DE2856545C2

DE2856545C2 - Ophthalmologische Einrichtung zur Untersuchung und zum Fotografieren des Augenhintergrundes

Info

Publication number: DE2856545C2
Application number: DE2856545A
Authority: DE
Inventors: Fumio Yokohama Kanagawa Takahashi
Original assignee: Nippon Kogaku Tokyo KK; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1983-02-03
Also published as: JPS5491997A; JPS6117496B2; US4248506A; DE2856545A1

Description

30

tan θ '

h -Α-

ßo -Jo

35

«0

mit

Λ = Brennweite der ersten, positiven Linsengruppe (L₁) fi = Brennweite der zweiten, positiven Linsen-

gruppe (Li) in = Brennweite des aus der ersten und der zweiten, positiven Linsengruppe (Lu L_t)

gebildeten Übertragungs-Linsensystems /ι = Abstand zwischen der Blende (P_c) und der

ersten, positiven Linsengruppe CLi) /2 = Abstand zwischen der ersten (L\) und der

zweiten (L₁), positiven Linsengruppe /"0 = Brennweite der Objektivlinse (To) ßo = Vergrößerung der Projektion der Augenpupille (P) durch die Objektivlinse (U) auf die Blende (P_c)

θ = halbe Bildfeldwinkel der Objektivlinse (Lo) yi = Größe der durch das Übertragungs-Linsensystem erzeugten Bildes des Augenhintergrundes.

2. Ophthalmologische Einrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungs-Linsensystem eine zusätzliche Linsengruppe (Li) aufweist, durch die die Größe des durch das Übenragungs-Linsensystcni erzeugten Bildes des Aiigenhintcrsrutules verünclc.har is:.

3, Ophthalmologische Einrichtung mit einem im Beobachtungsstrahlengang schräg angeordneten Lochspiegel zur Beleuchtung des zu untersuchenden Auges nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochspiegel nahe der Blende (P_c) angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft eine ophthalmologische Einrichtung zur Untersuchung und zum Fotografieren des Augenhintergrundes, die im Beobachtungsstrahlengang in Richtung vom zu untersuchenden Auge zum Beobachter aufweist:

eine Objekttvlinse zur Erzeugung eines ersten Bildes des Augenhintergrundes,

eine in bezug auf die Objektivlinse in einer zu der Augenpupille konjugierten Stellung angeordnete Blende und

eine erste positive Linsengruppe, sowie eine zweite, längs der optischen Achse verschiebbare positive Linsengrüppe, die beide zusammen ein Öbcrtragungs-Linsensystem bilden,

wobei der bildseitige Brennpunkt der Objektivlinse und der objektseitige Brennpunkt der ersten positiven Linsengruppe zusammenfallen.

Eine solche ophthalmologische Einrichtung ist in der DE-OS 27 44 707 angegeben und so ausgelegt, daß die Lage des Bildes des Augenhintergrundes konstant gehalten wird. Jedoch ändert sich die Größe dieses Bildes in Abhängigkeit von der Dioptrie eines zu untersuchenden Auges, so daß die Größe dieses Bildes nicht immer gleich ist

Aus der DE-AS 11 13 839 ist eine Funduskamera bekannt, deren Abbildungsmaßstab verändert werden kann. Um eine Abweichung eines zu untersuchenden Auges von der Normalsichtigkeit bei der Scharfeinstellung der Kamera zu berücksichtigen, kann der Abstand zwischen der Objektivlinse und der Filmebene verändert werden. Bei dieser Kamt=? ist kein optisches Element zur Korrektur der Dioptrie eines fehlsichtigen Auges vorgesehen.

Ein Nachteil bei dieser bekannten Funduskamera wird darin gesehen, daß das Verschieben der Filmebene eine Volumenänderung innerhalb des den Strahlengang umgebenden Raumes bewirkt, wodurch bei jeder Scharfeinstellbewegung Staub eingesaugt wird, der sich auf die Objektive niederschlagen kann und das Bild des Augenhintergrunde^r beeinträchtigt. Zudem ist die Bewegung des kameraseitigen Teils und damit auch die Bewegung des Okulars für den Benutzer störend.

Bei der aus der DD-PS 1 07 387 bekannten optischen Einrichtung zur Fotografie des Augenhintergrundes mit wählbarem Abbildungsmaßstab ist es zur Scharfeinstellung nicht erforderlich, den Abstand zwischen der ersten, objektseitigen Linse und der Filmebene zu verändern. Jedoch hängt dort bei festgewähltem Abbildungsmaßstab die Größe des Bildes des Augenhintergrundes von der Fehlsichtigkeit bzw. der Dioptrie des zu untersuchenden Auges ab.

Wenn die Größe des Bildes des Augenhintergrundes von der Dioptrie des zu untersuchenden Auges abhängt, ändert sich auch der Beobachtungsbereich des Augenhintergrundes. was dann besonders störend ist. wenn die Augenhintergriinde verschiedener Augen miteinander verglichen werden sollen, die unterschiedliche Dioptrien aufweisen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine ophtbalmologische Einrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß weder die Lage des Bildes des Augenhintergrundes noch die Größe dieses Bildes von der Dioptrie des untersuchten Auges abhängen.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst

Bei der ophthalmologischen Einrichtung gemäß dem neuen Patentbegehren bleibt nicht nur die gesamte Tubuslänge konstant, wie es auch schon bei der DD-PS 1 07 387 und der DE-OS 27 44 707 der Fall ist, sondern es kommt noch zusätzlich hinzu, daß auch die Größe des Bildes des Augenhintergrundes von der Dioptrie des zu untersuchenden Auges nahezu vollkommen unbeeinflußt bleibt. Eine Änderung der Dioptrie von ±20 hat eine Änderung von etwa 2% der Bildgröße zur Folge, wenn die Brennweite der zweiten positiven Linsengruppe 54 mm beträgt Damit ist zu erkennen, daß selbst bei äußerst großen Unterschieden der Dioptrie von zu untersuchenden Augen die Bildgröße des Augenhintergrundes nur unwesentlich beeinflußt wird, so daß ein Vergleich verschiedener Abbildungen von Augenhintergründen ohne weiteres möglich ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Systems zum Beobachten des Augenhintergrunds mit einem von diesem erzeugten Abbild des Augenhintergrunds bei einem normalsichtigen Auge und

F i g. 2 das optische System nach F i g. 1 mit einer hinter dem Übertragungs-Linsensystem angefügten Negativlinse.

F i g. 1 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen optischen Systems für die Dioptriekorrektur sowie die Art und Weise, in welche ein Abbild des Augenhintergrunds erzeugt wird, wenn das zu untersuchende Auge normalsichtig ist, d. h. 0,00 Dioptrien hat.

Das vom Hintergrund R des zu untersuchenden Auges E ausgehende Licht fällt durch die Pupille P, so daß mittels einer Objektivlinse Lo ein erstes Abbild Z₁ des Augenhintergrunds erzeugt wird. Ist das zu umersuchende Auge Enormalsichtig, so liegt das erste Abbild /₍ im hinteren Brennpunkt Fo der Oöjektivlinse L₀- In Abhängigkeit von der Dioptrie des zu untersuchenden Auges ändern sich die Lage des ersten Abbilds entlang der optischen Achse sowie auch die Größe des Abbilds. Eine in bezug auf die Objektivlinse La in einer mit der Pupille P konjugierten Stellung angeordnete Blende P_c ist als ein von einer Ötfnung durchsetzter Spiegel ausgebildet, welchem ein (nicht dargestelltes) schräg angeordnetes optisches Beleuchtungssystem zum Beleuchten des Augenhintergrundes zugeordnet ist.

Um jedoch die Wirkung dieser Blende zu verstärken, ist eine Blende nahe dem schräg angeordneten, von einer öffnung durchsetzten Spiegel angeordnet. Die Lichtstrahlen des ersten Abbilds I\ passieren die Blende Pc, und mittels eines eine erste Linse L\ und eine zweite, in Richtung der optischen Achse verschiebbaren Linse /.j aufweisenden Ubertragungssystems wird ein /weites Abbild h des Augenhintergrunds erzeugt. Der vordere Brennpunkt Γ; der ersten Linse /.1 fällt hier mit dem h5 hinteren Brennpunkt An der Objektivlinse L< zusammen. Ist cl-'is /.u untersuchende Auge norm;ilsichlig. so ist die /weite Linse /.- <-o ,!.iireotilnel. daß de:' vordere Brennpunkt des aus der ersten und der zweiten Linse gebildeten Übertragungssystems mit der Lage der Blende Pc zusammenfällt und das Übertragungssystem ein telezentrisches System darstellt In diesem Zustand ist die Stellung der zweiten Linse der Bezugspunkt für die Dioptriekorrektur.

Die Durchführung der Dioptriekorrektur durch Verschieben der zweiten Linse einer solchen Anordnung ist im folgenden näher erläutert

Die Objektivlinse L₀, die erste Linse L\ und die zweite Linse L₂ haben die Brennweiten /&, f\ bzw. f₂. Unter der Voraussetzung, daß die Linsen jeweils ein dünnes System darstellen, werden die Abstände zwischen den einzelnen Teilen wie folgt bestimmt:

Abstand zwischen der Pupille P des zu untersuchenden Auges und der Objektivlinse Lo = Su
Abstand zwischen der Objekti flinse L₀ und der Blende Pc= S₂,

Abstand zwischen dem ersten Abbild A und der Blende P_c= k.

Abstand zwischen der Blende l'c »nd der ersten Linse L\ = /|,

Abstand zwischen der ersten Linse L\ und der zweiten Linse L₂ am Bezugspunkt= k.
Abstand zwischen der zweiten Linse L₂ am Bezugspunkt und dem zweiten Abbild I₂ = /3.

In der Anordnung nach F i g. 1 ändern sich die Lage sowie auch die Größe des ersten Abbilds /1 in Abhängigkeit von der Dioptrie des zu untersuchenden Auges E Ist in diesem Zustand die Größe des ersten Abbilds I\=y\ und sein Abstand von der Blende Pc=Io, so besteht die folgende Beziehung:

/n

• = & (■· konstant).

(D

Im Falle des Außenfokusverfahrens ve^schieHt sich das zweite Abbild I₂ des Augenhintergrunds zusammen mit dem ersten Abbild l\. Dementsprechend sind die Bedingungen für die Diopterkorrektur nach dem Innenfokusverfahren durch Verschieben der zweiten Linse L₂ erzielbar, wenn die Beziehung de? Gleichung (1) auch bei Verschiebung der zweiten Linse L₂ relativ zum Bezugspunkt immer erfüllt ist, sofern das zweite Abbild I₂ nach dem Grundsatz der Umkehrbarkeit der Lichstrahlen als feststehendes Objekt betrachtet wird und das Abbild dieses festen Objekts als an der Stelle des ersten Abbilds /1 erzeugt betrachtet wird.

Da das erste Abbild und das zweite Abbild des Augenhintergrunds auch bei Verschiebung der zweiten Linse L₂ zum Zweck der Dioptriekorrektur um einen Betrag X aus dem Bezugspunkt miteinander konjugiert sind, ergibt sich bei einer Größe y₂ des zweiten Abbilds die folgende Beziehung in Form der 30genannten »Gaußschen Klammer:«

[-(/„ + /,), ipu - (I₂+x), Pi, - U,-x)] = 0 (2)

(T)

Das Verfahren der Darstellung der Gaußschen Klammer in der Form [ ] ist in einem Artikel mit dem

Titel »Gaussian Optics and Gaussian Brackets« von M. Herzberger (Journal of the Optical Society οΓ America, Vol. 33, 1943, S. 651 -655) im einzelnen beschrieben. Aus der Gleichung (2) ergibt sich

⁰ Ιψκ-Ui+x), Ψ2. -(h-x)]

Aufgrund der Gleichungen (3) und (2)' läßt sich die Gleichung (I) wie folgt umformulieren:

10

(4)

Die Größe yj des zweiten Abbilds h ist konstant, da sie durch die Feldzahl eines nicht gezeigten Okulars zum Betrachten des Abbilds und durch die Filmgröße bestimmt ist. Im Hinblick auf die Dioptriekorrektur μ durch Verschieben der zweiten Linse Li ist daher eine Beziehung herzustellen, in welcher der Nenner in der Gleichung (4) unabhängig vom Wert χ konstant ist. Durch Umordnung des Nenners der Gleichung (4) wird diese zu einer quadratischen Gleichung in bezug auf x, in welcher der Koeffizient A von x²

A = V>[-/„ Vi]
und der Koeffizient B von χ

B -

(5)

(6)

Für einen konstanten Wert des Nenners unabhängig J5 von χ ist daher die Beziehung A = ß=0zu erfüllen.

Wenn in der Gleichung (5) A = O ist, so bedeutet dies, daß der vordere Brennpunkt F\ der ersten Linse L, an der Blende Pc liegt, was wiederum bedeutet, daß ein telezentrisches System allein durch die erste Linse L₁ gebildet ist. In diesem Falle ist der Aufbau der gleiche wie bei dem herkömmlichen Außenfokussystem und hat keine Bedeutung. Andererseits wird eine neue Beziehung abgeleitet, um in der Gleichung (6) die Bedingung B=O zu erhalten. Das heißt, daß das aus der ersten und der zweite Linse L\ bzw. Li gebildete Übertragungssystem ein telezentrisches System darstellt, wenn sich die zweite Linse L₂ am Bezugspunkt befindet, so daß sich die folgende Gleichung ergibt:

50

(7)

Im Hinblick auf die Gesamtbrennweite

55

«Pi 2

des Übertragungssystems ergibt sich dabei die folgende Beziehung:

60

(8)

Aus den Gleichungen (7) und (8) erhält man auf folgende Weise /, und I₂:

Ψη '

• (.Ψη - Ψύ ,

(9)

Vi ■ Ψι

(10)

Werden diese Beziehungen in die Gleichung (6) eingesetzt, wobei 5=0 ist. so ergibt sich:

/> = h ■

(11)

Dies ist eine Bedingung für die zweite Linse Li, aus welcher sich die entsprechende Bedingung für die erste Linse L\ ableiten laßt. Selbst wenn eine Dioptriekorrektur nicht notwendig ist, d. h. also, wenn sich die zweite Linse Lj am Bezugspunkt befindet, stehen das erste Abbild Α und das zweite Abbild h in konjugierter Beziehung zueinander, so daß sich die folgende Beziehung ergibt:

[- Uo +hh Vi. -h.V'2. -h\ =0.

(12)

Aufgrund der Gleichung (12) ergibt sich im Hinblick auf die Gleichungen (9) und (10) für die erste Linse L, die folgende Beziehung:

Hieraus läßt sich nach der Newtonschen Formel die folgende Beziehung für die Objektivlinse /.„ ableiten:

M h = -ßo ■ /o .

^o die Vergrößerung der Projektion der Pupille P durch die Objektivlinse L_n auf die Blende P_c ist und als

ßo-γ-

ausgedrückt werden kann. Aus der Gleichung (13) ergibt sich daher die folgende Beziehung Tür die erste Linse L₁ und die Objektivlinse L₀:

Λ = l\ -ßo ' fo ■

(14)

Die Beziehung der auf diese Weise erhaltenen Gleichung (14) bedingt lediglich, daß der primäre Koeffizient S von X\m Nenner der Gleichung (4) gleich Null ist, genügt jedoch nicht der Bedingung der Gleichung (1) zur vollständigen Erzielung der Dioptriekorrektur. In der der Gleichung (14) genügenden Konstruktion ist jedoch die Beziehung zwischen der Größe der Verschiebung der zweiten Linse L₂ "nd der Größe yi des zweiten Abbilds h wie folgt gegeben:

/2 tang Λ x^

(15)

worin θ der halbe Gesichtswinkel der Objektivlinse Lo ist Da die Größe der zur Dioptriekorrektur notwendigen Verschiebung der zweiten Linse gewöhnlich klein ist, ändert sich die Größe des Abbilds nur wenig. Selbst wenn die Dioptrie des zu untersuchenden Auges ± 20 D beträgt, ^=±8mm und /₂=54mm ist, dann ist xVρ=0,02Z was bedeutet, daß sich yi um nur ca. 2% ändert. Selbst wenn also nur die Gleichung (14) erfüllt ist, wird in der Praxis eine ausreichende Dioptriekorrektur möglich.

Wie aus der Gleichung (13) und Fig. 1 hervorgeht, genügt es zur Erfüllung der Gleichung (14) lediglich, den

vorderen Brennpunkt Fi der ersten Linse L\ mit dem hinteren Brennpunkt Fo der Objektivlinse Δη in Deckung zu bringen.

Unabhängig von der in der Gleichung (14) angegebenen Beziehung laßt sich die Brennweite f\2 des aus der ersten und der zweiten Linse L\ bzw. L₂ gebildeten Übertragungssystems ausdrücken als

-Λ

tan©

(16)

/ο

Bei einer solchen Konstruktion läßt sich die Beziehung zwischen der Dioptrie des zu untersuchenden Auges und der Größe der Verschiebung X der zweiten Linse L₂ wie folgt ausdrücken

OS₀ /o)² ■ D-x¹+ (ß₀

40

(17)

und die Dioptriekorrektur wird herbeigeführt, indem die zweite Linse L₂ so verschoben wird, daß diese Gleichung erfüllt ist.

Die tatsächliche Größe y₂ des zweiten Abbilds unter diesen Bedingungen ist durch die vorstehende Gleichung (15) gegeben.

In der Konstruktion nach F i g. 2 ist eine Negativlinse L) hinter dem aus der ersten und der zweiten Linse L. bzw. L₂ gebildeten Übertragungssystem nach F i g. 1 angeordnet Die Dioptriekorrektur ist zwar mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform möglich, das Hinzufügen einer Negativlinse hinter der zweiten Linse Li erleichtert jedoch die Korrektur der Aberra-

Der Gesichtswinkel 2Θ ist ein der OLjektivlinse L₀ eigener Wert. Ebenso ist /J₀ durch die Objektivlinse L₀ bestimmt. Sind daher die Konstruktion der Objektivlinse Lo und die gewünschte Größe y₂ des zweiten Abbilds gegeben, so erhält man die Gesamlbrennweite f\₂ des hierfür erforderlichen Übertragungssystems aus der Gleichung (16).

AK wesentliche Voraussetzung der Erfindung sind die

(14) gegeben. Daraus sowie aus der Gleichung (16) können die Werte für f₂, I₂ und /j auf folgende Weise abgeleitet werden, um eine spezielle Konstruktion zu erhalten.

f = -AiJn. "

A · /o '

I. ■= t - /l ι r _ r\

tion des optischen Systems, insbesondere die Korrektur der Feldkrümmung. Durch das Hin/iifiigen der Netativlinse L] ändern sich außerdem die Lage sowie die Größe des /weiten Abbilds V₂ wie in F i g. 2 dargestellt. Durch Änderung der Brennweite der Negativlinse Li läßt sich damit die Größe des Abbilds V₂ des Augenhintergrunds verändern. Die Größe des Abbilds läßt sich in gewünschter Weise auch durch Zusatz einer Positivlinse verändern.

Bei einer der Gleichung (14) genügenden Konstruktion kann der Wert für /1 negativ oder positiv sein, d. h. die erste Linse L\ kann vor oder hinter der Blende Pc angeordnet sein. Da jedoch die Blende Pc gewöhnlich als ein von einer öffnung durchsetzter Spiegel für die Beleuchtung des zu untersuchenden Auges E ausgebildet ist, ergeben sich bei Anordnung der ersten Linse L\ vor der Blende Pc Reflexe, welche eine genaue Beobachtung des Augenhintergrundes erschweren. Die erste Linse L\ ist daher vorzugsweise hinter der Blende *~ 2"seeνύ"si, so

/■ ei"cn "ositiveri

Das vorstehend beschriebene optische System zum Beobachten des Augenhintergrunds ermöglicht gemäß der Erfindung die Dioptriekorrektur nach dem Innenfokusverfahren durch die Verwendung eines aus einer ersten Linse und einer zweiten, in Richtung der optischen Achse verschieblichen Linse gebildeten Übertragungssystems. Das optische System gemäß der Erfindung ermöglicht .somit die Schaffung eines Geräts für Augenuntersuchungen, welches einen kompakten Aufbau hat, leichtgewichtig ist und sich einfach bedienen läßt.

Sofern die vorstehende Gleichung (14) genau erfüllt ist, werden die absoluten Werte für die Vorwärts- und Rückwärtsverschiebung der zweiten Linse L) für die Korrektur von den gleichen absoluten Wert aufweisenden positiven und negativen Dioptrien des zu untersuchenden Auges untereinander gleich. Aufgrund der Gleichung (15) sind dann auch die Werte der Änderungen ir. der Größe des Abbilds untereinander gleich. In diesem Falle ist das optische System am einfachsten bedienbar.

Aufgrund gewisser Umstände wie der Kombination mit dem optischen Beleuchtungssystem und der Konstruktion des Linsentubus ist es jedoch manchmal nicht möglich, das System so auszulegen, daß es der Gleichung (!4) vollständig geni'gt. In diesem Falle ist die Größe der zur Korrektur von positiven und negativen Dioptrien notwendigen Verschiebungen der zweiten Linse nach vorwärts und rückwärts unterschiedlich, und die Änderungen der Größe y₂ des Abbilds l'₂ des Augenhintergrunds sind etwas größer. Solange diese Unterschiede jedoch innerhalb eines für das Beobachten und Fotografieren des Augenhintergrunds zulässigen Bereich liegen, genügt eine solche Anordnung den Anforderungen des praktischen Gebrauchs.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

ί. Ophthalmologische Einrichtung zur Untersuchung und zum Fotografieren des Augenhmtergrundes, die im Beobachtungsstrahlengang in Richtung vom zu untersuchenden Auge zum Beobachter aufweist;

eine Objektivlinse zur Erzeugung eines ersten Bildes des Augenhintergrundes,

eine in bezug auf die Objektivlinse in einer zu der Augenpupille konjugierten Stellung angeordnete Blende und

eine erste positive Linsengruppe, sowie eine zweite, längs der optischen Achse verschiebbare positive Linsengruppe, die beide zusammen ein Übertragungs-Linsensystem bilden,

wobei der bildseitige Brennpunkt der Objektivlinse und der objektseitige Brennpunkt der ersten positiven Linsengruppe zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei Normalsichtigkett des zu untersuchenden Auges die zweite, positive f jnsengruppe (L₂) in einer Bezugsstellung befindet, in der der objektseitige Brennpunkt des aus der ersten und der zweiten, positiven Linsengruppe (Lu L₁) gebildeten Obertragungs-Linsensystems mit der Stellung der Blende (Pc)übereinstimmt, und daß folgende Bedingungen erfüllt sind: