DE102004025999A1

DE102004025999A1 - Three-dimensional eye position detector for laser eye operation, has sensor for detecting reference object in two translatory directions, and distances of scanning points

Info

Publication number: DE102004025999A1
Application number: DE200410025999
Authority: DE
Inventors: Marcel Wellnitz; Thomas Herberger; Michael Harrer
Original assignee: Quintis GmbH
Current assignee: Quintis GmbH
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2005-12-15

Abstract

A reference object (2) is fixedly positionable on the eye (1). A first sensor (9,10) detects the reference object in two translatory directions (x,y). Three or more further distance sensors (13,14,15) detect the respective distances of three scanning points on the reference object. The sensors are provided with signal processing devices (16,17) for generating scanning data. A computer unit (18) determines in real time the position of the reference object, which representative of the actual eye position.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen, dreidimensionalen Erfassung der Augenposition, insbesondere während einer Laserbasierten Augenoperation, bei translatorischen und rotatorischen Bewegungsfreiheitsgraden um die drei Orthogonal-Koordinatenachsen des Auges. Von letzteren soll im Folgenden die z-Achse durch das Zentrum der Pupille verlaufen, die x- und y-Achsen spannen dann eine Ebene auf, die parallel zur transversal-vertikalen Körperebene verläuft.The The invention relates to a device for non-contact, three-dimensional Acquisition of the eye position, especially during a laser-based Eye surgery, translational and rotational degrees of freedom of movement around the three orthogonal coordinate axes of the eye. From the latter the z-axis will pass through the center of the pupil, the x and y axes then span a plane parallel to the transversal-vertical body level runs.

Zum Hintergrund der Erfindung sind Systeme zur Detektion der Augenposition im Raum oder in der Ebene – sogenannte „Eye-Tracker" – zu erörtern, wie sie bevorzugt eingesetzt werden im Zusammenhang mit Laserbehandlungen an oder in der menschlichen Hornhaut. Bei derartigen ophtalmologischen Eingriffen wird definiert Gewebe der Hornhaut abgetragen, um deren Brechkraft zu verändern bzw. anzupassen. Mit dieser Methode der refraktiven Hornhautchirurgie wird beispielsweise starke Kurzsichtigkeit behoben.To the Background of the invention are systems for the detection of the eye position in space or in the plane - so-called "eye-trackers" - to discuss how they preferred to use be associated with laser treatments on or in the human Cornea. In such ophthalmological procedures is defined Removed tissue of the cornea to change their refractive power or adapt. With this method of refractive corneal surgery For example, severe myopia is resolved.

Behandlungstechnisch wird ein Laserstrahl – in der Regel eines Excimerlasers – eingesetzt, der über die Hornhautoberfläche in einem bestimmten Raster Punkt für Punkt geführt wird. Mit Laserpulsen wird nach dem Prinzip der Photoablation Hornhautgewebe abgetragen, der Laserstrahl koppelt also an der Grenzfläche der Hornhaut in das Gewebe ein, es werden Molekülverbindungen dort aufgebrochen und fragmentiertes Gewebe entfernt.Technically treatment becomes a laser beam - in the rule of an excimer laser - used, the over the corneal surface is guided in a certain grid point by point. With laser pulses is according to the principle of photoablation, corneal tissue removed, the Laser beam thus couples at the interface of the cornea into the tissue One, it will be molecular compounds broken up there and removed fragmented tissue.

Die Pulswiederholfrequenz der derzeit schnellsten verfügbaren Excimerlasersysteme für die refraktive Augenchirurgie beträgt bis zu 500 Herz, was Behandlungszeiträume in der Größenordnung von Sekunden bis Minuten mit sich bringt. Da solche Operationen nun ambulant und unter Lokalanästhesie durchgeführt werden, bringt dies eine gewisse Lageunruhe des Auges mit sich. Insoweit muss eine automatische Lagebestimmung des Auges und eine davon geregelte Nachführung des Laserstrahles implementiert werden, um ein einwandfreies Operationsergebnis zu gewährleisten.The Pulse repetition rate of currently fastest available excimer laser systems for the refractive Eye surgery is up to 500 heart, giving treatment periods on the order of Seconds to minutes. Because such operations now outpatient and under local anesthesia carried out be, this brings a certain unevenness of the eye with it. In that regard, an automatic orientation of the eye and a from regulated tracking The laser beam can be implemented to produce a perfect result to ensure.

Hinsichtlich der Schnelligkeit eines Eye-Tracking-Systems ist festzuhalten, dass die schnellsten festgestellten Augenbewegungen – sogenannte Mikrosakkaden – mit einer Frequenz bis ca. 250 Herz erfolgen. Damit muss ein solches Messsystem Positionswerte des Auges mit einer demgegenüber höheren Frequenz liefern, um alle Bewegungen des Auges zuverlässig zu erfassen.Regarding The speed of an eye-tracking system is to record that the fastest observed eye movements - so-called microsaccades - with one Frequency up to about 250 heart. This requires such a measuring system Provide position values of the eye with a higher frequency in order to all movements of the eye reliable capture.

Bekannte Eye-Tracker, die in Kombination mit Excimerlasern eingesetzt werden, arbeiten in der Regel zweidimensional. Eine schnelle Video-Flächenkamera liefert Ausschnitte – sogenannte „Frames" – des Operationsfeldes mit einer Rate von mehr als 250 Herz. Dabei wird das Operationsfeld mit infrarotem Licht beleuchtet und eine Infrarot-empfindliche Kamera eingesetzt. Durch Verwendung eines Sperrfilters für sichtbares Licht wird dann eine gute Signalqualität für die Positionsverfolgung des Auges mit Hilfe der Kamera erzielt.Known Eye trackers used in combination with excimer lasers usually work two-dimensionally. A fast video area camera provides excerpts - so-called "frames" - of the surgical field a rate of more than 250 heart. This becomes the surgical field illuminated with infrared light and an infrared-sensitive camera used. By using a barrier filter for visible Light will then provide good signal quality for position tracking Eye achieved with the help of the camera.

Als Referenz für die Augenposition können dabei einerseits natürliche Merkmale, wie die Pupille oder der Augenlimbus, also der Übergang zwischen Horn- und Lederhaut des Auges verwendet werden. Problematisch bei der Ausnützung eines natürlich im Auge gegebenen Positionskriteri ums, wie das Bild der Pupille ist allerdings die Tatsache, dass ein Eye-Tracking-System einer Veränderung der Lage des Bildes der Pupille unterworfen ist, wenn sich die Relativposition zwischen Kamera und Auge ändert. Es wird nämlich nicht die reelle Pupille von der Kamera detektiert, sondern das virtuelle Bild der Pupille (Eintrittspupille) aufgrund der Abbildung der reellen Pupille durch die Hornhaut.When Reference for the eye position can be there on the one hand natural Features, such as the pupil or the eyelid limb, so the transition be used between the horn and dermis of the eye. Problematic in the utilization one of course in the eye, such as the image of the pupil However, the fact is that an eye tracking system is a change the position of the image of the pupil is subjected when the relative position between camera and eye changes. It that is not the real pupil detected by the camera, but the virtual image of the pupil (entrance pupil) due to the picture the real pupil through the cornea.

Zur Vermeidung dieses nachteiligen Effektes können künstliche, auf das Auge aufgesetzte Markierungshilfen wie sogenannte Limbusringe verwendet werden. Deren Oberfläche weist einen definierten, hohen Reflektionsgrad auf und erscheint dann im Kamerabild als helle, kontraststarke Fläche, mit deren Hilfe die Bestimmung der Position auf der Basis der zweidimensionalen Signaldaten der Kamera mit einem entsprechenden Rechnersystem einfach möglich ist.to Avoidance of this adverse effect can artificial, put on the eye Marking aids such as so-called limbus rings are used. their surface has a defined, high degree of reflection and appears then in the camera image as a bright, high-contrast surface, with the help of the determination the position based on the two-dimensional signal data of Camera with a corresponding computer system is easily possible.

Nachteilig bei dieser Art von Eye-Tracking-Systemen ist die Tatsache, dass eine Positionserfassung des Auges nur in einer Ebene – praktisch und üblich in der zur transversal-vertikalen Körperebene parallelen Augenebene (im Folgenden durchgehend als x-y-Ebene bezeichnet) – möglich ist. Positionsänderungen in der eingangs bereits definierten z-Richtung, also die Gewinnung dreidimensionaler Informationen, sind bei solchen Eye-Tracking-Systemen auf der Basis von CCD- bzw. CMOS-Flächenkameras nicht möglich.adversely In this type of eye-tracking systems is the fact that Position detection of the eye in one plane only - practical and usual in the plane parallel to the transversal vertical body plane (hereinafter referred to as x-y plane) - is possible. position changes in the already defined z-direction, ie the extraction Three-dimensional information, are in such eye-tracking systems not possible on the basis of CCD or CMOS area cameras.

Zur Vermeidung dieser Einschränkung auf zwei Dimensionen sind bereits Eye-Tracking-Systeme – beispielsweise das sogenannte VISX-System – bekannt, bei dem zwei Kameras off-axis in einem Winkel von 90° zueinander positioniert sind und jeweils ein Bild der Pupille liefern. Ein Rech nersystem bestimmt daraus die Position des Auges im Raum, kann also Translationen in allen drei Raumrichtungen ermitteln.to Avoid this limitation on two dimensions are already eye-tracking systems - for example the so-called VISX system - known, with two cameras off-axis at an angle of 90 ° to each other are positioned and each provide an image of the pupil. One The computer system determines the position of the eye in space So determine translations in all three spatial directions.

Eine weitere Randbedingung bei der Laser-basierten Augenchirurgie sind die sogenannten Spotgrößen der verwendeten Operationslaser. In der refraktiven Chirurgie liegen diese bei 0,7 bis 0,8 Millimeter, die Genauigkeit der Positionsbestimmung durch ein Eye-Tracking-System liegt in dieser Größenordnung. Eine derartige Genauigkeit reicht jedoch nicht aus, um neuere Operationstechniken auf der Basis von Femtosekunden-Lasersystemen erfolgreich einzusetzen. Mit derartigen Lasersystemen können grundsätzlich sehr präzise Schnitte auch innerhalb der Hornhaut mit dreidimensional steuerbarem Verlauf erzeugt werden. Um hierbei Augenbewegungen erfolgreich kompensieren zu können, ist eine Genauigkeit für die Positionsbestimmung in der Größenordnung von 5 bis 10 Mikrometer in allen Raumrichtungen erforderlich. Auch ist nicht nur die Detektion translatorischer, sondern auch rotatorischer Augenbewegungen erforderlich, da letzte zwar mit geringeren Amplituden auftreten, aber doch bei der geforderten Genauigkeit störend sind und kompensiert werden müssen.Another boundary condition at the La ser-based eye surgery are the so-called spot sizes of the surgical laser used. In refractive surgery, these are 0.7 to 0.8 millimeters, the accuracy of the position determination by an eye-tracking system is in this order of magnitude. However, such accuracy is not sufficient to successfully employ more recent operating techniques based on femtosecond laser systems. With such laser systems, in principle, very precise cuts can also be generated within the cornea with a three-dimensionally controllable course. In order to be able to successfully compensate for eye movements, an accuracy for the position determination on the order of 5 to 10 micrometers in all spatial directions is required. Also, not only the detection of translational, but also rotational eye movements is required, since the latter, although occur with lower amplitudes, but are disturbing at the required accuracy and must be compensated.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur berührungslosen, dreidimensionalen Erfassung der Augenposition zu schaffen, die mit hoher Exaktheit sowohl translatorische als auch rotarische Bewegungsfreiheitsgrade um die drei Orthogonal-Koordinatenachsen des Auges erfassen kann.From that Based on the invention, the object is based, a device for contactless, Three-dimensional capture of the eye position to create with high accuracy both translational and rotational degrees of freedom of movement around the three orthogonal coordinate axes of the eye can capture.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Systemkomponenten gelöst, nämlich:

– ein auf dem Auge dazu ortsfest positionierbares Referenzobjekt,
– eine das Referenzobjekt in zwei translatorischen Richtungen erfassende erste Sensoreinrichtung,
– mindestens drei weitere Abstandsmess-Sensoreinrichtungen zur Erfassung des jeweiligen Abstandes von drei Abtastpunkten auf dem Referenzobjekt zu den Abstandsmess-Sensoreinrichtungen,
– jeweils den Sensoreinrichtungen zugeordnete Signalverarbeitungs-Einrichtungen zur Generierung von Referenzdaten aus den Signalen der Sensoreinrichtungen, und
– eine Rechnereinheit, die aus den generierten Referenzdaten in Echtzeit die für die aktuelle Augenposition repräsentative Lage des Referenzobjektes bestimmt.

This object is achieved by the system components specified in the characterizing part of claim 1, namely:

A reference object which can be positionally fixed on the eye,
A first sensor device which detects the reference object in two translational directions,
At least three further distance measuring sensor devices for detecting the respective distance of three scanning points on the reference object to the distance measuring sensor devices,
- Each of the sensor means associated signal processing means for generating reference data from the signals of the sensor means, and
- A computer unit which determines from the generated reference data in real time representative of the current eye position position of the reference object.

Die vorstehenden Merkmalskomplexe einer erfindungsgemäßen Eye-Tracking-Vorrichtung sind so aufeinander abgestimmt, dass sie in ihrem Zusammenwirken die Augenbewegung in verschiedenen translatorischen und rotatorischen Freiheitsgraden um die drei Orthogonal-Koordinatenachsen grundsätzlich und mit der erforderlichen Genauigkeit erfassen können. So gibt zum einen die Verwendung eines Referenzobjektes, vorzugsweise eines Referenzringes mit planer, von den Sensoreinrichtungen gut erfassbarer Abtastfläche ein genaues Lagebild des Auges, das durch verzerrende Einflüsse, wie sie bei der Erfassung natürlicher Augenmerkmale auftreten, nicht gestört ist. Durch die Kombination von Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Bewegungen des Referenzobjektes in zwei translatorischen Ringen einerseits und des Abstandes des Referenzobjektes zu den Abstandsmess-Sensoreinrichtungen andererseits kann eine gleichzeitige Detektion von translatorischen und rotatorischen Bewegungen des Referenzobjektes und damit des Auges realisiert werden. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen wird hinsichtlich genauerer Erörterungen der verschiedenen Varianten für diese Sensoreinrichtungen auf die Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele verwiesen.The above feature complexes of an eye tracking device according to the invention are so coordinated that they work together the eye movement in different translational and rotational Degrees of freedom around the three orthogonal coordinate axes basically and can capture with the required accuracy. So there is the one Use of a reference object, preferably a reference ring with planner, by the sensor devices well detectable scanning a precise situation image of the eye, which by distorting influences, such as they in capturing natural Eye features occur, not disturbed. By the combination of sensor devices for detecting movements of the reference object in two translational rings on the one hand and the distance of the Reference object to the distance measuring sensor devices on the other hand can be a simultaneous detection of translational and rotational Movements of the reference object and thus the eye can be realized. To avoid unnecessary Repetitions will be for more detailed discussions of the various Variants for These sensor devices on the description of the various embodiments directed.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung soll an dieser Stelle noch eigens erwähnt werden, nämlich eine bevorzugte Maßnahme, mit deren Hilfe die Applikation des Bearbeitungs-Laserstrahles noch exakter möglich wird. Dazu wird das insbesondere ringförmige Referenzobjekt mit einer planparallelen transparenten Platte bzw. Linse im Strahlengang des Operationslasers angebracht, deren Brechzahl der der Kornea entspricht. Wird dann noch der von dieser Platte bzw. Linse, dem Referenzring und der Kornea umgrenzte Raum während einer Augenoperation mit einem Medium gleicher Brechzahl wie die Kornea gefüllt, wird ein definierter optischer Übergang des Laserstrahles von Luft auf das optisch der Hornhaut entsprechende Material der Platte oder Linse erzielt. Die Brechung wird also in erste Linie auf den bekannten optischen Übergang zwischen der Luft und der Planplatte bzw. Linse verlagert, wodurch das System insbesondere bei einer mechanischen Kopplung der brechenden Fläche mit dem Referenzobjekt einfach zu berechnende Brechungsverhältnisse besitzt. Diese sind bei der Steuerung des Laserstrahles für einen exakten Schnittverlauf beispielsweise bei einer Hornhaut-Trepanation einzubeziehen.A preferred embodiment the invention should be specifically mentioned at this point, namely a preferred measure, with their help, the application of the processing laser beam yet more exactly possible becomes. For this purpose, the particular annular reference object with a plane parallel transparent plate or lens in the beam path of Operational laser attached, the refractive index of which corresponds to the cornea. Will then still of this plate or lens, the reference ring and the cornea circumscribed space during an eye operation with a medium of the same refractive index as the Cornea filled, becomes a defined optical transition of the laser beam of air corresponding to the optic of the cornea Material of the plate or lens scored. The refraction is thus in first line on the well-known optical transition between the air and the plane plate or lens displaced, whereby the system in particular with a mechanical coupling of the refractive surface with the reference object easily calculated refractive ratios has. These are in the control of the laser beam for a exact cutting process, for example during a corneal trepanation included.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:Further Features, details and advantages will be apparent from the following Description, in which various embodiments of the subject invention with the attached Drawings closer explained become. Show it:

1 ein schematisches Diagramm einer Eye-Tracking-Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform, 1 a schematic diagram of an eye-tracking device in a first embodiment,

2 eine perspektivische Schemadarstellung eines zu behandelnden Auges mit einem aufgesetzten Referenzring, 2 a perspective schematic view of an eye to be treated with an up put reference ring,

3 eine schematische Draufsicht auf den Referenzring der Vorrichtung gemäß 1 mit angedeuteten gekreuzten Linearsensoren und Diagrammdarstellungen derer Positionssignale, 3 a schematic plan view of the reference ring of the device according to 1 with indicated crossed linear sensors and diagram representations of their position signals,

4 ein schematisches Diagramm einer Eye-Tracking-Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform, 4 a schematic diagram of an eye-tracking device in a second embodiment,

5 eine Draufsicht auf einen Referenzring mit angedeuteten Linearsensoren und weiteren strichförmigen Lichtmarkierungen zur Abstandsmessung, wie sie bei dem System gemäß 4 erzeugt werden, 5 a plan view of a reference ring with indicated linear sensors and other line-shaped light marks for distance measurement, as in the system according to 4 be generated,

6 eine ausschnittsweise schematische Perspektivdarstellung eines Eye-Tracking-Systems dargestellt mit einem von zwei benötigten Linear-Laserscanner, als Sensoreinrichtung zur Erfassung der Referenzobjekt-Position n in zwei translatorischen Richtungen, 6 1 is a fragmentary schematic perspective view of an eye-tracking system shown with one of two required linear laser scanners, as a sensor device for detecting the reference object position n in two translational directions,

7 eine Diagrammdarstellung des Scannerwinkels des Linear-Laserscanners gemäß 6 mit zugehörigem Sensorsignal, 7 a diagram of the scanner angle of the linear laser scanner according to 6 with associated sensor signal,

8 ein Diagramm analog 7 mit einer alternativen Scanführung des Linear-Laserscanners, 8th a diagram analog 7 with an alternative scanning guide of the linear laser scanner,

9a bis 9c Draufsichten auf Referenzringe mit spiralförmigen Linienmarkierungen, 9a to 9c Top views of reference rings with spiral line markings,

10a bis 10h perspektivische Darstellungen von Referenzringen in unterschiedlichen Ausführungsformen, 10a to 10h perspective views of reference rings in different embodiments,

11 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines zweigeteilten Referenzringes mit Auge, 11 an exploded perspective view of a two-part reference ring with eye,

12 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß 11, und 12 a side view of the arrangement according to 11 , and

13 einen Schnitt durch die Anordnung gemäß Schnittlinie A-A nach 12. 13 a section through the arrangement according to section line AA after 12 ,

Anhand von 1 und 2 sind die grundsätzlichen Komponenten und Nomenklaturen zu den verschiedenen translatorischen und rotatorischen Bewegungsfreiheitsgraden zu erläutern, wie sie bei einem Eye-Tracking-System gemäß der Erfindung verwendet werden. So sollen von dem System grundsätzlich translatorische Bewegungen des Auges 1 in den drei orthogonalen Raumrichtungen x, y und z erfasst werden. Die z-Richtung soll dabei in der optischen Achse der Pupille liegen, die x- und y-Richtung spannen eine Ebene auf, die parallel zur horizontal-vertikalen Körperebene liegt. Ferner sind für das Auge 1 rotatorische Bewegungen von Bedeutung, also Drehungen α, β und γ um die vorgenannten drei translatorischen Achsen x, y und z (im Folgenden kurz mit α-, β- und γ-Rotationen bezeichnet). Von den vorgenannten sechs Freiheitsgraden sind für eine exakte Erfassung von Augenbewegungen die translatorischen Bewegungen in Richtung der x, y und z-Achse sowie die α- und β-Rotationen von Bedeutung.Based on 1 and 2 explain the basic components and nomenclatures for the various translational and rotational degrees of freedom of movement used in an eye-tracking system according to the invention. So should from the system basically translational movements of the eye 1 in the three orthogonal spatial directions x, y and z are detected. The z-direction should lie in the optical axis of the pupil, the x- and y-direction span a plane that is parallel to the horizontal-vertical body plane. Further, for the eye 1 rotational movements of importance, ie rotations α, β and γ to the aforementioned three translational axes x, y and z (hereinafter abbreviated α, β and γ rotations). Of the six degrees of freedom mentioned above, the translational movements in the direction of the x, y and z axes as well as the α and β rotations are of importance for an exact detection of eye movements.

Im Folgenden wird der Einfachheit halber von Translationen und Rotationen eines auf das Auge 1 aufgesetzten Referenzringes 2 gesprochen, wobei sich diese Bewegungen mit Hilfe üblicher Koordinatentransformationen in Translationen und Rotationen beliebiger Punkte des Auges 1, insbesondere also auch der zu behandelnden Hornhautregionen überführen lassen.The following is for the sake of simplicity of translations and rotations of one on the eye 1 attached reference ring 2 spoken, these movements using conventional coordinate transformations in translations and rotations of any point of the eye 1 , So in particular also let the treated corneal regions.

Der Referenzring 2 wird in der Regel konzentrisch zur Pupille 3 (siehe 3) des Auges aufgelegt. Er ist beispielsweise aus Edelstahl gefertigt und in seiner Grundform kreisrund. Sein Fuß 4 kann nach innen angefast sein, um sich der Krümmung des Auges anzupassen. Auf seiner dem Auge abgewandten Seite ist eine in Draufsicht ringförmige, plane Abtastfläche 5 vorgesehen, die an drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Positionen mit einem Winkelabstand von 120° jeweils in gleicher Ebene vorspringende Ansätze 6 aufweist. Deren Bedeutung wird im Folgenden noch näher erläutert. Die Maße des Referenzringes 2 sind so gewählt, dass sein freier Innendurchmesser größer als die zu bearbeitende Fläche des Auges im Bereich dessen Hornhaut 7 ist. Alternativ kann auch der Ring so ausgelegt sein, dass sein Außendurchmesser kleiner als die zu bearbeitende Fläche ist, wenn beispielsweise ein weit außen an der Hornhaut liegender Defekt zu behandeln ist. In jedem Falle darf der Bearbeitungsbereich bei einer Augenoperation durch den Referenzring 2 nicht abgeschattet werden.The reference ring 2 is usually concentric to the pupil 3 (please refer 3 ) of the eye. For example, it is made of stainless steel and circular in its basic form. His foot 4 may be chamfered inward to accommodate the curvature of the eye. On its side facing away from the eye is an in plan view annular, planar sensing surface 5 provided at three evenly distributed over the circumference positions with an angular distance of 120 ° each in the same plane projecting lugs 6 having. Their meaning will be explained in more detail below. The dimensions of the reference ring 2 are chosen so that its free inner diameter larger than the surface to be processed of the eye in the region of the cornea 7 is. Alternatively, the ring may be designed so that its outer diameter is smaller than the surface to be processed, for example, if a lying far out on the cornea defect is to be treated. In any case, the processing area in an eye operation through the reference ring 2 not be shaded.

Die Abtastfläche 5 ist so strukturiert, dass sie einfallendes Licht und insbesondere Infrarot-Licht diffus reflektiert. Bei einer Beleuchtung des Operationsfeldes mit Infrarot-Licht, wie in 1 durch die IR-Lampen 8 angedeutet ist, erscheint der Ring im Bild einer infrarot-sensitiven optischen Aufnahmeeinrichtung dann mit einem hohen Kontrast.The scanning surface 5 is structured so that it diffusely reflects incident light and in particular infrared light. When illuminating the operating field with infrared light, as in 1 through the IR lamps 8th is indicated, the ring then appears in the image of an infrared-sensitive optical recording device with a high contrast.

Um nun den Referenzring 2 mit den verschiedenen Bewegungsfreiheitsgraden des Auges 1 zu erfassen, weist das in 1 gezeigte Eye-Tracking-System zwei bildgebende Linearsensoren 9, 10 – es handelt sich dabei um sogenannte Zeilenkameras – auf, die über einen Strahlteiler 11 und eine Abbildungsoptik 12 das Auge 1 mit dem Referenzring 2 erfassen. Die Ab bildungsoptik 12 erzeugt dabei ein maßstäbliches Bild des Referenzringes 2 auf jedem der Linearsensoren 9, 10. Bei der Auslegung der Optik ist darauf zu achten, dass ein Optimum zwischen Schärfentiefe und Lichtstärke gefunden wird, um einerseits über den gesamten Detektionsbereich in Z-Richtung – dies ist die Schärfentiefenrichtung in der gewählten Koordinatenkonfiguartion – ein scharfes Bild zu liefern und um andererseits auch eine genügend hohe Lichtmenge für die Positionsdetektion zur Verfügung zu haben. Um bei größeren Detektionsbereichen in Z-Richtung nicht vernachlässigbare, abstandsbedingte Schwankungen des Abbildungsmaßstabes auszuschalten, kann einerseits eine sogenannte telezentrische Optik eingesetzt werden. Andererseits kann das Messergebnis unter Zuhilfenahme der Ergebnisse der im Späteren noch näher zu erläuternden Abstandsmessung korrigiert werden.Order now the reference ring 2 with the different degrees of freedom of movement of the eye 1 to capture, the in 1 Eye-tracking system shown two imaging linear sensors 9 . 10 - These are so-called line scan cameras - on, via a beam splitter 11 and an imaging optics 12 the eye 1 with the reference ring 2 to capture. The imaging optics 12 generates a true-to-scale image of the reference ring 2 on each of the linear sensors 9 . 10 , When designing the optics, care must be taken that there is an optimum between Depth of field and light intensity is found, on the one hand over the entire detection range in the Z direction - this is the depth of field direction in the selected Koordinatenkonfiguartion - to deliver a sharp picture and on the other hand also have a sufficiently high amount of light for the position detection available. In order to eliminate non-negligible, distance-dependent fluctuations in the reproduction scale in the case of larger detection ranges in the Z direction, a so-called telecentric optics can be used on the one hand. On the other hand, the measurement result can be corrected with the aid of the results of the distance measurement to be explained in more detail later.

Die vorstehend angesprochene Abstandsmessung wird bei der Ausführungsform gemäß 1 durch drei Abstandsmess-Sensoreinrichtungen in Form von Triangulationssensoren 13, 14, 15 vorgenommen, die von raumfesten Positionen aus jeweils den Abstand a₁₃, a₁₄ a₁₅ zwischen sich und dem jeweiligen Abtastpunkt auf der Abtastfläche 5 des Referenzringes 2 im Bereich der Ansätze 6 misst. Durch entsprechende Koordinatentransformation lässt sich damit zum einen die Ebenenlage des Referenzringes 2 im Raum eindeutig bestimmen, indem der Laserstrahl L der Triangulationssensoren 13, 14, 15 jeweils eine Reflektion auf dem Referenzring hervorruft, deren Ort von außerhalb der Strahlachse detektiert wird. Der skalare Abstandsmesswert der Triangulationssensoren 13, 14, 15 kann dann unter Berücksichtigung der Strahlrichtung als Vektor interpretiert werden, so dass bei Verwendung dieser drei Sensoren 13, 14, 15 und genauer Kenntnis über die Fußpunkte dieser Vektoren – also der festen Position der Triangulationssenoren 13, 14, 15 im Raum – eine Ebene berechnet werden kann, die die Endpunkte der Vektoren beinhaltet und somit die Lage der Referenzringebene im Raum repräsentiert.The above-mentioned distance measurement is in the embodiment according to 1 by three distance measuring sensor devices in the form of triangulation sensors 13 . 14 . 15 made, the space-fixed positions from each of the distance a ₁₃ , a ₁₄ a ₁₅ between them and the respective sampling point on the scanning 5 of the reference ring 2 in the field of approaches 6 measures. By appropriate coordinate transformation can thus on the one hand, the level position of the reference ring 2 uniquely determine in space by the laser beam L of the triangulation sensors 13 . 14 . 15 each causes a reflection on the reference ring whose location is detected from outside the beam axis. The scalar distance measurement of the triangulation sensors 13 . 14 . 15 can then be interpreted as a vector taking into account the beam direction, so that when using these three sensors 13 . 14 . 15 and more precise knowledge of the bases of these vectors - ie the fixed position of the triangulation sensors 13 . 14 . 15 in space - a plane can be calculated that contains the endpoints of the vectors and thus represents the position of the reference ring plane in space.

Die zur Verarbeitung der von den Linearsensoren 9, 10 und Triangulationssensoren 13, 14, 15 gelieferten Signale werden jeweils mit einer dem Linearsensor 9, 10 zugeordneten Signal-Verarbeitungseinrichtung 16 und einer den Triangulationssensoren 13, 14, 15 zugeordneten Signal-Verarbeitungseinrichtung 17 zugeführt. Die so akquirierten und ausgewerteten Daten zu den Messungen der Sensoreinrichtungen 9, 10, 13, 14, 15 werden an eine zentrale Rechnereinheit 18 weitergeleitet, die über entsprechende trigonometrische Rechentechniken, Methoden der Bildverarbeitung und Koordinatentransformationen die Bewegungen des Referenzringes in Echtzeit bestimmt. Diese Daten sind wiederum für die aktuelle Augenposition repräsentativ und können für die Lageregelung des bei einer Augenoperation eingesetzten Bearbeitungslasers eingesetzt werden.The for processing of the linear sensors 9 . 10 and triangulation sensors 13 . 14 . 15 supplied signals are each with a the linear sensor 9 . 10 associated signal processing device 16 and one of the triangulation sensors 13 . 14 . 15 associated signal processing device 17 fed. The thus acquired and evaluated data on the measurements of the sensor devices 9 . 10 . 13 . 14 . 15 are sent to a central computer unit 18 which uses appropriate trigonometric computation techniques, image processing methods and coordinate transformations to determine the movements of the reference ring in real time. These data are again representative of the current eye position and can be used for the position control of the laser used in an eye surgery.

Anhand von 3 ist die Arbeitsweise der Linearsensoren 9, 10 zu erläutern. So wird der in 3 angedeutete Referenzring 2 als stark infrarotreflektierende Fläche mit Hilfe der Abbildungsoptik 12 auf die beiden gekreuzten Linearsensoren 9, 10 abgebildet, wobei sich auf der jeweiligen Sensorzeile die Innen- und Außenkante 19, 20 des Ringes als Helligkeits- und damit Intensitätssprung im positionsabhängigen Bildsignal I der Sensoren abzeichnet. Damit lassen sich die x- und y-Koordinaten des Referenzringes bestimmen. Werden die Ergebnisse der beiden gekreuzten Sensorzeilen 9, 10 durch eine entsprechende Koordinatentransformation überlagert, so lässt sich daraus der geometrische Schwerpunkt, der dem Mittelpunkt des Referenzringes 2 in der x-y-Ebene entspricht, ermitteln. Durch die vorherige Bestimmung der Mittelpunkte in für jede Achse x, y einzelner Weise liefert diese Auswertung dann eine von der Größe des Referenz ringes 2 unabhängige x- und y-Koordinatenangabe für die Lage des Referenzringes 2 und damit für die jeweils aktuelle x-y-Position des Auges.Based on 3 is the operation of the linear sensors 9 . 10 to explain. So will the in 3 indicated reference ring 2 as a strong infrared reflecting surface using the imaging optics 12 on the two crossed linear sensors 9 . 10 shown, with the inner and outer edges on the respective sensor line 19 . 20 of the ring as brightness and thus intensity jump in the position-dependent image signal I of the sensors signs. This allows the x and y coordinates of the reference ring to be determined. Will be the results of the two crossed sensor lines 9 . 10 superimposed by a corresponding coordinate transformation, so it can be the geometric center of gravity, the center of the reference ring 2 in the xy plane. By prior determination of the centers in each axis x, y for each axis, this evaluation then provides a ring of the size of the reference 2 independent x- and y-coordinates for the position of the reference ring 2 and thus for the current xy position of the eye.

Die Bewegungsinformation über den Referenzring 2 in z-Richtung und bezüglich der α- und β-Rotationen wird – wie bereits angesprochen – durch die Triangulationssensoren 13, 14, 15 bereitgestellt. Da daraus die Lage der Referenzringebene im Raum eindeutig bestimmbar ist, können daraus einerseits – bei festgestellten Verkippungen der Ringebene – die entsprechenden α- und β-Rotationen berechnet werden. Werden bei allen drei Triangulationssensoren 13, 14, 15 gleiche Abstandsänderungen bei einer Bewegung des Referenzringes festgestellt, so entspricht dies einer Parallelverschiebung der Ringebene in z-Richtung, was einer translatorischen Augenbewegung in z-Richtung entspricht.The movement information about the reference ring 2 in the z-direction and with respect to the α- and β-rotations - as already mentioned - by the triangulation sensors 13 . 14 . 15 provided. Since the position of the reference ring plane in the space can be determined unambiguously therefrom, the corresponding α and β rotations can be calculated on the one hand, given determined tilting of the ring plane. Become in all three triangulation sensors 13 . 14 . 15 same distance changes detected during a movement of the reference ring, this corresponds to a parallel displacement of the ring plane in the z-direction, which corresponds to a translational eye movement in the z-direction.

Als Zwischenergebnis ist festzuhalten, dass mit Hilfe der als bildgebende lineare Sensoreinrichtungen fungierenden gekreuzten Zeilenkameras 9, 10 und der drei auf CCD- oder PSD-Basis arbeitenden Laser-Triangulationssensoren 13, 14, 15 die translatorische Bewegung des Auges in x-, y- und z-Richtung sowie rotatorische Bewegungen um die Achsen α und β in Echtzeit, also aufgrund der entsprechenden Auslegung aller Komponenten mit einer Messwertrate zwischen 1 kHz und 10 kHz erfasst werden können.As an intermediate result, it should be noted that with the aid of the crossed line scan cameras acting as imaging linear sensor devices 9 . 10 and the three CCD or PSD based laser triangulation sensors 13 . 14 . 15 the translational movement of the eye in x-, y- and z-direction as well as rotatory movements about the axes α and β in real time, so can be detected due to the corresponding design of all components with a measurement rate between 1 kHz and 10 kHz.

Anhand von 4 und 5 ist eine erste alternative Ausführungsform des Eye-Tracking-Systems zu erörtern, wobei mit der Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 übereinstimmende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals eigens erläutert werden. Der Hauptunterschied zu der vorherigen Ausführungsform besteht in dem Weglassen der Triangulationssensoren 13, 14, 15. Die Funktion der Abstandsmess-Sensoreinrichtungen wird hier mittelbar von den bildgebenden Line arsensoren 9, 10 übernommen, indem durch mindestens drei, wie in 4 und 5 allerdings gezeigt, vier stationäre Laserstrahlen 21, 22, 23, 24 vorzugsweise strichförmige signalgebende Markierungen 25, 26, 27, 28 mit Hilfe der Laserquellen 29, 30, 31, 32 erzeugt werden. Die vier Laserstrahlen 29 bis 32 verlaufen dabei nicht parallel zur optischen Achse des Systems bestehend aus den bildgebenden Linearsensoren 9, 10, sondern beispielsweise unter einem Winkel von 45° zu dieser optischen Achse. Wie in 5 angedeutet ist, rufen die strichförmigen Markierungen 25 bis 28 auf der Abtastfläche 5 entsprechende Peaks in den x- bzw. y-positionsabhängigen Signalen bzw. Intensitäten I der beiden Linearsensoren 9, 10 hervor, deren Ort sich durch die Veränderung des Abstandes des Referenzringes 2 zum Messsystem verändert. Durch die Auswertung der Lageänderung der Peaks im Signal lassen sich wiederum α- und β-Rotationen sowie Translationen in z-Richtung des Referenzringes 2 detektieren.Based on 4 and 5 A first alternative embodiment of the eye-tracking system is to be discussed, with the embodiment according to FIGS 1 to 3 Matching components are provided with identical reference numerals and will not be explained again specifically. The main difference to the previous embodiment is the omission of the triangulation sensors 13 . 14 . 15 , The function of the distance measuring sensor devices here is indirectly from the imaging line arsensoren 9 . 10 taken over by at least three, as in 4 and 5 however, shown four stationary laser beams 21 . 22 . 23 . 24 preferably line-shaped signaling markers 25 . 26 . 27 . 28 with the help of the laser sources 29 . 30 . 31 . 32 be generated. The four laser beams 29 to 32 Do not run parallel to the optical axis of the system consisting of the imaging linear sensors 9 . 10 but at an angle of 45 ° to this optical axis, for example. As in 5 is hinted, call the line-shaped markings 25 to 28 on the scanning surface 5 corresponding peaks in the x- or y-position-dependent signals or intensities I of the two linear sensors 9 . 10 whose location is determined by the change in the distance of the reference ring 2 changed to the measuring system. By evaluating the change in the position of the peaks in the signal, α and β rotations as well as translations in the z direction of the reference ring can again be determined 2 detect.

Durch die Ausbildung der Markierungen 25 bis 28 als zu der Detektionsrichtung der Linearsensoren 9, 10 senkrechter Strich wird sichergestellt, dass immer eine von den Laserstrahlen 21 bis 24 beleuchtete Stelle, an der eine detektierbare Reflektion erfolgt, in dem jeweiligen Sensor 9, 10 abgebildet wird.By the education of the markings 25 to 28 as to the detection direction of the linear sensors 9 . 10 Vertical line ensures that always one of the laser beams 21 to 24 illuminated spot at which a detectable reflection takes place in the respective sensor 9 . 10 is shown.

Da eine Ebene durch drei Punkte eindeutig bestimmt ist, würden an sich bei der Ausführungsform gemäß 4 und 5 drei solche Laserstrahlen 21 bis 24 genügen, der jeweils vierte Messwert kann allerdings zur Verifikation der detektierten Werte herangezogen werden.Since a plane is uniquely determined by three points, in the embodiment according to FIG 4 and 5 three such laser beams 21 to 24 however, the fourth measured value can be used to verify the detected values.

In den 6, 7 und 8 ist eine Alternative für die bildgebenden Linearsensoren 9, 10 dargestellt, wobei in 6 die weiteren Komponenten, wie die Triangulationssensoren 13, 14, 15 und die gesamte Signalaufbereitung und Datenverarbeitung weggelassen sind.In the 6 . 7 and 8th is an alternative for the imaging linear sensors 9 . 10 shown, in 6 the other components, such as the triangulation sensors 13 . 14 . 15 and the entire signal conditioning and data processing are omitted.

Bei dieser Ausführungsform wird statt der bildgebenden Linearsensoren 9, 10 ein System mit einem sich zyklisch hin- und herbewegenden, also scannenden, fokussierten Laserstrahl 33 eingesetzt. Die Scanbewegung des von der Laserquelle 34 erzeugten Laserstrahles 33 wird durch einen oszillierenden Spiegel 35 hervorgerufen. Der Referenzring 2 wird nun vom Scan-Laserstrahl sequentiell selektiv beleuchtet, ein Sensor 36 misst kontinuierlich die reflektierte Intensität. Aus dem Zusammenhang zwischen dem Winkel φ_Laser des Laserstrahles und zugehöriger, gemessener Intensität am Sensor 36 kann eine Aussage über die Reflektionsgrade an allen Orten der Schnittebene mit dem Referenzring 2 getroffen werden. Werden in der Recheneinheit 18 die gemessenen Werte dem Winkel φ_Laser des Laserstrahles in der Objektebene gegenübergestellt und die entsprechenden Werte graphisch aufgezeichnet, so entsteht ein eindimensionales Bild des Objektes, wie es in 7 anhand der Signalintensität I im unteren Teil des Diagramms dargestellt ist. Um dabei eine verzerrungsfreie Abbildung zu erhalten, ist entweder die Winkelgeschwindigkeit des scannenden Laserstrahles 33 so zu modulieren, dass in der Ebene der Abtastfläche 5 des Referenzringes 2 eine konstante Tangentialgeschwindigkeit entsteht oder das empfangene Sensorsignal phasenabhängig zu korrigieren. Diese Methode wäre bei Einsatz eines resonanten Scanners mit sinusförmiger Modulation das Mittel der Wahl.In this embodiment, instead of the imaging linear sensors 9 . 10 a system with a cyclically reciprocating, ie scanning, focused laser beam 33 used. The scanning motion of the laser source 34 generated laser beam 33 is through an oscillating mirror 35 caused. The reference ring 2 is now sequentially selectively illuminated by the scanning laser beam, a sensor 36 continuously measures the reflected intensity. From the relationship between the angle φ _{laser of} the laser beam and associated, measured intensity at the sensor 36 can give a statement about the reflection levels at all places of the cutting plane with the reference ring 2 to be hit. Be in the arithmetic unit 18 the measured values are compared with the angle φ _{laser of} the laser beam in the object plane and the corresponding values are graphically recorded, this results in a one - dimensional image of the object as shown in 7 is shown on the basis of the signal intensity I in the lower part of the diagram. To obtain a distortion-free image, either the angular velocity of the scanning laser beam 33 to modulate that in the plane of the scanning surface 5 of the reference ring 2 a constant tangential velocity is generated or the received sensor signal to be corrected phase-dependent. This method would be the tool of choice when using a sinusoidal-shaped resonant scanner.

Um die an den Wendepunkten des oszillierenden Spiegels 35 herrschenden hohen Beschleunigungen zu vermeiden, kann stattdessen ein rotierendes Spiegelprisma Verwendung finden. Der zeitliche Verlauf des Laserstrahlwinkel φ_Laser hat dann die in 8, oberes Diagramm dargestellte Säge zahncharakteristik. Für die Signalintensität I ergibt sich ein eindimensionales Bild des Referenzringes 2, das mit dem gemäß 7 übereinstimmt.At the turning points of the oscillating mirror 35 To avoid prevailing high accelerations, instead, a rotating mirror prism can be used. The time course of the laser beam angle φ _laser then has the in 8th , Upper diagram illustrated saw tooth characteristics. The signal intensity I results in a one-dimensional image of the reference ring 2 that with the according to 7 matches.

In den bisher erörterten Ausführungsbeispielen konnten mit den entsprechenden Eye-Tracking-Systemen Lageänderungen des Auges 1 in den translatorischen x-, y- und z-Richtungen sowie rotatorisch in α- und β-Richtung erfasst werden. Falls die in der Praxis eher vernachlässigbaren Rotationen um die z-Achse, also in y-Richtung gemäß 1 erfasst werden sollen, können auf die Abtastfläche 5 zusätzliche signalgebende Markierungen in Form von spiralförmigen Linienmarkierungen 37 aufgebracht werden, wie dies in 9a bis 9c dargestellt ist. Diese Markierungen 37 sorgen im Signal I der Linearsensoren 9, 10 für Signaleinbrüche, da an den Stellen der Linienmarkierungen die Reflexion drastisch vermindert ist. Die Markierungen sind dabei so aufgebracht, dass sich bei einer Rotation um die z-Achse des Referenzringes 2 der Ort des Signaleinbruches in Abhängigkeit vom Rotationswinkel relativ zu den Innen- und Außenkanten 19, 20 des Referenzringes 2 verschiebt. Durch Verwendung einer sogenannten archimedischen Spirale für die Linienmarkierungen) 37 kann man eine zum Rotationswinkel um die z-Achse proportionale Verschiebung des Signaleinbruches erhalten. Solche archimedische Spiralen zeichnen sich nämlich dadurch aus, dass sich der Abstand zum Zentrum proportional zum Drehwinkel ändert.In the previously discussed embodiments could with the corresponding eye-tracking systems changes in position of the eye 1 in the translatory x-, y- and z-directions as well as rotationally in α- and β-direction are detected. If the rather negligible in practice rotations about the z-axis, ie in the y-direction according to 1 can be detected on the scanning surface 5 additional signaling markers in the form of spiral line markings 37 be applied, as in 9a to 9c is shown. These marks 37 provide signal I of the linear sensors 9 . 10 for signal collapses, since at the points of the line markings the reflection is drastically reduced. The markings are applied so that during a rotation about the z-axis of the reference ring 2 the location of the signal collapse as a function of the angle of rotation relative to the inner and outer edges 19 . 20 of the reference ring 2 shifts. By using a so-called Archimedean spiral for the line markings) 37 you can get a rotation angle about the z-axis proportional shift of the signal collapse. Such Archimedean spirals are characterized by the fact that the distance to the center changes in proportion to the angle of rotation.

Anhand der 10 bis 13 sind noch unterschiedliche Ausführungsformen des Referenzringes 2 im Detail zu erläutern. So zeigen die 10a bis 10h unterschiedliche Konfigurationen für die seitlichen Ansätze 6. Bei der Ausführungsform gemäß 10a sind drei solcher Ansätze 6 in einem Versatzwinkel von 120° vorgesehen, wie dies auch bei der Ausführungsform gemäß 10d der Fall ist. Zusätzlich ist bei der erstgenannten Aus führungsform noch eine Ringnut 38 vor der Innenkante 19 in der Abtastfläche 5 umlaufend vorgesehen, die im Signal I der Linearsensoren 9, 10 einen scharfen, gut detektierbaren Signaleinbruch hervorruft.Based on 10 to 13 are still different embodiments of the reference ring 2 to explain in detail. So show the 10a to 10h different configurations for the lateral approaches 6 , In the embodiment according to 10a are three such approaches 6 provided in an offset angle of 120 °, as in the embodiment according to 10d the case is. In addition, in the former From management form still an annular groove 38 in front of the inner edge 19 in the scanning surface 5 circumferentially provided in the signal I of the linear sensors 9 . 10 causes a sharp, well detectable signal collapse.

Bei der Ausführungsform gemäß 10b sind keine Ansätze vorhanden, die Triangulationssensoren 13, 14, 15 visieren die im Durchmesser nach außen verbreiterte Abtastfläche 5 insgesamt an.In the embodiment according to 10b There are no approaches, the triangulation sensors 13 . 14 . 15 sight the diameter in the outwardly broadened scanning 5 in total.

Bei der Ausführungsform gemäß 10c sind die Ansätze 6 henkelartig nur über schmale Stege 39 mit der Abtastfläche 5 verbunden. Dadurch kann auch im Umfangsbereich innerhalb der Ansätze 6 eine Auswertung des Signals der Außenkante 20 der Abtastfläche 5 erfolgen.In the embodiment according to 10c are the approaches 6 like a handle only over narrow bars 39 with the scanning surface 5 connected. This can also be in the peripheral area within the approaches 6 an evaluation of the signal of the outer edge 20 the scanning surface 5 respectively.

In 10e ist ein Referenzring 2 mit vier gleichmäßig über den Umfang verteilten Ansätzen 6 gezeigt. Bei Positionierung der Ansätze 6 um 45° versetzt zu der Richtung der Linear-Sensoren 9, 10 wird dann vermieden, dass die Ansätze 6 in den Abtastbereich der Linearsensoren 9, 10 gelangen, wodurch die Außenkantenabtastung gestört würde (siehe z. B. in 3, oberer Ansatz 6).In 10e is a reference ring 2 with four evenly distributed around the circumference approaches 6 shown. When positioning the lugs 6 offset by 45 ° to the direction of the linear sensors 9 . 10 It then avoids the approaches 6 into the scanning area of the linear sensors 9 . 10 which would disturb the outer edge scan (see, e.g. 3 , upper approach 6 ).

Ein ähnlicher Effekt wird durch die in 10f gezeigte ungleichmäßige Verteilung der Ansätze 6 über den Umfang der Abtastfläche 5 hervorgerufen. Dort sind die beiden linksgelegenen Ansätze 6 in einem Versatzwinkel von 90° zueinander angeordnet, so dass der verbleibende Winkel zu dem rechtsgelegenen Ansatz 6 jeweils 135° beträgt.A similar effect is due to the in 10f shown uneven distribution of the approaches 6 over the circumference of the scanning surface 5 caused. There are the two left approaches 6 arranged at an offset angle of 90 ° to each other, so that the remaining angle to the right approach 6 each 135 °.

Die in 10g und 10h gezeigten Ausführungsformen weisen drei bzw. vier in Draufsicht etwa rechteckige Ansätze 6 auf. Diese Konfiguration der parallelversetzt verlaufenden Seitenkanten 40 hat den Vorteil, dass eine nicht gewünschte, sprunghafte Änderung des Sensorsignals erst bei maximaler Auslenkung des Referenzringes stattfindet. Diese Konfiguration hat auch den Vorteil, dass während der Signaländerung stets eine eindeutige Detektion der Lage Außenkante erzielt werden kann.In the 10g and 10h embodiments shown have three or four in plan view approximately rectangular approaches 6 on. This configuration of parallel offset side edges 40 has the advantage that an undesired, abrupt change of the sensor signal takes place only at maximum deflection of the reference ring. This configuration also has the advantage that a clear detection of the outer edge position can always be achieved during the signal change.

Wie schließlich aus den 11 bis 13 hervorgeht, kann der Referenzring 2 durch eine mit seiner Abtastfläche 5 ebenengleiche, transparente und planparallele Platte 41 aus Glas mit einem an die Hornhaut 7 angepassten Brechungsindex ergänzt werden. Zur Verbindung und Halterung dieser Platte 41 ist der Referenzring 2 in einen Ringsockel 43 und einen Ringaufsatz 44 zweigeteilt. Der Ringsockel 43 weist an seiner dem Ringaufsatz 44 abgewandten Seite die eingangs erwähnte Fase 45 auf. Auf der dem Ringaufsatz 44 zugewandten Seite ist eine Ringschulter 46 vorgesehen, auf die der Ringaufsatz 44 aufgeschoben wird und an der sich die Platte 41 abstützt (siehe 13). Zusätzlich kann das durch den Referenzring 2, die Korneaoberfläche 47 und die Platte 41 umgrenzte Volumen mit einem zähflüssigen oder dünnflüssigen, transparenten Material 49 (punktiert angedeutet in 13) gefüllt werden, dessen optische Brechzahl ebenfalls an die Kornea angepasst ist. Damit wird eine optisch schwierige Brechung an der unregelmäßig geformten Kornea verhindert und die Brechung auf den bekannten optischen Übergang zwischen Luft und der Außenseite der Platte 41 verlagert. Damit ist insgesamt eine Erhöhung der Fokusqualität des Bearbeitungslasers, der über die Platte 41 und das Material 49 eingestrahlt wird, im Arbeitsbereich erheblich verbessert werden.How finally out of the 11 to 13 As can be seen, the reference ring 2 through one with its sensing surface 5 level, transparent and plane-parallel plate 41 made of glass with one on the cornea 7 adjusted refractive index. To connect and hold this plate 41 is the reference ring 2 in a ring base 43 and a ring attachment 44 divided in two. The ring base 43 indicates at its the ring attachment 44 side facing away from the aforementioned chamfer 45 on. On the ring attachment 44 facing side is an annular shoulder 46 provided on the ring attachment 44 is deferred and s.der the plate 41 supports (see 13 ). In addition, this may be due to the reference ring 2 , the corneal surface 47 and the plate 41 circumscribed volumes with a viscous or thin, transparent material 49 (dotted in 13 ), whose optical refractive index is also adapted to the cornea. This prevents optically difficult refraction of the irregularly shaped cornea and refraction to the known optical transition between air and the outside of the plate 41 relocated. This is an overall increase in the focus quality of the processing laser, the over the plate 41 and the material 49 is radiated, significantly improved in the work area.

Anstatt der planparallelen Platte 41 kann auch eine Sammel- oder Streulinse Verwendung finden.Instead of the plane-parallel plate 41 can also find a collection or scattering lens use.

Claims

Device for non-contact, three-dimensional detection of the eye position, in particular during laser-based eye surgery, with translational and rotational degrees of freedom of movement around the three orthogonal coordinate axes (x, y, z) of the eye, characterized by - an eye ( 1 ) stationary reference object ( 2 ), - one the reference object ( 2 ) in two translational directions (x, y) detecting first sensor device ( 9 . 10 . 33 . 36 ), - at least three further distance measuring sensor devices ( 13 . 14 . 15 . 21 - 32 ; 9 . 10 ) for detecting the respective distance (a ₁₃ , a ₁₄ , a ₁₅ ) of three sampling points on the reference object ( 2 ) to the distance measuring sensor devices ( 13 . 14 . 15 . 21 - 32 ; 9 . 10 ), - in each case the sensor devices ( 9 . 10 ; 13 - 15 ) associated signal processing facilities ( 16 . 17 ) for generating reference data from the signals of the sensor devices ( 9 . 10 . 13 - 15 ), and - a computer unit ( 18 ), which from the generated reference data in real time representative of the current eye position of the reference object ( 2 ) certainly.

Device according to claim 1, characterized in that the reference object is a reference ring ( 2 ) with planner, of the sensor devices ( 13 - 15 ; 9 . 10 ) detectable scanning surface ( 5 ) on his the eye ( 1 ) side facing away.

Device according to claim 2, characterized in that the scanning surface ( 5 ) than for a lighting radiation ( 8th ), preferably infrared irradiation, diffuse reflecting surface is executed.

Device according to one of the aforementioned An Claims, characterized in that the sensor device for detecting the reference object position in the two translational directions (x, y) by two imaging linear sensors ( 9 . 10 ) is formed.

Device according to claim 4, characterized in that the linear sensors ( 9 . 10 ) Contour Points ( 19 . 20 ) of the reference object ( 2 ) to its location with respect to one by two coordinate axes (x, y) of the eye ( 1 ) detect certain level.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor device for detecting the reference object position in the two translational directions (x, y) of a linear laser scanner ( 33 ) is formed.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that from the distance measuring sensor devices ( 13 - 15 ; 9 . 10 ) detected distances (a ₁₃ , a ₁₄ , a ₁₅ ) to the sampling points on the reference object ( 2 ) the eye position relative to two rotational degrees of freedom of movement about two orthogonal axes of rotation (α, β) and to a translational degree of freedom of movement in a to the two axes of rotation (α, β) turn orthogonal translation axis (z) is determinable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance measuring sensor devices of triangulation sensors ( 13 - 15 ) are formed.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the distance measuring sensor devices jet units ( 29 - 32 ) for loading the reference object ( 2 ) with preferably line-shaped light markings ( 25 - 28 ) provided by the first sensor device ( 9 . 10 ) for determining the distance to the reference object ( 2 ) are detectable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the reference object ( 2 ) a signaling marker ( 37 ) for detecting the rotation of the reference object ( 2 ) is applied around a third axis of rotation (γ) which is orthogonal to the two aforesaid axes of rotation (α, β).

Apparatus according to claim 10, characterized in that the markings as spiral line markings ( 37 ) formed by the imaging sensor devices ( 9 . 10 ) can be detected and detected as signal modifications.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference object ( 2 ) on its periphery ( 20 ) Approaches ( 6 ) as a scanning surface for the distance measuring sensor devices ( 9 . 10 ) having.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plane-parallel transparent plate ( 41 ) and / or a lens on the annular reference object ( 2 ) is mounted in the beam path of a surgical laser whose refractive index of the cornea speaks ent.

Apparatus according to claim 13, characterized in that the of the plate ( 41 ) or lens, the reference ring ( 2 ) and the cornea bounded space ( 48 ) during eye surgery with a medium ( 49 ) of the same refractive index as that of the cornea can be filled.