DE3143162C2

DE3143162C2 -

Info

Publication number: DE3143162C2
Application number: DE19813143162
Authority: DE
Inventors: William E. San Leandro Calif. Us Humphrey
Original assignee: Allergan Humphrey
Current assignee: Allergan Humphrey
Priority date: 1980-10-31
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1988-04-21
Also published as: GB8502875D0; JPS57131423A; DE3143162A1; GB2112543B; CH661198A5; GB2112543A; AU7681981A; CH664888A5; JPS6331214B2; GB2154756A; AU553164B2; CA1171706A; GB2086609A; GB2086609B; GB2154756B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Augenuntersuchung, bestehend aus einer Lichtquelle, mindestens einer Schneide, einer Einrichtung zum projizieren des Abbildes der sich in der Nähe der Schneide befindlichen Lichtquelle auf ein Auge zur Erzeugung einer Beleuchtung der Netzhaut des Auges und einer Projektionseinrichtung zum projizieren der Beleuchtung der Netzhaut längs eines optischen Weges unmittelbar über die Schneide auf eine Detektorfläche.

Die Ermittlung von Brechungsindizes, die Refraktionsmessung, mittels Schneidenkanten wurde bereits von Foucault angewendet. Setzt man diese bekannte Technik zur Refraktionsmessung am Auge ein, so ergeben sich nur Bilder mit extem niedrigen Lichtwerten oder Beleuchtungsstärken. Es ist daher äußerst schwierig, diese Bilder mit geringer Lichtstärke von der Ferne über Detektoren zu erfassen.

Detektoren für niedrige Lichtwerte unterliegen dem Rauschen. Insbesondere ist der Widerstand oder die Impedanz zwischen benachbarten Abschnitten der gleichen photoempfindlichen Oberfläche bei dem Erfassen eines Unterschiedes der Photo empfindlichkeit über einer breiten Erfassungsfläche sehr gering. Bei geringem Widerstand und entsprechend hoher Elektronenbeweglichkeit wirkt das Signal/Rausch-Verhältnis schnell störend auf den Bildunterschied ein, der erfaßt werden soll. Es ergibt sich eine große Schwierigkeit bei der praktischen Ausführung des Erfassens von Abbildern mit geringen Lichtwerten.

Aus der DE-OS 30 10 576 ist ein Augenrefraktometer bekannt, bei dem das Bild einer Schlitzplatte über ein verschiebbares Linsensystem durch einen halbdurchlässigen Spiegel über eine weitere Linse auf den Augenhintergrund projiziert wird. Das vom Augenhintergrund reflektierte Bild der Schlitzplatte wird durch die weitere Linse zurück auf den halbdurchlässigen Spiegel projiziert und von dort über ein weiteres Linsensystem, das mit dem verschiebbaren Linsensystem gemeinsam verschiebbar ist, über eine zweite Schlitzplatte auf eine Lichtempfängeranordnung projiziert. In Abhängigkeit von dem vorhandenen Augenfehler ist dabei das verschiebbare Linsensystem so zu verstellen, daß die Lichtempfängeranordnung ein maximales Lichtempfangssignal erhält, wobei dann aus der notwendig gewordenen Verstellung des Linsensystems der Dioptrienwert des zu untersuchenden Auges bestimmt werden kann.

Aus der DE-AS 28 49 407 ist ein anderes Augenrefraktometer bekannt, bei dem ein längs der optischen Achse verschiebbares Brechkraft-Testobjekt über ein optisches System auf die Netzhaut des Auges projiziert wird. Das Bild des Testobjektes auf der Netzhaut wird dann zu einem Betrachter reflektiert. Zur Scharfstellung des Bildes des Testobjektes auf der Netzhaut wird das Testobjekt längs der optischen Achse verfahren. Aus der sich so ergebenden Scharfeinstell-Position des Brechkraft-Testobjektes kann der Augenfehler ermittelt werden.

Aus der Zeitschrift "Radio Mentor Electronic", Jahrgang 1980, Nr. 10, S. 274 ist eine Vier-Quadrantenphotodiode zur Nachlaufsteuerung, Kantenführung und zur Winkel- oder Wegabtastung bekannt, die bei Bildplattenspielern mit Laserlicht eingesetzt wird. Bei der Anwendung dieser Vier-Quadrantenphotodiode wird mit einer Auswerteelektronik festgestellt, wie weit ein Lichtfleck aus dem Zentrum der vier Quadranten ausgewandert ist.

Augenrefraktometer zur objektiven Brechkraftbestimmung reagieren bisher sehr empfindlich auf die Stellung des Auges. Eine genaue Einstellung des Auges ist bisher erforderlich, bevor eine akkurate objektive Brechkraftbestimmung ausgeführt werden kann. Eine automatische Ausrichtung ist bisher nicht vorgesehen wordem, insbesondere nicht in einer Form, in der die Positionierungs-Information getrennt und unterschiedlich von der Refraktions-Information ist und nicht mit dieser zusammenwirkt.

Insbesondere sind bekannte Augenrefraktometer auch für das vom Auge zurückkehrende Licht bzw. dessen Lichtstärke empfindlich. Wenn sich beispielsweise diese Lichtstärke des zum Beobachter zurückgeworfenen Lichtes über die Fläche der Netzhaut (Retina) ändert, sind bisher große Veränderungen der abgelesenen Brechkraftwerte aufgetreten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Augenuntersuchung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die auch bei geringer Beleuchtung der Netzhaut eine sichere und zuverlässige automatische Bestimmung der Brechkraft des Auges ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhaft ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung, daß ein informatives Muster der Pupillenbeleuchtung entsteht, das nicht nur Brechungsfehler, sondern auch die Richtung und Größe der erforderlichen Korrektur anzeigt. Dieses ermöglicht es, mit einer einzigen Untersuchung den Augenfehler und damit die notwendige Korrektur genau zu bestimmen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 2 beschrieben.

Mit dieser Vorrichtung kann besonders gut die Abstandspositionierung des zu untersuchenden Auges vorgenommen werden, ohne daß diese Messung von einem augeneigenen Brechungsfehler beeinflußt wird. Anschließend können Brechungskomponenten auf besonders einfache Weise ermittelt werden.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung werden in den Patentansprüchen 3 bis 5 angegeben, wobei die Vorrichtung nach Anspruch 5 in besonders einfacher Weise eine Bestimmung aller möglichen auftretenden Brechungsfehler in einer einzigen Untersuchung zuläßt.

Weitere Vorteile der Vorrichtung nach der Erfindung liegen darin, daß akkurate Brechwertmessungen auch dann erzielt werden können, wenn eine relativ bedeutsame Bewegung des Patienten während der Messung stattfindet und daß die erhaltenen Meßwerte unabhängig von der Pupillenform des zu untersuchenden Auges sind. Ebenso können Pupillenbereiche, deren Lichtdurchlaß zum aufnehmenden Detektor irregulär ist, gemessen werden. Derartige Refraktionsmessungen sind unempfindlich gegenüber örtlichen Netzhautveränderungen, die die Menge des zum Detektor zurückgesandten Lichtes betreffen.

Ein Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß zwei getrennte und wechselwirkungsfreie Informations grundlagen erzeugt werden. Zunächst ergibt sich eine Lageinformation und weiter eine Brechungsinformation. Jede dieser jeweiligen Lage- bzw. Brechungsinformationsgrundlagen ist separat und frei von Wechselwirkungen.

Es können so mit einem einzigen Detektor am Umfang angeordnete beleuchtete Schneiden nacheinander zur Untersuchung eingesetzt werden. Bei dieser aufeinanderfolgenden Untersuchung können die Komponenten der erforderlichen optischen Korrektur nacheinander nach Größe und Richtung bestimmt werden.

Die Ausgangssignale der Detektoren sind leicht zum Antrieb von Motoren bei der Korrekturoptik anpaßbar. Die Motoren können aktiviert werden, um Fehler auszugleichen und emmetrope Brechung des Auges mittels Korrekturoptik zu erzielen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1A-1H jeweils Darstellungen der Projektion von Lichtstrahlen durch das menschliche Auge von einer Schneide mit einer schematischen Darstellung der Form des zu sehenden Schneidenabbildes, wobei

Fig. 1A ein kurzsichtiges (myopes) Auge,

Fig. 1B ein Schema des durch ein solches Auge erzeugten charakteristischen Bildes,

Fig. 1C ein Vektorschema einer einen solchen Zustand erzeugende positiven sphärischen Linse,

Fig. 1D ein weitsichtiges (hyperopes) Auge,

Fig. 1E ein Schema des durch ein solches Auge erzeugten charakteristischen Abbildes,

Fig. 1F ein Vektorschema einer Linse zur Erzeugung eines solchen Zustandes,

Fig. 1G ein kombiniertes Vektorschema, Schneiden- und charakteristisches Abbildschema eines Auges mit Astigmatismus, der längs 45°/135- Achsen gerichtet ist, und

Fig. 1H ein kombiniertes Vektorschema, Schneiden- und charakteristisches Abbildschema eines Auges mit Astigmatismus, der längs 0°/90°- Achsen gerichtet ist,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Abbild detektors nach dem Stand der Technik, wobei eine Ausführung mit hohen Rauschanteilen dargestellt ist,

Fig. 3 eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Detektors mit geringem Lichtpegel, wobei ein Abbild einer Lichtquelle auf dispergierende Prismenkeile fokussiert ist und diese Keile das entstehende Abbild proportional auf diskrete photoempfindliche Flächen versetzen,

Fig. 4A eine perspektivische Darstellung einer mit der Erfindung einsetzbaren speziellen Zylinderlinsenmatrix mit untergelegter Schemadarstellung zur Erklärung der Linsenfunktionen,

Fig. 4B ein Schaubild von Segmenten des Zylinderlinsenmatrix aus 4A, wobei jeweils Segmente mit positiver sphärischer Brechung, negativer sphärischer Brechung und zwei Komponenten von Astigmatismus längs unterschiedlicher Achsen gezeigt sind,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Vierelementlinse, die durch ein sphärisches Linsensystem von einer Lichtquelle auf eine Bildebene abgebildet wird,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung ähnlich Fig. 5 mit einem Mehrfach-Linsensegment-System,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung ähnlich Fig. 6 mit drei schräg die Fläche des Linsenelementes überdeckenden Schneiden,

Fig. 8A, 8B u. 8C jeweils Darstellungen von Linsenelementen und sich auf den Erfassungsebenen ergebenden Abbildern von über den erfindungsgemäßen spezialisierten Linsenelementen angeordneten Schneiden,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Niedriglichtpegel- Detektors nach der bevorzugten Ausführung der Erfindung mit besonderer Hinsicht auf die sich ergebende Matrix aus photodiskreten Segmenten, die einer Koordinatentransformation zur Messung der anwendbaren Ablenkung unterzogen wurden.

Fig. 10A eine schematische Seitenansicht einer an einem myopen (kurzsichtigen) Auge durchgeführte Schneiden untersuchung mit Darstellung der das im Auge erzeugte Bild beeinflussenden Faktoren,

Fig. 10B eine Darstellung einer Schneidenuntersuchung mit nur schematisch gezeigter erfindungsgemäßer Zylinder linsenmatrix und einer Darstellung der bevorzugten Verbesserung des Abbildes unter Benutzung der Kombination aus Zylinderlinsenmatrix und Schneide,

Fig. 11 eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Projektionssystems unter Benutzung einer Projektionslinse mit gewichteten Beleuchtungsflächen sowohl zur Kontrollierung der Überstrahlung und der Hintergrund-Reflexion,

Fig. 12 eine alternative Ausführung des erfindungsgemäßen Systems unter Benutzung einer Linsenmatrix sowohl zur Projizierung von Licht zum Auge als auch zum Empfang von Licht vom Auge,

Fig. 14A ein Optikschema mit bezug auf das Linsenelement aus Fig. 4A mit einer Darstellung, wie benachbarte optische Elemente Licht zu bestimmten Detektorquadranten umleiten,

Fig. 14B eine Darstellung der aus gleichen Kreuzzylindern erzeugten Detektorquadranten, wobei hier negative Zylinder zu negativen Linsen kombiniert sind und die Detektorquadranten wiederum in jeweils vier Abschnitte unterteilt werden können, wobei jeder Abschnitt das auffallende Licht auf ein bestimmtes diskretes Detektorsegment umleitet,

Fig. 14C eine Darstellung zur Demonstration, wie eine Vielzahl von Elementen die Anforderungen an die Schneiden ausrichtung mit bezug auf die Linsensegmente reduziert.

Fig. 15A eine schematische Darstellung von das Linsenelement nach Fig. 14B schneidenden Schneiden mit der Lichtverteilung über die Detektorsegmente,

Fig. 15B eine schematische Darstellung der Versetzung des in Fig. 15A gezeigten Bildes in X-Richtung zur Erläuterung der Gewichtung des Abbildes mit Bezug auf die Figur,

Fig. 15C eine Darstellung ähnlich Fig. 15B mit einer Bildversetzung in Y-Richtung,

Fig. 16A eine schematische Darstellung des verbesserten erfindungsgemäßen Detektorkopfes mit einer Darstellung der 2×2-Zentralaparatur und der vier 1×1-Umfangsapparaturen und der jeweiligen Ausrichtung der Schneiden,

Fig. 16B eine Draufsicht auf den Detektor nach Fig. 16A mit einer Darstellung der Aperturen und Schneiden kanten,

Fig. 16C eine Darstellung unter Weglassung eines Abschnittes der verwendeten Optik zur Veranschaulichung, wie der erfindungsgemäße Detektor zur Einrichtung eines Auges in die richtige Meßstellung eingesetzt wird, wobei drei Detektorzustände gezeigt sind mit unterschiedlicher Augenausrichtung,

Fig. 16D eine Darstellung ähnlich Fig. 16C mit einer Untersuchungsfolge zur Bestimmung der für das Auge notwendigen Brechungskorrekturen beleuchteten Schneiden,

Fig. 16E eine perspektivische Darstellung eines Auges mit darin befindlichen Abbildungen von Lichtquellen, wobei die Lichtquellen an eine Stellung vor der spezialisierten Optik weitergeleitet sind mit der sich ergebenden Projektion auf einen dargestellten Detektor,

Fig. 16F eine Darstellung, wie die Spiegelreflexion an der Detektorebene eliminiert wird bei der Prüfung durch den Objektivrefraktor,

Fig. 16G eine perspektivische Darstellung ähnlich Fig. 16E unter Benutzung einer Schneide, die bei nicht korrekter Stellung zum Detektorschirm hin oder von ihm weg einen Signalfehler ergibt,

Fig. 16H eine Darstellung des Detektors aus Fig. 16G,

Fig. 16J eine perspektivische Darstellung ähnlich Fig. 16E und 16G mit Verwendung von drei Schneiden,

Fig. 16K eine Ansicht der Detektorfläche aus Fig. 16J bei korrekt eingerichtetem und fokussiertem Detektor,

Fig. 16L eine Ansicht des Detektors aus Fig. 16J mit nicht korrekter Ausrichtung des Detektors zu jeweiligen Abbildern am Detektor, die jedoch die korrekte optische Korrektur ergeben,

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht der bevorzugten erfindungsgemäßen "Blasenplatte", bei der nebeneinander negative Linsenflächen in ein brechendes Element eingedrückt sind, und

Fig. 18A-18D jeweils schematische Darstellungen einer Schneide und einer Detektorfläche zur Erläuterung der sogenannten "Gegentakt"-Schneidenuntersuchung des Auges.

In Fig. 1A ist ein menschliches Auge E mit einer Hornhaut C, einer Linse L und einer Netzhaut R beim Betrachten einer Schneide K gezeigt. Die Schneide K enthält einen beleuchteten Abschnitt 14, einen Kantenabschnitt 15 und eine Stelle 16 unmittelbar über der Kante 15, von der aus der beleuchtete Abschnitt der Pupille des Auges beobachtet wird. Die Schneide ist typischerweise in einem optischen Abstand unendlich vom Auge mittels einer (nicht dargestellten) Kollimationsoptik angeordnet. Alternativ kann die Projektion der Schneide mit irgendeinem bekannten optischen Abstand erfolgen.

Es ist zu erkennen, daß obwohl die Seite 14 der Schneide K beleuchtet oder leuchtend ist, diese Beleuchtung längs der Kante 15 begrenzt wird. Damit kann kein Licht durch die Linse L auf die Retina R des Auges von Stellen kommen, die über der Kante 15 liegen.

Nachfolgend wird der Ausdruck "Schneide" unter Berücksichtigung der Tatsache gebraucht, daß drei diskrete Funktionen angezogen werden:

Zuerst ist eine Lichtquelle vorhanden, zum zweiten wird die Lichtquelle durch eine Grenzlinie begrenzt, die eine gerade Linie oder eine Schneide bildet. Drittens bestimmt die Schneide unmittelbar über sich einen optischen Weg zu einem Detektorelement.

Die beleuchtete Fläche unter der Schneidenkante 15 erzeugt eine Beleuchtung auf der Netzhaut R. In Fig. 1A ist angenommen, daß das Auge E myop, d. h. kurzsichtig ist. Die Bildebene 18, auf der die Schneide K durch die Linse L abgebildet wird, liegt vor der Netzhaut des Auges. Ein auf der Bildebene entstehender Punkt bildet eine beleuchtete Ovalform 20 an der Netzhautfläche des Auges.

Wird ein Beobachter an eine Stelle 16 gesetzt, der gerade über die Oberseite der Schneide blickt, so erhält er Licht, das aus einem ovalen Bereich 21 auf der Netzhaut des Auges gesammelt wird.

Es ist zu sehen, daß die beleuchtete Fläche 20 und die Fläche 21 einander etwas überdecken. Es entsteht eine Überdeckungsfläche 24. Strahlen von der Fläche 24 können zu dem Abschnitt der Linse L verfolgt werden, der für einen Beobachter als beleuchtet erscheint. Insbesondere scheint das Licht von der Unterseite der Linse L zu kommen.

In Fig. 1B wird das Erscheinungsbild der Linse L gezeigt. Dieses Abbild der Linse L zeigt den durch vom Sektor 24 der Netzhaut zurückgeworfenem Licht erzeugten beleuchteten Abschnitt, wobei der Sektor 24 innerhalb des Kreises 20 für das mögliche rückkehrende Licht 20 zum Punkt 16 über der Schneide 15 liegt.

Es ist wichtig, daß diese Ansicht charakteristisch für eine Schneide ist. Es wird angezeigt, daß die Linse L außerordentlich positiv ist, d. h. daß das Auge E myopisch oder kurzsichtig ist.

Unmittelbar über der Fig. 1B befindet sich eine schematische Darstellung 1C, die in Vektorform die außerordentliche positive Brechkraft der Linse darstellt, die durch die Flächen L _e und/oder C in Fig. 1A hervorgerufen wird.

In den Fig. 1D, 1E und 1F wird Weitsichtigkeit oder Hypermetropie dargestellt. Die Schneide K mit dem beleuchteten Abschnitt 14, wobei die Beleuchtung an der Linie 15 aufhört, wirft Licht zur Netzhaut R eines Auges über eine Hornhaut C und eine Linse L _e. Wie gezeigt, befindet sich die Brennebene oder Bildebene 18′ hinter der Netzhaut R. Auch hier wird eine Kollimierungsoptik in dem optischen Weg gedacht, die eine Projektion der Schneide im Abstand optisch unendlich ergibt.

Im Auge erzeugt das projizierte Licht eine ovale Beleuchtungs fläche 23, die von einem Punkt des Quellflächenbereiches 14 stammt.

Eine Betrachtung von einem Punkt 16 oberhalb der Begrenzung 15 der Schneide K erlaubt dem Beobachter Licht aus einem ovalen Bereich 25 zu sammeln. Der Beobachter sieht (Fig. 1E) Licht aus einem beleuchteten Abschnitt 23 der Fläche 25 zurückkommen.

In Fig. 1F ist eine schematische Darstellung der negativen Ablenkung der Linse L _e oder C in Vektorform gegeben.

In Fig. 1G sind nur schematisch eine Linse L, eine Schneide K und eine Netzhaut R dargestellt. Die Linse L ist in einer schematischen Vektordarstellung ähnlich Fig. 1C und 1F gezeigt. In Fig. 1G ist die Linse L eine Kreuzzylinderlinse mit einer Brechkraft, die schräg zur Kante 15 der Schneide K ausgerichtet ist. Diese Linse besitzt Astigmatismus längs Meridianen 45°-135°. Die Linse L besitzt eine positive Brechkraft längs des Meridians 30 und eine negative Brechkraft längs des Meridians 31. Es ist zu bemerken, daß die jeweiligen Meridiane 30 bzw. 31 bevorzugt unter 45°-Winkeln zur Kante 15 der Schneide K liegen. Unter Betrachtung der Meridiane 30 und 31 kann die Ablenkstärke in der Nähe dieser Meridiane gezeigt werden. Z. B. wird wenn man im Uhrzeigersinn von rechts her beginnt, in der drei-Uhr- Stellung 32 Licht nach unten abgelenkt, in der sechs-Uhr- Stellung 33 wird Licht nach rechts abgelenkt, in der neun- Uhr-Stellung 34 wird Licht nach oben abgelenkt und schließlich in der zwölf Uhr-Stellung 35 wird Licht nach links abgelenkt.

Eine Analyse der Wirkung einer solchen Linse im Zusammenhang mit einer Schneide K kann schnell verstanden werden. Licht an einer seitlichen Hälfte der Linse, das über der Schneide K vorbeitritt, wird zu dem untersuchten Auge abgelenkt, wo es erfaßt werden kann. Licht zum entgegengesetzten Segment der Linse L wird in die Schneide K hinein abgelenkt, wo es nicht erfaßt werden kann. Infolgedessen besitzt das Abbild der Netzhaut R eine Begrenzung oder Begrenzungskante T, die rechtwinklig zur Kante 15 der Schneide K verläuft. Ein Segment der Linse L wird beleuchtet, und zwar der Bereich 36. Wie bereits dargestellt, ergibt sich keine scharfe Begrenzung, sondern eine solche mit einer verwischten Kante. Der Ausdruck "Begrenzung" sollte bei seiner späteren Verwendung so verstanden werden.

Der Fall einer Linse L mit einem 0°-90°-Astigmatismus ist in Fig. 1H gezeigt. Insbesondere ist in Fig. 1H ein positiver Zylinder längs eines Meridians 40 gesetzt, der senkrecht zur Kante 15 der Schneide K ausgerichtet ist. Ein negativer Zylinder sitzt längs eines Meridians 41 parallel zur Kante 15 der Schneide K. Das Abbild der Netzhaut R besitzt einen beleuchteten Abschnitt 46 mit einer Begrenzung T, die parallel zur Schneide K liegt.

Im Vergleich mit Fig. 1B und 1E kann gesehen werden, daß dort die Begrenzungen T sich im wesentlichen in der gleichen horizontalen Richtung wie die Schneiden befinden. Daraus ist unmittelbar zu realisieren, daß ein Astigmatismus mit Achsen, die entweder parallel oder senkrecht zur Kante 15 der Schneide K stehen, gleich wie sphärische Komponenten erscheint. Folglich kann bei Benutzung nur einer Schneide nur eine Komponente des Astigmatismus gemessen werden. Die Messungen von Astigmatismuskomponenten senkrecht oder parallel zur Schneide können nicht ausgeführt werden. Es kann nur gesagt werden, daß die aus einer solchen Messung entstehende Information ein Anzeichen einer "meridionalen" Brechkraft ist. Es kann gezeigt werden, daß diese Messung Sinn ergibt und Schneiden K mit Ausrichtungen senkrecht zur Kante 15 zugeordnet werden kann. In dieser Hinsicht wird auf die US-PS 40 70 115 vom 24. 1. 1978 hingewiesen, bei der Schneiden mit unterschiedlichen Winkellagen bei der Prüfung normaler Linsen benutzt werden.

Nachdem nun die charakteristischen Lichtmuster besprochen sind, die auf der Netzhaut eines menschlichen Auges bei Schneidenuntersuchungen erzeugt und direkt beobachtet werden, kann nun auf die bei der Benutzung von Schneidenabbildern für automatische Erfassung auftretenden Effekte und Probleme eingegangen werden.

Zunächst muß beachtet werden, daß bei irgendeinem auf die Netzhaut des zu messenden Auges projizierten Abbild die Bildintensität notwendigerweise gering sein muß. Wenn das Abbild im sichtbaren Spektrum ist, sind die Überstrahlungsprobleme an der Netzhaut offensichtlich. Wenn das Abbild entweder sichtbar oder infrarot ist, müssen die Bildelemente eine ausreichend geringe Intensität aufweisen, so daß das Auge nicht verbrannt wird. Wenn beobachtet wird, daß die Strahlen effektiv durch die Linse L auf die Netzhaut R des Auges fokussiert werden, kann man unmittelbar verstehen, daß das projizierte Licht einfach einen recht geringen Pegel besitzen muß.

Wenn die Optik des Auges selbst benutzt wird, um die beleuchtete Netzhaut anzusehen, wie es im klassischen Fall der bekannten objektiven Refraktion zutrifft, ist nur ein schwaches Abbild sichtbar. Dieses schwache Abbild muß nun automatisch oder durch eine Apparatur erfaßt werden, wenn ein Refraktometer automatisiert werden soll. Darüberhinaus wird die Kante oder "Begrenzung" des Bildes bei weitem nicht scharf sein. Das gesamte Abbild muß dann auf Grundlage einer "Gewichtung" lokalisiert werden. Die mit der Projektion solcher schwacher Bilder verbundenen Probleme werden nachfolgend besprochen.

Die Vorrichtung nach dem Stand der Technik in Fig. 2 ist ein Detektor für Licht mit geringem Pegel. Eine Lichtquelle S ist in einer XY-Ebene P bewegbar und wird über eine Linse L auf eine lichtempfindliche Fläche D abgebildet. Die lichtempfindliche Fläche D ist typischerweise eine einzige kontinuierliche lichtempfindliche Fläche und kann entweder photokonduktiv oder photoresistiv sein. Typischerweise besitzt eine solche Fläche einen "gemeinsamen" ersten Anschluß 50 und wird durch Elektroden 51, 52, 53, 54 mit gleichmäßigem Abstand überwacht.

Die Klemmen 51 bis 54 sind symmetrisch am Umfang der licht empfindlichen Fläche D verteilt. Jede Klemme ist typischerweise durch Leitungen mit dem Eingang eines Verstärkers 55 verbunden. Der Verstärker 55 ist in üblicher Weise ausgelegt, verstärkt ein elektrisches Signal und erzeugt ein proportionales Ausgangssignal X und Y am Ausgang 56.

Wenn mit der in Fig. 2 gezeigten Ausführung eine Lichtquelle S mit extrem niedrigem Pegel benutzt wird, entstehen Schwierigkeiten. Typischerweise sind alle Klemmen 51 bis 54 mit einer einzigen kontinuierlichen Leitschicht des lichtempfindlichen Materials verbunden. Alle diese Klemmen sind mit beträchtlicher Leitfähigkeit miteinander verbunden. Dieser relativ geringe Widerstand und die hohe Leitfähigkeit müssen durch den Verstärker 55 erfaßt werden, um ein Signal an den Klemmen X und Y zu erzeugen, das proportional zur Versetzung des Abbildes S′ der Lichtquelle S ist.

Wenn große Leitfähigkeit und damit geringer Widerstand zwischen elektronischen Klemmen vorhanden ist, erzeugt die zufällige Bewegung der vorhandenen Elektronen Rauschen. Dieses Rauschen wird durch den Verstärker 55 aufgenommen und ebenfalls verstärkt und ergibt ein recht geringes Signal/ Rauschverhältnis. Das Signal wird bei einer Verminderung der Lichtstärke der Quelle S rasch verschwinden oder untergehen. Wenn beispielsweise die Lichtquelle S das Bild S′ am Detektor D erzeugt, werden die vorherrschenden Signale an den Klemmen 51 und 52 im entstehenden Rauschen untergehen.

Das Problem besteht deshalb darin, eine komplementäre Optik und Photodetektoren zu schaffen, welche die Tendenz des in Fig. 2 dargestellten Detektors unterdrücken, bei geringen Bildintensitätswerten Rauschen zu erzeugen.

Es werden zwei Ausführungen beschrieben. Die erste Ausführung gemäß Fig. 3 ergibt einen zunächst entworfenen, jedoch weniger bevorzugten Weg zur Erzielung von Empfindlichkeit für geringen Lichtwert.

Danach wird anhand der weiteren Darstellungen eine bevorzugte Schneiden-Linsen-Anordnung dargestellt. Diese bevorzugte Schneiden/Linsen-Anordnung zeigt nicht nur eine neue und gut nutzbare Linse, sondern zusätzlich auch einen erfindungsgemäßen neuen Lichtdetektor.

Zunächst wird anhand von Fig. 3 zum Verständnis der ersten erfindungsgemäßen Möglichkeit die Ausgestaltung einer Platte W erläutert. Nach der Erläuterung der Platte W wird daraufhin die restliche Optik und der Betrieb des Systems erklärt.

Die Platte W besteht aus einer Matrix aus optischen Keilen. Diese Matrix besitzt einen ersten oberen Teil 60 und einen zweiten unteren Teil 62.

Zum besseren Verständnis wird die Platte oder Linse W hier als getrennt hergestellt beschrieben. Ein erstes Dachkantenprisma 64 sitzt in der Mitte der Linse W.

Die Auswirkung auf gleichmäßig auf die Oberseite des Prismas 64 einfallendes Licht ist leicht zu verstehen. Ein erster Anteil des Lichtes wird zu den Detektorsegmenten D₁ und D₂ geleitet. Ein zweiter Anteil des auf das Prisma 64 auftreffenden Lichtes wird zu den Detektorsegmenten D₃ und D₄ gelenkt.

Wendet man sich nun einem außen gelegenen Prisma 65 zu, so sieht man, daß dieses Prisma 65 nur eine Brechfläche enthält. Diese Brechfläche läßt gleichmäßig auf die Oberseite des Prismas 65 auffallendes Licht nur zu den Segmenten D₁ und D₂ gelangen und kein Anteil des Prismas 65 ist so angeordnet, daß es Licht zu den Detektorsegmenten D₃ und D₄ ablenkt.

Das Prisma 66 an der gegenüberliegenden Kante der Linse W ist genau entgegengesetzt ausgerichtet und Licht, das von der Quelle S her durch das Prisma 65 fällt, wird zu den Detektorsegmenten D₃ und D₄ gerichtet, während kein Licht zu den Detektorsegmenten D₁ und D₂ gelangt.

Die zwischenliegenden Prismen 67 und 68 sind nun leicht zu verstehen. Das Prisma 67 besitzt einen ersten Abschnitt, der so schräg gestellt ist, daß er mehr die Segmente D₃ und D₄ begünstigt, und einem zweiten Abschnitt oder eine geneigte Fläche, die so geneigt ist, daß sie das Licht mehr zu den Detektorsegmenten D₁ und D₂ leitet. Der Prismenstreifen 68 besitzt gleichartig aufgebaute, jedoch mehr zur Begünstigung der Detektorsegmente D₃ und D₄ und weniger zur Begünstigung der Detektorsegmente D₁ und D₂ gerichtete Flächen.

Hält man hier inne und versteht den rechten und oberen Abschnitt der Linse W, so ist unmittelbar zu sehen, daß, je mehr Licht zum rechten Abschnitt der Linse W₄ abgelenkt wird, um so mehr auf die Detektorsegmente D₃ und D₄ und um so weniger auf die Detektorsegmente D₁ und D₂ auffallen wird.

Die zwischenliegenden Prismen 69 und 70 an der anderen Seite des Linsenabschnittes 60 können genau so leicht verstanden werden. Das Prisma 69 besitzt eine erste Brechfläche, die zur zunehmenden Begünstigung der Segmente D₁ und D₂ schräggestellt ist und eine zweite, so schräg gestellte Fläche, daß im geringeren Ausmaß Licht auf die Detektorsegmente D₃ und D₄ gelenkt wird. Der Prismenstreifen 70 hat ähnlich aufgebaute, jedoch noch mehr zur Begünstigung der Detektorsegmente D₁ und D₂ und noch weniger zur Begünstigung der Segmente D₃ und D₄ schräg-gestellte Flächen.

Hält man hier inne, und versteht den linken und oberen Abschnitt der Linse W, so ist unmittelbar zu sehen, daß, je mehr Licht zum linken Abschnitt der Linse W gelenkt wird, um so mehr Licht auf die Detektorsegmente D₁ und D₂ und um so weniger auf die Segmente D₃ und D₄ auffallen wird.

Der Abschnitt 62 der Linse ist analog zum Abschnitt 60 aufgebaut, jedoch sind die Prismen senkrecht zu den bisher besprochenen Prismen 64 bis 70 ausgerichtet, d. h. sie verlaufen von links nach rechts. Damit wird die Ablenkung zwischen den Detektorsegmenten D₁ und D₄ einerseits und D₂ und D₃ andererseits aufgeteilt.

Erkennt man die durch die Platte W ausgebildete Prismenmatrix, so ist zu sehen, daß jeder Bereich der Matrix effektiv aus einem oben- und einem unten liegenden Prisma besteht. Diese Prismen lenken Licht zu den Detektorsegmenten proportional zu dem Ort ab, an dem ein Abbild S′ der Quelle S entsteht.

Die restlichen Teile des Detektors bestehen aus einer Quelle S, die in der gezeigten Weise in einer XY-Ebene P bewegbar ist, und diese Quelle S wird über eine Linse 80 so abgebildet, daß das Abbild S′ einer Quelle S auf die Platte W fällt. Unter der Annahme, daß das Abbild S′ gleich groß oder größer als einer der Bereiche ist, die durch die einander überdeckenden Prismenstreifen gebildet werden, so wird die Ablenkung des Lichtes auf die Detektorsegmente D₁ bis D₄ entsprechend der Lage des Abbildes S′ an der Platte W gewichtet. Eine Linse 80′ ist unterhalb der Platte W angeordnet, um die abgelenkten Bildstrahlen zu der Detektorebene weiterzuleiten. Diese zusätzliche Linse 80′ kann wahlweise eingesetzt werden, ist jedoch nicht unbedingt notwendig.

Der Detektor D ist typischerweise ein Photodetektor und kann Lichtleitzellen, Photodioden, Photowiderstände, Phototransistoren oder andere lichtempfindliche Detektoren enthalten. Insbesondere sind die Segmente D₁, D₂, D₃ und D₄ photodiskret, was bedeutet, daß sie voneinander elektrisch vollständig getrennt sind. Jedes Segment D₁ bis D₄ besitzt nur einen elektrischen Anschluß und der Strom zwischen dem "gemeinsamen" Anschluß und dem jedem Segment zugeordneten elektrischen Anschluß ist für die auf das jeweilige Detektor segment auftreffende Lichtmenge bezeichnend.

Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird eine lichtempfindliche Zelle aus auf eine Aluminiumfläche aufgeklebten oder mit dieser verbundenen Schichten aus P- und N-dotiertem Silizium mit zugehörigen elektrischen Anschlüssen an Ober- und Unterseite eingesetzt. Der Verstärker 55 ist ein üblicher Strom/Spannungswandler mit nachgeschaltetem Spannungsverstärker.

Wird zur Beschreibung des Betriebes angenommen, daß ein Abbild S′ auf die Linse W geworfen wird, so wird das Licht proportional durch die Prismensegmente der Matrix auf die jeweiligen Detektorsegmente D₁ bis D₄ verteilt. Durch Verstärkung und die auf diesem Fachgebiet übliche Logikverschaltung wird ein Signal erzeugt, das die X-Y-Lage des Abbildes S′ auf der Linse W bezeichnet. Es ist dabei zu bemerken, daß "X" und "Y" gemäß Fig. 3 nach den Dialogen der Detektorbegrenzung ausgerichtet sind.

Es ist zu bemerken, daß im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 2 die jeweiligen Detektoren in Fig. 3 photodiskret sind.

Der Widerstand zwischen zwei beliebigen Anschlüssen ist im wesentlichen unendlich groß. Nur die auf die einzelnen Detektorsegmente auffallende Lichtmenge erzeugt den proportionalen Strom. Dadurch ist auch bei Einfall sehr geringer Lichtmengen die beschriebene Detektoranordnung im wesentlichen frei von Rauschen, das durch die elektrische Wechselwirkung der Detektorsegmente entsteht.

Anhand von Fig. 4A wird nun die bevorzugte Linsenanordnung oder -ausgestaltung und die bevorzugte Schneide beschrieben. Diese Ausführung wird zunächst durch Darstellung der Aufmachung einer neuen Linse anhand von Fig. 4A diskutiert und anhand von Fig. 4A werden die optischen Eigenschaften jedes Linsensegmentes dargelegt. Nach Fig. 4A besteht eine Linse V aus einer Reihe nebeneinander angeordneter zylindrischer Linsenstreifen. Positive zylindrische Linsenstreifen 80 sind jeweils zwischen negativen Linsenstreifen 81 eingesetzt. Diese Streifen 80, 81 wechseln nebeneinander so ab, daß die Linsenstreifen selbst sich über die Breite der Linse parallel zum Pfeil 86 erstrecken. Zusammen ergeben diese nebeneinanderliegenden Linsenstreifen die erste Hälfte 88 der Gesamtlinse.

Eine zweite und untere Hälfte 89 der Linse V besteht aus nebeneinander angeordneten positiven Linsenstreifen 83 und negativen Linsenstreifen 84; ebenfalls wie bei der oberen Hälfte erstrecken sich die nebeneinanderliegenden Streifen über die gesamte Linse parallel zur Richtung des Pfeiles 87 und bilden zusammen die zweite Hälfte oder den zweiten Teil 89 der Linse.

Es ist zu erkennen, daß die dargestellte Linse ebenfalls einen zusammengesetzten Aufbau besitzt und bei der tatsächlichen Ausführung sind die Trennlinien zwischen den Zylindersegmenten 80, 81 und 83, 84 nicht sichtbar. Typischerweise wird die gesamte Linse durch Formung aus einem gleichförmigen optischen Material, wie einem Linsenkunststoff hergestellt, das in die gewünschte Form gebracht werden kann. Wie bei dem vorher besprochenen Beispiel des Prismenaufbaus kann dieses optische Element auch so hergestellt werden, daß es auf der einen Seite eine ebene Fläche und auf der entgegengesetzten zusammengesetzten Fläche die beschriebenen Ablenkungen gleichzeitig besitzt. Nachdem nun der Aufbau der Linse anhand der Fig. 4A beschrieben wurde, werden die optischen Auswirkungen der zugrundeliegenden Matrix anhand der Fig. 4B dargestellt.

Bei der Betrachtung von Fig. 4B wird für den Fachmann auf dem Gebiet der Optik erinnerlich, daß zwei Zylinder mit gleicher Brechkraft, die mit zueinander senkrechten Achsen aufeinander gesetzt werden, sich äquivalent zu einer sphärischen Linse in ihren Eigenschaften ergänzen.

Zunächst wird ein erstes Segment aus Zylindersegmenten 80 und 83 (links unten) betrachtet, und es ist unmittelbar zu sehen, daß ein positiver Sphärenlinseneffekt C+ sich aus dieser gekreuzten Anordnung von Zylindern ergibt. Dagegen ergibt sich (rechts oben) aus einer Zusammenstellung von gekreuzten negativen Zylinderlinsen 81 und 84 ein negativer Spärenlinseneffekt C-.

Ebenfalls wird erinnerlich, daß die Kombination aus jeweils gekreuzten positiven und negativen Zylindern einen Effekt ergibt, der einer Zylinderlinse entspricht. Auf diese Weise wird gesehen, daß die Segmente 80 und 84 (rechts unten) an der Verbindungsstelle ihrer Überkreuzung eine kombinierte gekreuzte zylindrische Linse A₁ ergeben. In ähnlicher Weise ergeben die gekreuzten negativen und positiven Zylinder 81, 83 (links oben) eine kombinierte Zylinderachse A₂.

Hält man hier inne und vergleicht mit Fig. 4A, so ist zu sehen, daß nun jedes diskrete Linsensegment entsprechend seiner Brechkraft bezeichnet werden kann. Da die in Fig. 4B gezeigten Verteilungen sich wiederholen, setzt sich eine derartige Bezeichnung eines kleinen Abschnittes der Matrix über die gesamte Linsenplatte fort.

Nun zeigt Fig. 4B verschiedene parallele Strahlen, die bei ihrem Durchtritt durch diskrete Linsenelemente gebrochen oder abgelenkt werden. Diese dargestellten Ablenkungen des Lichtes können zur Erzeugung einer Vektorbeschreibung der Linsenablenkung benutzt werden. Es ist aus den dargestellten Linsenablenkungen zu sehen, daß jedes in Fig. 4B dargestellte Linsensegment mit von den Ecken jedes Segmentes aufgehenden Pfeilen versehen ist, die zu einer Projektion der Segmentfläche führen. Diese Pfeile können als für die erzeugten Ablenkungen beschreibend angesehen werden. Sie werden im folgenden zur Beschreibung der durch die erfindungsgemäße Platte erzeugten Ablenkung benutzt.

Nach einer Darstellung in Fig. 5 projiziert eine Punktlichtquelle S Licht durch eine sphärische Linse L auf eine Bildebene D. Wie bekannt, wird bei allen Punkten in dem System das Licht wieder auf einen Mittelpunkt S′ an der Bildebene D projiziert.

Es wird nun ein erfindungsgemäßes Linsenelement V eingesetzt. Das dargestellte Linsensystem oder die dargestellte Platte V besitzt insgesamt eine Matrix mit jeweils vier verschiedenen, sich wiederholenden nebeneinander liegenden Linsen gemäß Fig. 4B. Nur eine solche Matrix aus vier Linsen ist in Fig. 5 dargestellt. In der bevorzugten Ausführungsform wird diese Grundmatrix nach allen Seiten immer wiederholt.

Zur Benennung der jeweiligen Segmente können die in Fig. 4B gegebenen Bezeichnungen C+, C- für die jeweiligen positiven bzw. negativen spärischen Linsen und die Bezeichnung A₁ und A₂ für die astigmatischen Abschnitte der Linse benutzt werden. Es kann nun eine weitere Bedingung für das System untersucht werden. Wenn man daran denkt, daß alle Punkte S bei Abbildung durch die Linse L zu den Punkten S′ abgebildet werden, kann nun gefragt werden, was mit durch die Neutralstellen der Linsensegmente C+, C-, A₁ und A₂ gehenden Strahlen passiert. In jedem Falle stellt sich heraus, daß die Strahlen wieder zu dem Punkt S′ führen. Die Frage erweitert sich dann dahin, wie die restlichen Strahlen abgelenkt werden.

Es ist bekannt, daß man die in Fig. 4 entwickelten Vektorbeschreibungen zur Beschreibung der Lichtbrechung benutzen kann. Diese Vektorbeschreibung kann für jede Linse um ihren Neutralpunkt gegeben werden. Es wird deshalb zunächst der Reihe nach beschrieben, was an jedem fernliegenden Segment der Linse C+ stattfindet. Nimmt man den durch den Punkt 114 gehenden Hauptstrahl des Systems, so ist bekannt, daß bei Abwesenheit der Speziallinse V dieser im Punkt S′ auftrifft. Jedoch wird wegen der Vektorablenkung gegen die Mitte der sphärischen Linse C+ stattdessen ein Auftreffen an einem Punkt 24 erfolgen. Eine Analyse eines an der positiven sphärischen Linse C+ diametral eingegengesetzt liegenden Punktes kann gleichfalls angestellt werden und die Ablenkung erfolgt vom normalen Auftreffpunkt S′ zu einem neuen Punkt 25 an der Bildebene.

In gleicher Weise tritt bei einem Punkt 116 der Platte V eine Ablenkung zum Punkt 26 in der Bildebene D auf. Diese Ablenkung leitet ursprünglich für den Punkt S′ bestimmtes Licht um. Schließlich finden wir für den Punkt 117 an der Linse C+ einen Bildpunkt 27.

Es kann nun die negative Linse C- besprochen werden. Sie besitzt einen fernliegenden Punkt 115′, der wiederum eine Abbildung am Punkt 25 ergibt. Gleicherweise enthält sie Punkte 116′ und 117′, die wiederum sich um den Punkt S′ in der vorher beschriebenen Weise abbilden.

Es ist nun mit Bezug auf die astigmatischen Segmente A₁ und A₂ der Linse V zu sagen, daß nur noch zwei restliche Ablenkungen zu beschreiben sind, die für die Punkte 115′′ und 115′′′ an den jeweiligen Ecken auftreten. Von diesen Punkten stammende Lichtstrahlen werden zum Punkt 25 abgelenkt.

Es wird später gesehen, daß sich beim Einfügen der Speziallinse V aus der Projektion S′ der Quelle S in der Bildebene D ein Abbild ergibt, das ein gleich verteiltes quadratisches Lichtmuster an der Brennebene D ist. Bei Bewegungen S in Richtung der X- und Y-Achse erfolgt eine entsprechende Bewegung des quadratischen Abbildes in der Ebene D.

In Fig. 6 ist wiederum eine in der XY-Ebene bewegbare Quelle S dargestellt, deren Abbild S′ über eine Linse L auf die Bildebene D geworfen wird. Ein Speziallinsenelement V erzeugt ein Ablenkungsmuster, bei dem Licht innerhalb einer quadratischen Begrenzung mit den Ecken 124, 126, 125 enthalten ist, wie es mit der vier Abschnitte enthaltenden Matrix Fig. 5 erklärt wurde.

Die Linse V ist in Linsen C+, C-, A₁ und A₂ in der beschriebenen Weise unterteilt, jedoch besteht diesmal die Matrix aus mehr als vier, nämlich zwanzig Abschnitten. Alle Abschnitte sind mit den entsprechenden Bezeichnungen C+, C-, A₁ und A₂ bezeichnet. Es ist wiederum zu bemerken, daß alle Segmente der Linse Licht in einem Quadratmuster projizieren. Das Licht fällt in eine quadratische Begrenzung, die durch die Ecken 124 bis 127 bezeichnet ist. Ähnlich wie in dem vorbeschriebenen Fall erfolgt bei einer Verschiebung der Quelle eine Ablenkung des gesamten quadratischen Abbildes, das durch die Ecken 124 bis 127 bestimmt ist.

Es kann nun eine Stellung von Schneiden mit unterschiedlichen Ausrichtungen zu den Linsenelementen instruktiv sein. In Fig. 7 wird eine Quelle S über eine Linse L auf eine hier mit P bezeichnete Bildebene abgebildet. Wiederum ist eine Speziallinse V eingesetzt mit der gleichen anhand von Fig. 6 beschriebenen Ausbildung. Dieses Mal ist jedoch eine Schneide in einer Stellung K₁ über die Linse gesetzt und bildet eine Aperturbegrenzung, durch die Licht von der Quelle S durch die Linse V hindurchtreten und dann durch die Linse L auf die Bildebene P abgebildet werden kann.

Wie später im einzelnen erklärt wird, ist es erforderlich, daß zwei Bedingungen durch eine Schneidenapertur erfüllt werden müssen, die an der Linse V angeordnet ist.

Erstens muß die Aperturkante gleiche Abschnitte von jeden der Vier Elementypen (C+, C-, A₁, A₂) überqueren, die die Speziallinse V bilden.

Zweitens muß die Aperturkante oder -schneide mit einer bestimmten Neigung zu den Begrenzungen der Linsenelemente der Matrix und nicht parallel zu diesen gesetzt werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführung besteht in einer Neigung von 2 : 1. Die bevorzugte Neigung ist in Fig. 7 dargestellt. Jeweils bei Überquerung von zwei Elementen in horizontaler Richtung überquert die Schneide ein Element in vertikaler Richtung. Andere spezielle Neigungen a : b ergeben ebenfalls die erwünschte Wirkung, unter der Voraussetzung, daß a und b ganze Zahlen sind und entweder a gerade, und b ungerade oder umgekehrt ist.

Die Schneide K 1 durchläuft den Punkt 135 an der Linse A 1 und den Punkt 136 an der Linse C-. Es ist aus dem Beispiel von Fig. 5 bekannt, daß diese Punkte Abbilder an jeweiligen Punkten 125 bzw. 126 an der Bildebene P ergeben. Es muß dann gefragt werden, wo eine Abbildung für zwischen diesen beiden Punkten durchtretende Strahlen, beispielsweise den an Punkt 140 durchtretenden Strahl entsteht. Erkennt man, daß der Punkt 140 eine Umfangskante einer negativen Zylinderlinse C- ist, so wird das Problem vereinfacht. Insbesondere kann leicht gesehen werden, daß eine vollständige negative Ablenkung zum Umfang des Quadrates an einen Punkt 150 führt. Auf diese Weise ist rasch einzusehen, daß im Falle von parallelen Strahlen, die sequentiell vom Punkt 135 zum Punkt 136 an der Schneide austreten, diese eine Abbildung längs einer Linie 125, 150, 126 erzeugen.

In dem Fall einer Schneide K 2, die von links nach rechts abfällt, kann durch Anlegen einer gleichartigen Vektroanalyse die Ablenkung verstanden werden. Es wird mit Punkt 141 an der linken Seite der Schneide K 2 begonnen und dieser befindet sich in der Mitte eines positiven sphärischen Segmentes C+. Die Ablenkung wird vektoriell zu dem neutralen Abschnitt des Elementes verteilt. Es ergibt sich ein Lichteinfall am Punkt 151 der Ebene P. Licht, das an der Schneide K 2 am Punkt 142 einfällt, d. h. an einem Punkt im oberen Abschnitt einer positiven sphärischen Linse, erleidet eine Ablenkung nach unten zum Neutralpunkt der Linse hin, so daß Lichteinfall am Punkt 152 in der Ebene P erfolgt.

An dem Punkt 143 auftreffendes Licht fällt auf eine Begrenzung zwischen zwei Linsenelementen, hier einer vollständig negativen Linse C-. Diese negative sphärische Linse läßt das Licht an einem Punkt 153 der Ebene P fallen.

Im Punkt 144 ist zu sehen, daß die Schneide K 2 durch den neutralen Abschnitt einer negativen Linse geht. Demzufolge wird es auf die Mitte des Quadrates an der Stelle S′ auffallen. Schließlich wird bei dem Punkt 145 auftreffendes Licht zu der Kante des Quadrates abgelenkt und am Punkt 155 auftreffen. Es ergibt sich das kurz gestrichelt eingezeichnete Zick-Zack-Muster K 2′.

Es wird nun zur Einführung auch noch der Weg einer Strahlenschneide K 3 verfolgt, die durch das Element verläuft. Es ist zu bemerken, daß die Schneide K 3 am Punkt 146 beginnt. Dieser gehört zu einer positiv sphärischen Linse C+ und lenkt Licht zum Punkt 156 an der Bildebene P ab. Am Punkt 147 ist zu bemerken, daß sich der Lichtstrahl an einer Ecke einer positiven sphärischen Linse C+ und einer negativ sphärischen Linse C- befindet. Licht, das vom Punkt 147 ausgeht, wird entsprechend der Logik nach Fig. 5 zu einem Punkt 127 an der Ebene P geworfen. Ebenfalls kann gesagt werden, daß Licht vom Punkt 148 am Umfang eines negativen Linsenelementes zu einem Punkt 158 abgelenkt wird. Licht vom Punkt 149 kommt zum Punkt 159.

Wir haben nun Schneiden K 1, K 2 und K 3 verfolgt. Es verbleibt damit das Problem, eine komplexere Anordnung in gleicher Weise zu verfolgen. Dies ist bei den schematischen Darstellungen Fig. 8A und 8B gezeigt.

Fig. 8A zeigt Schneidenanordnungen, die in Fig. 8B entsprechende Spuren oder Abbildungen erzeugen. Die Lichtquelle S und die Linse L ist nicht mehr dargestellt. Es wird also nur die Schneide in ihrer Anordnung an dem Linsenelement V (Fig. 8A) dargestellt und das erzeugte Spurenmuster (Fig. 8B) gezeigt.

Die Spur einer durch die Punkte 180, 181, 182, 183 und 184 definierten Schneide kann schnell erzeugt werden. Der Punkt 180 liegt an der Kante einer positiv sphärischen Linse. Denkt man daran, daß bei Abwesenheit der Platte V Licht von diesem Punkt zum Mittelpunkt des Abbildungsmusters, d. h. zum Punkt 195 abgelenkt würde, und denkt man gleichfalls daran, daß das Licht durch das Linsenelement in Diagonalrichtung eine vektorielle Ablenkung erfährt, so kann unmittelbar eingesehen werden, daß es am Punkt 194 ankommt. Wird der Punkt 181 an der Schneide angesehen, so ergibt sich, daß 181 an der Kante einer negativen Zylinderlinse liegt und horizontal von einem neutralen Segment einer negativen sphärischen Linse C- entfernt ist. Dementsprechend wird der Strahl am Punkt 191 auftreffen. Infolge gleicher Überlegungen fallen von dem Stück zwischen diesen beiden Punkten ausgehende Lichtstrahlen auf eine gerade Linie, die die Punkte 190 und 191 verbindet.

Licht vom Punkt 182 fällt auf die obere rechte Ecke des Abbildes, dem Punkt 192. Denkt man daran, daß es ursprünglich zum Punkt 195 gerichtet war und erinnert man gleichfalls daran, daß das Licht sich an einer Kante einer Linse C+ befindet, so ergibt sich die Ablenkung zur oberen rechten Ecke des Schaubildes Fig. 8B. Licht von einem Punkt 183 fällt an den gleichen Punkt wie Licht vom Punkt 181. Denkt man daran, daß Licht am Punkt 131 von der Kante einer positiv sphärischen Linse kommt und daß die positive Sphäre nach links gerichtet ist, so tritt eine Ablenkung vom Punkt 195 ist gleich S′ zur Begrenzung nach links, d. h. zum Punkt 191 auf. Schließlich wird Licht vom Punkt 184 zu einem Punkt 194 abgelenkt, der mit dem bereits vorher genannten Punkt 190 zusammenfällt.

Es ist so zu sehen, daß längs einer Diagonalpunkte der Linse durchlaufenden Schneide austretendes Licht sich immer in V-Form aufzeichnet.

Es ist nun interessant, Lichtstrahlen zu untersuchen, die durch Neutralpunkte der Segmente der Speziallinse V hindurch tritt, wie es anhand einer Linie dargestellt ist, die die Punkte 186, 188, 185, 189, 187, 188′, 189′ verbindet.

Zunächst kann Licht durch den Punkt 185 leicht verfolgt werden. In diesem Falle ergibt sich, daß das Licht überhaupt nicht abgelenkt wird. Keine Ablenkung ergibt Lichtauftreffen auf den Punkt 195.

Licht, das die Linse nach Fig. 8A am Punkt 186 trifft, fällt auf die Kante einer positiv sphärischen Linse. Deshalb muß es zu einem Punkt 196 in Fig. 8B abgelenkt werden. In ähnlicher Weise fällt Licht im Punkt 188 an die Kante einer negativ sphärischen Linse, und diese ergibt eine Abbildung am Punkt 198 im Schaubild 8B. In ähnlicher Weise fällt Licht am Punkt 189 auf die entgegengesetzt liegende Kante einer negativen Linse und ergibt eine Abbildung am Punkt 189 nach Durchlaufen durch den Neutralpunkt 195 der Linse. Wenn so die Schneide die negative Linse C- durchquert, ergibt sich eine lineare Ablenkung vom Punkt 198 zum Punkt 195 und schließlich zum Punkt 199. Beim Punkt 187 ist man an der Kante einer positiv sphärischen Linse und diese lenkt zum Punkt 197 in Fig. 8B ab. An dem Punkt 188′ ist das Licht an der Kante einer positiv sphärischen Linse und dadurch ergibt sich eine Ablenkung an einem Punkt 198′. Die Überquerung der Schneide vom Punkt 188′ zum Punkt 189′ muß durch einen neutralen Abschnitt der Linse gehen, d. h. die Abbildung muß den Punkt 195 durchlaufen. Es zeigt sich, daß der Punkt 188′ eine Abbildung an der linken Kante des quadratischen Abbildungsbereichs beim Punkt 198′ ergibt, während der Punkt 189′ eine Abbildung einer rechten Kante dieses Bereiches beim Punkt 199′ ergibt. So ergibt sich ein Muster, das etwa wie eine Ziffer 8 mit geraden Linien oder einer geradlinigen Lissajous-Figur gleicht.

Die Darstellung in Fig. 8B ist auf einem Hintergrund aufgezeichnet, der eine horizontale Achse X und eine vertikale Achse Y enthält. Die abgebildeten Schneidenspuren liegen in einem Quadrat, das durch die Begrenzungslinien 100, 101, 102, 103 (im Gegenuhrzeigersinn aufgezählt) begrenzt wird.

Es ist auch zu sehen, daß jede Linie in jeweilige Quadranten dieser Figuren abgebildet wird. Diese Quadranten werden als 104, 105, 106 und 107 bezeichnet. Es kann eine interessante Beobachtung gemacht werden. Die Länge einer Linie, die aus einer Projektion der Schneide in jeden Quadranten erhalten wird, ist gleich, und zwar ist sie gleich in linearer Länge und ebenfalls gleich im Sinne des Schwerpunktes. Insbesondere zeigt sich, daß der Schwerpunkt der Liniensegmente in allen Abschnitten der Abbilder symmetrisch um den Punkt 195 liegen.

Fig. 8C zeigt das auf einen Detektor aufgelegte Matrixbild der Fig. 8B. Der Detektor enthält photodiskrete Quadranten D₁, D₂, D₃ und D₄. Jeder dieser Quadranten besitzt etwa die gleiche Fläche wie das Begrenzungsquadrat, das die durch die jeweiligen Schneiden erzeugten Ablenkmuster umschließt. Es ist zu sehen, daß das Abbild in Fig. 8C längs einer Diagonalen 110 nach links oben verschoben ist. Wie bereits dargestellt, sind die Detektorsegmente durch Teilungslinien 114 und 115 voneinander getrennt.

Um eine Ablenkung des Abbildes in proportionaler Weise zu messen, ist es nötig, daß das Ausmaß einer von einer bestimmten Schneide abgeschnittenen Linie immer in jedem Detektorsegment D₁ bis D₄ proportional verteilt ist. Diese Proportionalverteilung sollte der Richtung und dem Ausmaß der aufgetretenen Versetzung entsprechen. Wenn deshalb eine Versetzung parallel zu einer Diagonalen 110 stattfindet, sollten gleiche Lichtmengen auf die Detektorsegmente D₁ und D₃ auffallen. Es sollte kein Signalunterschied zwischen diesen Segmenten erfolgen, da sich sonst eine Versetzung in einer anderen Richtung als längs der Diagonalen 110 manifestieren würde.

In Fig. 8C ist die Spur der Schneide (Fig. 8A) durch die Punkte 180, 181, 182, 183 und 184 durch die Punkte 191, 192, 194 gezeigt. Es kann nun gezeigt werden und ergibt sich schon aus dem Ansehen der Zeichnung, daß die lineare Länge der in den Detektorsegmenten D₁ und D₃ erscheinenden Licht- Linien gleich ist. Die lineare Länge der in den Segmenten D₂ und D₄ erscheinende Lichtlinie ist dagegen nicht gleich. Der Unterschied ist proportional zur Versetzung, die längs der Diagonalen 110 erfolgt ist. Die durch die Punkte 186, 188, 185, 189, 187, 188′, 185′, 189′ gehende Schneide, deren Spur durch die entsprechenden Punkte 196, 198, 195, 199, 197, 198′, 195, 199′ bezeichnete Spur ergibt, führt zu den gleichen Resultaten und es zeigt sich, daß dieser in den Detektorsegmenten D₁ und D₃ sitzende Linienweg der gleiche ist. Der restliche Lichtlinienweg in den Detektorsegmenten D₂ und D₄ ist wiederum verschieden voneinander, und zwar im selben Ausmaß wie zuvor.

Eine Versetzung längs der anderen Diagonalen 111 ergibt ein gleichartiges Resultat. Es hat sich gezeigt, daß Versetzungen, die darüberhinaus in jeder anderen Richtung erfolgen, ebenfalls dieser Regel gehorchen. Der Lichtwegunterschied in den verschiedenen Quadraten ist jeweils proportional zur Versetzung. Dadurch ist es möglich, diese Detektorart zur Erfassung von Niedrigpegel-Lichtquellen mit photodiskreten Detektorsegmenten zu benutzen.

Es wird zu sehen sein, daß der Schwerpunkt 195 oder S′ so in seiner Versetzung entsprechend dem Unterschied der von jedem Detektorsegment erhaltenen Lichtmenge verfolgt werden kann, und es ist deswegen möglich, ein lineares Ausgangs signal zu erhalten.

Setzt man eine unendliche Anzahl von Schneiden oder schmalen Lichtbändern über die Linsenelemente, so kann unmittelbar realisiert werden, daß sich ein zusammenhängender gleichmäßig verteilter Lichtfleck innerhalb einer Begrenzung der gleichen Form wie die der Linsenelemente ergibt. Dieser Lichtfleck wird dann das konjugierte Abbild jeder Punktlichtquelle bei einem schwachen vermessenen Abbild sein. Durch Benutzung einer Summierung dieser konjugierten verteilten Abbilder, die jeweils in einem Quadrat begrenzt sind, ergibt sich ein besonders nützliches Detektorabbild, das auf einer Detektorebene auffällt und zum Ablesen der X- und Y-Werte für den Schwerpunkt eines schwachen und entfernten Abbildes benutzt werden kann. Diese Eigenschaft, daß man den Schwerpunkt eines schwachen Abbildes erkennen kann, ergibt den großen Nutzen dieser Detektorart.

Nachdem nun der Aufbau des Linsenelementes und die Ablenkung innerhalb des Linsenelementes beschrieben wurde, kann anhand der Fig. 9 der grundsätzliche Vorrichtungsaufbau erklärt werden. Es ist hier eine Lichtquelle S in einer XY- Ebene P gezeigt. Diese Quelle S wird über eine Linse L und ein Linsenelement V abgebildet. Das Linsenelement V wirft ein Lichtabbild auf eine Detektorfläche D mit photodiskreten Quadranten D₁ bis D₄. In Fig. 9 erleuchtet die Lichtquelle S den oberen rechten Quadranten der XY-Ebene. Das mit niedriger Lichtintensität behaftete Abbild von der Quelle S wird durch die Kombination aus Linse L und Speziallinse V auf die Detektorebene D geworfen. Die Speziallinse V ist durch Schneiden K₁ bis K₄ begrenzt. Diese jeweiligen Schneiden kanten ergeben eine lichtundurchlässige Begrenzung für die beschriebene sonst transparente Linse V.

Es sind zwei optische Effekte vorhanden, wenn die Quelle S Licht durch die Linse V an den Schneidenkanten K₁ bis K₄ vorbei ausstrahlt.

Erstens besitzen die auf die Detektoroberfläche D mit den photodiskreten Segmenten D₁ bis D₄ projizierten Schneidenkanten einen Winkel gegenüber den die Beleuchtung enthaltenden Quadratseiten.

Zweitens, das resultierende Licht von irgendeinem Punkt an dem Abbild bildet ein gleichmäßig verteiltes Quadratabbild, das auf den Detektorsegmenten übereinstimmend mit der Verschiebung der Quelle S in der Ebene P verschoben ist. Wenn sich so die Quelle S zum oberen rechten Quadranten der Ebene in Fig. 5 verschiebt, verschiebt sich der quadratische Lichtfleck zur unteren linken Seite einer XY-Ebene. Bei einer Bewegung nach unten links in einer Fig. XY-Ebene kann der Detektor aus Fig. 9 die XY-Lage auslesen, wenn er mit einer standardmäßigen Schaltung wie dem Verstärker nach Fig. 1 verbunden ist.

Es ist jedoch einzusehen, daß infolge der Eigenschaften des Abbildes eine Koordinatentransformation ausgeführt werden muß, da die Schneidenrichtungen und die Koordinatenrichtungen unterschiedlich sind. Da derartige Koordinatentransformationen gut bekannt sind, werden sie hier nicht aufgeführt.

Das beschriebene Linsenelement zeigt, wenn es zum Projizieren von Licht oder zum Empfangen von Licht über eine Schneide zu einem Auge hin oder von einem solchen benutzt wird, ein unerwartetes Ergebnis. Fig. 10A zeigt schematisch den Weg des Lichtes, das bei einer Schneidenuntersuchung in das Auge eines Kurzsichtigen fällt. Fig. 10B stellt schematisch das Prinzip dar, wie bei fokussiertem Licht eine Signal verbesserungs-Versetzung auftritt.

Es wird dabei noch einmal auf Fig. 1A verwiesen, in der die Verhältnisse bei einem kurzsichtigem Auge grundsätzlich dargestellt sind.

In Fig. 10B wird eine Reihe von Lichtstrahlen, die an der Schneide K vorbeitreten, in Abfolge betrachtet. Jeder dieser Lichtstrahlen muß beim Vorbeitreten an der Schneide zunächst eine Linse V durchlaufen. Beim Durchlaufen der Linse V treffen die Lichtstrahlen je nach ihrer Lage von links nach rechts beim Überschreiten der Schneide auf Linsensegmente A 1, C+, C- und A 2 am Meridianpunkt der Linse V.

Fig. 10A zeigt ein Schema der Schneidenuntersuchung nach Fig. 1A am Auge eines Kurzsichtigen. Hier wird die physikalische Grundlage des sich ergebenden ziemlich unbestimmten Bildes an der Netzhaut dargestellt. Eine Schneide K wird durch einen beleuchteten Abschnitt 250 unterhalb einer Begrenzung 251 gebildet und über die Linse L des Kurzsichtigen abgebildet. Dadurch ergibt sich entsprechend der Kurzsichtigkeit des Auges E ein Abbild K′ der Schneide vor der Netzhautfläche R.

In Hinsicht auf die jeweiligen Punkte, auf die ein Abbild der Schneidenbegrenzung 251 geworfen wird, kann die Betrachtung von drei herausgegriffenen Pupillenpunkten instruktiv sein. Erstens wird durch den zentralen Abschnitt 262 der Pupille ein Abbild des beleuchteten Teils 250 auf die Netzhaut in einem vergrößerten beleuchteten Bereich 262′ geworfen. Zweitens ergibt der gleiche beleuchtete Bereich bei der Projektion durch den Pupillenpunkt 261 einen zusätzlichen vergrößerten Netzhautbereich 261′, und schließlich ergibt eine Projektion über den Pupillenpunkt 263 einen vergrößerten Abbildungsbereich 263′. Damit wird das gesamte entstehende Bild über einen vergrößerten Bereich der Netzhaut ausgebreitet, und dieser Netzhautbereich muß entsprechend den Beschränkungen der Schneidenabbildung über den Schneidenbegrenzer 251 angesehen werden. Das ist der Abschnitt unmittelbar über der Begrenzung 251 (da in Fig. 10A die Zwischen-Optik weggelassen ist, befindet sich in diesem Fall das Fenster unter der Begrenzung 251 und der beleuchtete Bereich 250 der Schneide K darüber).

Zieht man eine gerade Linie vom Punkt 261 über das reale Bild der Schneide (vor der Netzhaut) zur Netzhaut des Auges, so kann man unmittelbar eine Begrenzung des zu beobachtenden Abschnittes der Netzhaut R bestimmen. Durch Konstruktion einer Begrenzungslinie des sichtbaren oder zu beobachtenden Bereiches über der Schneidenbegrenzung kann man ein Abbild der Begrenzungslinie bei 252′ erhalten. Durch Konstruktion von Begrenzungslinien vom Punkt 263 aus über das Abbild der Begrenzung 252′ zur Netzhaut ergibt sich ein Fenster, durch welches auf die Netzhaut auffallendes Licht unmittelbar über die Schneide K zurückkehrt.

Es ist dabei zu berücksichtigen, daß die Begrenzung des auf der Netzhaut R entstehenden Bildes unbestimmt und unscharf, d. h. nicht fokussiert ist. Sobald eine Korrektur für das kurzsichtige Auge mittels einer zwischengelegten Optik erfolgt, wird das Abbild K′ der Schneide näher an die Netzhaut R des Auges E gelegt. Bei der Annäherung an die Netzhaut des Auges wird die Begrenzung oder werden die Begrenzungen schärfer. Mit dem Schärferwerden der Begrenzungen wird das unerwartete Ergebnis der Benutzung der Versetzungslinse zum Projizieren von Licht zum Auge und zum Empfang von Licht auf dem Auge noch herausgehoben mit dem Schärfer werden der Bildbegrenzung.

Beim Durchlaufen der jeweiligen Segmente A 1, C+, C- und A 2 wird das Licht beim Durchlaufen unmittelbar über der Schneide ablenkt mit einer Verteilung, wie sie vorher mit Bezug auf Fig. 8A und 8B beschrieben wurde. Das Licht versucht ein quadratisches Muster auf der Linse L des Auges E zu erzeugen und gelangt dann schließlich zur Netzhaut R des Auges, an dem die dargestellte Kurzsichtigkeits-Bedingung erzeugt wird.

Schneidenuntersuchungen, auch wenn sie durch ein spezielles Element, wie das Element V durchgeführt werden, besitzen eine Gemeinsamkeit, und zwar kehrt das zur Schneide zurückgeworfene Licht immer zu einem Fleck zurück, der unmittelbar dem Lichtbereich benachbart ist, von dem das Licht ursprünglich ausging, wenn man einen gemäßigten Zustand von Brechungsfehlern annimmt. So kehrt in dem dargestellten Fall von dem beleuchteten Schneidenbereich, der in Fig. 10B als Bereich K (in richtiger Weise jetzt unten liegt) zu der Schneide K zurück, und zwar zu einer Stelle, die unmittelbar über C+ bzw. den benachbarten Linsensegmenten A 1, C+, C- oder A 2 liegt.

Betrachtet man weiter die schematische Darstellung eines kurzsichtigen Auges in Fig. 10B, so weiß man, daß das auf einen Bereich 24′ auffallende Licht von einem beleuchteten Bereich 24 der Linse L des Auges E zurückkehrt. Bei der Rückkehr wird eine weitere Ablenkung nach oben erzeugt und das Licht wird dann zu einem Detektor weitergeleitet.

Wegen dieser Art des Lichtdurchtritts zur Linse L des Auges E durch die Speziallinse V treten zwei Effekte auf.

Erstens können Strahlen niemals gesehen werden, die durch die Elemente der Linse V in irgendeinen Abschnitt des Auges außerhalb des oberen Abschnittes 24′ abgelenkt werden. Damit wird die von dem Auge E über die Oberseite der Schneidenbegrenzung zurückgeworfene Lichtmenge vermindert und nur die Strahlen, die zum oberen Abschnitt des Auges hin ausgesandt werden, werden bei ihrer Rückkehr verstärkt empfangen.

Zweitens werden, da bei der Kantenprüfung des Auges Lichtstrahlen von diametral entgegengesetzten Abschnitten des Auges zurückkehren, Lichtstrahlen eine größere Gesamtablenkung besitzen, wenn sie vom Auge zurück aufgenommen werden.

Dadurch ergibt sich ein erhöht abgelenktes Abbild mit erhöhtem Kontrast.

Eine andere Art, diese Eigenschaft der Erfindung zu verstehen, besteht in der Analyse des Vorgangs, bei dem parallele Strahlen nacheinander von links nach rechts die Schneide verlassen. Beim Durchtritt durch die Speziallinse, die auch als eine "Wobbel-Platte" V bezeichnet werden kann, werden alle parallelen Strahlen zu den in Zusammenhang mit Fig. 8 dargestellten Mustern oder Figuren verteilt. Nur der Anteil des Musters, der auf den oberen Abschnitt der Linse des Auges E verteilt wird, wird über den entsprechenden Punkt oberhalb der Schneide K bei der Rückkehr erfaßt. Der zurückgekehrte Abschnitt kehrt vom unteren Abschnitt des Auges 24 zurück und erfährt, wenn er das zweite Mal an der Schneide K vorbeiläuft, eine zweite Ablenkung nach oben. Diese zweite Ablenkung ergibt bei der Aufnahme an einem Photodetektor, wie er in Fig. 11 dargestellt ist, einen erhöhten Kontrast durch erhöhte Lichtversetzung bei der Analyse des sich ergebenden Bildes.

Analog zu den eben besprochenen Vorgängen können auch die von Augen mit anderen optischen Fehlern zurückgeworfenen Bilder betrachtet werden. In jedem Fall gelangt das bei einer Schneidenuntersuchung zu beobachtende Licht an einem Abschnitt des Auges in dieses und tritt an einem diametral entgegengesetzt liegenden Abschnitt wieder aus. Es ist deshalb zu sehen, daß das angeführte Prinzip der gesteigerten Ablenkung bei allen Sichtfehlern arbeitet. Beispielsweise gilt für die in Fig. 1D und 1E gezeigte Untersuchung eines weitsichtigen Auges, daß im unteren Abschnitt 23′ eintretendes Licht im oberen Abschnitt 23 austritt. In ähnlicher Weise wird bei der Darstellung in Fig. 1G in den linken Abschnitt 36′ der Linse eintretendes Licht das Gebiet 36 verlassen. Die erzeugte vergrößerte Ablenkung bleibt gleich.

In Fig. 11 ist gezeigt, wie die Speziallinse oder Wobbel- Platte V nach der Erfindung eine Erfassungs- oder Detektorapertur 200 überdeckt. Die Apertur 200 wird durch vier Schneidenpaare begrenzt, die jeweils mit A, A′, B, B′, C, C′, und D, D′ bezeichnet sind.

Bei der Beobachtung dieser quadratisch um die Detektorapertur 200 angeordneten Schneiden ist zu bemerken, daß nur die Licht aussendenden Aperturen A, B, C und D unmittelbar der Detektorapertur 200 benachbart sind. Diese Lichtquellen besitzen ihre Schneiden der Apertur 200 benachbart und bilden die jeweiligen vier Schneidenbegrenzungen, wie sie vorher gezeigt wurden.

Es hat sich gezeigt, daß zusätzlich zu den beobachteten Reflexionen von der Netzhaut auch noch reflektierte Lichtanteile von der Hornhaut und der Iris zurück zum Detektor D₁ bis D₄ gelangen. Wenn nur eine Seite der Detektorapertur beleuchtet wird, besitzt eine Schneide die Auswirkung, daß ein gewichtetes Bild in den Detektorsegmenten D₁ bis D₄ empfangen wird. Deshalb hat es sich als nützlich erwiesen, die Schneiden jeweils paarweise zu beleuchten. Wenn also der Schneidenabschnitt A beleuchtet wird, wird gleichfalls der Schneidenabschnitt A′ beleuchtet.

Mit Bezug auf den Abschnitt A′ ist zu bemerken, daß er einen Abstand von der durch das Element C gebildeten Schneide einhält. Da er einen Abstand von der Breite des Elementes C von der Detektorapertur 200 besitzt, wird infolge des Netzhaut-Schneideneffektes im wesentlichen kein Licht von der Quelle A′ zurückkehren. Der einzige zurückkehrende Lichtanteil ist das Licht von anderen Reflexionen, z. B. an der Hornhaut, an der Iris und dergleichen. Um da Licht von den Schneiden zum Auge und wiederum vom Auge zum Detektor weiterzuleiten, kann wahlweise eine Linse 203 zwischen die Lichtquellen und das Auge gesetzt werden.

Um sicherzustellen, daß die Kombinationen aus den dargestellten Lichtquellen A, A′ nicht zur Gewichtung der Gesamtversetzung des Bildes beitragen, sind beide Lichtquellen mit einer Effektivität versehen, die symmetrisch zur Mitte 201 der Lichtaufnahmeapertur liegt. Um das zu erreichen, besitzt die Lichtquelle A eine leicht erhöhte Intensität gegenüber der Lichtquelle A′, und zwar ist dieses Verhältnis so beschaffen, daß das Produkt des Abstandes vom Punkt 201 zur Lichtquelle A mal der Intensität gleich dem Produkt des Abstandes vom Punkt 201 zur Lichtquelle A′ mal deren Intensität ist. Das gleiche Beleuchtungsschema wird mit Bezug auf die Lichtquellen B, V′, C, C′ und D, D′ benutzt.

Die Weiterleitung des Lichtes zum Auge E findet in der gezeigten Weise über eine Linse 203 statt. Diese Weiterleitungs anordnung ist nur schematisch dargestellt. Es kann jede Anzahl von Weiterleitungssystemen benutzt werden.

Es ist zu beobachten, daß jede Lichtquelle A bis D′ mit einem Linsenanteil überdeckt ist. Vorzugsweise hat die Zylinderlinse eine solche Brennweite, daß zusammenwirkend mit der anderen vorhandenen Optik die jeweilige Schneide auf die Netzhaut R des Auges E projiziert wird. Von dem schwachen Abbild an der Netzhaut R des Auges E zurückkehrendes Licht tritt durch das Linsenelement V und die Detektorapertur 200 hindurch und gelangt auf die bereits beschriebenen Detektorsegmente D₁ bis D₄.

In Fig. 12 ist nun eine bevorzugte Ausführung der erfindungs gemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese Ausführung zeigt eine Wobbel-Platte W, die nicht nur die Detektorapertur 200, sondern zusätzlich jede der Lichtquellen überdeckt. Es tritt dann die bereits anhand von Fig. 10 schematisch beschriebene Ablenkung für jede Schneide auf. Es erfolgt also für jede der vier Schneiden die Abbildung eines optischen Musters zum Auge hin und jede optische Schneide läßt Rückkehrlicht zu den Detektorsegmenten D₁ bis D₄ in der vorher dargestellten Weise zurückkehren. Es ist zwar zu sehen, daß die Platte W in Fig. 12 entweder über den Abschnitt der Schneide, die Licht zum Auge emittiert, dem Abschnitt der Schneide, die Licht vom Auge empfängt oder beiden (wie in Fig. 12 gezeigt) betreibbar ist.

Bei der Entwicklung der Erfindung wurde eine überraschende Entdeckung gemacht. Es wurde festgestellt, daß jedes aus gekreuzten Zylinderlinsen gebildete optische Element für die praktische Ausführung der Erfindung genügt. Ferner wurde festgestellt, daß die gekreuzten Zylinderlinsen aus einer beliebigen, sich wiederholenden Kombination von Zylindern gebildet werden kann, einschließlich der Fälle, bei denen die Zylinder positiv und positiv, negativ und positiv, positiv und negativ, und/oder negativ und negativ sind. Insbesondere wurden aus negativen Linsen zusammengesetzte Matritzen als sehr gut geeignet empfunden, insbesondere wenn sie in willkürlicher Verteilung mit Bezug auf die Schneiden gesetzt werden.

Ferner wurde erkannt, daß auch andere optische Flächen für die Verteilung des Lichtes eingesetzt werden können. So lange das Licht gleichmäßig von einer zentralen Detektorlage auf alle Detektorquadranten verteilt und proportional zur Bewegung des erfaßten Bildes auf den Detektorsegmenten bewegt wird, kann ein optisches Element mit mehrfachen Ablenkflächen eingesetzt werden.

Dabei ist das Wort "Optik" so zu verstehen, daß sowohl Spiegel als auch Linsen gemeint sind. Das Wort "Ablenkung" soll dabei sowohl Brechung als auch Spiegelung umfassen.

Als Beispiele für die unterschiedlichen benutzbaren Flächen werden Zylinder, willkürlich ausgerichtete Pyramiden und dergleichen genannt.

In Fig. 14A ist ein Diagramm einer Linsenanordnung gezeigt. Dabei wird eine schematische Darstellung von Linsenflächen ähnlich der in Fig. 4B enthaltenen benutzt. Jedoch werden hier Pfeile 301-304 angewendet, um die Ablenkung des Lichtes an Teilen des jeweils negativen optischen Abschnittes C- in den regelmäßig angeordneten Linsenelementen zu zeigen. Wie zuvor sind die Linsenelemente mit C+, C-, A 1 und A 2 bezeichnet.

Bei einer Überprüfung dieser Elemente ist zu sehen, daß mit Bezug auf die aneinanderstoßenden Quadranten der Elemente C+, C-, A 2 und A 2 das gesamte auf aneinanderstoßende oder benachbarte Quadranten auffallende Licht zu dem gleichen Detektorquadranten hin gelenkt wird. So kann mit Bezug auf den unteren rechten Quadranten des Elementes C+ den oberen rechten Quadranten des Elementes A 1, den oberen linken Quadranten des Elementes C- und den unteren linken Quadranten des Elementes A 2 gezeigt werden, daß das gesamte, auf diese Elemente auftreffende Licht in die gleiche Richtung abgelenkt wird. Darüber hinaus ist zu sehen, daß die aneinanderstoßenden Quadranten zusammen einen Bereich bestimmen, der äquivalent jedem der Linsenelemente ist, und dessen Begrenzung um den Ablenkpfeil 304 dargestellt ist. Dieser Bereich der gemeinsamen Ablenkung ist gleichmäßig schraffiert. Das gesamte auf den so schraffierten Bereich auftreffende Licht wird zum Quadranten D _IV des Detektors geleitet.

In gleicher Weise ist zu sehen, daß das um den Pfeil 303 in dem wieder gleichmäßig schraffierten Bereich auftreffende Licht in den Quadranten D _III, das in dem gleichmäßig schraffierten Quadranten um den Pfeil 302 auftreffende Licht zu dem Detektorquadranten D _II usw. geleitet wird. Damit ergeben sich Bereiche der Linsenmatrix mit der gleichen Größe und Form wie jedes Linsenelement C+, C-, A₁ und A₂, von denen alles auftreffende Licht jeweils auf den gleichen Detektorquadranten geleitet wird.

Es wurde nun entdeckt, daß die Umleitung des Lichtes bei Linsenelementen mit immer der gleichen Brechkraft benutzt werden kann, um eine Versetzung eines Niedriglichtpegel- Abbildes zu erfassen. Insbesondere wurde gefunden, daß entweder positive Zylinderlinsen, negative Zylinderlinsen oder astigmatische Linsenelemente mit entgegengesetzt gekreuzten Zylinderausrichtungen benutzt werden können, um die optische Versetzung, die in der Erfindung benutzt wird, zu erzeugen.

Ein Beispiel dieser Benutzung von negativen Linsenelementen ist in Fig. 14B dargestellt. Hier ist eine Reihe von negativen Linsenelementen C- nebeneinander angeordnet gezeigt. Die Linsenelemente C- können wieder in jeweils vier Quadranten unterteilt werden. Diese Quadranten sind ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn forlaufend Q₁ bis Q₄ bezeichnet, und Licht das in den Unterquadranten Q₁ fällt, wird in die Uhrzeigerstellung für 10.30 Uhr, in Q₂ fallendes Licht in die Uhrzeigerstellung 8.30 Uhr, in Q₃ fallendes Licht in die Uhrzeigerstellung 4.30 Uhr und in Q₄ einfallendes Licht in die Uhrzeigerstellung 1.30 Uhr gerichtet, d. h. das Licht in den Unterquadranten Q₁ und Q₂ wird im Gegenuhrzeigersinn, das in den Quadranten Q₃ und Q₄ im Uhrzeigersinn versetzt. Damit wird Licht vom Abschnitt Q₁ zum Detektorquadranten I, das auf den Detektorabschnitt Q₂ zu dem Detektorquadranten II, das Licht von Detektorsegment Q₃ zum Detektorquadranten III geleitet.

Weiter kann aus dem Schema der Fig. 14B gesehen werden, daß eine Schneide K₁, die mit einer Neigung 2 : 1 ausgelegt ist, dazu führt, daß gleiche Abschnitte der Schneide an allen Segmenten des Detektors auftreten. Beispielsweise kann anhand der Schneide K₁ gezeigt werden, daß ein gleicher linearer Abschnitt der Schneide durch jeden Linsenquadranten in ein jeweiliges Detektorsegment abgelenkt wird. Beispielsweise zeigt ein Versuch der Fig. 14B und 15A bei einer Überprüfung des Verlaufes der Schneide K 1 von links nach rechts, daß ein erstes Viertel der Schneide zum Detektor abschnitt D _II abgelenkt wird, ein zweiter Abschnitt der Schneide K₁ zum Detektorquadranten D _III, quer über ihn verlaufend, der dritte Abschnitt der Schneide K₁ zum Detektorquadranten D _I, quer über ihn verlaufend und schließlich der vierte Abschnitt der Schneide K₁ zum Detektorquadranten D _IV, quer über ihn verlaufen. Es ist schnell zu sehen, daß gleiche Abschnitte der Schneide K₁ jeweils in verschiedene Detektor quadranten abgelenkt werden.

Aus den bisherigen Diskussionen können zwei jeweils zu befolgende Regeln abgeleitet werden, wenn schwache Abbilder durch den erfindungsgemäßen Detektor erfaßt werden sollen. Die erste Regel besteht darin, daß bei der Erfassung eines zentrierten Abbildes das Licht gleichmäßig über alle Quadranten (des Detektors) verteilt wird. Die zweite zu befolgende Regel besteht darin, daß bei einer Bildversetzung das Licht mit gewichteten Anteilen auf die Detektorquadranten auffällt. Effektiv wird eine Anzeige der Versetzung des Lichtes durch die Lichtverteilung auf die verschiedenen Detektorquadranten erhalten.

Tatsächlich trifft dies aber nicht bei den regelmäßig angeordneten Linsenelementen nach Fig. 14B zu. Statt einer solchen "geradlinigen" Erfassung der auf die photodiskreten Detektorsegmente auftretenden Lichtmengen hat es sich als nötig erwiesen, zwischen den Strömen an bestimmten Stellen zu differenzieren im Vergleich zu dem an allen vier Quadranten erhaltenen Gesamtlichtsignal. Diese Eigenschaft der Erfindung wird nachfolgend mit bezug auf Fig. 15A bis 15C besprochen.

Zusätzlich hat es sich gezeigt, daß bei einer Schneide, die über eine Vielzahl von Elementen verläuft, die schräge Ausrichtung der Schneide mit bezug auf die erzeugte Linsenmatrix weniger kritisch ist. In Fig. 14C ist z. B. eine Schneide mit einer Steigung von 12 : 1 gezeigt.

Aus der vorangehenden Besprechung ergaben sich für das Plazieren der Schneide zwei zu befolgende Regeln:

Erstens muß die Aperturkante oder -schneide gleiche Abschnitte jedes Segmentes der Linse überqueren, so daß Licht von gleichen Abschnitten der Schneide jeweils auf separate Detektorquadranten gerichtet wird. Zweitens muß die Schneide geneigt zu den Begrenzungen der Linsenelemente, d. h. nicht parallel zu diesen Begrenzungen, angeordnet werden. Es ist vorher eine besonders bevorzugte Steigung oder Neigung der Größe 2 : 1 dargestellt worden, wobei die Anforderung bestand, daß die Begrenzung mindestens vier separate diskrete Elemente überquert.

Wenn die dargestellten Linsenelemente regelmäßig nebeneinander angeordnet werden, so daß Zeilen und Spalten aus solchen Elementen auftreten, so hat sich gezeigt, daß ein Anordnen der Schneiden in Ausrichtung mit den Zeilen und Spalten, oder mit einer genau ausgerichteten Steigung zu den Reihen und Spalten eine Detektorkonfiguration ergibt, die die Versetzung der Abbilder nicht zuverlässig mißt.

Anhand der Fig. 14C kann gesehen werden, daß die Schneide eine große Anzahl von diskreten Elementen überqueren und dicht in die Nähe der verbotenen horizontalen Ausrichtung gelangen kann. Insbesondere kann, wenn eine große Vielzahl von Elementen in einer Anordnung nebeneinander gelegt werden, der Schneidenwinkel immer dichter an die Achse einer Zeile oder einer Spalte diskreter Linsenelemente oder alternativ in eine schräge Ausrichtung der Elemente gelangen, ohne die Schneide unwirksam zu machen.

Es hat sich sogar gezeigt, daß gemäß Fig. 17 die Linsenelemente willkürlich oder zufällig nebeneinander angeordnet werden können. In Hinsicht auf eine solche zufällige Ausrichtung unter Benutzung einer großen Vielzahl von Linsenelementen mit Bezug auf jede Schneide zeigt sich, daß die Lichtverteilung mit gleichen Proportionalanteilen auf die Quadranten entsprechend der Gewichtung des Gesamtabbildes weitestgehend angenähert wird. Mit einer solchen Ausgestaltung können genaue Messungen hergestellt werden.

In Fig. 15A ist ein in Quadranten unterteilter Detektor gezeigt, bei dem eine Schneidenbeleuchtung mit Bezug auf die Schneidenkante K₁ quer zu einem Linsenelement ähnlich wie in Fig. 14B angeordnet ist. Es ist zu sehen, daß die jeweiligen Detektorquadranten im Gegenuhrzeigersinn mit D _I, D _II, D _III und D _IV bezeichnet sind. Es kann gleicherweise gesehen werden, daß die Schneide K₁ jeweils der Reihe nach die Segmente oder Quadranten D _III, D _IV, D _II und D _I überquert. Es ist zu bemerken, daß die Detektorquadranten größer als die projizierten Abbilder der Schneide sind. Insbesondere wird bevorzugt eine Detektorfläche verwendet, die dem Vierfachen der Bildgröße entspricht, um Signal-Ungleichheiten infolge einer Bildverschiebung über die lichtempfindliche Oberfläche hinaus zu vermeiden.

Eine Versetzung eines Abbildes in der X-Richtung von der in Fig. 15A dargestellten Verteilung aus, wie sie in Fig. 15B dargestellt ist, erzeugt ein interessantes Ergebnis. Es wird insbesondere gleich beobachtet, daß sobald die Versetzung nur in X-Achsenrichtung erfolgt, der Anteil der Schneide in den Detektorsegmenten D _I plus D _II oder D _III plus D _IV jeweils ungeändert bleibt. Das trifft jedoch nicht auf die Verteilung mit Bezug auf die Detektorsegmente D _I plus D _IV oder D _II plus D _III zu. Beispielsweise wird die Länge der Schneide K₁ im Detektorsegment D _III reduziert. Dieser Anteil der Schneide erscheint statt dessen im Segment D _IV.

Eine Versetzung des Abbildes in Y-Richtung von der in Fig. 15A gezeigten Form in die in Fig. 15C gezeigte erzeugt gleicherweise ein interessantes Ergebnis. Es wird beobachtet, daß bei einer nur in Y-Achsenrichtung erfolgenden Versetzung der Anteil der Schneide in den Detektorsegmenten D _II plus D _III oder D _I plus D _IV ungeändert bleibt. Das trifft jedoch nicht mit Bezug auf die Detektorsegmente D _I plus D _II oder D _III plus D _IV zu. Sieht man sich die Lichtmenge in jedem Quadranten während der Bewegung von der Form in Fig. 15A zu der in Fig. 15C an, so wird eine gewisse Nichtlinearität erzeugt. Zunächst kann während des ersten Teils der Bewegung gezeigt werden, daß sich der Anteil der Schneide im Quadranten D _II verringert, bis die gesamte Schneide K₁ aus dem Quadranten D _II herausläuft. Danach läuft die Schneide aus dem Detektorquadranten D _I heraus. Im Detektorquadranten D _II erfolgt während dieser Bewegung keine weitere Lichtverminderung. Es besteht also eine Nichtlinearität bei der Versetzung in Y-Richtung, wenn man jeden Quadranten separat betrachtet, jedoch verhalten sich die Summen D _I plus D _II oder D _III plus D _IV linear bei der in Y-Richtung verlaufenden Verschiebung.

Es hat sich gezeigt, daß eine Differenzierung der gesamten Lichtsumme mit Bezug auf das in bestimmten Quadranten empfangene Licht ein Signal erzeugt, das proportional zur Versetzung in X- und Y-Richtung ist. Beispielsweise ergibt die folgende Formel ein Signal mit Bezug auf die Versetzung in X-Richtung, wenn sie in dieser Richtung erfolgt:

In entsprechender Weise wurde infolge der Nichtlinearität die bei einer Versetzung längs der YC -Achse gemäß Fig. 15C auftritt, wieder festgestellt, daß durch Differenzierung bestimmter Segmente mit Bezug auf die anderen Detektorsegmente im Vergleich zur gesamten empfangenen Lichtmenge ein auf die Y-Achsenversetzung bezogenes Signal erzeugt werden kann, das sich durch folgende Formel ergibt:

Dabei bedeutet jeweils:

D _x die Versetzung in X-Richtung,
D _y die Versetzung in Y-Richtung,
L _I die auf den Quadranten I auffallende Lichtmenge,
L _II die auf den Quadranten II auffallende Lichtmenge,
L _III die auf den Quadranten III auffallende Lichtmenge, und
L _IV die auf den Quadranten IV auffallende Lichtmenge.
(Gemeint sind jeweils die Detektorquadranten D _I bis D _IV).

Bei der Benutzung der meisten Refraktometer besteht das Problem des Ausrichtens, das immer angetroffen wird.

Insbesondere muß das Auge "festgelegt", d. h. in die genaue Ausrichtung mit der optischen Achse des Instrumentes gebracht oder, anders ausgedrückt, in eine "YX"-Ausrichtung gebracht werden. Ist das Auge längs der optischen Achse "festgelegt", so ist noch die Lage des Auges in Bezug auf die Entfernung vom Instrument wichtig. Für diese Seite des Problems wurde ein spezielle Apertur entwickelt.

Fig. 16A zeigt einen Detektor, der mit der Erfindung eingesetzt wurde. Insbesondere sind vier Prismen 401, 402, 403, 404 in eine quadratische Anordnung gebracht. Die in dieser quadratischen Anordnung befindlichen Prismen bestimmen eine mittlere quadratische Apertur 410 und vier quadratische Umfangs- oder Eckenaperturen 41 36087 00070 552 001000280000000200012000285913597600040 0002003143162 00004 359681, 412, 413 und 414. Jedes Prisma besitzt eine lichtundurchlässige Fläche und drei gefaste Kanten, von denen Licht ausgesandt wird. Bei dem Prisma 401 ist die undurchsichtige Fläche 400 und die drei lichtaussendenden Kantenbereiche 415, 416 und 417 angegeben.

Auf jeden Kantenbereich ist eine lichtaussendende Diode LED über eine Linse fokussiert. Die LED wird über die Linse und von dort durch das Prisma so fokussiert, daß ein stark vergrößertes Abbild der LED in das zu prüfende Auge fokussiert wird. Bei dem Prisma 401 ist die LED 405 durch die Linse 409 fokussiert und erfährt an und in dem Prisma 401 zwei Refraktionen (beim Ein- und Austritt in bzw. aus dem Prisma) und eine Reflexion an der seitlichen Giebelfläche. Durch diese Lichtablenkungen wird vom Prismen-Kantenbereich 415 Licht ausgesandt. Typischerweise ist der angefaste Kantenbereich 415 des Prismas so gerichtet, daß das Licht der LED zu dem Auge hin gerichtet ist. Vorzugsweise wird eine "Blasenplatten-"Fläche zu der Prismenoptik hinzugefügt, vorzugsweise an der Fläche des ersten Eintrittes des Lichtes in das Prisma.

In gleicher Weise wird die LED 406 durch den Kantenbereich 416 zur Ausstrahlung von fokussiertem Licht gebracht, während das fokussierte Licht der LED 407 durch den Kantenbereich 417 hindurchtritt. Die jeweiligen Prismen 402, 403 und 404 sind in gleicher Weise mit Licht aussendenden Kantenbereichen wie das Prisma 401 versehen.

Alle durch die Kanten gebildeten Schneiden sind vorzugsweise so maskiert, daß unmittelbar "über" ihnen einfallendes Licht zu dem Detektor weitergeleitet wird, während das restliche Licht zurückgewiesen wird. Diese Maskierung ist in Fig. 16A dargestellt.

Insbesondere ist darauf hinzuweisen, daß die Eckbereiche der Licht aussendenden Kantenbereiche maskiert sind. So ist zu sehen, (Fig. 16A) daß bei den Prismen 401 und 402 die Eckbereiche 420 beschichtet sind.

Von den jeweiligen Prismen wird Licht zu dem zu prüfenden Auge ausgesandt und kehrt von dem zu prüfenden Auge mittels einer bereits beschriebenen, aber hier nicht gezeigten Projektionsoptik zurück. Das aufgenommene Licht tritt an der durch die Verbindung aus Prismen und den Aperturen bestimmte Schneide vorbei. Das Licht tritt dann in das Innere eines Detektors mit der quadratischen, vorher dargestellten Anordnung. Beim Eintreten in das Innere durchläuft das Licht ein spezielles Linsenelement oder eine Wobbel-Platte V, (vorzugsweise die in Fig. 17 dargestellte Blasenplatte) und dann über eine Fokussierlinse zum Detektor, auf welchem ein Abbild K′′ gebildet wird. Es erfolgt dort eine Analyse des Schneidenbildes.

Fig. 16B zeigt ein Abbild der Frontseite des Detektors so, wie ihn das Auge des zu untersuchenden Patienten sieht.

Es ist zu bemerken, daß die Licht aussendenden Kanten 416 einerseits und 418 und 419 andererseits längs einer horizontalen oberen Kante des Detektors ausgerichtet sitzen. Dabei ist die Länge der Kante 416 gleich der Gesamtlänge der Kanten 418 plus 419. Es kann also gesagt werden, daß die zwei äußeren Kanten zusammen die gleiche Länge wie die innere Kante 416 besitzen.

Gleichfalls ist zu bemerken, daß die Kante 416 entgegengesetzt zu den Kanten 418 und 419 gerichtet ist. Wenn man nun annimmt, daß die den in eine Richtung gewendeten Kantenbereich 416 und die in die entgegengesetzte Richtung gewendete Kantenbereiche 418 und 419 umfassende Kante beleuchtet wird, so werden in einem Auge gleiche, jedoch entgegengesetzte Brechungseffekte durch die verschiedenen Kanten erzeugt. Anders gesagt, die Kanteneffekte geben nicht ein gewichtetes Abbild mit einer aufschlußreichen Anzeige der erforderlichen sphärischen oder zylindrischen Korrektur. Oder mit anderen Worten, die Beleuchtung längs einer einzelnen Kante, in der gleiche Abschnitte in entgegengesetzter Richtung vorhanden sind, erzeugt keine erfaßbare Verschreibungskorrektur.

Mit Bezug auf die lineare Kante, die die beleuchteten Kanten bereiche 426, 428 und 429 enthält, kann diesselbe Feststellung getroffen werden. Da gleiche Abschnitte der Kante in entgegengesetzt zueinander liegender Richtung beleuchtet werden, wird ebenfalls keine Gewichtung der Abbilder im Auge erfaßt. Es kann jedoch mit Bezug auf Fig. 16B gezeigt werden, daß die aufeinanderfolgende Beleuchtung dieser jeweiligen Abbilder bei der Ausrichtung eines Auges benutzt werden können.

In Fig. 16C ist eine schematische Darstellung gegeben, bei der angenommen ist, daß das dargestellte Auge in der XY-Ebene richtig zentriert ist. Diese Ausrichtung wird durch Messen der auf den Quadranten D _I, D _II, D _II und D _IV des Detektors auftreffenden Bild-Lichteinfälle ausgeführt.

Es ist nun das Problem zu lösen, wie die richtige Positionierung des Auges in Z-Achsenrichtung, d. h. der Abstand des Auges zum Detektor bestimmt wird. In der schematischen Darstellung Fig. 16C sind die jeweiligen Licht aussendenden Kantenbereiche, d. h. die oberen Kantenbereiche 416, 418 und 419 sowie die unteren Kantenbereiche 426, 428 und 429 schematisch dargestellt.

Es ist dabei zu sagen, daß Fig. 16C eine rein schematische Darstellung ist, bei der die Fokussierungsoptik P die Konvergenz des Bildes von den Kanten zu einem aktiven Detektor errreichen soll, und die spezialisierte Optik V wie auch das Auge des Patienten weggelassen ist. In Fig. 16C sind die Abbilder für die jeweiligen Schneidenkantenbereiche in unterschiedlichen Abständen dargestellt. Dabei betreffen von den sechs dargestellten Detektorabbildern die oberen beiden Abbilder das Auge im richtigen Abstand vom Detektor. Die beiden mittleren Abbilder ergeben sich beim Detektor, wenn das Auge zu nahe und die beiden unteren, wenn das Auge zu fern ist.

Dabei bedeutet die rechte Spalte die Bilder, die entstehen, wenn die Schneiden 416, 418 und 419 beleuchtet werden, während die linke Spalte Abbilder zeigt, die entstehen bei beleuchteten Schneiden 428, 426 und 429 (vgl. auch Fig. 16B). Typischerweise werden diese Abbilder mit Beleuchtung eines linearen Satzes von Schneiden und danach durch Beleuchtung des zweiten linearen Satzes von Schneiden erzeugt.

Bei den oberen Abbildern mit dem Auge in richtigem Abstand ist zu sehen, daß das durch die Schneiden 418, 416 und 419 gebildeten Abbild gleich dem bei Beleuchtung der Schneidenkanten 428, 426 und 429 (vgl. auch Fig. 16B) ist.

Ist das Auge zu nahe, so wandert das durch die Schneiden 418, 416 und 419 entstehende Bild an der Detektoroberfläche nach oben. Große Konzentrationen der entstehenden Bilder erscheinen an den oberen Quadranten D _I und D _II. Die Auswirkung auf das Bild der Schneiden 428, 426 und 429 verläuft in umgekehrter Richtung, d. h. die jeweiligen Abbilder der Schneiden fallen in größerem Anteil auf die QuadrantenD _III und D _IV.

Typischerweise werden die Schneiden des Detektors entweder mit einem eigenen diskreten Signal moduliert, so daß die Bilder voneinander getrennt werden können, oder sie werden abwechselnd eingeschaltet. In jedem Fall ergibt das Ausgangs signal des Detektors von den Quadranten des Detektors eine Anzeige der Abstandsstellung des (nicht dargestellten) Auges.

Wie die unteren beiden Darstellungen zeigen, werden die Auswirkungen genau umgekehrt, wenn der Abstand des Auges zu groß ist, d. h. das Bild der Schneiden 418, 416 und 419 wandert nach unten zu den Detektorquadranten D _III und D _IV, während das Abbild der Schneiden 428, 426 und 429 nach oben zu den Quadranten D _I und D _II wandert.

Es ist dabei zu beobachten, daß die jeweiligen entstehenden Abbilder der Schneiden symmetrisch sind, d. h. daß sie um die Mittellinie gleichgewichtet sind. Der Grund dafür ist, daß die entgegengesetzt gerichteten Schneiden gleiche Gesamtlänge besitzen. Daraus ergibt sich, daß die jeweiligen erzeugten Schneidenbilder gegenüber den in dem betreffenden Auge anzutreffenden optischen Fehlern unempfindlich sind.

Es kann so gesehen werden, daß das erzeugte Bild unempfindlich gegenüber eventuellen optischen Fehlern des Auges, jedoch empfindlich gegenüber den Lageauswirkungen des Auges bei der Erfassung durch das Instrument ist.

Wird angenommen, daß das Auge richtig erfaßt ist, dann wird die Vermessung des Auges so ausgeführt, daß in der gleichen Richtung, jetzt jedoch in unterschiedlichen Stellungen angeordnete Schneiden beleuchtet werden. Eine Schneidenprüfung unter Benutzung einer solchen Schneidengruppe wird nun dargestellt, wobei die Schneidenprüfung mit den anderen Schneiden analog und leicht zu verstehen ist.

Eine typische Schneidenuntersuchung wird mit Bezug auf die schematische Darstellung Fig. 1D gezeigt. Es sind hier die Schneiden 416, 428 und 429 gezeigt. Die Schneiden treten durch eine Projektionsoptik P zu einem Detektor mit den Detektorquadranten D _I, D _II, D _III und D _IV.

Zunächst ist zu bemerken, daß alle Schneiden 416, 428 und 429 gleich gerichtet sind. Das über ein Auge erzeugte Abbild ist damit für die erforderlichen Korrekturen, d. h. die optischen Fehler des Auges empfindlich. Wird nun zunächst Normalsichtigkeit angenommen, so melden die Detektorsegmente ein minimales Signal. Da die jeweiligen Schneiden gleichmäßig um die Zentralachse des optischen Instrumentes verteilt sind und eine gleichmäßig um die optische Achse des Instrumentes zentrierte Beleuchtung erzeugen, ist die Lageempfindlichkeit des Meßsystems minimal. D. h., daß das Instrument auf Lagefehler des Auges gegenüber dem Detektor und der Beleuchtungs einrichtung nur in minimalem Ausmaß kaum meßbar reagiert.

Entsprechend den bereits früher gegebenen Darstellungen erzeugt ein weitsichtiges Auge ein Abbild auf einer Seite des Detektors, beispielsweise an den Detektorquadranten D _I und D _II. In gleicher Weise erzeugt ein kurzsichtiges Auge ein Abbild an den entgegengesetzt liegenden Quadranten D _III, D _IV. Schließlich ergibt ein astigmatisches Auge ein Abbild an den an der einen bzw. der anderen Seite gelegenen Quadranten, wobei als Beispiel hier die Quadranten D _II und D _III dargestellt sind.

Wie der Fachmann sofort erkennt, können die im Detektor vorhandenen Schneiden umgeschaltet werden. Sie werden so umgeschaltet, daß als nächstes die zu den dargestellten Abbildern Entgegengesetzten aufgenommen werden. Dadurch ergibt sich für das Instrument der erwünschte "GegentaktD"- Effekt. Darüberhinaus kann die Abbildung auch mit den links bzw. rechts gelegenen Schneiden fortgesetzt werden. D. h., daß eine Messung unter Benutzung einer Schneidengruppe an der linken Seite und dann der entgegengesetzt liegenden Schneidengruppe rechts ausgeführt werden kann.

An dieser Stelle ist festzustellen, daß die LED jeder Gruppe und entsprechend die damit benutzten Detektoren moduliert werden können. Damit können die Messungen insgesamt gleichzeitig ausgeführt und die vom Auge zurückgeworfenen modulierten Signale voneinander gesondert werden. Unter Benutzung eines zentralen sichtbaren Blickziels oder Fixierpunktes für das Auge kann eine Fokussierung des Auges auf dieses Blickziel erreicht werden. Diese Fokussierung des Auges ergibt dann eine Objektivrefraktion für das an verschiedene Entfernungen angepaßte Auge.

Für das jeweilige ausgewählte Abbildungssystem ist zu verstehen, daß die Schneiden alle aktiv sind und ein gemeinsames Zentroid besitzen. Wenn die Abbilder an dem Detektor D einfallen, entfallen sie auf jeden Quadranten mit gleicher Intensität. In Fig. 16E ist nun ein optischer "Zug", und in Fig. 16F das entsprechende Abbild am Detektor gezeigt, und daran wird der Ausgleich des Spiegelreflexions-Abbildes mit Bezug auf die benutzte Ausrichtung der Detektoren zur Messung der vorzuschreibenden Korrekturen durch die Licht messung dargestellt.

In Fig. 16E sind an einem Auge E drei Lichtquellen A, B und C abgebildet. Die Abbilder dieser Lichtquellen werden durch eine (nicht dargestellte) Optik zu drei Realbildstellen geleitet, die mit K _A, K _B und K _C bezeichnet sind. Das Abbild K _A befindet sich über der optischen Achse und ist zweimal so lang, wie die jeweiligen Abbilder K _B und K _C. Ein Abbild dieser optischen Gegebenheiten wird durch die besondere Optik V zum Detektor D geleitet. Die besondere Optik V wurde bereits beschrieben.

Nun weist Fig. 16F das Lichtzentroid am Detektor D. Dieses Zentroid gilt für spiegel-reflektiertes Licht und enthält keine optischen (Verschreibungs-)Augenkorrekturen.

Es kann gesehen werden, daß jedes Abbild gegenüber der optischen Achse versetzt, und zwar um einen bestimmten Betrag versetzt ist. So bleiben, wenn der Detektor D entweder zu nahe oder zu weit entfernt ist, die jeweiligen Bewegungen des Abbildes von jeder Lichtquelle die gleichen.

Anhand von Fig. 16G und 16H kann gesehen werden, daß das nicht der Fall ist, wenn eine einzige Schneide benutzt wird. In Fig. 16G sendet eine Pupille mit einer einzigen real abgebildeten Lichtquelle A deren Abbild zur spezialisierten optischen Platte V mit der Schneide K _a. Das wird dann durch eine (nicht dargestellte) Optik zur Detektorebene weitergeleitet. Unter der Annahme, daß die Detektorebene sich im richtigen Abstand vom Auge befindet, würde das Bild am Zentrum auftreffen. Da jedoch das Auge entweder zu weit oder zu nahe entfernt ist, wird das Bild verschoben. Insbesondere wird es sich vom Zentrum weg verschieben. In Fig. 16G ist das verschobene Abbild einer Augenpupille gezeigt.

Fig. 16H zeigt nun ein zentriertes Abbild. Es kann gezeigt werden, daß das Lichtzentrum gegenüber den Detektorquadranten D _I, D _II, D _III und D _IV verschoben ist. Tatsächlich ist die Bildwanderung von den oberen beiden Quadranten D _I und D _II zu den unteren Quadranten D _III und D _IV hin erfolgt.

Kehrt man nun zu der Dreiquellenanordnung zurück und nimmt den Fall von nicht spiegelreflektiertem Licht an, so kann die Wirkung der Positionierung der hier gezeigten Optik (näher oder weiter) anhand von Fig. 16J erklärt werden.

Falls sich der Detektor D in der Stellung D₁, bezogen auf die spezielle Optiv V und die Abbilder K _a , K _b und K _c, befindet, so ist zu sehen, daß alle Abbilder im wesentlichen zur Koinzidenz kommen. D. h., sie werden auf einen zentralen Fleck am Detektor D abgebildet. Wenn jedoch der Detektor zu weit weg, beispielsweise in einer Stellung D₂ ist, ergeben sich drei Abbilder, wie sie in Fig. 16L größer dargestellt sind.

Bei einem kurzsichtigen Auge kann anhand von Fig. 16L gezeigt werden, wie die drei Abbilder entstehen. Das untere Abbild I _A wird doppelt so intensiv wie die oberen beiden Abbilder I _B und I _C sein. Diese Abbilder I _B und I _C sind jeweils entsprechend der für das Auge erforderlichen (Verschreibungs-) Korrektur verschoben. In Hinblick auf die bisherige Diskussion ist zu sehen, daß die Verschiebungen sich in den einzelnen Detektorquadranten D _I bis D _IV so addieren, daß das gleiche Ergebnis erzielt wird, wie bei dem einzigen, in Fig. 16K gezeigten Abbild. Demzufolge ergibt sich, daß das dargestellte Detektorschema unempfindlich für die Abstandslage des Auges gegenüber der Vorrichtung ist.

Nun kann mit dieser Erklärung die Beschreibung des unmittelbaren Vorgangs angefügt werden. Zunächst wird die anhand der Fig. 16C erklärte axiale Abstandsausrichtung durchgeführt. Sobald das Auge grob eingerichtet ist, werden die Messungen bezüglich der Refraktionswerte ausgeführt. Diese Messungen werden entsprechend den Darstellungen in Fig. 16J, 16K und 16L durchgeführt. Damit ist es möglich, wenn das Auge zunächst richtig erfaßt ist und dann von der ursprünglichen Stellung abwandert, daß die beschriebene Optik relativ unempfindlich gegenüber einer solchen Bewegung ist. Es ergeben sich korrekte Ablesewerte für den Brechkraftfehler, d. h. eine korrekte Objektivrefraktion.

Was nun die Spiegelreflexion betrifft, so kann mit Bezug auf die in Fig. 16F gezeigte Darstellung gesehen werden, daß die Flächen der Lichtquellen wichtig sind. Insbesondere dadurch, daß das Moment der optischen Flächen über und unter den horizontalen Achsen sowie das Moment links und rechts von den vertikalen Achsen gleich ist, gleichen sich Spiegelreflexionen vom Auge selbst in den verschiedenen Detektorsegmenten aus. Demzufolge können mit der dargestellten Schneidenanordnung Störungen der Refraktionsmeßwerte durch zurückgeworfenes Spiegelreflexlicht nicht auftreten.

Anhand von Fig. 16J wird auch noch eine andere Dimensionierung der Schneidenkonfiguration dargestellt. Insbesondere besitzt jede Schneidenkante K _a, K _b und K _c die gleiche Länge und die gleiche Fläche. Diese jeweiligen Schneiden sind von einer horizontalen Achse zwei Längeneinheiten im Fall der Schneide K _a und eine Längeneinheit im Falle der Schneiden K _b, und K _c entfernt. Diese Abstände sind mit 2 a für die Schneide K _a und a für die Schneidenkanten K _b und K _c angegeben. Die Schneiden besitzen in diesem Falle jeweils die gleiche Länge, die in Fig. 16J mit b/3 angegeben ist.

Fig. 16L zeigt nun die nicht fokussierten Zentroiden des Abbildes. Besonders kann gesehen werden, daß das untere Abbild I _a von der Horizontalachse in einem Maße versetzt ist, das dem doppelten Abstand der Zentren der beiden oberen Schneiden abbilder I _b, I _c entspricht. Störungen des Brechwertsignals infolge axialer Abstandsfehler treten nicht auf. Es ist darauf hinzuweisen, daß für die beste Wirksamkeit die Lichtempfangs- oder die Blickaperturen in Nachbarschaft zu den Schneiden ebenfalls im wesentlichen gleiche Momente über und unter der Horizontalachse sowie links und rechts der Vertikalachse besitzen sollen.

In den Fig. 18A bis 18D sind Verteilungsmuster gezeigt, die an dem Detektor infolge einer dezentrierten Pupille mit einem willkürlichen Brechungsfehler gebildet werden (Kugel plus Zylinderbrechkraft mit einem Schrägwinkel zur Schneide).

In Fig. 18A und 18B ist die Untersuchung mit horizontalen Schneiden gezeigt. Die Schneide K in Fig. 18A ist so angeordnet, daß das Licht durch den Empfangsbereich 400 unter der Schneide K und über der linearen Begrenzung 415 gelangt. In gleicher Weise empfängt in Fig. 18B ein Bereich 402 Licht, der unmittelbar über der Schneide 415 liegt. Bei den Fig. 18C und 18D sind die Schneiden vertikal gerichtet und befinden sich hier jeweils links bzw. rechts von den Durchlaß- oder Aufnahmebereichen 404 bzw. 406. In jeder Fig. 18A bis 18D ist schematisch in der Nähe der jeweiligen Schneidendarstellungen die Detektorfläche dargestellt. Dabei handelt es sich um den bereits mehrfach besprochenen Detektor mit Quadranten D _I bis D _IV.

Bei den dargestellten Bildformen ist zu verstehen, daß das Licht durch die bevorzugte, beschriebene Optik auf die Detektorebene geworfen wird. Damit besitzt das an der Detektorebene auffallende Licht nicht das schematisch an den Detektorflächen in Fig. 18A bis 18D gezeigte Erscheinungsbild, sondern wird, wie bereits erklärt, gleichmäßig verteilt sein. In jedem der Fälle nach Fig. 18A bis 18B mißt der Detektor zwei Werte, die proportional zur X- Zentroidstellung mal dem gesamten empfangenen Lichtfluß sowie der Y-Zentroidstellung mal dem gesamt empfangenen Lichtfluß sind. Da bei beiden Werten der Gesamtfluß der gleiche ist, sind die Werte tatsächlich proportional zu den Zentroidstellungen nach X und Y.

Zusätzlich wird erkannt, daß die Anordnung aus Quelle und Detektor so ausgelegt ist, daß jede Schneide gleiche Gesamtlichtwerte besitzt und in jeder Hinsicht um das Pupillenbildzentrum am Detektor symmetrisch ist. Auf diese Weise können die gemessenen Werte mit einem nachfolgend beschriebenen Verfahren addiert und subtrahiert werden, so daß sowohl eine Brechungs- wie auch eine Pupillen-Dezentrierungs- Information erhalten werden kann.

In Fig. 18A gilt,

X _CA = R _XA + X _P,
Y _CA = R _YA + Y _P,

wobei

X _CA = X-Wert der Zentroidlage, Y _CA = Y-Zentroidlage, R _XA = Versetzung des Zentroids vom Pupillenzentrum in X-Richtung, R _YA = Versetzung des Zentroids vom Pupillenzentrum in Y-Richtung, X _P = X-Wert des Pupillenzentrums, X _P = Y-Wert des Pupillenzentrums.

In gleicher Weise gilt in Fig. 18B

X _CB = R _XB + X _P,
Y _CB = R _YB + Y _P.

Infolge der beschriebenen Verteilungssymmetrie gilt

R _XB = - R _XA,
R _YB = - R _YA,

so daß folgt:

X _CB = X _P - R _XA,
Y _CB = Y _P - R _YA.

Das bedeutet:

X _CA + X _CB = X _P + R _XA + X _P -R _XA = 2X _P,
Y _CA + Y _CB = Y _P + R _YA + Y _P -R _YA = 2Y _P.

Das zeigt, daß die Meßwerte addiert werden können, d. h. die X-Werte und die Y-Werte jeweils miteinander, um Werte zu erhalten, die direkt proportional zur Pupillen-Dezentrierung sind. Es ist zu bemerken, daß hier keine Brechkraft-Information enthalten ist.

Ähnliches ergibt sich:

X _CA - X _CB = X _P + R _XY - (X _P -R _XY) = 2R _XA,
Y _CA - Y _CB = Y _P + R _YA - (Y _P -R _YA) = 2R _YA,

Dadurch wird gezeigt, daß eine korrekte Subtrahierung der gemessenen Werte zu Werten führt, die direkt proportional der Versetzung des Zentroids (d. h. des nach der obigen Formel bestimmten Schwerpunktes) des empfangenen Pupillen musters vom Pupillenzentrum selbst sind. Zusätzlich ergeben sich, da diese Werte die Versetzungen des Zentroides in X- und Y-Richtung sind, sowohl die Größe als auch die Richtung dieser Versetzung, die wiederum direkt zu dem Brechungsfehler in Beziehung stehen, wie bereits früher erklärt wurde.

Es wurde in dieser Beschreibung zuvor bemerkt, daß eine parallele Reihe von Schneiden keine vollständige Brechungs information ergibt (obwohl sie die Dezentrierung der Pupille ergibt). Die restliche notwendige Information wird nun über die zweite parallele Reihe von Schneiden entsprechend Fig. 18C und 18D enthalten. Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß in allen Figuren die Relativstellung des Pupillenzentrums zum Detektorzentrum gleich ist.

Zusammengefaßt wird durch Addieren aller X-Zentroidwerte ein Wert erhalten, der proportional zur X-Komponente der Pupillen-Dezentrierung ist. Durch Addieren aller Y-Zentroidwerte wird ein Wert proportional zur Y-Komponente der Pupillen-Dezentrierung erhalten, und durch korrektes Subtrahieren der Werte bei parallelen Schneidenpaaren entstehen vier der Brechung proportionale Werte nämlich:

X _CA - X _CB = 2R _XA,
Y _CA - Y _CB - 2R _YA,
X _CC - X _CD = 2R _XC,
Y _CC - Y _CD - 2R _YC.

Dann ergibt sich, daß Werte proportional zum sphärischen Äquivalenten (S _eg), zur Querzylinderachse 90°/180° (C ₊) und zur Kreuzzylinderachse 45°/135° (C _x) erhalten werden können, wenn die Refraktions-Proportionalwerte in der folgenden Weise kombiniert werden:

S _eg ∼ R _XC + R _YA
C ₊ ∼ R _XC - R _YA
C _x ∼ R _XA + R _YC

wobei

C ₊ die 0-90° Zylinderbrechkraft und
C _x die 45-135° Zylinderbrechkraft ist.

Es kann gesehen werden, daß der beschriebene Detektor auch benutzt werden kann, um eine Brechungsoptik so zu steuern, daß die an der Detektorfläche empfangenen Signale abgeglichen werden. Diese Schaltung ist bereits beschrieben und beansprucht in der US-PS 40 70 115 des gleichen Anmelders. Insbesondere wird in dieser Patentschrift eine Erfindung beschrieben, die in folgender Weise zusammengefaßt werden kann:

Es wird eine Linsenmeßvorrichtung beschrieben, in welcher kontinuierlich variable Korrekturoptikglieder für sphärische und Zylinderbrechung manipuliert werden, um die Korrekturwerte für ein zu untersuchendes optisches System zu messen. Es wird ein eine Gerade enthaltendes Target auf maximale Schärfe fokussiert, wobei das Target bezogen auf die Achsen des zu untersuchenden optischen Systems willkürlich ausgerichtet ist. Kontinuierlich variable sphärische und erste astigmatische Optikglieder werden in nächster Nähe der zu untersuchenden Optik eingesetzt und das Target-Bild wird durch die zu untersuchende Optik und die kontinuierlich variable Optik projiziert. Es werden dann sphärische und erste astigmatische Korrekturen längs mindestens einer diagonal zum Linientarget stehenden Achse bestimmt, bis sich die maximale Schärfe eines projizierten Abbildes der Geraden ergibt. Es ergibt sich eine erste Komponente der Astigmatismus- Korrektur. Ein zweites, wiederum aus einer Geraden bestehendes Target wird eingeführt, das gegenüber dem ersten Target vorzugsweise um 45° geneigt ist. Es wird nun wieder eine sphärische Angleichung gemeinsam mit einer diagonal gerichteten zweiten Astigmatismus-Korrektur längs mindestens einer diagonal zum zweiten Linientarget stehenden Achse hergestellt, bis sich maximale Schärfe des projizierten Abbildes der Geraden ergibt. Das Resultat ist eine zweite Komponente der Astigmatismus-Korrektur und die endgültige sphärische Korrektur. Es werden Vorkehrungen zur Fernbedienung der kontinuierlich veränderbaren Optik beschrieben, um automatisch die Korrekturen zu bestimmen.

Ein repräsentativer Anspruch dieser Patentschrift lautet folgendermaßen:

1. Ein Verfahren zum Messen der Brechkraft eines zu untersuchenden optischen Systems in mindestens einer Zylinderkomponente mit folgenden Schritten: das zu untersuchende optische System wird in einen Lichtweg gebracht, es wird Licht projiziert, das ein Bild mindestens eines ersten geradlinigen Targets mit einer ersten willkürlich vorgewählten Winkelausrichtung ohne Bezug auf eine vermutete Hauptachse des zu untersuchenden optischen Systems längs des Lichtweges enthält, in den Lichtweg werden variable Optikglieder zur Änderung der Brechkraft nach sphärischer und Zylindergeometrie im wesentlichen entgegengesetzt gleich den Bestandteilen von sphärischer und Zylinder geometrie in der zu untersuchenden Optik vorgesehen, wobei die variablen Optikglieder variable sphärische Optikglieder zur Veränderung der sphärischen Komponente des hindurch projizierten Lichtes und variable Zylinderoptikglieder zur Veränderung der astimatischen Linsenbrechkraft längs erster überschneidender Diagonalen mit im wesentlichen entgegengesetzt gleichem Winkel gegenüber der vorgewählten Winkelausrichtung des ersten geradlinigen Targets enthalten, es wird ein Abbild des geradlinigen Targets von dem durch die variable Optik und die zu untersuchende Optik hindurchtretenden Lichts projiziert und durch Veränderung der sphärischen und der ersten Astigmatismus-Optikglieder wird das Abbild des projizierten geradlinigen Targets optimiert.

Mit Bezug auf Fig. 5 dieser Patentschrift wird ein Schaltschema angegeben, mit dem ein Detektor mit vier distinkten Quadranten die Optikglieder zum Erzielen eines abgeglichenen Bildes ansteuern kann. Die Anpassungen dieser Schaltung an die Gegebenheiten des beschriebenen Detektorabbildes können vom normalen Fachmann auf diesem Gebiet leicht hergestellt werden. In Fig. 16G sind schematisch Linsen zur Erreichung eines derartigen abgeglichenen Bildes als variable sphärische Linsen 515, 0°-90°- Zylinderlinsen 518 und 45°-135°-Zylinderlinsen 520 gezeigt. Diese Linsenanordnung ist direkt von der Fig. 5 der genannten US-PS übernommen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die vom Auge abgegebene Brechkraft-Information nicht von der Fähigkeit des Auges abhängt, Licht an den Detektor zurückzuwerfen. Es kann der Fall sein, daß eine Netzhaut infolge krankhafter Veränderungen vergrößerte Blutgefäße und/oder andere Verformungen aufweist. Eine solche Netzhaut ist nicht in der Lage, Licht über die gesamte Fläche gleichmäßig zum Detektor zurückzuwerfen. In diesem Fall wird das bei Untersuchung mit einer Schneide nach Fig. 18A-18D erhaltene Rücklicht sich in seiner Intensität wesentlich von dem bei der Untersuchung mit anderen Schneiden erhaltenen Licht unterscheiden. Durch mathematische Gleichsetzung der gesamten Lichtintensität in jedem Meßfall kann trotzdem die Auswirkung von Unregelmäßigkeiten der Netzhaut ausgeglichen werden.

Es wird noch einmal darauf hingewiesen, daß in der vorhergehenden Beschreibung und den Gleichungen mit Bezug auf Fig. 18A-18D "Lichtflußmomente" mit Bezug auf die jeweiligen benutzten Detektorquadranten eingesetzt wurde. Der Ausdruck "Momente" sollte in dieser gesamten Beschreibung immer in der dort dargelegten Weise angewendet werden.

Ferner ist noch einmal darauf hinzuweisen, daß zum störungsfreien Betrieb die benutzten Aperturen symmetrisch sein sollten, und die Flächen der Aperturen und die Aufnahme- oder Empfangsflächen (Fenster) ebenfalls gleiche Momente besitzen sollten.

Es sollte auch noch einmal betont werden, daß bei Verwendung von Schneiden diese nicht unbedingt rechtwinklig zueinander stehen müssen. Es können beispielsweise Schneiden benutzt werden, die einen Winkel von 45° bilden. Darüberhinaus können bei Anpassung der beschriebenen Berechnungen und/oder der Optik und der Detektorflächen unterschiedliche Winkel zwischen den Untersuchungsschneiden eingesetzt werden. Als zum Anmeldezeitpunkt bevorzugte Ausführung ist die Verwendung paralleler und entgegengesetzt gerichteter Schneiden in symmetrischer, rechtwinkliger Ausführung angesehen worden.

Als optisches System zwischen der "Wobbel-Platte" und dem Auge kann jedes auf dem Fachgebiet für diese Anwendung bekannte System eingesetzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Augenuntersuchung, bestehend aus einer Lichtquelle mindestens einer Schneide, einer Einrichtung zum Projizieren des Abbildes der sich in der Nähe der Schneide befindenden Lichtquelle auf ein Auge zur Erzeugung einer Beleuchtung der Netzhaut des Auges und einer Projektionseinrichtung zum Projizieren der der Beleuchtung der Netzhaut längs eines optischen Weges unmittelbar über die Schneide auf eine Detektorfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) eine in eine Mehrzahl diskreter Segmente (D _I, D _II, D _III, D _IV) unterteilte Matrix aufweist, wobei jedes Detektormatrix-Segment lichtempfindlich und elektrisch von den anderen lichtempfindlichen Segmenten isoliert ist, und daß Einrichtungen zur Erfassung eines zur Beleuchtung mindestens eines Segmentes proportionalen Signals sowie zur Erfassung eines zur Beleuchtung aller Segmente proportionalen Signals vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Begrenzungen vorgesehen sind, längs denen zum Projizieren von Licht zu dem zu untersuchenden Auge Lichtquellen (416, 418, 419; 426, 428, 429) angeordnet sind, daß die erste und zweite Begrenzung voneinander beabstandet sind und im wesentlichen parallel zueinander liegen, daß mindestens ein erster Abschnitt der einen Begrenzung und mindestens ein zweiter Abschnitt der anderen Begrenzung im wesentlichen gleiche Lichtemissionseigenschaften besitzen und eine Schneidenanordnung bilden, bei der erste und zweite Schneidenkanten entgegengesetzt gerichtet sind, daß der Detektor (D) mit einer Vielzahl daran angebrachter elektrischer Verbindungen versehen ist, wobei jede elektrische Verbindung ein der auf ein Segment des Detektors (D _I bis D _IV) auffallenden Lichtmenge proportionales Signal liefert, daß eine erste Einrichtung zur Beleuchtung und zur Erfassung des Lichts längs der ersten Begrenzung und der zweiten Begrenzung vorhanden ist, um die Abstandspositionierung des zu untersuchenden Auges zu bestimmen und daß eine zweite Einrichtung zur Beleuchtung und zur Erfassung des Lichts von nur der in einer ersten Richtung gerichteten Schneidenkantenabschnitte vorgesehen ist, um mindestens einige der Brechungskomponenten zur Augenkorrektur zu bestimmen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite, im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufende Schneidenkanten vorgesehen sind und daß erste und zweite Lichtwege zu dem Auge und vom Auge zum Detektor (D) unmittelbar über die ersten und zweiten Schneidenkanten verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle in ersten, zweiten, dritten und vierten Schneidenkanten endet, daß die erste und die dritte Schneidenkante im wesentlichen senkrecht zur zweiten und zur vierten Schneidenkante stehen und daß erste, zweite, dritte und vierte Lichtwege zum Auge und vom Auge zum Detektor (D) über die jeweiligen Schneidenkanten verlaufen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schneidenkante und der erste Lichtweg gegenüber der zweiten Schneidenkante und dem zweiten Lichtweg angeordnet sind.