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Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Unter der Bezeichnung optische Kohärenztomografie (in englischer Sprache „Optical Coherence Tomography“, üblicherweise abgekürzt durch OCT) wird ein bildgebendes Verfahren verstanden. Mit diesem Verfahren können zwei- und dreidimensionale Bilder aus lichtstreuenden Strukturen gewonnen werden. Bei diesem Verfahren wird üblicherweise Licht mit einer gewissen Bandbreite in einem Strahlteiler in zwei Teilstrahlen geteilt. Der erste Teilstrahl fällt auf die zu untersuchende Probe bzw. das Objekt, der zweite Teilstrahl durchläuft eine Referenzstrecke. Das von der Probe bzw. dem Objekt reflektierte Licht interferiert mit dem Referenzstrahl. Durch Signale aus der Interferenz lässt sich die Probe tiefenaufgelöst, also in der Tiefe der optischen Achse des ersten Teilstrahls, durch sogenannte A-Scans untersuchen. Zusätzlich ist es möglich, die Probe auch noch flächig bzw. lateral mit dem ersten Teilstrahl abzutasten, um OCT-Bilder zu erhalten. Ein B-Scan setzt sich aus mehreren A-Scans zusammen.
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Es sind bereits Verfahren zur Messung oder Abschätzung der Augenlänge mittels der genannten OCT-Technologie bekannt.
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Bei einigen solcher Verfahren ist ein relativ breites OCT-Spektrum erforderlich. Bei weiteren Verfahren sind zusätzliche optische Komponenten erforderlich. Manche Verfahren sind zeitaufwendig oder unterliegen Verfälschungen durch Augenbewegungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung anzugeben, die eine einfache und robuste Messung der Augenlänge, insbesondere ohne Hardwaremodifikationen an einer Kamera, ermöglicht.
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Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Schaffung zweier optischer Kanäle mit unterschiedlichen Durchmessern und Längen ermöglicht, dass neben zwei Fokalebenen auch zwei OCT-Referenzebenen mit gleicher optischer Weglänge erzeugt werden können. Unter Nutzung dieser Ebenen kann optional eine Messung der Augenlänge erfolgen, ohne dass bei der optischen Einrichtung oder einer Vorrichtung, in welcher die Einrichtung verbaut ist, Strahlteiler, insbesondere konventionelle Strahlteiler, eingesetzt werden. Die beschriebene Einrichtung erfordert kein breites OCT-Spektrum und kann in vielen bereits bestehenden OCT-Vorrichtungen verwendet werden. Es sind auch keine Hardwaremodifikationen an Kameras bestehender OCT-Vorrichtungen notwendig, um mit der Einrichtung insbesondere eine Messung der Augenlänge durchzuführen. Überdies ist sowohl die optische Einrichtung als auch die mit ihr durchgeführte Messung der Augenlänge sehr robust und präzise. Die Netzhaut und die Hornhaut können bei Verwendung der optischen Einrichtung oder der mit dieser durchgeführten Messung der Augenlänge simultan und scharf abgebildet werden.
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Beide optischen Kanäle könnten durch Linsen gebildet sein, die hintereinander und mit Bezug zu ihrer jeweiligen optischen Achse kollinear und konzentrisch angeordnet sind, wobei mindestens eine Linse einen größeren Durchmesser als eine andere Linse hat und dadurch mit ihrem ringartig über die andere Linse überstehenden Materialteil zum zweiten Kanal beiträgt und dadurch einen Ringkanal bildet. Linsen sind robust und können problemlos mechanisch oder stoffschlüssig miteinander verbunden bzw. optisch hintereinandergeschaltet werden. Überdies sind die optischen Eigenschaften von Linsen durch deren Brechungsverhalten klar definiert und im Wesentlichen frei von Geräteeinflüssen wie Erwärmung oder Abkühlung. Bei einer solchen optischen Einrichtung laufen zentrale Lichtstrahlen durch alle Linsen, während äußere Lichtstrahlen nur eine Linse mit großem Durchmesser durchlaufen.
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Mehrere Linsen mit gleichem zweitem Durchmesser könnten als Bündel zwischen mindestens zwei Linsen mit gleichem erstem Durchmesser liegen, wobei der erste Durchmesser kleiner ist als der zweite Durchmesser. Durch die Verwendung mehrerer Linsen als Bündel kann das Brechungsverhalten des gesamten Bündels eingestellt werden.
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Die optische Einrichtung könnte zwei Fokalebenen aufweisen, nämlich eine erste Fokalebene für Licht, welches durch den ersten, inneren Kanal läuft, und eine zweite Fokalebene für Licht, welches nur durch den ringartigen zweiten Kanal läuft. In der jeweiligen Fokalebene werden jeweils zentrale bzw. äußere Lichtstrahlen gebündelt. Die optische Einrichtung kann so ausgelegt werden, dass eine Fokalebene für die zentralen Lichtstrahlen auf der Hornhaut oder Cornea liegt und eine Fokalebene für die äußeren Lichtstrahlen auf der Netzhaut oder Retina liegt.
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Die optische Einrichtung könnte zwei Referenzebenen, bevorzugt mit gleicher optischer Gesamtweglänge, aufweisen, nämlich eine erste Referenzebene für Licht, welches durch den ersten, inneren Kanal läuft, der für Licht eine längere optische Wegstrecke ausbildet, und eine zweite Referenzebene für Licht, welches nur durch den ringartigen zweiten Kanal läuft, der eine kürzere optische Wegstrecke ausbildet. Letztendlich ist die optische Weglänge bis zu beiden Referenzebenen identisch, nur eine Teilstrecke, nämlich eine erste Länge, ist für den zentralen Strahl abhängig vom Brechungsindex des Glases erheblich länger. Die optische Weglänge ist für die zentralen Lichtstrahlen erheblich länger, so dass sich unterschiedliche Referenzebenen ergeben. Die optische Einrichtung kann so ausgelegt werden, dass die Referenzebene der zentralen Lichtstrahlen auf der Hornhaut oder Cornea liegt und dass die Referenzebene der äußeren Lichtstrahlen auf der Netzhaut oder Retina liegt.
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Die Teilung in zwei Fokal- bzw. Referenzbereiche erfolgt bevorzugt über konzentrische Optiken mit unterschiedlichen Durchmessern. Die zentralen Lichtstrahlen eines Scanfeldes durchlaufen alle Optiken, während Randlichtstrahlen nicht alle Optiken durchlaufen.
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Die optische Einrichtung kann als Objektiv oder auswechselbares Objektiv ausgestaltet sein. Ein Objektiv bildet eine vorgefertigte bauliche Einheit. Durch eine Auswechselbarkeit des Objektivs kann eine OCT-Vorrichtung umgerüstet werden. Ein solches Objektiv kann für die Messung der Augenlänge eingesetzt werden. Insbesondere kann ein solches Objektiv als multifokales Objektiv ausgestaltet sein.
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Bei einem Verfahren zur Ermittlung von Abständen zweier Strukturen, bei welchem eine optische Einrichtung der hier beschriebenen Art verwendet wird, könnte die erste Struktur in einer ersten Fokalebene und/ oder ersten Referenzebene der optischen Einrichtung erfasst werden, wobei die zweite Struktur in einer zweiten Fokalebene und/ oder zweiten Referenzebene der optischen Einrichtung erfasst wird, dabei wird der Abstand der Strukturen aus Daten ihrer Erfassung und/ oder aus einer bildlichen Darstellung beider Strukturen ermittelt.
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Die erste Struktur könnte die Hornhaut oder einen Bereich der Hornhaut eines Auges sein, und die zweite Struktur könnte die Netzhaut oder ein Bereich der Netzhaut des Auges sein. Hierdurch ist ein Verfahren zur Messung der Augenlänge mittels OCT-Technologie angegeben.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung einer optischen Kohärenztomografie (OCT), welche eine optische Einrichtung der hier beschriebenen Art umfasst, könnte, insbesondere als Hardware mit einer entsprechenden Software, eine elektronische Einrichtung aufweisen, die das hier beschriebene Verfahren zur Ermittlung von Abständen zweier Strukturen ausführt.
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Die elektronische Einrichtung steuert die Optik, insbesondere ein Interferometer, der Vorrichtung an, um mittels der optischen Einrichtung die Abstände der Strukturen zu erfassen. Weiter ermittelt die elektronische Einrichtung durch Algorithmen automatisch oder benutzerdefiniert die Abstände der erfassten Strukturen. Die elektronische Einrichtung könnte die erfassten Strukturen in einem Bild darstellen. So kann ein Benutzer anhand des Bildes Erkenntnisse gewinnen, die für eine Diagnose hilfreich sind. Die Bilder können in einem Speicher der elektronischen Einrichtung abgespeichert und/ oder bearbeitet werden.
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In der Zeichnung zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung, in welcher eine optische Einrichtung zur Verwendung der Augenlängenmessung mittels der OCT-Technologie verwendet wird, und
- 2 ein Schnittbild, welches darstellt, dass die Hornhaut in einem zentralen Bereich scharf abgebildet ist und dass die Netzhaut in einem Randbereich scharf abgebildet ist.
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1 zeigt eine optische Einrichtung zur Verwendung in einer Vorrichtung 13 zur Durchführung einer optischen Kohärenztomografie. Die optische Einrichtung umfasst oder bildet einen zylindrischen optischen Kanal 1 zur Führung und Brechung von Licht, der einen ersten Durchmesser 1a und eine erste Länge 1b aufweist. Der erste Kanal 1 ist abschnittsweise von einem zweiten optischen Kanal 2 zur Führung und Brechung von Licht ringartig und konzentrisch umgeben, wobei der zweite Kanal 2 einen größeren Durchmesser 2a, aber eine kleinere Länge 2b als der erste Kanal 1 aufweist.
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Beide Kanäle 1, 2 sind durch Linsen 3a-d gebildet, die hintereinander und mit Bezug zu ihrer jeweiligen optischen Achse 4a-d kollinear und konzentrisch angeordnet sind. Konkret ist daher eine einzige optische Achse vorgesehen, mit der die optischen Achsen 4a-d zusammenfallen. Mindestens eine Linse 3b, 3c hat einen größeren Durchmesser als eine andere Linse 3a, 3d und trägt dadurch mit ihrem ringartig über die andere Linse überstehenden Materialteil zum zweiten Kanal 2 bei und bildet dadurch einen Ringkanal.
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Konkret liegen zwei Linsen 3b, 3c mit gleichem zweitem Durchmesser 2a als Bündel zwischen zwei Linsen 3a, 3d mit gleichem erstem Durchmesser 1a, wobei der erste Durchmesser 1a kleiner ist als der zweite Durchmesser 2a.
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Die optische Einrichtung weist zwei Fokalebenen 5, 6 auf, nämlich eine erste Fokalebene 5 für Licht, welches durch den ersten, inneren Kanal 1 läuft, und eine zweite Fokalebene 6 für Licht, welches nur durch den ringartigen zweiten Kanal 2 läuft.
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Die optische Einrichtung weist zwei Referenzebenen 7, 8 auf, nämlich eine erste Referenzebene 7 für Licht, welches durch den ersten, inneren Kanal 1 läuft, der für Licht eine längere optische Wegstrecke ausbildet, und eine zweite Referenzebene 8 für Licht, welches nur durch den ringartigen zweiten Kanal 2 läuft, der eine kürzere optische Wegstrecke ausbildet. Die Einrichtung ist als Objektiv oder auswechselbares Objektiv ausgestaltet.
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1 zeigt anhand der Anordnung auch ein Verfahren zur Ermittlung von Abständen 9 zweier Strukturen, bei welchem eine optische Einrichtung der zuvor beschriebenen Art verwendet wird, wobei die erste Struktur in einer ersten Fokalebene 5 und ersten Referenzebene 7 der optischen Einrichtung erfasst wird, wobei die zweite Struktur in einer zweiten Fokalebene 6 und zweiten Referenzebene 8 der optischen Einrichtung erfasst wird, und wobei der Abstand 9 der Strukturen aus Daten ihrer Erfassung und/ oder aus einer bildlichen Darstellung beider Strukturen ermittelt wird.
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Im konkreten, aber nicht beschränkenden, Ausführungsbeispiel ist die erste Struktur die Hornhaut 10 oder ein Bereich der Hornhaut 10 eines Auges 11, und die zweite Struktur ist die Netzhaut 12 oder ein Bereich der Netzhaut 12 des Auges 11.
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1 zeigt insoweit konkret den optischen Aufbau eines Objektivs, konkret eines OCT-Objektivs zur Messung der Augenlänge eines menschlichen Auges 11. Das Objektiv besteht aus mehreren Linsen 3a-d, welche konzentrisch in Reihe angeordnet sind und unterschiedliche Durchmesser aufweisen. So laufen die zentralen Lichtstrahlen wie in 1 dargestellt durch alle Optiken, während die äußeren Lichtstrahlen nur die Optiken mit großem Durchmesser durchlaufen. Somit ergeben sich unterschiedliche Fokalebenen 5, 6 für zentrale und äußere Lichtstrahlen. Zudem ist die optische Weglänge für die zentralen Lichtstrahlen erheblich länger, so dass sich auch unterschiedliche Referenzebenen 7, 8 mit gleicher optischer Gesamtweglänge ergeben. Das Design des Objektivs ist so ausgelegt, dass die Fokalebene 6 und die Referenzebene 8 der äußeren Strahlen auf der Netzhaut 12 oder Retina liegen. Die Fokalebene 5 und die Referenzebene 7 der zentralen Strahlen liegen auf der Hornhaut 10 oder Cornea.
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1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 13 zur Durchführung einer optischen Kohärenztomografie (OCT), umfassend die optische Einrichtung und eine elektronische Einrichtung 14, die das zuvor beschriebene Verfahren ausführt.
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Bei einem OCT-Verfahren wird üblicherweise Licht in zwei Teilstrahlen geteilt. Ein erster Teilstrahl fällt auf die zu untersuchende Probe, beispielsweise die Hornhaut 10 oder die Netzhaut 12, der zweite Teilstrahl durchläuft eine Referenzstrecke. Der jeweilige erste Teilstrahl wird konkret auf die jeweilige Fokalebene 5, 6 geführt. Der jeweilige zweite Teilstrahl durchläuft eine Referenzstrecke endlicher Länge. Die Position der Referenzebene, in der das OCT-Bild dargestellt wird, ist durch die Referenzarmlänge definiert. Die „optischen Pfadlängen“ von RE1 (Referenzebene 7) und RE2 (Referenzebene 8) sind gleich lang, so dass beide Bereiche gleichzeitig im OCT-Bild dargestellt werden können. Konkret fällt die jeweilige Referenzebene 7, 8 mit der jeweiligen Fokalebene 5, 6 zusammen. Ein von der Probe reflektierter Lichtstrahl interferiert mit dem Referenzstrahl. Durch Signale aus der Interferenz lässt sich die Probe tiefenaufgelöst, also in der Tiefe der optischen Achse des ersten Teilstrahls, durch sogenannte A-Scans untersuchen.
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2 zeigt das Ergebnis einer Anwendung des mit Bezug zu 1 beschriebenen Verfahrens an einem menschlichen Auge, wobei die erste Struktur die Hornhaut 10 oder ein Bereich der Hornhaut 10 eines Auges 11 ist und wobei die zweite Struktur die Netzhaut 12 oder ein Bereich der Netzhaut 12 des Auges 11 ist. 2 zeigt, dass die elektronische Einrichtung 14 die Strukturen in einem Bild 15 darstellt. 2 zeigt das Bild 15 als ein Schnittbild. Wird ein gerader Linienscan (OCT-B-Scan) radial durch die optische Achse 4a-d des Objektivs bzw. der optischen Einrichtung durchgeführt, ergibt sich das Schnittbild gemäß 2. Im zentralen Bereich ist die Hornhaut 10 scharf abgebildet, im Randbereich ist die Netzhaut 12 scharf abgebildet. Über den Abstand 9 der Strukturen im Schnittbild kann der Abstand zwischen Hornhaut 10 und Netzhaut 12 genau berechnet werden.
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Die Ermittlung der exakten Augenlänge bietet einige Vorteile. Beispielsweise können, wenn die Augenlänge bekannt ist, Skalierungen genauer berechnet und Strukturen eines Auges maßgerechter dargestellt werden.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- zylindrischer, optischer Kanal
- 1a
- erster Durchmesser
- 1b
- erste Länge
- 2
- zweiter optischer Kanal
- 2a
- kleinere Länge
- 2b
- größerer Durchmesser
- 3a-d
- Linsen
- 4a-d
- optische Achse
- 5
- erste Fokalebene
- 6
- zweite Fokalebene
- 7
- erste Referenzebene
- 8
- zweite Referenzebenebene
- 9
- Abstand
- 10
- Hornhaut
- 11
- Auge
- 12
- Netzhaut
- 13
- OCT-Vorrichtung
- 14
- elektronische Einrichtung
- 15
- Bild
