Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beleuchtung organischer Objekte, insbesondere des Auges. Sie ist bevorzugt einsetzbar in einem Ophthalmologisches Diagnose- oder Thera¬ piegerät.

In der Augenheilkunde wird sowohl bei der Diagnose als auch bei der Therapie häufig mit Licht gearbeitet. Dieses bietet sich insbesondere deswegen an, da das Auge weitgehend trans¬ parent ist und damit praktisch in seiner Gesamtheit für Lichtstrahlen erreichbar ist. Als Licht wird im Folgenden das gesamte Spektrum von Ultraviolett bis Infrarot bezeichnet.

Als Diagnosegeräte, welche mit Licht arbeiten, sind insbesondere sogenannte Spaltlampen, Funduskameras und Laser-Scan-Ophthalmoskope bekannt. Bei einer Spaltlampe wird mittels einer Spaltbildprojektion in dem zu untersuchenden Auge ein veränderlicher Lichtschnitt erzeugt, aus der Form, Lage und Intensität des Streulichtes des Schnittbildes können Rückschlüsse auf den Zustand der einzelnen Medien des Auges gezogen werden. Üblicherweise werden die Spaltbilder mechanisch mittels in der Breite und Lage ver¬ änderlicher Spalte erzeugt. Aus der DE 101 51 314, auf deren gesamte Offenbarung hiermit Bezug genommen wird, ist es auch bekannt, den Lichtschnitt durch eine entsprechende Licht¬ verteilung mittels eines aus DMDs (Digital Mirror Device), LEDs (Light Emitting Diode), LCDs (Liquid Crystal Display) oder OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) aufgebauten Microdisplays zu erzeugen. Allen diesen Lichtquellen ist gemeinsam, dass sie nur eine relativ geringe Bildfrequenz erlauben, da sie entweder über mechanisch bewegte Teile (DMD) oder eine lange Nachleuchtdauer aufweisen. Bei einer Funduskamera, wie z.B. aus DE 298 08 351 Ul bekannt ist, wird der Augenhinter- grund mit einer klassischen Lichtquelle wie einer Halogen- oder Quecksilberdampflampe ausgeleuchtet und anschließend fotografische oder digitale Aufnehmen der Retina erzeugt. Dabei ist es auch bekannt, diese Aufnahmen nur in bestimmten Spektralgebieten anzufertigen, um die mittels entsprechender Beleuchtung erzeugte Fluoreszenz interessierender Moleküle nachzuweisen. Zu besonderen Zwecken werden auch Blitzlichtaufhahmen durchgeführt, um schnell ablaufende Vorgänge erkennen zu können. Dafür sind zusätzliche Blitzlampen not¬ wendig, die über entsprechende zusätzliche Optiken in den Strahlengang eingekoppelt werden müssen. Auch sind diese Blitzlichtlampen in ihrer Bildfolgefrequenz limitiert. Bei einem Laser-Scan-Ophthalmoskop, wie es beispielsweise aus der DE 198 35 967 C2 be¬ kannt ist, wird das Augeninnere mittels eines von einem mechanischen Scanner in 2 oder 3 Dimensionen positionierten Laserstrahl abgetastet und auftretende Fluoreszenzen detektiert. Wegen der mechanischen Bewegung der Scanner ist hier die Bildaufhahmefrequenz begrenzt, so dass schnelle Vorgänge nicht verfolgt werden können, außerdem kommt es wegen der un¬ willkürlichen Augenbewegungen zu geometrischen Störungen im Inhalt des Ergebnisbildes. Mit Licht arbeitende Therapiegeräte sind in der Augenheilkunde ebenfalls bekannt. So wird zur Behandlung von Sehfehlern mittels Laserstrahlung gezielt Material aus der Cornea abge¬ tragen, Ein solches Gerät ist z.B. in der WO 01/66029 beschrieben, auf deren kompletten In¬ halt hiermit Bezug genommen wird. Dabei wird der Strahl eines Behandlungslasers mittels eines mechanischen Scanners, welcher über bewegte Spiegel verfügt, gezielt über das Be¬ handlungsgebiet geführt. Auch hier ist die Mechanik des Scanners der limitierende Faktor für die Erhöhung der Behandlungsgeschwindigkeit und damit der Verringerung der Behand¬ lungszeit. Die während der Behandlung auftretenden unwillkürlichen Augenbewegungen führen dazu, dass es zu Abweichungen zwischen dem vorgesehenen und dem tatsächlichen Ort des Mate¬ rialabtrags kommt. Um die daraus resultierenden Fehler zu vermeiden wird in dieser Schrift ein Eye-Tracker eingesetzt, welcher die momentane Position/Blickrichtung des Auges detek¬ tiert und damit diese Bewegungen erkennen kann. Diese Bewegungen werden dann bei der Steuerung des Materialabtrags berücksichtigt und damit ausgeglichen. In der US 6,179,422, auf deren gesamten Inhalt hiermit verwiesen wird, ist ein solcher Eye- Tracker beschrieben, welcher seinerseits mittels eines solchen Scanners einen IR-Laserstrahl schnell über Pupille und Limbus des Auges führt. Die reflektierte Strahlung wird mittels einer schnellen Photodiode detektiert und aus den Verschiebungen der Kontrastflanken von Pupille und Limbus zwischen den einzelnen Abtastungen lässt sich die Bewegung des Auges bestimmen. Auch diese Lösung ist durch die Geschwindigkeit des mechanischen Scanners in ihrer Genauigkeit limitiert. Auch bei anderen Verfahren zur Untersuchung biologischer Objekte wie z.B. der konfokalen Mikroskopie ist die Erfindung anwendbar. Aus der EP 485 803 Bl, auf deren gesamten Inhalt hiermit Bezug genommen wird, ist ein konfokales Mikroskop bekannt, welches zur Beleuchtung der Probe ein LED- oder ein LCD- Array benutzt und das von der Probe beeinflusste Licht mittels eines Detektorarrays analy¬ siert. Dieses Mikroskop ist damit nicht zur Untersuchung schneller Vorgänge geeignet. Auch die z.B. aus der DE 197 33 195 Al bekannten Laser Scanning Mikroskope benutzen zur Ab- lenkung des zur Beleuchtung der Probe dienenden Laserstrahlen mechanische Scanner und sind deshalb ebenfalls nicht zur Untersuchung sehr schneller Vorgänge geeignet. Gerade in den letzten Jahren ist aber das Interesse an der Untersuchung der extrem schnell ablaufenden molekularen Wechselwirkungen in der Biologie wesentlich gestiegen. Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu umgehen und eine extrem schnell veränderliche Beleuchtung anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die unabhängigen Ansprüche gelöst, vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Erfindungsgemäß wird ein Array von miniaturisierten Lichtquellen räumlich definiert geordnet derart auf einer Ebene oder gekrümmten Fläche zusammengestellt, dass diese Lichtquellen eine möglichst hohe Packungsdichte erreichen und einzeln sehr schnell elektronisch ansteuerbar sind. Dabei kann die Anordnung der einzelnen Lichtquellen sowohl regelmäßig, z.B. als dicht gepacktes Rechteck, als auch in beliebigen anderen, z.B. einer Auswertung angepassten Formen erfolgen. Dieses Lichtquellenarray wird mittels eines optischen Systems auf das biologische Objekt abgebildet. Im Falle einer Diagnose- Vorrichtung oder eines Mikroskopes besteht die erfindungsgemäße Einrichtung weiterhin aus einem Detektor, der die reflektierten, gestreuten oder fluoreszierenden Strahlungsanteile des Diagnoseobjektes registriert und einer Auswerteeinheit zuführt, wobei dieser Detektor selbst ggf. auch wellenlängenselektiv detektieren kann. Der Vorteil der Erfindung ist, dass ohne bewegte Teile sehr schnell und spektral variabel eine räumlich hochaufgelöste strukturierte Beleuchtung realisierbar ist. Bei einem Eye-Tracker kann mittels schneller Einzeldetektoren nahezu online die Augenposition bestimmt werden, da die räumliche Auflösung bereits durch das abgebildete Lichtquellenarray gegeben, die Benutzung von bildverarbeitenden CCD-Sensoren ist nicht notwendig. Wenn die durch die räumliche Anordnung der Lichtquellen gegebene Auflösung nicht ausreicht, kann diese in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine verkleinernde Abbildung auf das Objekt angepasst werden. Bei einer Diagnosevorrichtung ist es vorteilhaft, die Beleuchtungseinrichtung z.B. über ein homogenes Objekt zu kalibrieren. Bei einer Therapievorrichtung ist es von Vorteil wenn die abgegebene Strahhlung durch eine homogenisierende Zwischenoptik (z.B. auf der Basis mikrooptischer Elemente) homogenisiert wird. Durch die Möglichkeit der räumlich strukturierten Intensitätswahl und Farb/Wellenlängenwahl der einzelnen Lichtquellen, lassen sich zeitlich und spektral variable Intensitätspro flle generieren, die den jeweiligen Anwendungsaufgaben angepasst sind. Es ist von Vorteil, wenn die Einrichtung zur Beleuchtung ein miniaturisiertes Lichtquellenarray aus kompakten lichtemittierenden Halbleiterdioden oder Halbleiterdiodenlasern möglichst geringer Emissionsdivergenz und schnellen Schaltzeiten besteht, deren Emissionsintensität elektronisch regelbar ist Eine besonders geeignete Bauform der Lichtquellen stellen die Vertical Cavitiy Surface Emitting Laser (VCSEL) dar, welche z.B. aus der Literatur KJ. Ebeling „Integrierte Optoelektronik", Springer- Verlag Berlin 1992, bekannt sind. Beispielsweise wird in der EP 905 835 Al ein zweidimensionales Array aus VCSEL-Lichtquellen beschrieben, welche einzeln adressierbar oder ansteuerbar sind. In der US 6,174,749 ist ein Herstellverfahren für in verschiedenen Wellenlängen/Farben abstrahlende VCSELs angegeben, aus der Literatur Connie J. Chag-Hasnain „Tunable VCSEL", IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics Vol. 6(2000) Nr. 6, S. 978 ff. sind auch durchstimmbare VCSELs bekannt. Zur Steigerung der Homogenität oder Struktur der Objektbeleuchtung können die Emissionsprofile der einzelnen Strahlquellen entsprechend ausgewählt sein, um in der projezierten Überlappung ein möglichst gleichförmiges/strukturiertes Intensitätsprofil zu erzielen. Dabei sind gaußförmige Intensitätsprofile günstig für eine homogene Ausleuchtung. Zur Erhöhung des Auflösungsvermögens der erfindungsgemäßen Einrichtung kann eine zeitliche und/oder intensitätsabhängige Modulation einzelner, z. B. benachbarter Lichtquellen des Lichtquellenarrays durchgeführt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung als ultraschneller Scanner Fig. 3 zeigt eine multispektrale Beleuchtung Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines konfokalen Detektors Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Aberrometers Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Perimeters Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform einer Fluoreszenzkamera

In Fig. 1 ist ein Array 1 aus einzelnen Lichtquellen 2, welche z.B. VCSEL-Elemente sein können so angeordnet, dass es über eine Projektionsoptik 3 auf eine biologische Probe 4 abgebildet wird. Die einzelnen Lichtquellen 2 des Arrays 1 sind mittels eines Computers 5 ansteuerbar, wobei sie in ihrer Intensität, Farbe (Wellenlänge) und/oder Leuchtdauer gesteuert werden können. Eine hierzu notwendige Ansteuerschaltung ist hier nicht dargestellt. Das von der Probe zurückgeworfene, gestreute, anderweitig beeinflusste oder von einer Fluoreszenz der Probe ausgehende Licht wird mittels einer Abbildungsoptik 6 auf einen Detektor 7 abgebildet, welcher wiederum mit dem Computer 5 verbunden ist. Die Auswertung der vom Detektor 7 empfangenen Informationen kann dann im Computer 5 nach an sich bekannten und dem vorgesehenen Einsatzzweck angepassten Verfahren erfolgen. In Fig. 2 wird unter Steuerung des Computers 5 auf dem Array 1 nacheinander und in ultrakurzen Zeitabständen (z.B. einige ns bis μs) eine Folge von Lichtquellen 2 ein- bzw. wieder ausgeschaltet. Durch die Projektion auf die Probe 4 wird dadurch diese Probe entsprechend schnell und ohne dass mechanische Elemente bewegt werden müssen gescannt. Von dem Detektor 7 wird das von der Probe 4 abgestrahlte Licht aufgefangen und im Computer 5 analysiert. Eine solche Ausführungsform ist z.B. als Eye-Tracker, Digitale Spaltlampe, in der Pupillometrie oder einer Scanning Funduskamera anwendbar. Ebenfalls lässt sich ein Laser Scanning Mikroskop nach diesem Grundaufbau realisieren. In Fig. 3 ist eine Anwendung dargestellt, bei der die einzelnen Lichtquellen 2, 2', 2" des Arrays 1 unterschiedliche Wellenlängen abstrahlen. Damit lässt sich ein Wellenlängenprofil der Probe 4 detektieren, wie es z.B. auch in Scanning Funduskameras angewendet wird. In Fig.4 ist die Anwendung der erfindungsgemäße Vorrichtung in der konfokalen Mikroskopie gezeigt, indem der gescannte Laserstrahl durch das Lichtquellen- Array und den konfokalen Detektor durch ein Mikroslinsen- Array mit gekoppeltem Empfänger-Chip, z.B. CCD-Chip (analog Shack-Hartmann-Sensor) ersetzt wird. Dabei wird die aus dem x-y- VCSEL- Array 1 emittierte Strahlung durch einen z.B. 50% Teilerspiegel (Strahlteilerwürfel 8) über eine Projektionsoptik 3 in eine Bildebene auf der Retina 9 eines Auges 10 projiziert. Das dort entstehende Raster sekundärer Lichtquellen wird wiederum über den Teilerspiegel (Strahlteilerwürfel 8) auf ein Sensor- Array 11 z.B. mit Mikrolinsen 12 und elektronischer Auswertung projiziert. Dabei nimmt das Sensorarray die Funktion des konventionellen Detektors mit Lochblende in einer vervielfachten Arrayausführung wahr. Eine 1. Ausführungsform des Sensor-Arrays 1 kann ein der räumlichen Struktur des VCSEL-Arrays angepasstes Mikrolinsen-Array in Kopplung mit einem CCD-Chip sein. Dabei übernimmt jede einzelne Miniaturlinse des Mikrolinsenarrays die Funktion der Abbildungsoptik 6. Die Blendenfunktion des konventionellen Detektors mit Lochblende wird dadurch realisiert, dass z.B. bezüglich der reflektierten Intensität nur das jeweils mittig zur jeweils vorgeschalteten Mikrolinse liegende Pixel des Sensorrrays 11 auswertet, und die anderen nicht detektiert. Dabei können jedoch die jeweils außermittigen Pixel benutzt werden um den durch die Struktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgegebene Rasterung zu glätten. Eine 2. Ausführungsform kann auch eine Lochmaske und zugehörige einzelne Empfangsdioden verwenden, wobei hier wiederum die Struktur und Rasterung durch das Lichtquellenarray 1 zu beachten ist. Jede dieser Anordnungen kann auch in Verbindung mit einem Mikroskop zur Untersuchung biologischer Präparate genutzt werden. Außerdem lässt sich mit dieser Anordnung und entsprechenden Auswertealgorithmen auch ein Wellenfrontsensor nach Hartmann-Shack realisieren. Dieses neuartige konfokale Scanning-Mikroskop lässt sich in einer sehr kompakten und robusten Bauform ohne bewegliche Teile ausführen und daher in der beispielsweisen Anwendung am Auge mit geringerem Aufwand als bisher einsetzen. Dabei kann man sich die scannende Funktion dadurch verdeutlichen, dass man nacheinander benachbarte VCSEL's ein- und ausschaltet und somit zeitlich entsprechend des konventionellen Prinzips scanned. Allerdings ist diese Nachahmung nicht unbedingt mehr nötig, wenn das Sensor Array 11 eine entsprechend hohe Auswertekapazität besitzt, indem die Lichtquellen 2 alle gleichzeitig eingeschaltet werden und die Empfangssignale gleichzeitig ausgewertet werden. Dabei kann die Einschaltdauer der optimalen Empfangsintensität angepasst werden. Weiterhin lassen sich durch die pulsierende Betriebsweise des Systems auch extrem schnelle dynamische Vorgänge untersuchen. In Fig.5 ist die Anwendung der erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Aberrometer gezeigt, wobei der optische Aufbau weitgehend dem in Fig. 4 dargestellten entspricht. Dabei wird die aus dem x-y-VCSEL-Array 1 emittierte Strahlung durch einen z.B. 50% Teilerspiegel (Strahlteilerwürfel 8) über eine Projektionsoptik 3 auf die Retina 9 eines Auges 10 projiziert. Das dort entstehende Raster sekundärer Lichtquellen wird wiederum über den Teilerspiegel (Strahlteilerwürfel 8) auf ein Sensor- Array 11 z.B. mit Mikrolinsen 12 und elektronischer Auswertung projiziert. Schematisch sind die Augenlinsenformen für ein normalsichtiges (emmetropes) Auge (Bezugszeichen 13) und für ein fehlsichtiges (ametropes) Auge (Bezugszeichen 14) dargestellt. Ein von dem VCSEL- Array 1 ausgehender Lichtstrahl 16 trifft durch die unterschiedliche Brechung an der Augenlinse 13 bzw. 14 unterschiedliche Stellen der Retina 9. Die Reflexion an der Retina 9 führt im Fall des normalsichtigen Auges zum reflektierten Strahl 16, welcher vom Teilerspiegel des Teilerwürfels 8 auf das Sensorelement 18 des Sensorarrays 11 gelenkt wird. Für das fehlsichtige Auge erfolgt die Reflexion in den Strahl 17, welcher auf ein anderes Sensorelement 19 trifft. Aus dem unterschiedlichen Ort des Auftreffens des reflektierten Strahles auf das Sensor- Array 11, welcher elektronisch detektiert und an den Computer 5 übermittelt wird, lässt sich damit das Abbildungsverhalten des Auges 10 bestimmen. In Fig. 6 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Perimeter dargestellt, welches dazu dient, das Gesichtsfeld eines Patienten zu bestimmen. Dabei wird die aus dem x-y- VCSEL- Array 1 emittierte Strahlung über eine Projektionsoptik 3 auf die Retina 9 eines Auges 10 projiziert, wobei Strahlen Sl, S2, S3 von unterschiedlichen Elementen des VCSEL- Arrays 1 an unterschiedlichen Stellen Rl, R2, R3 der Retina 9 auftreffen. Ein zusätzlich vorhandener Zielpunkt 20, der z. B. eine gelbe LED oder ein spezifisches, durch das VCSEL-Array 1 dargestelltes Muster sein kann, dient der Ausrichtung des Auges. Der Sinneseindruck, welcher durch das Auftreffen der Strahlen Sl, S2, S3 auf der Retina hervorgerufen wird, kann dann in an sich bekannter Art und Weise entweder durch Interaktion des Patienten subjektiv oder durch Auswertung von Nervenimpulsen, Hirnströmen o.a. objektiv bestimmt werden. Entsprechende Anordnungen und Auswerteverfahren sind beispielsweise in den Dokumenten DE 198 55 848, DE 199 61 323, DE 101 40 871 und DE 101 46 330 angegeben, deren gesamte Offenbarung hiermit eingeschlossen wird. In Fig. 6 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Fluoreszenzkamera dargestellt. Dabei wird die aus dem x-y- VCSEL- Array 1 emittierte Strahlung mit einer bestimmten Anregungswellenlänge λ\ durch einen z.B. 50% Teilerspiegel (Strahlteilerwürfel 8) über eine Projektionsoptik 3 auf die Retina 9 eines Auges 10 projiziert und das dort befindliche Gewebe eventuell vermittels eines eingebrachten Fluoreszenzfarbstoffs zur Fluoreszenz mit der Wellenlänge λ2 angeregt. Das Fluoreszenzlicht gelangt über den Strahlteiler 8 auf einen Empfänger 11, welcher mit dem Computer 5 elektrisch verbunden ist. Um zu verhindern, dass das Anregungslicht auf den Empfänger trifft ist diesem ein Sperrfilter 21 für die Wellenlänge vorgeschaltet. Durch Auswertung der örtlichen Verteilung des Fluoreszenzlichtes lassen sich z.B. Gewebeeigenschaften zuverlässig detektieren. Wenn das VCSEL-Array 1 gemäß dem in Fig. 2 angegebenen Ausführungsbeispiel mehrere Wellenlängen emittieren kann lassen sich auch entsprechend verschiedene Fluoreszenzen anregen und detektieren. In gleicher Art lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch die Cornea oder die Augenlinse spektral untersuchen. Die Realisierung der Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, fachmännische Weiterentwicklungen führen nicht zu einem Verlassen des Schutzbereichs. So kann jeder Lichtquelle ein unmittelbar benachbarter Detektor zum Monitoring der Intensität und/oder Farbe zugeordnet sein, wie in EP 829 933 A2 beschrieben ist. Im Rahmen dieser Darstellung und der erfindungsgemäßen Einrichtung können unter dem Begriff einer VCSEL-Lichtquelle sämtliche Diodenlaser verstanden sein, deren Abstrahlungsrichtung senkrecht zur Fläche des Arrays oder ihrer aktiven Zone liegt. Es kann sich dabei insbesondere auch um NECSEL (Novalux extended-cavity surface-emitting laser) handeln oder um Diodenlaser, deren Resonator im Wesentlichen parallel zur aktiven Zone liegt und die mit einer beugenden oder reflektierenden Struktur versehen sind, welche die Laserstrahlung senkrecht aus dem Array oder der aktiven Zone auskoppelt.