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Vorrichtung zur Darbietung bewegter Testzeichen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Darbietung bewegter Testzeichen. Sie dient der Prüfung der Seheigenschaften des menschlichen Auges unter dynamischen Bedingungen.
Bisher ist es zumeist üblich, dem Prüfling ein Testzeichen in konstanter Entfernung in Ruhelage darzubieten. Dazu bedient man sich eines bekannten Sehzeichenprojektors, dessen wesentliche Funktionsteile eine Beleuchtungseinrichtung, bestehend aus Lichtquelle und Kondensor, einer Halterung für die zu projizierende Vorlage und ein Projektionsobjektiv sind.
In Fachkreisen besteht zunehmendes Interesse daran, die Seheigenschaften unter Bedingungen zu prüfen, die den Sehaufgaben des Menschen in seiner Umwelt besser angepasst sind, d. h., bei Relativbewegung zwischen Beobachter und Testzeichen.
Es sind bereits Projektionsanordnungen bekannt, mit denen Bewegungen von Testzeichen in einer Ebene in konstanter Entfernung vor dem Prüfling realisierbar sind.
So ist beispielsweise bekannt, ein Testzeichen über einen Spiegel auf eine Projektionswand zu projizieren. Durch Drehung des Spiegels lässt sich das Bild des Testzeichens auf der Projektionswand bewegen.
Es ist auch bekannt, in den Strahlengang eines Projektors ein Prisma einzufügen. Bei Drehung des Prismas um die optische Achse der Anordnung erfolgt eine Kreisbewegung des Testzeichens auf der Projektionswand.
Bei einer andern, ebenfalls bekannten Anordnung rotiert ein Prisma vor dem beobachtenden Auge des Prüflings, wodurch das Testzeichen sich auf einer Kreisbahn zu bewegen scheint.
Eine einfache bekannte Massnahme zur Erzielung bewegter Testzeichen ist der Aufbau eines Projektors auf einem Drehtisch.
Die bekannten Anordnungen haben den Nachteil, dass bei Verwendung schwarzer Zeichen auf hellem Grund ausser dem Testzeichen das zwangsläufig gleichzeitig mitprojizierte helle Umfeld mitbewegt wird.
Das mitbewegte Umfeld beeinflusst je nach seiner Grösse und Helligkeit die Augenfolgebewegung unterschiedlich und verdeckt dadurch teilweise die Effekte, die durch die Bewegung des Testzeichens gemessen werden sollen. Ausserdem ist es nicht möglich, mit nur einer der bekannten Anordnungen verschiedene Bewegungsabläufe des Testzeichens, also geradlinige, kreisförmige oder pendelnde, mit unterschiedlichem Geschwindigkeitsverhalten, beispielsweise mit konstantem oder sinusabhängigem Absolutbetrag der Geschwindigkeit, zu erreichen.
Zweck der Erfindung ist es, die Seheigenschaften unter Bedingungen zu prüfen, die den Sehaufgaben des Menschen in seiner Umwelt weitgehend angepasst sind.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aufzubauen, die es gestattet, schwarze Testzeichen in einem hellen Feld zu bewegen, ohne dass gleichzeitig das helle Feld mitbewegt wird, wobei wahlweise verschiedenförmige Bewegungsabläufe des Testzeichens mit unterschiedlichem Geschwindigkeitsverhalten realisierbar sind.
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Das helle Feld soll einerseits durch Projektion auf einer Wand dargeboten werden oder zum andern durch direkten Einblick in die Apparatur mittels Lupe zu beobachten sein.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen Objektebene und Projektionsobjektiv bzw. Lupe ein abbildendes System geschaltet ist, welches das auf einer Photoplatte befindliche Testobjekt und sein helles Umfeld auf eine vor dem Projektionsobjektiv bzw. der Lupe liegende Zwischenöffnung abbildet und dass im Strahlengang des abbildenden Systems ein Prismen-Drehkeilpaar angeordnet ist.
Die Zwischenöffnung, kleiner als der Durchmesser des abgebildeten hellen Umfeldes bemessen, wird auf eine Projektionswand projiziert, auf der im hellen Feld das dunkle Testzeichen sichtbar ist, oder die Zwischenöffnung wird durch direkte Beobachtung mit einer Lupe als helles Gesichtsfeld, in dem sich das dunkle Testzeichen befindet, vor dem Auge sichtbar. Bei begrenzten Verschiebungen des Zwischenbildes in der Ebene der Zwischenöffnung bleibt diese ständig voll ausgeleuchtet. Auf der Projektionswand bzw. in dem Gesichtsfeld ist nur eine Verschiebung des Testzeichens in einem unbewegten hellen Feld zu beobachten. Das Prismen-Drehkeilpaar im Strahlengang vor der Zwischenöffnung erzeugt die verschiedenen Bewegungsabläufe des Zwischenbildes und damit des Testzeichens auf der Projektionswand bzw. in dem Gesichtsfeld.
Mit Hilfe an sich bekannter Antriebsmittel sind die Prismen gegensinnig und gleichsinnig um die optische Achse der Anordnung drehbar.
Zur Beeinflussung des Geschwindigkeitsverhaltens des bewegten Testzeichens und zur Ausdehnung der Bewegungsstrecke bei konstanter Geschwindigkeit erfolgt der Antrieb über einen verstellbaren Exzenter.
Es sind ausserdem Mittel vorgesehen, welche die Verdrehung der Prismen zueinander unabhängig von der Stellung ihres Antriebsmechanismus erlauben.
Bei Verwendung zweier Drehkeilpaare mit getrennten Antrieben sind zweidimensionale Bewegungen des Testzeichens auf der Projektionswand bzw. in dem Gesichtsfeld möglich (Lissajous'sche Figuren u. ähnl.).
Zweidimensionale Bewegungen sind ebenfalls bei Verwendung nur eines Drehkeilpaares, aber getrenntem Antrieb jedes Prismas, möglich.
Mit dem erfindungsgemäss ausgebildeten Sehzeichenprojektor lassen sich beispielsweise folgende Bewegungsabläufe des Testzeichens realisieren :
1. lineare periodische Bewegungen in beliebiger Richtung mit sinusförmiger Geschwindigkeitsabhängigkeit (gegensinnige Rotation der Prismen mit konstanter Geschwindigkeit ;
Wahl der Bewegungsrichtung durch gleichzeitiges gleichsinniges Verdrehen beider Prismen, unabhängig von der Stellung ihres Antriebsmechanismus),
2. lineare periodische Bewegungen in beliebiger Richtung mit konstanter Geschwindigkeit (gegensinnige Rotation der Prismen über einen Exzenterantrieb),
3. einmaliges Durchqueren einer Beobachtungsstrecke in beliebiger Richtung a) mit sinusabhängiger Geschwindigkeit (gegensinnige Drehung der Prismen mit konstanter Geschwindigkeit), b) mit konstanter Geschwindigkeit (gegensinnige Drehung der Prismen über einen Exzenterantrieb),
4.
Kreisbewegungen mit unterschiedlichem Radius und verschiedenen konstanten und nichtkonstanten Geschwindigkeiten (gleichsinnige Rotation der Prismen ; Abhängigkeit des Radius von der konstant eingestellten gegenseitigen Verdrehung der Prismen zueinander ; Geschwindigkeit konstant ohne Exzenter-, nichtkonstant mit Exzenterantrieb),
5. zweidimensionale Bewegungen beliebiger Form (zwei Drehkeilpaare mit getrennten Antrieben).
Diese Bewegungen sind aus zwei Komponenten zusammengesetzt. Jede Komponente wird von dem ihr zugeordneten Drehkeilpaar erzeugt und kann a) sinusförmige Geschwindigkeit oder b) konstante Geschwindigkeit haben.
Bei allen aufgeführten Bewegungsabläufen ist der Absolutbetrag der Geschwindigkeit variierbar, beispielsweise durch Frequenzsteuerung der die Prismen antreibenden Synchronmotoren.
Durch Drehung der in der Objektebene befindlichen, das Testobjekt enthaltenden Photoplatte um die optische Achse der Anordnung ist jede Orientierung des Testzeichens auf der Projektionswand bzw. im Gesichtsfeld möglich.
Die Länge der Bewegungsstrecke für das Testzeichen auf der Projektionswand bzw. im Gesichtsfeld ist durch Einschieben zweier auf einem Durchmesser einander gegenüberliegender,
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gegeneinander verschiebbarer und um die optische Achse drehbarer schmaler Streifenblenden in die Zwischenöffnung variierbar.
Eine in der Zwischenöffnung angeordnete Feldlinse sorgt für eine günstige Orientierung der Strahlenbündel in Richtung auf das Projektionsobjektiv bzw. die Lupe. Ausserdem lässt sich durch Abblenden an geeigneter Stelle im Strahlengang die Helligkeit des projizierten Umfeldes verändern.
Durch Auswechseln der Photoplatten können Testzeichen beliebiger Gestalt und Grösse dargeboten werden.
Zwischen Objektebene und abbildendem System ist vorteilhaft eine schräggestellte Glasplatte angebracht. Mittels des über die Glasplatte reflektierten Lichtes kann das Testobjekt während seiner Justierung beobachtet werden. Zwischen Glasplatte und abbildendem System ist eine aus dem Strahlengang herausschwenkbare schwache Linse angeordnet. Dadurch wird das Testzeichen auf der Projektionswand bzw. im Gesichtsfeld so unscharf abgebildet, dass es sich kaum merklich vom hellen Feld abhebt. Trotz Rotation der Prismen kann dadurch also der Wechsel und die Justierung der Photoplatten erfolgen, ohne dass die Versuchsperson das bewegte Testzeichen wahrnehmen kann.
In einer geeigneten Rotationsphase der Prismen wird durch einen Kontakt die Linse plötzlich aus dem Strahlengang geschwenkt, so dass das Testzeichen in dem Moment scharf sichtbar wird, wenn es seine Bewegung am Anfang der Bewegungsstrecke beginnt. Nach beliebig wählbarer Darbeitungszeit wird sie wieder in den Strahlengang geschwenkt und bringt das Testzeichen am Ende der Bewegungsstrecke zum Verschwinden.
Zwischen Objektebene und schräggestellter Glasplatte ist ein optisches Element eingefügt, welches so ausgebildet ist, dass bei einwandfreier optischer Abbildung durch den zentralen Teil nicht gleichzeitig eine einwandfreie optische Abbildung durch die Randbereiche möglich ist. Die Grösse der zentralen Zone ist so bemessen, dass die Abbildung des Testobjektes und eines kleinen ihn umgebenden Gebietes ungehindert in die Zwischenebene erfolgen kann, die der weiter ausserhalb auf der Photoplatte gelegenen Gebiete jedoch nur durch die dann optisch nicht exakt wirkenden Randbereiche erfolgt.
Dadurch wird die Abbildung von Staubteilchen oder andern feinen Strukturen, die auf der Photoplatte ausserhalb des Testobjektes liegen, in die Zwischenbene verhindert, so dass dadurch immer ein strukturloses Hellfeld auf der Projektionswand bzw. im Gesichtsfeld vorhanden ist. Es ist dafür gesorgt, dass durch die Abbildung durch die zentrale Zone und die Randbereiche keine Helligkeitsdifferenzen auf der Projektionswand bzw. im Gesichtsfeld auftreten.
Dieses eingefügte Element kann beispielsweise eine Plankonvex-Linse sein, an deren konvexer Seite in der Mitte eine Planfläche angeschliffen ist, oder eine planparallele Glasplatte, die leicht mattiert ist, mit Ausnahme ihres zentralen Bereiches.
Die Helligkeitsangleichung kann durch Bedampfen des zentralen Bereiches mit absorbierenden Schichten erreicht werden.
Es ist ferner zweckmässig, zwischen abbildendes System und Zwischenebene eine Zusatzbeleuchtung unter stärkerem Winkel zur optischen Achse als es mittels abbildendem System allein wird, einzublenden, so dass bei der Beobachtungsart mittels Lupe auch bei sehr grossen Blickbewegungen des Auges das periphere Gesichtsfeld auf der dem Testbild gegenüberliegenden Seite des Gesichtsfeldes hell wahrgenommen wird. Dadurch ist eine Erweiterung des Blickfeldes über den ohne Zusatzbeleuchtung mit der Vorrichtung vorgesehenen Blickwinkel einfach durch Verwendung sehr kurzbrennweitiger Lupen möglich.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung lassen sich Untersuchungen des Sehvermögens für bewegte Objekte präziser und vielseitiger durchführen als bisher und dadurch bessere Kenntnisse über Eigenschaften und Fähigkeiten des Auges beim Sehen bewegter Objekte erhalten. Man kann das Sehvermögen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie Geschwindigkeit, Grösse, Gestalt des bewegten Objektes einzeln oder zusammen untersuchen, ohne dass dabei noch störende Nebeneffekte, wie beispielsweise die Mitbewegung des Umfeldes, in die Ergebnisse eingehen können.
Die Erfindung ist weiterhin vielseitig anwendbar, da sie die Eigenschaften und Fähigkeiten des Auges beim Sehen bewegter Objekte für völlig verschiedenartige Sehaufgaben zu prüfen gestattet (z. B. geradlinige, pendelnde und rotierende Bewegungsabläufe).
Die Realisierung verschiedener Bewegungsabläufe mittels einer Anordnung ermöglicht ausserdem ein rationelles und zeitsparendes Arbeiten. Ermüdungserscheinungen des Prüflings, die sonst oft bei lang andauernden Versuchen auftreten, können vermieden werden. Dies wirkt sich wieder stabilisierend auf die Versuchsergebnisse aus.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen : Fig. l die Seitenansicht einer erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtung mit in
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Nullstellung befindlichen Prismen, a) für Projektion, b) für direkte Beobachtung mittels Lupe, Fig. 2 die Draufsicht nach Fig. l mit nach gegensinniger Rotation in Ablenkstellung befindlichen Prismen, a) für Projektion, b) für direkte Beobachtung mittels Lupe, Fig. 3 eine erfindungsgemäss ausgebildete Vorrichtung mit herausschwenkbarem Element, optischem Glied mit zentraler optischer Zone zwischen Objektebene und abbildendem System und Zusatzbeleuchtung, a) für Projektion, b) für direkte Beobachtung mittels Lupe.
Zwischen der Objektebene --1-- unmd dem Projektionsobjektiv --2a-- bzw. der Lupe - ist ein abbildendes System geschaltet, bestehend aus einem langbrennweitigen Objektiv
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gross ist wie das Zwischenbild der Photoplatte--5-. Die Zwischenöffnung --9-- mit dem Zwischenbild --7-- wird von dem Projektionsobjektiv --2a-- auf eine Projektionswand-IG--
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Strahlengang des abbildenden Systems, zwischen den Objektives-3 und 4--, ist ein Prismen-Drehkeilpaar--13--angeordnet.
Bei gegensinniger Rotation der Prismen des Drehkeilpaares-13-um die optische Achse werden jetzt die Parallelstrahlenbündel seitlich in einer Ebene abgelenkt (Fig. 2). Dadurch verlagert sich das Zwischenbild-7-des Testobjektes-6-in der Zwischenöffnung --9--. Auf der Projektionswand --10-- bzw. im Gesichtsfeld entsteht eine lineare Bewegung des Testzeichens --14--.
Das Zwischenbild der Photoplatte --5-- ist um so viel grösser als der Durchmesser der Zwischenöffnung gewählt, dass auch bei Verschiebung des Zwischenbildes --7-- gegen die
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--9-- eineProjektionswand --10-- bzw. im Gesichtsfeld --11-- der Lupe gewährleistet ist. Durch gleichzeitiges gleichsinniges Verdrehen beider Prismen unabhängig von der Stellung ihres Antriebsmechanismus kann die Lage der Basis bezüglich der Gesamtablenkung eine andere Orientierung erhalten und dadurch bei Rotation der Prismen eine beliebige andere Bewegungsrichtung auf der Projektionswand --10-- bzw. im Gesichtsfeld --11-- erreicht werden.
Bei der gegensinnigen Rotation der Prismen mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit folgt die Geschwindigkeit der Strahlenablenkung einer Sinusfunktion. Um den gesamten maximal möglichen Ablenkungswinkel auch mit konstanter Geschwindigkeit ausnutzen zu können, ist vorgesehen, die Prismen über einen Exzenter anzutreiben. Dadurch läuft die Rotation der Prismen innerhalb eines Umlaufs zeitweise so beschleunigt und verzögert ab, dass die Strahlenablenkung über den gesamten Bereich mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt.
Bei gleichsinnig rotierenden Prismen entsteht auf der Projektionswand --10-- bzw. im Gesichtsfeld --11-- eine Kreisbewegung des Testzeichens-14--, deren Radius von der konstant eingestellten gegenseitigen Verdrehung der Prismen abhängt.
In Fig. 3 ist zwischen der Objektebene-l-und dem Objektiv --3-- eine schräggestellte Glasplatte --15-- angebracht. Der Versuchsleiter --16-- beobachtet mit dem Mikroskop-17- über das Objektiv --18-- und die Glasplatte --15-- die Justierung des Testobjektes-6--.
Zwischen Glasplatte und abbildendem System ist eine aus dem Strahlengang herausschwenkbare schwache Linse --27-- eingefügt.
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--14-- aufGesichtsfeld --11-- auch bei rotierenden Prismen in einem beliebig wählbaren Moment sichtbar zu machen. In der Zwischenöffnung-9-ist eine Feldlinse --19-- angeordnet, die für eine günstige Orientierung der Strahlenbündel sorgt.
In Fig. 3 wird hinter dem Objektiv-2-zusätzlich Licht einer Lichtquelle --20-- mittels eines Kondensors --21-- über einen halbdurchlässigen Spiegel --22-- und einen vollständig
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extremen Augendrehungen Licht von den Randteilen der Öffnung ins Auge-24--, so dass das periphere Gesichtsfeld hell erscheint.
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Eine undurchlässige Blende --25-- verhindert eine Doppelbeleuchtung einiger Öffnungsteile.
Zwischen Objektebene--l--und schräggestellter Glasplatte--15--ist eine planparallele Glasplatte --26-- in den Strahlengang eingefügt. Sie weist im zentralen Bereich gute Abbildungseigenschaften auf, während ihre Randzone zwar lichtdurchlässig, jedoch nicht abbildend ist.
Dies ist durch entsprechende Mattierung der Randzone erreicht.
PATENTANSPRÜCHE :
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zwischen Objektebene (1) und Projektionsobjektiv (2a) bzw. Lupe (2b) ein abbildendes System (3, 4) geschaltet ist, welches das Testobjekt (6) und sein helles Umfeld auf eine vor dem Projektionsobjektiv liegende Zwischenöffnung (9), welche kleiner als der Durchmesser des abgebildeten hellen Umfeldes ist, abbildet und dass im Strahlengang des abbildenden Systems ein Prismen-Drehkeilpaar (13) angeordnet ist.
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