WO2010040484A1 - Anordnung und verfahren zur aufnahme und auswertung von spaltbildern überwiegend transparenter medien, insbesondere im auge - Google Patents

Anordnung und verfahren zur aufnahme und auswertung von spaltbildern überwiegend transparenter medien, insbesondere im auge Download PDF

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WO2010040484A1
WO2010040484A1 PCT/EP2009/007094 EP2009007094W WO2010040484A1 WO 2010040484 A1 WO2010040484 A1 WO 2010040484A1 EP 2009007094 W EP2009007094 W EP 2009007094W WO 2010040484 A1 WO2010040484 A1 WO 2010040484A1
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beam path
scattering
light
evaluation
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Martin Hacker
Daniel Bublitz
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Carl Zeiss Meditec AG
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    • 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
    • A61B3/13—Ophthalmic microscopes
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a solution for optimized recording and evaluation of slit images in the investigation of optically transparent media, especially in the eye.
  • a special illumination technique by means of a gap to be imaged on the medium is required.
  • This special lighting technique is indispensable in ophthalmology for examining the transparent media of the anterior eye segments.
  • Slit lamps and Scheimpflug cameras are used primarily for this purpose.
  • slit projections are used to measure distances in the anterior segment of the eye, for example to determine the anterior chamber depth according to DE198 57 000 A1.
  • the slit lamp is a medical examination device with which the ophthalmologist or the optician can view the eyes stereoscopically or spatially.
  • This optical device offers the user the ability to project a sharply delimited slit-shaped light beam, which is adjustable in width, on the eye to be examined.
  • the examiner has the opportunity to view this projection and, at the same time, the eye through a reflected-light microscope.
  • the magnification of the microscope is variable for most devices and usually ranges from 6x to 30x magnification.
  • the slit lamp is used to view the anterior area of the eye with the lens, cornea and anterior chamber of the eye. Through pupil dilation it becomes possible to see the retina or the back of the cornea. While in a slit lamp the illumination of the eye takes place laterally and the observation from the front by means of the slit image, in the case of a Scheimpflug camera the eye is illuminated from the front with the slit image and the illuminated eye is recorded laterally.
  • a sharp image is taken only when the image, lens and focus planes are either parallel to each other (simple photo camera) or intersect in a common intersection line.
  • lens and focus plane are not parallel to each other, so that in all areas sharp image of the illuminated eye can only be realized if the film plane is tilted according to the Scheimpflug condition, so that intersect image, lens and focus plane in a common intersection line.
  • EP 1 430 829 B1 describes an ophthalmological measuring device which projects a bundle of rays (for example in the form of a light gap) through the cornea of an eye by means of a light projector.
  • the device described captures, in addition to the cross-sectional image of the illuminated cross-sectional part detected in Scheimpflug arrangement, a view image of the eye which comprises an image of the illuminated cross-sectional part. Based on the view image, the device determines the relative position of the stored cross-sectional image to the eye, thereby enabling a contiguous (eg, topographic) examination of the cornea entire eye, whereby relative movements of the eye are taken into account to the device.
  • a contiguous (eg, topographic) examination of the cornea entire eye whereby relative movements of the eye are taken into account to the device.
  • the device according to EP 1 430 829 B1 enables the acquisition of measurement data for the determination of geometric eye parameters such as corneal topography or corneal thickness.
  • the measuring system described does not provide sufficient data for the determination of optical properties of the eye, in particular optical properties of the eye lens.
  • a modified slit lamp is described, with which a three-dimensional expression of the corneal surface and the respective local corneal thickness can be produced.
  • the solution described comprises a modified slit lamp whose projection slit is curved to improve the depth of field and is moved by a control mechanism over the eye. From a television camera with associated control unit, the recorded television images are selected and quantified.
  • the refraction of the rays of the light incisions incident into the cornea is known to depend on the local surface inclination of the cornea, in the described solution for determining the corneal thickness, the inclination of the cornea must be measured with an additional measurement effort.
  • the method also requires a complex calibration for each measurement, since the illumination angle, the observation angle and the object distance change constantly. Due to the high equipment complexity, the solution can not be used in lying patients, for example in the operating room.
  • the problem to be solved in this case was to realize the required for a high optical detail resolution within the optical section variable and smallest possible gap widths with a high reproducibility.
  • An eye-photographing apparatus with a correction device for correcting the image density of the images of an eye to be stored or displayed is described in DE 42 21 038 A1.
  • the light of the recording light source is detected and the density of the stored image data is corrected correspondingly to maintain a constant image density, the correction taking place by comparison with reference data.
  • the arrangement has a polarizing filter and a polarization beam splitter to prevent the incidence of the illumination light on the image sensor.
  • the slit lamp described in US Pat. No. 4,711,541 A comprises, in addition to a slit light projector and an ophthalmic microscope for observation of the illuminated eye segments, an optical recording device for receiving the eye sections illuminated by the slit.
  • the direct corneal reflex surface
  • the analyzers are used to select the reflected light from the "cornea" or "retina” areas.
  • Polarization-independent backscatter can only be assumed for small angles.
  • the arrangement described thus does not constitute a solution which can be used widely, nor can it be used to optimize slit images of transparent media, in particular in the eye for recording or evaluation.
  • Literature the arrangement described thus does not constitute a solution which can be used widely, nor can it be used to optimize slit images of transparent media, in particular in the eye for recording or evaluation.
  • the present invention has for its object to improve the recording and evaluation of slit images in the study of optically transparent media, especially in the eye to the effect that the signal ratio optimized and thereby the light load of the sample and in particular of the eye is substantially reduced.
  • the arrangement according to the invention for receiving and evaluating slit images of predominantly transparent media, particularly in the eye consists of an illumination beam path with an illumination source for generating slit illumination and an evaluation beam path with a detection device, and a control and evaluation unit which has both connections to the illumination source and to the detection device.
  • means for the illumination beam path and / or the evaluation beam path are provided Optimization of the scattering ratios available, these means have a device for changing the lighting conditions or selection of the detection conditions.
  • the existing means for optimizing the scattering ratios can vary or select the illumination light or the scattered light components with regard to its polarization state and / or wavelength.
  • the technical solution according to the invention for recording and evaluating slit images is intended for examining optically, predominantly transparent media.
  • a special application is the recording and evaluation of slit images of optically transparent media in the eye.
  • the solution is suitable for slit lamps as well as for Scheimpflug cameras.
  • the arrangement according to the invention for receiving and evaluating slit images of predominantly transparent media, in particular in the eye consists of at least one illumination beam path with an illumination source for generating slit illumination and an evaluation beam path with a detection device, and a control and evaluation unit which has both connections to the illumination source and to the illumination source Detection device comprises.
  • means for optimizing the scattering ratios are present in the illumination beam path and / or in the evaluation beam path, which devices have a device for changing the illumination conditions.
  • the optimization of the scattering ratios is to be understood as meaning both the influencing of the scattering at the scattering structures and the transmission of the scattering signals to be optimized up to the detector.
  • both a polarization unit for changing the polarization state, and a device for changing the wavelength of the illumination light may be present, which are used selectively either individually or together.
  • the illumination source present in the illumination beam path itself emits illumination light with different, adjustable polarization states or illumination light with broadband or different, adjustable wavelengths.
  • both an analyzer for suppressing single or multiple scattered light components and / or a wavelength-selective filter for suppressing disturbing light may be present, which have a device for selective selection of the light components to be detected.
  • a broadband emitting illumination source is combined with a wavelength-selective filter arranged in the evaluation beam path.
  • stray light and in particular ambient light can be effectively suppressed.
  • wavelength-selective filters may also be combined with other combinations of means for optimizing scattering ratios.
  • the corneal birefringence can fundamentally change the polarization state of the incident light. Since the birefringent structures are generally oriented radially symmetrically to the apex of the cornea, however, the polarization state of s- or p-polarized light incident in relation to the corneal surface is predominantly retained.
  • the polarization state of the slit illumination is changed by the polarization unit present in the illumination beam path in such a way that either maximum or minimal scattering of the illumination light takes place at the structures to be imaged in the direction of the detection device.
  • the polarization state of the slit illumination of the polarization unit is preferably adjusted such that the E-field of the illumination light oscillates parallel to the plane of the slit, in particular in the region of the slit illumination. forming zone.
  • the polarization state is to be optimized in particular where the observed scattering occurs.
  • the strength and direction of the multiply scattered light component in particular in relation to the simply scattered light component and as a function of the wavelength, depends essentially on the type, spacing and orientation of the scattering particles or structures and is therefore suitable additional information about the scattering particles or structures, as well to gain their distance and orientation. This can be found, for example, in the literature [2].
  • the polarization state of the slit illumination is set by the polarization unit so that the E-field of the illumination light in the area of the scattering structures predominantly swings in the direction of the detection device, in particular perpendicularly vibrates to the cleavage plane.
  • the setting of the analyzer arranged in the evaluation beam path in front of the detection device can be changed in accordance with the measuring task.
  • the arrangement according to the invention is used for the optimized recording and evaluation of slit images of predominantly transparent media, especially in the eye in a Scheimpflug camera.
  • the Scheimpflug camera also has a documentation device with an automated image analysis for obtaining measured values of the examination subject.
  • the polarization unit arranged in the illumination beam path or the illumination light with different, adjustable polarization states emitting illumination source is designed so that the orientation of the E field of the illumination light is maintained even with changed orientation of the slit illumination or rotating slit illumination.
  • the illumination light for slit projection may preferably have an s-polarization.
  • the polarization could be varied spatially and / or temporally.
  • the arrangement for optimized recording and evaluation of slit images of predominantly transparent media, especially in the eye is used in a slit lamp.
  • the slit lamp additionally has an observation beam path with an optical observation unit, wherein the observation beam path coincides with the evaluation beam path.
  • the slit lamp also has a documentary Ons worn with an automated image analysis for obtaining measured values of the examination object.
  • the polarization unit arranged in front of the illumination source in the illumination beam path it is favorable that the angle between the illumination beam path and Evaluation or observation beam path is sufficiently large and is ideally 90 °.
  • the polarization-dependent component l e of the single scattering which should be similar to the dipole characteristic with
  • ß is the angle between the propagation and detection direction.
  • this dependence may still be modified by the characteristics of the scattering structures (particle size and distance as well as preferential orientation), but it is predominantly continued. If, for example, a polarization-dependent proportion of the single scattering of> 20% is to be achieved, for example to obtain a multiple-scattering contrast, an angle of 26 ° to 54 ° should be selected. For an increase in efficiency by use, for example, a> 50% polarization-dependent Streuanteils, angles between 45 ° ... 135 ° should be selected.
  • the transparent media or eyes are illuminated via an illumination beam path with an illumination source for generating slit illumination, and the scatter images thus generated are recorded via an evaluation beam path with a detection device and recorded by a Control and evaluation unit, which has both connections to the illumination source, as well as the detection device, evaluated.
  • the scattering ratios of the means for optimizing the scattering ratios arranged in the illumination beam path and / or in the evaluation beam path are optimized in such a way that efficient scattering of the illumination light takes place at the structures to be imaged in the direction of the detection device.
  • the optimization of the scattering ratios is to be understood as meaning both the influencing of the scattering at the scattering structures and the transmission of the scattering signals to be optimized up to the detector.
  • both a polarization unit for changing the state of polarization, and a device for changing the wavelength of the illumination light which may be used either individually or together.
  • the illumination source present in the illumination beam path itself emits illumination light with different, adjustable polarization states, broadband illumination light or illumination light with different, adjustable wavelengths.
  • both an analyzer for suppressing single or multiple scattered light components and / or a wavelength-selective filter, for suppressing disturbing light may be present, which have a device for selective selection of the light components to be detected.
  • a broadband emitting illumination source is combined with a wavelength-selective filter arranged in the evaluation beam path.
  • stray light and, in particular, ambient be effectively suppressed.
  • wavelength-selective filters may also be combined with other combinations of means for optimizing scattering ratios.
  • the scattering ratios can be optimized such that a more efficient scattering of the illumination light at the structures to be imaged takes place in the direction of the detection device.
  • corneal birefringence When applied to the anterior portion of the eye, corneal birefringence is known to alter the polarization state of the incident light in principle. Since the birefringent structures are generally oriented radially symmetrically to the apex of the cornea, however, the polarization state of incident s- or p-polarized light remains predominantly preserved, but can also be adapted to other birefringence ratios by adapting the polarization state.
  • the polarization state of the slit illumination is changed by the polarization unit present in the illumination beam path in such a way that either maximum or minimal scattering of the illumination light takes place at the structures to be imaged in the direction of the detection device.
  • the polarization unit present in the illumination beam path in such a way that either maximum or minimal scattering of the illumination light takes place at the structures to be imaged in the direction of the detection device.
  • the polarization state of the slit illumination is set by the polarization unit such that the E-field of the illumination light oscillates parallel to the plane of the slit, at least at the location of the scattering, in particular in the region of the image to be imaged Zone.
  • the polarization state is to be optimized in particular where the observed scattering occurs.
  • the strength and direction of the multiply scattered light component in particular in relation to the simply scattered light component and as a function of the wavelength, depends essentially on the type, spacing and orientation of the scattering particles or structures and is therefore suitable for additional information about the scattering particles or structures. as well as their distances and orientation. Since, in this case, the (single) scattering in the direction of the detection device is to be minimized, the polarization state of the slit illumination is adjusted by the polarization unit so that the E-field of the illumination light swings at least predominantly in the direction of the detection device. In this case, the polarization state is to be optimized in particular where the observed scattering occurs.
  • the evaluation beam path in front of the detection device In addition to optimizing the scattering in the direction of the detection device, it is advantageous in the evaluation beam path in front of the detection device to arrange a corresponding analyzer for suppressing single or multiply scattered light components and generally unpolarized ambient light. This achieves even better optimization.
  • the setting of the analyzer arranged in the evaluation beam path in front of the detection device can be changed in accordance with the measuring task.
  • One possible measuring task which could be carried out with the device according to the invention with polarization unit and analyzer is the measurement of the birefringence of eye structures, such as the cornea or the crystalline lens.
  • a Scheimpflug camera is used to implement the method steps described above.
  • measured values of the examination object are obtained from an existing documentation device with automated image evaluation from the signals of the detector device.
  • the polarization unit arranged in the illumination beam path or the illumination source emitting illumination light with different, adjustable polarization states retains the orientation of the E field of the illumination light even if the alignment of the slit illumination or rotating slit illumination is changed.
  • the illumination light for slit projection may preferably have an s-polarization.
  • the polarization could be spatially and / or temporally varied. The latter is particularly relevant when a variety should be made of gap recordings in different directions, or if a contrast of single and multiple scattering to be realized in a short time interval, for example, to minimize movement artifacts by patient movement.
  • the scattered light is supplied in a further process step via an existing observation beam path with an optical observation unit to the eyes of the beholder.
  • measured values of the examination object are obtained from an existing documentation device with automated image evaluation from the signals of the detector device.
  • the angle between the illumination beam path and the evaluation or observation beam path sufficient is large and ideally 90 °.
  • the polarization-dependent component l e of the single scattering which should be similar to the dipole characteristic with
  • ß is the angle between the propagation and detection direction.
  • this dependence may still be modified by the characteristics of the scattering structures (particle size and distance as well as preferential orientation), but it is predominantly continued. If, for example, a polarization-dependent proportion of the single scattering of> 20% is to be achieved, for example example, to obtain a Mehrfachstreuungskontrastes, so an angle of 26 ° ... 154 ° to choose. For an increase in efficiency by use, for example, a> 50% polarization-dependent Streuanteils, angles between 45 ° ... 135 ° should be selected.
  • a polarization unit is arranged in the illumination beam path in front of the illumination source, which realizes efficient scattering of the illumination light on the structures to be imaged in the direction of the detection device by assigning polarization states defined by the polarization unit to the illumination light.
  • the scattering intensity predominantly follows the sin 2 ( ⁇ ) dipole characteristic, where ⁇ is the angle between the alignment of the oscillating electric field induced dipoles and the direction of emission of the scattered light.
  • the backscatter of the anterior chamber structures is polarized at large scattering angles. is onstalk. Since the backscattered light also has a preferential polarization, this can be used for optimizing the recording and evaluation of slit images.
  • the illumination light is preferably polarized such that the singly scattered light reaches the detection device as efficiently as possible.
  • the slit images can be further optimized by suppressed by additional arrangement of a suitably oriented analyzer in front of the detection device multiply scattered light, which is then randomly polarized. Also, unpolarized ambient light is additionally suppressed.
  • the detection of simply scattered light is of particular interest for the spatially resolved imaging of the boundary layers of the eye segments in biometry, wherein the measurement results can be considerably improved by suppressing simply scattered light.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern bei der Untersuchung optisch transparenter Medien, insbesondere im Auge. Die Anordnung besteht aus einem Beleuchtungsstrahlengang mit einer Beleuchtungsquelle zur Erzeugung einer Spaltbeleuchtung und einem Auswertungsstrahlengang mit einer Detektionseinrichtung, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit, die sowohl Verbindungen zur Beleuchtungsquelle, als auch zur Detektionseinrichtung aufweist. Zur Erzielung einer möglichst effizienten Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung sind im Beleuchtungsstrahlengang vor der Beleuchtungsquelle Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse vorhanden, wobei diese Mittel über eine Vorrichtung zur Veränderung der Beleuchtungsverhältnisse verfügen.

Description

Anordnung und Verfahren zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien, insbesondere im Auge
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung zur optimierten Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern bei der Untersuchung optisch transparenter Medien, insbesondere im Auge.
Für die Untersuchung optisch transparenter Medien ist eine spezielle Beleuchtungstechnik mittels eines auf das Medium abzubildenden Spaltes erforderlich. Diese spezielle Beleuchtungstechnik ist in der Ophthalmologie zur Untersuchung der transparenten Medien der vorderen Augenabschnitte unabdingbar. Verwendet werden dafür in erster Linie Spaltlampen und Scheimpflug- Kameras. Weiterhin werden Spaltprojektionen zur Vermessung von Abständen im vorderen Augenabschnitt benutzt, beispielsweise zur Bestimmung der Vorderkammertiefe gemäß DE198 57 000 A1.
Die Spaltlampe ist ein medizinisches Untersuchungsgerät, mit dem der Augenarzt oder der Augenoptiker die Augen stereoskopisch bzw. räumlich betrachten kann. Dieses optische Gerät bietet dem Nutzer die Möglichkeit, einen scharf begrenzten spaltförmigen Lichtstrahl, der in seiner Breite einstellbar ist, auf das zu untersuchende Auge zu projizieren. Gleichzeitig hat der Untersucher die Möglichkeit, diese Projektion und damit gleichzeitig das Auge durch ein Auflichtmikroskop zu betrachten. Die Vergrößerung des Mikroskops ist bei den meisten Geräten variabel und reicht üblicherweise von 6- bis zu 30-facher Vergrößerung.
Mit der Spaltlampe wird der vordere Augenbereich mit Linse, Hornhaut und vorderer Augenkammer betrachtet. Durch Pupillenerweiterung wird es möglich, Netzhaut oder Hornhautrückfläche zu sehen. Während bei einer Spaltlampe die Beleuchtung des Auges mittels der Spaltabbildung seitlich und die Beobachtung von vorn erfolgt, wird das Auge bei einer Scheimpflug-Kamera von vorn mit der Spaltabbildung beleuchtet und das beleuchtete Auge seitlich aufgenommen.
Gemäß der Scheimpflug-Bedingung erfolgt eine scharfe Abbildung nur dann, wenn die Bild-, Objektiv- und Schärfeebene entweder parallel zueinander liegen (einfache Fotokamera) oder aber sich in einer gemeinsamen Schnittgeraden schneiden.
Da bei einer Beleuchtung des Auges mit der Spaltabbildung von vorn und seitlich aufgenommen Abbildern des beleuchteten Auges liegen Bild-, Objektiv- und Schärfeebene nicht parallel zueinander, so dass eine in allen Bereichen scharfe Abbildung des beleuchteten Auges nur dann realisiert werden kann, wenn die Filmebene entsprechend der Scheimpflug-Bedingung verkippt wird, so dass sich Bild-, Objektiv- und Schärfeebene in einer gemeinsamen Schnittgeraden schneiden.
Nach dem bekannten Stand der Technik sind zur Augenuntersuchung mittels einer Scheimpflug-Kamera oder einer Spaltlampe zahlreiche Lösungen bekannt.
In EP 1 430 829 B1 wird eine ophthalmologische Messvorrichtung beschrieben, welche mittels eines Lichtprojektors ein Strahlenbündel (z. B. in Form eines Lichtspaltes) durch die Hornhaut eines Auges projiziert. Die beschriebene Vorrichtung erfasst jeweils zusätzlich zum in Scheimpflug-Anordnung erfassten Querschnittsabbild des beleuchteten Querschnittsteils ein Ansichtabbild des Auges, das ein Abbild des beleuchteten Querschnittsteils umfasst. Auf der Basis des Ansichtabbilds bestimmt die Vorrichtung die relative Position des gespeicherten Querschnittsabbilds zum Auge und ermöglicht dadurch eine zusammenhängende (z. B. topografische) Untersuchung der Hornhaut bzw. des gesamten Auges, wobei Relativbewegungen des Auges zur Vorrichtung berücksichtigt werden.
Die Vorrichtung nach EP 1 430 829 B1 ermöglicht die Erfassung von Messdaten für die Bestimmung geometrischer Augenparameter wie Hornhaut- Topografie oder Hornhautdicke. Das beschriebene Messsystem liefert jedoch keine ausreichenden Daten für die Bestimmung von optischen Eigenschaften des Auges, insbesondere von optischen Eigenschaften der Augenlinse.
In der Patentschrift US 5,512,965 wird eine modifizierte Spaltlampe beschrieben, mit welcher ein dreidimensionaler Ausdruck der Hornhautoberfläche und der jeweiligen lokalen Hornhautdicke erzeugt werden kann. Die beschriebene Lösung umfasst eine modifizierte Spaltlampe, deren Projektionsschlitz zur Verbesserung der Tiefenschärfe gebogen ist und von einem Steuermechanismus über das Auge bewegt wird. Von einer Fernsehkamera mit dazugehörender Steuereinheit werden die aufgenommenen Fernsehbilder ausgewählt und quantifiziert.
Da die Brechung der in die Hornhaut einfallenden Strahlen der Lichtschnitte bekannterweise von der lokalen Oberflächenneigung der Hornhaut abhängt, muss bei der beschriebenen Lösung zur Bestimmung der Hornhautdicke die Neigung der Hornhaut mit einem zusätzlichen Messaufwand gemessen werden.
Das Verfahren erfordert zudem bei jeder Messung eine aufwendige Kalibrierung, da sich der Beleuchtungswinkel, der Beobachtungswinkel sowie der Objektabstand dauernd ändern. Bedingt durch den hohen gerätetechnischen Aufwand kann die Lösung nicht bei liegenden Patienten, beispielsweise im Operationssaal, eingesetzt werden.
Eine Anordnung zur Erzeugung von Schnittbildern in transparenten Medien ist in der Schrift DE 101 55 464 A1 beschrieben, wobei die Parameter des Schnitt- bündeis variabel sind, insbesondere hinsichtlich Einfallswinkel, Abmessungen, Intensität und spektraler Zusammensetzung. Aus der Form, Lage und Intensität des Streulichtes des so erzeugten Schnittbildes können Rückschlüsse auf das zu untersuchende Objekt gewonnen werden.
Die zu lösende Aufgabe bestand hierbei darin, die für eine hohe optische Detailauflösung innerhalb des optischen Schnittes erforderlichen variablen und möglichst geringen Spaltbreiten bei einer hohen Reproduzierbarkeit zu realisieren.
Da es sich bei der Spaltbildprojektion um eine optische Abbildung mit physikalisch begrenzter Schärfentiefe handelt, muss die Abbildung immer streng auf den Ort der Untersuchung fokussiert werden. Ein in der gesamten Ausdehnung des menschlichen Auges scharfes Schnittbündel lässt sich mit den bisher genannten Lösungen nicht erzielen. Eine Verbesserung der Verhältnisse kann zwar mit einer Anordnung nach dem Scheimpflug-Prinzip erreicht werden, jedoch ist der technische Aufwand dafür entsprechend größer.
In den Patentschriften US 5,404,884; US 5,139,022 und US 6,275,718 sind Verfahren und Anordnungen zur Beleuchtung der vorderen Augensegmente beschrieben, bei denen als Lichtquelle ein planar konfigurierter Laser verwendet wird. Nachteilig bei diesen Lösungen sind jedoch unter Umständen die eingeschränkte Variabilität der Spaltabmessungen, die verwendete Wellenlänge der Laserquellen und die fehlende Möglichkeit zur Erzeugung von Mehrfachspaltprojektionen. Die beschriebenen Anordnungen sind keine Spaltlampengeräte, die im normalen Diagnosebetrieb genutzt werden. Weiterhin hat das Aufnahmesystem für das Streulicht vom Auge eine physikalisch begrenzte Schärfentiefe, die den Ausdehnungsbereich des scharfen Laser-Schnittbildes nicht vollständig erfassen kann.
Die nach dem Stand der Technik bekannten technischen Lösungen haben den Nachteil, dass zur Beleuchtung in großem Maße Lichtanteile verwendet wer- den, die nicht oder nur ineffizient detektiert werden können. Auf Grund von Mehrfachstreuungen und -reflexionen an verschiedenen Strukturen und Flächen des Auges ist weiterhin der Anteil von Störlicht problematisch. Dieses Störlicht führt außer zu einer unnötig hohen Lichtbelastung des Patienten zu schlechten Signalverhältnissen und reduzierter Ortsauflösung, was die Detekti- on und insbesondere auch die Auswertung erschwert.
Ein Augenfotografiergerät mit einer Korrektureinrichtung zum korrigieren der Bilddichte der zu speichernden bzw. anzuzeigenden Bilder eines Auges wird in der DE 42 21 038 A1 beschrieben. Dabei sollen Bilder gleicher Bilddichte, und zwar unabhängig von der Menge des von der Aufnahmelichtquelle ausgesandten Lichtes erzeugt werden. Dazu wird das Licht der Aufnahmelichtquelle detektiert und die Dichte der gespeicherten Bilddaten zur Aufrechterhaltung einer konstanten Bilddichte entsprechend korrigiert, wobei die Korrektur durch Vergleich mit Referenzdaten erfolgt. Um zu gewährleisten, dass ausschließlich das von den Augesegmenten gestreute Licht auf den Bildsensor fällt, verfügt die Anordnung über einen Polarisationsfilter sowie einen Polarisationsstrahlenteiler, die den Einfall des Beleuchtungslichts auf den Bildsensor verhindern sollen.
Die in der US 4,711 ,541 A beschriebene Spaltlampe besteht neben einem Spaltlicht-Projekttor und einem Augenmikroskop zur Beobachtung der beleuchteten Augensegmente aus einem optischen Aufnahmegerät zur Aufnahme der mit dem Spalt beleuchteten Augenabschnitte. Im Weiteren wird hierbei davon ausgegangen, dass der direkte Korneareflex (Oberfläche) bei polarisierter Beleuchtung weiter polarisiert bleibt und sich so vom unpolarisierten Licht, das von der Retina (unter kleinen Winkeln) rückgestreut wird, unterscheidet. Deshalb werden die Analysatoren zur Selektion des reflektierten Lichtes aus den Bereichen "Kornea" oder "Retina" benutzt. Von einer polarisationsunabhängige Rückstreuung kann allerdings nur für kleine Winkel ausgegangen werden. Die beschriebene Anordnung stellt somit weder eine breit einsetzbare Lösung dar, noch können damit Spaltbilder transparenter Medien, insbesondere im Auge für die Aufnahme bzw. Auswertung optimiert werden. Literatur:
[1] Sentenac, A.; Guerin, C-A.; Chaumet, P. C. et al; „Influence of multiple scattering on the resolution of an imaging System: a Cramer-Rao analysis"; Optics Express, Vol. 15 Issue 3, pp.1340-1347 (2007)
[2] Guillaumee, M.; Liley, M.; Pugin, R.; Stanley, R. P.; "Scattering of light by a Single layer of randomly packed dielectric microspheres giving color effects in transmission"; Opt. Express 16, 1440-1447 (2008)
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern bei der Untersuchung optisch transparenter Medien, insbesondere im Auge dahingehend zu verbessern, dass das Signalverhältnis optimiert und dadurch die Lichtbelastung der Probe und insbesondere des Auges wesentlich verringert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien insbesondere im Auge besteht aus einem Beleuchtungsstrahlengang mit einer Beleuchtungsquelle zur Erzeugung einer Spaltbeleuchtung und einem Auswertungsstrahlengang mit einer Detekti- onseinrichtung, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit, die sowohl Verbindungen zur Beleuchtungsquelle, als auch zur Detektionseinrichtung aufweist.
Zur Erzielung einer möglichst effizienten Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung sind im Beleuchtungsstrahlengang und/oder im Auswertungsstrahlengang Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse vorhanden, wobei diese Mittel über eine Vorrichtung zur Veränderung der Beleuchtungsverhältnisse bzw. Selektion der Detektionsverhältnisse verfügen. Dabei können die vorhandenen Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse das Beleuchtungslicht bzw. die Streulichtanteile hinsichtlich dessen Polarisationszustand und/oder Wellenlänge Variieren bzw. Selektieren.
Die erfindungsgemäße technische Lösung zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern ist zur Untersuchung optisch, überwiegend transparenter Medien vorgesehen. Eine spezielle Anwendung stellt dabei die Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern optisch transparenter Medien im Auge dar. Hierbei ist die Lösung sowohl für Spaltlampen als auch für Scheimpflug-Kameras geeignet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien insbesondere im Auge besteht mindestens aus einem Beleuchtungsstrahlengang mit einer Beleuchtungsquelle zur Erzeugung einer Spaltbeleuchtung und einem Auswertungsstrahlengang mit einer Detektionseinrichtung, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit, die sowohl Verbindungen zur Beleuchtungsquelle, als auch zur Detektionseinrichtung aufweist.
Zur Erzielung einer effizienten Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung sind im Beleuchtungsstrahlengang und/oder im Auswertungsstrahlengang Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse vorhanden, die über eine Vorrichtung zur Veränderung der Beleuchtungsverhältnisse verfügen. Hierbei ist unter Optimierung der Streuungsverhältnisse sowohl die Beeinflussung der Streuung an den streuenden Strukturen, als auch die Übertragung der zu optimierenden Streusignale bis zum Detektor zu verstehen.
Als Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse im Beleuchtungsstrahlengang kann sowohl eine Polarisationseinheit zur Veränderung des Polarisationszustandes, als auch eine Vorrichtung zur Veränderung der Wellenlänge des Beleuchtungslichtes vorhanden sein, die wahlweise einzeln oder zusammen verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass die im Beleuchtungsstrahlengang vorhandene Beleuchtungsquelle selbst Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen, einstellbaren Polarisationszuständen oder Beleuchtungslicht mit breitbandiger oder unterschiedlichen, einstellbaren Wellenlängen ausstrahlt.
Als Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse im Auswertungsstrahlengang kann sowohl ein Analysator, zur Unterdrückung ein- oder mehrfach gestreuter Lichtanteile und/oder ein wellenlängenselektives Filter, zur Unterdrückung von Störlicht vorhanden sein, die über Vorrichtung zur gezielten Selektion der zu detektierenden Lichtanteile verfügen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden als Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse eine breitbandig abstrahlende Beleuchtungsquelle mit einem im Auswertungsstrahlengang angeordneten wellenlängenselektiven Filter kombiniert. Dadurch kann Störlicht und insbesondere Umgebungslicht effektiv unterdrückt werden. Zur effektiven Unterdrückung von Umgebungslicht können wellenlängenselektive Filter auch mit anderen Kombinationen von Mitteln zur Optimierung der Streuungsverhältnisse kombiniert werden.
Aus der Literatur ist bekannt, dass mehrfach gestreutes Licht die Ortsauflösung eines abbildenden Systems verringern kann [1] und dass die Streuung an und Transmission durch bestimmte, aber immer noch zufällig angeordnete, streuende Strukturen und Partikel Winkel- und wellenlängenabhängig sind [2]. Somit können durch Auswahl einer oder mehrerer bestimmter Wellenlängen die Streuungsverhältnisse dahingehend optimiert werden, dass eine effizientere Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung erfolgt. Umgekehrt ist es natürlich auch möglich durch die Auswahl ein oder mehrerer bestimmter Wellenlängen die Streuungsverhältnisse dahingehend zu optimieren, dass keine effiziente Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung erfolgt.
Bei Anwendung der Polarisationseinheit zur Optimierung der Streuverhältnisse am vorderen Abschnitt des Auges ist zu beachten, dass bekanntermaßen die Hornhautdoppelbrechung den Polarisationszustand des einfallenden Lichtes prinzipiell verändern kann. Da die doppelbrechenden Strukturen im Allgemeinen aber radialsymmetrisch zum Apex der Hornhaut orientiert sind, bleibt der Polarisationszustand von im Bezug zur Hornhautfläche einfallendem s- oder p- polarisiertem Licht aber überwiegend erhalten.
In Abhängigkeit der zu lösenden Aufgabe wird der Polarisationszustand der Spaltbeleuchtung von der im Beleuchtungsstrahlengang vorhandenen Polarisationseinheit so verändert, dass entweder eine maximale oder eine minimale Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung erfolgt.
Zur Detektion einzelnen Grenzschichten und Strukturen der überwiegend transparenten Medien mit möglichst guter Ortsauflösung ist es wünschenswert, dass nur das Beleuchtungslicht auf die Detektoreinrichtung fällt, welches nur direkt an den abzubildenden Strukturen und somit einfach gestreut wird.
Um eine maximale (Einfach-) Streuung in Richtung der Detektionseinrichtung zu erreichen, wird der Polarisationszustand der Spaltbeleuchtung von der Polarisationseinheit bevorzugt so eingestellt, dass das E-FeId des Beleuchtungslichtes parallel zur Ebene des Spaltes schwingt, insbesondere im Bereich der ab- zubildenden Zone. Dabei ist der Polarisationszustand insbesondere dort zu optimieren, wo die zu beobachtenden Streuung erfolgt.
Es kann auch vorteilhaft sein ausschließlich oder überwiegend nur das Beleuchtungslicht auf die Detektoreinrichtung fallen zu lassen, welches nicht direkt an den abzubildenden Strukturen, sondern mehrfach gestreut wurde. Die Stärke und Richtung des mehrfach gestreuten Lichtanteils, insbesondere im Verhältnis zum einfach gestreuten Lichtanteil und in Abhängigkeit von der Wellenlänge, hängt wesentlich von Art, Abstand und Orientierung der streuenden Partikel oder Strukturen ab und ist deshalb geeignet Zusatzinformationen über die streuenden Partikel oder Strukturen, sowie ihrer Abstände und Orientierung zu gewinnen. Dies ist beispielsweise der Literatur [2] zu entnehmen.
Da in diesem Fall die (Einfach-) Streuung in Richtung der Detektionseinrichtung zu minimieren ist, wird der Polarisationszustand der Spaltbeleuchtung von der Polarisationseinheit so eingestellt, dass das E-FeId des Beleuchtungslichtes im Bereich der streuenden Strukturen überwiegend in Richtung der Detektionseinrichtung schwingt, insbesondere senkrecht zur Spaltebene schwingt.
Die stärkste Polarisationsabhängigkeit der Streuung wird unter 90° zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes erzielt, weshalb dies eine bevorzugte Detektionsrich- tung ist.
In Ergänzung zur Optimierung der Streuung in Richtung der Detektionseinrichtung ist es vorteilhaft im Auswertungsstrahlengang vor der Detektionseinrichtung einen entsprechenden Analysator, zur Unterdrückung einfach- bzw. mehrfach gestreuter Lichtanteile anzuordnen. Dadurch wird eine noch bessere Optimierung erreicht.
Vorzugsweise kann die Einstellung des im Auswertungsstrahlengang vor der Detektionseinrichtung angeordneten Analysators entsprechend der Messaufgabe verändert werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung findet die erfindungsgemäße Anordnung zur optimierten Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien insbesondere im Auge in einer Scheimpflug- Kamera Verwendung. Neben den zuvor genannten Merkmalen verfügt die Scheimpflug-Kamera zusätzlich über eine Dokumentationseinrichtung mit einer automatisierten Bildauswertung zur Gewinnung von Messwerten vom Untersuchungsobjekt.
Dabei ist die im Beleuchtungsstrahlengang angeordnete Polarisationseinheit bzw. die Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen, einstellbaren Polarisationszu- ständen ausstrahlende Beleuchtungsquelle so ausgebildet, dass die Orientierung des E-Feldes des Beleuchtungslichtes auch bei veränderter Ausrichtung der Spaltbeleuchtung oder rotierender Spaltbeleuchtung erhalten bleibt.
Bei einer Scheimpflug-Kamera kann das Beleuchtungslicht für die Spaltprojektion vorzugsweise eine s-Polarisation aufweisen. Dies gilt jedoch nur, wenn der Spalt nicht zu breit ist. Dies hat den Vorteil, dass die s-Polarisation nahezu unproblematisch ist.
Für den Fall, dass die Ränder des Lichtspaltes unscharf abgebildet werden, könnte die Polarisation räumlich und/oder zeitlich variiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung findet die Anordnung zur optimierten Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien insbesondere im Auge in einer Spaltlampe Verwendung.
Neben den zuvor genannten Merkmalen verfügt die Spaltlampe zusätzlich über einen Beobachtungsstrahlengang mit einer optischen Beobachtungseinheit, wobei der Beobachtungsstrahlengang mit dem Auswertungsstrahlengang zusammenfällt. Dabei verfügt die Spaltlampe ebenfalls über eine Dokumentati- onseinrichtung mit einer automatisierten Bildauswertung zur Gewinnung von Messwerten vom Untersuchungsobjekt.
Um auch bei einer Spaltlampe den Effekt einer effizienten Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektion- seinrichtung bzw. der Beobachtungseinheit, durch Verwendung der im Beleuchtungsstrahlengang vor der Beleuchtungsquelle angeordneten Polarisationseinheit zu erreichen, ist es günstig, dass der Winkel zwischen Beleuchtungsstrahlengang und Auswertungs- bzw. Beobachtungsstrahlengang genügend groß ist und im Idealfall 90° beträgt. Dabei sollte der polarisationsabhängige Anteil le der Einfachstreuung, der ähnlich wie die Dipolcharakteristik mit
Ie ~sin2( ß ),
beschrieben wird, zur Realisierung eines gut messbaren Kontrastes >10% sein, wobei ß der Winkel zwischen Ausbreitungs- und Detektionsrichtung ist. Im Einzelfall kann diese Abhängigkeit zwar noch durch die Charakteristika der streuenden Strukturen modifiziert sein (Partikelgröße und -abstand sowie Vorzugsorientierung), gilt aber überwiegend fort. Soll also beispielsweise ein polarisationsabhängiger Anteil der Einfachstreuung von > 20% erzielt werden, beispielsweise zur Gewinnung eines Mehrfachstreuungskontrastes, so wäre ein Winkel von 26°...54° zu wählen. Für eine Effizienzsteigerung durch Nutzung, beispielsweise eines >50% polarisationsabhängigen Streuanteils, wären Winkel zwischen 45°...135° zu wählen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien, insbesondere im Auge werden die transparenten Medien bzw. Augen über einen Beleuchtungsstrahlengang mit einer Beleuchtungsquelle zur Erzeugung einer Spaltbeleuchtung beleuchtet und die so erzeugten Streubilder über einen Auswertungsstrahlengang mit einer Detektionseinrichtung aufgenommen und von einer Steuer- und Auswerte- einheit, die sowohl Verbindungen zur Beleuchtungsquelle, als auch zur Detekti- onseinrichtung aufweist, ausgewertet.
Von den im Beleuchtungsstrahlengang und/oder im Auswertungsstrahlengang angeordneten Mitteln zur Optimierung der Streuungsverhältnisse werden die Streuverhältnisse dahingehend optimiert, dass eine effiziente Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektion- seinrichtung erfolgt.
Hierbei ist unter Optimierung der Streuungsverhältnisse sowohl die Beeinflussung der Streuung an den streuenden Strukturen, als auch die Übertragung der zu optimierenden Streusignale bis zum Detektor zu verstehen.
Zur Optimierung der Streuungsverhältnisse kann sowohl eine Polarisationseinheit zur Veränderung des Polarisationszustandes, als auch eine Vorrichtung zur Veränderung der Wellenlänge des Beleuchtungslichtes, die wahlweise einzeln oder zusammen verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass die im Beleuchtungsstrahlengang vorhandene Beleuchtungsquelle selbst Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen, einstellbaren Polarisationszuständen, breitbandiges oder Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen, einstellbaren Wellenlängen ausstrahlt.
Zur Optimierung der Streuungsverhältnisse im Auswertungsstrahlengang kann sowohl ein Analysator, zur Unterdrückung ein- oder mehrfach gestreuter Lichtanteile und/oder ein wellenlängenselektives Filter, zur Unterdrückung von Störlicht vorhanden sein, die über Vorrichtung zur gezielten Selektion der zu detek- tierenden Lichtanteile verfügen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden als Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse eine breitbandig abstrahlende Beleuchtungsquelle mit einem im Auswertungsstrahlengang angeordneten wellenlängenselektiven Filter kombiniert. Dadurch kann Störlicht und insbesondere Umge- bungslicht effektiv unterdrückt werden. Zur effektiven Unterdrückung von Umgebungslicht können wellenlängenselektive Filter auch mit anderen Kombinationen von Mitteln zur Optimierung der Streuungsverhältnisse kombiniert werden.
Aus der Literatur ist bekannt, dass mehrfach gestreutes Licht die Ortsauflösung eines abbildenden Systems verringern kann [1] und dass die Streuung an und Transmission durch bestimmte, aber immer noch zufällig angeordnete, streuende Strukturen und Partikel Winkel- und wellenlängenabhängig sind [2].
Somit können durch Auswahl einer oder mehrerer bestimmter Wellenlängen die Streuungsverhältnisse dahingehend optimiert werden, dass eine effizientere Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung erfolgt. Umgekehrt ist es natürlich auch möglich durch die Auswahl ein oder mehrerer bestimmter Wellenlängen die Streuungsverhältnisse dahingehend zu optimieren, dass keine effiziente Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung erfolgt.
Bei Anwendung am vorderen Abschnitt des Auges kann bekanntermaßen die Hornhautdoppelbrechung den Polarisationszustand des einfallenden Lichtes prinzipiell verändern. Da die doppelbrechenden Strukturen im Allgemeinen aber radialsymmetrisch zum Apex der Hornhaut orientiert sind, bleibt der Polarisationszustand von einfallendem s- oder p-polarisiertem Licht aber überwiegend erhalten, kann aber auch durch Anpassung des Polarisationszustandes an andere Doppelbrechungsverhältnisse angepasst werden.
In Abhängigkeit der zu lösenden Aufgabe wird der Polarisationszustand der Spaltbeleuchtung von der im Beleuchtungsstrahlengang vorhandenen Polarisationseinheit so verändert, dass entweder eine maximale oder eine minimale Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung erfolgt. Zur Detektion der einzelnen Grenzschichten der transparenten Medien ist es wünschenswert, dass nur das Beleuchtungslicht auf die Detektoreinrichtung fällt, welches nur an den abzubildenden Strukturen und somit einfach gestreut wird.
Um eine maximale (Einfach-) Streuung in Richtung der Detektionseinrichtung zu erreichen, wird der Polarisationszustand der Spaltbeleuchtung von der Polarisationseinheit so eingestellt, dass das E-FeId des Beleuchtungslichtes zumindest am Ort der Streuung parallel zur Ebene des Spaltes schwingt, insbesondere im Bereich der abzubildenden Zone. Dabei ist der Polarisationszustand insbesondere dort zu optimieren, wo die zu beobachtenden Streuung erfolgt.
Es kann auch vorteilhaft sein ausschließlich oder überwiegend nur das Beleuchtungslicht auf die Detektoreinrichtung fallen zu lassen, welches nicht direkt an den abzubildenden Strukturen, sondern mehrfach gestreut wurde. Die Stärke und Richtung des mehrfach gestreuten Lichtanteils, insbesondere im Verhältnis zum einfach gestreuten Lichtanteil und in Abhängigkeit von der Wellenlänge, hängt wesentlich von der Art, Abstand und Orientierung der streuenden Partikel oder Strukturen ab und ist deshalb geeignet Zusatzinformationen über die streuenden Partikel oder Strukturen, sowie ihrer Abstände und Orientierung zu gewinnen. Da in diesem Fall die (Einfach-) Streuung in Richtung der Detektionseinrichtung zu minimieren ist, wird der Polarisationszustand der Spaltbeleuchtung von der Polarisationseinheit so eingestellt, dass das E-FeId des Beleuchtungslichtes zumindest überwiegend in Richtung der Detektionseinrichtung schwingt. Dabei ist der Polarisationszustand insbesondere dort zu optimieren, wo die zu beobachtenden Streuung erfolgt.
In Ergänzung zur Optimierung der Streuung in Richtung der Detektionseinrichtung ist es vorteilhaft im Auswertungsstrahlengang vor der Detektionseinrichtung einen entsprechenden Analysator, zur Unterdrückung einfach- bzw. mehrfach gestreuter Lichtanteile und im Allgemeinen unpolarisiertem Umgebungslicht, anzuordnen. Dadurch wird eine noch bessere Optimierung erreicht. Vorzugsweise kann die Einstellung des im Auswertungsstrahlengang vor der Detektionseinrichtung angeordneten Analysators entsprechend der Messaufgabe verändert werden.
Eine mögliche Messaufgabe, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Polarisationseinheit und Analysator durchführbar wäre, ist die Vermessung der Doppelbrechung von Augenstrukturen, wie der Hornhaut oder der Kristalllinse.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien insbesondere im Auge findet zur Realisierung der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte eine Scheimpflug-Kamera Verwendung. Zusätzlich werden in einem weiteren Verfahrensschritt von einer vorhandenen Dokumentationseinrichtung mit automatisierter Bildauswertung aus den Signalen der Detektoreinrichtung Messwerte vom Untersuchungsobjekt gewonnen.
Dabei wird von der im Beleuchtungsstrahlengang angeordneten Polarisationseinheit bzw. die, Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen, einstellbaren Polari- sationszuständen ausstrahlende Beleuchtungsquelle die Orientierung des E- Feldes des Beleuchtungslichtes auch bei veränderter Ausrichtung der Spaltbeleuchtung oder rotierender Spaltbeleuchtung beibehält.
Bei einer Scheimpflug-Kamera kann das Beleuchtungslicht für die Spaltprojektion vorzugsweise eine s-Polarisation aufweisen. Dies gilt jedoch nur, wenn der Spalt nicht zu breit ist. Dies hat den Vorteil, dass die s-Polarisation nahezu unproblematisch ist.
Für den Fall, dass die Ränder des Lichtspaltes unscharf abgebildet werden o- der atypische Doppelbrechungsverhältnisse vorliegen (starke, ortsabhängige Doppelbrechung in der Hornhaut), könnte die Polarisation räumlich und/oder zeitlich variiert werden. Letzteres ist insbesondere relevant, wenn eine Vielzahl von Spaltaufnahmen in verschieden Richtungen erfolgen sollen, oder aber wenn ein Kontrast von Ein- und Mehrfachstreuung in kurzem Zeitabstand realisiert werden soll, beispielsweise um Bewegungsartefakte durch Patientenbewegung zu minimieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien insbesondere im Auge findet zur Anwendung der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte einer Spaltlampe Verwendung. Zusätzlich wird das Streulicht in einem weiteren Verfahrensschritt über einen vorhandenen Beobachtungsstrahlengang mit einer optischen Beobachtungseinheit den Augen des Betrachters zugeführt. Auch hier werden in einem weiteren Verfahrensschritt von einer vorhandenen Dokumentationseinrichtung mit automatisierter Bildauswertung aus den Signalen der Detektoreinrichtung Messwerte vom Untersuchungsobjekt gewonnen.
Um auch bei Verwendung einer Spaltlampe den Effekt einer effizienten Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung bzw. der Beobachtungseinheit, durch definierte Polarisation des Beleuchtungslichtes zu erreichen, ist es erforderlich, dass der Winkel zwischen Beleuchtungsstrahlengang und Auswertungs- bzw. Beobachtungsstrahlengang genügend groß ist und im Idealfall 90° beträgt. Dabei sollte der polarisationsabhängige Anteil le der Einfachstreuung, der ähnlich wie die Dipolcharakteristik mit
Ie ~sin2( ß ),
beschrieben wird, zur Realisierung eines gut messbaren Kontrastes >10% sein, wobei ß der Winkel zwischen Ausbreitungs- und Detektionsrichtung ist. Im Einzelfall kann diese Abhängigkeit zwar noch durch die Charakteristika der streuenden Strukturen modifiziert sein (Partikelgröße und -abstand sowie Vorzugsorientierung), gilt aber überwiegend fort. Soll also beispielsweise ein polarisationsabhängiger Anteil der Einfachstreuung von > 20% erzielt werden, beispiels- weise zur Gewinnung eines Mehrfachstreuungskontrastes, so wäre ein Winkel von 26°...154° zu wählen. Für eine Effizienzsteigerung durch Nutzung, beispielsweise eines >50% polarisationsabhängigen Streuanteils, wären Winkel zwischen 45°...135° zu wählen.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung und dem Verfahren zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern transparenter Medien insbesondere im Auge wird eine Lösung zur Verfügung gestellt, mit der insbesondere eine optimiert Aufnahme und Auswertung derartiger Spaltbilder erfolgen kann.
Dies wird dadurch erreicht, dass im Beleuchtungsstrahlengang vor der Beleuchtungsquelle eine Polarisationseinheit angeordnet ist, die eine effiziente Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung dadurch realisiert, dass von der Polarisationseinheit dem Beleuchtungslicht definierte Polarisationszustände zugewiesen werden.
Dabei wird berücksichtigt wird, dass die primäre Streuung von Licht letztendlich immer eine Wechselwirkung von transversal polarisierter Strahlung mit oszillierenden Dipolen darstellt und somit der Dipolabstrahlcharakteristik sehr ähnlich ist. Deshalb folgt die Streuintensität überwiegend der sin2 ( α ) Dipolcharakteristik, wobei hier α der Winkel zwischen Ausrichtung der durch das schwingende elektrische Feld induzierten Dipole und der Abstrahlrichtung des Streulichtes ist.
So werden beispielsweise in Richtung des Polarisationsvektors (Schwingungsrichtung des E-Feldes) keine Einfachstreuungen auftreten. Das bedeutet insbesondere, dass bei Einstrahlung von unpolarisiertem Licht, unter genau 90° zur Ausbreitungsrichtung nur der linear polarisierte Lichtanteil abgestrahlt werden kann, welcher eine Transversalkomponente zur Streurichtung aufweist.
In der erfindungsgemäßen Lösung wird davon ausgegangen, dass die Rückstreuung der Vorderkammerstrukturen unter großen Streuwinkeln polarisati- onsabhängig ist. Da das rückgestreute Licht dabei auch eine Vorzugspolarisation aufweist, kann diese für die Optimierung der Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern verwendet werden. Das Beleuchtungslicht wird dabei vorzugsweise so polarisiert, dass das einfach gestreute Licht möglichst effizient in die Detek- tionseinrichtung gelangt.
In Ergänzung dessen können die Spaltbilder weiter optimiert werden, indem durch zusätzliche Anordnung eines entsprechend orientierten Analysators vor der Detektionseinrichtung mehrfach gestreutes Licht, welches dann zufällig polarisiert ist zu unterdrücken. Auch wird unpolarisiertes Umgebungslicht zusätzlich unterdrückt.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich das Beleuchtungslicht vorzugsweise so zu polarisieren, so dass das mehrfach gestreute Licht möglichst effizient in die Detektionseinrichtung gelangt. Dies kann durch die zusätzliche Anordnung eines entsprechend orientierten Analysators vor der Detektionseinrichtung, zur Unterdrückung des einfach gestreuten Lichtes wiederum verstärkt werden.
Die Detektion von einfach gestreutem Licht ist dabei insbesondere für die ortsaufgelöste Abbildung der Grenzschichten der Augensegmente in der Biometrie von Interesse, wobei die Messergebnisse durch Unterdrückung von einfach gestreutem Licht erheblich verbessert werden können.
Durch die Detektion von mehrfach gestreutem Licht lassen sich aus dem Verhältnis zwischen Einfach- und Mehrfachstreuungen Rückschlüsse auf Abmessungen, Dichte und Orientierung streuender Partikel, wie beispielsweise Proteine o. a. im Kammerwasser oder in der Kristalllinse, gewinnen.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien, insbesondere im Auge, mindestens bestehend aus einem Beleuchtungsstrahlengang mit einer Beleuchtungsquelle zur Erzeugung einer Spaltbeleuchtung und einem Auswertungsstrahlengang mit einer Detektionseinrichtung, sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit, die sowohl Verbindungen zur Beleuchtungsquelle, als auch zur Detektionseinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Beleuchtungsstrahlengang und/oder im Auswertungsstrahlengang Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse und/oder Streuungsdetektion vorhanden sind, wobei diese Mittel über eine Vorrichtung zur Veränderung der Beleuchtungsverhältnisse verfügen.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die im Beleuchtungsstrahlengang vorhandenen Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse eine Polarisationseinheit zur Veränderung des Polarisationszustandes des Beleuchtungslichtes ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Beleuchtungsstrahlengang vorhandene Beleuchtungsquelle Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen, einstellbaren Polarisationszuständen ausstrahlt.
4. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die im Beleuchtungsstrahlengang vorhandenen Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse eine Vorrichtung zur Veränderung der Wellenlänge des Beleuchtungslichtes ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Beleuchtungsstrahlengang vorhandene Beleuchtungsquelle Beleuchtungs- licht mit unterschiedlichen, einstellbaren Wellenlängen ausstrahlt.
6. Anordnung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Beleuchtungsstrahlengang sowohl eine Polarisationseinheit als auch eine Vorrichtung zur Veränderung der Wellenlänge als Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse vorhanden sind, die wahlweise einzeln oder zusammen verwendet werden.
7. Anordnung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Beleuchtungsstrahlengang vorhandene Beleuchtungsquelle Beleuchtungslicht sowohl mit unterschiedlichen, einstellbaren Polarisationszuständen als auch breitbandig oder mit unterschiedlichen, einstellbaren Wellenlängen ausstrahlt.
8. Anordnung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinheit im Beleuchtungsstrahlengang, zur Erzielung einer maximalen Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung, so eingestellt ist, dass das E-FeId des Beleuchtungslichtes mindestens im Bereich der zu untersuchenden streuenden Strukturen parallel zur Ebene des Spaltes schwingt.
9. Anordnung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinheit im Beleuchtungsstrahlengang, zur Erzielung einer minimalen Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung, so eingestellt ist, dass das E-FeId des Beleuchtungslichtes zumindest überwiegend in Richtung der Detektionseinrichtung schwingt.
10. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die im Auswertungsstrahlengang vorhandenen Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse ein Analysator, zur Unterdrückung ein- oder mehrfach gestreu- ter Lichtanteile und/oder ein wellenlängenselektives Filter, zur Unterdrückung von Störlicht angeordnet ist.
11. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die im Auswertungsstrahlengang vorhandenen Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse über Vorrichtung zur gezielten Selektion der zu detektierenden Lichtanteile verfügen.
12. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 ,10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das im Auswertungsstrahlengang vorhandene, wellenlängenselektive Filter, zur gezielten Selektion der zu detektierenden Lichtanteile, mit einer im Beleuchtungsstrahlengang vorhandenen, breit- bandiges Beleuchtungslicht ausstrahlenden Beleuchtungsquelle kombiniert wird.
13. Anordnung zur optimierten Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien insbesondere im Auge, in einer Scheimpflug-Kamera, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Merkmalen nach den Ansprüchen 1 bis 11 zusätzliche Dokumentationseinrichtungen mit einer automatisierten Bildauswertung zur Gewinnung von Messwerten vom Untersuchungsobjekt vorhanden sind.
14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinheit bzw. die Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen, einstellbaren Polarisationszuständen ausstrahlende Beleuchtungsquelle so ausgebildet sind, dass die Orientierung des E-Feldes des Beleuchtungslichtes auch bei veränderter Ausrichtung der Spaltbeleuchtung oder rotierender Spaltbeleuchtung erhalten bleibt.
15. Anordnung zur optimierten Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien insbesondere im Auge, in einer Spalt- lampe, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Merkmalen nach den Ansprüchen 1 bis 12 ein Beobachtungsstrahlengang mit einer optischen Beobachtungseinheit vorhanden ist, wobei der Beobachtungsstrahlengang mit dem Auswertungsstrahlengang zusammenfällt, dass zusätzliche Dokumentationseinrichtungen mit einer automatisierten Bildauswertung zur Gewinnung von Messwerten vom Untersuchungsobjekt vorhanden sind.
16. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen Beleuchtungsstrahlengang und Auswertungs- bzw. Beobachtungsstrahlengang genügend groß ist und im Idealfall 90° beträgt und der polarisationsabhängige Anteil le der Einfachstreuung, der annähernd mit
sin2( ß )
beschrieben wird, zur Realisierung eines gut messbaren Kontrastes >10% ist, wobei ß der Winkel zwischen Ausbreitungs- und Detektionsrichtung ist.
17. Verfahren zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien, insbesondere im Auge, bei dem die transparenten Medien bzw. Augen über einen Beleuchtungsstrahlengang von einer Beleuchtungsquelle mit einer Spaltbeleuchtung beleuchtet und die so erzeugten Streubilder über einen Auswertungsstrahlengang mit einer Detektion- seinrichtung aufgenommen und von einer Steuer- und Auswerteeinheit, die sowohl Verbindungen zur Beleuchtungsquelle, als auch zur Detektionsein- richtung aufweist, ausgewertet werden dadurch gekennzeichnet, dass die von der Beleuchtungsquelle erzeugte Spaltbeleuchtung durch, im Beleuchtungsstrahlengang und/oder im Auswertungsstrahlengang vorhandene Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse so verändert wird, dass eine effiziente Streuung des Beleuchtungslichtes an den abzubildenden Strukturen erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Beleuchtungsstrahlengang als Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse eine Polarisationseinheit zur Veränderung des Polarisationszustandes des Beleuchtungslichtes verwendet wird.
19. Verfahren nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die im Beleuchtungsstrahlengang vorhandene Beleuchtungsquelle Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen, einstellbaren Polarisationszuständen ausstrahlt.
20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Beleuchtungsstrahlengang als Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse eine Vorrichtung zur Veränderung der Wellenlänge des Beleuchtungslichtes verwendet wird.
21. Verfahren nach den Ansprüchen 17 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass die im Beleuchtungsstrahlengang vorhandene Beleuchtungsquelle selbst Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen, einstellbaren Wellenlängen ausstrahlt.
22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass im Beleuchtungsstrahlengang als Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse sowohl eine Polarisationseinheit als auch eine Vorrichtung zur Veränderung der Wellenlänge, wahlweise einzeln oder zusammen verwendet werden.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die im Beleuchtungsstrahlengang vorhandene Beleuchtungsquelle selbst Beleuchtungslicht sowohl mit unterschiedlichen, einstellbaren Polarisationszuständen als auch mit unterschiedlichen, einstellbaren Wellenlängen ausstrahlt.
24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungslicht von der Polarisationseinheit, zur Erzielung einer maximalen Streuung an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung so polarisiert wird, dass das E-FeId des Beleuchtungslichtes mindestens im Bereich der zu untersuchenden streuenden Strukturen parallel zur Ebene des Spaltes schwingt.
25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungslicht von der Polarisationseinheit zur Erzielung einer minimalen Streuung an den abzubildenden Strukturen in Richtung der Detektionseinrichtung so polarisiert wird, dass das E-FeId des Beleuchtungslichtes zumindest überwiegend in Richtung der Detektionseinrichtung schwingt.
26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass von den im Auswertungsstrahlengang vorhandenen Mittel zur Optimierung der Streuungsverhältnisse durch einen Analysator ein- oder mehrfach gestreuter Lichtanteile und/oder ein wellenlängenselektives Filter Störlichtanteile unterdrückt werden.
27. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass von den im Auswertungsstrahlengang vorhandenen Mitteln zur Optimierung der Streuungsverhältnisse die zu detektierenden Lichtanteile gezielt selektiert werden.
28. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das im Auswertungsstrahlengang vorhandene wellenlängenselektive Filter, zur gezielten Selektion der zu detektierenden Lichtanteile, mit einer im Beleuchtungsstrahlengang vorhandenen, breitbandiges Beleuchtungslicht ausstrahlenden Beleuchtungsquelle kombiniert wird.
29. Verfahren zur Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern überwiegend transparenter Medien insbesondere im Auge, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung der Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 16 bis 26 eine Scheimpflug-Kamera Verwendung findet, wobei aus den Signalen der Detektoreinrichtung von einer weiterhin vorhandenen Dokumentationseinrichtung mit automatisierte Bildauswertung Messwerte vom Untersuchungsobjekt gewonnen werden.
30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinheit bzw. die, Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen, einstellbaren Polarisationszuständen ausstrahlende Beleuchtungsquelle die Orientierung des E-Feldes des Beleuchtungslichtes auch bei veränderter Ausrichtung der Spaltbeleuchtung oder rotierender Spaltbeleuchtung beibehält.
31. Verfahren zur optimierten Aufnahme und Auswertung von Spaltbildern ü- berwiegend transparenter Medien insbesondere im Auge, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung der Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 16 bis 26 eine Spaltlampe Verwendung findet, wobei das Streulicht über einen zusätzlich vorhandenen Beobachtungsstrahlengang mit einer optischen Beobachtungseinheit betrachtet werden kann und aus den Signalen der Detektoreinrichtung von einer weiterhin vorhandenen Dokumentationseinrichtung mit automatisierte Bildauswertung Messwerte vom Untersuchungsobjekt gewonnen werden.
32. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Beleuchtungsstrahlengang und Auswertungs- bzw. Beobachtungsstrahlengang ein genügend großer Winkel, im Idealfall von 90° zu wählen ist und der polarisationsabhängige Anteil le der Einfachstreuung, der annähernd mit
sin2( ß ) beschrieben wird, zur Realisierung eines gut messbaren Kontrastes >10% ist, wobei ß der Winkel zwischen Ausbreitungs- und Detektionsrichtung ist.
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