WO2009143976A1 - Optisches system für ophthalmologische geräte, insbesondere funduskameras - Google Patents

Optisches system für ophthalmologische geräte, insbesondere funduskameras Download PDF

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WO2009143976A1
WO2009143976A1 PCT/EP2009/003541 EP2009003541W WO2009143976A1 WO 2009143976 A1 WO2009143976 A1 WO 2009143976A1 EP 2009003541 W EP2009003541 W EP 2009003541W WO 2009143976 A1 WO2009143976 A1 WO 2009143976A1
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WO
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beam path
imaging
observation
optical elements
optical system
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Application number
PCT/EP2009/003541
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French (fr)
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Lothar Müller
Jan Buchheister
Original Assignee
Carl Zeiss Meditec Ag
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/12—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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/14—Arrangements specially adapted for eye photography
    • A61B3/15—Arrangements specially adapted for eye photography with means for aligning, spacing or blocking spurious reflection ; with means for relaxing
    • A61B3/156—Arrangements specially adapted for eye photography with means for aligning, spacing or blocking spurious reflection ; with means for relaxing for blocking
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0647—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors
    • G02B17/0657—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry

Definitions

  • Optical system for ophthalmic devices in particular fundus cameras
  • the present invention relates to an optical system for ophthalmic devices, in particular fundus cameras.
  • an optical system for illumination, observation and recording far field images of the fundus of the eye are provided of very high quality, so that a more reliable diagnosis can be made after the examination and the subsequent therapy can be specifically determined.
  • a fundus camera consists of a multistage, optical system, whereby an intermediate image of the ocular fundus is generated by an ophthalmoscope lens, which with further optical elements on a film, an opto-electronic sensor, a monitor or in an intermediate image for visual observation with a Eyepiece is displayed.
  • Another stage of the optical system is the illumination system.
  • the ophthalmoscope lens is both a component of the illumination system and of the imaging system.
  • the reflections which the illumination light generates on the cornea and on the surfaces of the ophthalmoscope lens pose a major problem, since the light reflected from the retina (retina) carries the information of interest Light, has a much lower intensity than the reflected before entering the eye illumination light. By overlaying the light components, the image information is difficult to extract.
  • the division of the pupil into different beam paths is a widespread solution a separation of the beam paths, a reduction in the number of optical elements is achieved that as few optical interfaces are available that can produce disturbing reflections.
  • the ophthalmoscope lens In order to avoid reflections on the cornea, the ophthalmoscope lens often images an illumination ring in the eye pupil, as a result of which the illumination rays reflected on the cornea miss the aperture of the observation. Only the optical path within the illumination ring is used for observation and image recording.
  • a solution for avoiding reflections on the ophthalmoscope lens are the so-called “black dot plates” which are coated in a defined manner with light-absorbing layers, for which purpose an optical system is described in DE 35 19 442 A1, which is due to reflection at the ophthalmoscope lens or light components generated on the cornea are masked out by means of the "black dot plates” arranged at a suitable location in the beam path.
  • a disadvantage of this concept is the proximity of the antireflection point to the field stop The absorption of the individual light components can lead to an irregular illumination of the ocular fundus, which manifests itself as annular shadows, the "antireflex point lens” Deteriorate image impression and hinder the evaluation by the doctor.
  • fundus cameras which use mirror elements instead of an ophthalmoscope lens. These systems have simple mirror geometries, with which only a small observation or illumination field with a sufficient optical quality can be realized.
  • the color errors resulting from the illumination of the fundus camera impair the free space for fundus observation which is free of any reflections. Since the illumination light in the pupil of the patient's eye is spectrally imaged at different depths, it becomes difficult, especially for long patient eyes, to find a reflection-free attitude for fundus observation at all.
  • the present invention has for its object to develop an optical system for ophthalmic equipment, in particular fundus cameras, with which by using less, especially reflective optical elements for imaging a free from disturbing reflections and largely free of color aberrations mapping of the fundus in a large field of observation and a large working distance is achieved.
  • the object is achieved in a designed according to the features of the preamble of the first claim optical system with in the marked part of this claim.
  • advantageous embodiments and details of the optical system according to the invention are disclosed.
  • the optical system according to the invention for ophthalmological devices consists of an illumination beam path that leads from the at least one illumination source to the eye and has imaging optics and an observation and imaging beam path that leads from the eye via the imaging optics to an image sensor.
  • the imaging optics in the form of at least two reflective optical elements is performed and for separating the illumination beam path from the observation and imaging beam path a hole mirror is provided which is arranged in the vicinity of the aperture stop of the observation and imaging beam path.
  • both the optical elements in the illumination beam path and in the observation and imaging beam path are designed as reflective optical elements, wherein at least two of all existing reflective optical elements have a free-form surface.
  • the proposed optical system is intended in particular for use in fundus cameras, it can in principle also in other ophthalmological devices in which a possible artifact and reflex-free observation and / or imaging of the fundus or other parts of the eye is required or at least desirable used become.
  • FIG. 1 shows the schematic structure and the beam path in the optical system according to the invention for a fundus camera, specifically in FIG.
  • Figure 1 with an early separation of the illumination beam path from the observation and imaging beam path and in
  • Figure 2 with later separation of the illumination beam path from the observation and imaging beam path.
  • the optical system according to the invention for ophthalmological devices consists of an illumination beam path, which leads from the at least one illumination source to the eye and has imaging optics and an observation and imaging beam path that leads from the eye to the imaging optics as far as an image sensor.
  • the imaging optics is embodied in the form of at least two reflective optical elements, wherein a perforated mirror is present for the separation of the illumination beam path from the observation and imaging beam path, which is located in the vicinity of the aperture stop of the observer. tion and imaging beam path is arranged.
  • both the optical elements in the illumination beam path and in the observation and imaging beam path are designed as reflective optical elements, wherein at least two of all existing reflective optical elements have a free-form surface.
  • Reflecting optical elements here are to be understood as elements whose front face has a surface which is highly reflective for the entire range of applications. In a mirrored back, the transmissive front would again lead to the generation of reflections.
  • the illumination source is preferably designed as a ring light source for a fundus camera.
  • hole mirror instead of the hole mirror are also other optical elements, such as switchable mirror in the form of DMD's (digital micromirror device) or a Mikrosmirror, which does not affect the lighting.
  • switchable mirror in the form of DMD's (digital micromirror device) or a Mikrosmirror, which does not affect the lighting.
  • Another variant represents the use of an effective mirror for the coupling of the observation beam path.
  • the perforated mirror for separating the illumination beam path from the observation and imaging beam path from the direction of the eye is arranged behind the imaging optics designed in the form of two reflective optical elements.
  • both the illumination beam path and the observation and imaging beam path including the imaging optics embodied in the form of two reflective optical elements, have only five reflective optical elements.
  • the illumination beam 2 extends in the illumination beam path over the reflecting optical elements 3 and 4, the perforated mirror 5 arranged in the vicinity of the aperture stop of the observation and imaging beam path and the reflective optical elements 6 and 7, which both form the so-called imaging optics to the eye 8 and is focused into the eye pupil 9.
  • the image of the fundus 10 of the eye 8 is imaged on the image sensor 15 as an imaging beam 11 via the observation and imaging beam path via the reflecting optical elements 7, 6, 12, 13 and 14.
  • At least three of the existing reflective optical elements have a free-form surface.
  • This can be, for example, the reflective optical elements 7 in the common beam path, as well as the reflective optical elements 4 and 12 in the illumination or observation and imaging beam path.
  • more than three reflective optical elements can have free-form surfaces.
  • the reference numeral 16 denotes the field stop of the entire system. This field stop determines the size of the field angle illuminated on the fundus of the eye and thus the size of the observable / documentable field angle of the fundus.
  • the illumination source 1 designed as a ring light source is bounded at an angle by the freely accessible field diaphragm 16, which thus also defines the field angles in the eye.
  • the illumination source 1 are very variable arrangements conceivable, for example, on optical fibers, LEDs, OLEDs or other opto-electronic components, but also on combinations of any light sources with beam shaping elements.
  • the perforated mirror for separating the illumination beam path from the observation and imaging beam path from the direction of the eye is arranged in front of the last reflecting optical element of the beam path which was previously common.
  • both the illumination beam path and the observation and imaging beam path including the imaging optics in the form of two reflective optical elements, also have only five reflective optical elements.
  • four of the reflective optical elements are used for both the illumination beam path and the observation and imaging beam path.
  • FIG. 2 shows the schematic schematic structure and the beam path in the optical system according to the invention for a fundus camera with later separation of the illumination beam path from the observation and imaging beam path.
  • the illumination beam 2 in the illumination beam path extends through a perforated mirror 5, the reflective optical elements 18 and 19 and the reflective optical elements 6 and 7, which form the so-called imaging optics, to the eye 8 and enters the eye pupil 9 focused.
  • the image of the fundus 10 of the eye 8 is imaged onto the image sensor 15 as an imaging beam 11 via the observation and imaging beam path via the reflecting optical elements 7, 6, 19, 18 and 20.
  • the reference numeral 16 denotes the field stop of the entire system.
  • at least two of the existing reflective optical elements have a free-form surface. This can be, for example, the reflective optical elements 7 and 19 in the common beam path. Of course, more than two reflective optical elements can also have free-form surfaces here.
  • an advantage of this embodiment is that the perforated mirror 5 for separating the illumination beam path from the observation and imaging beam path can be dispensed with if the illumination source 16 is designed as a ring light source.
  • the illumination source 16 is designed as a ring light source.
  • this illumination source designed as a ring light source it is possible to use light-mixing rod and / or optical fiber arrangements, but also ring-shaped LEDs, OLEDs,... Even with the fundus camera described last, it is possible to image an image of the retina completely artifact-free and color defect-free beginning at the light source except for the image sensor.
  • the field stop 16 could be pushed so far in the direction of the image sensor or the illumination light source that after the division of the beam paths only a reflective optical elements in the observation and imaging beam path is required and all other reflective optical elements for both the lighting can be used as well as observation and illustration.
  • the light of additional illumination sources for the diagnostic and / or therapy beams can be superimposed into the common beam path, wherein the lack of color error is not influenced thereby.
  • Additional sources of illumination may be, for example, target and therapeutic laser beams for retinal coagulation or micro-irradiation.
  • at least one reflective optical element for compensating the chromatic aberrations of a standard eye may have a coating of the reflective surface. It is also possible to arrange by an additional element for correcting the color aberration of the human eye in the form of a refractive element in the common beam path in order to achieve a completely color defect-free imaging and observation of the human fundus.
  • an adaptive element instead of one of the reflective optical elements in the common beam path, the aberration of the entire system can be compensated.
  • the defective vision of the eye can be compensated by moving the image sensor or one or more reflective optical elements.
  • the arrangement In order for a fundus camera for large angle of> 30 ° is suitable, the arrangement must have a field stop for the lighting, the z. B. by moving an always sharp image of the illumination light on the retina allows regardless of the refractive error of the patient's eye.
  • Another advantage of the late separation is the use of the more complex free-form surface mirrors for both types of imaging together until shortly before the image sensor or the illumination source. As a result, a sufficient correction can be achieved with only a few optical elements.
  • the reflective optical elements it is possible, as in fundus cameras with refractive elements, to insert shading elements at the corresponding locations in such a way that the light cone of the illumination light reaching into the patient's eye can be shaped.
  • an optical system for ophthalmological devices in particular for fundus cameras made available by using less, especially reflective optical E- elements for imaging, free of disturbing reflections and largely free of color defects mapping of the fundus in a large Observation field and a long working distance is achieved.
  • a late separation of the beam paths for illumination and observation and imaging offers the advantage for a convenient coupling of additional diagnostic and / or therapy beams or target beams for such applications.
  • the present invention describes a new fundus camera which uses only reflective, optically active elements, wherein at least two of these elements each have a reflective free-form surface.
  • This fundus camera is completely color defect-free and artifact-free for the usual large field angles of over 50 degrees on the patient's eye, because no more reflexes can arise.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System für ophthalmologische Geräte, insbesondere Funduskameras, mit dem Aufnahmen des Augenhintergrundes von sehr hoher Qualität realisiert werden können. Das erfindungsgemäße optische System besteht aus einem Beleuchtungsstrahlengang, der ausgehend von mindestens einer Beleuchtungsquelle (1) bis zum Auge (8) führt und über eine Abbildungsoptik verfügt und einem Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang, der ausgehend vom Auge (8) über die Abbildungsoptik bis zu einem Bildsensor (15) führt, wobei die Abbildungsoptik in Form von mindestens zwei reflektierenden, optischen Elementen (6, 7) ausgeführt ist und zur Trennung der Strahlengänge ein Lochspiegel (5) vorhanden ist. Dabei sind sowohl die optischen Elemente im Beleuchtungsstrahlengang als auch im Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang als reflektierende, optische Elemente (6, 7, 18, 19, 20) ausgeführt sind, wobei mindestens zwei aller vorhandenen reflektierenden, optischen Elementen über eine Freiformfläche verfügen. Obwohl das vorgeschlagene optische System insbesondere für die Anwendung in Funduskameras vorgesehen ist, kann es prinzipiell auch in anderen ophthalmologischen Geräten, bei denen eine möglichst artefakt- und reflexfreie Beobachtung und/oder Abbildung des Fundus oder anderer Teile des Auges gefordert oder zumindest erwünscht ist, eingesetzt werden.

Description

Optisches System für ophthalmologische Geräte, insbesondere Funduskameras
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System für ophthalmologische Geräte, insbesondere Funduskameras. Mit einem derartigen optischen System zur Beleuchtung, Beobachtung und Aufnahme werden Weitfeldbilder des Augenhintergrundes von sehr hoher Qualität zur Verfügung gestellt, so dass nach der Untersuchung eine zuverlässigere Diagnose gestellt und die anschließende Therapie gezielt bestimmt werden kann.
Eine Funduskamera besteht grundsätzlich aus einem mehrstufigen, optisches System, wobei von einer Ophthalmoskoplinse ein Zwischenbild des Augenhintergrundes erzeugt wird, welches mit weiteren optischen Elementen auf einen Film, einen opto-elektronischen Sensor, einen Monitor oder auch in ein Zwischenbild für die visuelle Beobachtung mit einem Okular abgebildet wird. Eine weitere Stufe des optischen Systems stellt das Beleuchtungssystem dar. Hierbei stellt die Ophthalmoskoplinse sowohl ein Bestandteil des Beleuchtungssystems als auch des Abbildungssystems dar.
Sowohl bei der Beobachtung als auch bei der Auswertung Bilder des Fundus stellen die Reflexe, die das Beleuchtungslicht an der Hornhaut und an den Flächen des Ophthalmoskoplinse erzeugt, ein großes Problem dar, da das von der Netzhaut (Retina) reflektierte, die eigentliche interessierende Information tragende Licht, eine wesentlich geringere Intensität besitzt als das vor dem Eintritt in das Auge reflektierte Beleuchtungslicht. Durch Überlagerung der Lichtanteile lässt sich die Bildinformation nur schwer extrahieren.
Im Stand der Technik sind zahlreiche Lösungen bekannt, mit denen die Reflexe vermieden oder zumindest vermindert werden sollen.
Dabei stellt die Teilung der Pupille in unterschiedliche Strahlengänge (Beleuch- tungs- und Beobachtungsstrahlengang) eine weit verbreitete Lösung dar. Durch eine Trennung der Strahlengänge wird eine Reduzierung der Anzahl optischer Elemente erreicht, dass möglichst wenige optische Grenzflächen vorhanden sind, die störende Reflexe erzeugen können.
Zur Vermeidung von Reflexen an der Hornhaut wird von der Ophthalmoskoplinse oft ein Beleuchtungsring in die Augenpupille abgebildet, dadurch verfehlen die an der Hornhaut reflektierten Beleuchtungsstrahlen die Apertur der Beobachtung. Nur der Strahlengang innerhalb des Beleuchtungsringes wird für die Beobachtung und die Bildaufzeichnung verwendet.
Eine Lösung zur Vermeidung von Reflexen an der Ophthalmoskoplinse stellen die sogenannten „Schwarzpunktplatten" dar, welche in definierter Art und Weise mit lichtabsorbierenden Schichten belegt sind. Hierzu ist in der DE 35 19 442 A1 ist ein optisches System beschrieben. Die durch Reflexion an der Ophthalmoskoplinse bzw. an der Hornhaut erzeugten Lichtanteile werden mittels der an geeigneter Stelle im Strahlengang angeordneter „Schwarzpunktplatten" ausgeblendet. Für diese Art der Reflexunterdruckung hat sich die Bezeichnung „Antireflexpunkt-Objektiv" eingebürgert. Ein Nachteil dieses Konzeptes ist die Nähe des Antireflexpunktes zur Leuchtfeldblende. Die Absorption der einzelnen Lichtanteile kann zu einer unregelmäßigen Ausleuchtung des Augenhintergrundes führen, die sich als ringförmige Schatten äußert, den Bildeindruck verschlechtern und damit die Auswertung durch den Arzt behindern.
In der DE 103 16 416 wird ein optisches System beschrieben, bei welchem statt einer Ophthalmoskoplinse ein mehriinsiges Objektiv vorgesehen ist, dessen Linsen so gegeneinander verkippt sind, dass direkte Reflexe an den Grenzflachen nicht in die Apertur des Beobachtungsstrahlenganges gelangen. Dabei ist für jeweils ein Linsenpaar eine Verkippung in x- und y-Richtung vorhanden. Diese Lösung erfordert einen erheblichen Aufwand für die mechanischen Fassungen. Außerdem werden Farblängsfehler und Farbquerfehler erzeugt, die im folgenden Optiksystem sowohl im Beobachtungsteil als auch im Beleuchtungsteil aufwendig kompensiert werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist die Nähe des zum Netzhautbild konjugierten Zwischenbildes zum Objektiv. Schon bei Augenfehlsichtigkeiten durchschnittlicher Höhe liegt das Zwischenbild somit innerhalb des Objektivs. Unsauberkeiten auf den optischen Grenzflachen und Materialunreinheiten werden somit auf dem Fundusbild abgebildet und behindern die Auswertung durch den Augenarzt.
Bei Anwendungen mit sehr kleinen Strahldurchmessern, wie z. B. bei Laseranwendungen, wirken sich auch die hohe Anzahl an optischen Grenzflächen und der lange Glasweg innerhalb des Objektivs nachteilig aus. Selbst kleine Verunreinigungen an den Grenzflächen und im Material der optischen Bauelemente summieren sich ungünstig und führen zu einer stark verringerten Intensität und erzeugen zusätzliches, störendes Streulicht.
Die in der US 4,730,910 beschriebene Lösung sieht ebenfalls die Verwendung verkippter Linsen vor und weist somit auch die eben genannten Nachteile auf.
Weiterhin sind Funduskameras bekannt, die statt einer Ophthalmoskoplinse Spiegelelemente verwenden. Diese Systeme haben einfache Spiegelgeometrien, mit denen nur ein kleines Beobachtungs- bzw. Beleuchtungsfeld mit einer ausreichenden optischen Qualität realisiert werden kann.
Andere Spiegelsysteme, wie beispielsweise das in der US 6,585,374 beschriebene System, verwenden bewegliche Elemente um das kleine Beobachtungsbzw. Beleuchtungsfeld durch Scann-Prinzipien zu erweitern.
Hierzu sind jedoch aufwendige, mechanische Vorrichtungen zur präzisen Bewegung der betreffenden Elemente erforderlich. Zwangsläufig erhöht sich dadurch ebenfalls der Aufwand für die Bildverarbeitung.
In der noch nicht veröffentlichten DE 10 2006 061 933.1 wird ein optisches System für eine Funduskamera beschrieben, bei der statt der sonst üblichen Ophthalmoskopbaugruppe aus brechenden optischen Linsenelementen zwei Freiformspiegel verwendet werden. Da die für die Beleuchtung und die Beobachtung verwendeten Baugruppen noch auf brechenden optischen Linsenelementen basieren, werden nach wie vor Farbfehler erzeugt, die durch zusätzliche Maßnahmen zu korrigieren sind. Nachteilig bei dieser Lösung wirkt sich aus, dass zwar die Reflexe an einer refraktiven Ophthalmoskoplinse vermieden werden, aber die brechenden optischen Linsenelemente im Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang Reflexionen erzeugen können.
Nachteilig bei den nach dem Stand der Technik bekannten technischen Lösungen wirkt sich aus, dass refraktive, optische Elemente im Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang einer Funduskamera durch ihre Materialdispersion unerwünschte Farbfehler erzeugen, die wiederum durch weitere optische Elemente kompensiert werden müssen.
Durch die zunehmende Anzahl refraktiver Elemente erhöht sich zwangsläufig auch die Wahrscheinlichkeit unerwünschter Reflexen und Streulicht innerhalb der gesamten Funduskamera. Dadurch kommt es zu einer Kontrastminderung oder sogar zu unerwünschten Artefakten auf dem sehr intensitätsarmen Fundusbild.
Speziell die aus der Beleuchtung der Funduskamera resultierenden Farbfehler beeinträchtigen den Freiraum zur Fundusbeobachtung der frei von jeglichen Reflexen ist. Da das Beleuchtungslicht in der Pupille des Patientenauges spektral in unterschiedlichen Tiefen abgebildet wird, wird es speziell bei langen Patientenaugen schwierig, überhaupt eine reflexfreie Einstellung zur Fundusbeobachtung zu finden.
Da der Freiraum der Reflexfreiheit beim Eindringen des Lichtes in das Patientenauge durch zusätzliche, optische Elemente noch mehr reduziert wird, sind beim Umschalten in verschiedene Aufnahmemodi, Sondermaßnahmen erforderlich. So sind beispielsweise für die Aufnahme des Fundus bei infraroter Beleuchtung oder entsprechender angeregter Fluoreszenz Verschiebungen von Linsen oder ganzen Linsengruppen erforderlich, um einen Freiraum der Reflexfreiheit zu schaffen. Dies ist mit einem erheblichen mechanischen Aufwand verbunden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein optisches System für ophthalmologische Geräte, insbesondere Funduskameras zu entwickeln, mit welchem durch Anwendung weniger, vor allem reflektierender optischer Elemente zur Abbildung eine von störenden Reflexen freie und weitestgehend von Farbfehlern freie Abbildung des Fundus bei einem großen Beobachtungsfeld und einem großem Arbeitsabstand erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem nach den Merkmalen des Oberbegriffs des ersten Patentanspruches gestalteten optischen System mit den im kennzeichneten Teil dieses Anspruches gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten des erfindungsgemäßen optischen Systems offenbart.
Das erfindungsgemäße optische System für ophthalmologische Geräte, insbesondere Funduskameras bestehet aus einem Beleuchtungsstrahlengang, der ausgehend von mindestens einer Beleuchtungsquelle bis zum Auge führt und über eine Abbildungsoptik verfügt und einem Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang, der ausgehend vom Auge über die Abbildungsoptik bis zu einem Bildsensor führt, wobei die Abbildungsoptik in Form von mindestens zwei reflektierenden, optischen Elementen ausgeführt ist und zur Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang ein Lochspiegel vorhanden ist, der in Nähe der Aperturblende des Beobachtungs- und Abbildungsstrahlenganges angeordnet ist. Dabei sind sowohl die optischen Elemente im Beleuchtungsstrahlengang als auch im Beobachtungsund Abbildungsstrahlengang als reflektierende, optische Elemente ausgeführt, wobei mindestens zwei aller vorhandenen reflektierenden, optischen Elementen über eine Freiformfläche verfügen. Durch die Ausführung des gesamten optischen Systems mit reflektierenden, optischen Elementen kann eine völlig artefakt- und reflexfreie Beobachtung und/oder Abbildung des Fundus erreicht werden, wobei durch die Ausführung mehrerer Spiegel als Freiformfläche die Abbildungstreue über ein Beleuch- tungs- bzw. Beobachtungsfeld deutlich größer als 30° ermöglicht wird.
Obwohl das vorgeschlagene optische System insbesondere für die Anwendung in Funduskameras vorgesehen ist, kann es prinzipiell auch in anderen ophthalmologischen Geräten, bei denen eine möglichst artefakt- und reflexfreie Beobachtung und/oder Abbildung des Fundus oder anderer Teile des Auges gefordert oder zumindest erwünscht ist, eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigen die Figuren den schematischen Aufbau und den Strahlverlauf in dem erfindungsgemäßen, optischen System für eine Funduskamera und zwar in
Figur 1 : mit einer frühen Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang und in
Figur 2: mit später Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang.
Das erfindungsgemäße optische System für ophthalmologische Geräte, insbesondere Funduskameras besteht aus einem Beleuchtungsstrahlengang, der ausgehend von mindestens einer Beleuchtungsquelle bis zum Auge führt und über eine Abbildungsoptik verfügt und einem Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang, der ausgehend vom Auges über die Abbildungsoptik bis zu einem Bildsensor führt, wobei die Abbildungsoptik in Form von mindestens zwei reflektierenden, optischen Elementen ausgeführt ist, wobei zur Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang ein Lochspiegel vorhanden ist, der in Nähe der Aperturblende des Beobach- tungs- und Abbildungsstrahlenganges angeordnet ist. Dabei sind sowohl die optischen Elemente im Beleuchtungsstrahlengang als auch im Beobachtungsund Abbildungsstrahlengang als reflektierende, optische Elemente ausgeführt, wobei mindestens zwei aller vorhandenen reflektierenden, optischen Elementen über eine Freiformfläche verfügen.
Als reflektierende, optische Elemente sind hierbei Elemente zu verstehen, deren Vorderfläche über eine, für das gesamte Anwendungsspektrum hoch reflektierende Oberfläche verfügt. Bei einer verspiegelten Rückseite würde die transmittive Vorderseite wiederum zur Erzeugung von Reflexen führen. Die Beleuchtungsquelle ist für eine Funduskamera vorzugsweise als Ringlichtquelle ausgeführt.
Statt des Lochspiegels sind auch andere optische Elemente, wie beispielsweise schaltbare Spiegel in Form von DMD's (digital micromirror device) oder ein Mik- rospiegel, der die Beleuchtung nicht beeinflusst. Eine weitere Variante stellt hierbei die Verwendung eines wirksamen Spiegels für die Auskopplung des Beobachtungsstrahlenganges dar.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lochspiegel zur Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang aus Richtung des Auges hinter der in Form von zwei reflektierenden, optischen Elementen ausgeführten Abbildungsoptik angeordnet.
Vorzugsweise verfügen sowohl der Beleuchtungsstrahlengang als auch der Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang einschließlich der in Form von zwei reflektierenden, optischen Elementen ausgeführten Abbildungsoptik über nur fünf reflektierende, optische Elemente.
Hierzu zeigt Figur 1 den schematischen Aufbau und den Strahlverlauf in dem erfindungsgemäßen, optischen System für eine Funduskamera mit einer frühen Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges - und Beobachtungsstrahlengang. Ausgehend von der Beleuchtungsquelle 1 verläuft der Beleuchtungsstrahl 2 im Beleuchtungsstrahlengang über die reflektierenden, optischen Elemente 3 und 4, den in Nähe der Aperturblende des Beobachtungs- und Abbildungsstrahlenganges angeordneten Lochspiegel 5 und die reflektierenden, optischen Elemente 6 und 7, die beide die sogenannte Abbildungsoptik bilden, zum Auge 8 und wird in die Augenpupille 9 fokussiert. Das Bild des Fundus 10 des Auges 8 wird als Abbildungsstrahl 11 über den Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang über die reflektierenden, optischen Elemente 7, 6, 12, 13 und 14 auf den Bildsensor 15 abgebildet.
Bei dieser Ausgestaltungsvariante mit einer frühen Trennung der Strahlengänge verfügen mindestens drei der vorhandenen reflektierenden, optischen Elemente über eine Freiformfläche. Dies können beispielsweise die reflektierenden, optischen Elemente 7 im gemeinsamen Strahlengang, sowie die reflektierenden, optischen Elemente 4 und 12 im Beleuchtungs- bzw. Beobachtungsund Abbildungsstrahlengang sein. Selbstverständlich können mehr als drei reflektierende, optische Elemente über Freiformflächen verfügen.
Mit dem Bezugszeichen 16 wird die Feldblende des Gesamtsystems bezeichnet. Diese Feldblende bestimmt die Größe des auf dem Augenhintergrund ausgeleuchteten Feldwinkels und somit die Größe des beobachtbaren / dokumentierbaren Feldwinkels des Augenhintergrundes.
Die als Ringlichtquelle ausgeführte Beleuchtungsquelle 1 wird hierbei durch die frei zugängliche Feldblende 16 im Winkel begrenzt, die somit auch die Feldwinkel im Auge definiert. Für die Beleuchtungsquelle 1 sind sehr variable Anordnungen, die beispielsweise auf Lichtleitfasern, LED's, OLED's oder anderen opto-elektronischen Bauelementen, aber auch auf Kombinationen beliebiger Lichtquellen mit Strahlformungselementen denkbar.
Mit der beschriebenen, ausschließlich auf reflektierenden, optischen Elementen basierende Funduskamera ist es möglich, ein Bild der Retina völlig artefakt- und farbfehterfrei beginnend bei der Lichtquelle bis auf den Bildsensor abzubilden.
In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lochspiegel zur Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang aus Richtung des Auges vor dem letzten reflektierenden, optischen Element des bis dahin gemeinsamen Strahlenganges angeordnet.
Vorzugsweise verfügen auch hier sowohl der Beleuchtungsstrahlengang als auch der Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang einschließlich der in Form von zwei reflektierenden, optischen Elementen ausgeführten Abbildungsoptik über nur fünf reflektierende, optische Elemente. Allerdings werden bei dieser Ausführungsform vier der reflektierenden, optischen Elemente sowohl für den Beleuchtungsstrahlengang als auch für den der Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang verwendet.
Hierzu zeigt Figur 2 den schematischen den schematischen Aufbau und den Strahlverlauf in dem erfindungsgemäßen, optischen System für eine Funduskamera mit später Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang.
Ausgehend von der Beleuchtungsquelle 17 verläuft der Beleuchtungsstrahl 2 im Beleuchtungsstrahlengang über einen Lochspiegel 5, die reflektierenden, optischen Elemente 18 und 19 und die reflektierenden, optischen Elemente 6 und 7, die beide die sogenannte Abbildungsoptik bilden, zum Auge 8 und wird in die Augenpupille 9 fokussiert. Das Bild des Fundus 10 des Auges 8 wird als Abbildungsstrahl 11 über den Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang über die reflektierenden, optischen Elemente 7, 6, 19, 18 und 20 auf den Bildsensor 15 abgebildet. Auch hier wird mit dem Bezugszeichen 16 die Feldblende des Gesamtsystems bezeichnet. Bei dieser Ausgestaltungsvariante mit später Trennung der Strahlengänge verfügen mindesten zwei der vorhandenen reflektierenden, optischen Elemente über eine Freiformfläche. Dies können beispielsweise die reflektierenden, optischen Elemente 7 und 19 im gemeinsamen Strahlengang sein. Selbstverständlich können auch hier mehr als zwei reflektierende, optische Elemente über Freiformflächen verfügen.
Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung wirkt sich aus, dass der Lochspiegel 5 zur Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang entfallen kann, wenn die Beleuchtungsquelle 16 als Ringlichtquelle ausgeführt ist. Für diese als Ringlichtquelle ausgeführte Beleuchtungsquelle können Lichtmischstabs- und/oder Lichtleitfaser-Anordnungen, a- ber auch ringförmig angeordnete LED's, OLEDs, ... zum Einsatz kommen. Auch mit der zuletzt beschriebenen Funduskamera ist es möglich, ein Bild der Retina völlig artefakt- und farbfehlerfrei beginnend bei der Lichtquelle bis auf den Bildsensor abzubilden.
Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung konnte die Feldblende 16 so weit in Richtung des Bildsensors bzw. der Beleuchtungslichtquelle geschoben werden, dass nach der Teilung der Strahlengänge nur noch ein reflektierendes, optisches Elemente im Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang erforderlich ist und alle anderen reflektierenden, optischen Elemente sowohl für die Beleuchtung als auch die Beobachtung und Abbildung verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Licht zusätzlicher Beleuchtungsquellen für die Diagnose- und/oder Therapiestrahlen in den gemeinsamen Strahlengang eingeblendet werden, wobei die Farbfehlerfreiheit dadurch nicht beeinflusst wird. Zusätzliche Beleuchtungsquellen können hier beispielsweise Ziel- und Therapielaserstrahlen für die Retina-Koagulation oder Mikrope- rimetrie sein. Bei dem erfindungsgemäßen optischen System für Funduskameras lassen sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ableiten. So kann mindestens ein reflektierendes, optisches Element zur Kompensation der chromatischen Aberrationen eines Standardauges über eine Beschichtung der reflektierenden Fläche verfügen. Es ist auch möglich, durch ein zusätzliches Element zur Korrektur des Farbfehlers des menschlichen Auges in Form eines refraktiven Elementes im gemeinsamen Strahlengang anzuordnen, um eine vollkommen farbfehlerfreie Abbildung und Beobachtung des menschlichen Fundus zu erreichen. Durch die Verwendung eines adaptiven Elementes statt eines der reflektierenden, optischen Elemente im gemeinsamen Strahlengang lässt sich der der Abbildungsfehler des gesamten Systems kompensieren. Die Fehlsichtigkeiten des Auges lässt sich durch Verschieben des Bildsensors bzw. ein oder mehrerer reflektierender, optischer Elemente ausgleichen.
Damit eine Funduskamera für großen Winkel von >30° geeignet ist, muss die Anordnung über eine Feldblende für die Beleuchtung verfügen, die z. B. durch Verschieben eine stets scharfe Abbildung des Beleuchtungslichtes auf die Retina ermöglicht und zwar unabhängig von der Fehlsichtigkeit des Patientenauges.
Demzufolge muss es ein erstes zugängliches Zwischenbild für die Netzhautabbildung der Beleuchtung geben, an dem der Feldwinkel für das in das Patientenauge eintretende Licht begrenzt wird, um einen optimalen Freiraum ohne Reflexe für den Lichteintritt in das Patientenauge zu erzielen. Dadurch, dass das gesamte Abbildungssystem völlig farbfehlerfrei ist, kann ein wesentlich längerer Freiraum auch für extrem lange Patientenaugen erreicht werden.
Ein weiterer Vorteil der späten Trennung ist die Nutzung der aufwändigeren Freiformflachenspiegel für beide Abbildungsarten gemeinsam bis kurz vor den Bildsensor bzw. die Beleuchtungsquelle. Dadurch kann eine ausreichende Korrektion mit nur wenigen optischen Elementen erreicht werden. Durch die Anordnung der reflektierenden, optischen Elemente ist es wie in Funduskameras mit brechenden Elementen möglich, an den entsprechenden Stellen abschattende Elemente so einzufügen, dass der in das Patientenauge gelangende Lichtkegel des Beleuchtungslichtes geformt werden kann.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein optisches System für ophthalmologische Geräte, insbesondere für Funduskameras zur Verfügung gestellt mit welchem durch Anwendung weniger, vor allem reflektierender optischer E- lemente zur Abbildung, eine von störenden Reflexen freie und weitestgehend von Farbfehlem freie Abbildung des Fundus bei einem großen Beobachtungsfeld und einem großem Arbeitsabstand erreicht wird.
Mit nur fünf reflektierenden, optischen Elementen lässt sich eine herkömmliche Funduskamera mit einem Bildwinkel auf dem Fundus von > 30° aufbauen und zwar ohne die Verwendung von Scanmechanismen. Gleichzeitig gibt es durch die reflektierenden, optischen Elemente keine Farbfehler, was den Freiraum zur reflexfreien Einstellung der Funduskamera, insbesondere bei langen Patientenaugen erhöht.
Eine späte Trennung der Strahlengänge für Beleuchtung und Beobachtung und Abbildung bietet den Vorteil für eine bequeme Einkopplung zusätzlicher Diagnose- und/oder Therapiestrahlen bzw. auch Zielstrahlen für derartige Anwendungen.
Dadurch, dass die Strahlengänge für die Beleuchtung sowie die Beobachtung und Abbildung bis kurz vor den Bildsensor bzw. die Beleuchtungsquelle über eine gemeinsame Optik abgebildet werden, konnte die Anzahl der optisch abbildenden Elemente weiter reduziert werden. Insbesondere die aufwendig herzustellenden reflektierenden, optischen Elemente mit Freiformflächen werden hierbei doppelt verwendet. Die vorliegende Erfindung beschreibt eine neue Funduskamera, die ausschließlich reflektierende, optisch wirksame Elemente verwendet, wobei mindestens zwei dieser Elemente über jeweils eine reflektierende Freiformfläche verfügen. Diese Funduskamera ist für die üblichen großen Feldwinkel von über 50 Grad am Patientenauge völlig farbfehlerfrei und artefaktfrei, weil keine Reflexe mehr entstehen können.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches System für ophthalmologische Geräte, insbesondere Funduskameras bestehend aus einem Beleuchtungsstrahlengang, der ausgehend von mindestens einer Beleuchtungsquelle bis zum Auges (8) führt und über eine Abbildungsoptik verfügt und einem Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang, der ausgehend vom Auges (8) über die Abbildungsoptik bis zu einem Bildsensor (15) führt, wobei die Abbildungsoptik in Form von mindestens zwei reflektierenden, optischen Elementen (6, 7) ausgeführt ist und zur Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang ein Lochspiegel (5) vorhanden ist, der in Nähe der Aperturblende des Beobachtungs- und Abbildungsstrahlenganges angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die optischen Elemente im Beleuchtungsstrahlengang als auch im Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang als reflektierende, optische Elemente (3, 4, 6, 7, 12, 13, 14, 18, 19, 20) ausgeführt sind, wobei mindestens zwei aller vorhandenen reflektierenden, optischen Elementen über eine Freiformfläche verfügen.
2. Optisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lochspiegel (5) zur Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang aus Richtung des Auges (8) hinter der in Form von mindestens zwei reflektierenden, optischen Elementen (6, 7) ausgeführten Abbildungsoptik angeordnet ist.
3. Optisches System nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Beleuchtungsstrahlengang als auch der Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang einschließlich der in Form von zwei reflektierenden, optischen Elementen (6, 7) ausgeführten Abbildungsoptik über vorzugsweise fünf reflektierende, optische Elemente (3, 4, 6, 7, 12, 13, 14) verfügen.
4. Optisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lochspiegel (5) zur Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beo- bachtungs- und Abbildungsstrahlengang in dessen Feldblende (16), aus Richtung des Auges (8) vor dem letzten reflektierenden, optischen Element (20) des bis dahin gemeinsamen Strahlenganges angeordnet ist.
5. Optisches System nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Beleuchtungsstrahlengang als auch der Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang einschließlich der in Form von zwei reflektierenden, optischen Elementen (6, 7) ausgeführten Abbildungsoptik über vorzugsweise fünf reflektierende, optische Elemente (6, 7, 18, 19, 20) verfügen, wobei davon vier reflektierende, optische Elemente (6, 7, 18, 19) sowohl für den Beleuchtungsstrahlengang als auch für den der Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang Verwendung finden.
6. Optisches System nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochspiegel (5) zur Trennung des Beleuchtungsstrahlenganges vom Beobachtungs- und Abbildungsstrahlengang entfallen kann, wenn die als Ringlichtquelle ausgeführte Beleuchtungsquelle (1 ) in der Feldblende (16) des Beobachtungs- und Abbildungsstrahlenganges angeordnet ist.
7. Optisches System nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass statt des Lochspiegels (5) zur Auskopplung des Beobachtungs- und Abbildungsstrahlenganges ein kleiner abbildender Spiegel zur Einkopplung des Beleuchtungsstrahlenganges Verwendung findet.
8. Optisches System nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die als Ringlichtquelle ausgeführte Beleuchtungsquelle (1) Lichtmischstabs- und/oder Lichtleitfaser-Anordnungen zum Einsatz kommen.
. Optisches System nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Beleuchtungsquellen für die Diagnose- und/oder Therapiestrahlen vorhanden sind, deren Licht in den gemeinsamen Strahlengang eingeblendet werden kann.
10. Optisches System nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über eine Freiformfläche verfügenden reflektierenden, optischen Elemente (6, 7, 18, 19) sowohl für die Beleuchtung als auch die Beobachtung und Abbildung Verwendung finden.
11. Optisches System nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein reflektierendes, optisches Element (3, 4, 6, 7, 12, 13, 14, 18, 19, 20) zur Kompensation der chromatischen Aberrationen eines Standardauges über eine Beschichtung der reflektierenden Fläche verfügt.
12. Optisches System nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elementes zur Korrektur des Farbfehlers des menschlichen Auges vorhanden ist, um eine vollkommen farbfehlerfreie Abbildung und Beobachtung des menschlichen Fundus (10) zu erreichen.
13. Optisches System nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation der Abbildungsfehler des gesamten Systems ein adaptives Element statt eines reflektierenden, optischen Elemente (6, 7, 18, 19) im gemeinsamen Strahlengang angeordnet ist.
14. Optisches System nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (15) bzw. ein oder mehrere reflektierende, optische Elemente (3, 4, 6, 7, 12, 13, 14, 18, 19, 20) zum Ausgleich der Fehlsichtigkeiten des Auges (8) verschiebbar angeordnet sind.
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