Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, weiche ein genaues
synchronisierendes Signal bzw. Synchronisationssignal aufnehmen kann.
Beschreibung des Standes der Technik
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Hierzu wurde gewöhnlich ein Synchronisierungssignal in Bildsignale mittels eines
Synchronisierungssignaldetektorsaufgenommen, welcher auf einer
Lichtabtastlinie angeordnet ist und welcher von einem Bildsignaldetektor getrennt ist, vgl.
z.B. US-A-3 465 352 und "IBM Technical Disclosure Bulletin" Vol. 30, Nr. 7
(Dezember 1987), Armonk, N.Y., USA, Seiten 6-7, "Dual Laser Reflective
Scanner".
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Der oben beschriebene Synchronisationssignaldetektor benötigt im wesentlichen
einen Photodetektor, welcher ausschließlich für den Zweck des Nachweises des
sychronisierenden Signals benutzt wird. Wenn eine Vergrößerungslinse benutzt
wird, ist es notwendig, den Photodetektor jedes Mal, wenn die Vergrößerung
verändert wird, zu bewegen oder eine Vielzahl von Photodetektoren anzuordnen
und diese elektrisch gemäß der Vergrößerung zu schalten. Daher ist der
gewöhnliche Synchronisationssignaldetektor in der Konstruktion kompliziert.
Zusammenfassung der Erfindung
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Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische
Abtastvorrichtung von dem Typ mit einer abtastenden Beleuchtungseinrichtung
für das Abtasten und Beleuchten eines Prüfungsobjektes und eine
lichtempfangende Einrichtung für das Lenken bzw. Richten des von einem Prüfungsobjekt
reflektierten Lichtes zu einem lichtempfangenden Abschnitt hin bereitzustellen,
und zwar derart verbessert, daß sie eine einfache und effiziente Aufnahme eines
Signals erlauben, welche exakt synchron mit dem von dem lichtempfangenden
Abschnitt geleiteten Bildsignal ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obige und andere Aufgaben gelöst
durch ein optisches Abtastsystem mit einer Lichtquelle zum Beleuchten eines
Prüfungsobjektes, einem abtastenden Beleuchtungssystem zum Abtasten und
Beleuchten des Prüfungsobjektes mit dem abtastenden Licht von der Lichtquelle,
und einer lichtempfangenden Einrichtung mit einem lichtempfangenden Mittel
zum Empfangen des von dem Prüfungsobjekt reflektierten Lichtes,
gekennzeichnet durch ein synchronsignaierzeugendes optisches System, welches
angepaßt ist, um abtastendes Licht von der optischen Abtastvorrichtung zu dem
lichtempfangenden Mittel ohne die Zwischenschaltung des Prüfungsobjektes zu
leiten und um ein synchronisierendes Signal zu erzeugen; und ein
Synchronisationssignal-Trennmittel zum Aufnehmen eines exakt mit dem Bildsignal
synchronen synchronisierenden Signals von dem aus dem lichtempfangenden Mittel
abgeleiteten Signal aufzunehmen, wobei das Signal sowohl das bei dem
lichtempfangenden Mittel mittels des synchronsignalerzeugendenoptischen Systems
erzeugte synchronisierende Synchronisierungssignal als auch bei dem
lichtempfangenden Mittel von dem Prüfungsobjekt reflektierte Licht erzeugten Bildsignal
umfaßt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das das
Synchronisierungssignal erzeugende optische System mindestens ein optisches
Glied, welches auf einer Abtastlinie durch das abtastende Beleuchtungssystem
derart angeordnet ist, daß ein Abschnitt bzw. Teil des Lichtes von der
abtastenden Beleuchtungseinrichtung zu dem lichtempfangenden System durch das
optische Glied geleitet wird.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Licht zu
dem lichtempfangenden Mittel über eine optische Faser geleitet, welche ein Ende
aufweist, das auf der Abtastlinie angeordnet ist.
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Darüberhinaus ist ein reflektives Glied auf der Abtastlinie angeordnet, um einen
Teil bzw. Abschnitt des abtastenden Lichtes zu dem lichtempfangenden Mittel
zu leiten, und das reflektive Glied ist auf einem Lichtweg angeordnet, der für das
abtastende Beleuchtungssystem und das lichtempfangende System gemeinsam
ist, so daß das beleuchtende Licht gleichmäßig reflektiert wird, um den Lichtweg
zurückzulaufen, so daß es auf dem lichtempfangenden Abschnitt auftrifft. In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
reflektive Glied bei einer Position angeordnet, welche mit dem Prüfungsobjekt
innerhalb eines Bereiches zusammenfällt, welcher zwischen dem Prüfungsobjekt
und dem abtastenden Beleuchtungssystem ist bzw. liegt und in welchem das
abtastende Beleuchtungssystem und das lichtempfangende System gemeinsam
sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung:
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Fig. 1 ist eine diagrammartige Darstellung eines optischen Systems,
welches in einer ersten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet
ist;
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Fig. 2 ist eine Seitenaufrißansicht des in Fig. 1 dargestellten optischen
Systems;
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Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes der ersten
Ausführungsform um eine reflektiertende Diffusionsplatte herum;
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Fig. 4 ist eine Vorderaufrißansicht einer reflektierenden Diffusionsplatte;
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Fig. 5 ist ein Wellenform-Diagramm, welches die durch den
lichtempfangenden Abschnitt erhaltenen Signale in der ersten
Ausführungsform darstellt;
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Fig. 6 ist ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems;
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Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm, welches die Vorgänge des in Fig. 6
dargestellten Blocks zeigt;
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Fig. 8 ist eine diagrammartige Darstellung eines optischen Systems,
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welches in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beinhaltet ist;
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Fig. 9 ist eine Seitenaufrißansicht des in Fig. 8 dargestellten optischen
Systems; und
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Fig. 10 ist eine Vorderaufrißansicht einer reflektierenden Diffusionsplatte,
welche in einer dritten Ausführungsform beinhaltet ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in Bezugnahme auf die
beigefügte Zeichnung beschrieben werden.
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine optische
Abtastvorrichtung des sogenannten konfokalten Typs, bei welcher ein
lichtempfangendes System ein Paar beweglicher Spiegel zusammen mit einem
Beleuchtungssystem derart benutzt, daß der lichtempfangende Abschnitt nur das Licht
empfängt, das durch den beleuchteten Abschnitt eines Augengrundes bzw.
-hintergrundes als ein durch das Abtastlicht beleuchtetes Prüfungsobjekt reflektiert ist.
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Die erste Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung umfaßt insbesondere, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, einen
Laseroszillator 1 als eine Lichtquelle, eine optische Abtastvorrichtung 100, ein
lichtempfangendes System, welches teilweise gemeinsam mit dem abtastenden
Beleuchtungssystem 100 ist, und einen lichtempfangenden Abschnitt 19. In
diesen Figuren stellt P eine Position dar, welche mit der Pupille Ep des Auges E
als ein Prüfungsobjekt zusammenfällt, während R eine Position darstellt, welche
mit dem Augengrund Ef zusammenfällt.
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Die abtastende Beleuchtungsvorrichtung 100 umfaßt einen Laserkollimator 2,
welcher vor dem Laseroszillator 1 angeordnet ist, ein Loch 3, welches bei dem
vorderen Focuspunkt des Laserkollimators 2 angeordnet ist, eine Kollimatorlinse
4, deren hinterer Focuspunkt bei dem Loch 3 angeordnet ist, und einen
Polarisationsstrahlteiler bzw. -splitter 6, welcher in einem kollimierten, durch die
Kollimatorlinse
4 gebildeten Laserstrahl B angeordnet ist.
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Die Bezeichnung "Vorder" und "Hinter" werden in dieser Beschreibung benutzt,
um jeweils die Seite des Laseroszillators 1 in der Nähe des Auges E und die
Seite des gleichen in der Nähe des lichtempfangenden Abschnittes 19 zu
bezeichnen.
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Die abtastende Beleuchtungsvorrichtung 100 umfaßt weiterhin einen
Polygonbzw. Polygonenspiegel 8a, welcher auf der vorderen Seite des
Polarisationsstrahlenaufteilers 6 angeordnet ist und den Strahl für den Abtastzweck
oszillieren lassen kann, eine Vergrößerungslinse 9, welche auf der optischen
Reflektionsachse 102 des Polygonspiegels angeordnet ist, eine reflektierende
Diffusionsplatte, welche bei dem vorderen Focuspunkt der Vergrößerungslinse 9 und
außerhalb der optischen Achse 102 angeordnet ist, und eine Vergrößerungslinse
10, welche einen hinteren Focus bei dem Punkt hat, bei dem die
Ausdehnungsebene der reflektierenden Streuplatte 31 die optische Achse 102 schneidet. Ein
lichtemittierendes Element 40 und ein lichtempfangendes Element 41 sind auf
einer Seite des Polygonspiegels 8a derart angeordnet, daß sie sich optisch über
eine reflektierende Fläche des Polygonspiegels 8a gegenüberliegen bzw.
entgegengesetzt sind, wodurch sie nachweisen, daß all die reflektierenden
Oberflächen bzw. Flächen des Polygonspiegels in vorbestimmte Richtungen
ausgerichtet sind. Der Laserstrahl B strahlt bzw. verläuft in Richtung des Pfeiles 104,
wenn der Polygonspiegel 8a in Uhrzeigersinn dreht.
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Die abtastende Beleuchtungsvorrichtung umfaßt, wie in Fig. 2 dargestellt,
weiterhin eine Übermittlungs- bzw. Verstärkungs- bzw. Zwischen- bzw.
Weitergabelinse 11, welche auf dem Weg eines kollimierten durch die
Vergrößerungslinss 10 gebildeten Laserstrahls B angeordnet ist, einen reflektierenden Spiegel,
welcher schräg bei dem vorderer Focuspunkt der Übermittlungslinse 11
angeordnet ist, eine Focuslinse 13, welche ihren hinteren Focuspunkt auf dem
reflektierenden Spiegel 12 hat, eine Focuslinse 14, welche in dem durch die
Focuslinse 13 gebildeten kollimierten Laserstrahl B angeordnet ist, eine
Übermittlungslinse 15, zum Empfangen des durch die Focuslinse 14 konvergierten und dann
divergierten Laserstrahls, so daß das empfangene divergente Licht wieder
konvergiert, und ein Galvanspiegel 16, welcher gegen den Uhrzeigersinn drehen
kann, wodurch der Strahl ein Objekt abtasten kann.
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Die abtastende Beleuchtungsvorrichtung 100 umfaßt weiterhin eine Objektivlinse
17, deren Focus an dem Punkt angeordnet ist, bei dem der durch die
Übermittlungslinse 15 konvergierte Strahl focussiert ist. Die Objektivlinse 17 ist
gegenüberliegend zu dem Auge E als ein Prüfungsobjekt angeordnet. Ep und Ef stellen
jeweils die Pupille und den Augengrund des Auges E dar.
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Die reflektierende Diffusionsplatte 31 hat eine Diffusionsfläche bzw. -oberfläche
31A und Anti-Reflektionsflächen bzw. -oberflächen 32b, 32c auf beiden Seiten
der Diffusionsfläche 31 A, wie aus Fig. 3 ersichtlich, die eine vergrößerte Ansicht
um die reflektive Platte 31 herum ist, und aus Fig. 4, die eine
Vorderaufrißansicht der gleichen ist. Die reflektierende Diffusionsplatte 31 ist an dem
Objektivtubus 33 der Vergrößerungslinsen 9, 10 verschoben bzw. versetzt von der
optischen Achse 102 befestigt. Die reflektierende Diffusionsplatte 31 ist, wie
aus Fig. 4 ersichtlich, auf einer Abtastlinie 32 durch die optische Achse von dem
Licht aus dem Polygonspiegel 8a angeordnet. Die Größe der reflektierenden
Diffusionsplatte 31 ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich, derart bestimmt, daß sie einer
Periode L'' entspricht, welche innerhalb einer Abtastperiode L durch den
Laserstrahl ist bzw. liegt, und welche vor bzw. vorangehend einer effektiven
Abtastperiode L' durch den Laserstrahl ist bzw. liegt. Die Anti-Reflektionsflächen 32B
und 32C sind vorgesehen, um die Diskrimination des Synchronisierungssignals
bzw. synchronisierenden Signals von dem Bildsignal zu erlauben. Die
reflektierende Diffusionsplatte 31 kann eine Scheibe mit einem runden oder einem
elliptischen bei der optischen Achse zentrierten Loch sein.
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Bei Betrieb des abtastenden Beleuchtungssystems 100 wird der Laserstrahl von
einem Laseroszillator 1 durch die Laserkollimatorlinse 2, dem Loch 3 und der
Kollimatorlinse 4 hindurch kollimiert und wird durch den Polygonspiegel derart
reflektiert, daß er in der Richtung des Pfeiles 104 abtastet. Der Laserstrahl B
wird dann übermittelt durch die Übermittlungslinsen 10, 11 und wird auf dem
Augengrund Ef durch focussierende Linsen 13 und 14 focussiert. Der Laserstrahl
wird in Richtung eines Pfeiles 106 bei jedem Abtasten umgeleitet bzw.
verschoben, so daß er den Augengrund Ef abtastet. Ein Teil des durch die
Vergrößerungslinse 9 durchgehenden abtastenden Laserstrahls wird andererseits
durch die reflektierende Diffusionsplatte 31 reflektiert, um ein
synchronisierendes Signal zu bilden, und durchsetzt die abtastende Beleuchtungsvorrichtung
rückwärts.
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Eine lichtempfangende Einrichtung 200 umfaßt einen Abschnitt, welcher nicht
gemeinsam mit dem abtastenden Beleuchtungssystem 100 ist. Dieser Abschnitt
der lichtempfangenden Einrichtung 200 umfaßt, wie in Fig. 1 dargestellt, einen
Analysator 21, welcher auf einer optischen Reflektionsachse 202 des
Umlenkstrahlteilers 6 angeordnet ist, eine Kondensorlinse 22, welche auf der vorderen
Seite des Analysators 21 angeordnet ist, ein Loch 23, welches an dem vorderen
Focuspunkt des Analysators 21 angeordnet ist, und einen lichtempfangenden
Abschnitt 19, welcher vor dem Loch 23 angeordnet ist.
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Bei Betrieb der lichtempfangenden Einrichtung 200 wird der Laserstrahl, welcher
ein von dem Augengrund Ef reflektiertes Bildsignal und ein durch eine reflektive
Diffusionsplatte 31 reflektiertes synchronisierendes Signal enthält, durch den
Polygonspiegel 8a und den Polarisationsstrahlteiler 6 reflektiert und wird in den
Analysator 21 eingeführt, welcher den lichtempfangenden Abschnitt 19 nur die
Laserstrahlkomponente mit einer spezifischen Ablenkung ohne
Rauschkomponente liefert.
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Es wird eine Beschreibung des Synchronisationsnachweisverfahrens zum
Aufnehmen bzw. Nachweisen eines synchronisierenden Signals von den von dem
lichtempfangenden Abschnitt abgeleiteten Signal gegeben. Wie in Abschnitt
bzw. Bereich (1) in Fig. 5 ersichtlich, enthält das von dem lichtempfangenden
Abschnitt 19 abgeleitete Signal ein durch die reflektierende Diffusionsplatte
erzeugtes synchronisierendes Signal und ein von dem Augengrund Ef erhaltenes
Signal. Es ist notwendig, nur das synchronisierende von den Signalen
aufzunehmen, welche von dem lichtempfangenden Abschnitt 19 erhalten werden. Die
Perioden TT, TT' und TT'' in dieser Figur entsprechen den Perioden L, L' und L''
in Fig. 4.
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Es wird verstanden werden, daß das synchronisierende Signal TT'' ein höheres
Niveau bzw. Pegel hat als das Bildsignal TT' von dem Augengrund, da es durch
die lichtempfangende Einrichtung 200 als ein synchronisierendes Lichtsignal
empfangen wird, welches direkt von dem Laserstrahl B durch Diffusion und
Reflektion erhalten wird, und zwar erzeugt durch die reflektierende
Diffusionsplatte 31. Es ist daher möglich, das synchronisierende Signal aufzunehmen,
und zwar durch Binarisieren bzw. Digitalisieren des Signals bei einem Pegel A,
welcher größer ist als der Pegel des Bildsignals , wie in Abschnitt (1) in Fig.
5 dargestellt. Dieses Verfahren ist jedoch praktisch nicht empfohlen, da wenn
ein Signal eines Pegels höher als A in dem Signal enthalten ist, z.B. wegen
Rauschen, ist es schwierig, da synchronisierende Signal in dem Signal (2) zu
diskriminieren, welches nach der Digitalisation erhalten ist.
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Gemäß der Erfindung werden deshalb Anti-Reflektionsflächen 32B und 32C auf
beiden Seiten der Diffusionsfläche 31A angeordnet, um eine Unterscheidung
zwischen dem Bereich des synchronisierenden Signals und dem Bildsignal
bereitzustellen, und das synchronisierende Signal wird mittels eines
Fenstersignales getrennt.
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Ein Verfahren zum Trennen des synchronisierenden Signals von dem Bildsignal
wird in Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben werden, welche ein Blockdiagramm
eines Synchronisationssignal-Trennabschnittes 50 zeigt und Fig. 7, welche ein
Zeitdiagramm mit den relativen Zeiten bzw. Zeitzusammenhängen der
verschiedenen Signalen.
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Das von dem lichtempfangenden Abschnitt 19 abgeleitete Signal ist unter in
Fig. 7 gezeigt. Es wird aus dieser Figur ersichtlich werden, daß der Bereich des
synchronisierenden Signals und der Bereich des Bildsignales unterscheidend
bzw. getrennt bestimmt sind, und zwar durch Vorsehen von
Anti-Reflektionsflächen 32B, 32C auf beiden Seiten der Diffusionsfläche 31A. Das von dem
lichtempfangenden Element 41 für jede Reflektionsfläche erhaltene Signal ist
durch in Fig. 7 gezeigt. Die Trennung des synchronisierenden Signals und
des Bildsignals voneinander wird unter Benutzung dieser zwei Signale
durchgeführt.
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Wie aus dem Blockdiagramm in Fig. 6 ersichtlich, wird das von dem
lichtempfangenden Element 41 erhaltene Signal der Fig. 7 durch eine die binäre
Schaltung 42 binarisiert bzw. digitalisiert, um ein Signal mit einer durch gezeigten
Wellenform in Fig. 7 zu erhalten. Dieses Signal wird dann um eine Zeit t&sub1; mittels
einer Zeitverschiebungsschaltung 43 zeitverschoben, um ein zeitverschobenes
Signal zu erhalten, wie in Fig. 7 dargestellt.
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Ein synchronisierendes Fenstersignal, in Fig. 7 als dargestellt, wird
andererseits über bzw. während einer Periode t&sub2; mittels eines monostabilen
Multivibrators 44 erzeugt. Dieses Fenstersignal wird in eine Trennungsschaltung 45
zusammen mit dem von dem lichtempfangenden Abschnitt abgeleiteten Signal
in Fig. 7 eingegeben, um die Komponente des synchronisierenden Signals von
dem Signal zu trennen, wie als in Fig. 7 dargestellt.
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Dieses Signal wird dann durch eine binäre Schaltung 46 binarisiert, um das
synchronisierende Signal zu erhalten, wie in Fig. 7 dargestellt.
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Das synchronisierende Signal wird andererseits mittels einer
Zeitverschiebungsschaltung 47 um eine Zeit t&sub3; zeitverschoben, um ein Signal zu erhalten, wie
in Fig. 7 dargestellt, und ein Bildfenstersignal wird für eine Periode t&sub4; durch
einen monostabilen Multivibrator 48 erzeugt. Dieses Signal wird in eine
Trennungsschaltung 49 zusammen mit dem Signal von dem lichtempfangenden
Abschnitt eingegeben, wodurch eine Bildsignalkomponente erhalten wird.
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Es werden eine zweite und eine dritte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsformen sind optische Abtastvorrichtungen
des sogenannten nicht-konfokalen Typs, bei denen die lichtempfangende
Einrichtung zwei Spiegel der Beleuchtungsvorrichtung nicht benutzen, so daß die
lichtempfangende Einrichtung immer das Licht empfängt, das von der ganzen
Fläche bzw. Oberfläche des Augengrundes Ef des untersuchten Auges empfängt
bzw. erhält.
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Die zweite und die dritte Ausführungsform sind in Fig. 8 und 9 dargestellt, in
denen die mit der ersten Ausführungsform gemeinsamen Komponenten mit den
gleichen Bezugszeichen versehen sind, und eine detaillierte Beschreibung solcher
Komponenten ist ausgelassen. Diese Ausführungsform benutzt einen Lichtleiter
300, welcher an der vorderen Fokalposition der Vergrößerungslinse 9
verschoben bzw. versetzt von der optischen Achse 102 angeordnet ist, d.h. bei einer
Position, welche jener der reflektiven Diffusionsplatte 31 der ersten
Ausführungsform entspricht, wobei die eingreifende bzw. einfallende Endfläche 301 des
Lichtleiters zur Vergrößerungslinse 9 hin gerichtet ist. Eine lichtempfangende
Einrichtung 310 umfaßt einen Halbspiegel bzw. halbdurchlässigen Spiegel 30,
welcher schräg bzw. quer an einer Position zwischen dem Galvanspiegel 16a
und der Übermittlungslinse 15, einem Analysator 21 und einem
lichtempfangenden Abschnitt 20 angeordnet ist. Eine lichtaustretende Endfläche 302 des
Lichtleiters 300 ist zu dem lichtempfangenen Abschnitt 20 hin orientiert bzw.
ausgerichtet bzw. gegenüberliegend von diesem angeordnet.
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Die dritte Ausführungsform benutzt einen halbdurchlässigen Spiegel bzw.
Halbspiegel, welcher bei der vorderen Fokalposition der Übermittlungslinse 15
angeordnet ist, wie in Fig. 9 dargestellt. Ein lichtempfangender Abschnitt der
gleichen Art wie die des lichtempfangenden Abschnitts 310 der zweiten
Ausführungsform ist auf der Achse des durch den Halbspiegel reflektierten Lichts
angeordnet. Die reflektierende Diffusionsplatte 320 ist in diesem Fall bei einer
Position R angeordnet, welche zusammenfällt mit dem Augengrund Ef des
untersuchten Auges. Wie in Fig. 10 dargestellt, umfaßt die reflektive Diffusionsplatte
320 eine reflektive Diffusionsfläche 322A, welche eine Größe hat, um die
Periode N des Abtastens in der Richtung eines Pfeils 105 in der Periode L'' vor
dem effektiven Abtasten abzudecken, und zwar in einer Fläche 330 des
effektiven Abtastens, und Anti-Reflektionsflächen 322B, 322C, welche auf der linken
und der rechten Seite der reflektiven Diffusionsfläche 322A angeordnet sind.
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Die Bearbeitung der Signale in der zweiten und der dritten Ausführungsform wird
in der gleichen Weise, wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden das Bildsignal und das
synchronisierende Signal durch ein gleiches beleuchtendes Licht erzeugt und werden von
dem gleichen lichtempfangenden Abschnitt abgeleitet, so daß ein exakt mit dem
Bildsignal synchrones synchronisierendes Signal mittels einer einfachen
Anordnung erhalten werden kann.