DE3138122A1

DE3138122A1 - Augenuntersuchungsinstrument mit einer einrichtung zum automatischen anzeigen der richtigen stellung des zu untersuchenden auges

Info

Publication number: DE3138122A1
Application number: DE19813138122
Authority: DE
Inventors: Masayuki Tokyo Masuyama; Kazuo Nunokawa
Original assignee: Tokyo Kogaku Kikai Tokyo KK; Tokyo Kogaku Kikai KK; Tokyo Optical Co Ltd
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1980-09-24
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1982-04-22
Also published as: JPS5772625A; JPH0134612B2; US4511227A; DE3138122C2

Description

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TOKYO KOGAKU KIKAI K.K. Tokio (Japan)

Augenuntersuchungsinstrument mit einer Einrichtung zum automatischen Anzeigen der richtigen Stellung des zu untersuchenden Auges.

Die Erfindung betrifft ein Augenuntersuchungsinstrument, beispielsweise ein Ophthalmoskop, eine Augenhin tergrundkamera oder ein Refraktometer, mit einer Einrichtung zum automatischen Anzeigen der richtigen Stellung des zu untersuchenden Auges.

Jedes Augenuntersuchungsinstrument muß in der richtigen Stellung relativ zu dem zu untersuchenden Auge angeordnet werden. Zu diesem Zweck muß das Augenuntersuchungsinstrument auf die optische Achse des zu untersuchenden Auges ausgerichtet und zwischen dem Augenuntersuchungsinstrument und dem zu untersuchenden Auge muß der richtige Arbeitsabstand eingehalten werden. Wenn beispielsweise in einer Augenhintergrundkamera diese Einstellungen nicht richtig vorgenommen werden, können von der Hornhaut reflektierte Lichtstrahlen in den Strahlengang der Kamera gelangen und zu überstrahlungen oder Geisterbildern führen. Ferner kann ein Refraktometer nicht fehlerfrei arbeiten, wenn der Arbeitsabstand nicht richtig eingestellt ist. Für die Anzeige der richtigen Stellung des zu untersuchenden Auges relativ zu einem Augenuntersuchungsinstrument sind schon verschiedene Einrichtungen vorgeschlagen worden, die aber nicht einwandfrei arbeiten, wenn sie zum sogenannten automatischen Einstellen des Augenuntersuchungsinstruments relativ

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zu dem zu untersuchenden Auge herangezogen werden sollen. Beispielsweise kann man eine derartige automatische Einstellung vornehmen, in dem der Betrag der zum Ausrichten erforderlichen Einstellbewegung und der Betrag der zum Einstellen des Arbeitsabstandes erforderlichen Einstellbewegung unabhängig voneinander photoelektrisch erfaßt und die auf diese Weise erhaltenen Meßwertsignale zur Steuerung der Bewegung des Augenuntersuchungsgerätes in drei Dimensionen verwendet werden. Ferner ist es erwünscht, das Augenuntersuchungsinstrument Bewegungen des zu untersuchenden Auges nachzuführen. Mit Hilfe des üblichen Anzeigeinstruments ist es daher sehr schwierig, bei einfachem Aufbau des Instruments eine Anzeige mit sehr hoher Präzision zu erhalten, wenn die vorgenannten Forderungen erfüllt werden sollen. Der Verwendung derartiger üblicher Anzeigeinstrumente für die automatische Einstellung stehen daher noch verschiedene ungelöste Probleme entgegen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, diese bei den üblichen Instrumenten auftretenden Probleme zu lösen und eine Anzeigeeinrichtung zu schaffen, welche die richtige Stellung eines Augenuntersuchungsinstruments relativ zu dem zu untersuchenden Auge automatisch anzeigt und es gestattet, den Betrag der zum Ausrichten erforderlichen Einstellbewegung und den Betrag der zum Einstellen des Arbeitsabstandes erforderlichen Bewegung unabhängig voneinander und im wesentlichen gleichzeitig photoelektrisch zu erfassen. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher insbesondere in der Schaffung eines Augenuntersuchungsinstruments mit einer Einrichtung, mit der die sogenannte automatische Einstellung des Augenuntersuchungsinstruments in die richtige Stellung relativ zu dem zu untersuchenden Auge auch bei Bewegungen desselben ohne weiteres vorgenommen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Augenuntersuchungsinstrument mit einer Einrichtung zum automatischen Anzeigen der richtigen Stellung des zu untersuchenden Auges, wobei ein Objektiv vorgesehen ist, das gegenüber dem

zu untersuchenden Auge unter Einhaltung eines Arbeitsabstandes angeordnet werden kann, ferner eine Testmarkenpro jektionsoptik zum Projizieren eines Bildes einer Meßmarke durch das Objektiv auf die Hornhaut des zu untersuchenden Auges, wobei die Meßmarkenprojektionsoptik eine Blende mit mindestens zwei Öffnungen besitzt, sowie einen Photodetektor zum Erfassen von Testmarkenbildern, die durch Lichtstrahlenbündel erzeugt werden, die an der Hornhaut des Auges reflektiert worden und durch das Objektiv getreten sind.

In dem Augenuntersuchungsinstrument gemäß der Erfindung kann dank seines vorstehend angegebenen Aufbaus die richtige Stellung des Instruments relativ zu dem zu untersuchenden Auge in drei Dimensionen automatisch photoelektrisch erfaßt werden. Ferner kann auf Grund der erhaltenen Meßwertsignale das Augenuntersuchungsinstrument Bewegungen des zu untersuchenden Auges unter Einhaltung der richtigen Stellung relativ zu dem zu untersuchenden Auge ohne weiteres nachgeführt werden, so daß eine automatische Einstellung sehr leicht vorgenommen werden kann. Das Augenuntersuchungsinstrument kann daher sehr leicht von jedermann ohne besondere Ausbildung bedient werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Figur 1 schematisch das optische System eines Augenuntersuchungsinstruments mit einer Einrichtung zum automatischen Anzeigen der richtigen Stellung des zu untersuchenden Auges,

Figur 2 in einer Vorderansicht ein Ausführungsbeispiel der Testmarke_f

Figur 3 in einer Vorderansicht eine Blende mit zwei Öffnungen und

Figur 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips der Anzeige der richtigen Stellung des zu untersuchenden Auges.

Figur 5 und 6 erläutern schematisch die Zustände bei der Erzeugung von Bildern der Testmarke auf einem Photodetektor.

Figur 7 ist ein Schaltschema einer Schaltung zum Anzeigen der richtigen Stellung und der Beträge der zum Ausrichten und zum Einstellen des Arbeitsabstandes erforderlichen Einstellbewegungen.

Figur 8 bis 10 erläutern schematisch die Beziehung zwischen der Lage eines Bildes der Testmarke und einem elektrischen Signal.

Figur 11 zeigt Impulsdiagramme von Signalen, die in der Schaltung gemäß Figur 7 auftreten.

Gemäß Figur 1 besitzt das optische System ein Objektiv 1, das gegenüber einem zu untersuchenden Auge E angeordnet wird, ferner eine Blende 2, die im Bereich eines Punktes angeordnet wird, der in Bezug.auf das Objektiv 1 der Pupille Ep des zu untersuchenden Auges E konjugiert ist, eine Fokussierungslinse 3, eine* Bilderzeugungslinse 4 und einen Film 5, Die Sucheroptik besitzt einen vor dem Film 5 schräg angeordneten Umlenkspiegel 22, eine Feldlinse 23, die im Strahlengang eines von dem Umlenkspiegel 22 reflektierten Lichts angeordnet ist, einen weiteren Umlenk- . spiegel 24 und ein Okular 25.

Die Beleuchtungsoptik besitzt einen schräg angeordneten, gelochten Spiegel 6, der im Strahlengang der Aufnahmeoptik vor der Blende 2 schräg angeordnet ist, ferner eine Zwischenlinse 7, die im Strahlengang des von dem gelochten Spiegel 6 reflektierten Lichts angeordnet ist, eine Kondensorlinse 9, eine Ringspaltblende 10, eine Blitzröhre 11 als Aufnahmeliehtquelle, ein Wärmeisolierfilter 12, zwei Kondensorlinsen 13, einen teildurchlässigen Spiegel 14 und eine gewöhnliche Beleuchtungslichtquelle 15« Von beiden Lichtquellen werden Lichtbündel auf die reflektierende Fläche des gelochten Spiegels geworfen und von diesem in Ringform reflektiert, worauf sie durch das Objektiv 1 auf den Augen-

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hintergrund Er geworfen werden, um diesen zu beleuchten.

Die Optik zum Anzeigen der Stellung des Auges besitzt einen teildurchlässigen Spiegel 31, der hinter dem Objektiv schräg angeordnet ist und hochgeklappt werden kann, einen teildurchlässigen Spiegel 32, der im Strahlengang der von dem Umlenkspiegel 31 reflektierten Lichtbündel schräg angeordnet ist, eine Zwischenlinse 33, einen Umlenkspiegel 34, eine Blende 35 mit zwei Öffnungen, eine Testmarke 36, eine Kondensorlinse 37, zwei außerhalb des genannten Strahlenganges angeordnete Lichtquellen 38A und 38B, die im wesentlichen abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, und einen Photodetektor 39, der in den Strahlengängen der von dem teildurchlässigen Spiegel 32 reflektierten Lichtstrahlenbündel angeordnet ist. Anstelle der abwechselnd ein- und auszuschaltenden Lichtquellen 38A und 38B kann man auch einen Unterbrecher vorsehen, über den das Licht abwechselnd den beiden Öffnungen der Blende 35 zugeführt wird. Während der Beobachtung oder Aufnahme ist der teildurchlässige Spiegel 31 in die gestrichelte Stellung hochgeklappt. Der Mittelpunkt Epo der sphärisch gekrümmten Fläche der Hornhaut des zu untersuchenden Auges, ein Punkt 40, an dem ein Bild der Testmarke erzeugt wird, der Photodetektor 39 und die Testmarke befinden sich an konjugierten Punkten. Ferner befinden sich das Objektiv 1, die Blende 35 mit zwei Öffnungen und die Lichtquellen 38A und 38B an konjugierten Punkten. Der Photodetektor 39 besitzt zwei geradlinige Sensoren, die einander rechtwinklig kreuzen, oder einen flächigen Sensor. Bei Verwendung von einander kreuzenden Sensoren besteht die Testmarke 36 gemäß Figur 2A aus einer L-förmigen Öffnung. Wenn ein flächiger Sensor verwendet wird, besteht die Testmarke 36 gemäß Figur 2B aus einem Nadelstich. Die Blende 35 besitzt zwei langgestreckte Öffnungen 35', die gemäß der Figur 3 in Bezug auf den Punkt O, an dem die optische Achse durchtritt, symmetrisch sind.

Nun sei für den Fall, daß die Testmarke 3 6 ein Nadelstich ist, das Prinzip erläutert, nach dem in der vorstehend

beschriebenen Anordnung die richtiges Stellung des zu untersuchenden Auges angezeigt xtfird» In der Figur 4 ist dargestellt, daß die durch die Testmarke getretenen und von der Hornhaut Ec des zu untersuchenden Auges E reflektierten Lichtstrahlenbündel von dem Objektiv 1 so fokussiert werden/ daß sie nach dem Durchtritt durch den teildurchlässigen Spiegel 32 auf dem Photodetektor 39 <sin Bild erzeugen» Die Anordnung ist so getroffen, daß das von dem Objektiv auf das Äuge geworfene Licht am Mittelpunkt der Krümmung des Auges E ein Bild erzeugt, wenn sich das Auge E in der richtigen Stellung befindet, das heißt₅ daß das Auge richtig ausgerichtet und in dem richtigen Äugenabstand angeordnet ist, wie dies in der Figur 4A gezeigt ist. In diesem Fall wird in dem Strahlengang des Photodetektors ein Bild der Testmarke erzeugt» Gemäß den Figuren 4A und 4A' stimmt der Punkt x, an dem das von der Lichtquelle 38A kommende Lichtstrahlenbündel, das mit nach liaks abfallenden Strichen schraffiert dargestellt ist, auf den Photodetektor 39 fällt, mit dem Punkt ο überein, an dem das von der Lichtquelle 38B kommende Lichtstrahlenbündel, das mit nach rechts abfallenden Strichen schraffiert dargestellt ist, auf den Photowandler fällt« Wenn dagegen gemäß Figur 4B das Auge zwar richtig ausgerichtet, aber der Arbeitsabstand zu klein ist, wird das Bild der Testmarke hinter dem Photodetektor 39 erzeugt und sind gemäß Figur 4B¹ die Punkte χ und ο auf dem Photodetektor im Abstand voneinander symmetrisch zu der Durchtrittsstelle der optischen Achse angeordnet» Wenn gemäß Figur 4C das Auge richtig ausgerichtet, aber der Arbeitsabstand zu groß ist, wird das Bild der Testmarke vor dem Photodetektor 39 erzeugt und gemäß Figur 4C liegen die Punkte χ und ο auf dem Photodetektor 39 an den Punkten χ und ο gemäß Figur 4B¹ entgegengesetzten Stellen» Wenn gemäß der Figur 4D¹ der Arbeitsabstand richtig eingestellt, das Äuge aber nicht richtig ausgerichtet ist, so daß der Mittelpunkt der sphärisch gekrümmten Oberfläche der Hornhaut Ec des zu untersuchenden Auges nicht auf der optischen Achse des Objektivs liegt,

werden beide Bilder der Testmarke an demselben Punkt · im Abstand von der Durchtrittsstelle der optischen Achse erzeugt. Wenn weder der Arbeitsabstand richtig eingestellt noch das Auge richtig ausgerichtet ist, treten die vorgenannten Abweichungen auf dem Photodetektor in Kombination auf.

Nachstehend wird erläutert, wie die Information über die Lage des Bildes der Testmarke in elektrische Signale umgewandelt werden, mit deren Hilfe die Stellung des Augenuntersuchungsinstruments relativ zu dem zu untersuchenden Auge automatisch angezeigt wird.

Wenn gemäß der Figur 5 das von der Testmarke kommende Licht auf den Photodetektor 39 fällt, kann man an einem Abstand der Punkte χ und · voneinander in der vertikalen Richtung Y erkennen, daß der Arbeiteabstand zu klein oder zu groß ist, und dann den Arbeitsabstand so einstellen, daß der in der Figur 6 dargestellte Zustand erhalten wird. Einen Ausrichtfehler erkennt man dann an der Auslenkung der jetzt übereinstimmenden Punkte χ und · in den Richtungen X und Y, worauf die Ausrichtung vorgenommen werden kann.

Anhand der Figuren 7 bis 11 sei jetzt die Verarbeitung der vorstehend erläuterten elektrischen Signalinformation erläutert. Ein Synchronsignalgeber 101 erzeugt Impulssignale A und B, die bewirken, daß die aus Leuchtdioden bestehenden Lichtquellen 38A und 38B abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. Die Lichtstrahlenbündel von den Lichtquellen 38A und 38B werden von der die Augenstellung erfassenden Optik auf das zu untersuchende Auge E geworfen und von der Hornhaut Ec des zu untersuchenden Auges E reflektiert, so daß auf dem Photodetektor 39 ein Bild der Testmarke erzeugt wird. Dies ist in den Figuren 8 bis 10 dargestellt. Der Photodetektor 39 erzeugt Spannungssignale X,, X_, Y₁ und Y₂, die den Koordinaten χ, , x_, y, und y_ des Bildes der Testmarke entsprechen. Die Spannungssignale X. und X„

geben die Lage des Bildes der Testmarke in der Richtung X und die Spannungssignale Y, und Y„ die Lage des Bildes der Testmarke in der Richtung Y an. Wenn sich gemäß Figur 10 das Bild der Testmarke am Mittelpunkt des Photodetektors 39 befindet, ist X. gleich X„ und Y, gleich Y„ (Figur 10)„Die Spannungssignale AX,, AX₂, AY, und AY„ geben die Lage des Testmarkenbildes an_? das-durch das von der Lichtquelle 38A ausgesendete Lichtstrahlenbündel erzeugt wird (Figur 8)» Zum Einstellen des Arbeitsabstandes kann man jetzt das Augenuntersuchungsinstrument relativ zu dem zu untersuchenden Auge in die Stellung bewegen, in der gemäß Figur 9 AY₁ gleich BY, und AY₂ gleich BY₂ ist, d_o h_o, daß die durch die Lichtstrahlenbündel von den Lichtquellen 38A und 38B erzeugten Bilder der Testmarke an der gleichen Stelle liegen« Nachstehend wird die für diese Einstellung vertfendete Schaltung beschrieben. Die Spannungssignale Y₁ und Y₇ des Photodetektors 39 werden über Verstärker 104 und 105 an einen Analogschalter 106 angelegt, der unter Steuerung durch die Ausgangssignale A und B des Synchronsignalgebers 101 die Spannungssignale AY₁ und AY„ an ein Subtrahierglied 10 7 und die Spannungssignale BY., und BY₂ an ein Subtrahierglied 108 abgibt. Die Subtrahierglieder 107 und 108 erzeugen die Ausgangssignale (AY₁-AY₇) bzw. (BY₁-BY₂). Das Ausgangssignal des Subtrahiergliedes 108 wird an einen Haltekreis 109 angelegt«, An einen Analogschalter wird ein elektrisches Signal HB angelegt, das von einem Taktsignal gehalten wird, das mit dem Leuchten der Lichtquelle 38B übereinstimmt. Das Ausgangssignal (AY₁-AY₂) des Subtra- ■ hiergliedes 10 7 und das Ausgangssignal A des Synchronsignalgebers 101 werden an einen Analogschalter 110 angelegt, der unter Steuerung durch einen Taktimpuls TA eine Schaltfunktion durchführt. Das Ausgangssignal des Analogschalters 110 wird an ein Subtrahierglied 111 angelegt, das den Rechenvorgang ( (AY₁-AY₂) - (BY₁-BY₂) ) durchführt. Wenn das Ausgangssignal des Subtrahiergliedes den Wert Null hat, liegen die durch Lichtstrahlenbündel von der Lichtquelle 38A und durch

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Lichtstrahlenbündel von der Lichtquelle 38B erzeugten Testmarkenbilder an derselben Stelle. Zur Feststellung, ob der Arbeitsabstand vergrößert oder verkleinert werden muß, wird das Ausgangssignal des Subtrahiergliedes 111 an einen Richtungsbestimmungskreis 112 angelegt, dessen Ausgangssignal über eine Motorsteuersehaltung 113 an einen Stellmotor 114 angelegt wird, der jetzt zur Einstellung des Arbeitsabstandes das Augenuntersuchungsinstrument in der Richtung der optischen Achse des Objektivs bewegt, bis die durch die Lichtstrahlenbündel von den Lichtquellen 38A und 38B erzeugten Testmarkenbilder übereinstimmen, d. h., daß der richtige Arbeitsabstand vorhanden ist.

Nachstehend wird eine Schaltung zum Ausrichten des Augenuntersuchungsinstruments durch eine Vertikalbewegung desselben beschrieben. Die Ausgangssignale Y. und Y„ des Photodetektors werden an einen Analogschalter 115 angelegt, an den auch ein Ausgangssignal des Richtungsbestimmungskreises 112 angelegt wird. Der Analogschalter 115 wird geschlossen, wenn der richtige Arbeitsabstand eingestellt worden ist, so daß die durch die Lichtstrahlenbündel von den Lichtquellen 38 A und 38B erzeugten Bilder der Testmarke an derselben Stelle liegen und daher diese beiden Bilder nicht voneinander unterschieden zu werden brauchen. Daher genügt es, wenn die Ausgangssignale verwendet werden, die der Photodetektor auf Grund des durch das Lichtstrahlenbündel von einer der Lichtquellen 38 A und 38B erzeugten Testmarkenbildes erzeugt« In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Signale BY, und BY₂ verwendet, welche die Lage des durch das Lichtstrahlenbündel von der Lichtquelle 38B erzeugten Bildes der Testmarke angeben. Diese Signale BY, und BY„ werden an ein Subtrahierglied 117 angelegt, welches das Ausgangssignal (ΒΥ,-ΒΥ«) an einen Richtungsbestimmungskreis 118 abgibt. Dieser stellt fest, in welcher Richtung die Einstellung vorgenommen werden muß. Das Ausgangssignal des Richtungsbestimmungskreises 118 wird über eine Motorsteuersehaltung 119 an einen Stellmotor 120 abgegeben, der jetzt zum Ausrichten

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des Augenuntersuchungsinstruments dieses in der vertikalen Richtung bewegt» Zum Ausrichten in der horizontalen Richtung werden die Ausgangssignale X, und X~ des Photodetektors 39 in der vorstehend für das Ausrichten durch Bewegen in der vertikalen Richtung beschriebenen Weise verwendet= Wenn die vorstehend beschriebenen Ausrichtvorgänge dazu führen, daß der richtige Arbeitsabstand nicht mehr vorhanden ist, werden die Analogschalter 115 und 116 geöffnet und wird das Ausrichten unterbrochen und der Ärbeitsabstand erneut richtig eingestellte

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß gemäß der Erfindung die Stellung des Augenuntersuchungsinstruments relativ zu dem zu untersuchenden Auge in drei Dimensionen mit einer einfachen Anordnung erfaßt werden kann, indem die Lage eines Testmarkenbildes photoelektrisch erfaßt wird₀ Aufgrund dieser photoelektrischen Erfassung erzeugte elektrische Signale können dann zur automatischen Einstellung der Stellung des Augenuntersuchungsinstruments relativ zu dem zu untersuchenden Auge verwendet werden.

Die Erfindung ist auf Einzelheiten des vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels nicht eingeschränkt, da dieses im Rahmen des Erfindungsgedankens abgeändert werden kann.

Claims

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38.1*2

PATENTAN SP RÜCHE

.1 Augenuntersuchungsinstrument gekennzeichnet durch ein Objektiv, das gegenüber dem zu untersuchenden Auge unter Einhaltung eines Arbeitsabstandes angeordnet werden kann, durch eine TestmarkenprojektionSoptik züifi Projizieren eines Bildes einer Testmarke durch das Öbjek*- tiv hindurch auf die Hornhaut des zu untersuchenden ÄügeSj wobei die Testmarkenprojektionsoptik eine Blende mit mindestens zwei Öffnungen besitzt, sowie durch einen Photo* detektor zum Erfassen von Testmarkenbildern, die Qüröh Lichtstrahlenbündel erzeugt werden, die ah der HörrihäUt des Auges reflektiert worden und durch das Objektiv de** treten sind.

2. AugenuntersuchungSinstrument nach Änsprtiöh 1* dadurch gekennzeichnet, daß die Testmarke zwei Testmaärköiii» elemente besitzt, die einander rechtwinklig kreüäen, und daß die photoelektrische Einrichtung zwei geradlinige Sensoren besitzt, die einander rechtwinklig kreuzen*

3. Augenuntersuchungsinstrument nach Anspruch I^ dadurch gekennzeichnet, daß die Testmarke von einem" auf der optischen Achse des Instruments angeordneten i*Ühkt gebildet wird und der Photodetektor einen flächigen Sfenöör besitzt.