DE19636472A1 - Keratometrische Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine keratometrische Anordnung, bei der Beleuchtungsstrahlen parallelen Lichtes auf die Cornea gerich­ tet sind, eine drehbare optische Einheit in der von der Cornea reflektierten Strahlung vorgesehen ist und eine Abbildung die­ ser Strahlung auf eine fotoelektrische Empfängeranordnung er­ folgt.

In der Augenoptik und Augenmedizin werden keratometrische An­ ordnungen (auch als Ophtalmometer bezeichnet) vor allem zur Be­ stimmung der Krümmungsradien der Cornea genutzt. Ihr Einsatz erfolgt aber auch zur Vermessung von Kontaktlinsen, zur Beur­ teilung progressiver Hornhautveränderungen (z. B. Keratokonus) und auch bei der Suche nach hornhautbedingten Refraktionsfeh­ lern. Generell werden mit all diesen Anordnungen Radien ermit­ telt; durch Umrechnung mit der Flächenbrechwertformel kommt man zu einem Hornhautbrechwert, der an den meisten Geräten direkt abgelesen werden kann.

In der Gerätetechnik haben sich Keratometer durchgesetzt, die nach dem Koinzidenzprinzip arbeiten. Allen Koinzidenzgeräten liegt das gleiche Meßprinzip zugrunde, nach dem zwei Testmarken auf die Cornea projiziert und die Bildabstände der von dort re­ flektierten Testmarken ermittelt werden. Sind die Abmessungen des Objektes (mindestens zwei getrennte Testmarken oder Punkte) und der Abstand vom Bild zum Objekt bekannt, kann daraus der Krümmungsradius bestimmt werden. Die Spiegelung der Testmarken erfolgt dabei in einer zentralen Zone der Cornea mit einem Durchmesser von ca. 3,2 mm.

Bei diesen Geräten wird der Entfernungsunabhängigkeit eine gro­ ße Bedeutung beigemessen. Mit dem Einsatz von Kollimatoren im Beleuchtungsstrahlengang wird der erste Entfernungsfehler aus­ geschlossen, da die Testmarken nach unendlich abgebildet wer­ den. Der Abstand des Prüflings zum Gerät hat damit keinen Ein­ fluß auf die Größe der Spiegelbilder der Testmarken. Der Meß­ strahlengang erfüllt die zweite Bedingung der Entfernungsunab­ hängigkeit, er ist telezentrisch aufgebaut; eine Aperturblende im Fokus eines Objektives sorgt dafür, daß nichtparallele Strahlen ausgeblendet werden und somit nicht zur Detektion ge­ langen. Eine Abstandsveränderung zwischen Prüfkörper und Objek­ tiv bleibt somit ohne Einfluß auf die Genauigkeit der Messung.

Keratometer nach dem Koinzidenzprinzip sind sehr preiswert und ermöglichen eine genaue Radienbestimmung. Nachteilig ist, daß der Meßvorgang selbst wie auch die Auswertung der Meßdaten nur von geübten Bedienern vorgenommen werden kann.

Um dem abzuhelfen, wurden automatische Keratometer entwickelt, bei denen mehrere Meßmarken, vorwiegend durch Infrarot-LED′s mit bekannter geometrischer Anordnung (Punkte, Linien, Kreise) erzeugt, auf die Hornhaut abgebildet werden. Die Lage ihrer Spiegelbilder wird von Detektionseinrichtungen erfaßt und an­ schließend von Rechenprogrammen im Hinblick auf die Hauptkrüm­ mungsrichtung und die dazugehörigen Radien ausgewertet. Als De­ tektoren kommen CCD-Zeilen oder auch komplette CCD-Kameras zum Einsatz. Automatisch messende Keratometer sollen die beiden Be­ dingungen der Entfernungsunabhängigkeit erfüllen und einen ge­ ringen relativen Fehler zulassen. In jüngster Zeit sind automa­ tische Keratometer entwickelt worden, die nach dem Prinzip der Bilddrehung bei feststehender Lichtquelle und feststehender De­ tektionseinrichtung arbeiten.

Eine solche keratometrische Anordnung ist beispielsweise in der US Patentschrift 4,770,523 veröffentlicht. Hier gelangt paral­ leles Licht aus zwei schlitzförmigen Lichtquellen über eine optische Einheit, die um eine Referenzachse drehbar ist, und über ein Objektiv auf die Cornea. Die beiden Lichtbündel sind vor dem Auftreffen auf die Cornea axialsymmetrisch zur Referen­ zachse ausgerichtet und um gleiche Winkel in Bezug auf die Re­ ferenzachse geneigt. Das von der Cornea reflektierte Licht wird, wiederum über das Objektiv und die zwischen den Licht­ quellen und dem Objektiv angeordnete drehbare optische Einheit, auf einen linearen Empfänger abgebildet.

Nachteilig hierbei ist, daß die drehbare optische Einheit sowie das Objektiv große Abmessungen aufweisen müssen, weil die volle Beleuchtungsapertur über eine Übertragungslinse in die optische Einheit übertragen wird. Das wirkt sich auf die Baugröße der gesamten Anordnung nachteilig aus. Außerdem ist die beschriebe­ ne Anordnung nicht für punktförmige Lichtquellen geeignet; es müssen erst schlitzförmige Lichtquellen erzeugt werden, um ein Auswandern der Strahlengänge seitlich zur Empfängerzeile zu kompensieren.

In der US-Patentschrift 4,660,946 ist eine ringförmige Beleuch­ tungsquelle vorgesehen, die über eine ringförmige Zylinderlinse in Parallelstrahlen auf die Cornea abgebildet wird. Auch hier sind die Parallelstrahlen vor dem Auftreffen auf die Cornea axialsymmetrisch zur Referenzachse ausgerichtet und um gleiche Winkel in Bezug auf die Referenzachse geneigt. Das von der Cor­ nea reflektierte Licht wird in einem telezentrischen Strahlen­ gang zunächst in mehrere Teilstrahlen aufgespalten und gelangt dann auf eine Empfängerzeile.

Nachteilig dabei ist einmal, daß die Herstellung der ringförmi­ gen Zylinderlinse recht aufwendig ist; zum anderen wird durch die ringförmige Zylinderlinse eine kollimierende Wirkung auch in Richtungen erzeugt, die für die Funktion der Anordnung uner­ wünscht sind.

In der US-Patentschrift 4,597,648 sind Lichtleiter zur Schaf­ fung mehrerer, auf dem Umfang eines Kreises angeordneter Punkt­ lichtquellen eingesetzt. Dabei sind die Austrittsenden einer Vielzahl von Lichtleitfasern in regelmäßigen Abständen auf ei­ nem Ring angeordnet und bewirken so eine ringförmige Beleuch­ tung der Cornea. Die Auswertung der reflektierten Lichtquellen­ bilder erfolgt über ein rotierendes Pechan-Prisma und eine Emp­ fängerzeile.

Aufgrund des nicht telezentrischen Strahlenganges sind zusätz­ liche Mittel erforderlich, um die Fokuslage der Abbildung zu überprüfen, was sich nachteilig auf die Baugröße eines nach diesem Prinzip arbeitenden Keratometers auswirkt.

Eine weitere keratometrische Anordnung ist in GB 2177813 A be­ schrieben. Hier sind zwei punktförmige Lichtquellen symmetrisch zu einer optischen Achse angeordnet; das von den beiden Licht­ quellen kommende Licht ist auf eine Oberfläche gerichtet, die optisch charakteristische Merkmale aufweist und die zu vermes­ sen ist (Cornea). In dem von dieser Oberfläche reflektierten Strahlengang ist ein Paar von verdoppelnden optischen Elementen zur Bildaufspaltung vorgesehen, die um eine zur optischen Achse senkrechte Drehachse gegeneinander verschwenkbar sind, wodurch zwei Abbildungen der reflektierten Strahlung in entgegengesetz­ te Richtungen gegeneinander verschiebbar sind und zur Koinzi­ denz gebracht werden müssen.

Auch hier ist nachteilig, daß der Meßvorgang und die Auswertung der Daten nur von geschultem und geübtem Personal vorgenommen werden können.

Ausgehend vom dargelegten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung so weiter­ zubilden, daß unter Beibehaltung der Möglichkeit der automati­ schen Meßwerterfassung der Gesamtaufbau der Anordnung noch wei­ ter vereinfacht und/oder die Baugröße verringert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung der oben genannten Art dadurch gelöst, daß im Strahlengang zwischen der drehbaren optischen Einheit und der Empfängeranordnung eine Zy­ linderlinse vorgesehen ist.

Aufgrund dessen, daß die Zylinderlinse nur in einer Ebene ab­ bildet, ergibt sich insbesondere bei Einsatz zeilenförmiger Empfängeranordnungen der Vorteil, daß auch bei einer seitlichen Verschiebung des Auges quer zur Beleuchtungsebene oder bei astigmatischem Auge die Bilder der Lichtquellen auf der Empfän­ gerzeile liegen. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, erst schlitzförmige Lichtquellen zu erzeugen, um einem seitlichen Auswandern und einer dadurch bedingten Meßwertverfälschung vor­ zubeugen.

Vorteilhaft ist es weiterhin, in den Strahlengängen vor- und hinter der drehbaren optischen Einheit telezentrische Blenden vorzusehen, auf welche die Beleuchtungsstrahlung und auch das von der Cornea reflektierte Licht abgebildet werden; zwischen den telezentrischen Blenden und der drehbaren optischen Einheit sollten jeweils optische Elemente zur Erzeugung von zur opti­ schen Achse parallelen Strahlengängen, die auf die drehbare op­ tische Einheit gerichtet sind, angeordnet sein.

Hierdurch läßt sich mit einfachen Mitteln vermeiden, daß die volle Beleuchtungsapertur über eine Übertragungslinse in die drehbare optische Einheit übertragen werden muß, so daß diese wesentlich kleiner ausgeführt werden kann und demzufolge auch der Gesamtaufbau der Anordnung in bedeutend geringerer Größe ausführbar ist.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn zur Erzeugung des parallelen Lichtes zwischen der Beleuchtungsquelle und der Cornea eine Kombination aus mindestens einer optischen Baugruppe zur Erzeu­ gung parallelen Lichtes mit mindestens einem Axicon vorgesehen ist, wobei das Axicon so ausgerichtet ist, daß das auf das Axi­ con einfallende parallele Licht auf die Cornea gelenkt wird. Das Axicon kann dabei als beugendes, brechendes oder reflektie­ rendes Element ausgebildet sein. Die optische Baugruppe zur Er­ zeugung des parallelen Lichtes kann eine Strahlungsquelle mit vorgesetztem Kollimator sein.

Der Vorteil besteht darin, daß das von der Strahlungsquelle über den Kollimator auf das Axicon einfallende Licht auch nach der Beeinflussung durch das Axicon weiterhin parallel verläuft und so auf die Cornea trifft. Damit bleibt der parallele Strah­ lenverlauf erhalten und es können optische Bauelemente entfal­ len, die erst unmittelbar vor der Cornea paralleles Licht er­ zeugen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung, bei der zwei Be­ leuchtungsstrahlengänge parallelen Lichtes auf die Cornea ge­ richtet sind, ist die drehbare optische Einheit als reflektives Element ausgebildet. Dieses kann mit zwei reflektierenden Flä­ chen versehen sein, die einen Winkel von 90° einschließen. Die beiden reflektierenden Flächen sollten sich sowohl in den bei­ den Beleuchtungsstrahlengängen als auch in den Strahlengängen des von der Cornea reflektierten Lichtes befinden, wobei die Drehachse des reflektiven Elementes in der Symmetrieachse der Beleuchtungsstrahlengänge wie auch der reflektierten Strahlen­ gänge liegt und die Schnittgerade, in der sich die beiden re­ flektierenden Flächen durchdringen, senkrecht zur Drehachse ausgerichtet ist.

Diese Ausbildung des drehbaren optischen Elementes in Verbin­ dung mit seiner Einordnung in den Strahlungsverlauf hat eine bedeutende Reduzierung seiner Größe zur Folge und führt zu ei­ ner keratometrischen Anordnung geringer Baugröße.

Als reflektives Element kann vorteilhafterweise ein 90°-Prisma vorgesehen sein; denkbar ist dagegen auch, das reflektive Ele­ mente als 90°-Winkelspiegel auszubilden.

Zur Erzeugung der beiden Beleuchtungsstrahlengänge können zwei gesonderte Strahlungsquellen vorgesehen sein, denen jeweils ein Kollimator nachgeordnet ist, wobei beide Beleuchtungsstrahlen­ gänge auf das drehbare reflektive Element gerichtet sind.

Ergänzend dazu kann im Strahlengang zwischen dem drehbaren re­ flektiven Element und der Cornea mindestens ein Axicon vorgese­ hen sein, was zur Folge hat, daß der parallele Strahlenverlauf auch mit der Beeinflussung der Strahlungsrichtung erhalten bleibt und optische Bauelemente entfallen können, die erst un­ mittelbar vor der Cornea paralleles Licht erzeugen.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn im Beleuch­ tungsstrahlengang vor dem drehbaren reflektiven Element ein zweites Axicon angeordnet ist. Das sollte besonders dann der Fall sein, wenn das im Strahlengang zwischen dem drehbaren re­ flektiven Element und der Cornea angeordnete erste Axicon mit relativ kleinem Krümmungsradius, bezogen auf seine Radialsymme­ trie zur optische Achse, ausgeführt ist; dabei wird eine unge­ wünschte Ablenkung von Teilen des vom reflektiven Element kom­ menden Strahlenganges kompensiert bzw. die Bildung einer im Krümmungsradius liegenden Brennlinie vermieden. Das erste wie auch das zweite Axicon sollten parallel zueinander angeordnet sein und dabei die gleiche Gitterkonstante bzw., bei Ausführung als brechendes Element, gleiche Prismenwinkel aufweisen.

Eine alternative Ausgestaltung zur Vermeidung einer solch uner­ wünschten Brennlinie besteht darin, anstelle des zweiten Axicon vor dem drehbaren reflektiven Element eine Zylinderlinse anzu­ ordnen.

Im Strahlengang des von der Cornea reflektierten Lichtes hinter dem reflektiven Element kann eine Umlenkeinrichtung zur Ände­ rung der Strahlungsrichtung in Richtung auf die Empfängeranord­ nung vorgesehen sein. Damit ist es möglich, die Empfängeranord­ nung räumlich neben der Verlaufsrichtung der Hauptstrahlengänge zu positionieren, so daß eine störende Beeinflussung des Strah­ lenverlaufes ausgeschlossen ist.

Außerdem kann eine Einrichtung zur Auskopplung eines Beobach­ tungsstrahlenganges, etwa ein Lochspiegel, vorgesehen sein. Daraus folgt vorteilhaft, daß Justierungen und Messungen auch manuell vorgenommen werden können.

Besonders bevorzugt sollte anstelle der Umlenkeinrichtung und des Lochspiegels im Strahlengang des von der Cornea reflektier­ ten Lichtes ein Strahlteiler vorgesehen sein, der sowohl zur Umlenkung der Strahlungsrichtung in Richtung auf die Empfän­ geranordnung als auch zur Auskopplung eines Beobachtungsstrah­ lenganges dient.

Die Qualität der Abbildung der von der Cornea reflektierten Strahlung auf die Empfängeranordnung kann beeinflußt werden, indem vor dem drehbaren reflektiven Element mindestens eine Linse sowie eine Blende und nach der Umlenkeinrichtung weitere optische Elemente, darunter eine Zylinderlinse, angeordnet sind. Auch zwischen der Umlenkeinrichtung und dem drehbaren re­ flektives Element kann aus gleichem Grunde eine zusätzliche Op­ tik zur Abbildung der telezentrischen Blende in das reflektive Element vorgesehen sein.

Denkbar ist auch, die Umlenkeinrichtung zur Änderung der Strah­ lungsrichtung in Richtung auf die Empfängeranordnung zwischen zwei die Beleuchtungsstrahlung übertragenden Objektiven anzu­ ordnen. Dabei können die Objektive Ausnehmungen zum freien Durchlaß des reflektierten Lichtes aufweisen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung, bei der nicht nur zwei Beleuchtungsstrahlengänge parallelen Lichtes, sondern eine ringförmig und kollimierte Beleuchtung auf die Cornea gerichtet ist, ist die drehbare optische Einheit eben­ falls als reflektives Element ausgebildet. Dieses kann zwei re­ flektierende Flächen aufweisen, die einen Winkel von 90° ein­ schließen. Das reflektive Element sollte so angeordnet sein, daß sich die beiden reflektierenden Flächen in den Strahlengän­ gen des von der Cornea reflektierten Lichtes befinden, wobei die Drehachse des reflektiven Elementes in der Symmetrieachse der reflektierten Strahlengänge liegt und die Schnittgerade, in der sich die beiden reflektierenden Flächen durchdringen, senk­ recht zur Drehachse ausgerichtet ist.

Ebenso wie in der weiter oben beschriebenen Ausgestaltung kann auch hier im Strahlengang zwischen dem drehbaren reflektiven Element und der Cornea mindestens ein Axicon vorgesehen sein, wodurch der parallele Strahlenverlauf erhalten bleibt und opti­ sche Bauelemente entfallen können, die erst unmittelbar vor der Cornea paralleles Licht erzeugen müssen. Zur Erzeugung der ringförmigen, unmittelbar auf die Cornea gerichteten Beleuch­ tung kann mindestens ein mindestens einer Strahlungsquelle nachgeordnetes Axicon vorgesehen sein.

So kann einer Strahlungsquelle ein Kollimator, ein erstes Axi­ con und ein zweites Axicon (zur Erzeugung einer ringförmigen kollimierten und achsparallelen Beleuchtungsstrahlung), ein Lochspiegel (zur seitlichen Einblendung der achsparallelen Be­ leuchtungsstrahlung in Richtung des Auges) und ein drittes Axi­ con (zur Richtungsänderung der Beleuchtung auf die Cornea) vor­ gesehen sein, wobei der Lochspiegel so angeordnet ist, daß das von der Cornea reflektierte Licht durch die Ausnehmung im Loch­ spiegel zum drehbaren reflektiven Element gelangt.

In einer weiteren Ausgestaltungsvariante kann vorgesehen sein, daß zur Erzeugung der ringförmigen kollimierten Beleuchtung mehrere Strahlungsquellen auf einem Kreisumfang verteilt ange­ ordnet sind, vor den Strahlungsquellen eine telezentrische Blendenanordnung und im Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Blendenanordnung und der Cornea eine Linse vorgesehen sind, wo­ bei die telezentrische Blendenanordnung im ihrem Zentrum eine Ausnehmung aufweist, durch die das von der Cornea reflektierte Licht zum drehbaren reflektiven Element gelangt.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel nä­ her erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen An­ ordnung mit einer Zylinderlinse vor der Emp­ fängeranordnung,

Fig. 2 eine Ausgestaltung mit achsparallelem Licht in der drehbaren optischen Einheit,

Fig. 3 eine Ausgestaltung mit ringförmiger Beleuch­ tung,

Fig. 4a eine Ausgestaltung mit drehbarem 90°-Prisma in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4b die Ausgestaltung nach Fig. 4a in Schnittdar­ stellung,

Fig. 5 eine Ausgestaltung mit ringförmiger Beleuch­ tung und drehbarem 90°-Prisma,

Fig. 6 eine Ausgestaltung mit Übertragungsobjektiven im reflektierten Licht.

In Fig. 1 sind zwei Strahlungsquellen 1a und 1b vorgesehen, die je ein Lichtbündel 2a und 2b aussenden. Jedem Lichtbündel ist ein Kollimator 3a, 3b zugeordnet. Beide Lichtbündel durchlaufen die Linse 4, eine erste telezentrische Blende 5, eine Linse 6, ein drehbares optisches Element 7, eine Linse 8, eine zweite telezentrische Blende 9, eine Linse 10, der ein Axicon 11 nach­ geschaltet ist, und treffen als getrennte Bündel parallelen Lichtes auf die Cornea 13 eines menschlichen Auges 14. Zwischen dem Axicon 11 und der Cornea 13 sind beide Beleuchtungsstrahlen symmetrisch zu einer Referenzachse, in diesem Fall der opti­ schen Achse 12, geneigt. Das von der Cornea 13 reflektierte Be­ leuchtungslicht passiert ohne Beeinflussung das Axicon 11, das nur in einem äußeren Bereich optisch wirksame Zonen aufweist, und wird auf demselben Weg zurückgeführt durch die Linse 10, die telezentrische Blende 9, die Linse 8, das drehbare optische Element 7, die Linse 6, die telezentrische Blende 5, die Linse 4 und wird dann über eine Zylinderlinse 15 auf eine CCD- Empfängerzeile 16 abgebildet.

Als drehbares optisches Element wird in diesem Fall ein Dove-Prisma eingesetzt, wobei die Drehachse in der optischen Achse 12 liegt. Wird beim Betreiben dieser Anordnung das optische Element 7 um seine Drehachse gedreht, erfolgt sowohl eine Dre­ hung der Beleuchtungsebene wie auch des Bildes der CCD- Empfängerzeile 16 um die optische Achse 12; damit kann eine Krümmungsmessung über die gesamte Cornea 13 erfolgen, da sich mit einer Änderung des Krümmungsradius auf der Cornea 13 auch der Abstand der in Bildpunkten dargestellten Beleuchtungsstrah­ lung in der durch die Beleuchtung und die Emfpängerzeile 16 aufgespannten Meßebene ändert. Aus dem Abstand der Lichtquel­ lenbilder auf der Empfängerzeile 16 wird der jeweilige Krüm­ mungsradius beispielsweise wie folgt bestimmt:

Der Bildpunktabstand auf der Zeile wird mittels Diskriminatoren und eines ersten Zählers, der die CCD-Pixel zwischen den an­ steigenden Flanken zählt, gemessen. Der Wert wird in einen zweiten und dritten Zähler übernommen, die am Ende des Meßvor­ ganges den maximalen und minimalen Pixelabstand, entsprechend den Krümmungsradien in den beiden Hauptschnitten, enthalten sollen. Ein erster Winkelzähler zählt simultan die Stellung ei­ nes Winkelencoders, der den Drehwinkel des Prismas angibt. Beim nächsten Winkelschritt erreicht der erste Zähler den der neuen Lage des Bildes entsprechenden Pixelabstand. Dieser wird nun mit dem Stand des zweiten und dritten Zählers verglichen. Je nachdem, ob er kleiner oder größer ist, wird er in den zwei­ ten oder dritten Zähler übernommen. Ein zweiter Winkelzähler übernimmt den Wert des ersten Winkelzählers, wenn der zweite oder dritte Zählerstand geändert wird.

Am Ende einer Umdrehung (oder einer halben oder einer viertel Umdrehung, je nach Auslegung der Anordnung) steht im zweiten Zähler der maximale Bildpunktabstand, im dritten Zähler der mi­ nimale Bildpunktabstand und im zweiten Winkelzähler die den Zählerständen im zweiten und dritten Zähler zugeordnete Lage der betreffenden Hauptachse. Dem Bildpunktabstand ist der Krüm­ mungsradius proportional, so daß nach einer weiteren Zählerum­ setzung der Krümmungsradius direkt angezeigt werden kann.

Eine weitere Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Im Gegensatz zur vorher beschriebenen Ausgestal­ tungsvariante sind hier mehrere auf einen Kreisumfang verteilte Strahlungsquellen 1c vorgesehen, in deren Strahlengang eine te­ lezentrische Blendenanordnung 17 sowie eine Linse 18 angeordnet sind, so daß das Beleuchtungslicht ringförmig und kollimiert auf die Cornea 13 trifft. Die Beleuchtungsstrahlung trifft kon­ zentrisch und zur optischen Achse 12 geneigt auf die Cornea 13 und wird von dort reflektiert. Wie bei der weiter oben be­ schriebenen Ausgestaltungsvariante (Fig. 1) wird auch hier das von der Cornea 13 reflektierte Licht über die Linse 18, die te­ lezentrische Blende 9, eine Linse 8, das drehbare optische Ele­ ment 7 (in diesem Fall ebenfalls ein Dove-Prisma), die Linse 6, die telezentrische Blende 5, die Linse 4 und die Zylinderlinse 15 auf die CCD-Empfängerzeile 16 abgebildet. Das Dove-Prisma ist auch hier um die optische Achse 12 drehbar gelagert. Wird bei Betreiben dieser Anordnung das Dove-Prisma um die optische Achse 12 gedreht, wird das Bild der Empfängerzeile 16 um die optische Achse 12 gedreht, so daß die Krümmungsmessung über die gesamte Cornea 13 erfolgen kann, wobei sich, wie im Beispiel nach Fig. 1, bei der Drehung der Bildpunktabstand entsprechend dem Krümmungsradius der Cornea 13 in der durch die Empfänger­ zeile 16 aufgespannte Meßebene ändert. Auch hier kann aus dem Abstand der Lichtquellenbilder auf der CCD-Empfängerzeile 16 der jeweilige Krümmungsradius bestimmt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist in Fig. 3 darge­ stellt. Hier ist eine einzelne Strahlungsquelle 1d vorgesehen, in deren Strahlengang 2d ein Kollimator 19 sowie ein Axicon 20 angeordnet sind. Im Kreiskegel des vom Axicon 20 erzeugten pa­ rallelen Lichtes ist ein weiteres Axicon 21 angeordnet, dem im weiteren Strahlenverlauf ein Lochspiegel 22 sowie nochmals ein Axicon 23 nachgeschaltet sind. Auch hier trifft eine ringförmi­ ge kollimierte Beleuchtung gegen die optische Achse 12 geneigt auf die Cornea 13. Das von der Cornea 13 reflektierte Licht passiert unbeeinflußt das Axicon 23, da dieses nur am äußeren Umfang optisch wirksame Zonen aufweist, und gelangt über die Linse 24, durch die Ausnehmung 43, weiter über die telezentri­ sche Blende 9, die Linse 8, das drehbare optische Element 7, die Linse 6, die telezentrische Blende 5, die Linse 4 und die Zylinderlinse 15 auf die CCD-Empfängerzeile 16.

Gemäß dieser beispielhaft dargestellten Ausführung ist als drehbares optisches Element 27 ein Dove-Prisma eingesetzt, das um die optische Achse 12 drehbar gelagert ist. Beim Betreiben dieser Anordnung wird, wie bereits bei den oben beschriebenen Beispielen, die von der Cornea 13 reflektierte Beleuchtungs­ strahlung auf die CCD-Empfängerzeile abgebildet. Wird dabei das Dove-Prisma um seine optische Achse 12 gedreht, erfolgt eine Drehung des Bildes der CCD-Empfängerzeile 16 um die optische Achse 12, so daß die Krümmungsmessung über die gesamte Cornea 13 erfolgen kann, wobei sich mit der Drehung der Bildpunktab­ stand entsprechend dem Krümmungsradius der Cornea 13 in der durch die Beleuchtung und die CCD-Empfängerzeile 16 aufgespann­ ten Meßebene ändert. Der Abstand der Lichtquellenbilder auf der CCD-Empfängerzeile 16 ist ein Maß für den jeweiligen Krümmungs­ radius auf der Cornea 13.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 4a und Fig. 4b dargestellt. Dabei zeigt Fig. 4a eine perspek­ tivische Darstellung, während in Fig. 4b die gleiche Ausgestal­ tung im Schnitt durch die optische Achse 12 zu sehen ist. Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 4b die Beleuchtungsstrah­ lung 2e, 2f in die Zeichenebene gedreht dargestellt. Es sind zwei punktförmige Strahlungsquellen 1e und 1f vorgesehen, denen jeweils ein Kollimator 3e und 3f nachgeschaltet ist. Die beiden Bündel parallelen Lichtes 2e, 2f werden zunächst auf den äuße­ ren optisch wirksamen Bereich eines Axicon 26 und von dort, ebenfalls als paralleles Licht, auf ein drehbares reflektieren­ des Element 27 gelenkt. Das reflektierende Element 27 ist als Prisma ausgebildet, bei dem die unter 90° gegeneinander geneig­ ten reflektierenden Flächen 27a, 27b bis zu ihrer gemeinsamen Schnittgeraden 35 ausgedehnt sind. Die Drehachse des 90°-Prisma liegt in der durch die Einstrahlungsrichtungen der Beleuch­ tungsstrahlen 2e und 2f aufgespannten Ebene; sie bildet zu­ gleich die Winkelhalbierende des von den beiden Beleuchtungs­ strahlen 2e und 2f eingeschlossenen Winkels. Die vom 90°-Prisma 27 reflektierte Beleuchtungsstrahlung 2e und 2f passiert den inneren Bereich der optisch wirksamen Zonen des Axicon 26 und wird dabei auf die Cornea 13 gelenkt. Im Strahlengang des von der Cornea 13 reflektierten Beleuchtungslichtes sind eine Linse 28 sowie eine telezentrische Blende 29 angeordnet. Im weiteren Strahlenverlauf ist ein Strahlenteiler 30 vorgesehen, an dessen Teilerfläche zunächst ein Beobachtungsstrahl ausgeblendet und über eine Linse 31 in eine CCD-Kamera 32 abgebildet wird. Der nicht abgelenkte Teil des Strahlenganges erreicht das drehbare 90°-Prisma 27, wird von dort wieder in Richtung auf den Strahlenteiler 30 reflektiert und von dessen Teilerfläche in Richtung auf die CCD-Empfängerzeile 34 abgebildet, der eine Zy­ linderlinse 33 und beispielhaft ein Filter 34 vorgeordnet sind. Wie in den vorher beschriebenen Ausgestaltungen ist der Abstand der Lichtquellenbilder auf der CCD-Empfängerzeile 34 ein Maß für den Krümmungsradius in der von den Beleuchtungsstrahlengän­ gen aufgespannten Ebene.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt.

So sind in Fig. 5 zunächst wie in Fig. 2 zur Erzeugung der ring­ förmigen kollimierten Beleuchtung mehrere Strahlungsquellen 1c auf einem Kreisumfang um die optische Achse 12 verteilt ange­ ordnet. Vor den Strahlungsquellen 1c ist eine telezentrische Blendenanordnung 17 und im Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Blendenanordnung 17 und der Cornea 13 eine Linse 18 vorge­ sehen. Die telezentrische Blendenanordnung 17 weist in ihrem Zentrum eine Ausnehmung 44 auf, durch die das von der Cornea 13 reflektierte Licht über eine telezentrische Blende 45, eine Linse 4 und den Strahlteiler 46 zum drehbaren reflektiven Ele­ ment 39 gelangt und von dort, analog zum Beispiel nach Fig. 4a bzw. Fig. 4b, wieder den Strahlteiler 46 erreicht und von dessen Teilerfläche auf die Zylinderlinse 40 bzw. die CCD-Empfängerzeile 41 umgelenkt wird.

In Fig. 6 sind in den Beleuchtungsstrahlengängen 2g, 2h zweier Strahlungsquellen 1g, 1h mit je einem vorgeordneten Kollimator 3g, 3h, die über ein drehbares reflektives Element 47 auf die Cornea 13 gerichtet sind, zwei übertragende Objektive 48, 49 vorgesehen. Das drehbare reflektive Element 47 ist in diesem Fall wieder ein 90°-Prisma. In die Zentren der Objektive 48, 49 sind Ausnehmungen 48a, 49a eingearbeitet. Im Strahlengang des von der Cornea 13 reflektierten Lichtes sind eine Linse 52, ein Lochspiegel 50 mit einer Ausnehmung 50a, eine telezentrische Blende 53 sowie ein Strahlteiler 51 angeordnet. Dem Lochspiegel 50 ist eine Linse 52 vorgeordnet.

Bei dieser beispielhaft dargestellten Ausgestaltung tritt das von der Cornea 13 reflektierte Licht zunächst durch die Ausneh­ mung 49a, wird danach von der Linse 52 zum Teil auf den Loch­ spiegel 50 gerichtet und zum Teil in die telezentrische Blende 52 abgebildet. Während der erste Teilstrahl durch die optisch wirksame Fläche des Lochspiegels 50 als Beobachtungsstrahlen­ gang über die Linse 55 auf die CCD-Kamera 33 gelenkt wird, er­ reicht der zweite Teilstrahl durch die telezentrische Blende 53 und den Strahlteiler 51 hindurch das drehbare reflektive Ele­ ment 47, wird von dort wieder auf den Strahlteiler 51 reflek­ tiert und von dessen Teilerfläche auf die CCD-Empfängerzeile 34 gelenkt. Hier erfolgt die Auswertung der Bildabstände beider Lichtquellenbilder wie oben beschrieben.

Bezugszeichenliste

1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h Strahlungsquellen
2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h Beleuchtungsstrahlung
3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h Kollimatoren
4 Linse
5 telezentrische Blende
6 Linse
7 drehbares optisches Einheit
8 Linse
9 telezentrische Blende
10 Linse
11 Axicon
12 optische Achse
13 Cornea
14 menschliches Auge
15 Zylinderlinse
16 CCD-Empfängerzeile
17 Blendenanordnung
18 Linse
19 Linse
20 Axicon
21 Axicon
22 Lochspiegel
23 Axicon
24 Linse
25 Prismen
26 Axicon
27 drehbares reflektives Element
27a, 27b reflektierende Flächen
28 Linse
29 telezentrische Blende
30 Strahlenteiler
31 Linse
32 CCD-Kamera
33 Zylinderlinse
34 CCD-Empfängerzeile
35 Schnittgerade
36 Beobachtungsstrahlengang
37 Objektiv
38 Objektiv
39 drehbares reflektives Element
39a, 39b reflektierende Flächen
40 Zylinderlinse
41 CCD-Empfängerzeile
42 Schnittgerade
43 Ausnehmung
44 Ausnehmung
45 telezentrische Blende
46 Strahlteiler
47 drehbares reflektives Element
48 Objektiv
49 Objektiv
50 Lochspiegel
51 Strahlteiler
52 Linse
53 telezentrische Blende
54 Filter
55 Linse

Claims (23)

1. Keratometrische Anordnung, bei der Beleuchtungsstrahlen pa­ rallelen Lichtes auf die Cornea gerichtet sind, eine dreh­ bare optische Einheit in der von der Cornea reflektierten Strahlung vorgesehen ist und eine Abbildung dieser Strah­ lung auf eine fotoelektrische Empfängeranordnung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen der drehbaren optischen Einheit (7) und der Empfängeranordnung (16) eine Zylinderlinse (15) vorgesehen ist.

2. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Strahlengängen vor- und hinter der drehbaren optischen Einheit (7) telezentrische Blenden (5, 9) vorgesehen sind, auf welche die Beleuchtungsstrahlung und das von der Cornea (13) reflektierte Licht abgebildet werden und daß zwischen den telezentrischen Blenden (5, 9) und der drehbaren optischen Einheit (7) jeweils optische Elemente zur Erzeugung von achsparallelen Strahlen in Rich­ tung der drehbaren optischen Einheit (7) vorgesehen sind.

3. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Beleuchtungsquelle und der Cornea (13) eine Kombination aus mindestens einem Element zur Erzeugung parallelen Lichtes mit mindestens einem Axi­ con (11) vorgesehen ist, wobei das Axicon (11) als beugen­ des, brechendes oder reflektierendes Element ausgebildet und so im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet ist, daß das auf das Axicon (11) einfallende parallele Licht auf die Cornea (13) gelenkt wird.

4. Keratometrische Anordnung, bei der zwei Beleuchtungsstrah­ lengänge parallelen Lichtes auf die Cornea gerichtet sind, eine drehbare optische Einheit in der von der Cornea re­ flektierten Strahlung vorgesehen ist und eine Abbildung dieser Strahlung auf eine fotoelektrische Empfängeranord­ nung erfolgt, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehbare optische Einheit als reflektives Element (27) ausgebildet ist, welches sowohl in den Verlauf der beiden Beleuchtungsstrahlengänge (1e, 1f) als auch in den Verlauf der Strahlengänge des von der Cornea reflek­ tierten Lichtes eingeordnet ist.

5. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das drehbare reflektive Element (27) mit zwei reflektierenden Flächen (27a, 27b) versehen ist, die einen Winkel von 90° einschließen und die Drehachse des reflekti­ ven Elementes (27) in der Symmetrieachse der Beleuchtungs­ strahlengänge (2e, 2f) wie auch der reflektierten Strahlen­ gänge liegt, wobei die Schnittgerade (35), in der sich die beiden reflektierenden Flächen (27a, 27b) durchdringen, senkrecht zur Drehachse ausgerichtet ist.

6. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als reflektives Element (27) ein 90°-Prisma vorgesehen ist.

7. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der beiden Beleuchtungs­ strahlengänge (2e, 2f) zwei gesonderte Strahlungsquellen (1e, 1f) vorgesehen sind, denen jeweils ein Kollimator (3e, 3f) nachgeordnet ist, und daß beide Beleuchtungsstrah­ lengänge (2e, 2f) auf das drehbare reflektive Element (27) gerichtet sind.

8. Keratometrische Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen dem drehbaren reflektiven Element (27) und der Cornea (13) min­ destens ein Axicon (26a) vorgesehen ist.

9. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Beleuchtungsstrahlengang vor dem drehbaren reflektiven Element ein zweites Axicon (26b) angeordnet ist.

10. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Beleuchtungsstrahlengang vor dem drehbaren reflektiven Element (27) eine Zylinderlinse angeordnet ist.

11. Keratometrische Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des von der Cornea (13) reflektierten Lichtes nach dem reflektiven Ele­ ment (27) eine Umlenkeinrichtung zur Änderung der Strah­ lungsrichtung in Richtung auf die Empfängeranordnung (34) vorgesehen ist.

12. Keratometrische Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des von der Cornea (13) reflektierten Lichtes ein Lochspiegel zur Aus­ kopplung eines Beobachtungsstrahlenganges (36) vorgesehen ist.

13. Keratometrische Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des von der Cornea (13) reflektierten Lichtes ein Strahlteiler (30) vorgesehen ist, der sowohl zur Umlenkung der Strahlungs­ richtung in Richtung auf die Empfängeranordnung (34) als auch zur Auskopplung eines Beobachtungsstrahlenganges (36) dient.

14. Keratometrische Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des von der Cornea (13) reflektierten Lichtes vor dem drehbaren reflek­ tiven Element (27) mindestens eine Linse (28) sowie eine telezentrische Blende (29) vorgesehen sind.

15. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Umlenkeinrichtung und dem dreh­ baren reflektiven Element (27) eine zusätzliche Optik zur Abbildung der telezentrischen Blende (29) in das reflektive Element (27) vorgesehen ist.

16. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Strahlengang vor und nach der Umlenkein­ richtung je ein die Beleuchtungsstrahlung übertragendes Ob­ jektiv (37, 38) angeordnet ist.

17. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Objektive (37, 38) Ausnehmungen zum freien Durchlaß des reflektierten Lichtes aufweisen.

18. Keratometrische Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des von der Cornea (13) reflektierten Lichtes vor der Empfängeranord­ nung (34) eine Zylinderlinse (33) vorgesehen ist.

19. Keratometrische Anordnung, bei der eine ringförmig und kol­ limierte Beleuchtung auf die Cornea gerichtet ist, eine drehbare optische Einheit in der von der Cornea reflektier­ ten Strahlung vorgesehen ist und eine Abbildung dieser Strahlung auf eine fotoelektrische Empfängeranordnung er­ folgt, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die drehbare optische Einheit als reflektives Ele­ ment (27) ausgebildet ist, welches in den Verlauf der Strahlengänge des von der Cornea reflektierten Lichtes ein­ geordnet ist.

20. Keratometrische Anordnung 19, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare reflektive Element (39) mit zwei reflektieren­ den Flächen (39a, 39b) ausgebildet ist, die einen Winkel von 90° einschließen, wobei seine Drehachse konzentrisch zur Einstrahlungsrichtung des von der Cornea (13) reflektierten Lichtes angeordnet und die Schnittgerade (42), in der sich die beiden reflektierenden Flächen (39a, 39b) durchdringen, senkrecht zur Drehachse ausgerichtet ist.

21. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung der ringförmigen kollimierten Beleuchtung mindestens ein mindestens einer Lichtquelle nachgeordnetes Axicon vorgesehen ist.

22. Keratometrische Anordnung, nach Anspruch 20 oder 21, da­ durch gekennzeichnet, daß einer Lichtquelle (1d) ein Kolli­ mator (19), ein erstes Axicon (20) und ein zweites Axicon (21) zur Erzeugung einer ringförmigen kollimierten und achsparallelen Beleuchtungsstrahlung, ein Lochspiegel (22) zur seitlichen Einblendung der achsparallelen Beleuchtungs­ strahlung in Richtung des Auges und ein drittes Axicon (23) zur Richtungsänderung der Beleuchtung auf die Cornea (13) vorgesehen ist, wobei der Lochspiegel (22) so angeordnet ist, daß das von der Cornea (13) reflektierte Licht durch die Ausnehmung (43) im Lochspiegel (22) zum drehbaren re­ flektiven Element (39) gelangt.

23. Keratometrische Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung der ringförmigen kollimierten Beleuchtung mehrere Strahlungsquellen (1c) auf einem Kreis­ umfang verteilt angeordnet sind, vor den Strahlungsquellen (1c) eine telezentrische Blendenanordnung (17) und im Be­ leuchtungsstrahlengang zwischen der Blendenanordnung (17) und der Cornea (13) eine Linse (18) vorgesehen sind, wobei die telezentrische Blendenanordnung (17) im ihrem Zentrum eine Ausnehmung (44) aufweist, durch die das von der Cornea (13) reflektierte Licht zum drehbaren reflektiven Element (39) gelangt.