicht ist.In this case, the proposed device for automatically focusing a non-mydriatic fundus camera from a arranged in the illumination beam path, at least one Fokussiermarke generating in the infrared spectral Fokussiermarken unit with a Fokussierhilfe- actuator unit for projection on the ocular fundus, arranged in an imaging beam IR-sensitive, imaging sensor with image processing unit for observation and recording of the ocular fundus with imaged focus mark, as well as a control and evaluation unit. The control and evaluation unit generates evaluations of the images of the ocular fundus imaged by the sensor with image processing unit with the focusing mark imaged, as well as actuating signals for the focusing aid setting unit and for the focusing adjustment unit to compensate for refractive aberrations of the main objective arranged in the imaging beam path forwarded and executed, whereby the tax and evaluation unit further control signals are generated until the focus state is reached.
Obwohl die vorgeschlagene Lösung insbesondere zur automatischen Fokussie- rung non-mydriatischer Funduskameras vorgesehen ist, kann sie prinzipiell auch für andere ophthalmologische Gerate zur Untersuchung des Augenhintergrundes mittels eines optischen Systems und elektronischer Sensoren zur Bildaufnahme verwendet werden.Although the proposed solution is intended in particular for the automatic focusing of non-mydriatic fundus cameras, it can in principle also be used for other ophthalmological devices for examining the ocular fundus by means of an optical system and electronic sensors for imaging.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments. To show:
Figur 1 : den Prinzipaufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung undFigure 1: the basic structure of the device according to the invention and
Figur 2: das Ablaufschema für den Auswertealgorithmus.Figure 2: the flow chart for the evaluation algorithm.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur automatischen Fokussierung einer non- mydriatischen Funduskamera besteht aus einer im Beleuchtungsstrahlengang angeordnete, mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich erzeugenden Fokussiermarken-Einheit mit einer Fokussierhilfe-Stelleinheit zur Projektion auf den Augenhintergrund, einem im Abbildungsstrahlengang angeordneten IR-empfindlichen, bildgebenden Sensor mit Bildverarbeitungseinheit zur Beobachtung und Aufzeichnung des Augenhintergrundes mit abgebildeter Fokussiermarke, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit. Erfindungsgemäß werden von der Steuer- und Auswerteeinheit in Auswertung der vom Sensor mit Bildverarbeitungseinheit aufgenommenen Bilder des Augenhintergrundes mit abgebildeter Fokussiermarke, sowohl Stellsignale für die Fokussierhilfe- Stelleinheit als auch für die Fokussier-Stelleinheit zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehler, des im Abbildungsstrahlengang angeordneten Hauptobjektives generiert, an diese weitergeleitet und ausgeführt, wobei von der Steuer-
und Auswerteeinheit weitere Stellsignale generiert werden bis der Fokus- Zustand erreicht ist.The device according to the invention for the automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera comprises a focusing-mark unit which is arranged in the illumination beam path and generates at least one focusing mark in the infrared spectral range with a focusing aid positioning unit for projection onto the ocular fundus, an IR-sensitive imaging sensor arranged in the imaging beam path Image processing unit for observation and recording of the ocular fundus with imaged focusing mark, and a control and evaluation unit. According to the invention, the control and evaluation unit generates evaluations of the images of the ocular fundus imaged by the sensor with image processing unit with imaged focus mark, as well as control signals for the focusing aid setting unit and for the focusing adjustment unit to compensate for refractive aberrations of the main objective arranged in the imaging beam path forwarded and executed, whereby the tax and evaluation unit further control signals are generated until the focus state is reached.
Die zur Projektion der Fokussiermarke auf den Augenhintergrund vorhandene Fokussierhilfe-Stelleinheit ist vor der Inbetriebnahme zu kalibrieren, wozu üblicher Weise ein Modellauge verwendet wird. Die Kalibrierung erfolgt dabei so, dass Koinzidenz erreicht ist, wenn das System für Aufnahme mit Weißlicht fo- kussiert ist.The focusing assist actuator unit present for the projection of the focusing mark on the fundus must be calibrated before it is put into operation, for which purpose a model eye is usually used. Calibration is done in such a way that coincidence is achieved when the system is focused for white light photography.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung wird von der Fokussiermarken- Einheit eine zweiteilige Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich für ein Koinzidenzverfahren erzeugt, nach dem beide Teile der Fokussiermarke in Deckung zu bringen sind. Erst durch die Kalibrierung kann gewährleistet werden, dass bei Übereinstimmung der beiden Teile der Fokussiermarke der Fokuszustand auch wirklich erreicht ist.In a first advantageous embodiment, the focusing-mark unit generates a two-part focusing mark in the infrared spectral range for a coincidence method according to which both parts of the focusing mark are to be brought into coincidence. It is only through the calibration that it is possible to ensure that the focus state is actually reached when the two parts of the focusing mark agree.
In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung sind sowohl der Stelleinheit zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehler des im Abbildungsstrahlengang angeordneten Hauptobjektives als auch die Fokussiereinheit, als elektrische Stellglieder ausgebildet.In a second advantageous embodiment, both the setting unit for compensating refractive aberrations of the main objective arranged in the imaging beam path and the focusing unit are designed as electrical actuators.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in eine Funduskamera integriert. Dazu zeigt Figur 1 den Prinzipaufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Fokussierung einer non-mydriatischen Funduskamera.In a further advantageous embodiment, the device according to the invention is integrated into a fundus camera. 1 shows the basic structure of the device according to the invention for the automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Fokussierung einer non-mydriatischen Funduskamera ist zusätzlich zu der im Beleuchtungsstrahlengang 1 bereits vorhandenen Infrarot-Lichtquelle 2 eine Fokussiermarken- Einheit 3 mit einer Fokussierhilfe-Stelleinheit 4 zur Erzeugung mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich angeordnet.
Die Fokussiermarke wird über verschiedene, im Beleuchtungsstrahlengang 1 angeordnete optische Elemente 5 auf den, von der Infrarot-Lichtquelle 2 beleuchteten Augenhintergrund 6 projiziert und nach Reflexion am Augenhintergrund 6 über verschiedene, im Abbildungsstrahlengang 7 angeordnete optische Elemente 5 sowie das Hauptobjektiv 8 auf einen IR-empfindlichen, bildgebenden Sensor 9 mit einer Bildverarbeitungseinheit 10 zur Beobachtung und Auswertung des Augenhintergrundes 2 mit abgebildeter Fokussiermarke abgebildet. Zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehler verfügt das im Abbildungsstrahlengang 7 angeordnete Hauptobjektiv 8 über eine Fokussier-Stelleinheit 11, mit dem das Hauptobjektiv 8 entlang der optischen Achse des Abbildungsstrahlenganges 7 verschoben werden kann.In the apparatus according to the invention for automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera, in addition to the infrared light source 2 already present in the illumination beam path 1, a focussing mark unit 3 with a focusing aid setting unit 4 for generating at least one focussing mark in the infrared spectral range is arranged. The focusing mark is projected onto the ocular fundus 6 illuminated by the infrared light source 2 via different optical elements 5 arranged in the illumination beam path 1 and, after reflection at the ocular fundus 6, via different optical elements 5 arranged in the imaging beam path 7 and the main objective 8 onto an IR objective. sensitive, imaging sensor 9 with an image processing unit 10 for observation and evaluation of the ocular fundus 2 with mapped focus mark shown. To compensate for refractive aberrations arranged in the imaging beam 7 main objective 8 has a focusing actuator 11, with which the main objective 8 along the optical axis of the imaging beam path 7 can be moved.
Von der Bildverarbeitungseinheit 10 werden in Auswertung der vom Sensor 9 mit Bildverarbeitungseinheit 10 aufgenommenen Bilder des Augenhintergrundes 6 mit abgebildeter Fokussiermarke Regelsignale für die Steuereinheit 12 generiert, welche daraus sowohl Stellsignale für die Fokussierhilfe-Stelleinheit 4 als auch für die Fokussier-Stelleinheit 11 des Hauptobjektives 8 generiert. Die Bildverarbeitungseinheit 10 generiert so lange Regelsignale, bis die Abbildung der Fokussiermarke den Fokus-Zustand indiziert (koinzident ist).The image processing unit 10 generates control signals for the control unit 12 in evaluation of the images of the fundus 6 recorded by the sensor 9 with image processing unit 10 with imaged focusing mark, which control signals for the focusing aid setting unit 4 as well as for the focusing setting unit 11 of the main objective 8 generated. The image processing unit 10 generates control signals until the image of the focus mark indicates the focus state (coincident).
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatischen Fokussierung einer non-mydriatischen Funduskamera wird von einer im Beleuchtungsstrahlengang angeordneten Fokussiermarken-Einheit mit Fokussierhilfe-Stelleinheit mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich erzeugt und auf den Augenhintergrund projiziert und ein Bild des Augenhintergrundes mit abgebildeter Fokussiermarke von einem im Abbildungsstrahlengang angeordneten IR- empfindlichen, bildgebenden Sensor mit Bildverarbeitungseinheit zur Beobachtung und Aufzeichnung aufgenommen. Von einer Steuer- und Auswerteeinheit werden in Auswertung der vom Sensor mit Bildverarbeitungseinheit aufgenommenen Bilder des Augenhintergrundes mit abgebildeter Fokussiermarke, sowohl Stellsignale für die Fokussierhilfe-Stelleinheit als auch für eine Fokussier-Stelleinheit zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehler, des im Abbildungs-
strahlengang angeordneten Hauptobjektives generiert, an diese weitergeleitet und ausgeführt werden, wobei von der Steuer- und Auswerteeinheit weitere Stellsignale generiert werden bis der Fokus-Zustand erreicht ist.In the method according to the invention for the automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera, at least one focusing mark is produced in the infrared spectral range and projected onto the ocular fundus by a focusing mark unit with focusing aid positioning unit arranged in the illumination beam path and an image of the ocular fundus with imaged focus mark is arranged by one in the imaging beam path IR-sensitive imaging sensor with image processing unit recorded for observation and recording. From a control and evaluation unit, in evaluation of the images taken by the sensor with image processing unit of the ocular fundus with imaged Fokussiermarke, both control signals for the focusing assist actuator and for a focusing actuator to compensate for refractive aberrations of the imaging in the imaging beam path arranged main lenses are generated, forwarded to this and executed, which are generated by the control and evaluation further control signals until the focus state is reached.
Die zur Projektion der Fokussiermarke auf den Augenhintergrund vorhandene Fokussierhilfe-Stelleinheit ist vor der Inbetriebnahme zu kalibrieren, wozu üblicher Weise ein Modellauge verwendet wird. Die Kalibrierung erfolgt dabei so, dass Koinzidenz erreicht ist, wenn das System für Aufnahme mit Weißlicht fo- kussiert ist.The focusing assist actuator unit present for the projection of the focusing mark on the fundus must be calibrated before it is put into operation, for which purpose a model eye is usually used. Calibration is done in such a way that coincidence is achieved when the system is focused for white light photography.
In einer ersten Ausgestaltungsvariante wird von der Fokussiermarken-Einheit eine zweiteilige Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich für ein Koinzidenzverfahren erzeugt. Erst durch die Kalibrierung kann gewährleistet werden, dass bei Übereinstimmung der beiden Teile der Fokussiermarke der Fokuszustand auch wirklich erreicht ist.In a first embodiment variant, the focusing-mark unit generates a two-part focusing mark in the infrared spectral range for a coincidence method. It is only through the calibration that it is possible to ensure that the focus state is actually reached when the two parts of the focusing mark agree.
In einer zweiten Ausgestaltungsvariante werden sowohl der Stelleinheit zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehler des im Abbildungsstrahlengang angeordneten Hauptobjektives als auch die Fokussiereinheit elektrisch betrieben.In a second embodiment variant, both the setting unit for compensating refractive aberrations of the main objective arranged in the imaging beam path and the focusing unit are electrically operated.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante erfolgt die Generierung von Stellsignalen für die Fokussiereinheit als auch für die Stelleinheit des Hauptobjektives aus den vom Sensor mit Bildverarbeitungseinheit aufgenommenen Bildern des Augenhintergrundes mit abgebildeter Fokussiermarke gemäß dem in Figur 2 dargestellten Auswertealgorithmus.In a further embodiment variant, the generation of actuating signals for the focusing unit as well as for the setting unit of the main objective takes place from the images of the ocular fundus imaged by the sensor with image processing unit with imaged focus mark according to the evaluation algorithm illustrated in FIG.
1 ) In einem vordefinierten Bildbereich wird nach statistischen Bildmerkmalen der Fokussiermarke gesucht. War die Suche erfolglos, wird in den anderen vordefinierten Bildbereichen gesucht bis die Suche erfolgreich ist.
2) In dem Bildbereich indem sich die Fokussiermarke mit hoher Wahrscheinlichkeit befindet werden beide Teile der Fokussiermarke mittels Verfahren der Mustersuche detektiert. Falls die Detektion doch erfolglos ist, wird zu Schritt 1 ) zurückgegangen.1) Statistical image features of the focusing mark are searched in a predefined image area. If the search was unsuccessful, it will search in the other predefined image areas until the search is successful. 2) In the image area in which the focus mark is located with high probability, both parts of the focus mark are detected by pattern search methods. If the detection is unsuccessful, the procedure returns to step 1).
3) In dem Bildbereich, der beide Teile der Fokussiermarke enthält, werden der Abstand zwischen beiden Teilen und die Richtung der Verschiebung bestimmt. Decken sich beide Teile der Fokussiermarke, ist der Fokuszustand erreicht.3) In the image area containing both parts of the focussing mark, the distance between both parts and the direction of the displacement are determined. If both parts of the focus mark coincide, the focus state is reached.
4) Aus dem ermittelten Abstand der beiden Teile der Fokussiermarke und dem bekannten Zusammenhang zwischen Abstand der Teilmarken und Defokussierzustand wird die Fokusposition für den refraktiven Ausgleich errechnet.4) From the determined distance between the two parts of the focusing mark and the known relationship between the distance of the partial marks and Defokussierzustand the focus position for the refractive compensation is calculated.
5) Daraus werden die entsprechenden Steuersignale für die Fokussierhilfe- Stelleinheit und den Fokussier-Stelleinheit zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehlers generiert, an diese übermittelt und die neuen Positionen eingestellt.5) From this, the corresponding control signals for the focus aid setting unit and the focusing adjustment unit are generated for the compensation of refractive aberration, transmitted thereto and set the new positions.
Ein nächster Durchlauf des Algorithmus zeigt, ob der Fokuszustand bereits erreicht ist oder ob eine weitere Korrektur und die Generierung weiterer Steuersignale notwendig sind. Das Erreichen des Fokuszustandes ist iterativ.A next pass of the algorithm shows whether the focus state has already been reached or whether further correction and the generation of further control signals are necessary. Achieving the focus state is iterative.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Schrittes 1 ) wird der vordefinierte Bildbereich bei erfolgreicher Suche nach statistischen Bildmerkmalen der Fokussiermarke für die weiteren Schritte 2) bis 5) eingeschränkt. Dies hat den Vorteil, dass die zu detektierenden Bilddateien kleiner und dadurch der Fokuszustand schneller erreicht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich vorteilhaft in eine Funduskamera integrieren.In an advantageous embodiment of step 1), the predefined image area is restricted on successful search for statistical image features of the focusing mark for the further steps 2) to 5). This has the advantage that the image files to be detected smaller and thus the focus state is achieved faster. The method according to the invention can be advantageously integrated into a fundus camera.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Fokussierung einer non-mydriatischen Funduskamera vorgeschlagen, die die Nachteile des bekannten Standes der Technik behebt und bei einer einfachen Bedienbarkeit eine präzise Fokussierung gewährleistetWith the solution according to the invention, a device and a method for automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera are proposed, which overcomes the disadvantages of the known prior art and ensures precise focusing with simple operation
Hierbei ist es von Vorteil, dass sowohl die Beleuchtung des Augenhintergrundes als auch die auf den Augenhintergrund projizierte Fokussiermarke bei gleicher Wellenlänge (im Infraroten Bereich) erfolgt, da auf optische Bauelemente zur Wellenlängenselektion verzichtet werden kann und der Gesamtaufbau dadurch einfacher und bedienfreundlicher gestaltet werden kann. Die von der Subjektivität des Bedienpersonals abhängige Fokussierung erfolgt nun vollautomatisch, wodurch eine wesentliche Fehlerquelle für unscharfe Fundusaufnahmen beseitigt werden konnte.
In this case, it is advantageous that both the illumination of the fundus and the focusing mark projected onto the fundus of the eye take place at the same wavelength (in the infrared range), since optical components for wavelength selection can be dispensed with and the overall structure can thus be made simpler and more user-friendly. The dependent on the subjectivity of the operator focusing is now fully automatic, which could be eliminated a significant source of error for blurred fundus recordings.
Claims
1. Vorrichtung zur automatischen Fokussierung einer non-mydriatischen Funduskamera, bestehend aus einer im Beleuchtungsstrahlengang (1 ) angeordnete, mindestens eine Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich erzeugenden Fokussiermarken-Einheit (3) mit einer Fokussierhilfe-Stell- einheit (4) zur Projektion auf den Augenhintergrund (6), einem im Abbildungsstrahlengang (7) angeordneten IR-empfindlichen, bildgebenden Sensor (9) mit Bildverarbeitungseinheit (10) zur Beobachtung und Aufzeichnung des Augenhintergrundes (6) mit abgebildeter Fokussiermarke, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit (12), dadurch gekennzeichnet, das von der Steuer- und Auswerteeinheit (12) in Auswertung der vom Sensor (9) mit Bildverarbeitungseinheit (10) aufgenommenen Bilder des Augenhintergrundes (6) mit abgebildeter Fokussiermarke, sowohl Stellsignale für die Fokus- sierhilfe-Stelleinheit (4) als auch für die Fokussier-Stelleinheit (11 ) zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehler, des im Abbildungsstrahlengang (7) angeordneten Hauptobjektives (8) generiert, an diese weitergeleitet und ausgeführt werden, wobei von der Steuer- und Auswerteeinheit (12) Stellsignale generiert, weitergeleitet und ausgeführt werden bis der Fokus- Zustand erreicht ist.1. A device for automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera, consisting of a in the illumination beam path (1) arranged, at least one focusing mark in the infrared spectral range generating Fokussiermarken unit (3) with a focusing aid Stell- unit (4) for projection onto the ocular fundus (6), an in the imaging beam path (7) arranged IR-sensitive, imaging sensor (9) with image processing unit (10) for observation and recording of the ocular fundus (6) with imaged focus mark, and a control and evaluation unit (12), characterized in which the control and evaluation unit (12) evaluates the images of the ocular fundus (6) recorded by the sensor (9) with the image processing unit (10) with the focussing mark imaged, both actuating signals for the focusing aid setting unit (4) and for the focusing actuator (11) for compensating refractive aberrations of the imaging beam gear (7) arranged main lenses (8) generated, forwarded to this and executed, being generated by the control and evaluation unit (12) actuating signals, forwarded and executed until the focus state is reached.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass die zur Projektion der Fokussiermarke auf den Augenhintergrund (6) vorhandene Fo- kussierhilfe-Stelleinheit (4) kalibriert ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that for the projection of the focusing mark on the ocular fundus (6) existing focus kussierhilfe-adjusting unit (4) is calibrated.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass von der Fokussiermarken-Einheit (3) eine zweiteilige Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich für ein Koinzidenzverfahren erzeugt wird.3. A device according to claim 1, characterized in that of the Fokussiermarken unit (3) a two-part Fokussiermarke in the infrared spectral range is generated for a coincidence method.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass sowohl die Fokussierhilfe-Stelleinheit (4) als auch die Fokussier-Stelleinheit (11 ) zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehler, des im Abbildungsstrahlengang (7) angeordneten Hauptobjektives (8) als elektrische Stellglieder ausgebildet sind.4. Device according to claim 1 and 2, characterized in that both the focusing aid setting unit (4) and the focusing setting unit (11) to compensate for refractive aberrations of the imaging beam in the (7) arranged main objective (8) are designed as electrical actuators.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Vorrichtung in eine Funduskamera integriert wird.5. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the device is integrated in a fundus camera.
6. Verfahren zur automatischen Fokussierung einer non-mydriatischen Funduskamera, bei dem von einer im Beleuchtungsstrahlengang angeordneten Fokussiermarken-Einheit mit Fokussiereinheit mindestens eine Fokussier- marke im infraroten Spektralbereich erzeugt und auf den Augenhintergrund projiziert und ein Bild des Augenhintergrundes mit abgebildeter Fokussier- marke von einem im Abbildungsstrahlengang angeordneten IR- empfindlichen, bildgebenden Sensor mit Bildverarbeitungseinheit zur Beobachtung und Aufzeichnung aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Steuer- und Auswerteeinheit in Auswertung der vom Sensor mit Bildverarbeitungseinheit aufgenommenen Bilder des Augenhintergrundes mit abgebildeter Fokussiermarke, sowohl Stellsignale für die Fokussiereinheit als auch für eine Stelleinheit zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehler, des im Abbildungsstrahlengang angeordneten Hauptobjekti- ves generiert, an diese weitergeleitet und ausgeführt werden, wobei von der Steuer- und Auswerteeinheit Stellsignale generiert, weitergeleitet und ausgeführt werden bis der Fokus-Zustand erreicht ist.6. A method for automatic focusing of a non-mydriatic fundus camera, in which at least one focusing mark in the infrared spectral range is generated by a focusing mark unit arranged in the illumination beam path with the focusing unit and projected onto the ocular fundus and an image of the ocular fundus with imaged focus mark of one arranged in the imaging beam path IR-sensitive, imaging sensor is recorded with image processing unit for observation and recording, characterized in that by a control and evaluation in evaluation of the sensor with the image processing unit recorded images of the ocular fundus with imaged Fokussiermarke, both control signals for the focusing and for an actuating unit for compensating refractive aberrations, the main objective arranged in the imaging beam path is generated, passed on to it and executed, whereby the control unit and evaluation unit control signals generated, forwarded and executed until the focus state is reached.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die zur Projektion der Fokussiermarke auf den Augenhintergrund vorhandene Fokussiereinheit kalibriert wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the existing for projection of the focusing mark on the fundus focusing unit is calibrated.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von der Fokussiermarken-Einheit eine zweiteilige Fokussiermarke im infraroten Spektralbereich für ein Koinzidenzverfahren erzeugt wird. 8. The method according to claim 6, characterized in that the focusing-mark unit generates a two-part focusing mark in the infrared spectral range for a coincidence method.
. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer- und Auswerteeinheit die Generierung der Stellsignale derart erfolgt, dass in den vom Sensor mit Bildverarbeitungseinheit aufgenommenen Bildern des Augenhintergrundes, in vordefinierten Bildbereichen nach statistischen Bildmerkmalen der Fokussiermarke gesucht, beide Teile der Fokussiermarke detektiert werden, um daraus deren Abstand zu bestimmen, die Fokusposition für den refraktiven Ausgleich zu errechnen, entsprechende Stellsignale zu generieren und an die Fokussiereinheit und die eine Stelleinheit zum Ausgleich refraktiver Abbildungsfehler zu übermitteln., Method according to at least one of Claims 6 to 8, characterized in that the control signals are generated in the control and evaluation unit in such a way that both look for statistical images of the focusing mark in predefined image areas in the images of the ocular fundus taken by the sensor with image processing unit Parts of the Fokussiermarke be detected in order to determine their distance, to calculate the focus position for the refractive compensation to generate corresponding control signals and to transmit to the focusing unit and the one adjustment unit for compensating refractive aberrations.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer- und Auswerteeinheit die Generierung der Stellsignale derart erfolgt, dass der vordefinierte Bildbereich, der die Fokussiermarke enthält, für die weiteren Verfahrensschritte auf einen kleineren Bildbereich eingeschränkt wird.10. The method according to at least one of claims 6 to 9, characterized in that in the control and evaluation unit, the generation of the control signals takes place such that the predefined image area containing the Fokussiermarke is limited for the further process steps to a smaller image area.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren und die dafür erforderlichen optischen Elemente in eine Funduskamera integriert werden. 11. The method according to at least one of claims 6 to 10, characterized in that the method and the optical elements required for it are integrated into a fundus camera.
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