DE2428603C2 - Optisches System für ein Refraktometer zum objektiven Messen der Brechzahl des Auges - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein optisches System für ein Refraktometer zum objektiven Messen der Brechzahl des Auges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es beispielsweise in der US-PS 35 24 702 beschrieben und dargestellt ist.

Es hat bisher nicht an Versuchen gefehlt, ein Refraktometer zu schaffen, das es ermöglicht, die Brechzahl eines Auges auf objektivem Wege sicher zu messen, statt eine auf subjektiven Eindrücken des Untersuchenden und der untersuchten Personen beruhende Messung durchzuführen. Eine der hierbei auftretenden Schwierigkeiten besteht darin, daß die Netzhaut des Auges nur eine sehr geringe Lichtmenge zurückwerfen kann, aus der sich ein Ausgangssignal gewinnen läßt, und daß sich Licht, das von anderen Elementen reflektiert wird oder von anderen Quellen ausgesandt wird, auf unvermeidbare Weise mit dem durch die Netzhaut zurückgeworfenen Licht mischt, so daß es schwierig ist, hieraus ein ausreichendes Nutzsignal zu erhalten.

Beim eingangs genannten Refraktometer ist der Polarisator mit einem λ/4-Plättchen kombiniert, so daß polarisiertes Licht zweifach das λ/4-Plättchen passieren muß und daher gegenüber der ursprünglichen Polarisationsebene um 90° gedreht ist. Ein Durchtritt dieses Lichtes durch den Polarisator in rückkehrender Richtung ist also nicht mehr möglich. Der Polarisator ist daher für das von der Retina des untersuchten Auges spiegelnd reflexierte Licht undurchlässig, und direkte, spiegelbildliche Reflexionen der Hornhaut oder der Netzhaut werden eliminiert Für die Erzeugung eines Nutzsignals steht daher nur ein Bruchteil de? in das Auge eintretenden Lichtes, nämlich lediglich diffus reflektiertes Licht, zur Verfügung. Ein zufriedenstellendes Signal/Rauschverhältnis ist damit also nicht erreichtbar, so daß die mit dem bekannten System durchgeführten Messungen Wünsche offen lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das optische System des bekannten Refraktometers derart weiterzubilden, daß durch geeignete optische Maßnahmen das für die Auswertung der Messung notwendige Nutzsignal größer und damit die objektive Bestimmung des BrechungsfehWs eines Auges besser und zuverlässiger als bisher möglich wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird bereits das auf d^;.e Netzhaut des zu messenden Auges fallende Licht polarisiert. Nach zweimaligem Passieren der Viertelwellenlängenplatte wird seine Polarisationsebene um 90° gedreht, so daß auch das von der Netzhaut reflektierte Licht den Strahlenteiler passieren kann und so als spiegelnd zurückgeworfenes Licht einen maßgeblichen Anteil am Ausgangssignal hat. Anstatt das spiegelnd reflektierte Licht auszublenden, wird dieses dem auszuwertenden Signal zugeordnet und erhöht daher wesentlich den Anteil des reflektierten Lichtes, welches als Signal nutzbar ist, so daß gegenüber dem Stande der Technik ein wesentlich verbessertes Ergebnis erzielt wird.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß spiegelnde Reflexionen von optischen Elementen im Strahlengang der Lichtstrahlen, ehe diese das λ/4-Plättchen erreicht haben, in der gleichen Polarisationsrichtung orientiert reflektiert werden, wie das einfallende Licht und daher durch den polarisierenden Strahlenteiler aus dem Strahlengang ausgeblendet werden. Auf diese Weise wird ein großer Teil des Rauschens vom Nutzsignal eliminiert. Die Anordnung des λ/4-Plättchens als letztes Element im optischen Strahlengang, ehe also das Licht in das Auge eintritt, eliminiert alle spiegelnden Reflexionen der optischen Elemente, erfaßt jedoch alle spiegelnden Reflexionen vorn Auge, die, wie bereits erwähnt, einen wesentlichen Anteil des Nutzsignals darstellen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist das einzig verbleibende, Rauschen erzeugende Element die spiegelnde Reflexion von der äußeren Oberfläche der Hornhaut. Da aber durch die konvexe Krümmung der Hornhaut diese spiegelnde Reflexion divergierend ist, bleibt der Anteil der Rauschen erzeugenden Reflexionen von der Hornhaut im Nutzsignal äußerst gering.

Durch die Erfindung ist also ein für die Zwecke der Praxis besonders geeignetes optisches System für ein Refraktometer geschaffen worden, das ein objektives Messen der Elrechzahl des Auges auf einfache, zweckmäßige und wirtschaftliche Weise und zuverlässiger als bisher ermöglicht. Das Refraktometer kann entweder von Hand betätigt werden oder automatisch arbeiten.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der

Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines optischen Systems für ein Refraktometer zur Veranschaulichung der Wirkungsweise de.· Erfindung, und

F i g. 2 eine schematisch gezeichnete Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des optischen Systems nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist schematisch die Wirkungsweise eines automatischen Refraktometers veranschaulicht Das durch eine Lichtquelle 11 erzeugte Licht durchläuft einen rotierenden Zerhacker 12 (Fig. 1), der aus dem Licht ein Muster eus sich bewegenden Lichtbalken 13 erzeugt, die auf die Netzhaut 14 eines Auges 15 geleitet werden. Das zurückgeworfene, aus den sich bewegender Balken 16 zusammengesetzte Lichtmuster durchläuft eine ortsfeste Maske 17 mit einem unbeweglichen Balken- oder Strichmuster, das dem Balken- oder Strichmuster 16 entspricht. Auf diese Weise wird ein pulsierendes wellenförmiges Signal 18 erzeugt, das abwechselnd zu- und abnimmt, während sich das Balkenmuster 16 über die Maske 17 hinweg bewegt. Das Signal 18 ist ferner eine Funktion der Brennpunktlage des Balkenmusters 16, denn wenn die Balken des Musters 16 scharf fokussiert sind, nimmt das Signal 18 seine maximale Helligkeit an, während bei einer schlechten Fokussierung der Balken des Musters 16 ein schwächeres Signal 18 erzeugt wird.

Nunmehr sei nachfolgend anhand von Fig. 2 das optische System des Refraktometers beschrieben.

Die genannte Lichtquelle 11 erzeugt entweder allein oder in Kombination mit einem Filter 19 vorzugsweise infrarotes oder nahezu infrarotes Licht. Ein solches Licht ist für das Auge unsichtbar, so daß sich die Pupille j, des zu untersuchenden Auges nicht verkleinert. Diese Maßnahme trägt ferner dazu bei, das zu untersuchende Auge während der Untersuchung im entspannten Zustand zu halten. Das Licht der Lichtquelle 11 wird auf einen Polarisator in Form eines polarisierenden Strahlenteilers 20 geleitet, der etwa eine Hälfte des einfallenden Lichtes polarisiert und das polarisierende Licht durch eine Kondensorlinse 21, eine Blende 22 und eine Strichplatte 23 fallen läßt, die als Zerhackertrommel ausgebildet, gleichachsig mit dem Strahlenweg 25 angeordnet und durch einen Motor 24 in Drehung versetzbar ist. Die trommeiförmige Strichplatte 23 weist in gleichmäßiger Umfangsabständen verteilte Schlitze 26 von gleicher Größe auf, deren Umfangsabstände vorzugsweise der Breite der Schlitze entsprechen, so -,u daß das Licht so zerhackt wird und ein Muster aus sich bewegenden Balken entsteht, deren Abstände der Balkenbreite entsprechen. Die Strichplatte 23 könnte auch als drehbare Scheibe oder als ortsfeste Strichp'atte in Verbindung mit einem bewegbaren Element zum Gebrauch als Zerhacker ausgebildet sein, doch bildet die Benutzung der trommeiförmigen Strichplatte 23 im Vergleich zu anderen Anordnungen eine einfache und zv/eckmäßige Lösung.

Das durch die trommeiförmige Strichplatte 23 bo fallende polarisierte Licht trifft auf einen weiteren polarisierenden Strahlenteiler 30, der in dem optischen Strahlenweg 25 so angeordnet ist, daü nahezu alles auf ihn fallende Licht längs des Strahlcnwcgs 25 auf das Auge 15 gerichtet wird. Um einen kompakten Aufbau b5 des Refraktors zu ermöglichen, wird die Lichtquelle 11 in der aus F i g. 2 ersichtlichen Weise angeordnet. Wenn Her polarisierende Strahlenteiler 20 nicht vorhanden wäre, müßte an der gleichen Stelle ein Spiegel angeordnet sein, der das Ucht zu dem polarisierenden Strahlenteiler 30 leitet. Die Anordnung eines polarisierenden Strahlenteilers 20 anstelle eines Spiegels und die hierdurch erzielte Vorpolarisiemng des Lichtes führt zu einer weiteren Polarisierung, wenn das polarisierte Licht durch den zweiten polarisierenden Strahlenteiler 30 geleitet wird. Da der zweite Strahlenteiler 30 praktisch nur unvollständig wirksam sei» kann, durchläuft ein Teil des einfallenden Lichtes den zweiten Strahlenteiler in der Einfa'ilsrichtung, um dann an der Rückseite 31 des Strahlenteilers 30 reflektiert zu werden. Jedoch führt die Verwendung des polarisierenden Strahlenteilers 20 zu einer Polarisierung von störendem Licht, so daß sich das zurückgeworfene Licht durch den Strahlenteiler 30 hindurch in Richtung auf den ersten Strahlenteiler 20 und nicht etwa längs des Strahlungswegs 35 fortpflanzt.

Durch diese Maßnahme wird das Auftreten von Störlicht längs des Strahlungswegs 35 eingeschränkt.

Das sich längs des Strahlungswegs 25 fortpflanzende polarisierte, infrarote Licht wird durch eine Kollimatorlinse 27 parallelgerichtet und fällt dann durch eine axial verstellbare Fokussierlinse 28. Im Strahlungsweg 25 sind ferner eine Blende 29 und ein Okular 32 angeordnet, und das zu untersuchende Auge 15 wird in einem vorbestimmten Abstand von dem Okular angeordnet. Die optischen Flächen der optischen Elemente 27, 28 und 32 reflektieren Licht wie Spiegel, so daß sie Licht nach hinten längs des Strahlungswegs 35 zurückwerfen könnten. Um eine solche Wirkung dieser optischen Flächen möglichst weitgehend auszuschalten, sind sämtliche Flächen der optischen Elemente 27,28 und 32 so ausgebildet, daß im wesentlichen keine größeren Flächen vorhanden sind, die im rechten Winkel zum einfallenden Licht verlaufen, und dadurch zu einer stärkeren Reflexion Anlaß geben könnten.

Zwischen dem Auge 15 und den Linsen des Okulars 32 ist ein Viertelwellenlängenplättchen 33 angeordnet, das vorzugsweise in das Okular eingebaut ist und das letzte optische Element bildet, durch welches das Licht fällt, bevor es zu dem Auge gelangt. Das λ/4-Plättchen 33 ist außerdem vorzugsweise unter einem kleinen spitzen Winkel gegen eine im rechten Winkel zu dem Strahlungsweg 25 verlaufende l:bene geneigt, so daß sämtliches von dem Plättchen durch Spiegelreflexion zurückgeworfenes Licht von dem Strahlungsweg 25 weg abgelenkt wird.

Das das Viertelwellenlängenplättchen 33 passierende Licht fällt auf die Hornhaut 34 des Auges 15, die eine gewisse Lichtmenge reflektiert. Die Hornhaut 34 ist jedoch gekrümmt, so daß das reflektierte Licht stark gestreut wird, und daß sich daher nur ein kleiner Teil des von der Hornhaut zurückgeworfenen Lichtes in der Gegenrichtung längs des optischen Strahlungswegs 25 fortpflanzt. Das durch die Pupille des Auges 15 fallende Licht gelangt auf die Netzhaut 14, und zwar mit einer veränderlichen Abbildungsschärfe, die sich nach den Brechungseigenschaften des Auges 15 und der jeweiligen Stellung der Fokussierlinse 28 richtet.

Das Vierwellenlängenplättchen 33 bewirkt Phasenänderungen bei polarisiertem Licht, das in beiden Richtungen durch das Plättchen fällt, und in der Praxis verändert das Plättchen die resultierende Orientierung des durch die Netzhaut 14 zurückgeworfenen polarisierten Lichtes gegenüber der Orientierung des aus dem Strahlenteiler 30 austretenden polarisierten Lichtes. Ist z. B. das aus dem Strahlenteiler 30 austretende

polarisierte Licht waagerecht orientiert, bewirken Phasenänderungen, die herbeigeführt werden, wenn das Licht das Viertelwellenlängenplältehen 33 zweimal durchläuft, eine Änderung der Polarisalionsrichtung des reflektierten Lichtes in Richtung auf die Senkrechte, wenn das Licht erneut zu dem Strahlenteiler 30 gelangt. Das gesamte waagerecht polarisierte Licht, das zu dem Strahlenteiler 30 von irgendeiner spiegelnd reflektierenden Fläche längs des Strahlungswegs 25 zurückgeworfen wird, wird auf den ersten Strahlenteiler 20 und ₎₀ die Lichtquelle 11 und nicht etwa auf den Strahlungsweg 35 gerichtet, doch senkrecht orientiertes polarisiertes Licht, das von der Netzhaut 14 kommt, durchläuft den Strahlenteiler 30 in gerader Richtung längs des Strahlungswegs 35. Auch das zu dem Strahlenteiler 30 _!5 gelangende unpolarisierte, diffus reflektierte Licht wird so aufgeteilt, daß ein Teil dieses Lichtes zu der Lichtquelle M zurückkehrt, während sich ein weiterer Teil längs des Strahlungsweges 35 fortpflanzt. Auf diese Weise kann im wesentlichen das gesamte durch die Netzhaut 14 reflektierte polarisierte Licht zu dem Strahlungsweg 35 gelangen, und zwar zusammen mit einem erheblichen Teil des durch die Netzhaut zurückgeworfenen unpolarisierten, diffus reflektierten Lichtes. Die längs des Strahlungswegs 35 verfügbare Gesamtlichtmenge dient dann zur Erzeugung eines nutzbaren Ausgangssignals.

Die Maske 17 mit dem Balken- oder Sirichmuster ist auf dem Strahlungsweg 35 zusammen mit einer Fokussierlinse 36 angeordnet, die das durchfallende Licht einer Photomultiplikatorröhre 37 oder einem anderen lichtempfindlichen Detektor zuführt. Das reflektierte Muster aus Balken oder Strichen, die sich über die Maske 17 hinweg bewegen, erzeugt ein Signal, das eine Funktion der Lage des Brennpunktes des reflektierten Musters ist. Beim automatischen Betrieb des Refraktors wird das durch den Detektor 37 nachgewiesene Signal einem Rechner 38 zugeführt, der die Ergebnisse analysiert und die Bewegung der Fokussierlinse 28 über einen Schrittmotor 39 steuert.

Um ein Drehen der Orientierungsebene des durch die trommeiförmige Strichplatte 23 erzeugten Lichtbalkenmusters gegenüber dem Auge 15 zu ermöglichen, sind die Lichtquelle 11, die beiden Strahlenteiler 20 und 30, das Okular 34 und die Maske 17 sämtlich miteinander verbunden und um den Strahlungsweg 25 drehbar. Gemäß F i g. 2 ist ein Mo'.or 40 vorhanden, der durch den Rechner 38 gesteuert wird, um die genannten Teile in die erforderliche Winkelstellung zu bringen.

Beim Gebrauch des Refraktometers wird das optische System auf das zu untersuchende Auge 15 ausgerichtet, das entspannt und daher auf einen unendlich weit entfernten Gegenstand gerichtet ist, und der Rechner 38 wählt verschiedene Orientierungswinkel mit Hilfe des Motors 40 und verstellt anschließend die Fokussierlinse 28 längs des Strahlungswegs 25, während er gleichzeitig das Ausgangssignal des Detektors 37 überwacht, um die Brechungseigenschaften des Auges 15 objektiv zu untersuchen. Es wird nacheinander mit verschiedenen Winkelstellungen des Lichtbalkenmusters und verschiedenen Stellungen der Fokussierlinse 28 gearbeitet, bis die Untersuchung abgeschlossen ist.

Für den Handbetrieb des Refraktometers wird die trommeiförmige Zerhackerstrichplatte 23 durch eine Strichplatte ersetzt, die mit einer Blende 22 kombiniert und als flache Scheibe mit einer gemusterten öffnung ausgebildet sein kann. Eine solche Scheibe kann ein Muster aufweisen, das dem zu untersuchenden Auge unterschiedliche Winkel darbietet, oder sie kann um die Achse des aus dem Polarisator 20 austretenden Lichtbündels drehbar sein, um eine Änderung der Winkelstellung des Balkenmusters gegenüber dem Auge 15 zu ermöglichen. Die Fokussierlinse 28 wird von Hand verstellt, und die maßgebende Stellung wird unter Benutzung einer Skala 41 notiert. Auch die Maske 17 ist zu entfernen.

Wenn bei manuellem Betrieb mit infrarotem Licht gearbeitet wird, ersetzt man den Detektor 37 durch einen Bildverstärker, der vom Benutzer 43 über ein Okular 42 betrachtet wird. Der Bildverstärker macht das Infrarotlicht für den Benutzer sichtbar, der die Abbildungsschärfe des reflektierten Musters beobachtet und die Fokussierlinse 28 verstellt, bis an verschiedenen Meridianen eine optimale Stellung des Brennpunktes erreicht ist. Hierauf analysiert der Benutzer die gewonnenen Ergebnisse, um die Brechungseigenschaften des Auges 15 objektiv zu ermitteln. Die durchgeführten Messungen beruhen nicht auf subjektiven Eindrücken des Beobachters und des Patienten sondern auf objektiven Messungen.

Das beschriebene optische System läßt sich auch benutzen, um Form oder Zustand der Netzhaut oder andere Merkmale eines Auges zu untersuchen. Der Handbetrieb ist erheblich weniger kostspielig als der automatische Betrieb, und im Vergleich zu den bekannten subjektiven Verfahren werden genauere und zuverlässigere Ergebnisse erzielt, doch läßt sich die Untersuchung bei automatischem Betrieb sehr schnell und mit hoher Genauigkeit durchführen. Bei dem Rechner 38 handelt es sich vorzugsweise um einen Digitalrechner, doch könnte man auch ein analog arbeitendes Rechen-Gerät benutzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Optisches System für ein Refraktometer zum objektiven Messen der Brechzahl des Auges, mit einer Lichtquelle, deren Licht sich als ein Lichtmuster längs eines auf das zu untersuchende Auge gerichteten Weges durch optische Elemente hindurch fortpflanzt, mit einer Fokussierlinse zum Ändern des Konvergenzwinkels des auf die Netzhaut fallenden Lichts, mit einem Polarisator und einer Einrichtung zur Drehung der Polarisationsebene des Lichtes, mit einem Detektor, der das von der Netzheut reflektierte Licht empfängt und ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Lage des Brennpunkts des reflektierten Lichts erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator ein polarisierender Strahlenteiler (30) ist, der das Licht von der Lichtquelle (11) zur optischen Achse (25) des zu untersuchenden Auges (15) umlenkt, und daß die Einrichtung (33) zur Drehung der Polarisationsebene derart im Strahlengang angeordnet ist, daß das von der Netzhaut reflektierte Licht in gerader Richtung durch den polarisierenden Strahlenteiler fällt und zum Detektor (37) gelangt.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Drehung der Polarisationsebene ein Viertelwellenlängenplättchen (33) ist, das so orientiert ist, daß es die Polarisationsebene des durch das Auge (15) reflektierten Lichts um etwa 90° gegenüber der Polarisationsebene des von dem polarisierenden Strahlenteiler (30) auf das Auge gerichteten Lichts dreht.

3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter polarisierender Strahlenteiler (20) so angeordnet ist, daß er eine erste Polarisation eines Teils des Lichts bewirkt und polarisiertes Licht zu dem erstgenannten polarisierenden Strahlenteiler (30) gelangen läßt.