DE19719694C2 - Vorrichtung zum Erfassen und zum Anzeigen der Fehlsichtigkeit einer Person - Google Patents

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 mit einem Objektiv, das mittels einer im wesentlichen halbkreis­ förmigen Blende im wesentlichen halb abgedeckt ist;
• b) einer Mehrzahl von Lichtquellen, die vor der Blende angeordnet sind;
• c) Mitteln zum Messen des Helligkeitsverlaufes eines von der Videokamera aufgenommenen Bildes der Pupille des Auges, entlang einer Achse, die im wesentlichen auf dem die Blende begrenzenden Durchmesser senkrecht steht;
• d) Mitteln zum Erfassen der Steigung des Helligkeitsverlau­ fes;
• e) Mitteln zum Bestimmen der Fehlsichtigkeit aus der Stei­ gung; und
• f) 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 als Photoskiaskop be­ zeichnet wird, umfaßt eine übliche Videokamera mit Objektiv. Vor der Öffnung des Objektivs ist jedoch eine lichtundurch­ lässige Blende angeordnet, die halbkreisförmig ausgebildet ist und eine Hälfte, vorzugsweise die untere Hälfte der Objektiv­ öffnung 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 eigen­ verantwortliche Rolle zukommen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch

• a) eine mit einem Videomonitor baulich verbundene Anzeige­ einheit zum Anzeigen eines Wertes der ermittelten Fehlsichtigkeit, wobei
• b) sich die Videokamera mit dem Videomonitor und der Anzeige­ einheit an einem ersten vorbestimmten Ort befindet;
• c) die Person sich an einem zweiten vorbestimmten Ort befin­ det;
• d) das Videobild und die Anzeigeeinheit gemeinsam von der Person einsehbar sind; und
• e) das Videobild mindestens das Gesicht der Person darstellt.

Die der Erfindung zugrunde liegende 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 übliches Videobild der Person wiedergibt, so wie dies heute bereits in der Verkaufsförderung bekannt ist, beispielsweise in Schau­ fenstern von Ladengeschäften. Sobald aber die Person in die Videokamera der Vorrichtung blickt, kann in der oben beschrie­ benen 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, beispielsweise einen Augenarzt oder einen Opti­ ker 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 automatisch 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.

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 zugrunde liegenden Meßverfahrens;

Fig. 5 bis 10 schematisierte Videobilder eines Auges, wie es gemäß den in Fig. 2 bis 4 veranschaulichten Verfahrens­ varianten 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) mit einem Objektiv (12), das mittels einer im wesentlichen halbkreisförmigen Blende (14) im wesentlichen halb abgedeckt ist;
• b) einer Mehrzahl von Lichtquellen (20-23), die vor der Blende (14) angeordnet sind;
• c) Mitteln zum Messen des Helligkeitsverlaufes (56-58) eines von der Videokamera (10) aufgenommenen 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) senk­ recht steht;
• d) Mitteln zum Erfassen der Steigung (tan α) des Hel­ ligkeitsverlaufes (56-58);
• e) Mitteln zum Bestimmen der Fehlsichtigkeit aus der, Steigung (tan α); und
• f) einem Videomonitor (71) zum Darstellen des von der Videokamera (10) aufgenommenen Videobildes (74),

gekennzeichnet durch:

• a) eine mit einem Videomonitor (71) baulich verbundene Anzeigeeinheit (72) zum Anzeigen eines Wertes der ermittelten Fehlsichtigkeit, wobei
• b) sich die Videokamera (10) mit dem Videomonitor (71) und der Anzeigeeinheit (72) an einem ersten vor­ bestimmten Ort befindet;
• c) die Person (73) sich an einem zweiten vorbestimmten Ort befindet;
• d) das Videobild (74) und die Anzeigeeinheit (72) gemeinsam von der Person (73) einsehbar sind; und
• e) das Videobild (74) mindestens das Gesicht der Person (73) darstellt.

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.