DE2810539A1

DE2810539A1 - Optisches system zur objektiven augenuntersuchung

Info

Publication number: DE2810539A1
Application number: DE19782810539
Authority: DE
Inventors: Ikuzo Okamoto; Osamu Shindo
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1978-09-14
Also published as: DE2810539C2; GB1602366A; US4173398A; JPS53111697A

Description

PATENTANWÄLTE

ASAHI KOGAKU KOGYO K.K.

No. 36-9, Haeno-cho 2-chome, Itabashi-ku

Tokyo, Japan

Optisches System zur

A. GRÜNECKER

DFV.IMG

H. KINKELDEY W. STOCKMAIR

OR-INa-A.E (CALTECH

K. SCHUMANN

OR HER HtT. · OPL-PHYS

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

OR RSl K- aPL-ΟβΛ.

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE «3

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-

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TELEX 05-39 380

TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIEFIER

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

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

DCPL-ING

H. KINKEUDEY

Da-ING.

2810533

W. STOCKMAIR

DR-INQ - AeE(CALTECH)

K. SCHUMANN

DR REFl NAT. ■ BPL-PKYS

P. H. JAKOB

DlPL-INa

G. BEZOLD

DR RERMAT- DPL-CHEM

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MAXIMILIANSTRASSE

PH 12 508

Patentansprü 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-

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bar 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,

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der 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. ·

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