DE1963450B2

DE1963450B2 - Vorrichtung zum automatischen Messen der Richtung der optischen Achse des menschlichen Auges

Info

Publication number: DE1963450B2
Application number: DE19691963450
Authority: DE
Inventors: Alain Georges Orsay Orszag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-12-19
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1981-05-07
Also published as: DE1963450A1; BE740123A; NL6918143A; GB1302879A; DE1963450C3; IT962010B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Messen der Richtung der optischen Achse des menschlichen Auges gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Beim Betrachten eines Gegenstandes im Tageslicht haben die Bewegungen des Auges bekanntlich die Wirkung, daß das Bild des betrachteten Gegenstandes auf eine kleine Zone der Netzhaut, die sogenannte Fovea geworfen wird, wo die lichtempfindlichen Elemente der Netzhaut besonders dicht angeordnet sind, so daß diese Partie des Auges maximales Auflosungsvermögen besitzt Unter optischer oder Augenachse wird im folgenden die Richtung verstanden, weiche das Zentrum der Augenlinse mit dem Zentrum der Fovea verbindet

Ebenso haben zahlreiche Versuche gezeigt, daß die Beobachtung eines festen Zeichens von einer langsamen Drift (ein bis zwei Bogenminuten pro Sekunde) der Richtung der Augenachse begleitet wird. Diese Drift wird durch eine plötzliche Bewegung, welche die ίο Augenachse auf das beobachtete Objekt zurückführt, kompensiert, sobald der Winkelabstand zwischen der Augenachse und der idealen Sehünie einige Bogenminuten erreicht

Die unmittelbare Messung der Richtung der Achse des Augapfels kann also auf etwa fünf Bogenminuten genau die Richtung des betrachteten Objektes angeben, während eine Integration der Augenbewegungen während einer hinreichend langen Zeitperiode (größer als zwei bis drei Sekunden) eine genauere Richtungsbe-Stimmung ermöglichen würde.

Grundgedanke der Erfindung ist demnach, zur automatischen Messung der Richtung der optischen Achse des menschlichen Auges mit Hilfe einer Lichtquelle ein Bild am Auge zu spiegeln und die Ausfallrichtung des Bildes zu messen oder mit der Einfallrichtung des Lichtes zu vergleichen.

Aus der DE-PS 8 32 504 ist bereits ein Stand der Technik bekannt, demzufolge von einer Beleuchtungseinrichtung ausgesandtes Licht an einem am Augapfel angebrachten Spiegel gespiegelt und die Richtung des reflektierten Lichtes mit einer Meßeinrichtung gemessen wurde. Dabei war es notwendig, die Hornhaut zu anästhesieren und die Augenlider durch einen Lidhalter zurückzuschieben, so daß die natürlichen Bewegungen eines ungestörten Auges nicht mehr gewährleistet waren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die den Benutzer und insbesondere seine Augen so wenig wie möglich 4(i behindert und eine praktische Verwertung der Lagedaten der optischen Achse des Augapfels beim Anvisieren eines Zieles ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst.

Mit der Vorrichtung wird die Reflexionsrichtung eines auf den dem Augapfel nach Art einer Kontaktlinse aufgesetzten Spiegel einfallenden Lichtstrahls gemessen, wobei die Richtung des einfallenden Lichtstrahls fest ist oder mit Hilfe einer Nachführeinrichtung mit der Richtung des reflektierten Lichtstrahls in Deckung gehalten wird.

Collimator und Objektiv können zu einer Linsenoder Spiegeloptik zusammengefaßt sein, und vor dem Auge kann ein zweiter mit der optischen Meßvorrichtung verbundener, halbdurchlässiger Spiegel angeordnet sein, um die optische Meßvorrichtung seitlich vom Auge anordnen zu können.

In einer einfacheren Abwandlungsform können anstelle der Fernsehkamera auch zwei durch Nachführeinrichtungen gesteuerte Detektoren vorgesehen sein, und in einer weiteren Abwandlungsform kann die Lichtquelle über zwei weitere Nachführeinrichtungen derart nachgeführt werden, daß sich einfallender und ausfallender Lichtstrahl ständig decken. Hinter der Lichtquelle können Filter angeordnet sein, die z. B. das sichtbare Licht ganz oder teilweise ausblenden.

Die Erfindung kann z. B. zur Lieferung von Stellsigna-

len für Servosteuerungen und -lenkungen von Geräten ausgewertet werden, die als Ziele von einem Beobachter anvisiert werden und sich relativ zu diesem bewegen.

Zur Erläuterung der Erfindung werden im folgenden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen in schemacischen Darstellungen:

F i g. 1, 2 und 3 Anordnungen von Vorrichtungen zur Durchführung eines Meßverfahrens nach der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 sitzt auf dem Augapfel ein neutrales Kontaktglas VCi, in das eine ebene Facette M eingearbeitet ist, die senkrecht zur optischen Achse des Auges steht und die Rolle eines Spiegels hat. (Diese Facette befindet sich außerhalb der Zone, die von den Lichtstrahlen durchlaufen wird, welche das Bild des betrachteten Gegenstandes auf der Netzhaut entwerfen. Die Facette kann die Form eines ebenen Kreisringes besitzen, sie kann in gleicher Weise durch eine Scheibe gebildet werden, welche dem Kontaktglas an seiner Vorderseite aufgekittet ist.)

Das Licht einer Lichtquelle 5, das eventuell durch Filter F zur Unterdrückung des sichtbaren Anteils gefiltert wird, wird mit Hilfe eines Collimators C, in Form eines parallelen Strahlenbündels über einen halbdurchlässigen Spiegel A auf die Facette M geworfen. Nach der Reflexion an M wird das immer noch parallele Strahlenbündel von einer optischen Vorrichtung O aufgenommen, welche in einer Brennebene das Bild 5' von S entwirft. Kennt man die Lage dieses Bildes, so kann man bei gegebener Lage von 5 die Richtung der Senkrechten auf die Fasette M finden, die zur Richtung der optischen Achse des Auges parallel ist.

Der Collimator C und das Objekt O können als eine Einheit ausgebildet sein und mit der Lichtquelle Seinen Autokollimator (Fig.2) bilden. Bei O kann es sich um ein Linsenobjekt handeln. Ebenso kann aber auch eine Spiegeloptik (mit sphärischen oder parabolischen Spiegeln) eingesetzt werden, welche größere öffnungen bei kleineren Kosten und Gewicht zu erzielen gestattet.

Die Lagebestimmung von S'kann entweder mit Hilfe beweglicher Detektoren D_u D₂... D₄ (F i g. 2) erfolgen, die dem Bilde S' nachgeführt werden und deren Lage gemessen wird oder mit Hilfe einer Fernsehkamera TV (F i g. 1) oder durch jede ähnliche Vorrichtung.

Bei einer anderen Meßvorrichtung (Fig.3) ist die Lichtquelle 5 ihrerseits beweglich, und ein Servomechanismus führt sie ständig so nach, daß 5' in konstanter Lage bleibt. Die gemessene optische Achse läuft dann durch den Punkt S. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß die optischen Abmessungen verringert sind. Bei ihr muß aber ein zweiter halbdurchlässiger Spiegel L vorgesehen sein, um die optische Meßanordnung nach der Seite zu anzuordnen, damit dem Beobachter ein hinreichendes Gesichtsfeld belassen bleibt. Diese Anordnung mit halbdurchlässigem Spiegel kann in gleicher Weise bei fester Lichtquelle 5 benutzt werden, um dem Beobachter eine größere Bewegungsfreiheit zu belassen.

Ganz allgemein wird die optische Achse bezüglich der von Lichtquelle 5, Objektiv O, Collimator C und Detektoren D zusammengesetzten Einheit gebildet. Es genügt, wenn diese Teile — und außerdem der zweite halbdurchlässige Spiegel L, wenn er vorhanden ist — zueinander fest angeordnet sind, damit die Richtung der optischen Achse des Auges absolut bekannt ist unabhängig davon, welche Bewegungen der Beobachter mit seinem Kopf ausführt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum automatischen Messen der Richtung der optischen Achse des menschlichen Auges, bei der von einer Beleuchtungseinrichtung ausgesandtes Licht an einer am Augapfel angebrachten Reflexionseinrichtung gespiegelt und mit einer Meßeinrichtung die Richtung des reflektierten Lichtes gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die am Augapfel angebrachte Reflexionseinrichtung aus einer neutralen Kontaktlinse (VC) mit einer die Pupillenöffnung des Auges umgebenden, ebenen, etwa in einer Normalebene zur Achse des Auges verlaufenden, reflektierenden Ringfläche (M) besteht, daß die Beleuchtungseinrichtung einen Kollimator (C) zum Erzeugen eines parallelen Strahlenbündels und einen halbdurchlässigen Spiegel zum Umlenken dieses parallelen Strahlenbündels in die Richtung der optischen Achse der Meßeinrichtung enthält und daß die Meßeinrichtung eine in Richtung des reflektierten Lichtes gesehen hinter dem halbdurchlässigen Spiegel angeordnete Optik (O)zum Erzeugen eines Abbildes (S') der Lichtquelle (S) sowie eine Registriereinrichtung zur Bestimmung der Lagekoordinaten des Abbildes (S')der Lichtquelle (^aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (C) und das Objektiv (O) zu einer ortsfesten Linsen- oder Spiegeloptik zusammengefaßt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinrichtung aus einer Fernsehkamera (TV^be&teht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinrichtung aus zwei durch Nachführeinrichtungen gesteuerten Detektoren (D\, D₂) besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (S) mit weiteren Nachführeinrichtungen versehen ist, die derart durch die Registriereinrichtung (TV; D\, D₂) steuerbar sind, daß das Abbild (S') stets die gleichen Lagekoordinaten behält.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Auge ein weiterer halbdurchlässiger Spiegel (L) angeordnet ist, um das Gesichtsfeld des Auges von Teilen der Vorrichtung freizuhalten.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung mit einem Filter (F) versehen ist, der sichtbares Licht vom Auge fernhält.