DE2810539C2 - Optisches Gerät zur optjektiven Untersuchung der Augenbrechkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Gerät zur objektiven Untersuchung der Augenbrechkraft mit einer Einrichtung zur Erzeugung wenigstens eines gegen die optische Achse versetzten Strahlenbündel aus infrarotem Licht, mit einer Einrichtung zur axialen Veränderung der Abbildungsebene des Strahlenbündels auf der Retina eines zu untersuchenden Auges, mit einer unter einem Winkel zur optischen Achse angeordneten Reflexionseinrichtung zum Ausblenden des aus dem Auge reflektierten Lichts und mit einer Einrichtung zur Feststellung des aus dem Auge reflektierten Lichts.

Aus der DE-OS 24 49 910 war bereits ein Refraktometer bekannt, bei dem mit Hilfe von zwei zu beiden Seiten der optischen Achse liegenden Infrarot-Leuchtdioden abwechselnd eine Spaltblende auf dem Augenhintergrund abgebildet wird. Das von dem Augenhintergrund reflektierte Licht wird sodann mit Hilfe einer Fotozellenanordnung ausgewertet. Die Brechkraft des zu untersuchenden Auges wird durch eine Verstellung der Spaltblende in Richtung der optischen Achse festgestellt. Beim Vorliegen eines Astigmatismus kann die Lage der Zylinderachse dadurch festgestellt werden, daß hintereinander drei Messungen durchgeführt werden, bei denen jeweils die Spaltblende in vorbestimmte Winkelstellungen verdreht worden ist. Aus den in diesen Stellungen gemessenen Werten kann sodann die Lage der Zylinderachse berechnet werden. Eine solche Berechnung ist jedoch verhältnismäßig umständlich. Ein entsprechendes Refraktometer war auch bereits aus der Veröffentlichung von Tom N. Cornsweet und anderen in »|ournal of the Optical Socien of America«, Vol. 60, Nr. A. April 1970. S. 548-554. und aus einer Veröffentlichung von F. VV. Campbell und anderen in »Journal of the Optical Socicn of America". Vol. 49, Nr. 3, Mär/. 1959. S. 268-272 bekannt.

Aus der US-PS 36 02 580 ist ein Refraktometer bekannt, bei dem ebenfalls /wci gegen die optische Achse versetzte und um diese rotierende Slrahlenbun-

del erzeugt werden und diese Strahlenbündel auf der Retina fokussiert werden. Die Lage der Zylinderachsen wird bestimmt durch Auswertung fotografischer Aufnahmen des auf dem Hintergrund erzeugten Bildes, welches aus dem Beleuchtungsstrahlengang ausgespie- "> gelt wird. Auf der fotografischen Aufnahme entstehen Kreise oder bei Astigmatismus Ellipsen, die ausgemessen werden. Dies ist ein äußerst umständlicher und langwieriger Vorgang.

Aus der DE-PS 5 28 478 ist ein reflexloses Augenre- i< > fraktometer bekannt, bei dem verschiedene Lichtwege für das in das Auge einfallende und das aus dem Auge reflektierte Strahlenbündel vorgesehen sind. Beide Strahlenbündel werden über eine aus Prismenelementen aufgebaute Reflexionseinrichtung geführt Durch Verstellen der Reflexionseinrichtung wird die Brechkraft ermittelt. Wegen der zwei getrennten Lichtwege für die Strahlenbündel ist die Zahl der optischen Teile der Vorrichtung erhöht und die gesamte Anordnung ist unhandlich. Da keine zusätzliche Bilddreheinrichtung _'o vorgesehen ist, wird bei diesem Refraktometer der gesamte Gerätekopf um seine Längsachse gedreht, so daß die Untersuchung eines Auges relativ viel Zeit benötigt.

Bei dem in dem Prospekt der Fa. G. Rodenstock r> Instrumente GmbH, München/Hamburg, »Rodenstock Augenrefraktometer«, Nr. 153 011 336-0.5d/3-6.72 Bi dargestellten Augenrefraktometer ist der Beleuchtungsund Meßstrahlengang, der eine Abbildung einer Marke auf dem Augenhintergrund erzeugt, regelmäßig vom to Beobachtungsstrahlengang getrennt, mit dessen Hilfe diese Figur zwecks Scharfeinstellung auf dem Augenhintergrund beobachtet wird. Die Einstellmechanismen für die beiden Strahlengänge sind mechanisch miteinander gekoppelt. Nach erfolgter Einstellung läßt sich bei v> diesem Gerät unmittelbar die Brechkraft ablesen. Die Zylinderachsen werden bei vorliegendem Astigmatismus durch Drehen des Markenträgers ermittelt.

Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Gerät der eingangs erwähnten ■»» Art anzugeben, mil dem unmittelbar die Brechkraft eines Auges gemessen und beim Vorliegen eines Astigmatismus auf einfache Weise schnell die Lage der Zylinderachse festgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 4> daß eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rotation wenigstens eines der Strahlenbündel um die optische Achse vorgesehen ist. daß die Einrichtung zur axialen Veränderung der Abbildungsebene des Strahlenbündels auf der Retina einen nach außen weisenden, ortsfesten, vi keilförmigen 90^c-Reflektor sowie einen nach innen weisenden, bewegbaren, keilförmigen 9G^C-Reflektor, welcher mit dem festen Reflektor zusammenwirkt, umfaßt, daß nach der das aus dem Auge reflektierte Licht aus dem Strahlengang ausblendenden Reflexions- v> einrichtung eine Bilddreheinrichtung vorgesehen ist, und daß hinter der Bilddreheinrichtung ein Quadranten-Fotodetektor angeordnet ist, mit dem die richtige Ausgleichslage des nach innen weisenden bewegbaren, keilförmigen 90 -Reflektors und/oder der Bilddrehein- wi richtung Feststellbar ist.

Durch das erfindungsgemäße Gerat läßt sich auf einfache Weise lediglich durch Verstellung des bewegbarer: Reflektors die Brechkraft eines Auges feststellen. l.heriM) kann bei dem Vorliegen eines Astigmatismus <·■'* auf einfache und schnelle Weise die Lage der Zylinderachse durch Verdrehung der Bilddreheinrichlung festgestellt werden.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform zeichnet sich das optische Gerät durch eine Einrichtung, durch die differentielle Auseangssignale von den Ausgangssignalen des Fotodetektors erzeugbar ist und durch eine Servoregelung zur Verstellung des bewegbaren Reflektors und/oder der Bilddreheinrichtung entsprechend diesen Ausgangssignalen aus. Auf diese Weise wird eine automatische Einstellung und damit Messung der sphärischen Brechkraft und/oder eines Astigmatismus möglich.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Reflexionseinrichtung auf der optischen Achse des auf die Retina gerichteten Lichtbündels angeordnet ist und eine mittige Öffnung aufweist, und daß ein auf Infrarotlicht ansprechender und die richtige Lage des zu untersuchenden Auges feststellender Fotodetektor vorgesehen ist, auf den von der Retina reflektiertes und durch die mittige Öffnung der Reflexionseinrichtung fallendes Infrarotlicht durch den Strahlteiler ablenkbar ist. Hierdurch wird ein optisches System zum Ruhigstellen bzw. Ausschalten des Fokussierungsvermögens des Auges während der Messung der Brechkraft an die Hand gegeben, das in das eigentliche Meßgerät mit integriert ist. Hierdurch erübrigt sich ein unabhängiges optisches System zum Ruhigstellen des Auges und es wird dadurch weitgehend Störlicht vermieden, das durch ein Lichtübertragungssystem zur Beleuchtung der Netzhaut erzeugt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte, schematische Darstellung eines optischen Systems zur Augenuntersuchung, welches gemäß der Erfindung ausgelegt ist,

Fig. 2 die Abbildungsbedingungen auf der Höhe eines Quadranten-Fotozellen-Detektors,

Fig. 3 die verschiedenen Brennpunktsbedingungen, Ausgangssignale und Bezugsimpulse bei Weitsichtigkeit, Normalsichtigkcit und Kurzsichtigkeit, und

Fig.4 die verschiedenen Brennpunktsbedingungen und Ausgangssignale der Quadranten-Fotozelle, wenn Brechungsanotnalitäten vorliegen, zu denen Anomalitäten der Zylinderbrechkraft gel Jren.

In F i g. I ist ein vollständiges optisches System für ein automatisches Gerät 100 zur objektiven Augenuntersuchung dargestellt. Eine Lichtquelle 11 strahlt einen Lichtstrom 102 aus, welcher durch eine Linse 13 gesammelt, von einem Spiegel 15 reflektiert und zu einem Bild auf einer Platte 17 fokussiert wird, welche mit zwei etwas gegenüber der optischen Achse verschobenen kleinen Öffnungen 104 und 106 ausgebildet ist. Durch die zwei kleinen Öffnungen ergeben sich zwei Strahlenbündel 108 und 110, die durch eine Kollimatorlinse 19, in deren Brennebene die Platte 17 mit den kleinen Öffnungen liegt, zueinander parallel gemacht werden. Die zueinander parallelen Strahlenbündel 108 und 110 gelangen dann durch ein Filter 21, welches für infrarote Strahlen durchlässig ist, und werden von einer Hochgeschwindigkeits-Bilddreheinrichtung 23 gedreht. Ein Spiegel 25 lenkt die Strahlenbündel durch eine Kondensorlinse 27, welche sie zu einem Bild auf einem unter einen Winkel angeordneten, i.i der Mitte offenen Reflektor 37 durch eine Blendenscheibe 29 und einen Strahlteiler 31 hindurch scharf abbildet. Das Strahlenbündel 108, welches von der kleinen Öffnung 104, welche der optischen Achse am nächsten liegt, ausgeht, wird in der Öffnung des Spiegels 37 fokussiert, während das andere

Strahlenbündel 110 von der öffnung 106, welche weiter von der optischen Achse entfernt liegt, außerhalb der Spiegelöffnung während der Drehung der Strahlenbündel um die optische Achse durch die Bilddreheinrichtung 23 fokussiert wird.

Während der Lichtpunkt 118 der infraroten Strahlen, welcher sich außerhalb des Umfangs der Spiegelöffnung herumdreht, fortreflektiert wird, bildet der Pleck 120, welcher sich in der öffnung dreht, ein Lichtbündel 126, welches durch einen dichroitischen Spiegel 39 hindurchgeht, der mit einem Winkel von 45° zur optischen Achse angeordnet ist. Dieser Spiegel ist für infrarote Strahlen durchlässig, reflektiert jedoch sichtbares Licht, und läßt das Lichtbündel zu einer KoüimatorUnse 53 hindurch. Das parallele Lichtbündel 126 wird dann von einem fest angeordneten 90° umfassenden, keilförmigen Spiegel 55 reflektiert, der unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse angeordnet ist, und durch ein Paar von entsprechenden, keilförmigen Spiegeln 57 zurückreflektiert, welche mit einem veränderbaren Abstand von dem Spiegel 55 angeordnet sind. Das zurückgeführte Strahlenbündel wird durch eine Abbildungslinse 63 fokussiert, gelangt durch einen durchlässigen Spiegel 65 und ein Meßfenster 57, um das Auge anzuordnen, und bildet ein Bild an einer Stelle in der Ebene der Pupille, welches auf die Netzhaut 37 abgebildet wird.

Der Strahlteiler 31 lenkt einen Teil der Lichtbündel 108 und 110 von der optischen Achse fort und erzeugt konvergierende Strahlenbündel 114 bzw. 112. Durch einen unmittelbar vor einer Fotozelle 33 angeordneten Schlitz 32 wird verhindert, daß das sich drehende Strahlenbündel 114 auf diese auftrifft und ein Bezugssignal nur dann erzeugt wird, wenn das sich drehende Strahlenbündel 112 durch die Schlitzöffnung hindurchgeht.

Das von der Hornhaut reflektierte Strahlenbündel wird in das System zurückgeführt, als Bild anschließend an die mittlere öffnung des unter einem Winkel angeordneten Reflektors 37 auf diesem fokussiert und seitlich durch den Strahlteiler 31 abgelenkt, um durch eine Kondensorlinse 34 als Bild auf einer Fotozelle 35 fokussiert zu werden. Wenn das zu untersuchende Auge richtig angeordnet ist, werden die von der Hornhaut reflektierten Strahlen stets auf der Fotozelle 35 abgebildet, welche somit ein konstantes Ausgangssignal erzeugt, wodurch es möglich ist, irgendwelches Blinzeln oder Verschieben des Auges von der optischen Achse festzustellen und somit fehlerhafte Messungen zu verhindern.

Eine Ap.omaütät der Brechung des Auges wird entweder durch die sphärische Brechkraft des Auges allein oder zusammen mit der zylindrischen Brechkraft des Auges bewirkt Wenn nur die sphärische Brechkraft einbezogen ist, werden die von der Netzhaut 73 reflektierten Strahlen 122 auf eine Differential-Fotozelle oder Quadranten-Fotozelle 43 fokussiert, wie es in den Fig.2 und 3 dargestellt ist Wenn sich der bewegbare Reflektor 57 in seiner Null-Lage befindet und das Strahlenbündel 122 in der Mittelebene 43a der Fotozelle, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, fokussiert ist, liegt Normalsichtigkeit des Auges vor. Wenn das Strahlenbündei 122 in einer Ebene 43£> vor der Fotozelle fokussiert wird, liegt Weitsichtigkeit vor. Wenn das Strahlenbündel 122 in einer Ebene 43c hinter der Fotozelle fokussiert wird, liegt Kurzsichtigkeit vor.

In der Fig.3 stellen -4-1, A-2 und A-3 die Abbildungsverhältnisse bei Weitsichtigkeit, Normalsichtigkeit bzw. Kurzsichtigkeit dar. ß-1, 5-2 und ß-3 geben die von der Fotozelle durch die Quadrantenkombination von (A + B) — (C + D) erzeugten Ausgangssignale an. C-I, C-2 und C-3 zeigen Taktsignale als Bezug für die Ausgangssignale ß-1, ß-2bzw. ß-3.
-, Das heißt, ein Meßvorgang mit dem Gerät oder ein Ausgangssignal tritt jedesmal dann auf, wenn ein Bezugsimpuls erzeugt worden ist. Da ein weitsichtiges Auge das Signal ß-1 in Fig. 3 erzeugt und dieses ein positives Ausgangssignal liefert, kann letzteres dadurch auf Null gebracht werden, wie bei ß-2 in F i g. 3, daß der bewegbare Reflektor 57 in die Lage gebracht wird, die durch die gestrichelte Linie 61 dargestellt ist. Ähnlich kann das mit einem kurzsichtigen Auge erhaltene negative Ausgangssignal auf Null dadurch gebracht werden, daß der Reflektor 57 in die gestrichelt dargestellte Stellung 59 verschoben wird. Die notwendigen Verschiebungen des Spiegels 57, um einen Null-Wert zu erhalten, zeigen das Maß der Anomalität der Brechkraft des Auges an. Der Reflektor 57 kann von Hand oder durch eine Servosteuerung eingestellt werden, da sich die Ausgangssignale in Abhängigkeit von dem Sehvermögen ändern, d. h. bei Weitsichtigkeit, Normalsichtigkeit oder Kurzsichtigkeit.

In Fig.4 ist ein anderes, mögliches Verfahren zur Augenuntersuchung für die Fälle angegeben, wenn die Messungen für die sphärische Brechkraft und die Zylinderbrechkraft miteinander kombiniert werden, oder wenn nur eine Messung der Zylinderbrechkraft durchgeführt wird. In der Figur AA ist die Brennpunkts-

jo lage des Strahlenbündels 122 auf der Quadranten-Fotozelle 45 dargestellt, wenn die Zylinderachse um 45° gegenüber der optischen Hilfsachse geneigt ist, wodurch das Strahlenbündel eine Ellipsenbahn beschreibt. ß-1 in Fig.4 stellt die Ausgangssignale dar, weiche bei dem in A-X angegebenen Fall erhalten werden, wobei χ und y die Signalkombination (A + B)-(C+ D) bzw. (B + D) - (A + C) darstellen. C-I in F i g. 4 zeigt das kombinierte Ausgangssignal χ ■ y, dessen Mittelwert negativ ist. Dieses Signal

to veranlaßt den Drehantrieb der andreheinrichtung 41, die Zylinderachse in Übereinstimmung mit der Achse der Fotozelle zu bringen, wie es in A-2 in F i g. 4 gezeigt ist, wobei die in ß-2 und C-2 dargestellten Ausgangssignale erzeugt werden. Wenn die Achsen miteinander übereinstimmen, kann die Brechkrafl längs der χ und y Richtungen bestimmt werden, wobei das gleiche Verfahren wie bei der Bestimmung der sphärischen Brechkraft, wie es oben im Zusammenhang mit der Fig.3 beschrieben worden ist, verwandt wird. Der Unterschied zwischen den zwei Ergebnissen stellt dann die Zylinderbrechkraft dar. Die Zylinderachse kann auch dadurch bestimmt werden, daß der Drehwinkel der Bilddreheinrichtung 41 festgestellt wird, welcher erforderlich ist, um den Mittelwert des Ausgangs von χ ■ y auf Null zu bringen. A-3 in Fig.4 zeigt die Brennpunktverhältnisse wenn die Zylinderachse um einen Winkel von 135° geneigt ist. Die entsprechenden Ausgangssignale χ und y und χ ■ ysind in ß-3 bzw. C-3 in Fig.4 dargestellt. Ihr mittlerer Wert ist positiv.

Demgemäß kann die Bestimmung der Zylinderachse ohne weiteres servo-gesteuert werden, da die Neigung der Achse zur Ordinate y sehr einfach dadurch bestimmt werden kann, daß der Mittelwert des Ausgangs von χ ■ y auf der Abszisse χ festgestellt wird.

Eine Einrichtung, welche unerläßlich ist, um irgendwelches naturgegebenes EinstellvermC-gen des Auges während der Untersuchung auszuschließen, kann direkt in dem erfindungsgemäßen optischen System zum

Messen der Brechkraft untergebracht werden. Diese Einrichtung 51 zum Ruhigstellen umfaßt eine Lichtquelle 49, ein monochromatisches Filter 47 und eine Karte 45, und ist an einer Stelle angeordnet, welche etwas gegenüber den äquivalenten optischen Abstand der Blendenplatte 29 relativ zu der Kollimatorlinse 53 verschoben ist. Das von der Karte 45 ausgehende Strahlenbündel 124 wird durch den dichroitischen Spiegel 39 abgelenkt und in das optische System zur Messung der Brechkraft so eingeführt, daß es auf die

Netzhaut 73 des Auges gerichtet wird. Da die Verschiebung des bewegbaren Reflektors 57 von der Brechkraft des untersuchten Auges abhängt, können die von der etwas verschobenen Karte 45 ausgehenden Lichtstrahlen nicht auf der Netzhaut, ungeachtet der Brechungsanomalitäten des Auges, fokussiert werden. Das heißt, mit einer solchen richtigen Ruhigstellung sieht der zu untersuchende Mensch ein verschwommenes oder verschleiertes Bild.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Optisches Gerät zur objektiven Untersuchung der Augenbrechkraft mit einer Einrichtung zur Erzeugung wenigstens eines gegen die optische Achse versetzten Strahlenbündels aus infrarotem Licht mit einer Einrichtung zur axialen Veränderung der Abbildungsebene des Strahlenbündels auf der Retina eines zu untersuchenden Auges, mit einer unter einem Winkel zur optischen Achse angeordneten Reflexionseinrichtung zum Ausblenden des aus dem Auge reflektierten Lichts und mit einer Einrichtung zur Feststellung des aus dem Auge reflektierten Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (104, 106; 23) zur Erzeugung einer Rotation wenigstens eines der Strahlenbündel (114) um die optische Achse vorgesehen ist, daß die Einrichtung zur axialen Veränderung der Abbildungsebene des Strahlenbündels auf der Retina einen nach außen weisenden, ortsfesten, keilförmigen 90°-Reflektor (55) sowie einen nach innen weisenden, bewegbaren, keilförmigen 90°-Reflektor (57), welcher mit dem festen Reflektor zusammenwirkt, umfaßt, daß nach der das aus dem Auge reflektierte Licht aus dem Strahlengang ausblendenden Reflexionseinrichtung (37) eine Bilddreheinrichtung (41) vorgesehen ist, und daß hinter der Bilddreheinrichtung (41) ein Quadranten-Fotodetektor (43) angeordnet ist, mit dem die richtige Ausgleichslage des nach innen weisenden jo bewegbaren, keilförmigen 90°-Reflektors (57) und/ oder der Bilddreheinrichtung (41) feststellbar ist.

2. Optisches Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, durch die differentielle Ausgangssignale von den Ausgangssignalen des Fotodetektors (43) erzeugbar sind, und durch eine Servoregelung zur Versteilung des bewegbaren Reflektors (57) und/oder der Bilddreheinrichtung (41) entsprechend diesen Ausgangssignalen.

3. Optisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (23, 104, 106) zur Erzeugung der rotierenden Strahlenbündel (108, 110) eine Glühlichtquelle (11), ein Plattenelement (17) mit zwei kleinen öffnungen (104, 106), von denen jede etwas gegen die optische Achse um unterschiedliche Abstände versetzt angeordnet ist, eine Einrichtung (13) zur Fokussierung des Lichtes von der Glühlichtquelle (11) auf dem Plattenelement (17), eine Kollimatorlinse (19), welche auf der optischen Achse in einem Abstand von dem Plattenelement (17) angeordnet ist, der gleich ihrer Brennweite ist, ein Infrarotfilter (21), welches auf der optischen Achse hinter der Kollimatorlinse (19) angeordnet ist, und eine Bilddreheinrichtung (23) aufweist, welche auf der optischen Achse hinter dem Infrarotfilter (21) angeordnet ist, daß eine Fokussierungseinrichtung für die Strahlenbündel (108, 110) eine Sammellinse (27), welche auf der optischen Achse hinter der Bilddreheinrichtung (23) angeordnet ist, eine Platte (29), welche mit einer mittigen öffnung ausgebildet und auf der optischen Achse hinter der Sammellinse (27) angeordnet ist. und einen Strahltciler (31) aufweist, welcher auf der optischen Achse hinter der mit einer Öffnung ausgebildeten Platte (29) angeord- <i5 net ist, und daß die Strahlenbündel (108, 110) durch die Fokussiereinriehuing in einen hinter der Platte (29) liegenden Punkt fokussiert werden.

4. Optisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektionseinrichtung (37) auf der optischen Achse des auf die Retina gerichteten Lichtbündels angeordnet ist und eine mittige öffnung aufweist, und daß ein auf Infrarotlicht ansprechender und die richtige Lage des zu untersuchenden Auges feststellender Fotodetektor (35) vorgesehen ist, auf den von der Retina reflektiertes und durch die mittige öffnung der Reflexionseinrichtung fallendes Infrarotlicht durch den Strahlteiler (31) ablenkbar ist

5. Optisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Reflexionseinrichtung (37) und dem zu untersuchenden Auge ein dichroitischer Spiegel (39), der Infrarotstrahlung durchläßt und sichtbares Licht reflektiert, auf der optischen Achse des auf die Retina gerichteten Lichtbündels angeordnet ist, daß eine Lichtquelle (49) für sichtbares Licht und ein Vernebelungselement (45) zwischen der Lichtquelle (49) und dem dichroitischen Spiegel (39) mit einem optischen Abstand von einer vor dem Reflektor (55, 57) angeordneten Kollimatorlinse angeordnet ist, der ungleich ihrer Brennweite ist, wodurch diffuses, sichtbares Licht zusätzlich in das zu untersuchende Auge einstrahlbar ist.