DE102009030467A1

DE102009030467A1 - Device for recording high-dynamic fundus- and slit images of human eyes during e.g. examining cataract operations, has sensor-arrays comprising connections to evaluation unit, and beam splitter distributing light from eyes to sensor-arrays

Info

Publication number: DE102009030467A1
Application number: DE200910030467
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Westpahl; Thomas Dr. Mohr
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-01-05

Abstract

The device has an illumination unit, and a coupling and uncoupling unit for coupling and uncoupling light of the illumination unit and/or light reflected from eyes. Opto-electronic sensor-arrays e.g. charge-coupled devices, record the light reflected from the eyes and comprise connections to an evaluation unit. A beam splitter is provided for distributing the light reflected from the eyes to the sensor-arrays, where the beam splitter has dichroic characteristics. An attenuator is arranged between the beam splitter and the sensor-arrays. An independent claim is also included for a method for recording high-dynamic fundus- and slit images of eyes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtung und Verfahren zur Aufnahme hochdynamischer Fundus- und Spaltbilder von Augen bei sehr geringer Beleuchtungsintensität.The The present invention relates to apparatus and methods for receiving highly dynamic fundus and slit images of eyes at very low Illumination intensity.

Mit einer Funduskamera sind genaueste Untersuchungen der Netzhaut durch Fotografie des Augenhintergrundes möglich. Die von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen, hochgenauen Bilder werden für eine sofortige Ansicht und Beurteilung in der Regel auf einen Bildschirm abgebildet. Durch die Möglichkeit, die Aufnahmen nahezu beliebig zu vergrößern, können Details gesehen werden, die mit bloßem Auge bei der Untersuchung der Netzhaut nicht erkennbar sind. Die Aufnahmen werden in einer Datenbank gespeichert und ermöglichen damit zusätzlich Verlaufskontrollen von Befunden in einer mit herkömmlichen Methoden nicht möglichen Genauigkeit.With a fundus camera are the most accurate examinations of the retina by Photography of the eye background possible. The of the Image capture unit taken, highly accurate images are used for an immediate view and assessment usually on a screen displayed. By the possibility of taking pictures almost can zoom in, details be seen with the naked eye during the examination the retina are not recognizable. The recordings are in a database saved and thus allow additional historical controls of findings in one with conventional methods not possible accuracy.

Im Gegensatz dazu sind Spaltlampen medizinische Untersuchungsgeräte, mit denen der Augenarzt oder der Augenoptiker die Augen stereoskopisch, d. h. räumlich betrachten kann. Dieses optische Gerät bietet dem Nutzer die Möglichkeit, einen scharf begrenzten spaltförmigen Lichtstrahl, der in seiner Breite einstellbar ist, auf das zu untersuchende Auge zu projizieren und damit das Auge durch ein Auflichtmikroskop zu betrachten. Mit Spaltlampen werden vorzugsweise die vorderen Augenbereiche mit Linse, Hornhaut und vorderer Augenkammer betrachtet. Durch die Verwendung pupillenerweiternder Mittel wird es jedoch auch möglich, die Netzhaut oder die Hornhautrückfläche zu sehen. Neben der Möglichkeit der direkten, stereoskopischen Beobachtung bieten moderne Spaltlampen selbstverständlich auch die Möglichkeit mit Hilfe einer Bildaufnahmeeinheit fotografische Aufnahmen zur sofortigen Ansicht und Begutachtung, sowie zur Verlaufskontrolle von Befunden zu realisieren.in the In contrast, slit lamps are medical examination devices, with which the ophthalmologist or the optician's eyes stereoscopically, d. H. spatially. This optical device offers the user the option of a sharply limited slit-shaped light beam that is adjustable in width is to project onto the eye to be examined and thus the Eye through an incident light microscope. Become with slit lamps preferably the anterior eye areas with lens, cornea and considered in the anterior chamber of the eye. By using pupil-expanding means However, it is also possible, the retina or the corneal surface to see. In addition to the possibility of direct, stereoscopic Of course, observation is provided by modern slit lamps also the possibility with the help of an image acquisition unit photographic Recordings for immediate viewing and assessment, as well as for follow-up to realize findings.

Nach dem bekannten Stand der Technik kommen als Beleuchtungseinheit bei Funduskameras und Spaltlampen hauptsächlich Blitzlampen, Halogenlampen oder LEDs zum Einsatz, die zur Beleuchtung des Auges für eine direkte Beobachtung und/oder für fotografische Aufnahmen dienen.To the known prior art come as a lighting unit Fundus cameras and slit lamps mainly flash lamps, Halogen lamps or LEDs are used to illuminate the eye for a direct observation and / or for photographic Serve recordings.

Während bei der Beleuchtung lediglich darauf zu achten ist, dass zulässige Beleuchtungsstärken einzuhalten sind, um die Belastung des Auges so gering wie möglich zu halten, sind die Anforderungen an die zu verwendende Bildaufnahmeeinheit insbesondere für hochqualitative Fundus- oder Spaltaufnahmen wesentlich höher. Die Ursachen dafür liegen in der individuellen, den Strahlengang des ein- und ausfallenden Lichtes verändernden Optik und der gekrümmten Fläche der Netzhaut des Auges. Wesentlichster Bestandteil der in der Regel digital arbeitenden Bildaufnahmeeinheiten sind opto-elektronische Sensoren, die vorzugsweise direkt im Beobachtungsstrahlengang angeordnet sind.While when lighting just make sure that allowed Illuminance levels are to be adhered to the load of the eye are as low as possible, the requirements are the image acquisition unit to be used in particular for High quality fundus or gap recordings much higher. The reasons for this lie in the individual, the beam path of the incoming and outgoing light changing optics and the curved surface of the retina of the eye. Most essential part of the usually digital working Imaging units are opto-electronic sensors, preferably are arranged directly in the observation beam path.

Um die zulässige Beleuchtungsstärke einzuhalten und die Belastung des Auges möglichst zu verringern, wird die Intensitäten und/oder Dauer der Beleuchtung ständig verringert. Dies hat jedoch zur Folge, dass auf dem optoelektronischen Sensor eine immer geringere Lichtmenge ankommt, was die Erzeugung hochqualitativer Fundus- oder Spaltaufnahmen wesentlich erschwert.Around to adhere to the permitted illuminance and To reduce the burden on the eye as much as possible, the Intensities and / or duration of lighting constantly reduced. However, this has the consequence that on the optoelectronic Sensor an ever smaller amount of light arrives, causing the generation high-quality Fundus- or Spaltaufnahmen considerably more difficult.

Eine einfache Verlängerung der Belichtungszeit führt hierbei jedoch nicht zum Erfolg, da das Auge in der Regel nicht stillsteht und scharfe Fundus- oder Spaltaufnahmen somit unmöglich werden. Eine mögliche Fixierung des Auges für längere Belichtungszeiten würde jedoch die Belastung des Patienten extrem erhöhen.A simple extension of the exposure time leads However, this is not successful, since the eye is not usually resting and sharp Fundus- or Spaltaufnahmen thus impossible become. A possible fixation of the eye for However, longer exposure times would be the burden of the patient extremely increase.

Um diesem Umstand abzuhelfen, ist der Einsatz von Bildaufnahmeeinheiten möglich, die über hochempfindliche, opto-elektronische Sensoren verfügen. Da hochempfindliche, opto-elektronische Sensoren bei gleicher Größe in der Regel über eine geringere Auflösung verfügen und zudem nur Schwarz-Weiß-Bilder erzeugen, ist deren alleinige Verwendung wenig vorteilhaft. Zudem führen elektronische Nachverstärkungen, die eine relativ aufwendige Elektronik erfordern, bei hochempfindlichen, opto-elektronischen Sensoren zur Einschränkung deren Dynamik. Weiterhin ist es Stand der Technik, dass hochempfindliche Sensoren gekühlt werden, um elektronische Rauscheinflusse zu minimieren.Around remedy this situation is the use of image capture units possible, the over-sensitive, opto-electronic Sensors have. Because highly sensitive, opto-electronic Sensors of the same size usually over have a lower resolution and only produce black and white images, their sole use is not very advantageous. In addition, lead electronic amplification, which is a relatively expensive Electronics require, with highly sensitive, opto-electronic Sensors to limit their dynamics. Furthermore is It is state of the art that highly sensitive sensors are cooled to minimize electronic noise.

Die sogenannte Dynamik des opto-elektronischen Sensors ist ein Maß für die Genauigkeit der Detektierung und Wiedergabe der Intensitäten und wird durch das Verhältnis von höchster messbarer Intensität zu niedrigster messbarer Intensität ausgedrückt.The so-called dynamics of the opto-electronic sensor is a measure of the accuracy of detecting and reproducing the intensities and is measurable by the ratio of highest Intensity to the lowest measurable intensity expressed.

Während sich der gesamte Intensitätsbereich von einer absoluten minimalen Intensität bis zu einer absoluten maximalen Intensität erstreckt, ist der messbare Bereich ist in der Regel kleiner und so zu verstehen, dass in diesem Bereich die Intensitäten proportional zueinander, d. h. mit linearer Empfindlichkeit registriert werden.While the whole intensity range is from an absolute minimum intensity up to an absolute maximum intensity extends, the measurable range is usually smaller and to understand that in this area the intensities are proportional to each other, d. H. be registered with linear sensitivity.

Nach dem Stand der Technik sind jedoch andere technische Lösungen bekannt, mit denen trotz geringer, detektierbarer Lichtmenge hochqualitative Fundus- oder Spaltaufnahmen realisierbar sind.To The prior art, however, other technical solutions with which, despite a small, detectable amount of light, high-quality fundus or gap recordings are feasible.

In einer ersten Gruppe von Lösungen wird dazu die Beleuchtung, d. h. die Blitzbelichtung des Auges für die Fundus- oder Spaltaufnahmen optimiert.In a first group of solutions to the lighting, ie the flash exposure of the eye for fundus or Spaltaufnahmen opti mized.

Während DE 102 42 851 A1 und DE 10 2004 011 906 A1 Systeme zum Steuern der Blitzabgabe eines Blitzgerätes betreffen, wird in der EP 0 512 508 B1 eine Kamera mit automatischer Belichtungssteuerungs-Einrichtung beschrieben, bei der zur Belichtungsmessung ein Vorblitz im sichtbaren Spektralbereich und eine zugehörigen elektronischen Auswertung erfolgt. Dabei erfolgt die Auswertung der Belichtungsmessung in Zonen, mit einer Photodiode für die zentrale Messung und einem Array für die Messung des Umgebungslichtes. Da ein Vorblitz meist nicht ausreichend ist, um eine Belichtungsmessung durchzuführen, wird in der Regel mit einer kurzen Folge von Vorblitzen gearbeitet.While DE 102 42 851 A1 and DE 10 2004 011 906 A1 Systems for controlling the flash output of a flash device, is in the EP 0 512 508 B1 a camera with automatic exposure control device described in which the exposure measurement, a pre-flash in the visible spectral range and an associated electronic evaluation. The evaluation of the exposure measurement takes place in zones, with a photodiode for the central measurement and an array for the measurement of the ambient light. Since a pre-flash is usually not sufficient to perform an exposure measurement, a short series of pre-flashes is usually used.

Nachteilig wirkt sich bei diesen Lösungen aus, dass die Vorblitze im sichtbaren Spektralbereich erfolgen, dass nur eine zonenweise Auswertung in Teilbereichen erfolgt und dass eine zusätzliche Photodiode bzw. ein Array von Photodioden erforderlich ist. Außerdem weisen auch hier die opto-elektronischen Sensoren eine begrenzte Dynamik auf.adversely affects in these solutions that the pre-flashes take place in the visible spectral range that only one zone Evaluation takes place in subareas and that an additional Photodiode or an array of photodiodes is required. Furthermore Again, the opto-electronic sensors have a limited Dynamics on.

Weitere, mit Vorblitzen arbeitende Lösungen sind in DE 3 139 547 C2 und DE 33 32 835 C2 beschrieben. Während bei diesen beiden Lösungen die Vorblitze im sichtbaren Spektralbereich liegen, erfolgt die zugehörige Auswertung der Lichtmessung im infraroten Spektralbereich, für die eine zusätzliche Photodiode erforderlich ist.Other pre-flash solutions are in DE 3 139 547 C2 and DE 33 32 835 C2 described. While in these two solutions, the pre-flashes are in the visible spectral range, the associated evaluation of the light measurement in the infrared spectral range, for which an additional photodiode is required.

Die Lösungen nach DE 33 47 872 C2 und DE 690 26 826 T2 basieren zwar auch auf einer Vorblitz-Methode, die Lichtmessung erfolgt jedoch über Spot- und Integralbelichtungsmessung. Die Lichtmessung erfolgt in Zonen, wofür eine Photodiode für den zentralen Spot und eine Photodiode bzw. ein Array für die Messung des Umgebungslichtes vorhanden sind. Als nachteilig wirkt sich hierbei neben den sichtbaren Vorblitzen die nur zonenweise erfolgende Auswertung aus.The solutions after DE 33 47 872 C2 and DE 690 26 826 T2 Although based on a pre-flash method, the light measurement is done via spot and integral exposure measurement. The light measurement takes place in zones, for which a photodiode for the central spot and a photodiode or an array for the measurement of the ambient light are present. In addition to the visible pre-flashes, the evaluation, which takes place only in zones, has a disadvantageous effect.

Das Problem einer begrenzten Dynamik tritt bei den hier verwendeten optoelektronischen Sensoren generell auf. In der Regel weisen derartige Sensoren nur eine Dynamik von 8 Bit auf, was 256 Helligkeitsstufen entspricht. Dies ist ein sehr geringer Wert im Vergleich zu konventionellem Filmmaterial, welches eine Dynamik von etwa 13 Bit hat, und macht sich beispielsweise dadurch nachteilig bemerkbar, dass helle Bereiche im Bild schnell zur Übersteuerung führen. Um die begrenzte Dynamik der Sensoren optimal nutzen zu können, ist nach dem Stand der Technik eine zweite Gruppe von Lösungen bekannt, bei denen nicht die Beleuchtung sondern die Belichtung optimiert wird.The Problem of limited dynamics occurs in the ones used here optoelectronic sensors in general. In general, such Sensors only have a dynamics of 8 bits, giving 256 brightness levels equivalent. This is a very low value compared to conventional Film material, which has a dynamics of about 13 bits, and makes For example, thereby adversely noticeable that bright areas quickly lead to overdriving in the picture. To the to optimally use the limited dynamics of the sensors, is a second group of solutions according to the prior art known where not the lighting but the exposure is optimized.

So beschreibt beispielsweise die DE 103 07 744 A1 ein Verfahren, bei dem durch mehrfache Belichtung mit stark unterschiedlichen Strahlungsenergien eine Dynamikerweiterung erreicht werden kann. Dazu erfolgt die Bestimmung von Intensitätswerten elektromagnetischer Strahlung von Orten in einem Gebiet, wobei die elektromagnetische Strahlung eine absolute minimale Intensität und eine absolute maximale Intensität aufweist, mittels einer Detektierungseinrichtung die Messwerte in einem Bereich von einer niedrigsten messbaren Intensität bis zu einer höchsten messbaren Intensität mit linear steigender Empfindlichkeit registriert und gespeichert wird. Auf diese Weise kann man mit einer Detektierungseinrichtung von eigentlich geringer Dynamik mittels mehrerer Aufnahmen desselben Gebiets G bei unterschiedlichen Belichtungszeiten die effektive Dynamik der Detektierungseinrichtung wesentlich erhöhen und ein Bild zusammensetzen, das mit dieser effektiven Dynamik aufgenommen zu sein scheint. Da sich durch die Vielzahl der Fundus- oder Spaltaufnahmen die Dauer der Behandlung wesentlich verlängert, erhöht sich auch die Belastung des Patienten.For example, describes the DE 103 07 744 A1 a method in which a dynamic expansion can be achieved by multiple exposure with very different radiation energies. For this purpose, the determination of intensity values of electromagnetic radiation from locations in a region, wherein the electromagnetic radiation has an absolute minimum intensity and an absolute maximum intensity, takes place by means of a detection device, the measured values in a range from a lowest measurable intensity to a highest measurable intensity with linear increasing sensitivity is registered and stored. In this way, with a detection device of actually low dynamics by means of several images of the same area G at different exposure times, it is possible to substantially increase the effective dynamics of the detection device and to compose an image which appears to be recorded with this effective dynamics. As the duration of the treatment increases considerably due to the large number of fundus or gap recordings, the burden on the patient also increases.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die derzeit verwendeten opto-elektronischen Sensoren über eine begrenzte Dynamik von zumeist 8 Bit verfügen, die für ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis möglichst maximal auszusteuern ist, d. h. die Beleuchtung ist individuell bzw. automatisch zu regeln. Unter der Berücksichtigung einer nicht zu hohen Lichtbelastung des Patienten ist die Empfindlichkeit der derzeit verwendeten opto-elektronischen Sensoren nicht ausreichend, um ausreichend gute Aufnahmen zu realisieren.In summary it should be noted that the currently used opto-electronic Sensors with limited dynamics of mostly 8 bits dispose of that for a good signal-to-noise ratio as possible maximum is to be controlled, d. H. the lighting is individual or to regulate automatically. Under consideration A not too high exposure of the patient is the sensitivity of the patient currently used opto-electronic sensors are not sufficient, to realize enough good shots.

Im Gegensatz dazu erzeugen hochempfindliche Sensoren (CCD) ein verwertbares, analoges, elektrisches Signal erst bei einer Mindestmenge von etwa 100 einfallenden Photonen, so dass bei sehr geringen Strahlungsenergien extrem lange Belichtungszeiten erforderlich sind. Zudem verfügen hochempfindliche Sensoren über eine begrenzte Auflösung z. B. 5 Megapixel, benötigen für die Nachverstärkung eine aufwendige elektronische Schaltung und arbeiten nur im Schwarz–Weiß-Modus.in the By contrast, high-sensitivity sensors (CCDs) generate a usable, analog, electrical signal only at a minimum amount of about 100 incident photons, so that at very low radiation energies extremely long exposure times are required. Also feature highly sensitive sensors over a limited resolution z. B. 5 megapixels, need for the amplification a complex electronic circuit and work only in black and white mode.

Eine Beschleunigung des Messvorganges und die damit zusammenhängende Verringerung der Belastung des Patienten könnte durch das Auslesen von Teilbereichen des Sensors erreicht werden. Dies ist jedoch nicht bei allen Sensoren möglich. CMOS-Sensoren, die das Auslesen zusammenhängender Teilbereiche ermöglichen, sind prinzipbedingt jedoch stark rauschbehaftet.A Acceleration of the measuring process and the related Reducing the burden on the patient could be due to the Reading out partial areas of the sensor can be achieved. This is but not possible with all sensors. CMOS sensors, which enable the reading of connected subareas are inherently strongly noisy due to the principle.

Auch ein Auslesen während des Belichtungsprozesses ist nicht bei allen Sensoren möglich. Die hierfür geeigneten, sogenannten Global-Shutter-Sensoren sind allerdings nicht in der erforderlichen Empfindlichkeit verfügbar.Also reading during the exposure process is not possible with all sensors. The appropriate, However, so-called global shutter sensors are not in the required sensitivity available.

So könnte das Auslesen des gesamten Sensors auch dadurch beschleunigt werden, dass statt nur eines Analog-Digital-Wandlers mehrerer, parallel arbeitende AD-Wandler Verwendung finden. Diese Variante ist jedoch sehr kostenintensiv; schnelle AD-Wandler arbeiten zudem mit sehr niedriger Dynamik wie z. B. mit max. 8 Bit. Die Auslesezeit wird zusätzlich dadurch verlängert, dass alle digitalen Daten nach dem Auslesen zwischengespeichert und dann separat bearbeitet werden; unter Umständen erfolgt sogar eine serielle Übermittlung zu einer separaten Auswerteeinheit, wie einem PC mit Auswertesoftware.So This could also speed up reading the entire sensor be that instead of just one analog-to-digital converter several, working in parallel AD converter find use. This variant is very costly; Fast AD converters also work with very low dynamics such as z. B. with max. 8 bits. The readout time is additionally characterized extended that all digital data after reading out cached and then edited separately; in certain circumstances even a serial transmission takes place to a separate evaluation unit, like a PC with evaluation software.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufnahme hochdynamischer Fundus- und Spaltbilder von Augen bei sehr geringer Beleuchtungsintensität zu entwickeln. Dabei soll die Lösung die Nachteile des Standes der Technik beheben und bei einem einfachen und kostengünstigen Aufbau eine einfache Bedienung und eine schnelle Auswertung ermöglichen.Of the The present invention is based on a device and a method for recording highly dynamic fundus and slit images of To develop eyes at very low illumination intensity. The solution is the disadvantages of the prior art fix and with a simple and inexpensive construction enable easy operation and fast evaluation.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention the object by the features of the independent claims solved. Preferred developments and refinements are Subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme hochdynamischer Fundus- und Spaltbilder besteht aus einer Beleuchtungseinheit, Mitteln zur Erzeugung spezieller Beleuchtungsmuster, -profile und/oder -bedingungen, Mitteln zur Ein- und Auskopplung des Lichtes der Beleuchtungseinheit und/oder des vom Auge reflektierten Lichtes sowie zwei opto-elektronischen Sensor-Arrays zur Aufnahme des vom Auge reflektierten Lichtes, die Verbindungen zu einer Auswerteeinheit aufweisen und einem zusätzlichen Strahlteiler zur Aufteilung des vom Auge reflektierten Lichtes auf die beiden opto-elektronischen Sensor-Arrays, wobei ein opto-elektronisches Sensor-Array auf Single-Photonen-Detektoren und das andere auf Photostrom messenden Photodioden basiert.The Inventive device for receiving highly dynamic Fundus and slit images consists of a lighting unit, means to generate special lighting patterns, profiles and / or conditions, Means for coupling and decoupling the light of the lighting unit and / or the light reflected from the eye as well as two opto-electronic Sensor arrays for receiving the light reflected from the eye, the Have connections to an evaluation and an additional Beam splitter for splitting the light reflected from the eye the two opto-electronic sensor arrays, being an opto-electronic Sensor array on single-photon detectors and the other on photocurrent based on measuring photodiodes.

Die vorgeschlagene technische Lösung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufnahme hochdynamischer Abbilder des menschlichen Auges und ist für Fundus- und Spaltbilder gleichermaßen geeignet. Außerdem ist die vorgeschlagene Lösung auch dazu geeignet, hochdynamische Abbilder der vorderen Augenabschnitte des menschlichen Auges im Rahmen der Vorbereitung, Durchführung und/oder Begutachtung von Katerakt-Operationen zu realisieren.The proposed technical solution relates to a device and a method for acquiring highly dynamic images of the human Eye and is for fundus and slit images alike suitable. In addition, the proposed solution also suitable, highly dynamic images of the anterior eye segments of the human eye as part of the preparation, implementation and / or Assessment of Katerakt operations to realize.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.The Invention will be described below with reference to embodiments described in more detail.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme hochdynamischer Fundus- und Spaltbilder besteht aus einer Beleuchtungseinheit, Mitteln zur Erzeugung spezieller Beleuchtungsmuster, -profile und/oder -bedingungen, einem optoelektronischen Sensor-Array zur Aufnahme des vom Auge reflektierten Lichtes, einer Auswerteeinheit, sowie Mitteln zur Ein- und Auskopplung des Lichtes der Beleuchtungseinheit und/oder des vom Auge reflektierten Lichtes, wobei ein zweites opto-elektronisches Sensor-Array und ein zusätzlicher Strahlteiler zur Aufteilung des vom Auge reflektierten Lichtes auf diese Sensor-Arrays vorhanden sind und beide opto-elektronischen Sensor-Arrays Verbindungen zur Auswerteeinheit aufweisen.The Inventive device for receiving highly dynamic Fundus and slit images consists of a lighting unit, means to generate special lighting patterns, profiles and / or conditions, an opto-electronic sensor array for receiving the eye reflected light, an evaluation unit, as well as means for and decoupling the light of the lighting unit and / or the light reflected from the eye, with a second opto-electronic Sensor array and an additional beam splitter for splitting of the light reflected from the eye on these sensor arrays are and both opto-electronic sensor arrays connections to Have evaluation.

Erfindungswesentlich ist hierbei, dass ein opto-elektronisches Sensor-Array aus Photodetektoren besteht, die nach dem Lawinen-Effekt arbeiten, während das andere opto-elektronische Sensor-Array auf Photodioden basiert, die den inneren photoelektrischen Effekt nutzen. Das nach dem Lawinen-Effekt oder auch Avalanche-Effekt arbeitende Sensor-Array hat dabei eine um den Faktor 100 höhere Empfindlichkeit als das den inneren photoelektrischen Effekt nutzende Sensor-Array.essential to the invention Here is that an opto-electronic sensor array of photodetectors which works on the avalanche effect while the other opto-electronic sensor array is based on photodiodes, which use the internal photoelectric effect. That after the avalanche effect or even avalanche effect working sensor array has a 100 times higher sensitivity than the inner one photoelectric effect using sensor array.

Als Photodetektoren, die nach dem Lawinen-Effekt arbeiten können beispielsweise Photomultiplier Tubes (PMT), Avalanche Photo Dioden (APD) oder Silicon Photomultipliers (SiPMs) Verwendung finden. Es kommen auch emCCDs (electron multiplying CCD) oder sCMOS (scientific CMOS) in Frage, die eine Elektronen-Vervielfältigung bereits intrinsisch implementiert haben.When Photodetectors that can work on the avalanche effect eg photomultiplier tubes (PMT), avalanche photodiodes (APD) or silicone photomultipliers (SiPMs) find use. It come also emCCDs (electron multiplying CCD) or sCMOS (scientific CMOS) in question, an electron duplication already have implemented intrinsically.

Photodioden, die den inneren photoelektrischen Effekt nutzen basieren hingegen meist auf der konventionellen (ohne Lawinen-Effekt) CCD-(charge-coupled device) oder CMOS-Technologie (complementary metal Oxide semiconductor).Photodiodes, on the other hand, they use the internal photoelectric effect mostly on the conventional (without avalanche effect) CCD (charge-coupled device) or CMOS technology (complementary metal oxide semiconductor).

Opto-elektronische Sensor-Arrays bestehen in der Regel aus einer Matrix (seltener einer Zeile) lichtempfindlicher Photodioden, die auch Pixel genannt werden. Die Arrays können rechteckig oder quadratisch sein, mit Kantenlängen von weniger als 3 μm bis über 20 μm. Je größer die Fläche der Pixel, desto höher die Lichtempfindlichkeit und der Dynamikumfang des Sensors und desto kleiner die Bildauflösung, bei gleicher Größe des Sensors.Optoelectronic Sensor arrays usually consist of a matrix (rarely a Line) of light-sensitive photodiodes, which are also called pixels. The arrays can be rectangular or square, with Edge lengths of less than 3 microns to about 20 μm. The bigger the area the pixels, the higher the photosensitivity and the Dynamic range of the sensor and the smaller the image resolution, at the same size of the sensor.

Weiterhin ist erfindungswesentlich, dass die Messwerte an den digitalen Ausgängen der opto-elektronischen Sensor-Arrays derart normiert sind, dass ein stufenloser Übergang der Lichtintensitätsmessung erfolgen kann. Dazu ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sensor-Arrays gleiche Abmessungen aufweisen, da sich dadurch die Auswertung und Bilderzeugung wesentlich vereinfacht.Farther It is essential to the invention that the measured values at the digital outputs the opto-electronic sensor arrays are normalized such that a stepless transition of the light intensity measurement can be done. For this it is particularly advantageous if the sensor arrays have the same dimensions, since thereby the evaluation and image generation considerably simplified.

Für eine einfache und schnelle Auswertung der Signale der Sensor-Arrays ist es weiterhin von Vorteil, wenn die digitalen Ausgänge der Single-Photonen-Detektoren über separate Verarbeitungseinheiten verfügen. Vorzugsweise werden dafür Zählratenkonverter verwendet, von denen das Messergebnis digital an die Auswerteeinheit übermittelt wird.For a simple and fast evaluation of the signals of the sensor arrays it is still beneficial if the digital outputs the single-photon detectors via separate processing units feature. Preferably, counting rate converters are used for this purpose used, from which the measurement result is transmitted digitally to the evaluation unit becomes.

Da jeder Single-Photonen-Detektor über eine separate Verarbeitungseinheit verfügt, ist es auch möglich, eine individuelle Auslesung der digitalen Ausgangssignale vorzunehmen. So lassen sich neben Teilbereichen auch spezielle Formen, wie Linien, Kreise, Gitter, Sektoren o. ä. auslesen. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil dar, der trotz der Kombination mit einem „normalen” Sensor-Array erhalten bleibt. Die separaten Verarbeitungseinheiten jedes Single-Photonen-Detektors haben noch den Vorteil, dass durch die Möglichkeit des parallelen Auslesens die Bilderzeugung wesentlich schneller erfolgen kann.There each single-photon detector via a separate processing unit It is also possible to have an individual Readout of the digital output signals. So can be next to Subareas also special forms, such as lines, circles, grids, Read sectors or similar. This represents a substantial An advantage, despite the combination with a "normal" sensor array preserved. The separate processing units of each single-photon detector still have the advantage that by the possibility of parallel readout, the imaging can be done much faster.

Die Dynamik der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dadurch noch vergrößert werden, dass Zählern mit hohen Zählgrößen von z. B. 24 Bit verwendet werden. Diese Zähler sind dann in der Lage das „OVERFLOW”-Steuersignal auszuwerten. Bei Erreichen des maximalen Zählstandes wird automatisch ein weiterer Zähler generiert, der die Anzahl der „OVERFLOW”-Signale zählt. Eine derartige dynamische Konfiguration mit der Generierung eines weiteren Zählers erfolgt mit einer zusätzlichen Steuerlogik, so dass eine dynamische Erweitung einzelner, überlaufender Zähler problemlos möglich ist.The Dynamics of the device according to the invention can thereby be further increased that counters with high count sizes of z. Eg 24 bits be used. These counters are then capable of the "OVERFLOW" control signal evaluate. When the maximum count is reached automatically generates another counter that counts the number the "OVERFLOW" signals count. Such dynamic configuration with the generation of another counter takes place with an additional control logic, so that a dynamic expansion of individual, overflowing meters easily possible.

In einer ersten Ausführung wird neben einem Sensor-Array auf CCD- bzw. CMOS-Basis ein Sensor-Array verwendet, bei dem als Single-Photonen-Detektoren Silicon Photomultipliers (kurz SPM) verwendet werden.In a first embodiment is next to a sensor array CCD or CMOS based on a sensor array used as single-photon detectors Silicon photomultipliers (short SPM) can be used.

Derartige Sensor-Arrays werden beispielsweise von der Firma SensL Technologies Ltd. auch in Form von Arrays angeboten. Die SPMs von SensL basieren dabei auf einer neuartigen Silizium-Struktur und wurden für geringste Beleuchtungsstärken optimiert. So erzeugt bereits ein einziges Photon einen Impuls auf dem Sensor-Array, das über integrierte Schaltkreise entsprechend verstärkt wird. Dazu wird das Sensor-Array im Geiger-Modus betrieben. Beim sogenannten Geiger-Modus werden die SPM's oberhalb der Durchbruchspannung betrieben, so dass eine Verstärkung von bis zu 10⁶ erreicht wird. Dabei stellt die Detektorelektronik sicher, dass die SPMs nicht zerstört und anschließend wieder zurückgesetzt werden. Diese, auf SPM's basierenden Sensor-Arrays kombiniert die Vorteile von ”normalen” Photodioden (Größe, Niederspannungsbetrieb und Robustheit) mit den wichtigen Vorteilen einer hohen Verstärkung und Empfindlichkeit. Details zu den SPM-Arrays der Firma SensL Technologies Ltd. sind sowohl den Produktbeschreibungen auf der Internetseite www.sensl.com als auch der Offenlegungsschrift WO 2006/126027 A2 zu entnehmen.Such sensor arrays are used for example by SensL Technologies Ltd. also offered in the form of arrays. SensL's SPMs are based on a novel silicon structure and have been optimized for the lowest illuminance levels. For example, a single photon generates a pulse on the sensor array, which is correspondingly amplified by integrated circuits. For this, the sensor array is operated in Geiger mode. In the so-called Geiger mode, the SPMs are operated above the breakdown voltage, so that a gain of up to 10 ^{6 is} achieved. The detector electronics ensure that the SPMs are not destroyed and then reset. These SPM-based sensor arrays combine the advantages of "normal" photodiodes (size, low voltage operation and ruggedness) with the important advantages of high gain and sensitivity. Details of the SPM-Arrays of the company SensL Technologies Ltd. are both the product descriptions on the website www.sensl.com as well as the publication WO 2006/126027 A2 refer to.

Die vorgeschlagene Lösung verfügt über eine für Single-Photonen-Detektoren übliche, nichtlineare Empfindlichkeitskurve. Nach dem Eintreffen eines Photons und dem Auslösen des Lawineneffekts ist der Single-Photonen-Detektor für kurze Zeit, d. h. während der sogenannten Totzeit (DEAD TIME) nicht empfindlich. Photonen, die in dieser Zeit auf den Detektor treffen, werden nicht registriert. Bei hoher Strahlungsenergie steigt die Wahrscheinlichkeit, dass eintreffende Photonen nicht mehr detektiert werden. Ais Ergebnis erhält man eine nichtlineare Empfindlichkeitsfunktion, die bei der Auswertung zu berücksichtigen ist. Deshalb sind vorzugsweise Single-Photonen-Detektoren zu verwenden, die über eine sehr kurze Totzeit im Bereich von 20 bis 50 ns verfügen.The proposed solution has one for single photon detectors usual, nonlinear Sensitivity curve. After the arrival of a photon and the Triggering the avalanche effect is the single-photon detector for a short time, d. H. during the so-called Dead time (DEAD TIME) not sensitive. Photons at this time to hit the detector are not registered. At high radiation energy the probability of incoming photons does not increase more are detected. As a result, a non-linear sensitivity function is obtained. to be considered in the evaluation. Therefore are preferably to use single-photon detectors that over have a very short dead time in the range of 20 to 50 ns.

Die Firma SensL gibt in den Datenblattern der verfügbaren Single-Photonen-Detektoren (SPM-Array) an, dass bei einem gekühlten Photon Counting Device (PCDMini) die typische Pulslänge bei 53 ns und die nachfolgende Totzeit bei 98 ns liegen. Der Detektor kann somit während der Zeit von 151 ns das Auftreffen keiner weiteren Photonen messen. Die sich daraus ergebende maximale Photonenzählrate im linearen Bereich, bei dem die Zählrate proportional zum Lichtfluss ist, führt jedoch insbesondere bei kurzen Messzeiten von beispielsweise 100 ns zu einer zu geringen Dynamik.The Company SensL gives in the datasheets of available single photon detectors (SPM-Array) that on a cooled photon counting device (PCDMini) the typical pulse length at 53 ns and the following dead time are at 98 ns. The detector can thus during the time of 151 ns measuring the impact of no further photons. Which resulting maximum photon counting rate in the linear Range where the count rate is proportional to the light flux is, but leads in particular at short measuring times of for example, 100 ns too little dynamics.

Der zusätzlich vorhandene Strahlteiler zur Aufteilung des vom Auge reflektierten Lichtes auf die beiden Sensor-Arrays ist so ausgebildet, dass ein Teilungsverhältnis von etwa 75:25 bis 95:5, vorzugsweise 90:10 erzeugt wird, wobei der Hauptteil des vom Auge reflektierten Lichtes auf das Array aus Single-Photonen-Detektoren abgebildet wird. Das Teilungsverhältnis ist dabei von den verschiedenen Empfindlichkeiten der beiden Sensor-Arrays abhängig. Der verwendete Strahlteiler kann hierbei beliebig geartet sein. Es kann sich zum Beispiel um einen metallischen Strahlteiler oder einen Polka-Dot-Strahlteiler handeln. Wenn die beiden Sensor-Arrays deutlich unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten aufweisen, kann es auch vorteilhaft sein, den Strahlteiler dichroitisch auszulegen, so dass Detektionsstrahlung spektral selektiert auf die Sensor-Arrays fällt.Of the additionally existing beam splitters for the division of the Eye reflected light on the two sensor arrays is designed to a split ratio of about 75:25 to 95: 5, preferably 90:10 is generated, with the main part of the reflected by the eye Light is imaged on the array of single-photon detectors becomes. The division ratio depends on the different sensitivities dependent on the two sensor arrays. The used beam splitter this can be arbitrary. It may, for example, um a metallic beam splitter or a polka-dot beam splitter act. If the two sensor arrays are significantly different It may also be advantageous to have spectral sensitivities be dichroitisch interpret the beam splitter so that detection radiation spectral selected falls on the sensor arrays.

Von der Auswerteeinheit werden zur Erzeugung hochdynamischer Fundus- und Spaltbilder vorrangig die digitalen Ausgangssignale der Single-Photonen-Detektoren und erst bei Erreichen des Sättigungsbereiches einzelner Single-Photonen-Detektoren die korrespondierenden, digitalisierten Ausgangssignale des zweiten opto-elektronischen Sensor-Arrays verwendet. Der Sättigungsbereich einzelner Single-Photonen-Detektoren wird jenseits der maximalen Photonenzählrate im linearen Bereich, d. h. bei einer dem Lichtfluss proportionalen Zählrate, erreicht.The evaluation unit primarily uses the digital output signals of the single photon detectors to generate highly dynamic fundus and slit images, and only when the saturation range of individual single photon detectors is reached, the corresponding digitized output signals of the second optoelectronic Sen used sor arrays. The saturation range of individual single-photon detectors is achieved beyond the maximum photon counting rate in the linear range, ie at a count rate proportional to the flux of light.

Die Bilderzeugung erfolgt somit durch Kombination der Ausgangssignale beider Sensor-Arrays. Die digitalen Ausgangssignale der Single-Photonen-Detektoren bilden dabei die Grundlage, wobei die digitalen Ausgangssignale der Single-Photonen-Detektoren, die ihren Sättigungsbereich erreicht haben, durch die korrespondierenden, digitalisierten Ausgangssignale des zweiten opto-elektronischen Sensor-Arrays ersetzt werden. Bei gleich großen Sensor-Arrays ist dies auf einfache Art und Weise, pixelgenau möglich.The Imaging is thus done by combining the output signals both sensor arrays. The digital output signals of single-photon detectors form the basis, with the digital output signals the single-photon detectors, their saturation region achieved by the corresponding digitized output signals be replaced the second opto-electronic sensor array. at this is in a simple way and same size sensor arrays Way, pixel-accurate possible.

Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass das erzeugte Fundus- oder Spaltbilder keine überstrahlten Bereiche (Erreichen des Sättigungsbereiches) aufweist. Aufgrund der bereits genannten unterschiedlichen Empfindlichkeiten der beiden Sensor-Arrays wird sichergestellt, dass bei Erreichen des Sättigungsbereiches einzelner Single-Photonen-Detektoren, was gleichbedeutend ist mit einer großen Anzahl auftreffender Photonen, auf dem korrespondierenden Pixel des zweiten opto-elektronischen Sensor-Arrays ausreichend Photonen auftreffen und detektiert werden können und zwar trotz des vorzugsweise verwendeten Teilungsverhältnisse von 90:10.These Procedure has the advantage that the Fundus- or Slit images no overexposed areas (reaching the Saturation region). Because of the already mentioned different sensitivities of the two sensor arrays will be ensured that when reaching the saturation range single photon detectors, which is synonymous with a large number of incident photons, on the corresponding Pixels of the second opto-electronic sensor array sufficient Photons can strike and be detected and indeed despite the preferably used division ratios from 90:10.

Für die Erzeugung von Fundusbildern werden für den sonst sehr hell erscheinenden Sehnerv die Daten des zweiten opto-elektronischen Sensor-Arrays (auf das vorzugsweise nur 10% des vom Auge reflektierten Lichtes treffen) und für dunkle Bereiche die Daten der hochempfindlichen Single-Photonen-Detektoren verwendet. Die so erzeugten Fundusbilder haben eine sehr ausgeglichene Helligkeit.For the creation of fundus images are for the otherwise very brightly appearing optic nerve the data of the second opto-electronic Sensor arrays (on which preferably only 10% of the eye reflected Light) and for dark areas the data of the used highly sensitive single-photon detectors. The so produced Fundus images have a very balanced brightness.

In einer weiteren Ausgestaltung wird den beiden opto-elektronischen Sensor-Arrays jeweils eine abbildende Optikbaugruppe vorgeordnet, die vorzugsweise auch als Mikrolinsenarrays ausgebildet sein können.In Another embodiment is the two opto-electronic Sensor arrays each upstream of an imaging optical assembly, which can preferably also be designed as microlens arrays.

Ein Nachteil von Single-Photonen-Detektoren ist darin zu sehen, dass diese keine Farben sondern nur Intensitäten auflösen können. Somit lassen sich nur Schwarz-Weiß-Bilder erzeugen. Dieser Umstand kann jedoch dadurch behoben werden, dass dem opto-elektronischen Sensor-Array aus Single-Photonen-Detektoren Filter vorgeordnet und vorzugsweise schwenkbar ausgebildet sind. Dadurch sind die Single-Photonen-Detektoren in der Lage bestimmte Wellenlängen zu selektieren.One The disadvantage of single-photon detectors is the fact that these do not dissolve colors but only intensities can. Thus, only black and white images can be produce. This circumstance can however be remedied by the fact that the Opto-electronic sensor array of single-photon detectors Filter upstream and preferably designed to be pivotable. As a result, the single-photon detectors are capable of specific Select wavelengths.

Dabei ist es sogar möglich das Sensor-Array mit einer „Bayer-Matrix” zu versehen, bei der jeder einzelne Single-Photonen-Detektor mit einem spektralen Filtern versehen wird. Sensor-Arrays mit einer sogenannten Bayer-Matrix sind ähnlich einem Schachbrett, mit Farbfiltern überzogen, die meist zu 50% aus Grün, und je 25% aus Rot und Blau bestehen.there it is even possible to use the sensor array with a "Bayer matrix" provided with each single-photon detector with a spectral filters is provided. Sensor arrays with a so-called Bayer matrix are similar to a chess board, covered with color filters, mostly 50% green and 25% red and blue consist.

Obwohl die Bayer-Matrix eine der gebräuchlichsten Verteilungen für Farb-Sensor-Arrays darstellt, können die spektralen Filter jede andere mögliche Verteilung, auch zur Selektion mehrfacher Wellenlängen, oder auch eine über den Bereich des Arrays variierende Filtercharakteristik verwenden.Even though the Bayer matrix is one of the most common distributions represents for color sensor arrays, the spectral Filter any other possible distribution, even for selection multiple wavelengths, or even one over the Range of the array use varying filter characteristics.

Mit der nächsten Ausgestaltung wird eine weitere Möglichkeit zur Detektion bestimmter Wellenlängen durch das opto-elektronischen Sensor-Array aus Single-Photonen-Detektoren beschrieben. Hierzu wird der Umstand genutzt, dass Photonen mit verschiedenen Wellenlängen unterschiedlich tief in das Substrat der Single-Photonen-Detektoren eindringen.With the next embodiment will be another possibility for the detection of certain wavelengths by the opto-electronic Sensor array of single-photon detectors described. For this the circumstance is utilized that photons of different wavelengths different deep into the substrate of single-photon detectors penetration.

Nach dem Stand der Technik ist bekannt, dass Licht verschiedener Wellenlängen in unterschiedlichen Schichten absorbiert wird, weil langwelliges (rotes) Licht in Silizium eine größere Eindringtiefe hat als kurzwelliges (blaues). Nach diesem Prinzip wurde von Foveon der sogenannte und nach ihm benannte Direkt-Bildsensor auf CMOS-Basis entwickelt, der drei übereinander liegende Sensorelemente enthält, um mit jedem Pixel alle drei Grundfarben aufzuzeichnen.To The prior art discloses that light of different wavelengths is absorbed in different layers, because long-wave (red) light in silicon a greater penetration depth has as a short-wave (blue). Following this principle was by Foveon the so-called and after him named direct image sensor on CMOS basis developed, the three superimposed sensor elements contains to record all three primary colors with each pixel.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden mehrere opto-elektronische Sensor-Arrays aus Single-Photonen-Detektoren in Einfallsrichtung des vom Auge reflektierten Lichtes hintereinander angeordnet, so dass die Selektion bestimmter Wellenlängen über die Eindringtiefe der Single-Photonen erfolgen kann.In the device according to the invention are several Optoelectronic sensor arrays of single photon detectors in the direction of incidence of the light reflected by the eye in succession arranged so that the selection of certain wavelengths over the penetration depth of single photons can be done.

In einer weiteren Ausgestaltung wird zwischen dem Strahlteiler zur Aufteilung des vom Auge reflektierten Lichtes und dem opto-elektronischen Sensor-Array aus Single-Photonen-Detektoren ein variabler Abschwächer angeordnet, der Verbindungen zur Auswerteeinheit aufweist. Zum Einen dient der variable Abschwächer der Anpassung der beiden unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Sensor-Arrays und zum Anderen der Reduzierung des Lichtstromes auf das Sensor-Array aus Single-Photonen-Detektoren, um die Linearität der Abbildung zu sichern.In a further embodiment is between the beam splitter to Distribution of the light reflected from the eye and the opto-electronic sensor array from single photon detectors a variable attenuator arranged, which has connections to the evaluation unit. On the one hand the variable attenuator serves to adapt the two different ones Sensitivity of the sensor arrays and the other of the reduction the luminous flux on the sensor array of single-photon detectors, to ensure the linearity of the image.

Um sicherstellen zu können, dass möglichst viele Photonen (theoretische alle) gezählt werden, ist eine Überwachung der Häufigkeit von Photoneneinschlägen erforderlich. Der variable Abschwächer wird dann von der Auswerteeinheit aktiviert und eingestellt, wenn die Häufigkeit der Photoneneinschläge zunimmt. Die Wahrscheinlichkeit, dass dann Photonen auf das Sensor-Array treffen und aufgrund der Totzeit nicht gezählt werden, steigt somit ebenfalls. Der variable Abschwächer wird beispielsweise von der Auswerteeinheit aktiviert und eingestellt, wenn sich Single-Photonen-Detektoren ihrer Sättigung nähern und in jedem zweiten Zählintervall ein Photoneneinschlag registriert wird. Dadurch ist eine zusätzliche Erhöhung der Dynamik der Fundus- und Spaltbilder möglich. Erreichen Single-Photonen-Detektoren trotz der variablen Abschwächung ihren Sättigungsbereich, so werden zur Bilderzeugung, wie bereits beschrieben die korrespondierenden, digitalisierten Ausgangssignale des zweiten opto-elektronischen Sensor-Arrays verwendet.To ensure that as many photons (theoretical all) are counted, it is necessary to monitor the frequency of photon impacts. The variable attenuator is then activated and set by the evaluation unit as the frequency of photon impacts increases. The probability that photons then hit the sensor array and are not counted due to the dead time thus also increases. The variable attenuator is activated and set by the evaluation unit, for example, when single-photon detectors approach their saturation and a photon impact is registered every second counting interval. As a result, an additional increase in the dynamics of fundus and slit images is possible. If single photon detectors reach their saturation range despite the variable attenuation, the corresponding digitized output signals of the second optoelectronic sensor array are used for image generation, as already described.

Die vorliegende Lösung ermöglicht es, auch bei sehr geringer Beleuchtungsintensität Fundus- und Spaltbilder von Augen mit einer hohen Dynamik von bis zu 18 Bit aufzunehmen. Diese hochdynamischen Bilder lassen sich jedoch für eine sofortige Ansicht bzw. Begutachtung auf den heute größtenteils verwendeten Anzeigegeräten, wie z. B. TFT-Displays nicht darstellen. Um auf Anzeigegeräte mit einer Dynamik von 8 Bit Bilder mit einer Dynamik von bis zu 18 Bit anzeigen zu können, müssen diese entsprechend angepasst bzw. konvertiert werden. Nach dem Stand der Technik sind dazu Softwarealgorithmen bekannt, mit denen eine sogenannte nichtlineare Kontraststreckung der hochdynamischen Bilder vorgenommen wird, indem diese in ein 8-Bit-Anzeigebild transformiert werden. Dabei werden vorzugsweise die dunklen Bits weitgehend linear und die hellen Bits zusammengefasst wiedergegeben, wobei die Kennlinie z. B. einer Wurzelfunktion zur vierten Potenz entspricht.The present solution makes it possible, even at very low illumination intensity fundus and slit images of eyes with high dynamics of up to 18 bits. However, these highly dynamic images can be used for one immediate view or evaluation on today mostly used Display devices, such. B. TFT displays do not represent. To display on display devices with a dynamics of 8 bit images to be able to display with a dynamics of up to 18 bits, These must be adapted or converted accordingly. According to the state of the art, software algorithms are known for this, with which a so-called non-linear contrast extension of the highly dynamic Images by transforming them into an 8-bit display image become. In this case, preferably the dark bits are largely linear and the bright bits are summarized reproduced, with the characteristic z. B. corresponds to a root function to the fourth power.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufnahme hochdynamischer Fundus- und Spaltbilder wird das Auge von einer Beleuchtungseinheit, dessen Licht spezielle Beleuchtungsmuster, -profile und/oder -bedingungen aufweist, beleuchtet und das vom Auge reflektierte Licht von einem opto-elektronischen Sensor-Array aufgenommen und einer Auswerteeinheit zugeführt, wobei das Licht der Beleuchtungseinheit und/oder das vom Auge reflektierte Licht ein- und/oder ausgekoppelt werden kann. Dazu wird ein Teil des vom Auge reflektierten Lichtes von einem zusätzlichen Strahlteiler auf ein zweites opto-elektronisches Sensor-Arrays geleitet. Beide opto-elektronischen Sensor-Arrays nehmen das vom Auge reflektierte Licht auf und führen die Ausgangssignale der Auswerteeinheit zu.at the inventive method for receiving highly dynamic Fundus and slit images is the eye of a lighting unit, whose Light special lighting patterns, profiles and / or conditions illuminated, and the light reflected from the eye of a opto-electronic sensor array recorded and an evaluation unit supplied, wherein the light of the lighting unit and / or the light reflected from the eye can be input and / or decoupled can. For this purpose, a part of the light reflected from the eye of an additional beam splitter on a second opto-electronic Passed sensor arrays. Both opto-electronic sensor arrays pick up the light reflected from the eye and guide it Output signals of the evaluation to.

Als Photodetektoren, die nach dem Lawinen-Effekt arbeiten können beispielsweise Photomultiplier Tubes (PMT), Avalanche Photo Dioden (APD) oder Silicon Photomultipliers (SiPMs) Verwendung finden. Es kommen aber auch emCCD (electron multiplying CCD) oder sCMOS (scientific CMOS) in Frage, die eine Elektronen-Vervielfältigung bereits intrinsisch implementiert haben.When Photodetectors that can work on the avalanche effect eg photomultiplier tubes (PMT), avalanche photodiodes (APD) or silicone photomultipliers (SiPMs) find use. It come but also emCCD (electron multiplying CCD) or sCMOS (scientific CMOS) in question, which is an electron multiplication already intrinsic have implemented.

Die verwendeten opto-elektronische Sensor-Arrays bestehen in der Regel aus einer Matrix (seltener einer Zeile) lichtempfindlicher Photodioden, die auch Pixel genannt werden. Die Arrays können rechteckig oder quadratisch sein, mit Kantenlängen von weniger als 3 μm bis über 20 μm. Je größer die Fläche der Pixel, desto höher die Lichtempfindlichkeit und der Dynamikumfang des Sensors und desto kleiner die Bildauflösung, bei gleicher Größe des Sensors.The used opto-electronic sensor arrays usually exist from a matrix (more rarely a row) of light-sensitive photodiodes, the also called pixels. The arrays can be rectangular or square, with edge lengths of less than 3 μm to more than 20 μm. The bigger the area of the pixels, the higher the photosensitivity and the dynamic range of the sensor and the smaller the image resolution, at the same size of the sensor.

Weiterhin ist erfindungswesentlich, dass die Messwerte an den digitalen Ausgängen der opto-elektronischen Sensor-Arrays derart normiert werden, dass ein stufenloser Übergang der Lichtintensitätsmessung erfolgt. Dazu ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sensor-Arrays gleiche Abmessungen aufweisen, da sich dadurch die Auswertung und Bilderzeugung wesentlich vereinfacht.Farther It is essential to the invention that the measured values at the digital outputs the opto-electronic sensor arrays are normalized such that a stepless transition of the light intensity measurement he follows. For this it is particularly advantageous if the sensor arrays have the same dimensions, as a result of the evaluation and Imaging significantly simplified.

Für eine einfache und schnelle Auswertung der Signale der Sensor-Arrays ist es weiterhin von Vorteil, wenn die digitalen Ausgänge der Single-Photonen-Detektoren über separate Verarbeitungseinheiten verfügen. Vorzugsweise werden dafür Zählratenkonverter verwendet, die das Messergebnis digital an die Auswerteeinheit übermitteln.For a simple and fast evaluation of the signals of the sensor arrays it is still beneficial if the digital outputs the single-photon detectors via separate processing units feature. Preferably, counting rate converters are used for this purpose used, which transmit the measurement result digitally to the evaluation unit.

Da jeder Single-Photonen-Detektor über eine separate Verarbeitungseinheit verfügt, ist es auch möglich, eine individuelle Auslesung der digitalen Ausgangssignale vorzunehmen. So lassen sich neben Teilbereichen auch spezielle Formen, wie Linien, Kreise, Gitter, Sektoren o. ä. auslesen. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil dar, der trotz der Kombination mit einem „normalen” Sensor-Array erhalten bleibt. Die separaten Verarbeitungseinheiten jedes Single-Photonen-Detektors haben noch den Vorteil, dass durch die Möglichkeit des parallelen Auslesens die Bilderzeugung wesentlich schneller erfolgen kann.Since each single-photon detector has a separate processing unit, it is also possible to perform an individual readout of the digital output signals. Thus, in addition to subareas, it is also possible to read out special forms such as lines, circles, grids, sectors or the like. This represents a significant advantage, which remains despite the combination with a "normal" sensor array. The separate processing units of each single-photon detector still have the advantage that due to the possibility of parallel read-out, the imaging can take place much faster.

Die Dynamik des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dadurch noch vergrößert werden, dass Zählern mit hohen Zählgrößen von z. B. 24 Bit verwendet werden. Diese Zähler sind dann in der Lage das „OVERFLOW”-Steuersignal auszuwerten. Bei Erreichen des maximalen Zählstandes wird automatisch ein weiterer Zähler generiert, der die Anzahl der „OVERFLOW”-Signale zählt. Eine derartige dynamische Konfiguration mit der Generierung eines weiteren Zählers erfolgt mit einer zusätzlichen Steuerlogik, so dass eine dynamische Erweitung einzelner, überlaufender Zähler problemlos möglich ist.The Dynamics of the method according to the invention can thereby be further increased that counters with high count sizes of z. Eg 24 bits be used. These counters are then able to evaluate the "OVERFLOW" control signal. When reaching the maximum count becomes automatic Another counter generates the number of "OVERFLOW" signals counts. Such a dynamic configuration with the Generation of another counter is done with an additional Control logic, allowing a dynamic expansion of individual, overflowing Counter is easily possible.

Eine erste Ausgestaltung des Verfahrens sieht die Verwendung eines Sensor-Array auf CCD- bzw. CMOS-Basis sowie eines Sensor-Array vor, dessen Single-Photonen-Detektoren Silicon Photomultipliers (kurz SPM) sind.A The first embodiment of the method provides for the use of a sensor array on CCD or CMOS basis and a sensor array, whose single-photon detectors Silicon photomultipliers (short SPM) are.

Derartige Sensor-Arrays werden beispielsweise von der Firma SensL Technologies Ltd. auch in Form von Arrays angeboten. Die SPMs von SensL basieren dabei auf einer neuartigen Silizium-Struktur und wurden für geringste Beleuchtungsstärken optimiert. So erzeugt bereits ein einziges Photon einen Impuls auf dem Sensor-Array, das über integrierte Schaltkreise entsprechend verstärkt wird. Dazu wird das Sensor-Array im Geiger-Modus betrieben. Beim sogenannten Geiger-Modus werden die SPMs oberhalb der Durchbruchspannung betrieben, so dass eine Verstärkung von bis zu 10⁶ erreicht wird. Dabei stellt die Detektorelektronik sicher, dass die SPMs nicht zerstört und anschließend wieder zurückgesetzt werden. Diese, auf SPMs basierenden Sensor-Arrays kombiniert die Vorteile von ”normalen” Photodioden (Größe, Niederspannungsbetrieb und Robustheit) mit den wichtigen Vorteilen einer hohen Verstärkung und Empfindlichkeit. Details zu den SPM-Arrays der Firma SensL Technologies Ltd. sind sowohl den Produktbeschreibungen auf der Internetseite www.sensl.com als auch der Offenlegungsschrift WO 2006/126027 A2 zu entnehmen.Such sensor arrays are used for example by SensL Technologies Ltd. also offered in the form of arrays. SensL's SPMs are based on a novel silicon structure and have been optimized for the lowest illuminance levels. For example, a single photon generates a pulse on the sensor array, which is correspondingly amplified by integrated circuits. For this, the sensor array is operated in Geiger mode. The so-called Geiger mode, the SPMs are operated above the breakdown voltage, so that a gain of up to 10 ^{6 is} achieved. The detector electronics ensure that the SPMs are not destroyed and then reset. These SPM-based sensor arrays combine the advantages of "normal" photodiodes (size, low voltage operation and ruggedness) with the important advantages of high gain and sensitivity. Details of the SPM-Arrays of the company SensL Technologies Ltd. are both the product descriptions on the website www.sensl.com as well as the publication WO 2006/126027 A2 refer to.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren weisen zu verwendenden Single-Photonen-Detektoren eine für sie übliche, nichtlineare Empfindlichkeitskurve auf. Nach dem Eintreffen eines Photons und dem Auslösen des Lawineneffekts ist der Single-Photonen-Detektor für kurze Zeit, d. h. während der sogenannten Totzeit (DEAD TIME) nicht empfindlich. Photonen, die in dieser Zeit auf den Detektor treffen, werden nicht registriert. Bei hoher Strahlungsenergie steigt die Wahrscheinlichkeit, dass eintreffende Photonen nicht mehr detektiert werden. Ais Ergebnis erhält man eine nichtlineare Empfindlichkeitsfunktion, die bei der Auswertung zu berücksichtigen ist. Deshalb sind vorzugsweise Single-Photonen-Detektoren zu verwenden, die über eine sehr kurze Totzeit im Bereich von 20 bis 50 ns verfügen.at the proposed method have to use single-photon detectors a usual non-linear sensitivity curve. After the arrival of a photon and the release of the Avalanche effect is the single-photon detector for short Time, d. H. during the so-called dead time (DEAD TIME) not sensitive. Photons at this time on the detector will not be registered. At high radiation energy increases the probability that incoming photons will no longer be detected become. As a result, a non-linear sensitivity function is obtained to be considered in the evaluation. That's why preferably to use single-photon detectors that over have a very short dead time in the range of 20 to 50 ns.

Die Firma SensL gibt in den Datenblättern der verfügbaren Single-Photonen-Detektoren (SPM-Array) an, dass bei einem gekühlten Photon Counting Device (PCDMini) die typische Pulslänge bei 53 ns und die nachfolgende Totzeit bei 98 ns liegen. Der Detektor kann somit während der Zeit von 151 ns das Auftreffen keiner weiteren Photonen messen. Die sich daraus ergebende maximale Photonenzählrate im linearen Bereich, bei dem die Zählrate proportional zum Lichtfluss ist, führt jedoch insbesondere bei kurzen Messzeiten von beispielsweise 100 ns zu einer zu geringen Dynamik.The Company SensL gives in the datasheets of the available Single-photon detectors (SPM array) indicate that when cooled Photon Counting Device (PCDMini) the typical pulse length 53 ns and the subsequent dead time are 98 ns. The detector thus, during the time of 151 ns, the impact can not happen measure further photons. The resulting maximum photon counting rate in the linear range where the count rate is proportional to the flow of light, but especially in short leads Measuring times of, for example, 100 ns too little dynamics.

Von einem zusätzlich vorhandenen Strahlteiler wird das vom Auge reflektierte Licht auf beiden Sensor-Arrays aufgeteilt. Das Teilungsverhältnis ist etwa 75:25 bis 95:5, vorzugsweise 90:10, wobei der Hauptteil des vom Auge reflektierten Lichtes auf das Array aus Single-Photonen-Detektoren abgebildet wird. Das Teilungsverhältnis ist dabei von den verschiedenen Empfindlichkeiten der beiden Sensor-Arrays abhängig. Der verwendete Strahlteiler kann hierbei beliebig geartet sein. Es kann sich zum Beispiel um einen metallischen Strahlteiler oder einen Polka-Dot-Strahlteiler handeln. Wenn die beiden Sensor-Arrays deutlich unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten aufweisen, kann es auch vorteilhaft sein, den Strahlteiler dichroitisch auszulegen, so dass Detektionsstrahlung spektral selektiert auf die Sensor-Arrays fällt.From an additional existing beam splitter is the from the Eye reflected light split on both sensor arrays. The Division ratio is about 75:25 to 95: 5, preferably 90:10, with the majority of the light reflected from the eye up the array of single-photon detectors is mapped. The division ratio depends on the different sensitivities of the two sensor arrays dependent. The beam splitter used here can be arbitrary be kind. It may, for example, be a metallic beam splitter or a polka-dot beam splitter. If the two sensor arrays have significantly different spectral sensitivities, it may also be advantageous to design the beam splitter dichroitically, so that detection radiation is spectrally selected on the sensor arrays falls.

Die Auswerteeinheit verwendet zur Erzeugung hochdynamischer Fundus- und Spaltbilder vorrangig die digitalen Ausgangssignale der Single-Photonen-Detektoren und erst bei Erreichen des Sättigungsbereiches einzelner Single-Photonen-Detektoren die korrespondierenden, digitalisierten Ausgangssignale des zweiten opto-elektronischen Sensor-Arrays. Der Sättigungsbereich einzelner Single-Photonen-Detektoren wird jenseits der maximalen Photonenzählrate im linearen Bereich, d. h. bei einer dem Lichtfluss proportionalen Zählrate, erreicht.The Evaluation unit used to generate highly dynamic fundus and slit images primarily the digital output signals of the single-photon detectors and only when reaching the saturation range of individual Single-photon detectors the corresponding, digitized Output signals of the second opto-electronic sensor array. Of the Saturation range of single single-photon detectors becomes beyond the maximum photon counting rate in the linear Area, d. H. at a count rate proportional to the flux of light, reached.

Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass das erzeugte Fundus- oder Spaltbilder keine überstrahlten Bereiche (Erreichen des Sättigungsbereiches) aufweist. Aufgrund der bereits genannten unterschiedlichen Empfindlichkeiten der beiden Sensor-Arrays wird sichergestellt, dass bei Erreichen des Sättigungsbereiches einzelner Single-Photonen-Detektoren, was gleichbedeutend ist mit einer großen Anzahl auftreffender Photonen, auf dem korrespondierenden Pixel des zweiten opto-elektronischen Sensor-Arrays ausreichend Photonen auftreffen und detektiert werden können und zwar trotz des vorzugsweise verwendeten Teilungsverhältnisse von 90:10.This procedure has the advantage that the generated fundus or slit image has no overexposed areas (reaching the saturation region). Due to the already mentioned different sensitivities of the two sensor arrays, it is ensured that when the saturation region of individual single photon detectors is reached, which is equivalent to a large number of incident photons, sufficient photons are present on the corresponding pixel of the second optoelectronic sensor array and can be detected despite the preferably used division ratios of 90:10.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird den beiden opto-elektronischen Sensor-Arrays jeweils eine abbildende Optikbaugruppe vorgeordnet, die vorzugsweise auch als Mikrolinsenarrays ausgebildet sein können.In Another embodiment of the method is the two opto-electronic Sensor arrays each upstream of an imaging optical assembly, which can preferably also be designed as microlens arrays.

Ein Nachteil von Single-Photonen-Detektoren ist darin zu sehen, dass diese keine Farben sondern nur Intensitäten auflösen können. Somit lassen sich nur Schwarz-Weiß-Bilder erzeugen. Dieser Umstand kann jedoch dadurch behoben werden, dass dem opto-elektronischen Sensor-Array aus Single-Photonen-Detektoren Filter vorgeordnet werden, die vorzugsweise schwenkbar ausgebildet sind. Dadurch sind die Single-Photonen-Detektoren in der Lage bestimmte Wellenlängen zu selektieren.One The disadvantage of single-photon detectors is the fact that these do not dissolve colors but only intensities can. Thus, only black and white images can be produce. This circumstance can however be remedied by the fact that the Opto-electronic sensor array of single-photon detectors Filter are arranged upstream, preferably formed pivotable are. As a result, the single-photon detectors are capable of specific Select wavelengths.

Mit der nächsten Ausgestaltung des Verfahrens wird eine weitere Möglichkeit zur Detektion bestimmter Wellenlängen durch das opto-elektronischen Sensor-Array aus Single-Photonen-Detektoren beschrieben. Hierzu wird der Umstand genutzt, dass Photonen mit verschiedenen Wellenlängen unterschiedlich tief in das Substrat der Single-Photonen-Detektoren eindringen.With the next embodiment of the method will be another Possibility to detect specific wavelengths through the opto-electronic sensor array of single-photon detectors described. For this purpose, the fact is used that photons with different wavelengths different deep in the Substrate the single-photon detectors penetrate.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mehrere opto-elektronische Sensor-Arrays aus Single-Photonen-Detektoren in Einfallsrichtung des vom Auge reflektierten Lichtes hintereinander angeordnet, so dass die Selektion bestimmter Wellenlängen über die Eindringtiefe der Single-Photonen erfolgt.at the process of the invention are several Optoelectronic sensor arrays of single photon detectors in the direction of incidence of the light reflected by the eye in succession arranged so that the selection of certain wavelengths over the penetration depth of the single photons takes place.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird zwischen dem Strahlteiler zur Aufteilung des vom Auge reflektierten Lichtes und dem opto-elektronischen Sensor-Array aus Single-Photonen-Detektoren ein variabler Abschwächer angeordnet, der Verbindungen zur Auswerteeinheit aufweist. Zum Einen dient der variable Abschwächer der Anpassung der beiden unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Sensor-Arrays und zum Anderen der Reduzierung des Lichtstromes auf das Sensor-Array aus Single-Photonen-Detektoren, um die Linearität der Abbildung zu sichern.In Another embodiment of the method is between the beam splitter for splitting the light reflected from the eye and the opto-electronic Sensor array of single-photon detectors a variable attenuator arranged, which has connections to the evaluation unit. On the one hand The variable attenuator serves to adjust the two different sensitivities of the sensor arrays and on the other reducing the luminous flux to the sensor array of single-photon detectors, to ensure the linearity of the image.

Um sicherstellen zu können, dass möglichst viele Photonen (theoretische alle) gezählt werden, ist eine Überwachung der Häufigkeit von Photoneneinschlägen erforderlich. Der variable Abschwächer wird dann von der Auswerteeinheit aktiviert und eingestellt, wenn die Häufigkeit der Photoneneinschläge zunimmt. Die Wahrscheinlichkeit, dass dann Photonen auf das Sensor-Array treffen und aufgrund der Totzeit nicht gezählt werden, steigt somit ebenfalls. Der variable Abschwächer wird beispielsweise von der Auswerteeinheit aktiviert und eingestellt, wenn sich Single-Photonen-Detektoren ihrer Sättigung nähern und in jedem zweiten Zählintervall ein Photoneneinschlag registriert wird. Dadurch ist eine zusätzliche Erhöhung der Dynamik der Fundus- und Spaltbilder möglich. Erreichen Single-Photonen-Detektoren trotz der variablen Abschwächung ihren Sättigungsbereich, so werden zur Bilderzeugung, wie bereits beschrieben die korrespondierenden, digitalisierten Ausgangssignale des zweiten opto-elektronischen Sensor-Arrays verwendet.Around to be able to ensure that as many as possible Photons (theoretical all) are counted, is a surveillance the frequency of photon impacts required. The variable attenuator is then from the evaluation unit activated and set as the frequency of photon impacts increases. The probability that then photons on the sensor array meet and not be counted due to the dead time, thus increases as well. The variable attenuator, for example Activated and adjusted by the evaluation unit when single-photon detectors approach their saturation and every other count interval a photon impact is registered. This is an extra Increase the dynamics of fundus and slit images possible. Achieve single-photon detectors despite the variable attenuation their saturation range, so are to image generation, as already described the corresponding digitized output signals of the second opto-electronic sensor array used.

Das vorliegende Verfahren ermöglicht es, auch bei sehr geringer Beleuchtungsintensität Fundus- und Spaltbilder von Augen mit einer hohen Dynamik von bis zu 18 Bit aufzunehmen. Diese hochdynamischen Bilder lassen sich jedoch für eine sofortige Ansicht bzw. Begutachtung auf den heute größtenteils verwendeten Anzeigegeräten, wie z. B. TFT-Displays nicht darstellen. Um auf Anzeigegeräte mit einer Dynamik von 8 Bit Bilder mit einer Dynamik von bis zu 18 Bit anzeigen zu können, müssen diese entsprechend angepasst bzw. konvertiert werden. Nach dem Stand der Technik sind dazu Softwarealgorithmen bekannt, mit denen eine sogenannte nichtlineare Kontraststreckung der hochdynamischen Bilder vorgenommen wird, indem diese in ein 8-Bit-Anzeigebild transformiert werden. Dabei werden vorzugsweise die dunklen Bits weitgehend linear und die hellen Bits zusammengefasst wiedergegeben, wobei die Kennlinie z. B. einer Wurzelfunktion zur vierten Potenz entspricht.The present method makes it possible to record fundus and slit images of eyes with a high dynamic range of up to 18 bits even at very low illumination intensity. However, these highly dynamic images can be for an immediate view or review on today largely used display devices such. B. TFT displays do not represent. In order to be able to display images with a dynamics of up to 18 bits on display devices with a dynamics of 8 bits, these must be adapted or converted accordingly. According to the state of the art, software algorithms are known with which a so-called non-linear contrast stretching of the highly dynamic images is performed by transforming them into an 8-bit display image. In this case, the dark bits are preferably reproduced largely linearly and the bright bits summarized, wherein the characteristic z. B. corresponds to a root function to the fourth power.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufnahme hochdynamischer Fundus- und Spaltbilder von Augen bei sehr geringer Beleuchtungsintensität zur Verfügung gestellt, mit der die Nachteile des Standes der Technik behoben wurden. Basierend auf einem einfachen und kostengünstigen Aufbau ermöglicht die vorgeschlagene Lösung eine einfache Bedienung und eine schnelle Auswertung. Mit der vorgeschlagenen Lösung sind Aufnahmen mit hoher Dynamik im Bereich von bis zu 18 Bit und hoher Linearität möglich.With the solution according to the invention becomes a Device and method for receiving highly dynamic fundus and slit images of eyes at very low illumination intensity provided with the disadvantages of the state the technique has been fixed. Based on a simple and inexpensive Construction allows the proposed solution a easy operation and fast evaluation. With the proposed solution are recordings with high dynamics in the range of up to 18 bits and high linearity possible.

Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht nicht nur die Erhöhung der Dynamik von Fundus- und Spaltbildern, sondern durch eine automatische Anpassung der Belichtung auch deren Optimierung. Dies kann dadurch erfolgen, dass schnelle Zähler mit hohen Zählgrößen von z. B. 24 Bit verwendet werden. Selbst bei „langen” Belichtungszeiten kommt es nicht zu Überstrahlungen. Die Belichtungszeit wird letztendlich nur von der Zeitspanne begrenzt, in der es nicht zu Bewegungen des Auges kommt. Eine Anpassung der Belichtung an die aktuellen Strahlungsverhältnisse ist somit nicht mehr erforderlich.The proposed solution not only allows the Increasing the dynamics of fundus and slit images, but by an automatic adjustment of the exposure also their optimization. This This can be done by having fast counters with high count sizes from Z. B. 24 bits are used. Even with "long" exposure times it does not come to overshoots. The exposure time is ultimately limited only by the time span in which it is not comes to movements of the eye. An adjustment of the exposure the current radiation conditions is therefore no longer required.

Während herkömmliche Sensor-Arrays, wie auch das hier verwendete, den inneren photoelektrischen Effekt nutzende opto-elektronische Sensor-Array, erst auslesbar sind, wenn die Belichtung des gesamten Arrays abgeschlossen ist, bieten die Sensor-Array aus Single-Photonen-Detektoren die Möglichkeit einzelne, Gruppen oder auch alle Single-Photonen-Detektoren während der Belichtung auszulesen. Dadurch wird ermöglicht, den Lichtstrom zu überwachen, das Erreichen der Belichtungsgrenzen zu kontrollieren und sich anbahnende teilweise Überstrahlungen rechtzeitig zu korrigieren.While conventional sensor arrays, as well as the one used here, using the internal photoelectric effect opto-electronic Sensor array, only readable when the exposure of the entire Arrays completed, the sensor array provide single-photon detectors the possibility of individual, groups or even all single-photon detectors during the exposure. This will allow To monitor the luminous flux, reaching the exposure limits control and impending partial glare correct in time.

Ebenfalls kann man bei sehr langen Belichtungszeiten die Bilder zeitlich sequentiell auslesen und einer Bildverarbeitung zuführen. Damit kann man vor allem Bewegungsartefakte in den Aufnahmen minimieren. Pixelweise Verschiebungen in den Teilbildern kann ein Algorithmus bewerten und durch pixelweise Überlagerung korrigieren.Also At very long exposure times, the images can be sequentially timed read out and perform image processing. You can do that especially minimize movement artifacts in the recordings. pixel way Shifts in the sub-images can evaluate an algorithm and correct by pixel-by-pixel overlay.

Neben den geringen Lichtintensitäten, für die die Vorrichtung entwickelt wurde, ist es jedoch auch möglich, hohe Lichtintensitäten zu detektieren, da die Auswerteeinheit in Abhängigkeit vom Erreichen des Sättigungsbereiches einzelner Single-Photonen-Detektoren auf korrespondierenden, digitalisierten Ausgangssignale des zweiten opto-elektronischen Sensor-Arrays „umschaltet” und diese zur Bilderzeugung nutzt.Next the low light intensities for which the device However, it is also possible to have high light intensities to be detected, since the evaluation unit in dependence from reaching the saturation range of single-photon detectors on corresponding, digitized output signals of the second opto-electronic sensor arrays "toggles" and uses them for image generation.

Gegenüber der alleinigen Verwendung eines opto-elektronischen Sensor-Arrays aus Single-Photonen-Detektoren kann durch die Kombination mit einem zweiten, auf dem inneren photoelektrischen Effekt basierenden opto-elektronische Sensor-Array die Gesamtdynamik vor allem bei sehr langen Belichtungszeiten prinzipiell um den Faktor 100 erweitert werden.Across from the sole use of an opto-electronic sensor array Single-photon detectors can be made by combining them with one second, based on the internal photoelectric effect opto-electronic Sensor array the overall dynamics especially at very long exposure times in principle be extended by a factor of 100.

Im idealen Fall sind die beiden minimalen Empfindlichkeiten von Single-Photonen-Detektoren (etwa 1 fW) und CCD-Sensor-Array (etwa 0,1 pW) ideal angepasst und man erhält die Steigerung der Empfindlichkeit im Vergleich zur Verwendung eines einzelnen CCD-Sensor-Arrays um den Faktor 100. Die Dynamik von Single-Photonen-Detektoren von etwa 10⁴ der Silicon-Photomultipliers (SiPMs) kann man mit der Dynamik der Siliziumdiode von etwa 10⁵ im idealen Fall zu einer Gesamtdynamik von bis zu 10⁹ kombinieren.Ideally, the two minimum sensitivities of single-photon detectors (about 1 fW) and CCD sensor array (about 0.1 pW) are ideally matched, and one obtains the increase in sensitivity compared to using a single CCD sensor The dynamics of single-photon detectors of about 10 ^{4 of} the silicon photomultipliers (SiPMs) can be combined with the dynamics of the silicon diode of about 10 ⁵ in the ideal case to a total dynamics of up to 10 ⁹ .

Ein weiterer, sehr wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass die komplette Vorrichtung digital arbeitet und kostengünstig ist. Im Vergleich zu Sensor-Arrays nach dem Stand der Technik, die aufwendige und kostenintensive A/D-Wandler benötigen, arbeitet Single-Photonen-Detektoren bereits digital und im Idealfall bereits mit einem logischen Pegel, so dass eine analoge Auswerteelektronik komplett entfällt.One Another very significant advantage is the fact that the complete device works digitally and inexpensively is. Compared to prior art sensor arrays, the require complex and costly A / D converter works Single photon detectors already digital and ideally already with a logic level, allowing an analog transmitter completely eliminated.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10242851 A1 [0013]
DE 102004011906 A1 [0013]
- EP 0512508 B1 [0013]
DE 3139547 C2 [0015]
- DE 3332835 C2 [0015]
- DE 3347872 C2 [0016]
- DE 69026826 T2 [0016]
- DE 10307744 A1 [0018]
WO 2006/126027 A2 [0039, 0067]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- www.sensl.com [0039]
- www.sensl.com [0067]

Claims

Device for recording highly dynamic fundus and slit images, consisting of a lighting unit, means for generating special illumination patterns, profiles and / or conditions, an opto-electronic sensor array for receiving the reflected light from the eye, an evaluation, and means for on - And coupling of the light of the illumination unit and / or the reflected light from the eye, characterized in that a second opto-electronic sensor array and an additional beam splitter for dividing the light reflected from the eye are present on these sensor arrays and both optoelectronic sensor Arrays have connections to the evaluation.

Device according to claim 1, characterized in that that an optoelectronic sensor array photodiodes, which after the Avalanche effect works while the other uses opto-electronic Sensor array based on photodiodes, which is the inner photoelectric Use effect.

Device according to at least one of the claims 1 and 2, characterized in that for the after Avalanche effect working single-photon detectors, for example Photomultiplier Tubes (PMT), Avalanche Photo Diodes (APD), Electron Multiplying CCD (emCCD), Scientific CMOS (sCMOS) or Silicon Photomultipliers (SiPMs) find use.

Device according to at least one of the aforementioned Claims, characterized in that as photodiodes, that use the internal photoelectric effect, charge-coupled Device (CCD) or Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) Find use.

Device according to at least one of the aforementioned Claims, characterized in that the measured values on the digital outputs of the optoelectronic sensor arrays are normalized such that a stepless transition of the Light intensity measurement takes place.

Device according to at least one of the aforementioned Claims characterized in that the two opto-electronic Sensor arrays have the same dimensions.

Device according to at least one of the aforementioned Claims, characterized in that the digital outputs the single-photon detectors via separate processing units have counting rate converter use from which the measurement result is transmitted digitally to the evaluation unit becomes.

Device according to at least one of the aforementioned Claims, characterized in that the additional existing beam splitters have a split ratio of 75:25 to 95: 5, preferably 90:10, wherein the main part of the Eye reflected light on the arrays of single-photon detectors is shown.

Device according to at least one of the aforementioned Claims, characterized in that the additional existing beam splitter has dichroic properties.

Device according to at least one of the aforementioned Claims, characterized in that of the evaluation unit For image generation, the digital output signals of the single-photon detectors are preferred and only when reaching the saturation range of individual Single-photon detectors the corresponding, digitized Output signals of the second optoelectronic sensor array used become.

Device according to at least one of the aforementioned Claims, characterized in that the two opto-electronic Sensor arrays each upstream of an imaging optical assembly, which can also be designed as a microlens array.

Device according to at least one of the aforementioned Claims, characterized in that the opto-electronic Sensor array of single-photon detectors for the selection of specific wavelengths Filter upstream and preferably designed to be pivotable.

Device according to at least one of the aforementioned Claims, characterized in that a plurality of opto-electronic Sensor arrays of single-photon detectors in the direction of incidence of the light are arranged one behind the other, so that the selection certain wavelengths over the penetration depth the single-photons can be done.

Device according to at least one of the aforementioned Claims, characterized in that between the beam splitter for splitting the light reflected from the eye and the opto-electronic Sensor array of single-photon detectors a variable attenuator is present, which has connections to the evaluation unit.

Method for recording highly dynamic Fundus- and slit images, in which the eye of a lighting unit whose light has special lighting patterns, profiles and / or conditions, lit and the light reflected from the eye of an opto-electronic sensor array and an evaluation supplied is, wherein the light of the illumination unit and / or the light reflected from the eye can be switched on and / or coupled, characterized in that an additional beam splitter directs a portion of the light reflected from the eye to a second opto-electronic sensor array, both Opto-electronic sensor arrays absorb the reflected light from the eye and supply the output signals of the evaluation unit.

Method according to claim 15, characterized in that that an optoelectronic sensor array photodiodes, which after the Avalanche effect works while the other uses opto-electronic Sensor array based on photodiodes, which is the inner photoelectric Use effect.

Method according to at least one of the claims 15 and 16, characterized in that after the Avalanche effect working single-photon detectors, for example Photomultiplier Tubes (PMT), Avalanche Photo Diodes (APD), Electron Multiplying CCD (emCCD), Scientific CMOS (sCMOS) or Silicon Photomultipliers (SiPMs) can be used.

Method according to at least one of the claims 15 and 16, characterized in that for the photodiodes, which use the internal photoelectric effect, for example Charge-Coupled Device (CCD) or Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS).

Method according to at least one of the claims 15 to 18, characterized in that the measured values at the digital Outputs of the optoelectronic sensor arrays normalized in this way be that a stepless transition of the light intensity measurement he follows.

Method according to at least one of the claims 15 to 19, characterized in that the two opto-electronic Sensor arrays have the same dimensions.

Method according to at least one of the claims 15 to 20, characterized in that the digital outputs the single-photon detectors via separate processing units which count rate converter uses which transmit the measurement result digitally to the evaluation unit.

Method according to at least one of the claims 15 to 21, characterized in that the additional existing beam splitter the light reflected from the eye in a division ratio from 75:25 to 95: 5, preferably 90:10 shares and thereby the main part of the light reflected from the eye onto the array of single-photon detectors maps.

Method according to claim 22, characterized in that that the additionally existing beam splitter dichroic Features.

Method according to at least one of the claims 15 to 23, characterized in that the evaluation unit for Image generation primarily the digital output signals of the single-photon detectors and only when reaching the saturation range of individual Single-photon detectors the corresponding, digitized Output signals of the second optoelectronic sensor array used.

Method according to at least one of the claims 15 to 24, characterized in that the two opto-electronic Sensor arrays each upstream of an imaging optical assembly is, which can be formed as a microlens array.

Method according to at least one of the claims 15 to 25, characterized in that the opto-electronic Sensor array of single-photon detectors for the selection of specific wavelengths Filter are arranged upstream, preferably formed pivotable are.

Method according to at least one of the claims 15 to 26, characterized in that a plurality of opto-electronic Sensor arrays of single-photon detectors in the direction of incidence of the light can be arranged one behind the other, so that the selection certain wavelengths over the penetration depth the single-photons take place.

Method according to at least one of the claims 15 to 27, characterized in that between the beam splitter for splitting the light reflected from the eye and the opto-electronic Sensor array of single-photon detectors a variable attenuator is arranged, which has connections to the evaluation unit.

Method according to at least one of the claims 15 to 28, characterized in that individual, groups or even all single-photon detectors already have their digital output signals during exposure to the evaluation unit for monitoring transmit the luminous flux.