Monokularer Pupillendistanzmesser
Die Erfindung betrifft einen monokularen Pupillendistanzmesser, welcher auf einfache und zuverlässige Weise sowohl den absoluten Abstand der Pupillenmitten voneinander wie auch die Abstände derselben vom Nasenrücken des Brillenbedürftigen zu messen gestattet.
Bei der Konstruktion eines solchen Pupillendistanzmessers sind verschiedene Eigenheiten zu berücksichtigen, die mit den Augen des Prüflings einerseits und den Augen des Untersuchenden anderseits verbunden sind:
Was den Prüfling betrifft, möchte man bei derartigen Messungen auf die Anwendung von Medikamenten verzichten, mit denen eine Ruhigstellung der stets in Bewegung befindlichen Pupillen erzwingbar wäre. Ohne eine solche Massnahme kommt man aber zu unsicheren Messwerten, wenn die Pupillenbilder in Beziehung zu einer geräteeigenen Messmarke gesetzt werden.
Der Umstand ferner, dass im allgemeinen bei verschiedenen Prüflingen die den beiden Pupillen gemeinsame Ebene auch einen verschiedenen Abstand vom Nasenrücken hat, erschwert die Einstellung des Gerätes relativ zur Pupillenebene, da als Anlagepunkt zwischen Gerät und Prüfling dessen Nasenrücken zu dienen hat. Schliesslich kommt es entscheidend darauf an, den absoluten Abstand der beiden Pupillenmitten voneinander mit hoher Genauigkeit zu messen, da hiervon die etwaige Konvergenz- oder Divergenz Stellung der Augenachsen beim Tragen der anzupassenden Brille abhängt.
Wenn nämlich dieser Abstand falsch gemessen wird, kann es eintreten, dass der Brillenträger zu einer solchen Konvergenz oder Divergenz der Augenachsen veranlasst wird, die ernstliche Sehstörungen zur Folge haben kann. Üblicherweise wird der Abstand eines jeden Auges von einer Symmetrielinie bzw. von dem Nasenrücken des Prüflings gemessen. Die Ermittlung des Absolutabstandes der Pupillenmitten setzt sich also aus zwei Einzelmessungen zusammen, so dass sich hierbei gemachte Fehler gegebenenfalls addieren. Ferner ist dafür Sorge zu tragen, dass der Prüfling bereits mit möglichst parallelgestellten Augenachsen in das Gerät blickt und nicht, was ihm meistens nicht bewusst wird, zu einer abweichenden Blickrichtung veranlasst wird.
Was schliesslich den Beobachter betrifft, so ist zunächst dem Umstande Rechnung zu tragen, dass dieser selbst auf einem Auge mehr oder weniger sehbehindert sein kann. Das Gerät soll also möglichst eine monokulare Beobachtung gestatten. Messfehler seitens des Beobachtenden können durch falsche Akkommodation seines Auges oder durch falsche Fokussierung des Okulares entstehen. Dies tritt vor allem dann ein, wenn sich die abbildenden Lichtbündel vor der Bilderzeugung nicht in ihrem ganzen Umfange lückenlos decken.
Der Pupillendistanzmesser nach der Erfindung ist ein monokulares Koinzidenzmessgerät, in welchem durch eine messbare Relativverschiebung optischer Elemente die beiden Pupillenbilder zur Koinzidenz gebracht werden. Das Gerät nach der Erfindung enthält zwei untereinander gleiche optische Systeme (Objektive), mit denen reelle Zwischenbilder der angezielten Pupillen des Prüflings erzeugt werden, ferner zwei messbar gemeinsam und gegeneinander senkrecht zur Achsstrahlrichtung verschiebliche strahlenversetzende Elemente sowie ein die Strahlengänge beider Systeme physikalisch vereinigendes System reflektierender Flächen. Aus reflektierenden Flächen zusammengesetzte, physikalisch strahlenvereinigende Systeme, insbesondere in Form zusammengesetzter Prismen, sind an sich bekannt.
Ihnen allen gemeinsam ist eine teildurchlässig reflektierende Schicht, durch welche ein Teil des einen Strahls hindurchtritt, und an der ein Teil des anderen Strahls in Richtung des durchtretenden ersten Strahls abgelenkt wird. Diese Systeme sind im allgemeinen so ausgebildet, dass die beiden Teilstrahlengänge bis zu ihrer Vereinigung an der teildurchlässigen Reflexionsfläche gleiche optische Weglängen haben. Im weiteren Verlauf hinter ihrer Vereinigung überdecken sich daher die beiden Lichtbündel vollkommen, so dass keine Messfehler durch falsche Akkommodation des Beobachterauges oder falsche Fokussierung des Okulares entstehen können.
Zweckmässig werden die beiden abbildenden Systeme zweiteilig ausgebildet und so angeordnet, dass die Pupillen des hineinschauenden Prüflings sich mindestens annähernd in der gemeinsamen objektseitigen Brennebene der objektseitigen Systemteile befinden, während die beiden strahlenversetzenden Elemente mit der bildseitigen Brennebene dieser Systemteile zusammenfallen. Auf diese Weise erhält das Gerät einen objektseitig telezentrischen Hauptstrahlengang. Seine Einstellung wird damit unabhängig vom Abstand der Scheitelpunkte der Augen des Prüflings von seinem Nasenrücken.
Das Strahlenvereinigungssystem ist vorteilhaft den beiden objektseitigen Objektivteilen und den strahlenversetzenden Elementen nachgeordnet. Die in dieses System eintretenden beiden Strahlenbündel sind dann mindestens annähernd in sich parallel. Ein beiden ob jektseitigen Objektivteilen gemeinsamer bildseitiger Objektivteil ist zweckmässig dem Strahlenvereinigungssystem nachgeordnet. Das von den Objektiven erzeugte Zwischenbild (Koinzidenzbild) wird vorteilhaft durch ein Okular beobachtet.
Die beiden messbar gemeinsam und gegeneinander senkrecht zur Achsstrahlrichtung verschieblichen, strahlenversetzenden Elemente bestehen zweckmässig in zwei dem Strahlenvereinigungssystem vorgeordneten optischen Linsen schwacher Brechkraft, welche beispielsweise mittels eines Schlittens gemeinsam und unabhängig davon - mittels eines Zahnstangengetriebes gegeneinander verschieblich sind.
Durch sie wird, wenn auch nur in geringem Masse, die Parallelität des austretenden Strahlenbündels gestört. Dies kann jedoch vermieden werden, wenn die strahlenversetzenden Linsen und die ihnen objektseitig vorgeordneten Objektivteile so aufeinander abgestimmt sind, dass die aus den strahlenversetzenden Linsen bildseitig austretenden Hauptstrahlen mindestens annähernd parallel gerichtet sind. In diesem Sinne kann man beispielsweise die objektseitigen Objektivteile so einrichten, dass sie einen schwach divergenten Strahlengang erzeugen, welcher durch die sammelnde Wirkung positiver strahlenversetzender Linsen wieder parallel gemacht wird. Umgekehrt kann man aber auch die objektseitigen Objektivteile so einrichten, dass sie einen schwach konvergenten Strahlengang erzeugen.
In diesem Falle wählt man für die strahlenversetzenden Elemente schwach zerstreuende Linsen, die so bemessen sind, dass die sie verlassenden Strahlenbündel in sich parallel verlaufen.
Im folgenden ist der Aufbau und die Wirkungsweise des Pupillendistanzmessers nach der Erfindung an Hand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert:
Die Pupillenmitten der beiden Augen des Prüflings sind mit P1 und P2 bezeichnet. Die Strecken 41 und 82 geben die Variationsbreite der normalerweise in Betracht zu ziehenden Pupillenabstände von einer Symmetrieachse an, die in der Zeichnung als strichpunktierte Linie angedeutet ist. Der absolute Abstand zwischen P1 und P2 ist mit S bezeichnet, während mit s1 der Abstand des rechten Patientenauges und mit s2 der des linken Auges von der Symmetrielinie angegeben wird.
Bei richtiger Haltung des Patientenkopfes gegen über dem durch das Gehäuse G zusammengefassten Gerät fällt die Symmetrieachse im allgemeinen mit dem Nasenrücken des Patienten zusammen. Ungefähr im Abstand der Brennweite f von den Pupillenmitten P1, P2 befinden sich die objektseitigen Teile Oi, 2 der Objektive. Die Pupillenmitten werden näherungsweise im Unendlichen angebildet, und die die Objektivteile O und 2 verlassenden Strahlenbündel sind nahezu parallel.
Im bildseitigen Abstandfvon den Objektivteilen O, und 02 befinden sich die beiden Linsen A1 und A2 schwacher Brechkraft. Die optischen Daten von Oi und A1 bzw. 2 und A2 sind in diesem Falle so aufeinander abgestimmt, dass die die Linsen A1 und A2 verlassenden Lichtbüschel in sich parallel sind. Die beiden parallelen Teilstrahlengänge werden durch das Prismensystem Prl, Pr2 vereinigt. Diese Prismenkombination enthält eine teildurchlässige Reflexionsschicht Z, welche einen Teil des linken Strahlenbündels unabgelenkt hindurchlässt, während ein Teil des rechten Strahlenbündels an ihm in die Richtung des hindurchtretenden Strahlenbündels reflektiert wird.
Die parallel austretenden vereinigten Strahlenbündel werden durch den bildseitigen Objektivteil 03 in der Bildebene Q-Q vereinigt. Das dort entstehende reelle Bild wird durch das Okular OK beobachtet, das eine Feldlinse 04 und die Augenlinse 05 enthält.
Die Linsen A1 und A2 sind über ein Ritzel R und zwei von diesem gegenläufig betätigten Zahnstangen miteinander gekuppelt. Das Ritzel ist mit einer Messtrommel T verbunden, auf welcher an einem Index die Relativverschiebung der beiden Linsen gemessen werden kann. Die ganze Vorrichtung ist in einem gemeinsamen Schlitten gelagert, mit dessen Hilfe sie als Ganzes senkrecht zur Symmetrielinie des Gerätes verschoben werden kann. In der Symmetrieachse der Anordnung befindet sich eine Marke M, welche über eine Linse 6 und ein Reflexionsprisma Pr3 sowie die halbdurchlässigen Spiegel Spl, Sp2 in die Teil-Strahlengänge eingespiegelt werden.
Die Messung mit dem beschriebenen Gerät geht folgendermassen vor sich: das Gerät und der zu untersuchende Patient werden so gegeneinander fixiert, dass die Symmetrielinie des Gerätes senkrecht auf den Nasenrücken des Prüflings bzw. auf die Verbindungslinie seiner beiden Augenpupillen zeigt. Der Prüfling blickt auf die beiden eingespiegelten Bilder der Fixier marke M. Zunächst wird das Okular OK auf ein in der Bildebene Q-Q befindliches oder abgebildetes Strichkreuz eingestellt. Das im Okular erscheinende Bild wird im allgemeinen zunächst keine vollkommene Überdeckung der beiden Pupillenbilder zeigen. Durch Drehen der Messtrommel T werden nunmehr die beiden Linsen A1 und A5 derart relativ gegeneinander verschoben, dass die beiden Pupillenbilder miteinander koinzidieren.
Da im allgemeinen die ohne weiteres nicht zu unterdrückenden Pupillenbewegungen gleichsinnig verlaufen, bleibt trotz der Unruhe die Koinzidenz erhalten. Da jedoch gemeinhin die Pupillen nicht streng symmetrisch zum Nasenrücken des Prüflings liegen,wird das so eingestellte Koinzidenzbild häufig nicht in der Mitte des Gesichtsfeldes erscheinen. Durch Betätigung eines zweiten Triebes R, der koaxial zur Messtrommel T angeordnet sein kann, wird das Linsenpaar A1, A2 gemeinsam verschoben, bis das Koinzidenzbild mit dem im Gesichtsfeld des Okulars erscheinenden Strichkreuz zusammenfällt.
Während durch die vorangegangene Relativverschiebung der beiden Linsen A1 und A2 der absolute Abstand S der Pupillenmitten voneinander gemessen wird, gibt die Gesamtverschiebung des Versetzungssystems ein Mass für die Lage der beiden Augenpupillen relativ zur Symmetrieachse des Gerätes und damit auch relativ zum Nasenrücken des Untersuchten, der ja mit der Symmetrieachse des Gerätes zusammenfällt. Man kann also aus zwei Einstellungen, nämlich einer Koinzidenzeinstellung und der nachfolgenden Verschiebung des Koinzidenzbildes auf die Gesichtsfeldmitte, alle drei Messgrössen S, s1 und s1 ermitteln.
Die in der Abbildung dargestellte Prismenkombination ist nur ein Beispiel. Man kann anstelle der Reflexionsflächen von Prismen auch Spiegel, und anstelle der halbdurchlässigen Zwischenschicht eine teilverspiegelte Glasplatte wählen. Ebenso können die als Strahlenversetzungsmittel wirkenden Linsen A1 und A2 durch schwenkbare Spiegel gebildet werden. Es müsste dann durch die Messtrommel T eine sinngemässe Schwenkung der Spiegelflächen herbeigeführt werden.
Eine solche Anordnung stellt allerdings ziemlich hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Geräteausführung, so dass man im allgemeinen die Linsen schwacher Brechkraft vorziehen wird.