DE3102450C2

DE3102450C2 -

Info

Publication number: DE3102450C2
Application number: DE3102450A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Kamifukuoka Saitama Jp Itoh; Yukiyasu Kawagoe Saitama Jp Nishikawa; Shuji Fujimi Saitama Jp Hoshika; Ikuzo Tamagawa Saitama Jp Okamoto
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1980-01-30
Filing date: 1981-01-26
Publication date: 1987-08-06
Also published as: US4432617A; JPS56106640A; JPS6130570B2; DE3102450A1

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

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.