DE3118560A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen von augenbrechnungsfehlern - Google Patents

Description

34 953/4 14. Dezember 1981 w/gt

ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA Tokyo / JAPAN

Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Augenbrechungsfehlern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und Berechnen von Brechungsfehlern des Auges.

Der Brechungsfehler eines Auges wird durch die Brechkraft einer Linse dargestellt, die in der Lage ist, den Brechungsfehler zu kompensieren. Genauer gesagt wird der Fehler durch eine sphärische Brechkraft (S) , eine zylindrische Brechkraft (C) und die Zylinderachse (Θ1 der zylindrischen Oberfläche gebildet-. Die mathematische Beziehung zwischen der Brechkraft (R) und den oben genannten Werten lautet

R = S + C · sin' (Θ - α) ,

worin α der gemessene Meridianwinkel ist. Es ist somit möglich, die Brechungsfehler (S, C, Θ) aus wenigstens drei Datenpunkten zu gewinnen, an denen der Meridianwinkel und die Brechkraft (R) gemessen wird.

Bei bekannten Brechkraftfehler-Meßeinrichtungen ist es schwierig, ein Signal zu erhalten, dessen Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal ausreicht, denn das von der Netzhaut reflektierte Licht ist äußerst schwach, und es enthält einen beträchtlichen Anteil an Stör- oder Rauschkomponenten, zu denen auch von der Hornhaut reflektiertes Licht gehört,und

dergleichen. Es ist auch ein Problem, Meßergebnisse von hoher Zuverlässigkeit zu bekommen.

In der japanischen Patentanmeldung Nr. 2519/79 ist ein Gerät beschrieben, mit dem versucht wird, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Bei diesem Gerät, kann der zu messende Meridianwinkel α in einem großen Bereich verändert werden, die gemessenen Ergebnisse eines Signals, das einen Brechungswert darstellt, welcher einem optimalen Brennpunkt bei jedem Meridianwinkel entspricht, werden durch eine Sinus-Welle simuliert, und die Brechungsfehler werden aus der Sinus-Welle berechnet. Um genaue Berechnungsergebnisse sicherzustellen, wird die Abweichung zwischen dem Signal und der Sinus-Welle vor der Berechnung der Brechungsfehler analysiert. Wenn diese· Abweichung als zu groß erkannt wird, erhält die Bedienungsperson davon Anzeige, und wenn die Abweichung hinreichend klein ist, werden die berechneten Brechungsfehler ausgedruckt.

Wünscht man jedoch, Brechungswerte für mehrere Meridianwinkel zu bekommen, dann muß das Meßsystem des Gerätes für jeden anderen Winkel gedreht werden, so daß zur Gewinnung der erforderlichen Daten ein beträchtlicher Zeitaufwand nötig ist (30 see werden benötigt, um die Daten zu sammeln und auszuwerten) . Während dieser Messung muß das Auge in Ruhe gehalten und auf unendlich fokussiert werden. Wird die Meßdauer lang, dann ist ein solcher Zustand kaum aufrechtzuerhalten, wodurch sich Abweichungen in den gemessenen Daten ergeben und es schwierig wird, zuverlässige Ergebnisse zu bekommen. Außerdem besteht bei diesem Gerät keine Sicherheit, daß zuverlässige Brechungswerte R. (i = 1, 2, 3, ) von den gemessenen Daten bei Meridianwinkeln α. erhalten werden, was es wiederum erschwert, zuverlässige Ergebnisse zu bekommen.

Ziel der Erfindung ist es, die vorstehend genannten Schwie- · rigkeiten durch eine neue Augenbrechungsfehler-Meßmethode und eine dazu verwendbare Vorrichtung zu überwinden.

Das gemäß der Erfindung geschaffene Verfahren sieht vor, daß mehrere Arten von Energiemustern auf das zu messende Auge gerichtet werden. Diese Energiemuster können aus Infrarotlicht gebildet werden, welches durch rotierende Schlitze unterteilt wird. Die Bildeigenschaften des von der Netzhaut des Auges reflektierten Lichtes werden aufgenommen, woraus Daten erzeugt werden, welche diese Bildeigenschaften wiedergeben. Aus diesen Daten wird eine nicht lineare Rückbeziehung durchgeführt, um die Brechkräfte zu bestimmen. Aus den Brechkräften werden dann die Brechungsfehler des Auges bestimmt.

Das erfindungsgemäße Gerät kann insbesondere einen Mikroprozessor, eine automatische Verstärkungssteuerschaltung, die durch den Mikroprozessor gesteuert wird, einen Analog/Digital-Wandler, der die Ausgangswerte der automatischen Verstärkungssteuerschaltung aufnimmt und digitale Eingangswerte zum Mikroprozessor erzeugt, und eine Anzeige- und Druckvorrichtung enthalten, durch die Fehler angezeigt und die Augenbrechungsfehler ausgedruckt werden. Gemäß der Erfindung wird ein Zuverlässigkeits-Koeffizient berechnet. Wenn dieser Zuverlässigkeits-Koeffizient unter einem bestimmten Wert liegt, erhält die Bedienungsperson eine entsprechende Anzeige.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein mögliches Ausführungsbeispiel des optischen Systems, mit dem zusammen die Erfindung verwendet wird;

Fig. 2A, ein sich bewegendes und ein feststehendes 2B und 2C Muster sowie ein Ausführungsbeispiel eines Lichtempfangselementes;

Fig. 3 das Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm von einem Beispiel, in welchem die Daten in Werten eines speziellen Meridianwinkels zusammen mit einer quadratischen Kurve, auf die die Daten rückgerichtet sind, gezeigt sind;

Fig. 5 ein Flußdiagramm, das den mikroprozessorgesteuerten Ablauf in der Schaltung der Fig. 3 wiedergibt; und .

Fig. 6 abgeänderte Ausführungsbeispiele des opti- und 7 sehen Systems aus der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines optischen Systems von einer Augenbrechungsfehler-Meßvorrichtung, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Von einer Lichtquelle 1 abgegebene Lichtstrahlen werden durch eine Diffusionsplatte 2 zerstreut. Derart zerstreute Lichtstrahlen gelangen durch ein Infrarot-Filter 3, so daß nur Lichtstrahlen mit Wellenlängen von mehr als beispielsweise 850 μΐη eine Kondensorlinse 4 passieren können. Die Strahlen gehen dann durch eine laufende Musterschablone 5 zu einem Strahlteiler 6. Ein Teil der vom Strahlteiler 6 reflektierten Lichtstrahlen durchläuft eine Kollimatorlinse 7, eine verschiebbare Linse 8 und eine Okularlinse 9 und gelangt zum Auge E, dessen Brechungsfehler gemessen werden sollen. Die von der Netzhaut des Auges E reflektierten Lichtstrahlen durchlaufen wiederum die vorstehend genannten Linsen in umgekehrter Reihenfolge bis zum

Strahlteiler 6. Ein Teil dieser Lichtstrahlen tritt in den Strahlteiler 6 ein/ durchläuft diesen geradlinig und tritt durch eine feststehende Musterschablone 10 hindurch auf einen Lichtaufnehmer 11. Die laufende Musterschablone 5 und die feststehende Musterschablone 10 sind an Stellen angeordnet, die bezüglich des Strahlteilers 6 konjugieren und die rückwärtigen Brennpunkte der Kollimatorlinse 7 sind (Vorwärts- und Rückwärtsrichtung sind mit Bezug auf das Auge definiert) .

In der Fig. 2A ist ein Ausführungsbeispiel eines Musters der laufenden Musterschablone 5 gezeigt, die Zylindergestalt besitzt, konzentrisch zur optischen Achse des Linsensystems angeordnet ist und durch einen Motor 12 angetrieben wird. Das Muster dieser Schablone 5 weist einen mit chO gekennzeichneten Abschnitt auf, in welchem Schlitze rechtwinklig zur Drehrichtung der umlaufenden Musterschablone 5 verlaufen, während die anderen beiden Abschnitte chi und ch2 mit der Drehrichtung der Musterschablone 5 Winkel von +60 ° einschließen. Die Fig. 2B zeigt eine Ausführungsform des Musters der feststehenden Musterschablone 10. Das Muster der feststehenden Schablone 10 ist dem der umlaufenden Schablone 5 gleich. Die den Abschnitten chO, chi und ch2 der umlaufenden Schablone 5 entsprechenden Abschnitte der feststehenden Schablone 10 in Fig. 2B sind mit chO', chi¹ und ch2" bezeichnet. Die Abschnitte chO (ch0^f), chi (chi¹) und ch2 (ch2·) dienen zur Durchführung der Augenbrechungsfehler-Messungen bei Meridianwinkeln von 90 °, 150 ° bzw. 30 °. Es ist hier angenommen, daß die Meridianwinkel im Gegenuhrzeigersinne zur Horizontalrichtung gemessen werden.

Die Lichtempfangsvorrichtung 11 ist ebenfalls aus drei Empfangselementen 11-1, 11-2 und 11-3 zusammengesetzt, welche getrennt die Lichtstrahlen auffangen, die durch die Lichtka-

näle chO¹, chi' und ch2' hindurchtreten. Die relative Anordnung ist in der Fig. 2C dargestellt. Die verschiebbare Linse 8 kann entlang der optischen Achse nach vorn und nach hinten verstellt werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer mit der Linse verbundenen Zahnstange 13, in die ein Antriebszahnrad 14 eingreift, das von einem Schrittmotor angetrieben wird, erreicht werden.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau des optischen Systems stellt, wenn durch Positionseinstellung der verschiebbaren Linse 8 die Bilder der Muster chO, chi und ch2 der umlaufenden Musterschablone 5 auf die Netzhaut fokussiert sind, die räumliche Beziehung zwischen der Netzhaut und der umlaufenden Schablone 5 und der feststehenden Schablone 10 eine. konjugierende Beziehung dar, bei der die Wechselspannungs-Ausgangsgröße, die aufgrund der Drehung der umlaufenden Schablone an der Lichtempfangsvorrichtung 11 hervorgerufen wird, ein Maximum wird. Wird die verschiebbare Linse 8 in eine Stellung vor oder hinter der oben genannten Stellung bewegt, dann nimmt der Wechselspannungs-Ausgangswert der lichtempfangenden Elemente ab.

Wenn das untersuchte Auge keine zylindrische Komponente hat, dann geben die drei lichtempfangenden Elemente 11-1, 11-2 und 11-3 maximale Wechselspannungs-Ausgangswerte bei derselben Stellung der verschiebbaren Linse 8 ab. Tritt jedoch eine zylindrische Komponente im Auge E auf, so treten die Maximalpunkte der Wechselspannungs-Ausgangswerte bei den lichtempfangenden Elementen 11-1, 11-2 und 11-3 in unterschiedlichen Stellungen der verschiebbaren Linse 8 auf.

Da die Brechkraftwerte R des Auges mit bezug auf die Positionen der verschiebbaren Linse 8 definiert werden können, können die Brechungsfehler S, C und 0 dadurch erhalten werden, daß die Stellungen der verschiebbaren Linse 8 bestimmt

werden, in denen die lichtempfangenden Elemente 11-1, 11-2 und 11-3 für Meridianwinkel von α = 90 °, 150 ° Und 30 ° die maximalen Wechselspannungs-Ausgangswerte abgeben. Die Brechungswerte R_1n/ ^R-i cn ^und R__ werden durch Lösen nachstehender Gleichungen berechnet:

R₉₀ = S + C · sin²(Θ - 90 °), R ₅₀ = S + C - sin²(Θ - 150°) und R₃₀ = S + ς · sin²(0 - 30 °).

Bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel· können die Brechkraftwerte Rq _nr R₁ cn und R,_o bei Meridianwinkeln α = 90 °, 150 ° und 30 ° durch einmaliges Hin- und Herfahren der verschiebbaren Linse gewonnen werden. Dadurch wird die Dauer des Meßvorgangs beträchtlich herabgesetzt. Die benötigten Daten kann man so innerhalb von weniger als 5 see erhalten.

Es sollen nun Verfahren und Einrichtung beschrieben werden, womit zuverlässige Brechungswerte R_g0, R₁₅₀ und R₃₀ aus den so gemessenen Daten bei Meridianwinkeln = 90 °, 150 ° und 30 ° gewonnen werden. Mit einer Vorrichtung mit einem in Fig. 3 gezeigten schematischen Aufbau werden die Wechselspannungs-Ausgangswerte der lichtempfangenden Elemente 11-1, 11-2 und 11-3 mittels Vorverstärkern 16-1, 16-2 und 16-3 verstärkt. Die Frequenzkomponenten, die auf die relative Bewegung zwischen der umlaufenden Schablone 5 und der feststehenden Schablone 10 zurückzuführen sind, werden durch Bandpass-Filter 17-1, 17-2 und 17-3 aus den verstärkten Aus-, gangswerten ausgefiltert. Ein Analog-Multiplexer 18 wählt unter Steuerung durch einen Mikroprozessor 22· einen der Ausgangswerte chO, chi oder ch2 aus und leitet ihn der automatischen Verstärkungssteuerschaltung (AGC) 19 zu. Der Ausgangswert dieser AGC-Schaltung 19 wird durch eine Gleichrichter-

schaltung 20 in einen Gleichstrom-Ausgangswert umgewandelt, der dann mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers (A/D) 21 in einen Digitalwert umgesetzt wird, den der Mikroprozessor 22 aufnimmt.

In einer ausgeführten Schaltung gemäß Fig. 3 wurden folgende Bauteile eingesetzt: lichtempfangende Elemente 11-1, 11-2, 11-3 -Siemens-Type BPW34; Vorverstärker 16-1, 16-2, 16-3 National Semiconductor Company-Type LF356; Bandpass-Filter National Semiconductor Company-Type LF356; Analog-Multiplexer 18 - Analog Devices Company-Type AD7501; AGC-Schaltung 19 - Analog Devices Company Type AD7524; Gleichrichterschaltung 20 - RCA Company-Type MA741; A/D-Wandler 21 - Analog Devices Company-Type AD570; Mikroprozessor 22 - Intel Company-Type 18085; Speicher 23 - Intel Company Type 12114.

Der Grund für die Verwendung der AGC-Schaltung 19 wird nun beschrieben. Wenn der A/D-Wandler 21 den vollen Bereich des Ausgangswertes der lichtempfangenden Vorrichtung 11 aufnehmen können müßte, dann wäre die hohe Auflösung wesentlich. Da jedoch eine Auflösung von z. B. 8 Bits bei maximalem Ausgangswert des von der Netzhaut des Auges E reflektierten Lichtes für die vorliegende Einrichtung ausreicht, kann korrekte Arbeitsweise des A/D-Wandlers 21 durch Herabsetzung des Verstärkungswertes erhalten werden, der durch die automatische Verstärkungssteuerschaltung 19 eingestellt wird, wenn der Ausgangswert des lichtempfangenden Elementes 11 Vollaus-

schlag (entsprechend einem digitalen Ausgangswert von 2 ) des A/D-Wandlers 21 übersteigt.

Der Vorgang für die Gewinnung von Daten, die zur Bestimmung der Brechungswerte Rg₀, Κ-ιςη ^un^ ^R3o erforderlich sind, wird als nächstes beschrieben. Die erforderlichen Daten sind Positionen der verschiebbaren Linse 8 und die Ausgangswerte der

lichtempfangenden Elemente 11 für jede der Positionen der verschiebbaren Linse 8. Zunächst wird der Schrittmotor 15 vom Mikroprozessor 22 her so gesteuert, daß die verschiebbare Linse in ihre vorderste Stellung (zum Auge hin) verschoben wird. Der Schrittmotor 15 läuft dann rückwärts, so daß die verschiebbare Linse 8 vom Auge weg verschoben wird. Währenddessen werden die Maximalwerte der Ausgangsgrößen der lichtempfangenden Elemente 11-1, 11-2 und 11-3 gemessen, und der Verstärkungsfaktor der automatischen Verstärkungssteuerschaltung wird auf einen geeigneten Wert eingestellt. Nimmt man an, daß ein brauchbarer Bereich dort vorliegt, wo der Ausgangswert der lichtempfangenden Elemente größer als die Hälfte des Maximalwertes ist, so wird die verschiebbare Linse 8 soweit nach rückwärts verschoben, bis alle Ausgangswerte der lichtempfangenden Elemente aus dem brauchbaren Bereich heraus sind.

Der Schrittmotor 15 wird dann so in Drehung versetzt, daß die verschiebbare Linse 8 nach vorn (auf das Auge zu) verschoben wird, bis sämtliche Ausgangswerte der lichtempfangenden Elemente aus dem brauchbaren Bereich heraus sind. Während der Verschiebung der Linse 8 werden die Positionen der verschiebbaren Linse, bei der der Ausgangswert eines lichtempfindlichen Elementes innerhalb des brauchbaren Bereiches ist, und die Werte der Ausgangswerte bei diesen Positionen für jedes lichtempfindliche Element in der Speichervorrichtung 23 mit Hilfe des Mikroprozessors 22 gespeichert. Durch einen Hin- und Hergang der verschiebbaren Linse 8 werden auf diese Weise sämtliche benötigten Daten für die Bestimmung der Brechungswerte Rqq/ ^Ri50 ^{und R}3Q ^für alle drei Kanäle gewonnen, so daß der Patient nicht mehr die mit dem herkömmlichen Verfahren verbundene Unannehmlichkeit einer langen Meßdauer auf · sich nehmen muß.

Ein Verfahren zum Verbessern der Zuverlässigkeit der Brechungswerte Rq₀/ R₁ c_n und R-j„ durch nichtlineare Regression

an den gemessenen Daten wird nun beschrieben. Im Bereich der Maximal-Ausgangsstellung wird für die Beziehung zwischen der Intensität des von der Netzhaut reflektierten Lichtes und der Position der verschiebbaren Linse 8 eine nichtlineare Regressionskurve angenommen. Es wird ferner angenommen, daß d. Werte der Ausgangsdaten sind, die im brauchbaren Bereich aufgenommen wurden, r. den Werten der Ausgangsdaten entsprechende Brechungswerte sind (i = 1, 2, ..., n), und daß die Gleichung der Regressionskurve

C = cig + o^R + Oi₃R²

lautet, wobei D die Ausgangsdaten sind. Die Koeffizienten cc«, α., und ct_ lassen sich durch Lösen folgenden Gleichungs systems gewinnen:

a_nn + Ct₁Zr. + Ct₉Er.² = Id.

υ i_± χ /_± χ _± ι

Ct_nZr. + Ct₁Zr² + a„Zr.³ = Zd.r.

u_± χ i_± χ z_± χ _± χ χ

Mit der Durchführung dieser Berechnungen wird die Regression der im brauchbaren Bereich gesammelten Daten auf eine optimale quadratische Gleichung vorgenommen. Das Lösen des Gleichungssystems läßt sich leicht mit Hilfe des Mikroprozessors 22 durchführen, der mit Programmen ausgestattet ist, die eine derartige Gleichungsbearbeitung ermöglichen.

Fig. 4 stellt ein Diagramm dar, welches beispielsweise Daten wiedergibt, die so von einem speziellen Kanal aufgenommen wurden und in den brauchbaren Bereich fallen, zusammen mit der quadratischen Regressionskurve. In Richtung der Ordinate sind die Ausgangsdaten D, in Richtung der Abszisse

die Position der verschiebbaren Linse 8 (entsprechend dem Brechungswert) aufgetragen. Die die-Datenpunkte verbindende Linie 26 in Fig. 4 gibt die wirklichen Werte der Ausgangsdaten in dem brauchbaren Bereich wieder, während die Linie 27 die optimale quadratische Regressionskurve darstellt, welche aus diesen Daten gewonnen wurde.

Wird nicht von der Regressionskurve Gebrauch gemacht, dann gibt die Position der verschiebbaren Linse 8, bei welcher der höchste Wert der Ausgangsdaten aufgenommen wird, den Brechungswert R-an, was in Fig. 4 beim höchstliegenden Punkt M der Fall ist. Bei Verwendung der Regressionskurve 27 wird der Brechungswert R an der Stelle der strichpunktierten Linie 28 ermittelt. Da diese Bestimmung nach der Methode der kleinsten quadratischen Abweichung aus verschiedenen Datenwerten erfolgt, ist der sich dadurch ergebende Brechungswert R wesentlich zuverlässiger als derjenige, der durch den höchsten gemessenen Punkt M bestimmt wird.

Genauer gesagt wird der Scheitelpunkt der Regressionskurve so gewählt, daß er die Position der verschiebbaren Linse 8 abgibt, in der das von der Netzhaut des Auges E reflektierte Licht für einen speziellen Kanal einen Maximalwert hat, und die Brechungswerte Rg₀, R_igQ und R₃₀ werden dadurch gewonnen, daß für die drei Kanäle die Regression durchgeführt wird.

Da, wie beschrieben, die Brechungswerte R_gQ, R₁₅₀ und R₃₀ in der Weise bestimmt werden, daß die Regressionskurven nach dem Verfahren der kleinsten quadratischen Abweichung aus einer großen Zahl von Datenpunkten gebildet werden, ist die Zuverlässigkeit der bestimmten Brechungswerte wesentlich höher, als es bei direkter Ablesung der Positionen bei den höchsten Datenwerten sein kann.

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Es kann auch als Regressionskurve eine normale Verteilungsfunktion mit dem Ausdruck

D = a₀ · expi-c^ (R - Ot₂)²) verwendet werden.

Da die Brechungsfehler des Auges (S, C und Θ) aus den Brechungswerten Rg₀/. ^Ri5o ^un-d ^R3o gewonnen werden und letztere sehr zuverlässig bestimmt worden sind, werden auch die Brechungsfehler sehr genau bestimmt. Die Zuverlässigkeit der unter Verwendung der Regressionskurve gewonnenen Brechungswerte läßt sich durch die Abweichung zwischen der Regressionskurve und den so gesammelten Daten bezeichnen. Wenn die Gleichung für die Regressionskurve eines Kanals

D = a_Q + Ct₁R + Ct₃R²

ist, dann kann die Abweichung S folgendermaßen ausgedrückt werden:

I ₁ - (a₀

η - 1

Für jeden Kanal wird die Abweichung durch den Mikroprozessor 22 berechnet, und es wird ein Zuverlässigkeits-Koeffizient L für die auf diese Weise durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gewonnenen Brechungsfehler bestimmt, der als Summe der für die drei Kanäle berechneten Abweichungen definiert ist. Wenn die Abweichung für die drei Kanäle chO, chi und ch2 mit S„, S und S_ bezeichnet sind, lautet der Zuverlässiakeits-Koeffizient L

L =

Man sieht daraus, daß die Zuverlässigkeit der gemessenen Ergebnisse der Brechungsfehler hoch ist, wenn der berechnete Zuverlässigkeits-Koeffizient L klein ist.

Die oben aufgeführten Berechnungen lassen sich leicht mit dem Mikroprozessor ausführen. Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm für den Gesamtarbeitsablauf des Mikroprozessors und der mit ihm verbundenen Elemente. Der Zuverlässigkeits-Koeffizient und die Brechungsfehler des Auges werden der Bedienungsperson der Vorrichtung folgendermaßen angezeigt.

Wenn der Zuverlässigkeits-Koeffizient kleiner als ein spezieller Wert ist, werden auf der Anzeigevorrichtung 24 die gemessenen Brechungsfehler S, C und Θ, die gleichzeitig durch einen Drucker 25 ausgedruckt werden, angezeigt, übersteigt jedoch die Größe des Zuverlässigkeits-Koeffizienten L den bestimmten speziellen Wert, dann sind die gemessenen Brechungsfehler nicht zuverlässig. Es wird dann angezeigt, daß der Meßvorgang-wiederholt werden muß, was z. B. durch blinkende Wiedergabe der Meßwerte der Brechungsfehler auf der Anzeigevorrichtung 24 oder in einer anderen Weise dargestellt werden kann.

Da die Daten für die drei Meridianwinkel während einer einzigen Hin- und Herbewegung der verschiebbaren Linse gewonnen werden können, besitzt die Erfindung den Vorteil, daß die Meßdauer wesentlich verkürzt ist, so daß das auszumessende Auge nicht während längerer Zeit stillgehalten werden muß.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die gemessenen Daten auf eine nichtlineare Kurve rückgeführt werden und somit Brechungswerte von hoher Zuverlässigkeit aus Meßdaten gewonnen werden, die auf sehr schwachen Lichtsignalen beruhen. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal ist mit der Gewinnung des Zuverlässigkeits-Koeffizienten

L aus den Abweichungen zwischen gemessenen Daten und Regressionskurve verbunden. Durch Beobachten des Zuverlässigkeits-Koeffizienten auf einer Anzeige sieht die Bedienungsperson unmittelbar die Zuverlässigkeit der durchgeführten Messung.

Im Rahmen der Erfindung durchgeführte Abwandlungen können z. B. das optische System betreffen, wie in Fig. 6 gezeigt, wo mit Hilfe kleinerer lichtaufnehmender Elemente 11-1, 11-2 und 11-3 die Störsignale verringert werden können.

In diesem optischen System sind zwei Dreikantprismen 3 0-1 und 30-2 mit einem geeigneten Scheitelwinkel unmittelbar hinter der feststehenden Musterschablone 10 so angeordnet, daß sie die Musterbereiche an beiden Enden überdecken, wobei die Scheitel der Dreikantprismen aufeinander zugerichtet sind. Außerdem ist eine Sammellinse 31 mit kurzer Brennweite hinter den beiden Dreikantprismen 30-1 und 30-2 angeordnet, und die drei lichtempfangenden Elemente 11-1, 11-2 und 11-3 sind so angeordnet, daß ihre Positionen unter Berücksichtigung der Sammellinse 31 auf die Kollimatorlinse 7 abgestimmt sind und zwischen ihnen entsprechende Zwischenräume verbleiben.

Die beiden Dreikantprismen 30-1 und 30-2 und die Sammellinse 31 richten ein Bild von verringerter Größe von der Kollimatorlinse 7 auf die lichtempfangenden Elemente 11-1, 11-2 und 11-3. Ohne die Dreikantprismen würde das durch die drei Musterbereiche der feststehenden Schablone 11 hindurchtretende Licht auf das mittlere lichtempfangende Elemente konvergieren, und es wäre schwierig, die durch die Musterbereiche fallenden Lichtstrahlen zu trennen und die Lichtkomponenten parallel zu verarbeiten. Mit anderen Worten, die Dreikantprismen 30-1 und 30-2 dienen dazu, die durch die drei verschiedenen Musterbereiche der feststehenden Musterschablone 10 hindurchtretenden Lichtbestandteile voneinander zu tren-

nen, so daß die drei Komponenten parallel verarbeitet werden können.

Ein wiederum anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 7. Hier sind die Dreikantprismen 30-1 und 30-2 mit nach außen gerichteten Scheitelkanten angeordnet. Die Auswirkung davon ist bei 'diesem Ausführungsbeispiel jedoch im wesentlichen gleich der Wirkung der Prismen beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6.

Mit dem beschriebenen Aufbau des optischen Systems im Lichtempfangsabschnitt der Vorrichtung werden die Lichtempfangsflächen der lichtaufnehmenden Elemente um den Bildverkleinerungsfaktor der Sammellinse verkleinert, wodurch es möglich wird, lichtaufnehmende Elemente von erheblich kleineren Abmessungen zu verwenden. Durch diese Verkleinerung der lichtempfangenden Bereiche werden die durch die lichtaufnehmenden Elemente selbst hervorgebrachten Rauschstörungen erheblich vermindert. Außerdem können, da lichtempfangende Elemente von geringen Abmessungen und mit normalem Aufbau eingesetzt werden, die Herstellungskosten herabgedrückt werden. Insgesamt kann als Vorteil der Vorrichtung noch angeführt werden, daß die für die Messung benötigte Zeit verkürzt und die Zuverlässigkeit des Augenbrechungsfehler-Meßgerätes erheblich verbessert worden ist.

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Claims (18)

34 953/4 ASAHI KOGAKÜ KOGYO KABüSHIKI KAISHA Tokyo / JAPAN Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Augenbrechungsfehlern Patentansprüche

1./ Verfahren zum Messen von Augenbrechungsfehlern, gekennzeichnet durch folgende Schritte: auf das Auge werden mehrere verschiedene Strahlungsmuster gerichtet; die Bildbedingungen der von der Netzhaut des Auges reflektierten Strahlungsmuster werden festgestellt, und es werden Daten erzeugt, die diese Bildbedingungen wiedergeben; aus den Daten dieser Bildbedingungen wird eine nichtlineare Regressionskurve gebildet; aus der nichtlinearen Regressionskurve werden die Brechungsfaktoren bestimmt; aus den Brechungsfaktoren werden die Brechungsfehler des Auges bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Kurve eine quadratische Kurve ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Kurve eine normale Verteilungsfunktionskurve ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlung infrarotes Licht verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Feststellung der Bildbedingungen die die Bildbedingungen wiedergebenden Daten für die Anzahl von Strahlungsmustern nacheinander erzeugt werden.

6. Vorrichtung zur Bestimmung von Augenbrechungsfehlern, gekennzeichnet durch Mittel, mit denen mehrere Strahlungsmuster auf das auszumessende Auge gerichtet werden, Mittel zum Bestimmen der Bildbedingungen der Strahlungsmuster, die von der Netzhaut des Auges reflektiert werden, um den Bildbedingungen entsprechende Daten zu erzeugen, Mittel zur Abgabe von Ausgangswerten, welche die Brechungsfaktoren darstellen, indem eine nichtlineare Regression an den die Bildbedingung wiedergebenden Daten vorgenommen wird, und Mittel zur Bestimmung der Brechungsfehler des Auges aus den Brechungsfaktoren.

7. Vorrichtung zum Messen von Augenbrechungsfehlern, gekennzeic h η et durch eine Lichtquelle, Mittel zum Richten der Strahlung von der Lichtquelle und mehreren Musterschablonen auf das zu messende Auge, wenigstens ein lichtempfangendes Element (11), das von der Netzhaut des Auges reflektiertes Licht auffängt, eine automatische VerstärkungsSteuerschaltung (19), die den Verstärkungsfaktor für ein Ausgangssignal von dem lichtempfangenden Element (11) bestimmt, einen Analog/Digital-Wandler (21), der das Ausgangssignal der automatischen Verstärkungssteuerschaltung (19) in Digitaldaten umsetzt, einen Mi-

kroprozessor (22), der vom A/D-Wandler (21) die Digitaldaten aufnimmt und an ihnen eine nichtlineare Regression durchführt, um entsprechend dem Ergebnis der nichtlinearen Regression die Augenbrechungsfehler zu bestimmen, um einen Zuverlässigkeits-Koeffizienten zu bestimmen und um zu bestimmen, wenn der Zuverlässigkeits-Koeffizient kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und eine Sichtanzeige (24) , um die Augenbrechungsfehler anzuzeigen, wenn der Zuverlässigkeits-Koeffizient kleiner als der vorbestimmte Wert ist, und um eine Anzeige für eine Bedienungsperson hervorzubringen, wenn der Zuverlässigkeits-Koeffizient größer als der vorbestimmte Wert ist.

8. Augenbrechungsfehler-Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Regression nach einer quadratischen Funktion durchgeführt ist.

9. Augenbrechungsfehler-Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Regression nach einer normalen Verteilungsfunktion durchgeführt ist.

10. Augenbrechungsfehler-Meßvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (1), eine Streuscheibe (2), ein Infrarot-Filter (3) und eine Kondensorlinse (4) in der angegebenen Reihenfolge, eine umlaufende Musterschablone (5) mit drei verschiedenen Musterbereichen, auf die das Licht von der Kondensorlinse (4) fällt, einen Strahlteiler (6) innerhalb der umlaufenden Musterschablone (5), eine einen ersten Teil des Lichts vom Strahlteiler erhaltende Kollimatorlinse (7), eine verschiebbare Linse (8), die das Licht von der Kollima-

torlinse (7) erhält/ eine Okularlinse (9), mit der das Licht auf das zu untersuchende Auge' fokussiert wird, eine feststehende Musterschablone (10), die dasselbe Muster wie die umlaufende Musterschablone (5) hat und auf die das von der Netzhaut des zu untersuchenden Auges (E) durch das Okular (9), die verschiebbare Linse (8), die Kollimatorlinse (7) und den Strahlteiler (6) kommende reflektierte Licht fällt, drei lichtaufnehmende Elemente (11-1, 11-2, 11-3) in Richtung der Lichtstrahlen hinter der feststehenden Musterschablone, drei Vorverstärker (16-1, 16-2,16-3), die die Ausgangssignale der drei lichtauffangenden Elemente (11-1, 11-2, 11-3) aufnehmen, drei mit ihren Eingängen mit den Ausgängen der Vorverstärker verbundene Bandpass-Filter (17-1, 17-2,- 17-3), einen Analog-Multiplexer (18) mit drei mit den Bandpass-Filtern (17-1, 17-2, 17-3) verbundenen Eingängen, eine automatische Verstärkungssteuerschaltung (19) am Ausgang des Analog-Multiplexers (18), einen an den Ausgang der automatischen Verstärkungssteuerschaltung (19) angeschlossenen Gleichrichter (20), einen vom Ausgang des Gleichrichters (20) beaufschlagten Analog/Digital-Wandler (21) mit Analog-Eingang, einen Mikroprozessor (22), der mit den Ausgängen des A/D-Wandlers !(21) verbunden ist und die automatische Verstärkungssteuerschaltung (19) sowie den Analog-Multiplexer (18) steuert, so daß die Ausgangswerte von den drei Bandpass-Filtern (17-1, 17-2, 17-3) nacheinander dem Eingang der automatischen Verstärkungssteuerschaltung (19) zugeleitet werden und sein Verstärkungsfaktor nach Maßgabe des empfangenen Signalwertes gesteuert wird, damit das analoge Ausgangssignal eine Amplitude innerhalb eines bestimmten Bereiches aufweist, einen mit dem Mikroprozessor (22) verbundenen Speicher (23), eine mit dem Mikroprozessor (22) verbundene Anzeige (24) und einen mit dem Mikroprozessor (22) verbundenen Drucker, wobei- der Mikroprozessor so programmiert ist, daß er an den vom A/D-Wandler (21) zugeführten Eingangsdaten eine nichtlineare Regression durchführt, um zuverlässi-

ge Brechungsfaktorwerte und daraus Brechungsfehler des Auges zu bestimmen, um einen Zuverlässigkeits-Koeffizienten zu bestimmen und um zu bestimmen, ob der Zuverlässigkeits-Koeffizient einen bestimmten Wert übersteigt, um die Brechungsfehler dann auszudrucken, wenn der Zuverlässigkeits-Koeffizient kleiner als der bestimmte Wert ist, und um die Anzeigevorrichtung zu betätigen, wenn der Zuverlässigkeits-Koeffizient grosser als der bestimmte Wert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (22) die nichtlineare Regression nach einer quadratischen Kurve vornimmt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor die nichtlineare Regression nach einer normalen Verteilungsfunktion vornimmt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang hinter der feststehenden Musterschablone (10) und vor den lichtaufnehmenden Elementen (11-1, 11-2, 11-3) zwei Dreikantprismen (30-1, 30-2) und zwischen den Dreikantprismen und den lichtempfangenden Elementen eine Sammellinse (31) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelkanten der Dreikantprismen (30-1, 30-2) aufeinander zuweisen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelkanten der Dreikantprismen (30-1 , 30-2) voneinander wegweisen.

16. Augenbrechungsfehler-Meßvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (1), eine Streuscheibe (2), ein Infrarot-Filter (3), eine Kondensorlinse (4) in dieser Reihenfolge, eine umlaufende Musterschablone (5) mit drei verschiedenen Mustern, auf die von der Kondensorlinse das Licht fällt, einen Strahlteiler (6) innerhalb der umlaufenden Musterschablone (5), eine Kollimatorlinse (7), die den ersten Teil des vom Strahlteiler (6) ausgehenden Lichtstrahls erhält, eine verschiebbare Linse (8),auf die das Licht aus der Kollimatorlinse (7) trifft, eine Okularlinse (9) zum Fokussieren des von der verschiebbaren Linse (8) kommenden Lichtes auf das zu vermessende Auge (E), eine feststehende Musterschablone (10), die diesselben Muster wie die umlaufende Musterschablone (5) aufweist und auf die das von der Netzhaut des Auges (E) durch die Okularlinse (9), die verschiebbare Linse (8) , die Kollirtiatorlinse (7) und den Strahlteiler (6) kommendes, reflektiertes Licht auftrifft, drei lichtempfangende Elemente (11-1, 11-2, 11-3) in Lichtstrahlrichtung hinter der feststehenden Musterschablone (10), zwei Dreikantprismen (30-1, 30-2), der feststehenden Musters.ch.ablone (10) benachbart auf der vom Strahlteiler (6) abgewandten Seite und eine Sammellinse (31) zwischen den Dreikantprismen (30-1, 30-2) und den lichtempfangenden Elementen (11-1, 11-2, 11-3).

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelkanten der Dreikantprismen (30-1, 30-2) aufeinander zugerichtet sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelkanten der Dreikantprismen (30-1, 30-2) voneinander wegweisen.