WO2010075964A1 - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der oberflächenform der kornea eines auges durch auswertung der spiegelbilder räumlich verteilter muster - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der oberflächenform der kornea eines auges durch auswertung der spiegelbilder räumlich verteilter muster Download PDF

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WO2010075964A1
WO2010075964A1 PCT/EP2009/009007 EP2009009007W WO2010075964A1 WO 2010075964 A1 WO2010075964 A1 WO 2010075964A1 EP 2009009007 W EP2009009007 W EP 2009009007W WO 2010075964 A1 WO2010075964 A1 WO 2010075964A1
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WO
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placido
image
eye
rings
control
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PCT/EP2009/009007
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Georg Sluyterman Van Langeweyde
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
    • A61B3/107—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining the shape or measuring the curvature of the cornea
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for determining the surface shape of the cornea of an eye by evaluating the mirror images of spatially distributed patterns. From the device both images of the eye with the specular pattern, i. H. for determining the surface shape, as well as without the specular pattern, so that the eye can be registered for the determination of the surface shape.
  • keratometry is understood to mean the measurement of the shape and shape of the cornea of the eye.
  • an ophthalmometer also called a keratometer
  • the radii of curvature of the cornea are determined centrally and in the periphery.
  • the measured radii are, for example, the basis for the adaptation of contact lenses.
  • a special form of keratometry is topometry.
  • the central and peripheral radii of curvature of the cornea are measured and evaluated mathematically using special procedures.
  • the surface measurement of the cornea of the human eye proves to be difficult in that the cornea is transparent and visible light is not backscattered to any significant extent.
  • the cornea is the foremost part of the eye and has a bulging, specific geometry. To capture this geometric shape of the corneal anterior surface in its entirety, one uses the topography.
  • the front surface shape may vary, with two of the most important and well-known being the spherical (spherical) and the astigmatic (curved) cornea.
  • the cornea With a refractive power of more than 40 diopters, the cornea is a significant factor in the refraction of the light entering the eye.
  • the refractive power The cornea depends primarily on the shape of the corneal surface and in particular on its curvature. The determination of the shape of the corneal surface is particularly important in the following areas of application:
  • the determination of the surface shape of the cornea of an eye is important both before and after surgery because the surface shape is suitable for detecting abnormal or abnormal forms of the cornea.
  • One known method for measuring the surface of the cornea is the so-called "slit-scan method", in which a light beam of visible light in the form of a straight narrow slit is successively (scanned) over the entire corneal section of interest The fraction of the light beam refracted at the surface of the cornea penetrates the surface and is scattered at internal scattering centers, whereby the evaluable signals originate from scattering centers close to the surface of the cornea.
  • This makes it possible to calculate surface points independently by known triangulation methods is described for example in EP 811352 B1.
  • This method has the advantage that almost no scattering on the tear film in front of the cornea occurs and the signals are not influenced thereby.
  • the disadvantage of this method is the long measuring time, which is due to the sampling process.
  • a long-known and predominantly used method for measuring the corneal surface shape uses so-called keratometers or keratographs.
  • Concentric rings the so-called placido rings
  • the reflected signals are recorded and evaluated with a camera.
  • a disc is arranged with circular, mutually concentric slots, in the center of which a camera is placed.
  • the reflected ring pattern detected by the camera is distorted.
  • the distortions of the rings must be compared with a known shape, which is usually chosen as a sphere with a radius of 7.8 mm.
  • this method has the advantage that only one single image is required for measuring the corneal surface shape, which involves a large amount of data points at a high spatial resolution Recording is necessary, eye movements have no effect on the accuracy of the measurement.
  • a disadvantage of such solutions is that the images taken by the camera contain an image of the eye, in particular its iris, and the reflection image of the placido rings projected onto the tear film in front of the cornea as an overlay.
  • the evaluation algorithm must correctly recognize the Placido rings. The problem may arise here that the superimposed iris structure disturbs the recognition of the Placido rings, since under certain circumstances the pupil margin can be confused with the rings.
  • images of the eye are usually desired that do not contain placido-ring structures.
  • This requirement can be met either by "ring-free" imaging of the eye using an additional illumination unit, or the iris information is derived from the ring image by eliminating the ring structure from the image Eye's additional illumination unit must illuminate the iris sufficiently obliquely to create sufficient contrast so that the illumination unit would be located within the placido-ring structure. A uniform, as close as possible Placido ring structure would be considerably more difficult. The elimination of the ring structure from the image can be done with some effort software, but with a reduction of information and thus the accuracy is expected.
  • the present invention has for its object to develop a solution for determining the surface shape of the cornea of an eye by evaluating the mirror images of spatially distributed patterns, which both images of the eye with the specular pattern and without the mirroring Pattern with a high spatial resolution, at a high accuracy provides.
  • the device according to the invention for determining the surface shape of the cornea of an eye by evaluating the mirror images of spatially distributed patterns comprises at least one unit for displaying or illuminating the distributed pattern, an image acquisition unit and a control and evaluation unit connected to both units.
  • the unit for displaying or illuminating the distributed pattern is designed such that the distributed pattern can be separately activated by the control and evaluation unit in two complementary sub-patterns.
  • the image acquisition unit is designed so that in a short time sequence, an image of the eye is taken for each activated sub-pattern and forwarded to the evaluation to the control and evaluation.
  • the control and evaluation unit determines therefrom an image of the eye with and / or without a symmetrical pattern.
  • the proposed technical solution serves primarily to determine the surface shape of the cornea of an eye by evaluating the mirror images of spatially distributed symmetrical patterns and the image of the eye required in this context without the specular pattern. With appropriate conditions, the proposed solution can also be integrated into existing keratometers or keratographs.
  • a significant advantage of the keratometer or keratograph compared to the ophthalmometer measurement lies in the number of measurement points. While only a few measuring points (two central, four peripheral) are to be recorded in the case of an ophthalmometer measurement, with keratometers or keratographs between 10,000 and 30,000 measuring points are recorded, depending on the device. Keratometers or Keratographs were originally developed for corneal surgery. The solution we propose has the following main tasks:
  • Figure 1a and b Images of the eye with even or odd-numbered Placido rings
  • Figure 2 the resulting image of the eye with placido-ring system for surface topography
  • Figure 3 the resulting image of the eye without placido-ring system for registration of the eye.
  • the device according to the invention for determining the surface shape of the cornea of an eye by evaluating the mirror images of spatially distributed patterns comprises at least one unit for displaying or illuminating the distributed pattern, an image acquisition unit and a control and evaluation unit connected to both units.
  • the unit for displaying or illuminating the distributed pattern is designed such that the distributed pattern can be separately activated by the control and evaluation unit in two complementary sub-patterns.
  • the image acquisition unit is designed to that an image of the eye is recorded for each activated partial pattern in a short time sequence and forwarded to the control and evaluation unit for evaluation.
  • the control and evaluation unit determines therefrom an image of the eye with and / or without a distributed pattern.
  • surface emitters for example in the form of OLEDs, can be used, on which corresponding placido-ring systems are represented.
  • the representation of the ring structures on the Placidoinnenseite done with the help of scanners, which map the various complementary patterns by targeted control.
  • two sideways radiating optical fibers are used for the representation of the distributed patterns, the optical fibers having to ensure a uniform lateral radiation power in the fiber direction.
  • the even-numbered and from a second fiber the odd-numbered placidor rings are formed to represent a placido-ring system of a first fiber, the change to other radii are covered accordingly.
  • the two optical fibers form two interlaced spirals.
  • Another embodiment is based for example on the representation of the ring structures on the Placidoinnenseite using a lamp and corresponding aperture or slides. To display different partial patterns, corresponding diaphragm changers or displacement units are used.
  • the iris of the eye is completely illuminated by the spatially distributed pattern, with the illumination incident obliquely enough to achieve a suitable contrast in the iris recognition.
  • the unit for displaying or illuminating the complementary partial pattern has a device for changing the illuminance. In this way existing differences in illuminance of the complementary partial patterns can be compensated.
  • the spatially distributed pattern projected onto the eye is a placido-ring system with n rings, the pico-ring system preferably securing n> 10 for the accuracy and resolution required for determining the surface shape Having rings.
  • the placido-ring system is split into the two separately activatable groups, with the sum of the placido rings being a complementary n-ring placido ring system.
  • the division takes place in such a way that the individual placido rings of the placido-ring system from the inside to the outside seeks alternately into the two separately activatable groups are distributed with even or odd-numbered Placido rings.
  • the image recording unit is designed such that it is activated by the control and evaluation unit in synchronism with the respective group with even- or odd-numbered placido rings in order to keep the time sequence of the image of the eye to be recorded as low as possible.
  • the shortest possible time sequence for the two shots is crucial in terms of possible eye movements.
  • the unit for displaying or illuminating the distributed pattern can quickly switch between the complementary groups.
  • the complementary illumination patterns must not overlap with respect to their mirror images on the cornea. In principle, more than two mutually complementary groups are conceivable, but this offers no further advantage.
  • two images of the eye are taken immediately after one another by the image recording unit, whereby the control and evaluation unit sequentially activates the respective groups with even- or odd-numbered placido rings.
  • the control and evaluation unit sequentially activates the respective groups with even- or odd-numbered placido rings.
  • the two images B G (x, y) and Bu (x, y) with complementary ring structures form the basis for the extraction of the respective information.
  • the control and evaluation unit determines an image of the eye with Placido-Ring system by subtracting the images with even-numbered Placido rings B G (x, y) and odd-numbered Placido rings Bu (x, y) from one another:
  • Subtraction eliminates image components of the eye and especially the iris. However, the Placido rings are preserved, since they do not overlap. Rather, the Placido rings of both recordings are complemented to form a complete Placido ring system. Amount formation of the difference image ensures that all gray values of the rings have a positive value.
  • the control and evaluation unit determines an image of the eye without placido ring system by adding the images with even Placido rings BG (X, y) and odd Placido rings Bu (x, y) pointwise and of which the resulting Subtract image for the surface topography B ⁇ (x, y):
  • control and evaluation unit is able to analyze in the two complementary images a suitable common immutable feature, so as to detect any relative displacement of the two images due to an eye movement.
  • the relative displacement of the two images thus detected as a result of an eye movement can be corrected by the control and evaluation unit before further analysis. But it is also possible that the detected as a result of eye movement, relative displacement of the two images is compared by the control unit with a predetermined tolerance value, in the result of which the captured image pair is discarded or the whren analysis is supplied.
  • a distributed pattern, illuminated or reflected in the eye is picked up by an image acquisition unit and forwarded to an evaluation unit, both units having the control and evaluation unit are connected.
  • the distributed pattern represented or illuminated by the unit is controlled by the control and evaluation unit so that it is activated separately in two complementary sub-patterns.
  • the image acquisition unit takes in a short time sequence on an image of the eye for each of the activated partial patterns and forwards them to the evaluation to the control and evaluation unit, which determines therefrom an image of the eye with and / or without a distributed pattern.
  • surface emitters for example in the form of OLEDs, which represent the corresponding placido-ring system can be used.
  • scanners are used to represent the ring structures on the Placidoinnenseite that represent the various complementary patterns by targeted control.
  • two sideways radiating optical fibers are used for the representation of the distributed patterns, the optical fibers having to ensure a uniform lateral radiation power in the fiber direction.
  • the two optical fibers form two interlaced spirals.
  • Another embodiment is based for example on the representation of the ring structures on the Placidoinnenseite using a lamp and corresponding aperture or slides. To display different partial patterns, corresponding diaphragm changers or displacement units are used.
  • the iris of the eye is completely illuminated by the spatially distributed pattern, with the illumination incident obliquely enough to achieve a suitable contrast in the iris recognition.
  • the illuminance of the unit for displaying or illuminating the complementary partial patterns can be changed so that existing differences in the illuminance of the complementary partial patterns can be compensated.
  • a placido-ring system is used as the symmetrical pattern, which is reflected in the eye.
  • the placido-ring system preferably has n> 10 rings for securing the accuracy and resolution required for the topography.
  • the placido-ring system is split into the two separately activatable groups, with the sum of the placido rings being a complementary n-ring placido ring system.
  • the division is carried out in such a way that the individual placido rings of the placido-ring system viewed from the inside to the outside, are distributed alternately into the two separately activatable groups with even or odd-numbered placido rings.
  • the image recording unit is designed such that it is activated by the control and evaluation unit in synchronism with the respective group with even- or odd-numbered placido rings in order to keep the time sequence of the image of the eye to be recorded as low as possible.
  • the shortest possible time sequence for the two shots is crucial in terms of possible eye movements.
  • the unit for displaying or illuminating the spatially distributed pattern can quickly switch between the complementary groups.
  • the complementary illumination patterns must not overlap with respect to their mirror images on the cornea. In principle, more than two mutually complementary groups are conceivable, but this offers no further advantage.
  • two images of the eye are taken immediately after one another by the image recording unit, whereby the control and evaluation unit sequentially activates the respective groups with even- or odd-numbered placido rings. From the image acquisition unit thus two shots of the eye with the two complementary groups of Placido rings recorded in a short time.
  • the two images B G (x, y) and Bu (x, y) with complementary ring structures form the basis for the extraction of the respective information.
  • the control and evaluation unit determines an image of the eye with Placido-Ring system by subtracting the images with even-numbered Placido rings B G (x, y) and odd-numbered Placido rings Bu (x, y) from one another:
  • the amount of this subtraction forms the resulting image B ⁇ (x, y) for the determination of the surface shape.
  • a resulting image B ⁇ (x, y) is shown in FIG. 2.
  • Subtraction eliminates image components of the eye and especially the iris. However, the Placido rings are preserved, since they do not overlap. Rather, the Placido rings of both recordings are complemented to form a complete Placido ring system. Amount formation of the difference image ensures that all gray values of the rings have a positive value.
  • the control and evaluation unit determines an image of the eye without a Placido ring system by adding the images with even Placido rings B G (X, y) and odd Placido rings Bu (x, y) pointwise and of which resulting image for the surface topography B ⁇ (x, y) are subtracted:
  • a suitable common immutable feature is analyzed by the control and evaluation unit in the two complementary images so as to detect any relative displacement of the two images due to an eye movement.
  • the relative displacement of the two images thus detected as a result of an eye movement can be corrected by the control and evaluation unit before further analysis.
  • the detected as a result of eye movement, relative displacement of the two images is compared by the control unit with a predetermined tolerance value, in the result of which the captured image pair is discarded or the whren analysis is supplied.
  • an apparatus and a method for determining the surface shape of the cornea of an eye are provided by evaluating the mirror images of spatially distributed patterns with which both images of the eye with the specular pattern and without the specular pattern with a high spatial resolution, with high accuracy are possible.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht mindestens aus einer Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung räumlich verteilter Muster, einer Bildaufnahmeeinheit und einer mit beiden Einheiten verbundenen Steuer- und Auswerteeinheit. Dabei ist die Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung des verteilten Musters so ausgebildet, dass das verteilte Muster von der Steuer- und Auswerteeinheit in zwei komplementären Teilmustern separat aktivierbar ist. Von der Bildaufnahmeeinheit werden in kurzer Zeitfolge ein Bild des Auges für jedes aktivierte Teilmuster aufgenommen und zur Auswertung an die Steuer- und Auswerteeinheit weitergeleitet, die daraus ein Bild des Auges mit und/oder ohne verteiltes Muster ermittelt. Die technische Lösung dient in erster Linie der Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilter Muster und der in diesem Zusammenhang geforderten Abbildung des Auges ohne das sich spiegelnde Muster.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilter Muster
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilter Muster. Von der Vorrichtung werden sowohl Abbilder des Auges mit dem sich spiegelnden Muster, d. h. zur Bestimmung der Oberflächenform, als auch ohne dem sich spiegelnden Muster bereit gestellt, so dass das Auge für die Bestimmung der Oberflächenform registriert werden kann.
Unter dem Begriff Keratometrie ist die Vermessung von Form und Gestalt der Hornhaut des Auges zu verstehen. Mit einem Ophthalmometer (auch Kerato- meter) werden die Krümmungsradien der Hornhaut zentral und in der Peripherie ermittelt. Die gemessenen Radien sind die beispielsweise Grundlage für die Anpassung von Kontaktlinsen. Eine besondere Form der Keratometrie ist die Topometrie. Hier werden mit speziellen Verfahren die zentralen und peripheren Krümmungsradien der Hornhaut gemessen und mathematisch ausgewertet.
Die Oberflächenvermessung der Hornhaut des menschlichen Auges erweist sich dahingehend schwierig, dass die Hornhaut transparent ist und sichtbares Licht nicht in nennenswertem Maße rückgestreut wird.
Die Hornhaut (Kornea) ist der vorderste Abschnitt des Auges und weist eine vorgewölbte, spezifische Geometrie auf. Um diese geometrische Form der Hornhautvorderfläche in ihrer Gesamtheit zu erfassen bedient man sich der Topographie. Die Vorderflächenform kann dabei variieren, wobei zwei der wichtigsten und auch allgemein bekanntesten, die sphärische (kugelförmig) und die astigmatische (verkrümmte) Hornhaut sind.
Mit ihrer Brechkraft von über 40 Dioptrien ist die Hornhaut ein maßgeblicher Faktor für die Brechung des in das Auge einfallenden Lichtes. Die Brechkraft der Hornhaut hängt hierbei vorrangig von der Form der Hornhautoberfläche und insbesondere ihrer Kurvatur ab. Die Bestimmung der Form der Hornhautoberfläche ist insbesondere bei den folgenden Einsatzbereichen von größter Wichtigkeit:
• Katarakt-Chirurgie, in Verbindung mit Astigmatismusreduktion,
• Kontaktlinsenanpassung,
• Keratokonuserkennung,
• korneale Astigmatismusbestimmung und
• refraktive Chirurgie.
Bei den chirurgischen Anwendungen ist die Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges sowohl vor als auch nach dem chirurgischen Eingriff wichtig, da die Oberflächenform zur Erkennung von anomalen oder abnormen Formen der Hornhaut geeignet ist.
Nach dem bekannten Stand der Technik sind zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges unterschiedliche Verfahren bekannt.
Ein bekanntes Verfahren zur Vermessung der Hornhautoberfläche ist das sogenannte „Slit-Scan-Verfahren", bei dem ein Lichtstrahl sichtbaren Lichtes in Form eines geraden schmalen Schlitzes nacheinander (abtastend) über den gesamten interessierenden Hornhautabschnitt geführt wird. Dabei wird der Lichtstrahl an der Hornhautoberfläche reflektiert bzw. gebrochen. Der an der Hornhautoberfläche gebrochene Teil des Lichtstrahles durchdringt die Oberfläche und wird an internen Streuzentren gestreut, wobei die auswertbaren Signale von Streuzentren nahe der Hornhautoberfläche stammen. Dadurch ist es möglich, Oberflächenpunkte unabhängig voneinander mittels bekannten Triangulationsverfahren zu berechnen. Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der EP 811352 B1 beschrieben. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass nahezu keine Streuung am Tränenfilm vor der Hornhaut auftritt und die Signale dadurch nicht beeinflusst werden. Der Nachteil bei diesem Verfahren besteht in der langen Messzeit, die durch den Abtastprozess bedingt ist.
Ein seit langem bekanntes und überwiegend eingesetztes Verfahren zur Vermessung der Hornhautoberflächenform verwendet sogenannte Keratometer oder Keratographen. Hierbei werden konzentrische Ringe, die sogenannten Placido-Ringe, durch den Tränenfilm vor der Hornhaut abgebildet und die reflektierten Signale mit einer Kamera aufgenommen und ausgewertet. Zwischen dem Auge und der Beleuchtungseinrichtung wird eine Scheibe mit kreisförmigen, zueinander konzentrischen Schlitzen angeordnet, in deren Zentrum eine Kamera platziert ist. In Abhängigkeit der Kurvatur der Hornhaut ist das von der Kamera detektierte reflektierte Ringmuster verzerrt. Um aus diesen Reflexionssignalen eine Bestimmung der Kurvatur zu erhalten, müssen die Verzerrungen der Ringe mit einer bekannten Form verglichen werden, die üblicherweise als eine Kugel mit einem Radius von 7,8 mm gewählt ist. Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der Schrift US 4,685,140 A beschrieben.
In den Schriften US 6,575,573 B2 und US 6,692,126 B1 werden Lösungen zu Ophthalmometern (auch Keratometern) beschrieben, die durch eine Spalt- Beleuchtungseinheit ergänzt sind. Während die Abbildung von Placido-Ring- Systemen zur Messung der Oberflächenkrümmung der Hornhaut des Auges vorgesehen ist, werden mit der Spalt-Beleuchtungseinheit Schnittbilder des Auges erzeugt, aus denen die Dicke der Hornhaut des Auges bestimmt werden kann. Im Ergebnis dieser Kombination kann ein Hornhaut-Dicken-Profil ermittelt werden.
Im Hinblick auf das bereits beschriebene „Slit-Scan-Verfahren" hat dieses Verfahren den Vorteil, dass zur Vermessung der Hornhautoberflächenform nur eine einzige Aufnahme erforderlich ist, die bei einer hohen räumlichen Auflösung eine große Menge an Datenpunkten beinhaltet. Dadurch dass nur eine einzige Aufnahme erforderlich ist, haben Augenbewegungen keine Auswirkung auf die Genauigkeit der Messung.
Ein Nachteil derartiger Lösungen ist darin zu sehen, dass die von der Kamera aufgenommenen Bilder ein Abbild des Auges, insbesondere dessen Iris und das Reflexbild der auf den Tränenfilm vor der Hornhaut projizieren Placido- Ringe als Überlagerung enthält. Für eine exakte Bestimmung der Oberflächentopographie des Auges muss der Auswertealgorithmus die Placido-Ringe jedoch einwandfrei erkennen. Hierbei kann das Problem auftreten, dass die überlagerte Irisstruktur die Erkennung der Placido-Ringe stört, da unter Umständen der Pupillenrand mit den Ringen verwechselt werden kann.
Für eine Registrierung bzw. Archivierung der zu untersuchenden Augen werden in der Regel Aufnahmen des Auges gewünscht, die keine Placido-Ring- Strukturen enthalten.
Diese Forderung kann entweder durch eine „ringfreie" Abbildung des Auges mit Hilfe einer zusätzlichen Beleuchtungseinheit erfüllt werden, oder die Iris- Informationen werden aus dem Ringbild abgeleitet, indem man die Ring- Struktur aus dem Bild eliminiert. Die für eine „ringfreie" Abbildung des Auges zusätzliche Beleuchtungseinheit muss die Iris genügend schräg beleuchten, um einen ausreichenden Kontrast zu erzeugen, so dass die Beleuchtungseinheit innerhalb der Placido-Ring-Struktur anzuordnen wäre. Eine gleichmäßige, möglichst enge Placido-Ring-Struktur würde dadurch erheblich erschwert. Die Eliminierung der Ring-Struktur aus dem Bild kann mit einigem Aufwand softwaretechnisch erfolgen, wobei allerdings mit einer Reduzierung von Informationen und damit der Genauigkeit zu rechnen ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilter Muster zu entwickeln, welche sowohl Abbilder des Auges mit dem sich spiegelnden Muster als auch ohne das sich spiegelnde Muster mit einer hohen räumlichen Auflösung, bei einer hohen Genauigkeit zur Verfügung stellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilter Muster besteht mindestens aus einer Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung des verteilten Musters, einer Bildaufnahmeeinheit und einer mit beiden Einheiten verbundenen Steuer- und Auswerteeinheit. Dabei ist die Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung des verteilten Musters so ausgebildet, dass das verteilte Muster von der Steuer- und Auswerteeinheit in zwei komplementären Teilmustern separat aktivierbar ist. Die Bildaufnahmeeinheit ist dazu so ausgeführt, dass in kurzer Zeitfolge ein Bild des Auges für jedes aktivierte Teilmuster aufgenommen und zur Auswertung an die Steuer- und Auswerteeinheit weitergeleitet wird. Von der Steuer- und Auswerteeinheit wird daraus ein Bild des Auges mit und/oder ohne symmetrisches Muster ermittelt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorgeschlagene technische Lösung dient in erster Linie der Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilter symmetrischer Muster und der in diesem Zusammenhang geforderten Abbildung des Auges ohne das sich spiegelnde Muster. Bei entsprechenden Voraussetzungen kann die vorgeschlagene Lösung auch in bereits vorhandene Keratometer bzw. Keratographen integriert werden.
Ein wesentlicher Vorteil der Keratometer bzw. Keratographen im Vergleich zur Ophthalmometermessung liegt in der Anzahl der Messpunkte. Während bei einer Ophthalmometermessung nur wenige Messpunkte (zwei zentrale, vier periphere) zu erfassen sind, werden bei Keratometer bzw. Keratographen je nach Gerät 10.000 bis 30.000 Messpunkte erfasst. Keratometer bzw. Keratographen wurden ursprünglich für die Hornhautchirurgie entwickelt. Durch die von uns vorgeschlagene Lösung ergeben sich folgende hauptsächlichen Aufgaben:
• Verwendung der Informationen der Topographie-Messung zur refraktiven Hornhautkorrektur, insbesondere customized Ablation,
• Verwendung des so extrahierten Irisbildes zur Registrierung bei der refraktiven Hornhaut-Chirurgie und
• Verwendung zur besseren Pupillenerkennung (Pupillometrie).
Grundsätzlich ist die von uns vorgeschlagene technische Lösung auch zur Kontaktlinsenanpassung verwendbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigen
Figur 1a und b: Aufnahmen des Auges mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen
Figur 2: das resultierende Bild des Auges mit Placido-Ring-System zur Oberflächentopographie und
Figur 3: das resultierende Bild des Auges ohne Placido-Ring-System zur Registrierung des Auges.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilter Muster besteht mindestens aus einer Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung des verteilten Musters, einer Bildaufnahmeeinheit und einer mit beiden Einheiten verbundenen Steuer- und Auswerteeinheit. Dabei ist die Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung des verteilten Musters so ausgebildet, dass das verteilte Muster von der Steuer- und Auswerteeinheit in zwei komplementären Teilmustern separat aktivierbar ist. Die Bildaufnahmeeinheit ist dazu so ausgeführt, dass in kurzer Zeitfolge ein Bild des Auges für jedes aktivierte Teilmuster aufgenommen und zur Auswertung an die Steuer- und Auswerteeinheit weitergeleitet wird. Von der Steuer- und Auswerteeinheit wird daraus ein Bild des Auges mit und/oder ohne verteiltes Muster ermittelt.
Für die Ausführung der Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung des verteilten Musters sind die unterschiedlichsten Lösungen möglich, wobei im Folgenden auf einige wenige Varianten kurz eingegangen wird. Zum Einsatz können hierbei Einzel- oder Flächenstrahler, Scannersysteme oder auch seitlich strahlende, optische Fasern kommen.
So können in einer ersten Ausführung hinter den ringförmigen, als Diffusor wirkenden Fenstern der Placidoscheibe LED-Ketten verwendet werden. Zwischen den für jeden separaten Ring vorhandenen LED-Ketten sind entsprechende Abgrenzungen zu den Nachbarringen vorzusehen. Durch die Verwendung sehr kleiner SMD-LEDs kann auf Abgrenzungen eventuell verzichtet werden.
In einer zweiten Ausführung können Flächenemitter, beispielsweise in Form von OLEDs verwendet werden, auf denen entsprechende Placido-Ring-Systeme dargestellt werden.
In einer dritten Ausgestaltung erfolgt die Darstellung der Ringstrukturen auf die Placidoinnenseite mit Hilfe von Scannern, die durch gezielte Ansteuerung die verschiedenen komplementärer Muster abbilden.
In einer vierten Ausgestaltung werden für die Darstellung der verteilten Muster zwei seitwärts abstrahlende, optische Fasern verwendet, wobei die optischen Fasern in Faserrichtung eine gleichmäßige seitliche Abstrahlleistung gewährleisten müssen. In einer ersten Ausgestaltung werden zur Darstellung eines Placido-Ring-Systems von einer ersten Faser die geradzahligen und von einer zweiten Faser die ungeradzahligen Placidoringe gebildet, wobei der Wechsel auf andere Radien entsprechend abgedeckt werden. In einer zweiten Ausges- taltung bilden die beiden optischen Fasern zwei ineinander verschränkte Spiralen.
Eine weitere Ausführungsform basiert beispielsweise auf der Darstellung der Ringstrukturen auf die Placidoinnenseite mit Hilfe einer Lampe und entsprechenden Blenden oder Dias. Zur Darstellung unterschiedlicher Teilmuster werden entsprechende Blendenwechsler bzw. Verschiebeinheiten verwendet.
Die Iris des Auges wird von dem räumlich verteilten Muster vollständig beleuchtet, wobei die Beleuchtung genügend schräg einfällt, um einen geeigneten Kontrast bei der Iriserkennung zu erreichen.
Als Muster sind dabei verschiedene Geometrien denkbar, die die Voraussetzung erfüllen, dass sie sich auf dem Auge nicht überlagern, dass sie sich in annähern gleichgroße Teilgeometrien mit ähnlicher Beleuchtungsstärke aufteilen lassen und dass sie zur Ermittlung der Oberflächenform der Kornea eines Auges geeignet sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung verfügt die Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung der komplementären Teilmuster über eine Vorrichtung zur Veränderung der Beleuchtungsstärke. So können vorhandene Unterschiede in der Beleuchtungsstärke der komplementären Teilmuster ausgeglichen werden.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist das auf das Auge projizierte, räumlich verteilte Muster ein Placido-Ring-System mit n Ringen, wobei das PIa- cido-Ring-System zur Sicherung der für die Ermittlung der Oberflächenform erforderlichen Genauigkeit und Auflösung vorzugsweise n>10 Ringe aufweist.
Das Placido-Ring-System wird in die zwei, separat aktivierbare Gruppen aufgeteilt, wobei die Summe der Placido-Ringe ein komplementäres Placido-Ring- System mit n Ringen darstellen. Dabei erfolgt die Aufteilung derart, dass die einzelnen Placido-Ringe des Placido-Ring-Systems von innen nach außen be- trachtet, alternierend in die zwei separat aktivierbaren Gruppen mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen verteilt sind.
Die Bildaufnahmeeinheit ist so ausgeführt, dass diese von der Steuer- und Auswerteeinheit synchron zur jeweiligen Gruppe mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen aktiviert wird, um die Zeitfolge der aufzunehmenden Bild des Auges so gering wie möglich zu halten. Eine möglichst kurze Zeitfolge für die beiden Aufnahmen ist in Hinblick auf mögliche Augenbewegungen von entscheidender Bedeutung.
Entscheidend hierbei ist, dass die Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung des verteilten Musters schnell zwischen den komplementären Gruppen wechseln kann. Selbstverständlich gilt entsprechendes für die Bildaufnahmeeinheit, die die beiden Aufnahmen möglichst ohne Zeitverzug realisiert.
Die komplementären Beleuchtungsmuster dürfen hinsichtlich ihrer Spiegelbilder auf der Kornea nicht überlappen. Prinzipiell sind auch mehr als zwei zueinander komplementäre Gruppen denkbar, was jedoch keinen weiteren Vorteil bietet.
Im Unterschied zum beschriebenen Stand der Technik werden von der Bildaufnahmeeinheit zwei Aufnahmen des Auges unmittelbar hintereinander aufgenommen, wobei von der Steuer- und Auswerteeinheit nacheinander die jeweiligen Gruppen mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen aktiviert werden. Von der Bildaufnahmeeinheit werden somit zwei Aufnahmen des Auges mit den zwei komplementären Gruppen von Placido- Ringen in kurzer Zeitfolge aufgenommen.
Die Figuren 1a und 1 b zeigen Aufnahmen des Auges mit den beiden separat aktivierbaren Gruppen von Placido-Ringen. Während die Figur 1a die Aufnahme des Auges mit geradzahligen Placido-Ringen BG(X, y) enthält, zeigt Figur 1b eine Aufnahme des Auges mit ungeradzahligen Placido-Ringen Bu(x, y). Aufgrund der gleichmäßigen Intensität der einzelnen Placidoringe und der gro- ßen Anzahl von beispielsweise n=22 sind die Aufnahmen des Auges mit beiden Gruppen von Placido-Ringen sehr ähnlich. Wie der Gegenüberstellung der beiden Figuren 1a und 1b zu entnehmen ist, handelt sind die beiden Gruppen von Placido-Ringen komplementär zueinander, so dass sie sich zu einem gleichmäßigen, gut auswertbaren Muster ergänzen.
Die beiden Aufnahmen BG(x, y) und Bu(x, y) mit komplementären Ringstrukturen (gemäß der Figuren 1a und 1 b) bilden die Grundlage für die Extraktion der jeweiligen Informationen.
Resultierendes Bild für die Ermittlung der Oberflächen form:
Von der Steuer- und Auswerteeinheit wird ein Bild des Auges mit Placido-Ring- System ermittelt, indem die Bilder mit geradzahligen Placido-Ringen BG(x, y) und ungeradzahligen Placido-Ringen Bu(x, y) punktweise voneinander subtrahiert werden:
Bτ(x, y) = I Bu(X, y) - BG (x, y) I (1 )
Der Betrag dieser Subtraktion bildet das resultierende Bild Bτ(x, y) für die Ermittlung der Oberflächenform. Ein derartiges, resultierendes Bild Bτ(x, y) zeigt die Figur 2.
Durch die Subtraktion werden Bildanteile des Auges und insbesondere der Iris eliminiert. Die Placido-Ringe bleiben jedoch erhalten, da sich diese ja nicht ü- berdecken. Vielmehr werden die Placido-Ringe beider Aufnahmen zu einem kompletten Placido-Ring-System ergänzt. Durch Betragsbildung des Differenzbildes wird erreicht, dass alle Grauwerte der Ringe einen positiven Wert aufweisen.
Resultierendes Bild für die Registrierung: Von der Steuer- und Auswerteeinheit wird ein Bild des Auges ohne Placido- Ring-System ermittelt, indem die Bilder mit geradzahligen Placido-Ringen BG(X, y) und ungeradzahligen Placido-Ringen Bu(x, y) punktweise addiert und davon das resultierende Bild für die Oberflächentopographie Bτ(x, y) subtrahiert werden:
Bι(x, y) = Bu(X, y) + B6 (X, y) - Bτ(x, y) (2)
Das Ergebnis dieser Berechnung Bι(x, y) bildet das resultierende Bild des Auges zur Registrierung. Ein derartiges, resultierendes Bild Bι(x, y) zeigt die Figur 3.
Durch diese Berechnung werden die Bildanteile des Auges verdoppelt (addiert), während die durch die Addition zu einem gesamten Placido-Ring-System ergänzten Bildanteile durch die anschließende Subtraktion des resultierenden Bildes Bτ(x, y) eliminiert werden. Ergebnis ist ein Bild des Auges mit der Irisstruktur von hoher Qualität.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Steuer- und Auswerteeinheit in der Lage, in den beiden komplementären Bildern ein geeignetes gemeinsames unveränderliches Merkmal zu analysieren, um so eine eventuell erfolgte relative Verschiebung der beiden Bilder infolge einer Augenbewegung zu erfassen.
Die so infolge einer Augenbewegung erfasste, relative Verschiebung beiden Bilder kann von der Steuer- und Auswerteeinheit vor einer weiteren Analyse korrigiert werden. Es ist aber auch möglich, dass die infolge einer Augenbewegung erfasste, relative Verschiebung beiden Bilder von der Steuereinheit mit einem vorgegebenen Toleranzwert verglichen wird, in dessen Ergebnis das aufgenommene Bildpaar verworfen oder der weitren Analyse zugeführt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilter Muster wird ein verteiltes, von einer Einheit dargestellte oder beleuchtete, sich im Auge spiegelnde, Muster von einer Bildaufnahmeeinheit aufgenommen und an eine Auswerteeinheit weitergeleitet, wobei beide Einheiten mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbundenen sind. Das von der Einheit dargestellte oder beleuchtete verteilte Muster wird von der Steuer- und Auswerteeinheit so gesteuert, dass es in zwei komplementären Teilmustern separat aktiviert wird. Die Bildaufnahmeeinheit nimmt in kurzer Zeitfolge ein Bild des Auges für jedes der aktivierten Teilmuster auf und leitet diese zur Auswertung an die Steuer- und Auswerteeinheit weiter, die daraus ein Bild des Auges mit und/oder ohne verteiltes Muster ermittelt.
Für die Darstellung oder Beleuchtung des räumlich verteilten Musters sind die unterschiedlichsten Lösungen möglich, wobei im Folgenden auf einige wenige Varianten kurz eingegangen wird.
So können in einer ersten Ausführung hinter den ringförmigen, als Diffusor wirkenden Fenstern der Placidoscheibe LED-Ketten verwendet werden und so das Placido-Ring-System beleuchten. Zwischen den für jeden separaten Ring vorhandenen LED-Ketten sind entsprechende Abgrenzungen zu den Nachbarringen vorzusehen. Durch die Verwendung sehr kleiner SMD-LEDs kann auf Abgrenzungen eventuell verzichtet werden.
In einer zweiten Ausführung können Flächenemitter, beispielsweise in Form von OLEDs verwendet werden, die das entsprechende Placido-Ring-System darstellen.
In einer dritten Ausgestaltung werden zur Darstellung der Ringstrukturen auf der Placidoinnenseite Scanner verwendet, die durch gezielte Ansteuerung die verschiedenen komplementärer Muster darstellen. In einer vierten Ausgestaltung werden für die Darstellung der verteilten Muster zwei seitwärts abstrahlende, optische Fasern verwendet, wobei die optischen Fasern in Faserrichtung eine gleichmäßige seitliche Abstrahlleistung gewährleisten müssen. In einer ersten Ausgestaltung werden zur Darstellung eines Placido-Ring-Systems von einer ersten Faser die geradzahligen und von einer zweiten Faser die ungeradzahligen Placidohnge gebildet, wobei der Wechsel auf andere Radien entsprechend abgedeckt werden. In einer zweiten Ausgestaltung bilden die beiden optischen Fasern zwei ineinander verschränkte Spiralen.
Eine weitere Ausführungsform basiert beispielsweise auf der Darstellung der Ringstrukturen auf die Placidoinnenseite mit Hilfe einer Lampe und entsprechenden Blenden oder Dias. Zur Darstellung unterschiedlicher Teilmuster werden entsprechende Blendenwechsler bzw. Verschiebeinheiten verwendet.
Die Iris des Auges wird von dem räumlich verteilten Muster vollständig beleuchtet, wobei die Beleuchtung genügend schräg einfällt, um einen geeigneten Kontrast bei der Iriserkennung zu erreichen.
Als Muster sind dabei verschiedene Geometrien denkbar, die die Voraussetzung erfüllen, dass sie sich auf dem Auge nicht überlagern, dass sie sich in annähern gleichgroße Teilgeometrien mit ähnlicher Beleuchtungsstärke aufteilen lassen und dass sie zur Ermittlung der Oberflächenform der Kornea eines Auges geeignet sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist die Beleuchtungsstärke der Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung der komplementären Teilmuster veränderbar, so dass vorhandene Unterschiede in der Beleuchtungsstärke der komplementären Teilmuster ausgeglichen werden können.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird als symmetrisches Muster ein Placido-Ring-System verwendet, welches sich im Auge spie- gelt. Dabei wiest das Placido-Ring-System zur Sicherung der für die Topographie erforderlichen Genauigkeit und Auflösung vorzugsweise n>10 Ringe auf.
Das Placido-Ring-System wird in die zwei, separat aktivierbare Gruppen aufgeteilt, wobei die Summe der Placido-Ringe ein komplementäres Placido-Ring- System mit n Ringen darstellen. Dabei erfolgt die Aufteilung derart, dass die einzelnen Placido-Ringe des Placido-Ring-Systems von innen nach außen betrachtet, alternierend in die zwei separat aktivierbaren Gruppen mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen verteilt sind.
Die Bildaufnahmeeinheit ist so ausgeführt, dass diese von der Steuer- und Auswerteeinheit synchron zur jeweiligen Gruppe mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen aktiviert wird, um die Zeitfolge der aufzunehmenden Bild des Auges so gering wie möglich zu halten. Eine möglichst kurze Zeitfolge für die beiden Aufnahmen ist in Hinblick auf mögliche Augenbewegungen von entscheidender Bedeutung.
Entscheidend hierbei ist, dass die Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung des räumlich verteilten Musters schnell zwischen den komplementären Gruppen wechseln kann. Selbstverständlich gilt entsprechendes für die Bildaufnahmeeinheit, die die beiden Aufnahmen möglichst ohne Zeitverzug realisiert.
Die komplementären Beleuchtungsmuster dürfen hinsichtlich ihrer Spiegelbilder auf der Kornea nicht überlappen. Prinzipiell sind auch mehr als zwei zueinander komplementäre Gruppen denkbar, was jedoch keinen weiteren Vorteil bietet.
Im Unterschied zum beschriebenen Stand der Technik werden von der Bildaufnahmeeinheit zwei Aufnahmen des Auges unmittelbar hintereinander aufgenommen, wobei von der Steuer- und Auswerteeinheit nacheinander die jeweiligen Gruppen mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen aktiviert werden. Von der Bildaufnahmeeinheit werden somit zwei Aufnahmen des Auges mit den zwei komplementären Gruppen von Placido- Ringen in kurzer Zeitfolge aufgenommen.
Die Figuren 1a und 1 b zeigen Aufnahmen des Auges mit den beiden separat aktivierbaren Gruppen von Placido-Ringen. Während die Figur 1a die Aufnahme des Auges mit geradzahligen Placido-Ringen BG(X, y) enthält, zeigt Figur 1b eine Aufnahme des Auges mit ungeradzahligen Placido-Ringen Bu(x, y). Aufgrund der gleichmäßigen Intensität der einzelnen Placidoringe und der großen Anzahl von beispielsweise n=22 sind die Aufnahmen des Auges mit beiden Gruppen von Placido-Ringen sehr ähnlich. Wie der Gegenüberstellung der beiden Figuren 1a und 1b zu entnehmen ist, handelt sind die beiden Gruppen von Placido-Ringen komplementär zueinander, so dass sie sich zu einem gleichmäßigen, gut auswertbaren Muster ergänzen.
Die beiden Aufnahmen BG(x, y) und Bu(x, y) mit komplementären Ringstrukturen (gemäß der Figuren 1a und 1 b) bilden die Grundlage für die Extraktion der jeweiligen Informationen.
Bestimmen eines resultierenden Bildes für die Ermittlung der Oberflächen form:
Von der Steuer- und Auswerteeinheit wird ein Bild des Auges mit Placido-Ring- System ermittelt, indem die Bilder mit geradzahligen Placido-Ringen BG(x, y) und ungeradzahligen Placido-Ringen Bu(x, y) punktweise voneinander subtrahiert werden:
BT(X1 y) = I Bu(X, y) - B6 (x, y) I (1 )
Der Betrag dieser Subtraktion bildet das resultierende Bild Bτ(x, y) für die Ermittlung der Oberflächenform. Ein derartiges, resultierendes Bild Bτ(x, y) zeigt die Figur 2. Durch die Subtraktion werden Bildanteile des Auges und insbesondere der Iris eliminiert. Die Placido-Ringe bleiben jedoch erhalten, da sich diese ja nicht ü- berdecken. Vielmehr werden die Placido-Ringe beider Aufnahmen zu einem kompletten Placido-Ring-System ergänzt. Durch Betragsbildung des Differenzbildes wird erreicht, dass alle Grauwerte der Ringe einen positiven Wert aufweisen.
Bestimmen eines resultierenden Bildes für die Registrierung:
Von der Steuer- und Auswerteeinheit wird ein Bild des Auges ohne Placido- Ring-System ermittelt, indem die Bilder mit geradzahligen Placido-Ringen BG(X, y) und ungeradzahligen Placido-Ringen Bu(x, y) punktweise addiert und davon das resultierende Bild für die Oberflächentopographie Bτ(x, y) subtrahiert werden:
Bι(x, y) = Bu(x, y) + BG (x, y) - Bτ(x, y) (2)
Das Ergebnis dieser Berechnung Bι(x, y) bildet das resultierende Bild des Auges zur Registrierung. Ein derartiges, resultierendes Bild Bι(x, y) zeigt die Figur 3.
Durch diese Berechnung werden die Bildanteile des Auges verdoppelt (addiert), während die durch die Addition zu einem gesamten Placido-Ring-System ergänzten Bildanteile durch die anschließende Subtraktion des resultierenden Bildes Bτ(x, y) eliminiert werden. Ergebnis ist ein Bild des Auges mit der Irisstruktur von hoher Qualität.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von der Steuer- und Auswerteeinheit in den beiden komplementären Bilder ein geeignetes gemeinsames unveränderliches Merkmal analysiert, um so eine eventuell erfolgte relative Verschiebung der beiden Bilder infolge einer Augenbewegung zu erfassen. Die so infolge einer Augenbewegung erfasste, relative Verschiebung beiden Bilder kann von der Steuer- und Auswerteeinheit vor einer weiteren Analyse korrigiert werden. Es ist aber auch möglich, dass die infolge einer Augenbewegung erfasste, relative Verschiebung beiden Bilder von der Steuereinheit mit einem vorgegebenen Toleranzwert verglichen wird, in dessen Ergebnis das aufgenommene Bildpaar verworfen oder der weitren Analyse zugeführt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilter Muster zur Verfügung gestellt, mit denen sowohl Abbilder des Auges mit dem sich spiegelnden Muster als auch ohne dem sich spiegelnden Muster mit einer hohen räumlichen Auflösung, bei einer hohen Genauigkeit möglich sind.
Der aus dem Stand der Technik bekannte Nachteil der mitunter problematischen Ringerkennung bei störender Iris, konnte ebenso gelöst werden wie die störenden Ringe bei der Iriserkennung. Auf die Anordnung einer zusätzlichen Beleuchtungsquelle konnte jedoch verzichtet werden.
Auch konnte das Problem der Ringerkennung auf einfache Weise gelöst werden und zwar, ohne dass die Genauigkeit begrenzt und der effektive Messbereiches verkleinert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilter Muster, mindestens bestehend aus einer Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung des verteilten Musters, einer Bildaufnahmeeinheit und einer mit beiden Einheiten verbundenen Steuer- und Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung des verteilten Musters so ausgebildet ist, dass das verteilte Muster von der Steuer- und Auswerteeinheit in zwei komplementären Teilmustern separat aktivierbar sind, dass die Bildaufnahmeeinheit so ausgeführt ist, dass in kurzer Zeitfolge ein Bild des Auges für jedes aktivierte Teilmuster aufgenommen und zur Auswertung an die Steuer- und Auswerteeinheit weitergeleitet wird und daraus von der Steuer- und Auswerteeinheit ein Bild des Auges mit und/oder ohne verteilte Muster ermittelt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zwei separat aktivierbaren, komplementären Teilmuster am Auge eine annähernd gleiche Beleuchtungsstärke aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung der komplementären Teilmuster über eine Vorrichtung zur Veränderung der Beleuchtungsstärke verfügt.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dargestellte oder beleuchtete, sich im Auge spiegelnde, räumlich verteilte Muster ein Placido-Ring-System ist.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der leuchtenden Placido-Ringe des Placido-Ring-Systems Einzel- oder Flächenstrahler, Scannersysteme oder auch seitlich strahlende, optische Fasern Verwendung finden.
1
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in die zwei separat aktivierbaren Gruppen verteilten, einzelnen Placido-Ringe ein komplementäres Placido-Ring-System mit n Ringen darstellen.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Placido-Ring-System zur Sicherung der für die Vermessung der Oberflächenform erforderlichen Genauigkeit und Auflösung n>10 Ringe aufweist.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Placido-Ringe des Placido-Ring- Systems von innen nach außen betrachtet alternierend in die zwei separat aktivierbaren Gruppen mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen verteilt sind.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit so ausgeführt ist, dass diese von der Steuer- und Auswerteeinheit synchron zur jeweiligen Gruppe mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen aktiviert wird, um die Zeitfolge der aufzunehmenden Bilder des Auges so gering wie möglich zu halten.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuer- und Auswerteeinheit ein Bild des Auges mit Placido-Ring-System ermittelt wird, indem die Bilder mit geradzahligen Placido-Ringen und ungeradzahligen Placido-Ringen punktweise voneinander subtrahiert werden
Bτ(x, y) = I Bu(x, y) - BG (X, y) |
wobei Bu(x, y) das Bild mit ungeradzahligen und BG(X, y) das Bild mit ge- radzahligen Placido-Ringen und Bγ(x, y) das resultierende Bild für die Analyse der Oberflächenform darstellen.
11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuer- und Auswerteeinheit ein Bild des Auges ohne Placido-Ring-System ermittelt wird, indem die Bilder mit geradzahligen Placido-Ringen und ungeradzahligen Placido-Ringen punktweise addiert und davon das resultierende Bild für die Analyse der Oberflächenform subtrahiert
Bι(x, y) = Bu(x, y) + BG (x, y) - Bτ(x, y)
wobei Bu(x, y) das Bild mit ungeradzahligen und BG(x, y) das Bild mit geradzahligen Placido-Ringen, Bτ(x, y) das resultierende Bild für die Analyse der Oberflächenform und Bι(x, y) das Bild zur Registrierung darstellen.
12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuer- und Auswerteeinheit in den beiden komplementären Bilder ein geeignetes gemeinsames unveränderliches Merkmal analysiert wird, um so eine eventuell erfolgte relative Verschiebung der beiden Bilder infolge einer Augenbewegung zu erfassen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuer- und Auswerteeinheit eine infolge einer Augenbewegung erfasste, relative Verschiebung beiden Bilder vor einer weiteren Analyse korrigiert wird.
14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuer- und Auswerteeinheit eine infolge einer Augenbewegung erfasste, relative Verschiebung beiden Bilder mit einem vorgegebenen Toleranzwert verglichen wird, in dessen Ergebnis das aufgenommene Bildpaar verworfen oder der weitren Analyse zugeführt wird.
15. Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform der Kornea eines Auges durch Auswertung der Spiegelbilder räumlich verteilte Muster, bei dem ein verteiltes Muster von einer Einheit dargestellt oder beleuchtet wird und sich im Auge spiegelt, von einer Bildaufnahmeeinheit Bilder des Auges aufgenommen und an eine Auswerteeinheit weitergeleitet wird, wobei beide Einheiten mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbundenen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung und Projektion des verteilten Musters so von der Steuer- und Auswerteeinheit gesteuert wird, dass das verteilte Muster in zwei komplementären Teilmustern separat aktiviert wird, die Bildaufnahmeeinheit in kurzer Zeitfolge ein Bild des Auges für jedes der aktivierten Teilmuster aufnimmt und zur Auswertung an die Steuer- und Auswerteeinheit weiterleitet und die Steuer- und Auswerteeinheit daraus ein Bild des Auges mit und/oder ohne verteiltes Muster ermittelt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei separat aktivierbaren, komplementären Teilmuster mit annähernd gleichen Beleuchtungsstärken und annähernd gleich verteilten Beleuchtungsintensitäten strahlen.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsstärke der Einheit zur Darstellung oder Beleuchtung der komplementären Teilmuster veränderbar ist.
18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als verteiltes Muster ein Placido-Ring-System verwendet wird.
19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die leuchtenden Placido-Ringe des Placido-Ring- Systems von Einzel- oder Flächenstrahler, Scannersystemen oder auch von seitlich strahlenden, optischen Fasern erzeugt werden.
20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die in die zwei separat aktivierbaren Gruppen verteilten einzelnen Placido-Ringe ein komplementäres Placido-Ring-System mit n Ringen darstellen.
21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Placido-Ring-System zur Sicherung der für die Vermessung der Oberflächenform erforderlichen Genauigkeit und Auflösung n>10 Ringe aufweisen.
22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Placido-Ringe des Placido-Ring-Systems von innen nach außen betrachtet alternierend in die zwei separat aktivierbaren Gruppen mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen verteilt werden.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit von der Steuer- und Auswerteeinheit synchron zur jeweiligen aktivierten Gruppe mit gerad- bzw. ungeradzahligen Placido-Ringen aktiviert wird, um die Zeitfolge der aufzunehmenden Bild des Auges so gering wie möglich zu halten.
24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit ein Bild des Auges mit Placido-Ring-System ermittelt, indem die Bilder mit geradzahligen Placido- Ringen und ungeradzahligen Placido-Ringen punktweise voneinander subtrahiert werden BT(X1 V) = I BU(X1 Y) - BG (X1 Y) I
wobei Bu(x, y) das Bild mit ungeradzahligen und BG(x, y) das Bild mit geradzahligen Placido-Ringen und Bτ(x, y) das resultierende Bild für die Analyse der Oberflächenform darstellen.
25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit ein Bild des Auges ohne Placido-Ring-System ermittelt, indem die Bilder mit geradzahligen Placido-Ringen und ungeradzahligen Placido-Ringen punktweise addiert und davon das resultierende Bild für die Analyse der Oberflächenform subtrahiert wird
B1(X, y) = Bu(X1 y) + BG (X, y) - Bτ(x, y)
wobei Bu(x, y) das Bild mit ungeradzahligen und BQ(X, y) das Bild mit geradzahligen Placido-Ringen, Bτ(x, y) das resultierende Bild für die Analyse der Oberflächenform und Bι(x, y) das Bild zur Registrierung darstellen.
26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit in den beiden komplementären Bilder ein geeignetes gemeinsames unveränderliches Merkmal analysiert, um so eine eventuell erfolgte relative Verschiebung der beiden Bilder infolge einer Augenbewegung zu erfassen.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit eine infolge einer Augenbewegung erfasste, relative Verschiebung beiden Bilder vor einer weiteren Analyse korrigiert.
28. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit eine infolge einer Augenbewegung erfasste, relative Verschiebung beiden Bilder mit einem vor- gegebenen Toleranzwert vergleicht, in dessen Ergebnis das aufgenommene Bildpaar verworfen oder der weitren Analyse zugeführt wird.
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