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Dokumentenidentifikation DE69934838T2 13.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000956810
Titel Gleichzeitige Messung der Länge und des Brechungsfehlers eines Auges
Anmelder Carl Zeiss Meditec AG, 07745 Jena, DE
Erfinder Hellmuth, Thomas Dr., 73431 Aalen, DE
DE-Aktenzeichen 69934838
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.03.1999
EP-Aktenzeichen 991059965
EP-Offenlegungsdatum 17.11.1999
EP date of grant 17.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse A61B 3/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse A61B 3/103(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen von Länge und Brechungsfehler eines Auges in einem kontaktfreien Modus.

Allgemeiner Stand der Technik

Im Fall von Katarakten werden Intraokularlinsen verwendet, um eine Linse im Auge eines Patienten zu ersetzen. In solchen Fällen ist es wichtig, die Länge und den Brechungsfehler des Auges des Patienten zu messen, um einen angemessenen Ersatz für die Linse bereitzustellen. In vielen dieser Fälle ist es jedoch nicht möglich, standardmäßige optische Refraktometrie zu verwenden, weil der Fundus durch die getrübte Kataraktaugenlinse nicht sichtbar ist. Standardmäßige optische Refraktometrie leidet unter dem zusätzlichen Mangel, daß sie die Länge des Auges des Patienten nicht mißt.

Ultraschallbiometrie ist ein Verfahren, mit dem die Länge des Auges des Patienten gemessen wird. Beim Durchführen der Ultraschallbiometrie wird ein Ultraschallwandler auf der Hornhaut des Patientenauges plaziert. Als nächstes wird ein Ultraschallimpuls von dem Wandler emittiert und wird von dem Fundus des Auges zurückreflektiert. Wie wohlbekannt ist, hängt die Flugzeit des Impulses von der Länge des Patientenauges und von dem Brechungsindex des Ultraschallimpulses in dem Patientenauge ab. Anhand dieser Informationen kann die Länge des Patientenauges bestimmt werden. Bei dem Einsatz der Ultraschallbiometrie gibt es jedoch einen Mangel. Um ein Echo zu empfangen, das stark genug ist, um mit einem geeigneten Signal-Rauschverhältnis gemessen zu werden, muß insbesondere der Ultraschallwandler in Kontakt mit dem Patientenauge gebracht werden, und ein spezielles Kontaktgel muß verwendet werden. Dies ist insofern ein Problem, da das Verfahren invasiv ist und in vielen Ländern nur ein Doktor der Medizin dieses Verfahren verwenden darf.

Ein zum Messen der Länge des Patientenauges verwendetes alternatives Verfahren verwendet kurz-kohärente Interferometrie und ist frei von dem oben beschriebenen Mangel. Dieses alternative Verfahren wird in einem Artikel mit dem Titel „Optical Coherence Tomography" von A. Fercher, Journal of Biomedical Optics, Band 1, Nr. 2, April 1996, S. 157–173 (der „Fercher-Artikel") beschrieben. Dieses alternative Verfahren ist jedoch insoweit beschränkt, als es nur die Länge und nicht den Brechungsfehler des Patientenauges mißt.

Aus WO 93/20743 ist ein OCDR (Optical Coherence Domain Reflectometer) zum Messen von Intraokularabständen bekannt. Diese Vorrichtung enthält eine Quelle von Laserlicht. Dieses Laserlicht wird mit einem Schrittmotor zum Justieren einer optischen Weglängendifferenz in ein Interferometer gekoppelt. Das Interferometer überlagert zwei Lichtstrahlen mit einer optischen Weglängendifferenz. Diese Lichtstrahlen werden in das menschliche Auge gekoppelt. Das von dem menschlichen Auge reflektierte Licht wird an einen Saummustersignaldetektor übertragen, der eine Fotozelle enthält.

Angesichts des oben Gesagten besteht ein Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung zum simultanen Messen der Länge und des Brechungsfehlers eines Auges, bevorzugt in einem kontaktfreien Modus.

Kurze Darstellung der Erfindung

Vorteilhafterweise sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen der Länge und des Brechungsfehlers eines Auges in einem kontaktfreien Modus. Insbesondere ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung, die Länge und Brechungsfehler eines Auges mißt, die folgendes umfaßt: eine Quelle kurz-kohärenter Strahlung, die Strahlung in ein Michelson-Interferometer koppelt, wobei die Arme des Michelson-Interferometers eine vorbestimmte optische Weglängendifferenz d = nl aufweisen, wobei n der Brechungsindex eines menschlichen Referenz- oder Standardauges und l die Länge eines menschlichen Referenz- oder Standardauges ist; (b) einen Einkoppler, der von dem Interferometer ausgegebene Strahlung in das Auge koppelt; und (c) ein Übertragungssystem, das von dem Auge ausgegebene Strahlung zu einem Spektrometer koppelt; wobei das Spektrometer die Verschiebung von Strahlung mißt, um den Brechungsindex zu messen, und das Spektrometer Dichten von Säumen mißt, um die Länge zu messen.

Kurze Beschreibung der Figur

1 zeigt in bildlicher Form eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zum gleichzeitigen Messen der Länge und des Brechungsfehlers eines Auges in einem kontaktfreien Modus verwendet wird.

Ausführliche Beschreibung

1 zeigt in bildlicher Form eine Ausführungsform 100 der vorliegenden Erfindung, die zum gleichzeitigen Messen der Länge und des Brechungsfehlers eines Auges in einem kontaktfreien Modus verwendet wird. Wie in 1 gezeigt, umfaßt die Ausführungsform 100 der vorliegenden Erfindung eine kurz-kohärente Lichtquelle 110. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die kurz-kohärente Lichtquelle 110 eine Superlumineszenzdiode (SLD). Von der SLD 110 ausgegebene Strahlung 120 wird von einem Linsensystem 130 in einen kollimierten Strahl 140kollimiert. Der kollimierte Strahl 140 trifft auf einen Strahlteiler 150 auf und wird in Strahlen 160 und 170 aufgeteilt.

Wie weiter in 1 gezeigt, treffen die vom Strahlteiler 150 ausgegebenen Strahlen 160 und 170 auf Retroreflektoren 180 und 190 auf, beispielsweise Spiegel 180 beziehungsweise 190. Wie der Durchschnittsfachmann wohl versteht, sind SLD 110, Linsensystem 130, Strahlteiler 150 und Retroreflektoren 180 und 190 üblicherweise in der Technik als ein Michelson-Interferometer („Michelson-Interferometer 187") bekannt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Differenz d zwischen der optischen Weglänge der strahlungsdurchquerenden Arme 200 und 210 des Michelson-Interferometers 187 so gewählt, das d = nl, wobei n der Brechungsindex eines menschlichen Referenz- oder Standardauges und l die Länge eines menschlichen Referenz- oder Standardauges ist. Der Brechungsindex und die Länge eines typischen menschlichen Auges ist dem Durchschnittsfachmann wohlbekannt. Beispielsweise kann der Brechungsindex als 1,336 und die Länge l als 24 mm angenommen werden.

Die reflektierten Strahlen werden von dem Strahlteiler 150 vereinigt und treffen auf den Strahlteiler 220 auf. Der Strahlteiler 220 lenkt einen Teil der einfallenden Strahlung in Richtung der Linse 230 des Auges 240. Die Augenlinse 230 fokussiert die einfallende Strahlung mehr oder weniger auf den Fundus 250 des Auges 240, wodurch eine Sekundärlichtquelle auf dem Fundus erzeugt wird. Aus dieser Sekundärlichtquelle auf dem Fundus 250 austretende Strahlung wird von der Augenlinse 230 im Fall eines emmetropischen Auges in im wesentlichen parallele Strahlen kollimiert, von einem emmetropischen Auge ausgegebene Strahlung wird durch eine durchgezogene Linie angezeigt. Die kollimierte Strahlung tritt durch den Strahlteiler 220 hindurch und trifft auf ein Übertragungslinsensystem auf, das Übertragungslinsensysteme 270 und 280 enthält. von dem Übertragungslinsensystem 260 ausgegebene Strahlung 290 trifft auf ein Gitter 300 auf, und vom Gitter 300 ausgegebene Strahlung trifft auf eine Blende 305 auf. Die Blende 305 umfaßt mindestens drei dezentrierte Aperturen, die axial von der optischen Achse des Übertragungslinsensystems versetzt sind, 1 zeigt nur zwei der Aperturen, Aperturen 310 und 320 zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung.

Auf das Gitter 300 auftreffende Strahlung wird in ein Strahlungsbündel erster Ordnung und ein Strahlungsbündel nullter Ordnung aufgeteilt. Gemäß Verfahren, die dem Durchschnittsfachmann wohlbekannt sind, ist das Gitter 300 so geblazet, daß das Strahlungsbündel erster Ordnung den größten Teil der gebeugten Strahlen enthält. Als nächstes wird durch durchgezogene Linien 360 und 370 dargestellte Strahlung in den Bündeln erster Ordnung von den Fokussierungslinsensystemen 380 beziehungsweise 390 als durchgezogene Linien 387 beziehungsweise 397 auf CCD-Zeilendetektoren 400 beziehungsweise 410 fokussiert. Die Ausgabe von den CCD-Zeilendetektoren 400 und 410 werden schließlich als eine Eingabe an einen Computer 500 bereitgestellt.

Folgendes liefert eine Beschreibung, wie die Ausführungsform 100 verwendet wird: (a) zur Messung des Brechungsfehlers eines Auges und (b) zum Messen der Länge des Auges.

Messung des Brechungsfehlers eines Auges

Im Fall eines emmetropischen Auges umfaßt aus der Augenlinse 230 austretende Strahlung, wie durch durchgezogene Linien 425 und 435 angezeigt, Strahlen, die im wesentlichen parallel sind. Im Fall eines ametropischen Auges jedoch umfaßt aus der Augenlinse 230 austretende Strahlung, wie durch gepunktete Linien 420 und 430 angezeigt, Strahlen, die nicht parallel sind. Wie in 1 gezeigt stellen gepunktete Linien 385 und 395 auf die CCD-Zeilendetektoren 400 beziehungsweise 410 auftreffende Strahlung dar, die aus einem ametropischen Auge kommt, und die durchgezogenen Linien 387 und 397 stellen auf die CCD-Zeilendetektoren 400 beziehungsweise 410 auftreffende Strahlung dar, die von einem emmetropischen Auge kommen. Man beachte, daß auf die CCD-Zeilendetektoren 400 beziehungsweise 410 auftreffende Strahlung, die von einem ametropischen Auge kam, seitlich von der und parallel zu der Strahlung verschoben ist, die auf die CCD-Zeilendetektoren 400 beziehungsweise 410 auftrifft, die von einem emmetropischen Auge kam. Zudem ist gemäß der vorliegenden Erfindung die oben identifizierte seitliche Verschiebung der Strahlung auf dem jeweiligen CCD-Zeilendetektor proportional zu dem Winkel zwischen den gepunkteten Linien 420 und 430 (die die von einem ametropischen Auge kommende Strahlung darstellen) und den durchgezogenen Linien 425 beziehungsweise 435 (die von einem emmetropischen Auge kommende Strahlung repräsentieren) an der Augenlinse 230. Dieser Winkel wird unten als der Divergenzwinkel bezeichnet.

Wenngleich in 1 nicht gezeigt, bewirkt, wie dem Durchschnittsfachmann wohlbekannt ist, das Gitter 300 eine Winkelaufweitung der Strahlung erster Ordnung aufgrund von Dispersion, und diese Winkeldispersion führt zu einer seitlichen Aufweitung des Brennpunkts des Flecks auf den CCD-Zeilendetektoren. Wie ebenfalls dem Durchschnittsfachmann wohlbekannt ist, liefern CCD-Zeilendetektoren 400 und 410 (als Ausgabe zum Computer 500) einen Datenvektor, der die Intensitätsverteilung von darauf auftreffender Strahlung als eine Funktion der Pixelanzahl darstellt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Hüllfunktion der Intensitätsverteilung eine Gaußsche Verteilungsfunktion, die durch Muller-Säume moduliert wird; die Ausbildung von Muller-Säumen wird unten in Verbindung mit einer Beschreibung dessen, wie die Ausführungsform 100 verwendet wird, um die Länge des Auges 240 zu messen, ausführlicher erläutert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der von jedem der CCD-Zeilendetektoren 400 und 410 ausgegebene Datenvektor im Computer 500 auf eine Weise, die dem Durchschnittsfachmann wohlbekannt ist, mit einer im Computer 500 (beispielsweise im Speicher) gespeicherten Gaußschen Schablonenfunktion unter Verwendung einer beliebigen einer Reihe von Korrelationstechniken, die dem Durchschnittsfachmann wohlbekannt sind, korreliert. Als nächstes wird die Position entsprechend der Schablonenfunktion, die die nächstliegende Korrelation mit dem Datenvektor liefert, im Computer 500 gespeichert (beispielsweise in einem Speicherbauelement oder in einer Speicherung wie etwa einer Platte), als die Positionskoordinate des Flecks der Strahlung auf den jeweiligen CCD-Zeilendetektor. Eine Beziehung zwischen dem Divergenzwinkel &thgr; und der Positionskoordinate des Flecks von Strahlung auf jedem der CCD-Zeilendetektoren für eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird gemäß der folgenden Kalibrierungsprozedur bestimmt.

Gemäß der Kalibrierungsprozedur wird ein „künstliches" Auge ausgebildet, das eine Linse umfaßt, die einfallende Strahlung von der SLD 110 auf ein streuendes Ziel, beispielsweise Papier, fokussiert, das an der Position des Fundus 250 plaziert ist. Als nächstes wird die Position des Flecks auf den jeweiligen CCD-Zeilendetektoren als Funktion der Position x des streuenden Ziels bestimmt. Position x = 0 ist die Position, wo die Strahlung auf das streuende Ziel fokussiert wird (dies emuliert ein emmetropisches Auge), und Positionen x ≠ 0 sind Positionen, wo Strahlung auf das streuende Ziel defokussiert wird (dies emuliert ein ametropisches Auge). Als nächstes wird die Position des Flecks auf den jeweiligen CCD-Zeilendetektoren als Funktion der Position x gespeichert. Als letztes wird der Divergenzwinkel &thgr; unter Verwendung der Tatsache bestimmt, daß die gemessene Verschiebung x des streuenden Ziels zu dem Divergenzwinkel &thgr; durch die Formel &thgr; = x/f in Beziehung steht, wobei f die Brennweite des „künstlichen" Auges ist.

Die oben beschriebenen Informationen werden dann gemäß einer Analyse verwendet, die in einem Artikel mit dem Titel „Sensors in Ophthalmology" von T. Hellmuth beschrieben wird, der auf Seiten 290–323 in einem Buch mit dem Titel „Sensors Update", herausgegeben von H. Baltes, W. Göpel und J. Hesse, erschien, veröffentlicht von Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, Deutschland 1998 (der „Hellmuth-Artikel"). Insbesondere reichen, wie in dem Hellmuth-Artikel beschrieben, Divergenzwinkel in der x- und y-Richtung (&thgr;x und &thgr;y) und die Positionen von zwei Strahlen aus, um einen sphärischen und zylindrischen Brechungsfehler des Auges 240 zu bestimmen. Die OPD (optische Wegabweichung) der Linse 230 vom Auge 240 kann dann wie folgt für Defokussierung und Astigmatismus in drei Zernike-Polynome entwickelt werden: OPD(&rgr;,&phgr;) = &agr;Zsph(&rgr;,&phgr;) + &bgr;Zcyl1(&rgr;,&phgr;) + &ggr;Zcyl2(&rgr;,&phgr;)(1) wobei das „sphärische" Zernike-Polynom definiert ist als: Zsph(&rgr;,&phgr;) = 2&rgr;2 – 1(2) wobei zwei „zylindrische" Zernike-Polynome definiert sind als: Zcyl1(&rgr;,&phgr;) = &rgr;2cos (2&phgr;)(3) Zcyl2(&rgr;,&phgr;) = &rgr;2sin (2&phgr;)(4) und wobei (&rgr;,ϕ) Polarkoordinaten der Strahlen an der Pupille von Auge 240 sind.

Die Winkel der Strahlen an der Pupille von Auge 240 sind gleich der Orientierung des Gradienten der OPD. Wenn die Winkel &thgr;xi und &thgr;yi von zwei Strahlen und zwei Punkten an der Pupille mit bekannten Koordinaten &rgr;ii (i = 1, 2) bekannt sind, können die Entwicklungskoeffizienten &agr;, &bgr;, &ggr; berechnet werden, indem das folgende lineare Gleichungssystem (i – 1, 2) gelöst wird: xOPD(&rgr;i,&phgr;i)/∣⁣∇OPD(&rgr;i,&phgr;i)∣⁣ = cos(&thgr;xi)(5) yOPD(&rgr;i,&phgr;i)/∣⁣∇OPD(&rgr;i,&phgr;i)/∣⁣ = cos(&thgr;yi)(6)

Anhand der Entwicklungskoeffizienten &agr;, &bgr;, &ggr; werden dann der sphärische Brechungsfehler (S), der zylindrische Brechungsfehler (C) und die Winkelorientierung des zylindrischen Brechungsfehlers &PHgr; von Auge 240 wie folgt beschrieben. C =(&bgr;2 + &ggr;2)S(7) &PHgr; = S arctan (&ggr;/&bgr;) – 45°(8) S = &agr; – C/2(9)

Um &rgr;i, &phgr;i (i = 1, 2), die bekannten Koordinaten der beiden Strahlen an der Pupille von Auge 240, zu bestimmen, wird die Tatsache verwendet, daß &rgr;i, &phgr;i die Polarkoordinaten des Bildes der dezentrierten Aperturen von Blende 305 (beispielsweise Aperturen 310 und 320 von Blende 305) an der Pupille von Auge 240 sind. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Vergrößerung 1, weshalb &rgr;i, ϕi gleich den Koordinaten der jeweiligen Aperturen sind. Insbesondere ist pi der radiale Abstand der Mitte einer Apertur von der optischen Achse, beispielsweise der optischen Achse der Übertragungslinsensysteme 270 und 280, und ϕi ist der Azimutwinkel relativ zu beispielsweise einer vertikalen Achse.

Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zwischen Auge 240 und Übertragungslinsensystem 270 eine kompensierende Optik plaziert werden, um den Brechungsfehler des Auges 240 zu kompensieren. Geeignete kompensierende Optiken sind beispielsweise in dem US-Patent Nr. 3,822,932 und dem US-Patent Nr. 4,650,301 beschrieben. In diesem Fall wird die Ausführungsform der Erfindung eine „nullende Einrichtung". Hier wird die kompensierende Optik verstellt, bis die Verschiebung von beispielsweise der Strahlen 385 und 395 an den CCD-Arrays 400 beziehungsweise 410 null sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Nachstellung automatisch unter der Anleitung des Computers 500.

Messung der Länge eines Auges

Gemäß der vorliegenden Erfindung und wie in dem Fercher-Artikel unter Bezugnahme auf 6 davon beschrieben, umfaßt die Ausführungsform 100 ein Doppelstrahl-Michael-Interferometer. Wie aus dem Fercher-Artikel hervorgeht, ist das Doppelstrahl-Interferometer vorteilhaft, weil eine Translationsbewegung des Auges 240 sich auf die Anpassungsbedingung nicht auswirkt und bei der Abstandsmessung keinen Fehler erzeugt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vom Fundus 250 reflektierte (also vom Strahlteiler 220 in Richtung von Auge 240 gelenkte) Strahlung der von der Hornhaut 235 reflektierten Strahlung (also von dem Strahlteiler 220 zum Auge 240 gelenkten) überlagert. wenn der Abstand zwischen den lichtemittierenden Stellen, d.h. Fundus 250 und Hornhaut 235, an die optische Wegdifferenz d des Michelson-Interferometers 187 angepaßt wird, kommt es zu Interferenzen zwischen entsprechenden Strahlkomponenten. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Kohärenzfunktion des aus dem oben beschriebenen Doppelstrahl-Interferometer austretenden Strahlungsfelds ohne bewegliche Teile unter Verwendung eines Spektrometers gemessen werden, um ein Spektrum der Strahlungsquelle zu liefern, die mit Muller-Säumen strukturiert ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zudem die Dichte der Muller-Säume proportional zu der Fehlanpassung zwischen der wahren Augenlänge und der Standardaugenlänge l.

Wie in dem Fercher-Artikel beschrieben, siehe insbesondere 17 und die diese betreffende Erörterung, umfassen Spektrometer in der in 1 gezeigten Ausführungsform 100 das Gitter 300 und jeweilige fokussierende Linsensysteme 380 und 390 und jeweilige CCD-Zeilendetektoren 400 und 410.

Die Wirktheorie der Ausführungsform 100 kann wie folgt verstanden werden. Wenn man sich der Veranschaulichung halber die SLD 110 als eine abstimmbare monochromatische Quelle vorstellt, würde für eine bestimmte Wellenlänge das Michelson-Interferometer 187 wegen destruktiver Interferenz an seinem Ausgang keine Intensität zeigen. Dies ist, weil das Michelson-Interferometer 187 wie ein Hohlraum mit Resonanzen wirkt. Der freie Spektralbereich ist &dgr;&ngr; = c/(2d), wobei d die optische Weglängendifferenz der die beiden Arme des Michelson-Interferometers 187 durchquerenden Strahlung ist. Wenn man die SLD 110 mit ihrem breiten Spektrum als Eingabe zum Michelson-Interferometer 187 verwendet, zeigt das Spektrum der Ausgabe des Michelson-Interferometers 187 als Muller-Säume bekannte „schwarze" Linien. Die Dichte der Linien in der Ausgabe von dem Michelson-Interferometer 187 ist an sich jedoch sehr hoch.

Das Auge 240 selbst umfaßt ein Fabry-Perot-Interferometer mit einer Armlängendifferenz 2nl, das Muller-Säume mit einer Dichte liefert, die mit der des externen Michelson-Interferometers 187 vergleichbar ist. Der freie spektrale Bereich des „Auge-Interferometers" beträgt &dgr;&ngr; = c/(4nl). Muller-Säume werden auch in diesem Fall mit einer Dichte erzeugt, die so hoch ist, daß sie vom Gitter 300 nicht aufgelöst werden können. Gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch, wenn die Augenarmlängendifferenz 2nl nahe bei d liegt, der optischen Weglängendifferenz von die beiden Arme des Michelson-Interferometers 187 durchquerenden Strahlung, weist dieses Doppel-Interferometer (die Kombination aus Michelson-Interferometer 187 und Auge 240) Resonanzen mit einem freien Spektralbereich von &dgr;&ngr; = c/(2(d – 2nl)) auf, was von den Gitterspektrometern der Ausführungsform 100 aufgelöst werden kann.

Dies kann insbesondere weiter wie folgt verstanden werden. Jede Wellenlängenkomponente der von der SLD 110 ausgegebenen Strahlung wird vom Strahlteiler 150 in einen Partialstrahl a, der sich im Arm 200 ausbreitet (den kurzen Arm des Michelson-Interferometers 187), und Partialstrahl b, der sich im Arm 210 ausbreitet (der lange Arm des Michelson-Interferometers 187) unterteilt. Die optische Wegdifferenz zwischen Arm 200 und Arm 210 beträgt d. Dann wird Partialstrahl a in Strahl a1 und Strahl a2 von der Hornhaut 235 des Auges 240 aufgeteilt. Strahl a1 wird vom Fundus 250 reflektiert, und Strahl a2 wird von der Hornhaut 235 reflektiert. Die optische Wegdifferenz zwischen den Strahlen a1 und a2 beträgt 2nl. Partialstrahl b wird ebenfalls an der Hornhaut 235 in Partialstrahlen b1 und b2 aufgeteilt. Die vier Partialstrahlen a1, a2, b1 und b2 werden am Detektor überlagert, und Interferenzterme sind für alle möglichen Kombinationen möglich. Nur die Überlagerung von Partialstrahlen a1 und b2 jedoch liefert Interferenzmaxima als Funktion der Wellenlänge, die ausreichend getrennt sind, um von den Gitterspektrometern von Ausführungsform 100 aufgelöst zu werden. Der Abstand zwischen Maxima ist gegeben durch &dgr;&lgr; = &dgr;&ngr;&lgr;2/c = &lgr;2/(2(d – 2nl)). Die erforderliche Auflösung des Spektrometers ist &dgr;&lgr;/&lgr; = &lgr;(2(d – 2nl)). Mit einem Gitter von N = 100 Linien innerhalb der Apertur von beispielsweise 1 mm läßt sich eine Auflösung &dgr;&lgr;/&lgr; = 1/N = 0,01 erreichen. In diesem Fall ist d – 2nl < N&lgr;/2 = 50 &mgr;m der Erfassungsbereich des Augenlängenabschnitts der Ausführungsform 100. Dies liegt auch in der Größe der Spektralbreite von SLD 110. Die Augenlängenvariation von menschlichen Augen ist viel höher als 50 &mgr;m. Sie kann mehrere Millimeter betragen. Um diesen Variationsbereich abzudecken, ist ein Retroreflektor 190 auf einem (nicht gezeigten) beweglichen Tisch montiert. Der bewegliche Tisch wird von einem (nicht gezeigten) Schrittmotor mit einer Genauigkeit parallel verschoben, die besser ist als der Erfassungsbereich der Ausführungsform 100 nach Bestimmung durch die Auflösung des Spektrometers und die Kohärenzlänge des SLD 110. Der Schrittmotor wird vom Computer 500 auf eine dem Durchschnittsfachmann wohlbekannte Weise gesteuert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der bewegliche Tisch parallel verschoben, bis die Muller-Säume an den Saumdetektoren detektiert werden, d.h. den CCD-Zeilendetektoren 400 und 410. Die Position des beweglichen Tischs bestimmt die Armlängendifferenz d.

Die Muller-Säume liefern eine Modulation der Strahlungsintensitätsverteilung auf den CCD-Zeilendetektoren 400 und 410. Um die Dichte der Muller-Säume zu erhalten, wird im Computer 500 gemäß den Durchschnittsfachmann wohlbekannten Verfahren eine stückweise Fourier-Transformation des CCD-Datenausgabevektors vorgenommen. Dies erzeugt die lokale Raummodulationsfrequenz, anhand derer die Differenz d – 2nl und daraus die Länge des Auges 240 bestimmt wird.

Wie der Durchschnittsfachmann ohne weiteres anhand des oben Gesagten erkennt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise das Gitter 300 zum Ablenken von Strahlung zu CCD-Zeilendetektoren 400 und 410 verwendet, um Informationen hinsichtlich Ametropie und zur Spektralanalyse von Muller-Säumen zur Bereitstellung von Informationen hinsichtlich der Differenz zwischen der wahren Länge des Auges 240 und l, der Länge eines Standardauges, bereitzustellen.

Abschließend ist die vorliegende Erfindung zwar hinsichtlich CCD-Zeilendetektoren beschrieben worden, doch versteht der Durchschnittsfachmann ohne weiteres, daß auch Differentialdioden verwendet werden können. Differentialdioden umfassen zwei Dioden, die durch einen engen Stab mit einer Breite in der Größenordnung von 10 Mikrometer getrennt sind. Wenn ein Strahlungsstrahl mit einem Durchmesser viel größer als die Stabbreite symmetrisch auf die Dioden auffällt, erzeugen beide Dioden den gleichen Fotostrom. Wenn der Strahlungsstrahl jedoch seitlich versetzt ist, ist die Differenz zwischen den Fotoströmen der beiden Dioden nicht gleich null und ist statt dessen proportional zu der Verschiebung des Strahlungsstrahls. Eine Quadrantdiode umfaßt vier Dioden, die durch ein Kreuz mit einer Stabbreite ebenfalls in der Größenordnung von 10 Mikrometern getrennt sind. Dem Durchschnittsfachmann ist wohlbekannt, daß von den vier Dioden produzierte Fotoströme auf vorbestimmte Weisen subtrahiert und addiert werden können, um zwei Signale zu erhalten, die proportional zu der x- und y-Verschiebung des Strahlungsstrahls sind.

Der Fachmann erkennt, daß die vorausgegangene Beschreibung lediglich zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt worden ist. Als solche soll sie nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die offenbarte präzise Form beschränken.


Anspruch[de]
Vorrichtung (100), die Länge und Brechungsfehler eines Auges (240) mißt, die folgendes umfaßt:

– ein Michelson-Interferometer (187) mit einem ersten strahlungsdurchquerenden Arm (200) und einem zweiten strahlungsdurchquerenden Arm (210), wobei die Differenz d der optischen Weglänge zwischen dem ersten strahlungsdurchquerenden Arm (200) und dem zweiten strahlungsdurchquerenden Arm (210) so gewählt ist, daß d = nl, wobei n der Brechungsindex eines menschlichen Referenz- oder Standardauges und l die Länge eines menschlichen Referenz- oder Standardauges ist;

– eine Quelle kurz-kohärenter Strahlung (110), die kurz-kohärente Strahlung in das Interferometer (187) ausgibt;

– einen Einkoppler (220), der von dem Interferometer (187) ausgegebene Strahlung in das Auge (240) einkoppelt;

– ein Spektrometer (300),

– ein Übertragungssystem (270, 280), das von dem Auge (240) ausgegebene Strahlung an das Spektrometer koppelt,

– wobei das Spektrometer (300) ein Spektrum der Strahlung liefert, mit Muller-Säumen strukturiert,

– einen mit einem Computer (500) gekoppelten Saumdetektor (400, 410), der Dichte und Verschiebung der Muller-Säume mißt, um Länge und Brechungsfehler des Auges (240) zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei n = 1,336 und l = 24mm. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Michelson-Interferometer (187) einen beweglichen Retroreflektor (190) enthält. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spektrometer ein Gitter (300) enthält. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Blende (305) vorgesehen ist und von dem Gitter (300) ausgegebene Strahlung auf die Blende (305) auftrifft. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Gitter (300) so geblazet ist, daß das Strahlungsbündel erster Ordnung den größten Teil der gebeugten Strahlung enthält. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Fokussierungslinsensystem (380, 390) vorgesehen ist, das von dem Spektrometer (300) ausgegebene Strahlung auf den Saumdetektor (400, 410) fokussiert. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Saumdetektor ein CCD-Zeilendetektor (400, 410) ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei CCD-Zeilendetektoren (400, 410) vorgesehen sind. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Computer (500) die Dichte von Muller-Säumen durch stückweises Fourier-Transformieren der Ausgabe des Saumdetektors (400, 410) mißt. Verfahren zum Messen von Länge und Brechungsfehler eines Auges (240), außerhalb des menschlichen oder Tierkörpers angeordnet, was die folgenden Schritte umfaßt:

– Erzeugen einer kurz-kohärenten Strahlung (120);

– Koppeln von kurz-kohärenter Strahlung in ein Michelson-Interferometer (187) mit einem ersten strahlungsdurchquerenden Arm (200) und einem zweiten strahlungsdurchquerenden Arm (210), wobei die Differenz d der optischen Weglänge zwischen dem ersten strahlungsdurchquerenden Arm (200) und dem zweiten strahlungsdurchquerenden Arm (210) so gewählt ist, daß d = nl, wobei n der Brechungsindex eines menschlichen Referenz- oder Standardauges und l die Länge eines menschlichen Referenz- oder Standardauges ist;

– Koppeln von von dem Interferometer (187) ausgegebener Strahlung in das Auge (240);

– Koppeln von von dem Auge (240) ausgegebener Strahlung (290) an ein Spektrometer (300), das ein Spektrum der Strahlung bereitstellt, mit Muller-Säumen strukturiert;

– Analysieren von Dichte und Verschiebung der Muller-Säume zum Messen von Länge und Brechungsfehler des Auges (240).






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