DE19719694A1 - Vorrichtung zum Erfassen und zum Anzeigen der Fehlsichtigkeit einer Person - Google Patents
Vorrichtung zum Erfassen und zum Anzeigen der Fehlsichtigkeit einer PersonInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen und zum
Anzeigen der Fehlsichtigkeit mindestens eines Auges einer
Person, mit:
- a) einer auf die Person gerichteten Videokamera, die
umfaßt:
- - ein Objektiv, das mittels einer im wesent lichen halbkreisförmigen Blende im wesent lichen halb abgedeckt ist;
- - eine Mehrzahl von vor der Blende angeordneten Lichtquellen;
- - Mittel zum Messen des Helligkeitsverlaufs eines von der Videokamera aufgenommenen Bildes der Pupille des Auges, entlang einer Achse, die im wesentlichen auf dem die Blende be grenzenden Durchmesser senkrecht steht;
- - Mittel zum Erfassen der Steigung des Hellig keitsverlaufs; und
- - Mittel zum Bestimmen der Fehlsichtigkeit aus
der Steigung;
und mit
- b) einem Videomonitor zum Darstellen des von der Videokamera aufgenommenen Videobildes.
Aus der US -A-4 834 528 ist ein Infrarot-Photoretinoskop be
kannt. Das bekannte Retinoskop, das auch Photoskiaskop be
zeichnet wird, umfaßt eine übliche Videokamera mit Objektiv.
Vor der Öffnung des Objektivs ist jedoch eine lichtun
durchlässige Blende angeordnet, die halbkreisförmig ausge
bildet ist und eine Hälfte, vorzugsweise die untere Hälfte
der Objektivöffnung abdeckt. Vor der Blende sind mehrere
Lichtquellen, vorzugsweise Leuchtdioden, angeordnet.
Mit diesem bekannten Infrarot-Photoskiaskop kann die Fehl
sichtigkeit und die Akkomodation von Augen vollautomatisch
bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird ein Patient in einer
Entfernung von 1 bis 2 m vor die Videokamera gesetzt. Der
Patient wird angewiesen, mit dem zu untersuchenden Auge in
das Objektiv der Videokamera zu blicken. Die Leuchtdioden
senden infrarotes Licht aus, das für den Patienten nicht
sichtbar ist. Das aus einer exzentrischen Lage abgestrahlte
infrarote Licht durchsetzt die Linse des zu untersuchenden
Auges und wird dahinter von der Netzhaut des Auges reflek
tiert. Je nachdem, wie exzentrisch die Leuchtdiode relativ
zur optischen Achse des Objektivs angeordnet ist und je nach
dem wie fehlsichtig das zu untersuchende Auge ist, wird der
von der Netzhaut des Auges reflektierte Lichtkegel mehr oder
weniger von der oberen, offenen Hälfte des Objektivs der
Videokamera erfaßt. Das gemessene Videobild besteht dann aus
einem Kreisabschnitt ("Halbmond"), dessen Lage (oben/unten)
bzw. Größe eine Aussage darüber ermöglicht, ob das Auge kurz
sichtig (myop) oder weitsichtig (hyperop) und wie die Refrak
tion, d. h. Fehlsichtigkeit, des Auges bemessen ist.
Aus der GB-Z "Journal of Physiology", 461, Seiten 301 bis
320, 1993, ist es bekannt, die Funktion des vorstehend be
schriebenen Photoskiaskops dahingehend zu erweitern, daß
gleichzeitig mehrere der unterschiedlich exzentrisch angeord
neten Lichtquellen (Infrarotdioden) betrieben werden. An
stelle eines klar abgegrenzten Halbmondes ergibt sich dann
bei ansonsten unverändertem Untersuchungsaufbau ein Bild des
zu untersuchenden Auges, in dem innerhalb der Pupille sich
die Helligkeit entlang einer Vertikalachse kontinuierlich
ändert. Bei dem beschriebenen Verfahren wird die Helligkeit
entlang dieser Achse gemessen, wobei sich zeigt, daß der
Helligkeitsverlauf linear ist. Der Betrag und das Vorzeichen
der Steigung sind wiederum ein Maß für die Art und die Stärke
der Fehlsichtigkeit. Mittels geeigneter Eichkurven kann auf
diese Weise die Refraktion des untersuchten Auges unmittelbar
und quantitativ (in Dioptrien) angegeben werden.
Die bekannten Anordnungen sind, wie bereits erwähnt, im Rah
men medizinischer Untersuchungen durch einen Augenarzt ein
setzbar. Der Patient hat bei diesen Messungen eine aus
schließlich passive Rolle.
Andererseits ist bekannt, daß bei einem nicht zu vernach
lässigenden Anteil der Bevölkerung eine Fehlsichtigkeit der
Augen vorliegt, ohne daß diese Menschen davon wissen, ge
schweige denn wissen, wie stark die Fehlsichtigkeit ausge
bildet ist. Dies gilt insbesondere bei Kindern, die sich
naturgemäß weniger zu artikulieren vermögen und aufgrund
ihrer begrenzten Lebenserfahrung mitunter auch gar nicht in
der Lage sind, subjektiv zu erkennen, daß ihre Sehfähigkeit
herabgesetzt ist.
Reihenuntersuchungen an einer Vielzahl von Menschen, um deren
Fehlsichtigkeit festzustellen, existieren nur ansatzweise,
bspw. im Zusammenhang mit dem Erwerb eines Führerscheins. Bei
diesen Reihenuntersuchungen werden die Probanden jedoch le
diglich aufgefordert, in einer doppelmikroskopartigen Anord
nung bestimmte Bilder zu erkennen. Es ist bekannt, daß das
Erkennen dieser Bilder vorab geübt bzw. die Bildaussage auch
auswendig gelernt werden kann. Die Aussagekraft dieser Unter
suchungen ist daher beschränkt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu
bilden, daß sie für Reihenuntersuchungen geeignet ist, wobei
dem Patienten bzw. Probanden eine eigenständige und eigenver
antwortliche Rolle zukommen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch
eine mit dem Videomonitor baulich verbundene Anzeigeeinheit
zum Anzeigen eines Wertes der ermittelten Fehlsichtigkeit,
wobei sich die Videokamera mit dem Videomonitor und der
Anzeigeeinheit an einem ersten vorbestimmten Ort und die
Person an einem zweiten vorbestimmten Ort befinden, und
ferner die Videokamera mit dem Videomonitor und der Anzeige
einheit so positioniert und eingestellt sind, daß das Video
bild und die Anzeigeeinheit gemeinsam von der Person einseh
bar sind und das Videobild mindestens das Gesicht der Person
darstellt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese
Weise vollkommen gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nämlich die Auf
merksamkeit des Probanden bzw. der Person dadurch auf die
Videokamera gelenkt, daß die Videokamera zugleich ein übli
ches Videobild der Person wiedergibt, so wie dies heute be
reits in der Verkaufsförderung bekannt ist, bspw. in Schau
fenstern von Ladengeschäften. Sobald aber die Person in die
Videokamera der Vorrichtung blickt, kann in der oben be
schriebenen Weise die Fehlsichtigkeit der Person (sofern eine
solche vorliegt) gemessen und der Person angezeigt werden. Es
liegt auf der Hand, daß damit problemlos Reihenuntersuchungen
möglich sind, wobei es der betreffenden Person freisteht, aus
den angezeigten Werten der Fehlsichtigkeit ihre eigenen
Schlüsse zu ziehen, bspw. einen Augenarzt oder einen Optiker
aufzusuchen. Von besonderer Bedeutung ist die erfindungsge
mäße Vorrichtung in diesem Zusammenhang für die Erkennung von
Fehlsichtigkeit bei Kindern. Da Kinder von Natur her neu
gierig sind, werden sie in besonderem Maße in die Videokamera
blicken, weil sie ihr eigenes Bild auf dem daneben befind
lichen Videomonitor erblicken. Wenn dann aber die Daten über
eine eventuelle Fehlsichtigkeit des jeweiligen Kindes deut
lich sichtbar angezeigt werden, so kann eine erwachsene Be
gleitperson des Kindes diese Werte zur Kenntnis nehmen und
die erforderlichen Maßnahmen ergreifen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
sind die Lichtquellen Infrarotdioden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Messung der Fehl
sichtigkeit bei einer genügend hohen Lichtstärke vorgenommen
werden kann, ohne daß der Proband dies wahrnimmt, da die
infrarote Strahlung sich im nicht-sichtbaren Spektrum des
Lichtes befindet.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Fehlsichtigkeit alpha
numerisch angezeigt wird.
Dies kann entweder durch ein großes, auffälliges Display er
reicht werden, oder dadurch, daß die entsprechenden Daten in
das Videobild der Person eingeblendet werden. Daneben sind
aber auch zahlreiche andere Darstellungsarten möglich, bspw.
graphische Darstellungen oder dgl., je nachdem, wie dies
zweckmäßig ist, um die Aufmerksamkeit der Person zu erwecken.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungs
gemäßen Vorrichtung sind die Videokamera mit dem Videomonitor
und der Anzeigeeinheit in der Auslage eines Schaufensters an
geordnet und die Person befindet sich vor dem Schaufenster.
Diese Installation der Vorrichtung hat den Vorteil, daß in
Anlehnung an bekannte Methoden der Werbewirtschaft eine echte
Reihenuntersuchung dadurch möglich wird, daß an einem Laden
geschäft vorbeigehende Passanten mehr oder weniger auto
matisch hinsichtlich ihrer Fehlsichtigkeit untersucht und
über diese Tatsache auch sogleich quantitativ informiert
werden. Es versteht sich, daß diese Art der Präsentation vor
allem für Schaufenster von Augenoptikern geeignet sind.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je
weils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombi
nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Videokamera, wie sie im
Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 bis 4 schematische Strahlengänge zur Erläuterung des der
Erfindung zugrundeliegenden Meßverfahrens;
Fig. 5 bis 10 schematisierte Videobilder eines Auges, wie es ge
mäß den in Fig. 2 bis 4 veranschaulichten Ver
fahrensvarianten untersucht wird;
Fig. 11 in vergrößertem Maßstab ein Videobild eines Auges,
das gemäß einer Variante zu den in Fig. 2 bis 4
veranschaulichten Verfahren untersucht wird;
Fig. 12 ein Helligkeitsverlauf aus dem Videobild gemäß Fig.
11;
Fig. 13 eine aus der Kurvenschar gemäß Fig. 12 ermittelte
Kennlinie; und
Fig. 14 eine äußerst schematisierte perspektivische Ansicht
eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
In Fig. 1 bezeichnet 10 eine im übrigen übliche Videokamera
mit einem Gehäuse 11 und einem vorne aufgesetzten Objektiv
12. Von einer Linse 13 des Objektivs 12 ist in Fig. 1 nur die
obere Hälfte zu erkennen, da die untere Hälfte mittels einer
halbkreisförmigen Blende 14 abgedeckt ist. Die Blende 14 ist
an ihrer Oberseite entlang eines Durchmesser 15 begrenzt, der
durch das Zentrum des Objektivs 12 verläuft.
Vor der Blende 14 befinden sich mehrere Reihen 20, 21, 22, 23
von Leuchtdioden, die im infraroten Bereich Licht aussenden.
Eine erste Reihe 20 ist um einen Exzentrizitätsbetrag e1 vom
Durchmesser 15 beabstandet, die übrigen Reihen 21, 22 und 23
sind jeweils mit zunehmender Exzentrizität e2, e3 bzw. e4 an
geordnet. Die Anzahl der Leuchtdioden in den Reihen 20 bis 23
nimmt mit der Exzentrizität e1 bis e4 zu, um Nichtlinearitäten
infolge der exzentrischen Anordnung zu kompensieren.
In den Fig. 2 bis 4 sind Strahlengänge für verschiedene Meß-
anordnungen innerhalb der Augenheilkunde schematisch darge
stellt.
Man erkennt jeweils in der rechten Hälfte die Videokamera 10,
deren optische Achse mit 26 bezeichnet ist. In Verlängerung
der optischen Achse 26 befindet sich ein Auge 30. Im Auge 30
sind eine Linse 31 sowie eine Netzhaut 32 schematisch ange
deutet. Die Fokalebene des Auges 30 ist mit 33 bezeichnet.
Wenn gemäß Fig. 2 nur die erste Reihe 20 von Leuchtdioden
eingeschaltet wird, sendet diese einen ersten Lichtstrahl 34
aus, der durch die Linse 31 auf die Netzhaut 32 fällt. Da
Fig. 2 den Fall der Kurzsichtigkeit (Myopie) darstellen soll,
findet keine Fokussierung auf der Netzhaut 32 statt. Vielmehr
wird ein diffuses Bild von der Netzhaut 32 reflektiert, wie
mit zweiten Lichtstrahlen 35a und 35b dargestellt. Diese
Lichtstrahlen 35a, 35b schneiden sich in der Fokalebene des
Auges 33 und erzeugen einen zum Objektiv 12 hin gerichteten
Lichtkegel 36.
Aufgrund des Maßes der Exzentrizität e1 der ersten Reihe 20
von Leuchtdioden einerseits und des Ausmaßes der Kurzsichtig
keit des Auges 30 andererseits ist der Lichtkegel 36 hin
sichtlich Neigungswinkel und Öffnungswinkel in vorbestimmter
Weise ausgestaltet. In dem in Fig. 2 dargestellten Fall ge
langt nur ein Teil des Lichtkegels 36, nämlich die dort sche
matisch angedeutete obere Hälfte 37, an der Blende vorbei auf
die Linse 13 des Objektivs 12 der Kamera 10. Diese obere
Hälfte 37 ist ein Abbild der unteren Hälfte 38 der Pupille
39, wie Fig. 5 zeigt, wo das in Fig. 2 aufgenommene Videobild
dargestellt ist.
Man erkennt aus Fig. 5, daß die Kamera 10 ein Videobild der
Pupille 39 aufnimmt, bei dem etwa die untere Hälfte der
Pupille 39 hell erscheint, wie bei 38 mit einem "Halbmond",
d. h. einen Kreisabschnitt, angedeutet.
Wird nun gemäß Fig. 3 statt der ersten Reihe 20 von Leucht
dioden z. B. die vierte Reihe 23 eingeschaltet, so ergibt sich
ein geringfügiges modifizierter Strahlengang, bei dem der
Lichtkegel 36a gegenüber der Situation in Fig. 2 nach unten
gekippt ist, so daß der gesamte Lichtkegel 36a in den Bereich
der Blende 14 fällt.
Die zugehörige Fig. 7 zeigt, daß die Kamera 10 daher ein
Videobild der Pupille 39 aufnimmt, das vollkommen unbe
leuchtet ist.
Bei Zwischenwerten der Exzentrizität e erscheinen ent
sprechend kleinere "Halbmonde", wie in Fig. 6 veran
schaulicht.
Fig. 4 zeigt demgegenüber den Fall eines weitsichtigen
(hyperopen) Auges. In diesem Fall kreuzen sich die Licht
strahlen erst hinter der Netzhaut 32, so daß ein Lichtkegel
36b entsteht, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Die obere
Hälfte 37b des Lichtkegels 36b, die auf das Objektiv 12
fällt, bildet somit im Gegensatz zum kurzsichtigen Auge gemäß
Fig. 2 und 3 ebenfalls die obere Hälfte 38b der Pupille ab.
Dies ist in Fig. 8 deutlich zu erkennen, wo der Fall darge
stellt ist, daß nur die erste Reihe 20 von Leuchtdioden ein
geschaltet ist. Die Fig. 9 und 10 zeigen analog zu den Fig. 6
und 7 die Situationen, bei denen die Exzentrizität e der
Reihen 20 bis 23 zunimmt.
Wenn nun statt nur einer einzigen Reihe 20 bis 23 von Leucht
dioden sämtliche Leuchtdioden gleichzeitig eingeschaltet
werden, entsteht auf der Pupille 39 ein Bild mit konti
nuierlich variierender Helligkeit, wie dies anhand eines
Videobildes 50 in Fig. 11 dargestellt ist. Die Pupille 39 des
Auges 30 hat bei dem Videobild 50 einen kontinuierlich vari
ierenden Helligkeitsverlauf, bei dem ein unterer Bereich 51
der Pupille 39 hell und ein oberer Bereich 52 der Pupille 39
dunkler ist. Der Übergang ist dabei kontinuierlich.
Wenn man nun den Helligkeitsverlauf der Pupille 39 quanti
tativ vermessen will, so legt man ein Koordinatensystem y-x'
über die Pupille 39. Die Ordinate y verläuft dann im wesent
lichen rechtwinklig zum Durchmesser 15 der Blende 14. Die Ab
szisse x' ist im Fall der Fig. 11 an den unteren Rand der Pu
pille 39 gelegt.
Fig. 12 zeigt eine Kurvenschar 55 von Kurven 56 bis 58, bei
denen die Helligkeit H in Abhängigkeit von der Koor
dinatenachse y dargestellt ist. Die Kurve 56 entspricht dabei
in etwa dem Verlauf der Helligkeit H im Videobild 50 von Fig.
11, da die Helligkeit H mit zunehmender Ordinatenrichtung y
abnimmt. Dies entspricht einer positiven Refraktion, wie er
mit positiven Dioptrien-Werten +D in Fig. 12 angedeutet ist.
Die zweite Kurve 57 betrifft ein im wesentlichen normal
sichtiges Auge, während die dritte Kurve 58 den Falle eines
weitsichtigen Auges mit negativer Refraktion (-D) darstellt.
Mit α ist der Steigungswinkel der näherungsweise geradlinig
verlaufenden Kurven 56 bis 58 bezeichnet.
Fig. 13 zeigt als Kennlinie eine Gerade 60. Die Gerade 60
stellt die lineare Abhängigkeit der Refraktion R (gemessen in
Dioptrien D) von der Steigung tan α dar. Wie mit einem Punkt
61 auf der Gerade 60 veranschaulicht, entspricht z. B. eine
Steigung von 0,3 einer Refraktion von 3 Dioptrien. Dies be
deutet, daß man mit einer Messung gemäß Fig. 11 den Hellig
keitsverlauf H (y) ermitteln und aus der Steigung des Hellig
keitsverlaufs über die Kennlinie gemäß Fig. 13 unmittelbar
die Refraktion R in Dioptrien D feststellen kann.
Bei der in Fig. 14 äußerst schematisch dargestellten erfin
dungsgemäßen Vorrichtung 70 ist ein Videomonitor 71 vorge
sehen, auf dem sich eine Rechen- und Anzeigeeinheit 72 be
findet. Auf der Einheit 72 ist die weiter oben ausführlich
erläuterte Videokamera 10 angeordnet.
Die Videokamera 10 ist auf eine Person 73 gerichtet, die so
mit im Videobild 74 auf dem Monitor 71 erscheint.
Die Anordnung ist dabei so gewählt und eingestellt, daß auf
dem Videobild 74 mindestens das Gesicht der Person 73 darge
stellt ist. Die Kamera 10 und der Monitor 71 sind ferner so
ausgerichtet, daß beide unmittelbar von der Person 73 einge
sehen werden können.
Da sich die Person 73 selbst auf dem Videobild 74 sieht, wird
sie ihre Aufmerksamkeit dem Videobild 74 und damit auch der
Kamera 10 zuwenden.
Das Videobild 74 stellt unter anderem das rechte Auge 75 so
wie das linke Auge 76 der Person 73 dar.
In der weiter oben beschriebenen Weise kann nun z. B. in der
Rechen- und Anzeigeeinheit 72 nach dem beschriebenen Ver
fahren die Fehlsichtigkeit der Person 73 bestimmt werden. Die
Fehlsichtigkeit kann nun in Dioptrien angezeigt werden. Dies
geschieht bspw. mittels zweier alphanumerischer Anzeigen 78,
79, die sich auf der Vorderseite der Rechen- und Anzeige
einheit 72 unmittelbar oberhalb des Videobildes 74 befinden.
Mittels geeigneter Symbole ist angedeutet, daß es sich bei
den angezeigten Werten um die Fehlsichtigkeit des rechten (R)
und des linken (L) Auges handelt. Selbstverständlich können
die Werte aber auch in das Videobild 74 eingeblendet werden
oder es sind auch andere Darstellungen möglich, bspw. in
graphischer Form oder dgl. Wichtig ist allein, daß die Dar
stellung der Werte der Fehlsichtigkeit unmittelbar dem Video
bild 74 zugeordnet wird, so daß die Person 73 diese Werte so
gleich erkennt und sich zuordnet.
Wenn die Vorrichtung 70 z. B. in einem Schaufenster angeordnet
ist, bspw. eines Ladengeschäftes eines Augenoptikers, so
werden die Personen 73, da sie in die Auslage eines Schau
fensters eines Augenoptikers blicken, ohnehin einen gewissen
Bezug zu ihrer eigenen Sehfähigkeit herstellen und daher auch
erwarten, daß eine entsprechende Messung vorgenommen und an
gezeigt wird. Ein entsprechender Hinweistext auf dem Monitor
71 oder der Einheit 72 (nicht dargestellt) kann dabei hilf
reich sein.
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Erfassen und zum Anzeigen der Fehl
sichtigkeit mindestens eines Auges (30; 75, 76) einer
Person (73), mit:
- a) einer auf die Person (73) gerichteten Videokamera
(10), die umfaßt:
- - ein Objektiv (12), das mittels einer im we sentlichen halbkreisformigen Blende (14) im wesentlichen halb abgedeckt ist;
- - eine Mehrzahl von vor der Blende (14) ange ordneten Lichtquellen (20 bis 23);
- - Mittel zum Messen des Helligkeitsverlaufes (56 bis 58) eines von der Videokamera (10) aufge nommenen Bildes (50) der Pupille (39) des Auges (30; 75, 76), entlang einer Achse (y), die im wesentlichen auf dem die Blende (14) begrenzenden Durchmesser (15) senkrecht steht;
- - Mittel zum Erfassen der Steigung (tan a) des Helligkeitsverlaufes (56 bis 58); und
- - Mittel zum Bestimmen der Fehlsichtigkeit aus
der Steigung (tan a);
und mit
- b) einem Videomonitor (71) zum Darstellen des von der Videokamera (10) aufgenommenen Videobildes (74),
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lichtquellen (20 bis 23) Infrarotdioden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Fehlsichtigkeit alphanumerisch ange
zeigt wird.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokamera (10) mit
dem Videomonitor (71) und der Anzeigeeinheit (72) in der
Auslage eines Schaufensters angeordnet sind und daß die
Person (73) sich vor dem Schaufenster befindet.
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