DE2856545A1

DE2856545A1 - Optisches system zum beobachten des augenhintergrundes

Info

Publication number: DE2856545A1
Application number: DE19782856545
Authority: DE
Inventors: Fumio Takahashi
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1979-07-05
Also published as: DE2856545C2; JPS6117496B2; US4248506A; JPS5491997A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER H. KINKELDEY

DR-(TJG.

"6 "" W. STOCKMAlR

K. SCHUMANN

CRHBtNKT.-DR.-mvS

P. H. JAKOB

G.BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXIMlLiANSTRASSE A3

Optisches System zum Beobachten des Augenhint ergrunde s

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System zum Beobachten oder Fotografieren des Hintergrundes eines Auges und betrifft insbesondere ein optisches Sytem zum Korrigieren der Dioptrie eines zu untersuchenden Auges.

Zum Korrigieren der' Diop/trie einer Vorrichtung zum Beobachten oder Fotografieren des Augenhintergrundes gibt es mit Innenfokus und Außenfokus arbeitende Verfahren. In einer nach dem sogenannten Außenfokusverfahren, bei welchem die Lage des Abbilds des Augenhintergrunds durch

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TELEFON (OBO) 22 28 62 TELEX O5-2O3SO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

Vorstellen der Dioptrie veränderbar ist, arbeitenden Vorrichtung wird zur Beseitigung von .änderungen der Bildhöhe ein telezentrisch.es optisches System verwendet, welches einen relativ einfachen Aufbau hat. Zum Verändern der Lage des Abbilds muß dabei jedoch die Länge des Linseni'-ubus verändert werden, was gewisse Nachteile mit sich bringt. Beispielsweise im !Falle einer sogenannten Funduskamera, wie sie vorwiegend für fotografische Aufnahmen verwendet wird, muß das Kamerateil unter Verwendung eines J?altenbalgs od. dergl. beweglich sein, so daß die gesamte Vorrichtung sehr große Abmessungen hat und dementsprechend unhandlich ist. Im Falle einer tragbaren Vorricntung für die Augenuntersuchung kommt es jedoch auf eine gedrängte Bauweise und geringes Gewicht an, weshalb eine nach dem Außertfoku s verfahr en arbeitende Vorrichtung hierfür nicht geeignet ist. Im Gegensatz zum Außenfokusverfahren ist beim Innenfokusverfahren die Lage des Abbilds des Augen— hintergrunds unveränderlich, wobei jedoch das optische System sehr kompliziert ist und eine kompakte, leicht— gev/ichtige Bauweise erschwert.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einen einfachen Aufbau aufweisenden optischen Systems zum Beobachten des Augenhintergrundes, welches die Korrektur der Dioptrie nach dem Irmenfokusverfahren ermöglicht.

Bei einem erfindungsgemäßen optischen System zum .Beobachten des Augenhintergrundes ist ein Über-tragungs-Linsensystem zum Erzeugen eines zweiten Abbilds des Augenhintergrunds aus einea von einer Objektivlinse erzeugten ersten Abbild aus einer ersten und einer zweiten positiven Linse gebildet, wobsi der vordere Brennpunkt der ersten Linse mit dein hinteren Brennpunkt der Objektivlinse zusammenfällt und die zweite Linse in Richtung der optischen Achse verachieblich ist. In Abhängigkeit von der Dioptrie des zu

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untersuchenden Auges wird die zweite Linse in Richtung der optischen Achse verschoben, um die Dioptrie auf diese Weise zu korrigieren.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines erfindungs— gemäßen optischen Systems zum Beobachten des Augenhintergrunds mit einem von diesem erzeugten Abbild des Augenhintergrunds bei einem normalsichtigen Auge und

Fig. 2 das optische System nach Fig. Λ mit einer hinter dem iJbertragungs-Linsensystem angefügten Negativ— linse.

Fig. 1 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen optischen Systems für die Dioptriekorrektur sowie die Art und Weise, in welcher ein Abbild des Augenhintergrunds erzeugt wird, wenn das zu untersuchende Auge normalsichtig ist, d.h. 0,00 Dioptrien hat.

Das vom Hintergrund E des zu untersuchenden Auges E ausgehende Licht fällt durch die Pupille P, so daß mittels einer Objektivlinse L_Q ein erstes Abbild I^ des Augenhintergrunds erzeugt wird. Ist das zu untersuchende Auge E nor— malsichtig, so liegt das erste Abbild I^ im hinteren Brennpunkt Fq der Objektivlinse Lq. In Abhängigkeit von der Dioptrie des zu untersuchenden Auges ändern sich, die Lage des ersten Abbilds entlang der optischen Achse sowie auch die Größe des Abbilds. Eine in bezug auf die Objefctivlinse Lq in einer mit der Pupille P konjugierten Stellung angeordnete Blende P_c ist als ein von einer öffnung durchsetzter Spiegel ausgebildet, welchem ein (nicht dargestelltes), schräg angeordnetes optisches Beleuchtungssystem zum Beleuchten des Augenhintergrundes zugeordnet ist«

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Um jedoch die Wirkung dieser Blende zu verstärken, ist eine Blende nahe dem schräg angeordneten, von einer öffnung durchsetzten Spiegel angeordnet. Die Lichtstrahlen des ersten Abbilds I^ passieren die Blende Pq, und mittels eines eine erste Linse L^. und eine zweite, in Richtung der optischen Achse verschieblichen Linse L~ aufweisenden übertragungssystems wird ein zweites Abbild Ip des Augenhintergrunds erzeugt. Der vordere Brennpunkt P^. der ersten Linse L- fällt hier mit dem hinteren Brennpunkt jP_q der Objektivlinse L- zusammen. Ist das zu untersuchende Auge norraalsichtig, so ist die zweite Linse Lp so angeordnet, daß der vordere Brennpunkt des aus der ersten und der zweiten Linse gebildeten Übertragungssystems mit der Lage der Blende P_c zusammenfällt und das Übertragungssystem ein telezentrisches System darstellt. In diesem Zustand ist die Stellung der zweiten Linse der Bezugspunkt für die Dioptriekorrektur.

Die Durchführung der Dioptriekorrektur durch Verschieben der zv/eiten Linse einer solchen Anordnung ist im folgenden näher erläutert.

Die Objektivlinse Lq, die erste Linse Lj. und die zweite Linse Lp haben die Brennweiten f_Q, f^ bzw. fp. Unter der "Voraussetzung, daß die Linsen jeweils ein dünnes System darstellen, werden die Abswände zwischen den einzelnen Teilen wie folgt bestimmt:

Abstand zwischen der Pupille P des zu untersuchenden Auges und der Objektivlinse Lq = S^,

Abstand zwischen der Objektivlinse Lq und der Blende Pq = Sp, Abstand zwischen dem ersten Abbild £. und der Blende P_c = Iq, Abstand zwischen der Blende P_n und der ersten Linse L„ = 1„, Abstand zwischen der ersten Linse Ly. und der zweiten Linse Lp am Bezugspunkt = Ip

Abstand zwischen der zweiten Linse Lp am Bezugspunkt und dem zweiten Abbild I₀ = I_x.

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η. ,J. '2 ·τ ■'-- -^ M¹

■"fs-

In der Anordnung nach Pig. 1 änder:i oicii die Lag ^ sowie auch die Größe des ersten'.Abbilds I„, in Abhängigkeit von der Dioptrie des su untersuchenden Auges E., Ist in dreseci Zustand die Größe des ersten Abbilds L^ = Jy, und sein Abstand von der Blende P„ = l_o, so besteht die folgende

Kj U

Beziehung:

7-\

γ = β ' (Ξ konstant) (1)

Im Falle des Außenfokusverfahrens verschiebt sich, das zweite Abbild I₀ des Augenhintergrunds zusammen mit dem ersten Abbild l._n.. Dementsprechend sind die Bedingungen für die Diopterkorrektur nach dem'Innenfokusverfahren durch Verschisbftn der zweiten Linse L^ erzielbar, wenn die Beziehung der Gleichung (1) auch bei Verschiebung der zweiten L:.nse L~ relativ zum Bezugspunkt inner erfüllt ist. sofern da zweite Abbild Ip nach dem Grundsatz der Uakehrbarkeil der Lichtstrahlen als feststehendes Objekt betrachtet wird und das Abbild·dieses.Testen Objekts als an der Stelle des ersten Abbilds ϊ> erzeugt „etrachtet wird.

Da das erste Abbild und das zweite Abbild des Augenhintergrunds auch bei Verschiebung der zweiten Linse" Lp zum Zweck der Dioptriekorrektur Um «inen Betrag'lX'. aus dem Bezugspunkt miteinander konjugiert .sind, ergibt sicti bei einer Größe y_? des'- zweiten Abbilds die folgende Beziehung in Form ,"der sogenannten'Gaüß'sehen Klammer: ·

£ JL α α ·

worin T^. =·τγ- und Γ_ρ -ψ-. Das Verfahren der Darstellung

ORiGINALlNSPECTED 909827/1015 _copy

der Gauß'sehen Klammer in der Form £...,...,..Xist in einem Artikel mit dem Titel "Gaussian Optics and Gaussian Brackets" von M. Herzberger (Journal of Optical Society of America, vol. 33, 194-3, S. 651-655) ira einzelnen beschrieben. Aus der Gleichung (2) ereibt sich.

- (i - χ )J

*0 [^₁, - (L₂+ χ), ψ₂, - (JL₃ - χ Η

Aufgrund der Gleichungen (3) und (2)' läßt sich die Gleichung (1) wie folgt umformulieren:

Y₁ _ Yj

I^ " i-i_v ψ_ν - U₂ + x ), ^₂, - IJL₃ - xH ^ί4)

Die Größe y₂ des zweiten Abbilds Ip ist konstant, da sie durch die Feldzahl eines nicht gezeigten Okulars zuia Betrachten des Abbilds und durch die Eiliagrö3e bestimmt ist. Im Hinblick auf die Dioptriekorrektur durch Verschieben der zweiten Linse Lp ist daher eine Beziehung herzustellen, in welcher der ITenner in der Gleichung (4-) unabhängig vom Wert X konstant ist. Durch Umordnung des Renners der Gleichung (4) wird diese zu einer quadratischen Gleichung in bezug auf X, in welcher der Koeffizient A von χ

und der Koeffizient B von X

β =<i₃ - Ü₂)4 . J-J₁ , ^₁HL₁. φ₂ ce)

Für einen konstanten Wert des Nenners unabhängig von X ist daher die Beziehung A=B=O zu erfüllen.

Wenn in der Gleichung (5) A=O ist, so bedeutet dies, daß der vordere Brennpunkt F^. der ersten Linse L^ an der Blende P_c liegt, was wiederum bedeutet, daß ein telezentrisches System allein durch die erste Linse Ii* gebildet ist. In diesem Falle ist der Aufbau der gleiche wie bei dem herkömmlichen Außenfokussystem und hat keine Bedeutung.

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Andererseits wird eine neue Beziehung abgeleitet, um in der Gleichung (6) die Bedingung B=O zu erhalten. Das heißt, daß das aus der ersten und der zweite Linse L. bzw. L„ gebildete Übertragungssystem ein telezentrisch.es System darstellt, wenn sich die zweite Linse L~ am Bezugspunkt befindet, so daß sich die folgende Gleichung ergibt:

l'k'*!' -I₂' ^₂ ^{1 =} ° 17) -

st

Im Hinblick auf die Ge samt brennweite ϊ^-ΈΓ ^es Übertragungssystems ergibt sich dabei die folgende Beziehung:

Aus den Gleichungen (7) und (8) erhält man auf folgende Weise 1,, und

^uo)

Werden diese Beziehungen in die Gleichung (6) eingesetzt, wobei B=O ist, so ergibt sich:

. ^f2 * *3 (11)

Dies ist eine Bedingung für die zweite Linse L^, aus welcher sich die entsprechende Bedingung für die erste Linse Lyj ableiten läßt. Selbst wenn eine Dioptriekorrektur nicht notwendig ist, d.h. also, wenn sich die zweite Linse Lp am Bezugspunkt befindet, stehen das erste Abbild I,. und das zweite Abbild I₂ in konjugierter Beziehung zueinander, so daß sich die folgende Beziehung ergibt:

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Aufgrund der Gleichung (12) ergibt sich im Hinblick auf die Gleichungen (9) und (10) für die erste Linse L^ die folgende Beziehung:

^f ι ⁼ Λ> ⁺ j?i (13)

Hieraus läßt sich nach der Newton¹sehen Formel die folgende Beziehung für die Objektivlinse L_Q ableiten:

*o ⁼ ~fV^fo

worin/^- die Vergrößerung der Projektion der Pupille P durch die Objektivlinse L_n auf die Blende P_p ist und als

P_n= -s=· ausgedrückt werden kann. Aus der Gleichung (13)

U Oy,

ergibt sich daher die folgende Beziehung für die erste Linse L^. und die Objektivlinse L_n;

^fi = Ί -^o-^fo C14)

Die Beziehung der auf diese Weise erhaltenen GIe chung bedingt lediglich, daß der primäre Koeffizient B von X im Nenner der Gleichung (4) gleich Null ist, genügt jedoch nicht der Bedingung der Gleichung (1) zur vollständigen Erzielung der Dioptriekorrektur. In der der Gleichung (14) genügenden Konstruktion ist jedoch die Beziehung zwischen der Größe der Verschiebung der zweiten Linse Lp und der Größe ν~ des zweiten Abbilds wie folgt gegeben:

2
W'tanfl ₍₁₊ _*_

y r— ²

worin θ der halbe Gesichtswinkel der Objektivlinse L_n ist. Da die Größe der zur Dioptriekorrektur notwendigen Verschiebung der zweiten Linse gewöhnlich klein ist, ändert sich die Größe des Abbilds nur wenig. Selbst wenn die Dioptrie des zu untersuchenden Auges ± 20 D beträgt, X = ± 8mm und f₂ = 54 mm ist, dann ist x²/f² = 0,022, was bedeutet, daß sich j~ um nur ca. 2% ändert. Selbst wenn also nur die Gleichung (14) erfüllt ist, wird in der Praxis eine ausreichende Dioptriekorrektur möglich.

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Wie aus der Gleichung (13) und Eig. 1 hervorgeht, genügt es zur Erfüllung der Gleichung (14) lediglich, den vorderen Brennpunkt S¹^. der ersten Linse L^ mit dem hinteren Brennpunkt i"_o der Objektivlinse Lq in Deckung zu bringen.

Unabhängig von der in der Gleichung (14) angegebenen Beziehung läßt sich die Brennweite f ~ des aus der ersten und der zweiten Linse L_x, bzw. L~ gebildeten Übertragungs— systems ausdrucken als

Der Gesichtswinkel £θ ist ein der Objektivlinse L_Q eigener Wert. Ebenso ist Aj durch die Objektivlinse Lq bestimmt. Sind daher die Konstruktion der Objektivlinse L_Q und die gewünschte Größe y~ des zweiten Abbilds gegeben, so erhält man die Gesamt brennweite f^ ^^es hierfür erforderlichen. Übertragungssystems aus der Gleichung (16).

Als wesentliche Voraussetzung der Erfindung sind die Beziehungen für die erste Linse L1 durch die Gleichung (14) gegeben. Daraus sowie aus der Gleichung (16) können die Werte für f_?, I₂ und 1-, auf folgende Weise abgeleitet werden, um eine spezielle Konstruktion zu erhalten. . _ ^fl-^f12

^- ^' Äo-'o

±3 - ¹ 2
Bei einer solchen Konstruktion läßt sich die Beziehung zwischen der Dioptrie des zu untersuchenden Auges und der Größe der Verschiebung X der zweiten Linse Lp wie folgt ausdrücken

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und die Dioptriekorrektur wird lierbeigefülirt, indem die zweite Linse Lp so verschoben wird, daß diese Gleichung erfüllt ist.

Die tatsächliche Größe y_? des zweiten Abbilds unter diesen Bedingungen ist durch die vorstehende Gleichung (15) gegeben.

In der Konstruktion nach Fig. 2 ist eine Hegativlinse L₃, hinter dem aus der ersten und der zuzeiten Linse 1>. bzw. Lp gebildeten übertragungssystem nach Fig. 1 angeordnet. Die Dioptriekorrektur ist zwar mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform möglich, das Hinzufügen einer Negativlinse hinter der zweiten Linse Lp erleichtert jedoch die Korrektur der Aberration des optischen Systems, insbesondere die Korrektur der Feldkrümmung. Durch das Hinzufügen der Tiegativlinse L₇, ändern sich außerdem die Lage sowie die Größe des zweiten Abbilds I'p wie in Fig. 2 dargestellt. Durch Änderung der Brennweite der Negativlinse L₇. läßt sich damit die Größe des Abbilds I'p des Augenhintergrungds verändern. Die Größe des Abbilds läßt sich in gewünschter Weise auch durch Zusatz einer Positivlinse verändern.

Bei einer der Gleichung (14-) genügenden Konstruktion kann der Wert für I_x. negativ oder positiv sein, d.h. die -erste Linse L^. kann vor oder hinter der Blende P~ angeordnet sein. Da jedoch die Blende Ρ_β gewöhnlich als ein von einer öffnung durchsetzter Spiegel für die Beleuchtung des zu untersuchenden Auges E ausgebildet ist, ergeben sich bei Anordnung der ersten Linse L. vor der Blende P_c Eeflexe, welche eine genaue Beobachtung des Augenhintergrundes erschweren. Die erste Linse L^. ist daher vorzugsweise hinter der Blende Pq angeordnet, so daß Iy, einen positiven Wert hat.

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Das vorstehend beschriebene optische System zum Beobachten des Augenhintergrunds ermöglicht gemäß der Erfindung die Dioptriekorrektur nach dem Innenfokusverfahren durch die Verwendung' eines aus einer ersten Linse und einer zweiten, in Richtung der optischen Achse verschieblichen Linse
gebildeten Übertragungssystems. Das optische System
gemäß der Erfindung ermöglicht somit die Schaffung eines Geräts für Augenuntersuchungen, welches einen kompakten Aufbau hat, leichtgewichtig ist und sich einfach bedienen läßt.

Sofern die vorstehende Gleichung (14-) genau erfüllt ist, v/erden die absoluten Werte für die Vorwärts- und Rückwärtsverschiebung der zweiten Linse L_? für die Korrektur von den gleichen absoluten Wert aufweisenden positiven und negativen Dioptrien des zu untersuchenden Auges untereinander gleich. Aufgrund der Gleichung (15) sind dann auch die Werte der Änderungen in der Größe des Abbilds untereinander gleich. In diesem Falle ist das optische System am einfachsten bedienbar, aufgrund gewisser Umstände wie der Kombination mit dem optischen Beleuchtungssystem und der Konstruktion des Linsentubus ist es jedoch manchmal nicht möglich, das System so auszulegen, daß es der Gleichung (1A-) vollständig genügt. In diesem Falle ist die Größe der zur Korrektur von positiven und negativen Dioptrien notwendigen Verschiebungen der zweiten Linse nach vorwärts und rückwärts verschieden, und die Änderungen der Größe γ~ des Abbilds I¹ρ des Augenhintergrunds sind etwas größer. Solange diese Unterschiede
jedoch innerhalb eines für das Beobachten und Fotografieren des Augenhintergrunds zulässigen Bereich liegen, genügt eine solche Anordnung den Anforderungen des praktischen Gebrauchs und liegt innerhalb des Bereichs der Erfindung.

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Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

DtPL-HMG.

H. KINKELDEY

Df*-ING.

W. STOCKMAlR

^fc K. SCHUMANN

CMBSINaT-OIPL-IWS

P. H. JAKOB

OPL-WQ

G.BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

28. Dez. 1978 PH 13 464-

KIPPON KOGAElT K.K.

2-3, Karunouchi 3-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

P a_t_e_n_t_a_n_s_p_r ü c_h_e

Λ.) Optisches System zum Beobachten oder Fotografieren des Hintergrunds eines zu untersuchenden Auges, mit einer Objektivlinse zum Erzeugen eines ersten Abbilds des zu untersuchenden Augenhintergrunds, einem Übertragungs-Linsensystem zum Erzeugen eines zweiten Abbilds von dem ersten Abbild, und einer zwischen der Objektivlinse und dem Übertragungs-Linsensystem angeordneten Blende, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (Ρ_Λ) in bezug auf die Objektivlinse (L_Q) in einer mit der Pupille (P) des Auges (E) konjugierten Stellung angeordnet ist, daß das Übertragungs-Linsensystem eine erste und eine an der Austrittssexte der ersten angeordnete zweite positive Linsengruppe (L,. bzw. Lp) aufweist, daß der eintrittsseitige Brennpunkt (F^) der ersten positiven Linsengruppe mit dem austrittssextigen Brennpunkt (ί*_ο) der Objektivlinse zusammenfällt, und daß die zweite positive Linsengruppe derart an einem Bezugspunkt angeordnet und in Richtung der optischen Achse um diesen herum bewegbar ist, daß der eintritt s seit ige Brennpunkt des Übertragungs-Linsensystems mit der Stellung der Blende in Übereinstimmung bringbar ist.

ORIGINAL INSPECTED 909827/101S

TELEFON (08O) 23 2β 82 TELEX 05-S938O TELEGRAMME MONAPAT TCLEKOPIERER
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungs-Linsen— system (L., Lp) eine zusätzliche Linsengruppe (L^) zum Verändern der Größe des zweiten Abbilds (Ip) des Augenhintergrundes aufweist.

3- Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen nahe der Blende (Pp) angeordneten, von einer Öffnung durchsetzten, schräggestellten Spiegel zum Reflektieren von Licht zum Beleuchten des zu untersuchenden Auges aufweist.

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