DE2262886A1

DE2262886A1 - Selbsttaetiges registrierendes refraktometer

Info

Publication number: DE2262886A1
Application number: DE2262886A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Dr Guilino
Original assignee: Optische Werke G Rodenstock
Current assignee: Optische Werke G Rodenstock
Priority date: 1972-12-22
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1974-07-04
Also published as: GB1444576A; IT1000253B; FR2211203B1; NL7314719A; US3883233A; FR2211203A1; DE2262886B2; DD109506A1

Description

"Selbsttätiges registrierendes Refraktometer"

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbsttätiges registrierendes Refraktometer zur Bestimmung der Fehlsichtigkeit, bei dem eine drehbare Testmarke über mindestens eine Optometerlinse in das Auge und durch Autokollimation von der Netzhaut auf eine gleich gestaltete Testmarke abgebildet wird, wobei eine Fixiermarke in den Strahlengang eingespiegelt ist.

Es sind Refraktometer bekannt, bei denen eine verschiebliche Testmarke auf der Netzhaut durch eine Optometerlinse abgebildet " wird, deren einer Fokus in der vorderen Hauptebene des geprüften Auges liegt. Die Stellung der Testmarke ist an einer Skala ablesbar und ein Maß für die Fehlsichtigkeit. Um sie objektiv zu bestimmen, wird üblicherweise die Scharfstellung oder die Koinzidenz der Testfigur auf der Netzhaut von einem Beobachter wiederum durch die Optometerlinse beurteilt^ Hierzu dient ein gesonderter Be-

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obachtungsstrahlungsgang, der ein Okular zur vergrößernden Abbildung des Netzhaut^ bildes enthält. Die Beobachtung durch die Augenmedien hindurch kann durch Reflexe auf der Hornhaut erheblich gestört werden. Hierzu ist schon vorgeschlagen worden, für Einstrahlung und Beobachtung getrennte Bereiche der Hornhaut zu benutzen (Thorner). Die dadurch erforderliche Einengung der Bündel mindert jedoch die Helligkeit und die Einstellgenauigkeit und beschränkt das Verfahren auf größere Pupillendurchmesser. Zur Bestimmung des Astigmatismus und der Lage seiner Hauptschnitte hat die Testmarke azimutale Kennzeichen, z.B. in Form eines Lichtkreuzes oder einer Raubitschekfigur, und ist um die optische Achse drehbar.

Bei einer selbsttätigen Bestimmung der Fehlsichtigkeit muß jedenfalls der gesamte Bereich der wahrscheinlich vorkommenden Refraktionswerte durchlaufen werden, also etwa von +2o dpt bis -2o dpt; für jeden dieser Beträge bzw. von Stufe zu Stufe des Bereiches muß das gesamte Azimut von 36o° abgetastet werden. Ist die Testmarke zweiseitig-symmetrisch, dann genügen 18o°; die Stufen des Bereiches sind entsprechend der Meßgenauigkeit zu bemessen bzw. nach der Genauigkeit, mit der das Ergebnis weiter verwertet wird, etwa in einem Brillenrezept.

Die Beurteilung der Testbildschärfe auf der Netzhaut bei visueller Beobachtung muß für die

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photoelektrische Anzeige des Schärfe-Optimums durch eine vergleichende Licht-* strommessung im allgemeinen Sinne ersetzt werden. Am einfachsten geschieht dies bekanntlich, wenn das vom Auge gelieferte Bild' der Testmarke in gleicher Größe und Lage auf einer zweiten Testmarke abgebildet wird, die das Negativ der ersten darstellt. Bei idealer Bildwiedergabe wird kein Lichtstrom durchgelassen, dieser Extremwert kann angezeigt oder anderweit zusammen mit der Einstellung des Gerätes - Stellung der Optometerlinse, Drehlage der Marke - kundgetan werden.

Praktisch lässt sich aber kein Nullwert des Lichtstromes erreichen, da vor allem Reflexe, aber auch Streuung und Beugung, in und an den Augenmedien eine starke Kontrastminderung herbeiführen. Eine sichere Messung wäre unter diesen Prüfbedingungen ausgeschlossen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zur Bestimmung des Refraktionszustandes eines Auges zu schaffen, das ohne subjektive Angaben des Prüflings und ohne Einfluß der untersuchenden Person den Meßwert durch analoge oder digitale Anzeige fixiert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine der Testmarken und das auf oder von ihr entworfene Bild durch optische Mittel gegeneinander im Sinne periodischer Veränderung des Lichtstromes bewegbar sind.

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Das erfindungsgemäße Refraktometer erfaßt den Refraktionszustand einschließlich des astigmatischen Betrages hinsichtlich Stärke und Achsenlage durch einen programmierten Ablauf seiner Einstellorgane als Extremwerte der Schärfe von Bildern und lässt die Einstelldaten sodann durch Niederschrift, Ziffernanzeige oder dergl. sichtbar werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät wird das vom Augenhintergrund reflektierte Bild der Testmarke und das in seiner Ebene aufgestellte Negativ der Testmarke gegeneinander bewegt und zwar in diskriminierender, d.h. lichtmodulierender Weise. Der Lichtstrom variiert dann hinsichtlich der durch das Netzhautbild gegebenen lokalen Helligkeitsunterschiede, bleibt aber konstant, was die durch Reflexe gegebenen Anteile betrifft. Somit kennzeichnet sich ein selbsttätig registrierendes Refraktometer gemäß der Erfindung dadurch, daß eine Testmarke und das auf ihr entworfene optische Testmarkenbild durch optische Mittel gegeneinander bewegt werden.

Der aus dem Gerät austretende und von einem lichtelektrischen Empfänger aufgefangene lichtstrom besteht also aus einer zeitlich konstanten und einer zeitlich veränderlichen Komponente; beide werden durch bekannte elektrische Mittel vor der Anzeige getrennt und derart verarbeitet, daß das Verhältnis

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von moduliertem zu konstantem Anteil, d.h. der Modulationsgrad beachtet wird. Die Stellung der Testmarke, bei der maximaler Modulationsgrad erreicht wird, kennzeichnet den Refraktionswert und die Größe des Modulationsgrades die Transparenz der Augenmedien. Vorteilhaft ist insbesondere, daß die volle Pupillenöffnung des untersuchten Auges sowohl für die Einstrahlung als auch für die photometrische Beurteilung des Netzhautbildes benutzt wird. Damit sind Prüfbedingungen geschaffen, die dem natürlichen Sehen weit besser entsprechen, als es mit den bekannten Verfahren, die eine Pupillenteilung erfordern, möglich ist. Als Testmarke wird zweckmäßig ein Strichgitter benutzt, dessen durchlässige und. undurchlässige Streifen gleich breit sind, so daß das auf die Balken projizierte Bild der Spalte völlig abgedeckt ist und im Idealfall keinen Lichtstrom transmittiert. Hierbei kann sowohl ein einziges Strichgitter in voller Autokollimation wirksam sein, wobei die Trennung der Strahlengänge von der Lichtquelle einerseits, zum lichtelektrischen Empfänger andererseits außerhalb des Lichtweges zwischen Testmarke und Auge liegt; zur Erzielung der Lichtmodulation ist es aber erforderlich, zwei gleichartige Testmarken zu verwenden, von denen die der Lichtquelle nähere auf die andere abgebildet wird, und die Trennung der Strahlengänge durch einen teildurchlässigen Spiegel zwischen Optometerlinse und der der Lichtquelle ferneren Testmarke.

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Die Testmarken können synchron um die optische Achse rotieren, um die Azimutlage des Astigmatismus zu erfassen. Das Testbild kann auf der Testmarke dadurch in periodische Bewegung versetzt werden, daß im Strahlengang ein rotierendes Prisma angebracht ist, das dem Bild eine Auslenkung mit einer Amplitude erteilt, die eine maximale Wechsellichtkomponente ergibt. Das Prisma kann durch Brechung oder durch gegebenenfalls mehrfache Reflexion ablenkend wirken. Es kann auch ein schwingender Spiegel vorgesehen sein.

Somit weist das Gerät drei Bewegungen auf, die mit möglichst unterschiedlichen inkommensurablen Frequenzen vor sich gehen sollten, nämlich:

Die Verschiebung der mit den Feldlinsen eine Baueinheit darstellenden Testmarken zur Einstellung des Refraktibnswertes.

Die Rotation der Testmarke zur Einstellung der Hauptschnittlage.

Die Rotation des Prismas, die die Frequenz der Wechsellichtkomponente bestimmt und vergleichsweise rasch erfolgen soll. Die Rotationsfrequenz des Drehprismas soll keine Oberwelle der anderen Frequenzen oder der Netzfrequenz darstellen.

Dem untersuchten Auge soll eine Fixiermarke geboten v/erden, die sowohl seine Akkomodation "

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als auch die Ausrichtung der Sehachse festlegt. Das Bild dieser Marke wird über das Auge ebenfalls auf dem sich drehenden Negativ der Testmarke entworfen, darf aber keinen meßbaren Beitrag zum Wechsellicht liefern. Sie muß also ehne azimutale Kenn- ■ zeichen sein, insbesondere aus einem Punkt oder zweckmäßig aus konzentrischen Ringen bestehen. Sie wird zweckmäßig über einen Strahlenteiler ins Auge projiziert; dabei ist es möglich, die Fixiermarke samt der ihr zugeordneten Beleuchtungseinrichtung durch ein Okular zu ersetzen, um die Testmarkenabbildung auf der Netzhaut zu kontrollieren.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung

des mechanisch-optischen Teiles eines erfindungsgemäßen Gerätes und

Fig. 2 ein Blockschaltbild des elektronischen Geräteteiles.

In Fig. 1 durchleuchtet die Idchtquelleiüber den Kondensor 2 die Testmarke 3, bestehend aus einem Strichraster wie bei 33 in Aufsicht gezeigt. Einschaltbar sind Grau- oder Farbfilter mit einer Revolverscheibe 4. Die Test-

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marke 3 wird wie bei jedem bekannten Refraktometer über die gemeinsam verschiebbare Feldlinse 5 und eine weitere feste Optometerlinse 8 über die beiden teildurchlässigen Spiegel 6 und 7 auf der Netzhaut des zu untersuchenden Auges 9 abgebildet. Gemäß der Fehlsichtigkeit des Auges 9 wird durch gemeinsames Verschieben der Linse 5 und Marke 3 das Testbild auf dem Augenhintergrund scharfgestellt. Das Netzhautbild wird in Autokollimation über die Optometerlinse 8 sowie durch die synchron mit 5 verschiebbare Feldlinse 1o in der Ebene der zweiten Testmarke 11, die ein Negativ von 3 darstellt, abgebildet. Beide Marken 3 und 11 liegen gleichsinnig und sind gemeinsam durch das Getriebe 12 in Umdrehung zu versetzen. Mit einer wesentlich abweichenden, insbesondere größeren Drehzahl rotiert ein ablenkendes Prisma 13, so daß das Bild der Marke 3 auf 11 eine kreisförmige Bewegung vollzieht. Die den Gitterstrichen parallele Komponente dieser Bewegung bleibt hinsichtlich der Lichtmodulation ebenso wirkungslos wie die durch Reflexe usw. bedingten Lichtstromanteile j die zu den Gitterstrichen senkrechte Bewegungskomponente liefert ein Wechsellicht, dessen Frequenz durch die Drehzahldifferenz zwischen den Gittern 3 und 11 einerseits, und die Anzahl der bei der Bewegung überstrichenen Perioden andererseits festliegt. Der gesamte Lichtstrom wird durch die Linse 14 und gegebenenfalls weitere optische Elemente dem Photodetektor 15 zugeleitet, wobei angestrebt

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werden muß, auf ihm eine von der Refraktionseinstellung unabhängige Ausleuchtung zu erreichen.

Die Auswertung des vom Detektor 15 aufgefangenen Signals ist in Figur 2 in einem Blockschaltbild dargestellt.

Zweckmäßig erfolgt die Trennung des Lichtsignals in Gleich- und Wechsellichtanteil elektronisch, nämlich nach der Eingangsverstärkerstufe 2o. Das Signal wird über einen Tiefpaß 21 geüeitet, der" nur solche Komponenten überträgt, die sich sehr langsam .' zeitlich verändern, d.h. der Gleichlichtsignalanteil wird isoliert.

Bildet man nun die Differenz 32 zwischen dem Eingangssignal und dessen Gleichlichtanteil, so sollte theoretisch das Wechsellichtsignal erhalten werden. Da aber das Gerät u.a. so ausgelegt ist (siehe Anspruch 6), daß der Prüfling durch die Fixiermarke nicht geblendet werden soll und die Testmarke außerdem eine wesentlich geringere Helligkeit aufweist, ist das empfangene Lichtsignal so gering, daß es sich trotz der Verwendung.-nach dem neuesten Stand der Technologie eines hochempfindlichen, rauscharmen Photodetektors 15 und Eingangsverstärkers 2o nur wenig aus dem von diesen Elementen gelieferten Rauschuntergrund abhebt..Dies ist insbesondere für die Wechsellichtkomponente der Fall. Daher wird dieses eigentliche Nutzsignal erst mittels eines Bandpaßes 22 ge-

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filtert, sodann einem integrierenden Phasendetektor 23 (lock in amplifier) zugeführt und auf diese Weise aus dem Rauschuntergrund gehoben. Die Funktionsweise des Phasendetektors 23 erfordert einen besonderen Signalgeber 29 für die Abnahme der Phasenlage des Drehprismas 13.

Der Modulationsgrad, hier definiert als Quotient von Wechsel - zu Gleichlichtsignal, wird durch logarithmische Differenzbildung 24, 25, 26 und nachfolgendem Delogarithmieren 27 erhalten. Die Registrierung kann mit einem XY-Schreiber 28, mit einer digitalen Anzeigeeinheit oder dergleichen erfolgen.

Durch einen motorischen Antrieb werden die Linsen 5 und 1o vergleichsweise langsam längs der optischen Achse hin und her bewegt, so daß der übliche (-2o dpt bis +2o dpt) oder ein anderer gewünschter Fehlsichtigkeitsbereich periodisch überstrichen wird. Mit geeigneter Frequenz rotiert das Testmarkenpaar 3 und 11; es muß mindestens eine halbe Umdrehung machen, wenn sich die Linsen 5 und 1o um einen in dpt ausgedrückten Betrag verschieben, der der Ungenauigkeit der Messung entspricht, z.B. 0,1dpt. Mit erheblich größerer Frequenz dreht sich das Prisma 13. Sie muß eine vom Azimut der Testmarken 3 und 11 unabhängige Wechsellichtkomponente hervorrufen, sofern kein Augenastigmatismus vorliegt. Nicht dargestellt wurden an sich bekannte Anzeigeeinheiten, beispielsweise ein XI-Schreiber,

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dessen eine Achse der Bewegung der Linsen und 1o (Verschiebung x) entspricht, und dessen andere Achse denModulationsgrad des vom Detektor 15 aufgenommenen Signals wiedergibt.

Die mechanische Bewegung der Linsen 5 und wird über einen Signalgeber 3o, der z.B. ein Linearpotentiometer sein kann, in ein elektrisches Signal umgesetzt, um die eine Achseinstellung der Registriereinheit 28 zu steuern.

Ist der für die Scharfstellung des Testes auf der Netzhaut des Auges maßgebliche Modulationsgrad ein Maximum, dann wird beispielsweise eine deutliche Spitze über dem im übrigen flachen Kurvenverlauf registriert. Bei astigmatischem Auge 9 werden zwei Modulationsgradmaxima festgestellt, deren Testmarken-Azimut im Regelfall um 9o° differiert. Das Azimut des stärker negativen Hauptschnittes beispielsweise gibt die (Plus-) Zylinderachse des Refraktionswertes an und kann analog oder digital angezeigt werden, etwa durch eine mit 3 bzw. 11 verbundene, transparente Gradteilung, die beim Maximum des Wechsellichtes durch eine von diesem gesteuerte Lichtquelle durchleuchtet wird; ebenso ist über einen Signalgeber 31 ein direktes Ausdrucken des Meßwertes auf einer Registriereinheit, z.B. 28, möglich.

Um Sehachse und Akkommodation des Auges 9 festzulegen, wird durch den Teilerspiegel 6 hindurch die konzentrische Ringe darstellende

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Fixiermarke 16 über die achsverschiebliche Feldlinse 17 ins Auge 9 abgebildet.

Die Verstellung von Fixiermarke 16 und Feldlinse 17 ist mechanisch mit dem Verschiebemechanismus für die Refraktionseinstellung, bestehend aus Feldlinsen5 und 1o, Testmarken 3 und 11 sowie Drehprisma 13» koppelbar. Insbesondere ist es hierbei für die Fernpunktsrefraktion vorteilhaft, wenn die Fixiermarke 16 und Feldlinse 17 etwas myop im Vergleich zur Testmarke 3 und Feldlinse 5 verstellt wird. Bei weitsichtigen Prüflingen stimuliert man auf diese Weise eine Entspannung der Akkommodation.

Die Fixiermarke 16 wird durch die Beleuchtungseinheit 18 beleuchtet, die durch das Okular 19 ersetzt werden kann; durch diese Möglichkeit kann das Bild auf der Netzhaut des Auges 9 in bekannter Weise betrachtet und die Funktion des gesamten Gerätes überprüft werden.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Selbsttätiges registrierendes Refraktometer zur Bestimmung der Fehlsichtigkeit, bei dem eine drehbare Testmarke über mindestens eine Optometerlinse in das Auge und durch Autokollimation von der Netzhaut auf eine gleich "gestaltete Testmarke abgebildet wird, wobei eine Fixiermarke in den Strahlengang eingespiegelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Testmarken und das auf oder von ihr entworfene Bild durch optische Mittel gegeneinander im Sinne periodischer Veränderung des Iiichtstromes bewegbar sind.
2. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Testmarken Gitter sind, die synchron um die optische Achse rotieren.
3. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung des auf einer der Marken entworfenen Bildes der anderen Marke ein rotierendes Prisma dient.
4. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiermarke aus Elementen ohne azimutale LagebeStimmung, z.B. aus konzentrischen Kreisen, be-steht.

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5. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Details der Testmarken einerseits und der Fixiermarke andererseits unter nicht kommensurablen Winkeln erscheinen.
6. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeit von Fixiermarke und der Testmarke so wählbar ist, daß die Aufmerksamkeitszuwendung des Prüflings entweder auf die Fixiermarke oder auf die Testmarke gerichtet ist.
7. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß an die Stelle der Fixiermarke mit Beleuchtungseinrichtung ein Beobachtungsokular setzbar ist.
8. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verschiebung von Fixiermarke und Testmarke mechanisch koppel- und entkoppelbar sind.
9. Refraktometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer an sich bekannten Anordnung zur Bestimmung der Wirkung einer ophthalmisehen Linse (Scheitelbrechwertmesser) verbunden ist.

Ifiinchen, den 2o. Dez. 1972
Fr. /Iu

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