DE2810539A1 - Optisches system zur objektiven augenuntersuchung - Google Patents
Optisches system zur objektiven augenuntersuchungInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
ASAHI KOGAKU KOGYO K.K.
No. 36-9, Haeno-cho 2-chome,
Itabashi-ku
Tokyo, Japan
A. GRÜNECKER
DFV.IMG
H. KINKELDEY W. STOCKMAIR
K. SCHUMANN
P. H. JAKOB
G. BEZOLD
8 MÜNCHEN
PH 12 508 10.Harz I978
Augenunt e r suchung
Die Erfingung betrifft ein optisches System für ein automatisches
Gerät zur objektiven Augenuntersuchung, mit dem die Brechkraft eines Auges gemessen v/erden kann, wobei
unsichtbare Infrarotstrahlen verwandt werden.
In der japanischen Patentanmeldung Nr. 51-120636 des Anmelders
ist beschrieben, daß es sich bei den Systemen zum Messen der Brechkraft eines Auges in allgemeinen um
solche der subjektiven Art oder objektiven Art handelt. Zu den Systemen der subjektiven Art gehören die üblichen Sehprüfgeräte, xtfelche seit langem im großem Maße ver-
solche der subjektiven Art oder objektiven Art handelt. Zu den Systemen der subjektiven Art gehören die üblichen Sehprüfgeräte, xtfelche seit langem im großem Maße ver-
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TELEFON (080) 22 28 02
TELEX 05-39 380
wandt werden, wie z.B. der kürzlich von der Humphrey Instruments Inc., (USA) entwickelte Humphrey Vision
Analyzer, usw..Es ist schwierig genaue Messungen mit Geräten der subjektiven Art zu erhalten, insbesondere
wenn ältere Menschen oder Kinder untersucht xirerden,
da sie verschiedene Fragen beantxrorten müssen, die von der Untersuchungsperson während des Mei^vorganges der
Brechkraft gestellt werden.
Andererseits, obgleich mit einigen automatischen Geräten zur Augenuntersuchung von der objektiven Art die
Brechkraft des Auges gemessen werden kann, ohne irgendeine subjektive Antwort des untersuchten Menschen, ist
deren Verwendung wegen des großen, bewegbaren Fokussiersystems, des umfangreichen Stufenschaltens der verschiedenen
Meridianebenen, usw. schwierig und unbequem.
Es ist deshalb die hauptsächliche Zielsetzung der Erfindung, ein einfaches und sehr genaues optisches System
zum Messen der Brechkraft eines Auges zu schaffen, welches gegenüber dem in obiger japanischer Patentanmeldung angegebenen
Gerät verbessert ist.
Ein solches verbessertes Gerät umfaßt ein optisches System (fogging optical system) zum Ruhigstellen bzw. Ausschalten
des Fokussierungsvermögens des Auges während der Messung der Brechkraft, wodurch ein unabhängiges optisches
System zum Ruhigstellen nicht erforderlich und der meiste optische Untergrund entfernt ist, der durch ein
Lichtübertragungssystem zur Beleuchtung der Netzhaut erzeugt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden in einem Gerät für die objektive Augenuntersuchung drehende Strahlenbündel
von infrarotem Licht erzeugt, von denen eines auf der Pupille des Auges mittels eines keilförmigen Reflektors
fokussiert wird, der zum Ändern der effektiven Länge der optischen Achse eingestellt werden kann. Das von der
Netzhaut reflektierte und in das optische System zurückgeführte Licht gelangt durch eine Bilddreheinrichtung
auf eine Quadranten-Fotozelle. Der keilförmige Reflektor wird eingestellt bis die differenziellen Ausgangssignale
der Fotozelle einen erwünschten Wert erreichen. Die erforderliche Einstellung des Reflektors ist ein Maß für
die Brechkraft. Diffuses Licht (fogging light), welches nicht fokussiert werden kann, wird ebenfalls mittels eines
dichroitischen Spiegels auf das Auge gerichtet, und eine weitere Fotozelle ist angeordnet, um von der Hornhaut
reflektiertes Licht nur dann zu empfangen, wenn das Auge richtig angeordnet und geöffnet ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte, schematische Darstellung eines optischen Systems zur Augenuntersuchung, welches
gemäß der Erfindung ausgelegt ist,
Fig. 2 die Abbildungsbedingungen auf der Höhe eines Quadranten-Fotozellen-Detektors,
Fig. 3 die verschiedenen Brennpunktsbedingungen, Ausgangssignale
und Bezugsimpulse bei Weitsichtigkeit, Normalsichtigkeit und Kurz-sichtigkeit, und
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Fig. 4 die verschiedenen Brennpunktsbedingungen "und Ausgangssignale
der Quadranten-Fotozelle, wenn Brechungsanomalitäten vorliegen, zu denen Anomalitäten der
Zylinderbrechkraft gehören.
In Fig. 1 ist ein vollständiges optisches System für ein
automatisches Gerät 100 zur objektiven Augenuntersuchung dargestellt. Eine Lichtquelle 11 strahlt einen Lichtstroin
102 aus, welcher durch eine Linse 13 gesammelt, von einem Spiegel 15 reflektiert und zu einem Bild auf
einer Platte 17 fokussiert wird, welche mit zwei etwas
gegenüber der optischen Achse verschobenen kleinen Öffnungen 104· und 106 ausgebildet ist. Durch die zwei kleinen
Öffnungen ergeben sich zwei Strahlenbündel 108 und 110, die durch eine Kollimatorlinse 19, in deren Brennebene
die Platte 17 mit den kleinen Öffnungen liegt, zueinander parallel gemacht werden. Die zueinander parallelm
Strahlenbündel 108 und 110 gelangen dann durch ein Filter 21, welches für infrarote Strahlen durchlässig ist,
und werden von einer Hochgeschwindigkeits-Bilddreheinrichtung 23 gedreht. Ein Spiegel 25 lenkt die Strahlenbündel
durch eine Kondensorlinse 27, Vielehe sie zu einem Bild auf einem unter einen Winkel angeordneten, in der
Mitte offenen Reflektor 37 durch eine Blendenscheibe 29
und einen Strahlteiler 31 hindurch scharf abbildet. Das
Strahlenbündel 108, welches von der kleinen Öffnung 104, welche der optischen Achse am nächsten liegt, ausgeht,
wird in der Öffnung des Spiegels 37 fokussiert, während das andere Strahlenbündel 110 von der Öffnung 106, welche
weiter von der optischen Achse entfernt liegt, außerhalb der Spiegelöffnung während der Drehung der Strahlenbündel
um die optische Achse durch die Bilddreheinrichtung 23 fokussiert wird.
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Während der Lichtpunkt 11'8 der infraroten Strahlen, welcher
sich außerhalb des Umfangs der Spiegelöffnung herumdreht, fortreflektiert wird, bildet der Fleck 120, welcher sich
in der Öffnung dreht, ein Lichtbündel 126, welches durch einen dichroitisehen Spiegel 39 hindurchgeht, der mit einem
Winkel von 45° zur optischen Achse angeordnet ist. Dieser
Spiegel ist für infrarote Strahlen durchlässig, reflektiert jedoch sichtbares Licht, und läßt das Lichtbündel
zu einer Kollimatorlinse 53 hindurch. Das parallele Lichtbündel 126 wird dann von einem fest angeordneten 90° umfassenden,
keilförmigen Spiegel 55 reflektiert, der unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse angeordnet ist,
und durch ein Paar von entsprechenden, keilförmigen Spiegeln 57 zurückreilektiert, welche mit einem veränderbaren
Abstand von dem Spiegel y^> angeordnet sind. Das zurückgeführte
Strahlenbündel wird durch eine Abbildungslinse 63 fokussiert, gelangt durch einen durchlässigen Spiegel
65 und ein Meßfenster 67, um das Auge anzuordnen, und
bildet ein Bild an einer Stelle in der Ebene der Pupille, welches auf die Netzhaut 73 abgebildet wird.
Der Strahlteiler 31 lenkt einen Teil der Lichtbündel 108 und 110 von der optischen Achse fort und erzeugt konvergierende
Strahlenbündel 114 bzw. 112. Durch einen unmittelbar vor einer Fotozelle 33 angeordneten Schlitz 32 wird
verhindert, daß das sich drehende Strahlenbündel 114 auf diese auftrifft und ein'Bezugssignal nur dann erzeugt wird,
wenn das sich drehende Strahlenbündel 112 durch die Schlitzöffnung hindurchgeht.
Das von der Hornhaut reflektierte Strahlenbündel wird in das System zurückgeführt, als Bild anschließend an die
mittlere Öffnung des unter einem Winkel angeordneten Reflek-
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tors 37 auf diesem fokussiert und seitlich durch den Strahl
teiler 31 abgelenkt, um durch eine Kondensorlinse 34 als Bild auf einer Fotozelle 35 fokussiert zu werden. Wenn
das zu untersuchende Auge richtig angeordnet ist, werden die von der Hornhaut reflektierten Strahlen stets auf
der Fotozelle 35 abgebildet, Vielehe somit ein konstantes
Ausgangssignal erzeugt, wodurch es möglich ist, irgendwelches
Blinzeln oder Verschieben des Auges von der optischen Achse festzustellen und somit fehlerhafte Messungen
zu verhindern.
Eine Anomalität der Brechung des Auges wird entlader durch
die sphärische Brechkraft des Auges allein oder zusammen mit der zylindrischen Brechkraft des Auges bewirkt. Wenn
nur die sphärische oder Oberflächenbrechkraft einbezogen ist, werden die von der Netzhaut 73 reflektierten Strahlen
122 auf eine Differential-Fotozelle oder Quadranten-Fotozelle 43 fokussiert, wie es in den Figuren 2 und 3 dargestellt
ist. Wenn sich der bewegbare Reflektor 57 in seiner Lage befindet und das Strahlenbündel 122 in der Mittelebene
4-3a der Fotozelle, wie es in Fig. 2 dargestellt ist,
fokussiert ist, liegt Normalsichtigkeit des Auges vor. Wenn das Strahlenbündel 122 in einer Ebene 43b vor der
Fotozelle fokussiert wird, liegt Weitsichtigkeit vor. Wenn das Strahlenbündel 122 in einer Ebene 43c hinter der Fotozelle
fokussiert wird, liegt Kurzsichtigkeit vor.
In der Fig. 3 stellen A-1, Δ-2 und A-3 die Abbildungsverhältnisse
bei Weitsichtigkeit, Normalsichtigkeit bzw. Kurzsichtigkeit dar. B-1, B-2 und B-3 geben die von der
Fotozelle durch die yp.adrantenkombination von (A+B) - (C+D)
erzeugten Ausgangssignale an. C-1, C-2 und C-3 zeigen Taktsignale
als Bezug für die Ausgangssignale B-1,B-2 bzw. B-3.
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D.h., ein Meßvorgang mit dem Gerät oder ein Ausgangssignal tritt jedesmal dann auf, wenn ein Bezugsimpuls erzeugt
worden ist. Da ein weitsichtiges Auge das Signal B-1 in Fig. 3 erzeugt und dieses ein positives Ausgangssignal
liefert, kann letzteres dadurch auf KuIl gebracht werden, wie bei B-2 in Fig. 3? daß der bewegbare Reflektor
57 in die Lage gebracht wird, die durch die gestrichelte
Linie 61 dargestellt ist. Ähnlich kann das mit einem kurzsichtigen Auge erhaltene negative Ausgangssignal
auf Null dadurch gebracht werden, daß der Reflektor 57 in. die gestrichelt dargestellte Stellung 59
verschoben wird. Die notwendigen Verschiebungen des Spiegels 57 um einen Null-Wert zu erhalten, zeigen das
Maß der Anomalität der Brecbkraft des Auges an. Der Reflektor 57 kann von Hand oder durch eine Servosteuerung
eingestellt v/erden, da sich die Ausgangssignale in Abhängigkeit von dem Sehvermögen ändern, d.h. bei
V/eitsichtigkeit, Normalsichtigkeit oder Kurzsichtigkeit.
In Fig. 4· ist ein anderes, mögliches Verfahren zur Augenuntersuchung
für die Fälle angegeben, wenn die Messungen für die sphärische Brechkraft und die Zylinderbrechkraft
miteinander kombiniert werden, oder wenn nur eine Messung der Zylinderbrechkraft durchgeführt wird. In
der Fig. A-1 ist die Brennpunktslage des Strahlenbündels 122 auf der Quadranten-Fotozelle 45 dargestellt, wenn
die Zylinderachse um 45° gegenüber der optischen Hilfsachse
geneigt ist, wodurch das Strahlenbündel eine Ellipsenbahn beschreibt. B-1 in Fig. 4- stellt die Ausgangssignale
dar, welche bei dem im A-1 angegebenen Fall erhalten werden, xrobei χ und y die Signalkombinatxon
(A+B) - (G+D) bzw. (B+D) - (A+C) darstellen. C-1 in Fig. 4-zeigt
das kombinierte Auspangssignal χ · y, dessen Mittelwert
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negativ ist. Dieses Signal veranlaßt den Drehantrieb der Bilddreheinrichtimg 4-1, die Zylinderachse in Übereinstimmung
mit der Achse der Fotozelle zu bringen, wie es in A-2 in Fig. 4- gezeigt ist, wobei die in B-2 und
C-2 dargestellten Ausgangssignale erzeugt werden. Wenn die Achsen miteinander übereinstimmen, kann die Brechkraft
längs der χ und y Sichtungen bestimmt werden, wobei das gleiche Verfahren wie bei der Bestimmung der
sphärischen Brechkraft, wie es oben im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschrieben worden ist, verwandt wird.
Der Unterschied zwischen den zwei Ergebnissen stellt dann die Zylinderbrechkraft dar. Die Zylinderachse kann auch
dadurch bestimmt werden, daß der Drehwinkel der Bilddreheinrichtung 4-1 festgestellt wird, welcher erforderlich
ist,um den Mittelwert des Ausgangs von χ · y auf Hull
zu bringen. A-3 in Fig. 4· zeigt die Brennpunktverhältnisse wenn die Zylinderachse um einen Winkel von 135° S0HeISt
ist. Die entsprechenden Ausgangssignale χ und y und χ · y
sind in B-3 bzw. C-3 in Fig. 4- dargestellt. Ihr mittlerer Wert ist positiv. Demgemäß kann die Bestimmung der Zylinderachse
ohne weiteres servo-gesteuert werden, da die
Neigung der Achse zur Ordinate y sehr einfach dadurch bestimmt werden kann, daß der Mittelwert des Ausgangs von
χ · y auf der Abszisse χ festgestellt wird.
Eine Einrichtung (fogging means), welche unerläßlich ist, um irgendwelches naturgegebenes Einstellvermögen des Auges
während der Untersuchung auszuschließen, kann direkt in dem erfindungsgemäßen optischen System zum Messen der
Brechkraft untergebracht werden. Diese Einrichtung 51
zum Ruhigstellen umfaßt eine Lichtquelle 4-9, ein monochromatisches Filter 4-7 und eine Karte 4-5, und ist an einer
Stelle angeordnet, welche etwas gegenüber dem äquivalenten optischen Abstand der Blendenplatte 29 relativ zu der
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Kollinatorlinse 53 verschoben ist. Das von der Karte 4-5
ausgehende Strahlenbündel 124 wird durch den dichroitischen
Spiegel 39 abgelenkt und in das optische System zur Messung der Brechkraft so eingeführt, daß es auf die
Netzhaut 73 des Auges gerichtet wird. Da die Verschiebung des bewegbaren Reflektors 57 von der Brechkraft des untersuchten
Auges abhängt, können die von" der etwas verschobenen Karte 4-5 ausgehenden Lichtstrahlen nicht auf der
Netzhaut, ungeachtet der Brechungsanomalitäten des Auges,
fokussiert werden. D.h., mit einer solchen richtigen Ruhigstellung sieht der zu untersuchende Mensch ein verschwommenes
oder verschleiertes Bild.
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Claims (5)
- PATENTANWÄLTE A. GRUNECKERDCPL-INGH. KINKEUDEYDa-ING.2810533W. STOCKMAIRDR-INQ - AeE(CALTECH)K. SCHUMANNDR REFl NAT. ■ BPL-PKYSP. H. JAKOBDlPL-INaG. BEZOLDDR RERMAT- DPL-CHEM8 MÜNCHENMAXIMILIANSTRASSEPH 12 508Patentansprü ehe\1> Optisches Gerät zur objektiven Augenuntersuchung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (23,104,105) zur Erzeugung von zwei umlaufenden Strahlenbündeln (108,110) von infrarotem Licht, wobei jedes etxiras um einen unterschiedlichen Wert von einer optischen Achse verschoben ist, durch eine Heflexionseinrichtung (37)» die unter einem V/inkel zur optischen Achse angeordnet ist und eine mittige Öffnung aufweist, durch eine Einrichtung (27) zum Fokussieren der Strahlenbündel (108,110) in der Nähe der Öffnung der Reflexi.onseinrich.tung (37)? durch einen dichroitischen Spiegel (39)»welcher auf der optischen Achse hinter der Reflexionseinrichtung (37) angeordnet ist und sichtbares Licht reflektiert und infrarotes Licht durchläßt, durch eine Kollimatorlinse (53)» welche auf der optischen Achse angeordnet ist und durch die das durch den dichroitischen Spiegel (39) hindurchgegangene infrarote Licht parallel gemacht wird, durch einen nach außen weisenden, ortsfesten, keilförmigen 90°-Reflektor (55)» durch eineanach innen weisenden, bewegbaren, keilförmigen 90°-Reflektor (57)» welcher mit dem festen Reflektor (55) zusammenwirkt, wodurch die effektive Länge der optischen Achse veränder-Ö09837/098STELEFON (OSS) 32 28 63 TELEX OS-SB 3BO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERERbar ist, durch eine Sammellinse (63), durch die ein Bild von infrarotem Licht auf der Pupille (59) eines zu untersuchenden Auges (71) erzeugbar ist, wobei das Bild auf die Hetzhaut (73) des Auges (71) projiziert und von diesem längs der optischen Achse zurückreflektiert wird, durch eine Bilddreheinrichtung (41), die mit zurückkehrendem und an der Reflexionseinrichtung (37) reflektiertem infrarotem Licht beaufschlagbar ist, mit einem Quadranten-Fotodetektor (43), der mit infrarotem Licht von der Bilddreheinrichtung (41) beaufschlagbar ist, und mit einer Einrichtung, durch die differentielle Ausgangssignale von den Ausgangssignalen des Fotodetektors (43) erzeugbar sind, wobei der bewegbare Reflektor (57) bewegt werden kann, bis die differentiellen Ausgangssignale einen optimalen Wert annehmen, wobei die erforderliche Größe einer solchen Bewegung ein Naß für die Brechkraft des Auges ist.
- 2. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze ichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, Vielehe auf die differentiellen Aus gangs signale anspricht, wodurch der bewegbare Reflektor (57) automatisch bewegbar ist, bis die Ausgangssignale den besten Wert annehmen.
- 3. Optisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (23,104,106) zur Erzeugung der Strahlenbündel (108,110) eine Glühlichtquelle (11), ein Plattenelement (17) ^it zwei kleinen Öffnungen (104,106), von denen jede etwas von der optischen Achse um unterschiedliche Größen verschoben ist, eine Einrichtung (13) ^ur Fokussierung des Glühlichtes von der Quelle (11) auf dem Plattenelement (17)1 eine Kollimatorlinse (19) } welche auf der optischen Achse in einem Abstand von dem Plattenelement (17) angeordnet ist,8098-37/0388der gleich ihrer Brennweite ist, ein Infrarotfilter (21), welches auf der optischen Achse hinter der Kollimatorlinse ( 19) angeordnet ist, und eine Bilddreheinrichtung (23) aufweist, welche auf der optischen Achse hinter dem Infrarotfilter (21) angeordnet ist, daß die Fokussierungseinrichtung (27) für die Strahlenbündel (108,110) eine Sammellinse (27), welche auf der optischen Achse hinter der Bilddreheinrichtung (23) angeordnet ist, eine Platte (29), welche mit einer mittigen öffnung ausgebildet und auf der optischen Achse hinter der Sammellinse (27) angeordnet ist, und einen Strahlteiler (3Ό auf v/eist, welcher auf der optischen Achse hinter der mit einer Öffnung ausgebildeten Platte (29) angeordnet ist.
- 4-. Optisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler (31) auf der optischen Achse vor der Reflexionseinrichtung (37) mit der mittigen Öffnung angeordnet ist, und daß ein Fotodetektor (35) "vorgesehen ist, um infrarotes Licht zu empfangen, welches durch die mittige Öffnung zurückkehrt und auf den Fotodetektor durch den Strahlteiler (31) ablenkbar ist, wobei durch das Ausgangssignal des Fotodetektors (35) die richtige Lage des zu untersuchenden Auges anzeigbar und irgendwelches Blinzeln feststellbar ist.
- 5. Optisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle (4-9) für sichtbares Licht und ein Verschleierungselenent (4-5) (fogging member) zwischen der Lichtquelle (49) und den dichroitischen Spiegel (126) mit einem optischen Abstand von der Kollimatorlinse angeordnet ist, der ungleich ihrer Brennweite ist, wodurch diffuses Licht (fogged light) von der Quelle (4-9) in den Strahlengang des infraroten Lichtes reflektierbar ist, um das zu untersuchende Auge zu verschleiern. ·809837/098$
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