DE3116300C2 - Vorrichtung zur Feststellung von Farbenfehlsichtigkeit - Google Patents

Abstract

In einer Vorrichtung zur Feststellung von Farbenfehlsichtigkeit des menschlichen Auges, die aus Einrichtungen zur Erzeugung einzelner Strahlungsgänge unterschiedlicher Farbe und regelbarer Intensität und einer Beobachtungsfläche, die aus einem Mischfeld und einem Vergleichsfeld zusammengesetzt ist, besteht, wird ein Prismenblock vorgesehen, der aus mehreren Prismen besteht, die zumindest teilweise Umlenk- bzw. Strahlteilerwürfel bilden. Zur Messung der Helligkeit des Misch- bzw. Vergleichsfeldes sowie des Verhältnisses der Helligkeiten der für die Erzeugung des Mischfeldes verwendeten Farben sind ein oder mehrere Detektoren vorhanden. Vorzugsweise wird die Nutzstrahlaustrittsfläche des Prismenblocks mattiert und dient als Beobachtungsfläche.

Description

* einem ersten Strahlteilerwürfel (22), der aus dem Vergleichslichtstrahlengang einen Vergleichslichtmeßstrahl auskoppelt,

* einem zweiten Strahlteilerwürfel (23), durch den der Vergleichslichtmeßstrahl auf den Detektor (24) fällt,

* einem ersten Umlenkprisma (14) zum Umlenken des Vergleichslichtstrahlengangs auf das Vergleichsfeld,

* einem dritten Strahlteilerwürfel (13), der die beiden zu mischenden Strahlengänge unterschiedlicher Farbe aufnimmt und dessen erste Austrittsfläche auf das Mischfeld gerichtet ist, während aus seiner zweiten Austrittsfläche Meßstrahlen der Mischlichtkomponenten austreten,

* einem zweiten Umlenkprisma (40), das mit dem ersten Umlenkprisma (14) zu einem Würfel zusammengefaßt ist und die Meßstrahlen der Mischlichtkomponenten umlenkt, und

* einem dritten Umlenkprisma (25), das zwischen dem zweiten Umlenkprisma (40) und dem zweiten Strahlteilerwürfel (23) derart angeordnet ist, daß die Meßstrahlen der Mischlichtkomponenten ebenfalls auf den Detektor (24) treffen und

daß Mittel zum sequentiellen Pulsen der Lichtquellen (1, 2, 3) und zum synchronen Umschalten des Detektorausgangssignals auf separate Meßkanäle vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Lichtquellen ersetzt sind durch Lichtleitfasern (27,28,29), deren Eingangsflächen zu einer einzigen Lichtquelle (26) führen, und daß für jeden Strahlengang ein steuerbarer Intensitätsabschwächer vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Farbsättigung des Vergleichsfeldes ein weiterer Strahlengang (33) mit weißem Licht vorgesehen ist, das in den Strahlengang des Vergleichslichts eingespiegelt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die den Detektoren gegenüberliegenden Prismenflächen Linsen (15) aufgekittet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Austnttsflächen (19, 20) des Prismenblocks mattiert sind und als Mischfeld und Vergleichsfeld dienen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengänge Farbfilter, insbesondere Interferenzfilter, enthalten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilter auswechselbar sind.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung von Farbenfehlsichtigkeit des menschlichen Auges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 39 47 099 bekannt.

Aus der US-PS 39 47 099 ist es ferner bekannt, zur Ausleuchtung der beiden zu vergleichenden Farbfelder lichtemittierende Dioden zu verwenden. Derartige Halbleiter-Lichtquellen lassen sich in ihrer Leuchtintensität in einfacher Weise elektronisch steuern, wodurch der Helligkeitsabgleich der beiden Farbfelder vorgenommen wird. Nach Eichung des Gerätes kann dann aus der zur Erzielung einer bestimmten Leuchtintensität notwendigen Stromstärke der beiden Mischlichtquellen (Rot-Grün) im Vergleich zu der Einstellung des Gelblichtes Art und Ausmaß einer Farbenfehlsichtigkeit ermittelt werden.

Aus der DE-AS 26 02 304 ist ebenfalls eine Vorrichtung bekannt, die zur Erzeugung des Vergleichslichtes und des Rot- und Grün-Mischlichtes Leuchtdioden verwendet.

Andere bekannte Vorrichtungen zur Prüfung des menschlichen Auges auf Farbsehtüchtigkeit in verschiedenen Farbbereichen werden im allgemeinen als Prismenspektralapparate gebaut. Das verbreiteste Gerät

dieser Art stellt das Anomaloskop nach Nagel dar, das seit August 1966 ncrmenmäßig standardisiert ist (DIN 6 160).

Eine wesentliche Vereinfachung des bekannten Meßprinzips besteht darin, daß auf eine Präzisionsprismen-Apparatur verzichtet und die Darbietung zweier zu vergleichender Farbfelder durch entsprechende Filterscheiben vorgenommen wird. Dazu ist in einem in der DE-AS 15 66 142 beschriebenen Gerät zur Farbabgleichung eine Filterscheibe als Verlauffilter ausgebildet, das mechanisch im Gesichtsfeld verschoben wird. Der Helligkeitsabgleich beider Farbfelder sollte bei diesem bekannten Verfahren durch einen Graukeil erreicht werden, dessen Stellung durch eine der Transmissionskurve des Verlauffilters angepaßte Kulissenscheibe ge- steuert wird.

Alle bekannten Methoden und Vorrichtungen haben jedoch den folgenden wesentlichen Nachteil: Die Leuchtintensität der Farbfelder sowie das Intensitätsverhältnis des Mischfeldes wird durch eine mechanische oder elektronische Beeinflussung des Lichtwe-es oder der Lichtquelle selbst eingestellt und variiert In allen Fällen muß gewährleistet werden, daß ein eindeutiger und unveränderlicher Zusammenhang zwischen der Stellgröße (z. B. Spaltbackenstellung) und der Lichtintensität im Gesichtsfeld besteht. Durch Alterung von Komponenten (insbesondere der Lichtquelle) und durch thermische Einflüsse (ein Teilstrich auf der Mischschraube des Anomaloskops nach Nagel bedeutet eine mechanische Spaltverschiebung um 5 μίτι) kann dieser Zusammenhang verlorengehen. Deshalb müssen bei den bekannten Anomaloskopanordnungen erhebliche Anforderungen an die mechanische Präzision gestellt werden. Außerdem sind die Beleuchtungsquellen häufiger zu wechseln, um die Aufrechterhaltung einer bestimmten Farbtemperatur zu gewährleisten. Dies gilt auch bei Verwendung von Leuchtdioden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, bei der zwischen der Stellgröße des Gerätes und der Lichtintensitat im Gesichtsfeld stets ein eindeutiger Zusammenhang besteht und eine verläßliche Überprüfung des menschlichen Auges mit geringem apparativem Aufwand möglich ist. Ferner soll das Gerät eine kompaktere Bauweise erlauben unri die Durchführung abse'uter Messungen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteranspnhhen beschrieben.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt insbesondere darin, daß sie äußerst stabil und kompakt aufgebaut ist und absolut geeicht werden kann. Das Gerät kann ferner so ausgestaltet werden, daß die Untersuchung des menschlichen Farbsehvermögens nach DIN 6 160 durchführbar ist. Mit einem Filtersatz ist die Diagnose von Protanopie (Rotblindheit), Protanomalie (Rotschwäche), Deuteranopie (Grünblindheit) oder Deutanomalie (Grünschwäehe) möglieh, so Bei Darbietung eines Blau-Grün-Mischfeldes und des entsprechenden Vergleichsfeldes ist darüber hinaus die Vorrichtung auch für die Diagnose der relativ seltenen Tritanopie (Blaublindheit) und Tritanomalie (Minderung der Blauempfindlichkeit) einsetzbar.

Durch die jedem einzelnen Farbkanal zugeordnete direkte Messung der Leuchtfelddichte und durch den stabilen, unverrückbaren Aufbau der optischen Mittel in Form eines fest verkitteten Prismenblocks ist die Vorrichtung äußerst unempfindlich gegenüber Alterungserscheinungen der Lichtquellen oder gegenüber Dejustierungen infolge Stoß, Vibrationen oder Verschmutzungen. Durch Verwendung; eines einfachen Mikroprozessors kann aus den gemessenen Farbintensitäten der Anomalquotient errechnet und zur Anzeige gebracht werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Die

F i g. 1 bis 3 zeigen in schematischer Vereinfachung drei mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Anomaloskops.

In der Ausführung gemäß F i g. 1 werden als Lichtquellen drei Lampen 1,2. und 3 verwendet, deren Licht durch je eine Linse 4, 5 und 6 kollimiert und durch geeignete Filter 7, 8 und 9 spektral beschnitten wird. Der Gelbkanal 9 soll laut DIN 6 160 "ine Wellenlänge von 594 πm mit einer Halbwertsbreiie von 10 nm aufweisen. Für den Rot- und Grünkanal 7 und 8 sind Wellenlängen von 660 nm mit einer Halbvvertsbreite von 22 nm bzw. 550 nm mit einer Halbwertsbreite von 9 nm vorgeschrieben. Diese Spektraleigenschaften können mit kommerziell erhältlichen Interferenzfiltern verwirklicht werden.

Die drei Strahlengänge (gelb, grün und rot) treten in einen fest verkitteten Prismenblock ein. der aus verschiedenen Umlenk- und Strahlteilerwürfeln 10, 11 und 12, einem Strahlteilerwürfel 13 zur Mischung der Rot-Grün-Teilstrahlen und einem Umlenkwürfel 14 besteht. Alle Umlenk- und Strahlteilerwürfel werden jeweils aus zwei Prismen gebildet. Der Umlenkwürfel 14 besteht aus zwei Reflexionsprismen, so daß die diagonal verlaufende Reflexionsfläche von beiden Seiten her als Strahlumlenkspiegel wirkt.

An den Würfeln 10,11 und 12 wird ein Teil des jeweiligen Lichtstrahls und zwar einige Prozent ausgekoppelt und durch eine auf die Ausirittsfläche fest aufgekittete plankonvexe Linse 15 auf je einem Detektor 16,17 und 18 gesammelt. Von den Empfangs-Flächen der Detektoren 16 und 17 ist eine aus der Zeichenebene um 90° herausgedreht zu denken, damit sich diese Strahlen nicht gegenseitig durchdringen.

Die Detektoren messen die Intensität der einzelnen Teillichtstrahlen. Sie geben nach entsprechender Eichung das Maß für die Leuchtdichte des Gelbfeldes sowie das Mischungsverhältnis des Mischfeldes an. Als Detektoren werden zweckmäßigerweise Siliziumdioden verwendet, die in ihre.· spektralen Empfindlichkeitskurve genau dem menschlichen Auge angepaßt werden können.

Die kot-Grün-Teilstrahlen werden im Prismenwürfel 13 im Verhältnis 1 : 1 gemischt. Eine Austrit'sfläche 19 dieses Würfels ist mattiert und dient direkt als Beobachtungsfläche. Die Vergleichsfläche 20 wird durch die ebenfalls mattierte Austrittsfläche des Umlenkwürfels bzw. Reflexionsprisr.as 14 gebildet. Die Reflexionsfläche dieses Würfels lenkt den Gelbstrahl auf die Beobaehtungsfläche 20 und richtet gleichzeitig den aus der zweiten Austrittsfläche des Mischwürfeis 13 kommenden Strahl über eine aufgekittete Sammellinse 15 auf den Mischlichtdetektor 21. An diesem Detektor 21 kann direkt die Leuchtdicht_' des Mischfeldes gemessen werden. Gegebenenfalls kann jedoch auch auf diesen Detektor 21 verzichtet und das Verhältnis der Helligkeiten der für die Erzeugung des Mischfeldes verwendeten Farben aus den durch Detektoren 16 und 17 bestimmten

Werten ermittelt werden.

Die Signale der Detektoren 16, 17,. 18 und 21 werden einer elektronischen Signalverarbeitungs- und Regelschaltung zugeführt. Diese Schaltung verarbeitet die Meßsignale und zeigt den Anomalquotienten nach Nagel an. Für diese Berechnung kann die Mittelnormgleichung des CIE-Normalbeobachters zugrundegelegt werden, da wegen der objektiven Leuchtdichtebestimmung eine absolute Eichung des Gerätes möglich ist. Ferner werden in der Regelschaltung die Lampeninten- to sitäten geregelt, so daß bei Farbabgleich über den gesamten Mischbereich die Leuchtdichte von Mischfeld und Vergleichsfeld gleich ist. Diese Helligkeitsregelung ist abschaltbar, wenn bei vorgegebenem Mischungsverhältnis auf gleiche Helligkeit abgeglichen werden soll. is

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anomaloskops wird in Fig. 2 dargestellt. Die Erzeugung dsr drsi Spektralfsrben erfolgt analog zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung durch Verwendung der Lichtquellen 1,2 und 3, denen jeweils die Linsen 4,5 und 6 und die Filter 7, 8 und 9 zugeordnet sind. Der Prismenblock besteht aus einem Strahlteilerwürfel 13 zur Mischung der Rot-Grün-Teilstrahlen, einem aus zwei Reflexionsprismen gebildeten Umlenkwürfel 14 und aus zwei weiteren Umlenk- bzw. Strahlteilerwürfein 22 und 23, sowie einem Reflexionsprisma 25. Zur Messung der Lichtintensitäten wird jedoch nur ein einziger Detektor 24 verwendet, auf den alle drei Strahlanteile gerichtet werden, und zwar Rot-Grün über Umlenkwürfel 13 und Reflexionsprisma 25 und Gelb über Umlenk- bzw. Strahlteilerwürfel 22 und 23. Die Trennung der einzelnen Strahlanteile und ihre selektive Messung wird dadurch erzielt, daß die Lichtquellen 1,2 und 3 sequentiell gepulst werden. Die jeder Lampe zugeordneten Detektorimpulse werden auf unterschiedliche Signalverarbeitungskanäle umgeschaltet und separat weiterverarbeitet.

Der Aufbau des Prismenblocks der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform entspricht dem der in F i g. 2 gezeigten Anordnung. Der Unterschied zu der in F i g. 2 dargestellten Anordnung besteht in diesem Fall darin, daß die einzelnen Spektralkanäle unter Verwendung von nur einer Lichtquelle 26 über lichtleitende Fasern 27,28 und 29 mit Strahlung versorgt werden. Die"Strahlungsquelle 26 ist kontinuierlich in Betrieb und nicht regelbar. Die Leuchtdichte der Farbfelder wird variiert, indem optische Abschwächer 30,31 und 32 in die einzelnen Teilstrahlengänge eingefügt werden. Als optische Abschwächer können z. B. Irisblenden, gekreuzte Polarisatoren, elektro-rptische Modulatoren und dergleichen verwendet werden. Die Messung und Regelung der Lichtintensität der Teilstrahlen erfolgt wie nach Fig.2 mit einem Detektor 24 oder nach Fig. 1 mit mehreren Detektoren. Die Anordnung mit nur einem Detektor setzt die Anwendung von elektrooptischen Modulatoren zur Lichtsteuerung voraus, da nur damit schnelle optische Schaltvorgänge realisiert werden können.

Für den Einsatz der in F i g. 3 gezeigten Anordnung zur Diagnose der Tritanomalie muß beachtet werden, daß die Farbsättigung des Vergleichsfeldes 20 durch Zumischung von Weißlicht verringert werden muß, da die Mischung von Blau und Grün immer eine Farbe ergibt, die näher am Weißpunkt des Farbendreiecks liegt als die entsprechende reine Spektralfarbe. Eine einfache Möglichkeit, Weißlicht dem Vergleichsfeld zuzumischen, besteht darin, daß ein ungefilterter Lichtanteil mit Hilfe einer weiteren Lichtleitfaser 33 über den ohnehin vorhandenen Strahlteilerwürfel 22 in den Strahlengang des Vergleichsfeldes eingeblendet wird. Auch der Strahlengang des Weißlichtes ist wie üblich mit einer Linse 34 und einem optischen Abschwächer 35 versehen. Diese relativ einfache Zusatzausstattung des Gerätes bietet eine erhebliche Erweiterung der Diagnosemöglichkeiten. So kann damit die Unterschiedsempfindlichkeit für Sättigungsdifferenzen und die spektrale Hellempfindlichkeit gemessen werden. Außerdem kann der Weißkanal zur Neutralstimmung des zu untersuchenden Auges verwendet werden. Eine entsprechende Maßnahme zu diesem Zweck ist auch bei den in F i g. 1 und 2 dargestellten Anordnungen möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Feststellung von Farbenfehlsichtigkeiten des menschlichen Auges, bestehend aus Einrichtungen zur Erzeugung einzelner Strahlengänge unterschiedlicher Farbe und einstellbarer Intensität, aus optischen Mitteln zum Mischen zweier Strahlengänge unterschiedlicher Farbe sowie zum Auskoppeln, Umlenken und Teilen der Strah-Iungsgänge, aus einer Beobachtungsfläche, die aus einem Mischfeld und einem Vergleichsfeld zusammengesetzt ist, und aus mindestens einem Detektor zum Erfassen der Leuchtdichten, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel aus Umlenkprismen und Strahlteilerwürfeln bestehen, die zu einem Prismenblock zusammengefaßt sind,

daß die Leuchtdichte jedes der Strahlengänge separat erfaßt wird und 2ü daß die betreffenden Detektorausgangssignale einerseits zur Ermittlung des Grades der Farbenfehlsichtigkeit und andererseits zur Regelung der Leuchtdichte innerhalb der einzelnen Strahlengänge dienen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Strahlengänge mit drei Lichtquellen (1,2,3), sowie drei Detektoren (16,17,18) vorgesehen sind und daß der Prismenblock aus drei den jeweiligen Detektoren zugeordneten Strahlteilerwürfeln (10, 11,12) zum Ausknopeln von Meßstrahlengängen aus den Strahlengängen, einem Prisma (14) zum Umlenken des Vergleichslichtstrahls auf das Vergleichsfeld und einem weiteren Strahlteilerwürfel (!3) zum Mischen 7weier Strahlengänge besteht, dessen erste Austrittsfläche auf das Mischfeld gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Detektor (21) zur Messung der Leuchtdichte des Mischlichtes vorgesehen ist, das aus der zweiten Austrittsfläche des weiteren Strahlenteilerwürfels (13) kommt und von einem Umlenkprisma (40), das mit dem Prisma zum Umlenken des Vergleichslichts zu einem Würfel zusammengefaßt ist, auf den vierten Detektor (21) gerichtet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Strahlengänge mit drei Lichtquellen und ein Detektor vorgesehen sind,

daß der Prismenblock aus folgenden Teilen zusammengesetzt ist: