DE2817377C3

DE2817377C3 - Gerät zur automatischen objektiven Augenrefraktion

Info

Publication number: DE2817377C3
Application number: DE2817377A
Authority: DE
Inventors: Nils 8201 Rambling Nielsen; Adolf 8000 Muenchen Triller
Original assignee: Optische Werke G Rodenstock
Current assignee: Optische Werke G Rodenstock
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1978-04-20
Publication date: 1980-11-13
Also published as: IT1115144B; DE2817377A1; IT7948774A0; FR2423203A1; JPS54141094A; DE2817377B2; JPS6159133B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur objektiven, automatischen Messung der Refraktion des menschlichen Auges, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das die üblichen Bestimmungsgrößen Sphäre, Zylinder und Achse mit automatischem Programmablauf auf optoelektronische Weise bestimmt und anzeigt.

Augenrefraktometer, z. B. nach der DE-PS 2262886, benützen die Abbildungsschärfe eines Testbildes auf der Retina des Auges als Einstellkriterium, wobei dieses Kriterium für die optimale Schärfe des Netzhautbildes unmittelbar vom Bildkontrast abgeleitet wird, was durch Abfragen der lateralen Helligkeitsverteilung des Netzhautbildes geschieht. Der Momentanwert des Kontrastes liefert aber keine Aussage über die Lage des gesuchten Kontrastmaximums als dem Ort größter Bildschärfe. Eine genaue Feststellung der Maxima des Kontrastverlaufes ist auf einfach Weise hier nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zur automatischen Augenrefraktion zu schaffen, bei dem die Bestimmungsgrößen, Sphäre, Zylinder und Achslage unmittelbar gemessen und angezeigt werden. Hierbei sollen die Einstellkriterien auf einfache Weise gegenüber den mit Hilfe bekannter Einrichtungen erzielten Ergebnissen wesentlich präzisiert sein, wobei eine au-

ßerordentlich genaue Feststellung des Schärfe- bzw. Kontrastmaximums erwünscht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschriebene Gerät gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät wird jede Bestimmungsgröße, nämlich Sphäre, Zylinder und Achslage einzeln für sich gemessen, es wird keinerlei Berechnung derselben vorgenommen.

Die Bestimmung der Schärfenebene erfolgt mit sehr selektiven Kriterien durch Erfassung der steilen Flankenbereiche beiderseits des Schärfenmaximums.

Eine Programmkontrolle führt zur Wiederholung der Zylinderbestimmung, wenn Meßfehler auftreten.

In den Unleransprüchen sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gerätes wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein Gerät in schematiscjer Darstellung,

Fig. 2 und 3 grafische Darstellungen der elektrischen Signale in Abhängigkeit von der Schwingung des Testgitters,

Fig. 4 in grafischer Darstellung die Entstehung der Grundfrequenz,

Fig. 5 die Erfassung der Amplitudenmaxima zu Fig. 4,

Fig. 6 ein Blockschaltbild zu Fig. 4 und 5,

Fig. 7 das Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Gerätes,

Fig. 8, 9 u. 10 verschiedene Formen von Hüllkurven, abhängig von der Größe des Astigmatismus,

Fig. 11 die Ableitung der Achslage zur Früherkennung des Astigmatismus,

Fig. 12 die Ableitung des »Fensters« von der Hüllkurve,

Fig. 13 ein Impulsdiagramm zum Zählvorgang einer Achslage,

Fig. 14 ein Blockschaltbild zur Achslagenmessung,

Fig. 15 eine grafische Darstellung der Entstehung der Oberwelle und Ableitung verschiedener Signalformen in Abhängigkeit von der räumlichen Lage der Testmarke,

Fig. 16 ebenfalls grafisch die Erfassung der Amplituden-Maxima der Oberwelle, dargestellt für die positive Flanke des Referenzrechteckes, und

Fig. 17 ein Blockschaltbild für den Dioptrienvorschub.

Die scLematische Darstellung des Gerätes in Fig. 1 läßt erkennen, daß das Prinzip der Optik vom Prismenrefraktometer abgeleitet ist, dessen Merkmale, wie Projektion einer detaillierten Marke auf dem Augenhintergrund, Einstellen des Refraktionswertes durch Verschieben eines Umlenkprismas (Einstellprisma) sowie strenge Einhaltung des Optometerprinzips auch hier vorhanden sind.

Die Wendel der Glühlampe 1 wird vom Kondensor 2 auf die Aperturblende 4 fokussiert, die im Brennpunkt von Linse 5 angeordnet ist. Es folgt die längs der optischen Achse schwingende Testmarke 6, die über das verschiebbare Einstellprisma la und die Linsen 8 und 9 auf ^e ■ t_zhaut des Auges projiziert werden kann. Ein Filter 3 läßt nur Infrarotlicht in den Strahlengang gelangen. Auf Linse 8 folgt der geometrische Strahlenteiler 10, dessen konzentrische Teilerfläche durch Linse 9 auf die Augenpupille abgebildet wird. Das optische Drehsystem 11 aus drei Spiegelflächen dreht den gesamten Strahlengang zwischen Strahlenteiler 10 und Auge 12. Das vom Auge zurückkehrende Licht nimmt den gleichen Weg zurück zum Strahlenteiler 10, wo es von der Teilerfläche reflektiert der Linse 13 zugeführt wird. Linse 13 entwirrt ein Bild der Netzhaut auf der zweiten Testmarke 14, wobei die Einstellung synchron mit Prisma la durch das zweite Einstellprisma Ib geschieht. Die Anordnung ist so justiert, daß das Markenbild der Netzhaut genau »Steg auf Lücke« in die Testmarke 14 fällt.

ίο Der durchtretende Strahlungsfluß wird von Linse 15 auf den Fotodetektor 16 gebündelt. Der Strahlenteiler 17 vor der Testmarke 14 lenkt einen Teil des empfangenen Lichtes über Linse 18 auf den zweiten Fotodetektor 19, der zu Kompensationszwecken dient.

Der Fixations- und Beobachtungsstrahlengang erhält sein Licht ebenfalls von der Glühlampe 1. Die durch Kondensor 20 und Wärmeschutzfilter 21 beleuchtete Fixationsmarke 22 kann längs der optischen Achse durch den Stellmotor 23 verschoben werden.

Ihre Abbildung im Auge erfolgt über Linse 24 und Hohlspiegel 25 sowie über mehrere Umlenkspiegel. Spiegel 26 ist ein infrarotdurchlässiger Kaltlichtspiegel.

In den gleichen Strahlengang ist noch eine Beobachtung der Pupillenlage eingeführt. Außer den genannten Teilen sind noch zwei Schrittmotoren und mehrere Lichtstrahlschalter eingebaut.

Schrittmotor 27 steuert den Schlitten 7 der Dioptrienverstellung mit den beiden Einstellprismen la

jo und Ib. Die Lichtstrahlschalter 28a/b/c markieren Ende und Mitte des Verstellbereiches. Der Lichtstrahlschalter 29 liefert den Referenzimpuls für die Messung der Refraktion. Der Schrittmotor 30 gehört zum optischen Drehsystem mit dem Referenz-Licht-Strahlschalter 31.

Im Rahmen der Funktionsbeschreibung ist in F i g. 2 die Entstehung der Meßsignale gezeigt.

Zunächst sei angenommen, dem Auge werde als Testmarke ein ruhendes Strichgitter dargeboten und das Netzhautbild dieses Gitters würde mit einem gleichartigen Gitter »Strich auf Lücke« abgedeckt werden. Die Messung des Strahlungsflusses durch die Gitterlücken mit einem Fotodetektor ergibt das elektrische Signal J_F als Funktion des Bildkontrastes.

Aufgetragen über dem Einstellwert D_E, dem Kehrwert der Entfernung Auge-Gitter des Schlittens 7 der Dioptrienverstellung mit den Einstellprismen IaIb ergibt sich eine Glockenkurve (Teil a der Fig. 2). Das Maximum dieser Kontrastverteilung wird dann erreicht, wenn der Einstellwert D_E gleich der momentanen Einstellrefraktion A_E des Auges ist. Wenn sich der Dioptrienvorschub beim momentanen Einstellwert D_Em befindet und ein Gitter mit der Amplitude D längs der optischen Achse schwingt, so ergeben sich die in Teil b der Fig. 2 dargestellten Verhältnisse. Das elektrische Signal J_F (t) zeigt bereits deutlich den Übergang der Grundfrequenz zur Oberwelle.

Während die Grundfrequenz in den beiden Wen-

t>o depunkten der Glockenkurve fast oberwellenfrci vorliegt, erscheint die reine Oberwelle (doppelte Frequenz der Gittermarkenschwingung) nur im Kurvenscheitel, d. h. im Schärfenpunkt der Netzhautabbildung. Das elektrische Signal J_F (i) ist mit seinem

L5 Informationsgehalt ein ausgezeichneter Indikator zum Auffinden der Einstellrefraktion A_E, wobei ein optimales Resultat dann vorliegt, wenn die doppelte Schwingamplitude des Gitters gleich der Halbwerts-

breite der Kontrastglockenkurve ist.

In Fig. 3 ist die Entstehung des Signals zur Achslagenmessung dargestellt. Zwei Kontrastglockenkurven 32 und 33 sind den Einstellrefraktionen A_E , bzw. A_E2 der beiden astigmatischen Hauptschnitte zugeordnet. Ihr Abstand entspricht dem Meßwert »Zylinder«. Während das Gitter um den optimalen Einstellwert D_A schwingt (die Amplituden erreichen gerade den 1. Wendepunkt des 1. Hauptschnittes), rotiert das optische Drehsystem, was einem Pendeln der Kontrastglockenkurve zwischen den beiden dargestellten Extremlagen gleichkommt. Damit wird das Wechselsignal 34 der Gitterschwingung von den winkelabhängigen Brechwerten des Auges moduliert.

r\iü c j η ^ ^ ιιηΗ α "^ei^cn die Erkennun⁰ df*r Grundfrequenz /,, und die Ableitung eines, logischen Signals für die Steuerung des Dioptrienvorschubes.

Eine symmetrische, sinusförmige Grundfrequenz /„ als Folge der schwingenden Bewegung des einen Gitters entsteht nur dann, wenn sich der Schwingbereich des Gitters vollständig im linearen Teil einer der Flanken der Kontrastglocke befindet (Fig. 4). Bei entsprechender Einstellung der Schwingweite des Gitters läßt sich nun erreichen, daß nur an einem markanten Punkt (Mittelpunkt) der Flanken eine symmetrische Grundfrequenz auftritt. Aus den positiven und negativen Spitzenwerten der Grundfrequenz wird in bezug auf eine rechteckförmige Referenz mit gleicher Frequenz je eine Gleichspannung gewonnen und aus dem absoluten Betrag dieser Spannungen die Summe gebildet.

Von dem Referenz-Rechteck werden getrennt sowohl von den positiven als auch negativen Flanken Impulse bestimmter Breite abgeleitet (Fig. 5). Diese steuern getrennt nach Flankenpolarität Sample und Hold-Verstärker, im folgenden kurz S-H-Verstärker genannt (Fig. 6), derart an, daß ein S-H-Verstärker, der zunächst frei mitläuft, für die Dauer des Impulses gesperrt wird, und so das Amplitudenmaximum für die Dauer der Impulsbreite hält. Der folgende S-H-Verstärker, der zunächst blockiert war, wird während dieser Zeit geöffnet und übernin mt aus dem 1. Verstärker den gespeicherten Wert und bietet ihn am Ausgang niederohmig als Gleichspannung an. Es liegen jetzt also die über den positiven und über den negativen Flanken der Referenz liegenden Amplitudenmaxima getrennt als Gleichspannungswert vor. Diese beiden Gleichspannungswerte werden einem Summenverstärker zugeführt. Ist die Summe φ 0, liegt das Gitter nicht im Mittelpunkt der Flanke der Kontrastkurve. Liegt das Gitter dagegen im Mittelpunkt der Flanke, so ist die Summe der Spitzenwerte = 0. Dem Summenverstärker folgt ein Fensterkomparator, der nur qualitativ darüber entscheidet, ob das Summensignal = oder φ 0 ist. Der Komparatorausgang liefert dann ein logisches Signal H, wenn das Summensignal = 0 ist. Das logische Signal des Komparators führt auf die Steuerelektronik des Schrittmotors Dioptrienvorschub und stoppt die Vorschubbewegung bei »Erkennung« der Grundfrequenz ab.

Fig. 7 zeigt anhand eines Flußdiagramms den zeitlichen Ablauf der gesamten Meß- und Steuerungsvorgänge im Gerät. Nach dem Start eines Meßvorgangs beginnt zunächst der Suchlauf (Programmschritt Sl). Der Dioptrienvorschub und parallel dazu mit gleicher Vorschubgeschwindiglceit die Fixationsmarke laufen bis in die Flankenmitte der Kontrastglocke und stoppen ab. Kriterium hierfür ist die Erkennung der Grundfrequenz /₀. Unabhängig vom Dioptrienvorschub läuft nach dem Start auch das Drehsystem, um einen evtl. vorhandenen Astigmatismus zu detektieren. Die Entscheidung darüber, wie das Programm weiterläuft, wird in der Verzweigung Bl (Programmschritt 2) getroffen. Falls kein Astigmatismus vorliegt, schaltet über eine Programmschleife die Steuerung direkt auf Messung »Sphäre« (Programmschritt 10).

ίο Das Drehsystem läuft in diesem Fall konstant bis zum Ende der Messung weiter. Liegt aber ein Astigmatismus vor, stoppt das Drehsystem in der ungefähren Achslage des 1. Hauptschnitts ab. Der Dioptrienvorschub läuft automatisch um ca. 0,75 dpt zurück, um bessere Bedingungen für den Gewinn eines Achslagensignals zu erhalten. Anschließend wird die »Achslage« als Einzelmessung (Programmschritt S3) festgestellt. Das Drehsystem stoppt nach einer weiteren Drehung in dieser gemessenen Achslage ab. Danach

setzen sich der Dioptrienvorschub und die Fixations · marke wieder in Bewegung, es erfolgt der Suchlauf

1. Hauptschnitt (Programmschritt S4). Kriterium für das Abstoppen ist hier die Erkennung der doppelten Grundfrequenz 2 /_u bzw. der ersten Oberwelle. Die

Fixationsmarke bleibt nun im weiteren Verlauf der Messung bis zum Programmschritt SlO stehen.

Der Programmschritt S5 veranlaßt eine Verdrehung des Drehsystems um + 90°. Es erfolgt ein weiterer Suchlauf 2. Hauptschnitt (Programmschritt S6).

Kriterium für das Abstoppen des Dioptrienvorschubs ist auch hier wieder die Erkennung der doppelten Frequenz 2 f_g. Mit dem Programmschritt S7 wird die Verdrehung des Drehsystems in die zuvor gemessene Achslage des 1. Hauptschnitts erwirkt, anschließend

Rücklauf des Dioptrienvorschubs und wieder Suchlauf des 1. Hauptschnitts (Programmschritt 58). Der Verfahrweg des Dioptrienvorschubs vom 1. Hauptschnitt zum 2. Hauptschnitt und zurück vom

2. Hauptschnitt zum 1. Hauptschnitt während der Programmschritte S4... S8 ergibt eine zweimalige Erfassung des Zylinderwertes. Zur Anzeige kommt eine Mittelung über diese beiden Meßwerte, wobei sich der angezeigte Zylinderwert immer auf den 1. Hauptschnitt bezieht (Minuszylinder). Bei der Konzeption des Programmablaufes wurde davon ausgegangen, daß während der Programmschritte für die Zylindermessung 54 ... S8 Akkommodationsänderungen auftreten und so zu einer falschen Aussage für den Zylinderwert führen. Eine Kontrollmöglichkeit bietet der

so Programmschritt S9. Und zwar derart, daß die gemessenen 2Lylinderwerte zwischen 1. und 2. Hauptschnitt bzw. 2. Hauptschnitt und 1. Hauptschnitt miteinander verglichen werden. Sobald eine vorgegebene Toleranz von ± 0,2 dpt überschritten wird, schaltet sich eine

Programmschleife ein und die Schritte 54 ... 58 für die Zylindermessung wiederholen sich. Liegt keine Toleramzabweichung vor, schaltet sich der Programmschritt 510 ein. Die Fixationsmarke steht zu diesem Zeitpunkt im 1. Hauptschnitt und sollte vom Proban-

den scharf gesehen werden. Diese Marke läuft nun vom 1. Hauptschnitt ab wieder langsam aus dem scharfen Bereich zurück in Richtung » +Unendlich«. Der Proband sollte dabei versuchen, möglichst lange auf die Marke zu akkommodieren. Parallel zum Rücklauf dieser Fixationsmarke führt eine Nachlaufregelurig den Dioptrienvorschub nach, sobald sich eine Änderung des Akkommodationszustandes zeigt. Diese Änderung führt im allgemeinen zu einer Brech-

kraft in Dioptrien, die positiver ist als diejenige welche im 1. Hauptschnitt gemessen wurde. Der extremste Wert, der hier innerhalb einer Zeit von ca. 10 see auftritt, kommt als »Sphäre« zur Anzeige.

Die Fig. 8 bis 14 zeigen die vorzeitige Erkennung einer Achslage und die Auswertung der Achslage.

Während des Suchlaufs rotiert bereits das Drehsystem mit, um im Fall eines astigmatischen Auges im 1. Hauptschnitt die Achslage zu erkennen. Sobald nun der 1. Hauptschnitt erfaßt wird, entsteht zunächst einmal ein mit der Antriebsfrequenz der Gittermarke moduliertes Grundsignal, wie es auch bei einem rein sphärischen Auge vorliegt, wenn die Gittermarke in die Flanke der Kontrastglocke gelangt. Liegt ein astigmatisches Auge vor, wird diesem Signal zusätzlich durch die Rotation des Drehsystems eine Hiillkurve aufmoduliert, deren Extremwert jeweils den 1. Hauptschnitt markiert. Die Hüllkurve wiederholt sich mit einer Frequenz von ca. 2 Hz und ist direkt von der Anzahl der Umdrehungen des Schrittmotors für das Drehsystem abhängig. Bei kleinem Astigmatismus (cyl^0,5 dpt) ist die Hüllkurve nicht so ausgeprägt (Fig. 9), das Grundsignal ist zu 20 ... 30% durchmoduliert. Je stärker die Zylinderwirkung, um so prägnanter sind die Hüllkurven, das Grundsignal verschwindet zwischenzeitlich vollkommen (Fig. 10).

Es ist nun notwendig, über eine elektronische Schaltung während des Suchlaufs zu prüfen, ob ein Astigmatismus vorliegt, damit die Programmsteuerung in diesem Fall die reguläre Achslagenmessung aktivieren kann. Liegt kein Astigmatismus vor, soll die Programmsteuerung veranlassen, daß sofort die Sphäre bzw. deren Extremwert gemessen wird.

Das Grundsignal einschließlich der Hüllkurve wird von der als Trägerfrequenz fungierenden Modulationsfrequenz befreit, so daß eine Gleichspannung zur Verfügung steht, die im Takt der Achslagensignale schwankt. Das Maximum der Hüllkurve markiert die Achslage. Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen Beispiele des Grundsignals ohne und mit Hüllkurve. Während des Suchlaufs ist zunächst nur die Schaltung für eine vorzeitige Erkennung einer mögliche ι Achslage aktiv. Das Grundsignal gelangt über ein Glättungsfilter auf einen Spitzenwertspeicher. Dort wird (Fig. 14) der höchste vorkommende Signalwert abgespeichert. Bei Anwesenheit von Astigmatismus ist dies das Grundsignal mit dem Maximum der Hüllkurve. Ein Komparator Kl vergleicht nun das Eingangssignal mit einem Teil des abgespeicherten Wertes. Unterschreitet das Eingangssignal diesen Teil des abgespeicherten Wertes, schaltet der Komparator und gibt ein Signa! an das folgende Flip-Flop FFl. Der prozentuale Anteil des abgespeicherten Wertes, bei dem Kl schalten soll, läßt sich durch einen Spannungsteiler einstellen, der am Ausgang des Spitzenwertspeichers liegt. Damit wird vermieden, daß KI auf geringe Störmodulationen bereits anspricht und erst bei einer deutlichen Modulation durch die Hüllkurve bei Astigmatismus schaltet. Hat der Komparator KI geschaltet — in diesem Fall liegt also Astigmatismus vor -, wird das Flip-Flop FFl gesetzt und damit eine UND-Verknüpfung freigegeben. Bei den weiteren Durchläufen der Hüllkurve vergleicht nun der Komparator Kl das Maximum des abgespeicherten Wertes mit dem freilaufenden Meßsignal (Grundsignal + Hüllkurve). Sobald Kl einen meßbaren Unterschied zwischen Speicherwert und der wieder abfallenden Hüllkurve feststellt, schaltet dieser und triggert ein folgendes monostabiles Flip-Flop MFFl. Ein kurzer Impul: markiert in etwa die Achsiage (Maximum der Hüll kurve) und stoppt über die UND-Verknüpfung - die ja inzwischen durch FFl freigegeben wurde - dei Schrittmotor des Drehsystems. Der Schaltpunkt, ar dem Kl umschaltet, markiert nur relativ grob unc zeitlich nacheilend die Achslage. Dies liegt in de: Hauptsache daran, daß der Komparator eine Hystere· sis benötigt, um nicht auf die geringste Störung vorzei-

lö tig anzusprechen. Je größer die eingestellte Hysteresii ist, um so später schaltet der Komparator, wenn Speicherwert und Grundsignal voneinander abweichen Dies ist um so gravierender, je schwächer der Astig matismus vorliegt, da das Maximum der Hüllkurv« dann um so flacher verlauft (Fig. 11). Deshalb wurds das bisher beschriebene Schaltungsprinzip nur für di( Erkennung einer eventuellen Achslage benutzt, der Schrittmotor zunächst grob in der Achslage dei

1. Hauptschnittes abzustoppen. Das folgende Schaltungsprinzip ermöglicht die Erfassung der Achslag« weitaus genauer: Eine fremdgesteuerte Klemmschaltung bezweckt, daß die Hüllkurve vom Grundsigna befreit wird und ein auf Null bezogenes Signal darstellt. Zu dem Zeitpunkt, wo die eigentliche Achslagen-Messung durch die Programmsteuerung in Funktion tritt, wird in einem Vorlauf des Drehprismas eine weitere Hüllkurve· erzeugt, die nochmals einen Achslagen-Impuls über den Komparator K1 und das Flip-Flop FFl auslöst. Dieser Achslagen-Impuls trigger einen Sample- und Hold-Verstärker, der ca. 50% dei Amplitudenwertes der Hüllkurve aus der Klemmschaltung abspeichert. Ein Komparator O vergleich den abgespeicherten Wert mit dem Hüllkurvensigna aus der Klemmschaltung, so daß K3 jedesmal danr schaltet, wenn das Hüllkurvensignal den Speicherwer über- bzw. unterschreitet. Auf halber Höhe dei Hüllkurve wird also durch den Komparator ein Fenster erzeugt. Dieses Fenster liegt symmetrisch zui Achslage auf der Hüllkurve (Fig. 12). Die Schaltpunkte für die Flanken des Fensters bleiben wesentlich stabiler, da der Komparator in den steileren Flanken der Hüllkurve schaltet. Die Hysteresis kanr außerdem erheblich verkleinert werden. Die negativ« Flanke des Fensters triggert wiederum ein monostabiles Flip-Flop MFFl, dessen Impuls aber nicht die ei gentliche Achslage signalisiert, sondern nur einer Zählervorgang für die Achslage beendet.

Die Zählung beginnt mit einem sogenannten Null-.Impuls, der von einer Lichtschranke am Drehprism!

so abgeleitet wird und ein Tor zu einem Vorwärts-Zählei öffnet. Gezählt wird zunächst die Volle Schrittzahi de: Schrittmotors, der das Drehprisma direkt antreibt Sobald das »Fenster« des Komparators K3 durch dis Anwesenheit einer Hüllkurve vorliegt, registriert de:

Zähler über eine digitale Schaltung nur noch jedei

2. Schrittimpuls. Die fallende Flanke des Fensters lös durch das monostabile Flip-Flop MFFl, wie bereit! erwähnt, einen kurzen Impuls aus, der das Tor zurr Zähler wieder schließt und den Zählvorgang bzw. di( Achslagenmessung beendet. Obwohl dieser Stop-Im puls erst nach der eigentlichen Achslage erzeugt wird und die Zählung beende*, umfaßt die im Zähler enthaltene Schrittzahl den Bereich vom Null-Impuls bii zur echten Achslage, also Mitte Hüllkurve, denn in nerhalb des Fensters wird ja nur jeder zweite Schritt Impuls gezählt, dafür endet die Zählung erst verspäte um eine halbe Fensterbreite (Fig. 13). Da zwischer den Schritt-Impulsen des Antriebes für das Drehsy-

stem und der Winkelverstellung ein direkter Zusammenhang mit einem Schritt pro Winkelgrad besteht, kann durch die Zählung der Schritt-Impulse die gemessene Achslage direkt angezeigt werden.

Die Fig. 15, 16 und 17 beziehen sich auf die Nachlaufregelung des Dioptrienvorschubs bei Akkommodationsänderungen.

Befindet sich die Nullage des Gitters in der Mitte der Kontrastglocke, so entsteht, wie schon erwähnt, infolge der schwingenden Bewegung dieses Gitters und dem quadratischen Verlauf im Mittenbereich der Kontrastglocke eine Kontrastmodulation mit doppelter Frequenz (Oberwelle) wie die der Modulationsfrequenz für den Antrieb des Gitters. Ändert sich die Lage des Gitters innerhalb der Kontrastglocke nach der einen oder anderen Seite hin bei sonst gleichbleibenden Modulationsbedingungen, so ergibt sich ein Bild der Kontrastmodulation, wie es in F i g. 15 gezeigt ist. In bezug auf die Flanken eines rechteckförmigen Signals mit einer Frequenz, die synchron zur Modulationsfrequenz des Gitters ist, läßt sich zeigen, wie die Lageänderung des Gitters sich auf die Änderung der Kontrastmodulation auswirkt (mittlerer und unterer Teil der Fig. 15). Demnach führt die Verschiebung des Gitters nach der einen Seite zu einer Verkleinerung der Kontrastminima über den positiven Flanken des Referenzrechteckes. Die Kontrastminima über den negativen Flanken des Referenzrechteckes vergrößern sich. Bei einer Verschiebung des Gitters nach der anderen Seite kehren sich die Verhältnisse um. Über den positiven Flanken der Referenz liegen kleine und über den negativen Flanken große Kontrastminima. Über eine elektronische Schaltung lassen sich die Kontrastminima derart auswerten, daß Signale zur Verfügung stehen, die eine Nad-'aufregelung ansteuern und den Dioptrienvorschub bei Akkomodationsänderungen als Stellglied arbeiten lassen, wenn in bezug auf die Flanken der Referenz die Kontrastminima sich unterscheiden. Im weiteren Verlauf wird nicht mehr von den Kontrastminima gesprochen, sondern entsprechend den vorliegenden elektrischen Signalen von Amplitudenmaxima.

Von dem Referenz-Rechteck werden getrennt sowohl von den positiven als auch negativen Flanken Impulse bestimmter Breite abgeleitet (Fig. 16). Diese steuern getrennt nach Flankenpolarität Verstärker (Fig. 17) derart an, daß ein S-H-Verstärker, der zunächst frei mitläuft, für die Dauer des Impulses gesperrt wird, und so das Amplitudenmaximum für die Dauer der Impulsbreite hält. Der folgende Verstärker, der zunächst blockiert war, wird während dieser Zeit geöffnet und übernimmt aus dem ersten Verstärker den gespeicherten Wert und bietet ihn am Ausgang niederohmig als Gleichspannung an. Es liegen jetzt also die über den positiven und über den negativen Flanken der Referenz liegenden Amplitudenmaxima getrennt als Gleichspannungswert vor. Diese beiden Gleichspannungswerte werden einem Differenzverstärker zugeführt. Liegt das Gitter mit seiner Nullage in der Mitte der Kontrastglocke, sind alle Amplitudenmaxima gleich, die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers = 0. Jede Lageänderung des Gitters innerhalb der Kontrastglocke äußert sich, wie Abb. 2b/c zeigt, in einer Veränderung der AmplituuCnrriaXirfia zueinander. Damit ändert sich auch der Betrag der Differenzsspannung. Es läßt sich zwischen der Richtung der Lageänderung des Sendegitters und der Polarität der Differenzspannung ein eindeutiger Zusammenhang herstellen. Dem Differenzverstärker folgt ein Fensterkomparator, der nur qualitativ darüber entscheidet, ob und mit welcher Polarität das Differenzsignal abweicht. Der Komparator besitzt zwei separate Ausgänge A und B für logische Signale.

Ausgang A liegtauf Η-Potential, wenn das Differenzsignal < 0 ist, der zweite Ausgang B ist auf L. Im umgekehrten Fall hat der zweite Ausgang B H-Potential, wenn das Differenzsignal >0 ist und der erste Ausgang auf L liegt. Zusätzlich erscheint am Ausgang C einer logischen Verknüpfung aus den Komparator-Ausgängen ein Η-Signal, wenn das Differenzsignal = 0 ist. Alle drei logischen Signale des Komparators führen auf die Steuerelektronik des Schrittmotors für den Dioptrienvorschub. Die logischen Signale an den Ausgängen A und B beeinflussen die Dreh- bzw. Laufrichtung des Schrittmotors und damit den Dioptrienvorschub im Sinne einer Nachlaufregelung bei Akkommodationsänderungen derart, daß die Nullage des Gitters immer wieder in den Mittelpunkt der Kontrastglocke zu liegen kommt. Wenn also alle Amplitudenmaxima des analogen Signals gleich sind, gehen die logischen Signale am Ausgang A und B auf logisch = L, während Ausgang C auf logisch = Η-Potential springt und den Schrittmotor abstoppt.

Sobald die Ausgänge A oder B auf logisch = H schalten, wird automatisch auch der Schrittmotor eingeschaltet und der Dioptrienvorschub führt die optische Lage des Gitters der Kontrastglocke nach.

Hierzu 14 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur automatischen objektiven Augenrefraktion, bei dem eine Testmarke in das Auge und durch Autokollimation von der Netzhaut auf eine gleichartige Testmarke abgebildet wird, wobei zumindest eine der Testmarken längs der optischen Achse schwingt und die Schwankungen des Strahlungsflusses nach Rückabbildung auf die zweite Testmarke von einem Fotodetektor in ein analoges, elektrisches Signal gewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Mittel vorgesehen sind, welche diejenigen Extremwerte des elektrischen Signals zeitabhängig veränderlicher Amplitude, die mit den größten Auslenkungen der Testmarkenschwingungen zusammenfallen, durch Referenzimpulse abtasten und in ihrer Amplitude bewerten, wobei die Summe aufeinanderfolgender Meßwerte als Kriterium für den optimalen Meßort der Achslage, die Differenz derselben als Kriterium für den Schärfenpunkt des Netzhautbildes dienen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur alternierenden Speicherung der aufeinanderfolgenden Meßwerte »Sample and Hold«-Verstärker vorgesehen sind und daß die gespeicherten Signale einem Differenzverstärker zugeführt werden, wobei die Differenz Null das Maximum der Kontrastverteilung und damit den Schärfenpunkt des Netzhautbildes signalisiert.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte der »Sample and Hold«-Verstärker summiert werden, wobei die Summe Null den Halbwertpunkt der Kontrastverteilung und damit den optimalen Ort für die Achslagenmessung bedeutet.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelte Amplitude der Testmarkenschwingung dem Abstand der Halbwertspunkte der Kontrastverteilung vor und hinter dem Schärfenpunkt des Netzhautbildes im wesentlichen gleich ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, bei dem beide Testmarken Strichgitter sind, die durch ein optisches Drehsystem relativ zum Auge rotieren können, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der astigmatischen Achslagen die Testmarken so weit gegen den Beginn der Kontrastverteilung des ersten Hauptschnittes zurückgesetzt werden, bis die Amplituden der Testmarkenschwingung gerade den ersten Halbwertspunkt der Kontrastverteilung erreichen.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der zurückgesetzten Testmarkenstellung durch Rotation des optischen Drehsystems eine Modulation des elektrischen Signals bei winkelabhängigen Brechwerten des Auges eintritt, bei der die Extremwerte der Hüllkurve die Achslagen markieren und daß der mittlere Spannungswert zwischen dem Maxima und Minima der Hüllkurve gespeichert und dann über einen Komparator mit der Hüllkurve verglichen wird, wobei die zeitliche Mitte zwischen den Schaltpunkten des Komparators die Achslage ergibt (Fig. 3).

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Achslage wäh-

rend der Rotation der Testmarken alle 180° ein digitaler Zählvorgang beginnt, derart, daß nach dem ersten Schaltpunkt des Komparators nur jeder zweite Impuls gezählt wird und die Zählung beim nächsten Schaitpunkt stoppt, wobei der Zählerendwert der Achslage entspricht.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßsignal ähnliche Störsignale, die durch Nebenbilder der Testmarke bei Überlagerung der regulären Lichtverteilung außerhalb der Testmarke entstehen, durch Bewertung ihrer abweichenden Phasenlage elektronisch ausgeblendet werden.

9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Fotodetektor, der das Netzhautbild ohne ein zweites Gitter bewertet, zur Kompensation von Störlicht und zur Erfassung von Lidschlägen vorgesehen ist.

10. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbestimmung durch die Messung der beiden Hauptschnittrefraktionen zur Ausschaltung von Akkomodationseinflüssen so lange durch wechselweises Einstellen der Testmarke auf beide Achsen wiederholt wird, bis aufeinanderfolgende, einander entsprechende Meßwerte innerhalb eines Toleranzbereiches gleich sind.

11. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Fernpunktsrefraktion während fortlaufender Messungen der Einstellrefraktion des Auges die Fixiermarke zur Entspannung der Akkomodation über den Fernpunkt des Auges hinaus bewegt wird, wobei der innerhalb einer begrenzten Zeitspanne gemessene positive Wert der Refraktion als sphärische Refraktion angezeigt wird.