DE3102450C2 - - Google Patents
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- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
- A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
- A61B3/103—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining refraction, e.g. refractometers, skiascopes
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Refraktometer gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Refraktometer ist aus der US-PS 38 88 569
bekannt. Bei diesem bekannten Refraktometer wird das Abbild
einer Mustervorlage auf das zu prüfende Auge mit Hilfe
eines optischen Systems projiziert, und es wird der Zu
stand des optischen Systems, bei dem die Abbildung der Mu
stervorlage auf der Netzhaut des Auges am schärfsten darge
stellt ist, festgestellt, so daß mit dieser Hilfe der Brech
kraftfehler des Auges gemessen werden kann. Im Falle eines
astigmatischen Auges schwankt der Brechungsfehler in Ab
hängigkeit von der Messungslängsrichtung. Es werden deshalb
mit herkömmlichen Vorrichtungen Brechkraftfehler in wenig
stens drei Längsrichtungen gemessen, und die Brechungsfeh
ler (sphärischer Faktor, Zylinderfaktor und Zylinderachsen
fehler) werden durch Berechnung aus diesen Meßdaten gewon
nen. Um die Messung in mehreren Längsrichtungen (drei oder
mehr) auszuführen, wird gemäß der Vorrichtung nach der US-
PS 38 88 569 die Mustervorlage gedreht, damit sie sich in
verschiedenen Meßlängsrichtungen befindet. Es werden die
entsprechenden Brechkraftfaktoren in den verschiedenen Meß
längsrichtungen nach der Zeitmultiplex-Methode gemessen.
Das Refraktometer nach der US-PS 38 88 569 ist mit einem
wesentlichen Nachteil dahingehend behaftet, daß die Durch
führung all dieser Messungen relativ lange dauert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Refraktometer
zu schaffen, bei dem die erforderlichen Messungen unter
Beibehaltung eines hohen Signal/Rausch-Verhältnisses und
einer hohen Meßgenauigkeit in kürzerer Zeit durchgeführt
werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Das Messen in kürzerer Zeit und mit hoher Genauigkeit ist
dadurch erzielbar, daß in Richtung senkrecht zur Bewegungs
richtung nebeneinander mehrere Streifenmuster angeordnet
sind. Wenn drei Streifenmuster vorgesehen sind, so können
diese im Winkel von 30°, 90° bzw. 150° gegenüber der Dreh
richtung des die bewegliche Mustervorlage tragenden Zylin
ders angeordnet sein. Dies hat zur Folge, daß mit einem
solchen Refraktometer die Brechkräfte in den Längsrichtun
gen von 30°, 90° und 150° durch die Muster im rechten,
mittleren und linken Bereich (drei Streifen) gemessen wer
den kann. Dies führt zu einer Verkürzung der Meßzeit.
Erfindungsgemäß können die Brechkräfte in mehreren Längs
richtungen gleichzeitig gemessen werden, ohne daß von der
Hornhautoberfläche des Auges reflektiertes Licht einen Ein
fluß haben kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Nachfolgend wird eine ins einzelne gehende Erläuterung der
Erfindung anhand von Darstellungen in der Zeichnung gegeben.
Es zeigt
Fig. 1 ein Schemabild vom optischen
System eines Refraktometers, welches sich für die Erfindung
eignet;
Fig. 2A bis 2C Einzelheiten einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Refraktometers
wobei in Fig. 2A die Abwicklung
einer im Refraktometer
verwendeten Abtast-Mustervorlage, in Fig. 2B eine
Draufsicht auf eine feststehende Mustervorlage, die
in der Vorrichtung gemäß Fig. 2A verwendet wird,
und in Fig. 2C ein Schnitt, der die relative Stellung der
feststehenden Mustervorlage zu einem Lichtempfänger
wiedergibt, dargestellt ist;
Fig. 3A bis 3C Einzelheiten eines zweiten Ausführungsbei
spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ent
sprechend den Darstellungen der Fig. 2A bis 2C;
Fig. 4 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
eines Detektorsignal-Verarbeitungssystems gemäß
der Erfindung.
Das in Fig. 1 gezeigte optische System eignet sich besonders
für die Erfindung. Von einer Lichtquelle 1
wird über eine Kondensorlinse 2 durch eine Abtast-Muster
vorlage 3 das Licht auf einen Strahlteiler 4 geworfen. Ein
Teil des auf den Strahlteiler 4 gelangenden Lichtes wird
von diesem reflektiert und durch eine Kollimatorlinse 5,
eine Relaislinse 6 und ein Okular 7 in das zu untersuchende
Auge E gelenkt. Der in das Auge E eindringende Lichtstrahl
wird von der Netzhaut reflektiert und durchläuft die oben
genannten Linsen in umgekehrter Richtung bis zum Strahltei
ler 4. Ein Teil der so zurückgekehrten Lichtstrahlen setzt
sich geradlinig fort und erreicht durch eine feststehende
Mustervorlage 8 hindurch ein Lichtempfängerelement 9. Die
Abtast-Mustervorlage 3 und die feststehende Mustervorlage
8 haben vom Lichtstrahlteiler 4 gleichen Abstand und befin
den sich im hinteren Brennpunkt der Kollimatorlinse 5.
(Die räumlichen Beziehungen "hinten" und "vorne" sowie
"vor" und "hinter" beziehen sich auf die Position des zu
untersuchenden Auges.) Die Relaislinse ist entlang der
optischen Achse vor und zurück verschiebbar.
In dem so aufgebauten optischen System formt der Lichtstrahl,
der die Abtast-Mustervorlage durchlaufen hat, im vorderen
Brennpunkt der Relaislinse 6 ein Abbild der Abtastmustervor
lage 3 und bildet dieses Abbild nahe der Netzhaut des
Auges unter Zuhilfenahme der Brechwirkung des Okulars 7
und des Auges E aus. Es wird angenommen daß die Relais
linse 6 aus einer Stellung nahe dem Okular 7 zur Kollima
torlinse 5 hin verschoben wird. Bei dieser Verschiebung
ändert sich das vom Okular 7 weiterlaufende Strahlenbündel
von der Form eines divergierenden Strahlenbündels über ein
paralleles Strahlenbündel bis zu einem konvergierenden
Strahlenbündel. Folglich befindet sich anfangs die Stellung,
in der das Abbild der Abtast-Mustervorlage 3 erzeugt wird,
hinter der Netzhaut. Es nähert sich jedoch allmählich der
Netzhaut und wird schließlich in eine Position verschoben,
die vor der Netzhaut liegt. Während dieses Vorgangs muß der
Zustand eintreten, daß das Abbild der Abtast-Vorlage 3 genau
auf der Netzhaut zu liegen kommt (nachfolgend als "Scharf
einstellzustand" bezeichnet). Bei diesem Scharfeinstellzu
stand befinden sich die Netzhaut und die Abtast-Mustervorlage
3 sowie die Netzhaut und die feststehende Mustervorlage 8
zueinander in einer konjugierten Position.
Ein spezielles Beispiel der Augenbrechkraftfehler-Meßvor
richtung eines Refraktometers gemäß der Erfindung wird nun auch mit Bezug auf
die vorstehend beschriebene Anordnung des optischen Systems
erläutert.
Die Abtast-Mustervorlage 3 ist in der Umfangsfläche eines sich
drehenden Zylinders angebracht. Das Muster, das in Fig. 2
gezeigt ist, ist in drei Bereiche unterteilt, nämlich einen
rechts liegenden Bereich, einen mittleren Bereich und einen
linken Bereich, entlang der Achsrichtung des sich drehenden
Zylinders. Die Schlitze des rechten, des mittleren und des
linken Bereichs sind unter bestimmten Winkeln von 30°, 90°
und 150° gegenüber der Drehrichtung des Zylinders angeord
net. Das Muster der feststehenden Mustervorlage 8 ist gleich
dem der Abtast-Mustervorlage 3, was durch die Fig. 2B ver
deutlicht wird. Wie Fig. 2C zeigt, befinden sich Licht
empfängerelemente 9-1, 9-2 und 9-3 hinter der feststehenden
Mustervorlage 8, so daß sie durch das Muster hindurchtreten
des Licht erfassen können.
Die oben beschriebenen Mustervorlagen werden an die gekenn
zeichneten Stellen in dem anhand der Fig. 1 beschriebenen
optischen System eingesetzt, und der Zylinder mit der Abtast-
Mustervorlage 3 wird mit konstanter Geschwindigkeit in
Richtung des Pfeils in Fig. 2A gedreht. Beim Scharfein
stellzustand wird dann die feststehende Mustervorlage 8
von dem Abbild der Abtast-Mustervorlage 3, welches ein
Muster mit hellen und dunklen Streifen ist, überstrichen
oder abgetastet. Bei diesem Betriebszustand wechselt die
Lichtintensität, mit der das Licht auf die Lichtempfänger
elemente 9-1, 9-2 und 9-3 durch die Bereiche der fest
stehenden Mustervorlage 9 hindurch auftrifft, mit bestimm
ten Frequenzen. Die Amplituden der Intensitätsschwankungen
sind am größten, wenn Scharfeinstellzustand herrscht.
Entfernt man sich von diesem Scharfeinstellzustand, dann
wird das Streifenmuster, das auf die feststehende Muster
vorlage 8 auftrifft, unscharf oder verwaschen, so daß die
Amplitude der Intensitätsschwankungen abnimmt. Die be
schriebene Kombination der Abtast-Mustervorlage und der
feststehenden Mustervorlage besitzt die Eigenart, daß der
Zustand der Unschärfe in einer Richtung senkrecht zu den
Schlitzen am empfindlichsten festgestellt wird. Es werden
deshalb mit dieser Vorrichtung die Brechkräfte in den
Längsrichtungen von 30°, 90° und 150° durch die Muster im
rechten, mittleren bzw. linken Bereich gemessen.
Was nun den Brechkraftfehler angeht, so wird die sphärische
Brechkraft S, die zylindrische Brechkraft C, der Zylinder
achsenwinkel R und die Brechkraft R bei einem Meß
winkel α folgendermaßen zueinander in Beziehung gesetzt:
- R = S + C sin 2 (R - α)
Wenn drei Gruppen von Meßdaten, nämlich unterschiedliche Meß
winkel mit jeweils zugehöriger Brechkraft R ermittelt werden,
läßt sich der Brechkraftfehler (S, C, R) nach obiger Formel bestimmen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Messung so vor
genommen werden, daß die Relaislinse nur einmal zurück
und vorwärts verschoben wird. Das hat den Vorteil,
daß die Messung in kurzer Zeit durchgeführt werden kann.
Ein zweites Ausführungsbeispiel wird nun anhand der Fig.
1 und 3 beschrieben. Bei diesem zweiten Ausführungs
beispiel ist der in Fig. 1 mit gestricheltem Rahmen 10
umgebene Projektions- und Empfangsteil für das Meßlicht
so gestaltet, daß er als Ganzes mit
einem Elektromotor um die optische Achse gedreht werden
kann. Fig. 3A zeigt einen Teil des Musters der Abtast-
Mustervorlage 3, Fig. 3B das Muster der feststehenden
Vorlage 8 und Fig. 3C einen Querschnitt, aus dem die
relative Lage zwischen feststehender Mustervorlage 8 und
dem Lichtempfangselement hervorgeht. Die Abtast-Muster
vorlage 3 ist in zwei Zonen, nämlich eine linke und eine
rechte unterteilt. Die Schlitze der rechten Zone sind
mit gleichen Abständen zueinander unter einem Winkel von
45°, die der linken Zone unter einem Winkel von 135° ge
genüber der Drehrichtung des Zylinders angeordnet. Wie im
ersten Fall ist das Muster der feststehenden Mustervorlage
8 dem der Abtast-Mustervorlage 3 gleich. Hinter der fest
stehenden Mustervorlage 8 sind zwei Lichtempfangselemente
9-1 und 9-2 für den rechten bzw. linken Bereich des Musters
angeordnet.
Mit dieser Anordnung können Brechungskräfte in zwei senk
recht zueinander stehenden Längsrichtungen gleichzeitig
gemessen werden. Zunächst wird die Relaislinse 6 derart
verschoben, daß für eine der zu messenden Längsrichtungen
im wesentlichen Scharfeinstellzustand herrscht. Dann wird
der Projektions- und Empfangsteil 10 für das Meßlicht um
die optische Achse gedreht, bis die Amplitude des auf den
Lichtempfänger auftreffenden Lichtes ein
Maximum wird. Dies ist der Zustand, bei welchem der zu
messende Längswinkel mit dem Zylinderachsenwinkel zusam
menfällt oder auf ihm senkrecht steht. Anschließend wird
die Relaislinse rückwärts und wieder vorwärts verschoben,
um die Brechungskräfte in bezug zu den zwei Meßlängsrich
tungen zu ermitteln. Das heißt, nachdem der Zylinderachsen
winkel R eingestellt ist, werden die Brechungskräfte in
den beiden orthogonalen Längsrichtungen erhalten. Dieses
Verfahren hat besondere Vorteile, da die Zylinderbrechungs
komponente C des Brechungsfehlers als Differenz zwischen
zwei Brechkräften erhalten wird, und die sphärische Brech
kraftkomponente S läßt sich aus einer der Brechkräfte
durch ganz einfachen Rechenvorgang ermitteln.
Wenn bei der Anordnung nach der zweiten Ausführungsform
zunächst die Brechkräfte in zwei Längsrichtungen bei
einem optischen Winkel und dann die Brechkräfte in zwei
anderen Längsrichtungen gemessen werden, wobei der Projektions-
und Empfangsteil 10 für das Meßlicht beispielsweise
um 45° gedreht ist, so daß die Brechkraftdaten von ins
gesamt vier Meßlängsrichtungen erhalten werden, dann kann
der Brechungsfehler durch dieselbe Berechnung wie beim
ersten Ausführungsbeispiel ermittelt werden unter Verwen
dung von drei der vier Brechkraftdatenpunkte. Wenn für
diesen Fall ein Durchschnittswert des so ermittelten Bre
chungsfehlers gewonnen und damit der Brechungsfehler aus
der Kombination mit den anderen Daten erhalten wird, kann
die Genauigkeit der Messung noch sehr vorteilhaft ge
steigert werden.
Es soll nun eine Signalverarbeitungseinrichtung beschrie
ben werden, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist. Die
Einrichtung nach Fig. 4 ist lediglich für ein licht
empfangendes Element wiedergegeben. Dasselbe System ist
jedoch ebenfalls für das andere lichtempfangende Element
anwendbar.
Das Ausgangssignal des lichtempfangenden Elemen
tes 9, ein Strom aufgrund des Lichteinfalls, wird durch
einen Vorverstärker 21 in ein Spannungssignal umgesetzt.
Das Spannungssignal gelangt auf ein Bandpaßfilter 22, das
nur Bestandteile des Signals in einem bestimmten Frequenz
bereich passieren läßt. Das so behandelte Signal wird in
ein Gleichspannungssignal umgewandelt, das proportional
der Amplitude ist, was mit Hilfe einer Gleichrichterschaltung
23 erfolgt. Anschließend erfolgt die Umsetzung des Gleich
spannungssignals in ein Digitalsignal in einem Analog/Digital-
Wandler 24, der sein Ausgangssignal an einen Mikroprozessor
25 abgibt. Die Bandmittenfrequenz des Bandpaßfilters 22 ist
auf die Frequenz eines empfangenen Lichtsignals einge
stellt, das bei Scharfeinstellbedingung im optischen System
auftritt.
Bei der Kombination der so aufgebauten Signalverarbeitungs
einrichtung mit dem beschriebenen optischen System werden
Störsignalkomponenten im empfangenen Licht aufgrund der
Reflexion an der Hornhautoberfläche des untersuchten Auges
und den Oberflächen der Bauteile des optischen Systems
durch das Bandpaßfilter 22 eliminiert, so daß sie auf das
Meßergebnis keinen störenden Einfluß mehr haben können.
Claims (3)
1. Refraktometer zum Messen von Augenbrechkraftfehlern, mit
einer in einer bestimmten Richtung in einer Ebene, die
senkrecht zu einer durch das zu untersuchende Auge ver
laufenden optischen Achse liegt, mit kontinuierlicher
Geschwindigkeit bewegbaren, ein Streifenmuster tragen
den Mustervorlage, einem optischen System zum Projizie
ren der Abbildung der Mustervorlage auf die Netzhaut
des zu untersuchenden Auges, mit einer Einrichtung zum
Scharfeinstellen der Abbildung auf die Netzhaut, einer
feststehenden Mustervorlage, die dasselbe Streifenmuster
trägt wie die bewegliche Mustervorlage, wobei hinter
dieser feststehenden Mustervorlage ein Lichtempfänger
angeordnet ist, und an diesen eine Rechnereinheit ange
schlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die beweg
liche Mustervorlage (3) in Richtung senkrecht zu deren
Bewegungsrichtung nebeneinander mehrere Streifenmuster
aufweist, deren Streifen jeweils verschiedene Winkel
stellungen einnehmen.
2. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mustervorlage (3) drei ver
schiedene Streifenmuster enthält, die jeweils zueinan
der in einem Winkel von 60° ausgerichtet sind.
3. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mustervorlage (3) zwei auf
einander senkrecht stehende, verschiedene Streifenmuster
aufweist.
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