DE4441081A1

DE4441081A1 - Anordnung zur exakten Bestimmung einer Applanationsfläche zur Augendruckmessung

Info

Publication number: DE4441081A1
Application number: DE19944441081
Authority: DE
Inventors: Ehrhard Dammann; Klaus Moehr; Norbert Klose; Peter Voigt
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH; Jenoptik Technologie GmbH
Current assignee: VOIGT, PETER, 07747 JENA, DE
Priority date: 1994-11-18
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 1996-05-30
Also published as: GB2295226A; GB9523115D0; JPH08299282A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur exakten Bestimmung einer Applanationsfläche für die Augendruckmessung mittels eines Tonometers, insbesondere eines automatischen Applanationstonometers.

Zur Bestimmung des Augeninnendruckes werden bei automatischen Tonometern während eines Applanationsvorganges die wirkende Andruckkraft sowie die applanierte Fläche ermittelt. Zumeist wird dabei die Applanationsfläche in unterschiedlicher Weise optisch erfaßt.

Ein Prinzip, die Fläche optisch zu bestimmen, besteht in der Messung des fehlenden Anteils reflektierten Lichts, der bei Totalreflexion an der Stirnfläche des Andruckkörpers durch Kontakt mit der Hornhaut des Auges auftritt, und der der jeweiligen Größe der Applanationsfläche proportional ist.

Eine solche Lösung ist z. B. aus der DE-PS 39 31 630 bekannt. Hier wird ein Meßkörper in Form eines Prismas verwendet. Das Prisma weist mindestens eine abgeschrägte Seitenfläche auf, an der das durch die Grundfläche des Prismas eintretende Strahlenbündel so reflektiert wird, daß an der zur Grundfläche parallelen Stirnfläche des Prismas (bei Luft als Außenmedium) Totalreflexion eintritt. Bei Augenberührung der Prismenstirnfläche wird das Licht im Bereich der Applanationsfläche aus dem Prisma herausgebrochen und führt zu einer Schwächung der Intensität des integral aufgenommenen Lichtbündels.

Eine wesentliche Voraussetzung für eine exakte Bestimmung der Applanationsfläche ist es, daß die Stirnfläche des Andruckkörpers vor jeder Messung frei von Ablagerungen ist. Nach jedem Augenkontakt bleiben jedoch Ablagerungen zurück, die durch eine spezielle Reinigung entfernt werden müssen. Dabei erweist es sich als sinnvoll, stets den ursprünglichen Wert des Meßlichtes (Intensitätswert I₀) wieder einzustellen. Da jedoch die Lichtintensität selbst keine ausreichend konstante Größe ist, führt diese Maßnahme allein auch noch zu erheblichen Meßfehlern.

Die wesentlichsten Fehlerquellen sind dabei die Temperaturabhängigkeit der Lichtquelle und des Empfängers. Allein eine mögliche Temperaturdrift im Rahmen üblicher Raumtemperaturschwankungen zwischen 15°C und 30°C führt bei Verwendung einer LED zu I₀-Schwankungen von ±8%.

Eine weitere Fehlerquelle stellt jeder Wechsel des Andruckkörpers dar, der erforderlich ist, um den Andruckkörper zu desinfizieren. Bei den nur geringen zulässigen Lagetoleranzen sind damit leicht erhebliche Intensitätsverluste durch geringe Dejustierungen beim Wiedereinsetzen des Andruckkörpers möglich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur exakten Bestimmung der Applanationsfläche für die Augendruckbestimmung mittels eines Tonometers zu finden, bei der fehlerhafte Messungen durch die obengenannten Fehlerquellen vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur exakten Bestimmung einer Applanationsfläche zur Augendruckmessung mittels eines Tonometers mit einer Lichtquelle, einem als Andruckkörper eingesetzten Prisma, einem Empfänger und einer Auswerteeinheit, wobei das Prisma eine Stirnfläche aufweist, die eine Applanationsfläche an einem Auge erzeugt und an der ein von der Lichtquelle kommendes Strahlenbündel bei Berührung mit Luft totalreflektiert und bei Berührung mit dem Auge diese Totalreflexion teilweise aufgehoben wird, und wobei das an der Stirnfläche reflektierte Licht auf den Empfänger gelenkt und gewandelt wird und in der nachgeordneten Auswerteeinheit Mittel zur Berechnung der Applanationsfläche aus der Intensitätsänderung infolge der verringerten Totalreflexion vorhanden sind, dadurch gelöst, daß ein zweiter Empfänger zur Kontrolle der Sauberkeit der Stirnfläche des Prismas vorhanden ist, wobei der zweite Empfänger eng benachbart zum ersten Empfänger angeordnet ist und einen Kontrollwert aufnimmt, daß in dem von der Lichtquelle kommenden Strahlenbündel zwischen Lichtquelle und Prisma ein lichtauskoppelndes Element angeordnet ist, wobei das ausgekoppelte Licht als Kontrollstrahl auf den zweiten Empfänger geführt wird, und daß in der Auswerteeinheit Mittel zur Bildung eines Kontrollwertquotienten aus einem Grundintensitätswert des ersten Empfängers und dem Kontrollwert des zweiten Empfängers sowie Speichermittel für einen so gebildeten Normalwert und ein Differenzbildner zur Errechnung einer Fehlergröße aus dem Normalwert und dem aktuellen Kontrollwertquotienten vorhanden sind, wobei die Unterschreitung eines zulässigen Betrages der Fehlergröße Voraussetzung für die Auslösung eines Applanationsmeßprozesses ist.

Vorteilhaft enthält das lichtauskoppelnde Element einen halbdurchlässigen Spiegel, der vorzugsweise eine auf einer Glasplatte befindliche dielektrische Teilerschicht ist. Dabei ist ein Teilungsverhältnis von 1 : 1 zweckmäßig. Dem halbdurchlässigen Spiegel wird vorteilhaft ein Umlenkspiegel in Form eines Hohlspiegels nachgeordnet, um das Licht auf den zweiten Empfänger zu fokussieren.

Bei Verwendung einer divergenten Lichtquelle, wie z. B. einer LED, kann als lichtauskoppelndes Element vorteilhaft eine ringförmige Blende mit Spiegelschicht, die durch ihre zentrale Öffnung das Licht zum Prisma in einem begrenzten Strahlenbündel ungehindert durchläßt, verwendet werden. Es erweist sich als Vorteil, wenn die Spiegelschicht der Blende als Hohlspiegel ausgebildet ist, der das ausgekoppelte Licht auf den zweiten Empfänger fokussiert.

Eine dritte Möglichkeit für die Realisierung des lichtauskoppelnden Elements stellt der Einsatz einer Lichtleitfaser dar, deren eines Ende in den Randbereich des Strahlenbündels der Lichtquelle eingreift und deren anderes Ende auf den zweiten Empfänger geführt wird. Die Lichtleitfaser ist zweckmäßig als Faserring an der Peripherie des Strahlenbündels der Lichtquelle ausgeführt.

Als zweiter Empfänger wird vorteilhaft ein Empfänger gleicher Bauart und aus derselben Herstellungscharge wie der erste Empfänger verwendet.

In der Auswerteeinheit sind zweckmäßig zusätzliche Mittel zur Unterdrückung des Einflusses von kurzzeitigen Intensitätsschwankungen der Lichtquelle vorgesehen, wobei der durch die Applanationsfläche erzeugte Intensitätsmeßwert jeweils ins Verhältnis zum aktuellen Kontrollwert gesetzt wird.

Die Erfindung basiert auf der Überlegung, daß die wesentlichen Fehler bei der Bestimmung der Applanationsfläche an einem Tonometer durch Ablagerungen auf dem Andruckkörper und Justierfehler des Andruckkörpers zustande kommen und diese Fehler zusätzlich durch die Temperaturdrift von Lichtquelle und Empfänger überlagert werden, so daß sie nicht sauber separiert werden können. Die Erfindung geht deshalb den Weg über die Schaffung eines Kontrollkanals, der zuerst die Temperaturauswirkung kompensiert und damit die Erfassung der äußeren Fehlereinflüsse (Ablagerungen auf Andruckkörper und Dejustierung des Andruckkörpers) erkennbar und bewertbar macht. Dabei werden die genannten äußeren Faktoren Kriterien unterworfen, die bei Überschreitung einer Toleranz die Auslösung einer (fehlerhaften) Messung unterbinden.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, die Genauigkeit der Messung der Applanationsfläche zu erhöhen bzw. die Reproduzierbarkeit der Messungen zu verbessern. Damit wird in entscheidendem Maße die Genauigkeit der Augendruckmessung bei einem Tonometer positiv beeinflußt und die Automatisierung der Augendruckmessung von Erfahrungen des Bedieners unabhängig gestaltet. Außerdem wird als Nebeneffekt die Temperaturabhängigkeit der Applanationsflächenmessung weitgehend kompensiert.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Grundvariante der optischen Teile der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 2 eine vorteilhafte Ausgestaltung des optischen Teils der Erfindung;

Fig. 3 eine zweite optimierte Ausgestaltung des optischen Teils der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht in einer aus Fig. 1 ersichtlichen Grundvariante der Erfindung aus einer Lichtquelle 1, einem strahlauskoppelnden Element 2, einem Andruckkörper mit Totalreflexion an der Stirnfläche, die die Berührungsfläche zum Auge darstellt, zwei Linsen 9 und 10 und zwei Empfängern 6 und 8.

Das Licht der Lichtquelle 1, die vorzugsweise eine LED sein soll, wird mittels der Linse 9 kollimiert und in den Andruckkörper eingestrahlt, wobei der Andruckkörper vorteilhaft ein spezielles Prisma 5 mit trapezförmiger Grundform ist. Befindet sich Luft als angrenzendes Medium an der Stirnfläche des Prismas 5, kommt es innerhalb des Prismas 5 zur vollständigen Totalreflexion des parallelen Lichts, das nach Austritt aus dem Prisma 5 von der Linse 10 auf den Empfänger 6 fokussiert wird. Der Empfänger 6 gibt - je nach Arbeitszustand des Tonometers - bei fehlendem Augenkontakt einen (elektronisch gewandelten) Grundintensitätswert I₀ und bei Augenkontakt je nach Größe der Applanationsfläche einen Intensitätsmeßwert I_M ab. Dem Empfänger 6 unmittelbar benachbart ist ein zweiter Empfänger 8 angeordnet, der einen sogenannten Kontrollwert I_K ausgibt. Vorteilhaft sind die beiden Empfänger 6 und 8 Photoempfänger ein und derselben Charge, die im Zusammenhang mit ihrer unmittelbaren Nachbarschaft als in ihrer Empfindlichkeit identisch zu betrachten sind.

Das auf den zweiten Empfänger 8 fallende Licht wird unmittelbar aus dem aus der Lichtquelle 1 austretenden Lichtbündel mittels eines lichtauskoppelnden Elements 2 abgezweigt und zweckmäßig mit einem Spiegel 7 auf den Empfänger 8 umgelenkt. Das lichtauskoppelnde Element 2 kann dabei üblicherweise ein halbdurchlässiger Spiegel, ein Teilerwürfel oder eine Glasplatte mit einer dielektrischen Teilerschicht sein und teilt das Licht der Lichtquelle 1 in einen Meßstrahl 3 und einen Kontrollstrahl 4, vorzugsweise im Verhältnis 1 : 1.

Das lichtauskoppelnde Element 2 kann sowohl im divergenten als auch im kollimierten Licht der Lichtquelle 1 angeordnet sein, d. h. es kann vor der Linse 9 - wie in Fig. 1 gezeigt - oder nach der Linse 9 angeordnet sein. Um Lichtverluste im Kontrollstrahl 4 zu vermeiden, die bei Anbringung des lichtauskoppelnden Elements 2 im divergenten Lichtstrahl durch zunehmenden Strahlquerschnitt entstehen, ist der Spiegel 7 zweckmäßig als Hohlspiegel ausgebildet.

Eine andere Variante der Auskopplung des Lichts für den Kontrollstrahl 4 zeigt Fig. 2. Hier wird die Tatsache ausgenutzt, daß das Licht einer LED eine relativ große Divergenz aufweist, so daß ein Randbereich des Strahlenbündels ohnehin nicht von der Linse 9 kollimiert wird. Dieser relativ große Randbereich wird vorteilhaft mittels einer ringförmigen Blende 11, die leicht (bis zu maximal 45°) schräggestellt ist, zur Bildung des Kontrollstrahles 4 genutzt. Wegen der relativ großen Divergenz des Lichts sind wiederum Fokussiermaßnahmen nötig. Das kann, wie zu Fig. 1 beschrieben, ein strahlumlenkender Spiegel 7 in Form eines Hohlspiegels erfüllen, oder aber die Blende 11 ist selbst als Hohlspiegel geformt und fokussiert das Licht gegebenenfalls direkt auf den darauf ausgerichteten Empfänger 8.

Fig. 2 zeigt ansonsten denselben Grundaufbau wie Fig. 1, aber mit dem Unterschied, daß an der Stirnfläche des Prismas 5 eine Augenapplanation vorliegt. Das hat zur Folge, daß der Empfänger 6 eine von der applanierten Fläche abhängige Lichtschwächung in Form eines Intensitätsmeßwertes I_M aufnimmt, während der Grundintensitätswert I₀ (gestrichelt angedeutetes Ausgangssignal) zuvor ohne Augenkontakt verfügbar war. Fig. 1 verdeutlicht den umgekehrten Fall ohne Augenapplanation mit der möglichen nachfolgenden Erfassung des Intensitätsmeßwertes I_M (gestrichelt).

Der letztere Zustand liegt auch der Fig. 3 zugrunde. Abgewandelt wurde hier erneut die optische Auskopplung von Licht für die Erzeugung des Kontrollwertes I_K. Die Lichtauskopplung erfolgt in dieser Ausgestaltungsvariante mittels einer Lichtleitfaser 12, die aus der Peripherie des Lichtbündels der divergenten Lichtquelle 1 das Licht auf den zweiten Empfänger 8 leitet. Dazu besteht die Lichtleitfaser 12 vorteilhaft aus einem Faserbündel, das konzentrisch um den Meßstrahl 3 herum in einer Halterung 13, vorzugsweise aus Gießharz, angeordnet ist und die annähernde Gleichheit des Grundintensitätswertes I₀ und Kontrollwertes I_K gewährleistet.

Die Auswertung der gewandelten Empfängersignale erfolgt in einer (nicht dargestellten) Auswerteeinheit, die erfindungsgemäß durch Mittel zur Bildung eines Kontrollwertquotienten aus Grundintensitätswert I₀ und Kontrollwert I_K, Speichermittel zur Speicherung eines so gebildeten Normalwertes und einen Differenzbildner zur Errechnung einer Fehlergröße aus Normalwert und aktuellem Kontrollwertquotienten erweitert wurde.

Zur Charakterisierung der Sauberkeit des Prismas 5 wird der Kontrollwertquotient I₀/I_K gebildet, wobei faktisch mittels des zweiten Empfängers 8 wenigstens über einen Teil des Strahlenkegels der Lichtquelle 1 ihre Intensität aufgenommen bzw. deren Schwankungen erfaßt werden.

Zu der im "Leerlauf" des Tonometers (ohne Augenkontakt) auf den ersten Empfänger 6 einfallenden Intensität (Grundintensitätswert I₀) wird nun diese Lichtquellenintensität (Kontrollwert I_K) ins Verhältnis gesetzt. Damit wird zunächst sichergestellt, daß Schwankungen der Intensität durch Temperatureinflüsse eliminiert werden, da sich Temperaturänderungen auf Grundintensitätswert I₀ und Kontrollwert I_K im gleichen Verhältnis auswirken. Durch die eng benachbarte Anordnung der Empfänger 6 und 8 wird das auch empfängerseitig abgesichert.

Mit dieser Grundnormierung ist der Kontrollwertquotient I₀/I_K ein Maß für den optischen Zustand des Prismas 5, und zwar nicht nur für die Sauberkeit der Stirnfläche, sondern auch für die eng tolerierte Lage des Prismas 5. Letzteres hat insofern große Bedeutung, da wegen Desinfektionsmaßnahmen das Prisma 5 häufig herausgenommen und wieder eingesetzt werden muß.

Zur objektiven Kontrolle dieser aufgezeigten Fehlergrößen bei der Bestimmung der Applanationsfläche wird zunächst ein Normalwert des Kontrollwertquotienten (I₀/I_K)_Norm bei bestem Reinigungs- und Justierzustand des Prismas 5 einmalig gemessen und gespeichert.

Unmittelbar vor jeder Messung der Applanationsfläche eines Auges wird der aktuelle Wert des Kontrollwertquotienten (I₀/I_K)_aktuell erfaßt.

Die Auswerteeinheit bildet dann die Differenz aus Normalwert und aktuellem Wert des Kontrollwertquotienten und vergleicht diese Differenz mit einer vorgegebenen Toleranz. Nur bei Unterschreitung dieser Toleranz

(I₀/I_K)_Norm - (I₀/I_K)_aktuell < T

läßt sich ein Applanationsprozeß auslösen.

Damit ist eine feinfühlige Kontrolle des optischen Zustandes am Prisma 5 gewährleistet, die eine fehlerhafte Messung der applanierten Fläche automatisch blockiert. Durch manuelle Reinigung und/oder Nachjustierung des Prismas 5 kann die Fehlerquelle gezielt beseitigt und in der zwingend erneut einsetzenden Kontrollmessung bewertet werden, wobei eine Toleranzeinhaltung automatisch zum Applanationsvorgang führt.

Um zusätzlich die Messung der Applanationsfläche auch weitgehend unabhängig von kurzzeitigen Schwankungen der Lichtquelle 1 zu machen, wird vorteilhaft als Intensitätsmeßwert zur Berechnung der Applanationsfläche nicht das Verhältnis Intensitätsmeßwert I_M (bei Augenkontakt) zum Grundintensitätswert I₀ (vor der Applanation) verwendet, sondern der Meßwert

so daß I_N einen normierten Intensitätsmeßwert darstellt.

Der zeitliche Verlauf der Größe der Applanationsfläche ergibt sich somit aus dem zeitlichen Verlauf des Quotienten der synchron aufgenommenen Werte von I_M und I_K.

Damit ist die Applanationsflächenmessung von allen wesentlichen Fehlerquellen der optischen Flächenmessung weitestgehend befreit.

Bezugszeichenliste

1 Lichtquelle
2 lichtauskoppelndes Element
3 Meßstrahl
4 Kontrollstrahl
5 Prisma
6 Empfänger
7 Spiegel
8 zweiter Empfänger
9 Linse
10 Linse
11 Blende
12 Lichtleitfaser
13 Halterung
I₀ Grundintensitätswert
I_K Kontrollwert
I_M Intensitätsmeßwert

Claims

1. Anordnung zur exakten Bestimmung einer Applanationsfläche zur Augendruckmessung mittels eines Tonometers mit einer Lichtquelle, einem als Andruckkörper eingesetzten Prisma, einem Empfänger und einer Auswerteeinheit, wobei das Prisma eine Stirnfläche aufweist, die eine Applanationsfläche an einem Auge erzeugt und an der ein von der Lichtquelle kommendes Strahlenbündel bei Berührung mit Luft totalreflektiert und bei Berührung mit dem Auge diese Totalreflexion teilweise aufgehoben wird, und wobei das an der Stirnfläche reflektierte Licht auf den Empfänger gelenkt und gewandelt wird und in der nachgeordneten Auswerteeinheit Mittel zur Berechnung der Applanationsfläche aus der Intensitätsänderung infolge der verringerten Totalreflexion vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein zweiter Empfänger (8) zur Kontrolle der Sauberkeit der Stirnfläche des Prismas (5) vorhanden ist, wobei der zweite Empfänger (8) eng benachbart zum ersten Empfänger (6) angeordnet ist und einen Kontrollwert (I_K) aufnimmt,
- in dem von der Lichtquelle (1) kommenden Strahlenbündel zwischen Lichtquelle (1) und Prisma (5) ein lichtauskoppelndes Element (2) angeordnet ist, wobei das ausgekoppelte Licht als Kontrollstrahl (4) auf den zweiten Empfänger (8) geführt wird, und
- in der Auswerteeinheit Mittel zur Bildung eines Kontrollwertquotienten aus einem Grundintensitätswert (I₀) des ersten Empfängers (6) und dem Kontrollwert (I_K) des zweiten Empfängers (8) sowie Speichermittel für einen so gebildeten Normalwert und ein Differenzbildner zur Errechnung einer Fehlergröße aus dem Normalwert und dem aktuellen Kontrollwertquotienten vorhanden sind, wobei die Unterschreitung eines zulässigen Betrages der Fehlergröße Voraussetzung für die Auslösung eines Applanationsmeßpro zesses ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtauskoppelnde Element (2) ein halbdurchlässiger Spiegel ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der halbdurchlässige Spiegel eine auf einer Glasplatte befindliche dielektrische Teilerschicht ist, die die Intensität im Verhältnis 1 : 1 teilt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem lichtauskoppelnden Element (2) in Form der dielektrischen Teilerschicht ein Spiegel (7) zur Umlenkung des ausgekoppelten Lichts auf den zweiten Empfänger (8) nachgeordnet ist, wobei der Spiegel (7) vorzugsweise ein Hohlspiegel ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer divergenten Lichtquelle, vorzugsweise einer LED, das lichtauskoppelnde Element (2) eine ringförmige Blende (11) mit Spiegelschicht ist, die durch ihre zentrale Öffnung das Licht zum Prisma (5) in einem begrenzten Strahlenbündel ungehindert durchläßt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelschicht der Blende (11) als Hohlspiegel ausgebildet ist, der das ausgekoppelte Licht auf den zweiten Empfänger (8) fokussiert.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtauskoppelnde Element (2) eine an der Peripherie des Strahlenbündels liegende Lichtleitfaser ist, die auf den zweiten Empfänger (8) geführt wird.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (12) als Faserring an der Peripherie des Strahlenbündels der Lichtquelle (1) ausgeführt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Empfänger (8) von der gleichen Bauart und aus derselben Herstellungscharge wie der erste Empfänger (6) ist.