WO2009083419A1 - Device for low-reflection photographic recording of the eye fundus with improved tolerance to lateral shifts - Google Patents

Device for low-reflection photographic recording of the eye fundus with improved tolerance to lateral shifts Download PDF

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B3/12—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes

Definitions

  • the present invention relates to a device for imaging the ocular fundus or a section thereof. On the one hand, it can be used for the ophthalmological examination of the ocular fundus and, on the other hand, for the identification of a person on the basis of structures of the ocular fundus, preferably the course of blood vessels.
  • fundus cameras are used to image the fundus (fundus oculi).
  • light must enter the eye through the narrow pupil of the eye and, on the other hand, the light reflected from the fundus of the eye must be registered by means of a recording camera.
  • the illumination path and the receiving path must be guided locally separately, otherwise the light reflected from the cornea and the eye lens outshines the light reflected from the fundus.
  • the pupil diameter of the eye is only a few millimeters
  • the division of the illumination and exposure path is a decisive factor for the quality of the images obtained. Furthermore, this division is crucial for the tolerance against lateral displacement of the recording device relative to the optical axis of the eye.
  • the illumination and imaging beam path is typically made coaxial, e.g. the circular surface of the pupil is divided into an outer annular surface (1) for illumination and a circular central surface (2) for the reception.
  • this coaxial division of the available pupil opening requires that the eye with respect to the optical axis of the Imaging device must be positioned very accurately. This is especially important if the image is to be taken without any dilatation of the pupil, since then the pupil diameter can be less than 4 mm. If the pupil diameter is small, the illumination ring must be positioned exactly centrically in the pupil, otherwise only part of the light will be in the eye and the image will be correspondingly less bright or even unusable. This lateral offset also allows reflexes from the cornea to enter the camera and outshine the light from the fundus.
  • the invention solves the problem with a device having the features of claim 1.
  • a punctiform light source (3) for example an LED, whose spot is not larger than 1 mmx1 mm, an image on the cornea (7) by means of optics (4) via a beam splitter (5) and an ophthalmological lens (6) of the eye.
  • a 1: 1 image is assumed, resulting in a light spot (9) of 1 mm x 1 mm in size on the cornea.
  • the rest of the pupil opening (10) is available for imaging. For example, if the pupil has a diameter of 4 mm, then a displacement tolerance of up to 3 mm results.
  • the displacement tolerance is much smaller: If in the center enough space for an imaging beam path (2) should remain at least 1 mm in diameter and because in practice the width of the ring can not be made arbitrarily small diameter of the outer lighting ring (1) amount to a minimum of about 3mm. The displacement tolerance is only about 1 mm in this example. It is a further feature of the invention that the illumination beam path (11) can be arranged such that after the beam splitter (5) the illumination beam path to the imaging beam path (12) is slightly tilted and / or laterally offset.
  • the unavoidable light reflection from the cornea does not get into the recording camera (8) and, on the other hand, that only a peripheral part of the fundus of the eye is illuminated.
  • the latter can be advantageous for reducing the glare effect, if - as for example for the purpose of identifying a person - only the environment of the optic nerve should be imaged.
  • the illuminated area can additionally be reduced by means of an aperture introduced into the illumination beam path. It is a further advantage of the invention that from the surface of the pupil (11) only a small, point-shaped part (9) has to be used for the illumination beam path and the remainder of the surface is available for the light exit.
  • the invention-based division of the pupil is brighter than a coaxial beam path.
  • the device is positioned so that the illumination point is e.g. in the lower half of the pupil comes to rest and the upper area for the light emission or the image is available.
  • any distortions caused by the spectacle lens are less pronounced in the case of point illumination than in the case of ring illumination.
  • the reason for this is the smaller extent of the light spot compared to a lighting ring.
  • the device is intended to record images of the ocular fundus without drug dilation of the pupil.
  • the intensity of the illumination should be as small as possible, so that the pupil reflex is not triggered, which reduces the pupil diameter by contracting the iris (10a). Also for this reason is one the largest possible area of the receiving path advantageous.
  • the dazzling effect can be additionally reduced by switching on the illumination only for a short time, typically 10-20ms.
  • a highlighter can be superimposed on another beam splitter (13) and a lens (14), which specifies the viewing direction of the eye to be examined and facilitates fixation.
  • a lens 14
  • the highlighter can also be switched off.
  • the point light source via the lens (4) is converted into a parallel beam and deflected via the beam splitter (5) partially in the direction of the eye.
  • the ophthalmic lens (6) focuses this parallel beam on the cornea (7) of the eye (16). Inside the eye, the focused beam focusses and illuminates a larger part of the fundus.
  • the reflected light from the fundus is converted by the ophthalmic lens (6) into a parallel beam, passes through the beam splitter and is projected by the lens (8a) onto the CCD chip of the imaging camera (8).
  • the highlighter (15) is imaged sharply on the retina of the eye by the lens (14).

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Abstract

The device is used for reflection-free or low-reflection photographic recording of the eye fundus and is characterized by a relatively high level of tolerance to lateral shifts of the eye in relation to the device. It comprises a point source which is projected by means of a suitable lens system onto the cornea via a beam splitter, specifically in such a way that the image point comes to lie in the lower half of the pupil, for example. The rest of the pupil is then available for recording the emerging light. The emerging light is projected by means of a suitable lens system into an imaging camera and recorded there. The images are available for ophthalmological examinations or for identification of persons.

Description

Vorrichtung zur reflexarmen fotografischen Aufnahme des Augenhintergrundes mit verbesserter Toleranz gegen seitliche Verschiebungen Apparatus for low-reflex photographic recording of the ocular fundus with improved tolerance against lateral displacements
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abbildung des Augenhintergrundes oder eines Ausschnitts desselben. Sie kann einerseits zur ophthalmologischen Untersuchung des Augenhintergrundes und andererseits zur Identifikation einer Person anhand von Strukturen des Augenhintergrundes, vorzugsweise dem Verlauf von Blutgefässen, verwendet werden.The present invention relates to a device for imaging the ocular fundus or a section thereof. On the one hand, it can be used for the ophthalmological examination of the ocular fundus and, on the other hand, for the identification of a person on the basis of structures of the ocular fundus, preferably the course of blood vessels.
Nach dem Stand der Technik werden zur Abbildung des Augenhintergrundes (fundus oculi) sog. Funduskameras eingesetzt. Dabei muss durch die enge Pupille des Auges einerseits Licht in das Auge hinein gelangen und andererseits das vom Augenhintergrund reflektierte Licht mittels einer Aufnahmekamera registriert werden. Dabei müssen der Beleuchtungspfad und der Aufnahmepfad örtlich getrennt geführt werden, da sonst das von der Hornhaut und der Augenlinse reflektierte Licht das vom Augenhintergrund reflektierte Licht überstrahlt. Da der Pupillendurchmesser des Auges nur wenige Millimeter beträgt, ist die Aufteilung des Beleuchtungs- und Aufnahmepfades ein für die Qualität der gewonnen Bilder entscheidender Faktor. Ferner ist diese Aufteilung entscheidend für die Toleranz gegen seitliche Verschiebung der Aufnahmevorrichtung relativ zur optischen Achse des Auges. Bei kommerziellen Funduskameras wird in der Regel der Beleuchtungsund Abbildungsstrahlengang koaxial ausgeführt, z.B. wird die kreisförmige Fläche der Pupille unterteilt in eine äussere ringförmige Fläche (1 ) für die Beleuchtung und in eine kreisförmige zentrale Fläche (2) für die Aufnahme.According to the prior art, so-called fundus cameras are used to image the fundus (fundus oculi). On the one hand, light must enter the eye through the narrow pupil of the eye and, on the other hand, the light reflected from the fundus of the eye must be registered by means of a recording camera. In this case, the illumination path and the receiving path must be guided locally separately, otherwise the light reflected from the cornea and the eye lens outshines the light reflected from the fundus. Since the pupil diameter of the eye is only a few millimeters, the division of the illumination and exposure path is a decisive factor for the quality of the images obtained. Furthermore, this division is crucial for the tolerance against lateral displacement of the recording device relative to the optical axis of the eye. In commercial fundus cameras, the illumination and imaging beam path is typically made coaxial, e.g. the circular surface of the pupil is divided into an outer annular surface (1) for illumination and a circular central surface (2) for the reception.
Diese koaxiale Aufteilung der zur Verfügung stehenden Pupillenöffnung bedingt jedoch, dass das Auge in Bezug auf die optische Achse der Abbildungsvorrichtung sehr genau positioniert werden muss. Dies ist besonders wichtig wenn die Aufnahme ohne medikamentöse Erweiterung der Pupille gemacht werden soll, da dann der Pupillendurchmesser weniger als 4mm betragen kann. Bei kleinem Pupillendurchmesser muss der Beleuchtungsring exakt zentrisch in der Pupille positioniert werden, andernfalls gelangt nur ein Teil des Lichts ins Auge und die Aufnahme wird entsprechend lichtschwächer oder gar unbrauchbar. Durch diesen seitlichen Versatz können auch Reflexe von der Hornhaut in die Aufnahmekamera gelangen und das Licht vom Augenhintergrund überstrahlen.However, this coaxial division of the available pupil opening requires that the eye with respect to the optical axis of the Imaging device must be positioned very accurately. This is especially important if the image is to be taken without any dilatation of the pupil, since then the pupil diameter can be less than 4 mm. If the pupil diameter is small, the illumination ring must be positioned exactly centrically in the pupil, otherwise only part of the light will be in the eye and the image will be correspondingly less bright or even unusable. This lateral offset also allows reflexes from the cornea to enter the camera and outshine the light from the fundus.
Es ist das Ziel dieser Erfindung eine Aufteilung des Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlenganges vorzuschlagen, bei welcher die Toleranz gegen seitliche Verschiebung grösser ist als bei der koaxialen Anordnung und Reflexe des beleuchtenden Lichtes besser unterdrückt oder auch ganz vermieden werden können.It is the object of this invention to propose a division of the illumination and imaging beam path, in which the tolerance against lateral displacement is greater than in the coaxial arrangement and reflections of the illuminating light better suppressed or completely avoided.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Vorrichtung welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.The invention solves the problem with a device having the features of claim 1.
Von einer punktförmigen Lichtquelle (3), z.B. einer LED, deren Leuchtfleck nicht grösser als 1 mmx1 mm ist, wird mittels einer Optik (4) über einen Strahlteiler (5) und einer ophthalmologischer Linse (6) ein Abbild auf der Hornhaut (7) des Auges erzeugt. Beispielhaft sei eine 1 :1 Abbildung angenommen, wobei sich ein Leuchtfleck (9) von 1 mmx1 mm Grosse auf der Hornhaut ergibt. Der Rest der Pupillenöffnung (10) steht für die Abbildung zur Verfügung. Hat die Pupille beispielsweise einen Durchmesser von 4 mm, dann ergibt sich eine Verschiebungstoleranz von bis zu 3 mm. Demgegenüber ist bei einer koaxialen Ausleuchtung mit einem Ring die Verschiebungstoleranz wesentlich kleiner: Falls im Zentrum genügend Platz für einen Abbildungsstrahlengang (2) von mindestens 1 mm Durchmesser bleiben soll und weil in der Praxis die Breite des Ringes nicht beliebig klein gemacht werden kann muss der Durchmesser des äusseren Beleuchtungsrings (1 ) im Minimum etwa 3mm betragen. Die Verschiebungstoleranz beträgt in diesem Beispiel lediglich etwa 1 mm. Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass der Beleuchtungsstrahlengang (11 ) so angeordnet werden kann, dass nach dem Strahlteiler (5) der Beleuchtungsstrahlengang zum Abbildungsstrahlengang (12) leicht verkippt und/oder seitlich versetzt ist. Dadurch kann einerseits erreicht werden, dass der unvermeidliche Lichtreflex von der Hornhaut nicht in die Aufnahmekamera (8) gelangt und andererseits dass nur ein peripher gelegener Teil des Augenhintergrundes ausgeleuchtet wird. Letzteres kann zur Reduktion der Blendwirkung vorteilhaft sein, wenn - wie etwa zum Zweck der Identifikation einer Person - nur die Umgebung des Sehnervs abgebildet werden soll. Der ausgeleuchtete Bereich kann zusätzlich mittels einer in den Beleuchtungsstrahlengang eingebrachten Blende verkleinert werden. Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass von der Fläche der Pupille (11 ) nur ein kleiner, punktförmiger Teil (9) für den Beleuchtungsstrahlengang verwendet werden muss und der Rest der Fläche für den Lichtaustritt zur Verfügung steht. Damit ist die erfindungemässe Aufteilung der Pupille lichtstärker als ein koaxialer Strahlengang.From a punctiform light source (3), for example an LED, whose spot is not larger than 1 mmx1 mm, an image on the cornea (7) by means of optics (4) via a beam splitter (5) and an ophthalmological lens (6) of the eye. By way of example, a 1: 1 image is assumed, resulting in a light spot (9) of 1 mm x 1 mm in size on the cornea. The rest of the pupil opening (10) is available for imaging. For example, if the pupil has a diameter of 4 mm, then a displacement tolerance of up to 3 mm results. In contrast, in a coaxial illumination with a ring, the displacement tolerance is much smaller: If in the center enough space for an imaging beam path (2) should remain at least 1 mm in diameter and because in practice the width of the ring can not be made arbitrarily small diameter of the outer lighting ring (1) amount to a minimum of about 3mm. The displacement tolerance is only about 1 mm in this example. It is a further feature of the invention that the illumination beam path (11) can be arranged such that after the beam splitter (5) the illumination beam path to the imaging beam path (12) is slightly tilted and / or laterally offset. As a result, on the one hand it can be achieved that the unavoidable light reflection from the cornea does not get into the recording camera (8) and, on the other hand, that only a peripheral part of the fundus of the eye is illuminated. The latter can be advantageous for reducing the glare effect, if - as for example for the purpose of identifying a person - only the environment of the optic nerve should be imaged. The illuminated area can additionally be reduced by means of an aperture introduced into the illumination beam path. It is a further advantage of the invention that from the surface of the pupil (11) only a small, point-shaped part (9) has to be used for the illumination beam path and the remainder of the surface is available for the light exit. Thus, the invention-based division of the pupil is brighter than a coaxial beam path.
In der Regel wird die Vorrichtung so positioniert, dass der Beleuchtungspunkt z.B. in der unteren Hälfte der Pupille zu liegen kommt und der obere Bereich für den Lichtaustritt bzw. die Abbildung zur Verfügung steht.In general, the device is positioned so that the illumination point is e.g. in the lower half of the pupil comes to rest and the upper area for the light emission or the image is available.
Wird die Vorrichtung bei Brillenträgern angewendet so besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, dass sich eventuelle Verzerrungen durch das Brillenglas bei einer Punktbeleuchtung weniger stark auswirken als bei einer Ringbeleuchtung. Der Grund dafür ist die kleinere Ausdehnung des Lichtpunktes verglichen mit einem Beleuchtungsring. Die Vorrichtung ist dafür vorgesehen ohne medikamentöse Aufweitung der Pupille Bilder des Augenhintergrundes aufzunehmen. Damit dies bei möglichst grossem Pupillendurchmesser gelingt soll die Intensität der Beleuchtung möglichst klein sein, so dass der Pupillenreflex nicht ausgelöst wird, welcher durch Zusammenziehen der Iris (1 Oa) den Pupillendurchmesser verkleinert. Auch aus diesem Grund ist eine möglichst grosse Fläche des Aufnahmepfades vorteilhaft. Die Blendwirkung kann zusätzlich reduziert werden indem die Beleuchtung nur kurzzeitig, typischerweise 10-20ms, eingeschaltet wird. Diese Zeit ist für eine Aufnahme, z.B. mit einer CCD-Kamera, ausreichend. Zusätzlich zur Punktbeleuchtung kann über einen weiteren Strahlteiler (13) und eine Linse (14) eine Leuchtmarke (15) eingeblendet werden, die die Blickrichtung des zu untersuchenden Auges vorgibt und eine Fixation erleichtert. In diesem Fall ist es vorteilhaft die Punktbeleuchtung nur während der kurzen Zeit der Aufnahme, typischerweise 10-20ms, einzuschalten. Während dieser kurzen Aufnahmezeit kann die Leuchtmarke auch ausgeschaltet werden.If the device is applied to spectacle wearers, it is a further advantage of the invention that any distortions caused by the spectacle lens are less pronounced in the case of point illumination than in the case of ring illumination. The reason for this is the smaller extent of the light spot compared to a lighting ring. The device is intended to record images of the ocular fundus without drug dilation of the pupil. In order to achieve this with the largest possible pupil diameter, the intensity of the illumination should be as small as possible, so that the pupil reflex is not triggered, which reduces the pupil diameter by contracting the iris (10a). Also for this reason is one the largest possible area of the receiving path advantageous. The dazzling effect can be additionally reduced by switching on the illumination only for a short time, typically 10-20ms. This time is sufficient for a recording, eg with a CCD camera. In addition to the point illumination, a highlighter (15) can be superimposed on another beam splitter (13) and a lens (14), which specifies the viewing direction of the eye to be examined and facilitates fixation. In this case, it is advantageous to turn on the spot illumination only during the short time of recording, typically 10-20ms. During this short recording time, the highlighter can also be switched off.
Die Erfindung ist in den nachfolgenden Zeichnungen schematisch dargestellt und erläutert. Es zeigenThe invention is illustrated and explained schematically in the following drawings. Show it
- Fig 1 : Die nach dem Stand der Technik oft verwendete Aufteilung der Pupillenfläche bei koaxialer Ausleuchtung mit einem äusseren Beleuchtungsring und einem inneren Kreis zur Abbildung.- Figure 1: The commonly used in the prior art division of the pupil surface in coaxial illumination with an outer illumination ring and an inner circle for imaging.
- Fig. 2: Schematisch eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung.- Figure 2: Schematically a preferred embodiment of the inventive device.
- Fig. 3. Eine Detailzeichnung zur bevorzugten Positionierung des Leuchtflecks (9) in der Pupille (8) des Auges.- Fig. 3. A detailed drawing for the preferred positioning of the light spot (9) in the pupil (8) of the eye.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Punktlichtquelle über die Linse (4) in ein paralleles Strahlenbündel gewandelt und über den Strahlteiler (5) teilweise in Richtung Auge umgelenkt. Die ophthalmologische Linse (6) fokussiert dieses parallele Strahlenbündel auf die Hornhaut (7) des Auges (16). Im Inneren des Auges fächert sich der fokussierte Strahl auf und beleuchtet einen grosseren teil des Augenhintergrundes. Das vom Augenhintergrund reflektierte Licht wird durch die ophthalmologische Linse (6) in ein paralleles Strahlenbündel gewandelt, durchtritt den Strahlteiler und wird von der Linse (8a) auf den CCD-Chip der Aufnahmekamera (8) projiziert. Die Leuchtmarke (15) wird durch die Linse (14) scharf auf die Netzhaut des Auges abgebildet. In a preferred embodiment, the point light source via the lens (4) is converted into a parallel beam and deflected via the beam splitter (5) partially in the direction of the eye. The ophthalmic lens (6) focuses this parallel beam on the cornea (7) of the eye (16). Inside the eye, the focused beam focusses and illuminates a larger part of the fundus. The reflected light from the fundus is converted by the ophthalmic lens (6) into a parallel beam, passes through the beam splitter and is projected by the lens (8a) onto the CCD chip of the imaging camera (8). The highlighter (15) is imaged sharply on the retina of the eye by the lens (14).

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur fotografischen Aufnahme des Augenhintergrundes oder eines Ausschnitts davon bestehend aus einer punktförmigen Beleuchtungsquelle (3), einer Beleuchtungsoptik (4), einem Strahlteiler (5), einer ophthalmologischen Linse (6), einer Kameraoptik (8a) und einer fotografischen Kamera (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik einen Strahlengang erzeugt, mit dem ein punktförmiges Bild der Beleuchtungsquelle in der Pupillenöffnung oder kurz davor auf der Hornhaut (7) entsteht und sich im Inneren des Auges der Strahl derart aufweitet, dass der abzubildende Bereich des Augenhintergrundes ausgeleuchtet wird.1. A device for photographing the ocular fundus or a section thereof consisting of a punctiform illumination source (3), an illumination optics (4), a beam splitter (5), an ophthalmic lens (6), a camera optics (8a) and a photographic camera ( 8), characterized in that the illumination optics generates a beam path, with which a punctiform image of the illumination source in the pupil opening or shortly before on the cornea (7) is formed and in the interior of the eye, the beam expands such that the region of the ocular fundus to be imaged is illuminated.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse des Beleuchtungsstrahlenganges gegenüber der optischen Achse des Abbildungsstrahlenganges leicht gekippt angeordnet ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the optical axis of the illumination beam path with respect to the optical axis of the imaging beam path is arranged slightly tilted.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungsstrahlengang durch eine Blende derart beschnitten wird, dass nur ein Teil des Augenhintergrundes ausgeleuchtet wird.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the illumination beam path is trimmed by a diaphragm such that only a part of the fundus is illuminated.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Beleuchtungsstrahlengang mit einem zusätzlichen Strahlteiler eine Leuchtmarke eingeblendet wird.4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the illumination beam path with an additional beam splitter a highlighter is displayed.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leuchtmarke auf den Augenhintergrund projiziert wird.5. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a high-light mark is projected onto the fundus.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsquelle (3) nur kurzzeitig eingeschaltet wird. 6. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the illumination source (3) is only turned on for a short time.
PCT/EP2008/067351 2007-12-30 2008-12-11 Device for low-reflection photographic recording of the eye fundus with improved tolerance to lateral shifts WO2009083419A1 (en)

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