DE3536513A1 - Vorrichtung zur beruehrungslosen abschnittsweisen messung der gestalt von gekruemmten, optisch wirksamen flaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen abschnitts­ weisen Messung der Gestalt von gekrümmten, optisch wirksamen Flächen unter Verwendung eines rasterförmig arbeitenden optischen Detektors.

Derartige Vorrichtungen werden in der Augenoptik zur Bestimmung des Krümmungsradius der Hornhaut benötigt, da beispielsweise für die Anpas­ sung einer Kontaktlinse eine genaue Kenntnis der Hornhautkrümmung er­ forderlich ist.

Eine Vorrichtung zur Messung der Hornhautkrümmung ist beispielsweise in der DE 26 41 004 C2 beschrieben. Mit dieser bekannten Vorrichtung werden auf einer vor dem Patientenauge angeordneten Trägerfläche Lichtpunkte erzeugt, die auf der zu messenden Hornhaut virtuell abgebildet werden, wobei zur Bestimmung der Lage des dem jeweiligen Lichtpunkt zugehörigen virtuellen Lichtpunktes ein ortsempfindlicher Detektor vorgesehen ist. Nachteilig dabei ist, daß die vorauszusetzende Abbildungsqualität der virtuellen Lichtpunkte von der lokalen Oberflächenbeschaffenheit der zu messenden Hornhaut abhängt und nur sehr begrenzt im Meßsystem beeinflußt werden kann.

Ein anderes bekanntes Verfahren der Gestaltmessung an gekrümmten optisch wirksamen Flächen, wie sie die Hornhaut des Auges darstellt, ist die sogenannte Lichtschnittmethode, die beispielsweise mit Spaltlampen be­ kannter Bauart durchgeführt wird. Dabei wird ein schmales spaltförmiges Lichtbündel meridional auf die zu messende Fläche gesandt, wobei die Schnittkurve dieser "Lichtebene" mit der Fläche von der Seite infolge Streureflexion sichtbar wird. Das Verfahren liefert direkt die Ortskurve des Meridianschnittes. Läßt man bei Messungen der Hornhautgestalt des lebenden Auges das Auge auf eine in der Achse der Beleuchtung lokali­ sierte Marke fixieren und führt den Lichtschnitt mittig durch die Augen­ pupille, so ist die Lage der Sehachse zur Hornhautfläche eindeutig fest­ zulegen. Da mit dieser Methode nicht nur die Gestalt der Oberfläche der zu messenden Fläche sondern auch diejenige der inneren Fläche erfaßbar ist, kann damit auch die Hornhautdicke bestimmt werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß für die Interpolation der gesamten Fläche suggessive mehrere Meridiankurven aufgenommen werden müssen, und daß eine befriedigende Genauigkeit nur erreicht werden kann, wenn photo­ graphische Aufnahmen hinreichenden Abbildungsmaßstabes mit einem Meß­ mikroskop vermessen und eine rechnerische Korrektur gemäß den vorliegen­ den Aufnahmebedingungen vorgenommen wird. Einer Automation des Verfah­ rens mit rasterelektronischen Bilddetektoren steht deren begrenzte Auf­ lösung entgegen, da nach dem Stand der Technik der gesamte Meridian­ schnitt in einem Durchlauf erfaßt werden muß.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Lichtschnittmetho­ de im Zusammenhang mit der Anwendung von rasterelektronischen optischen Sensoren so weiterzuentwickeln, daß eine präzise und schnelle Vermessung von optischen Flächen, vornehmlich der Hornhaut des menschlichen Auges, möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine in der Hauptgeräteachse der Vorrichtung angeordnete, aus einem Spalt und einer Projektionsoptik bestehende Einrichtung für die Erzeugung des Licht­ schnittes an der zu messenden Fläche kombiniert ist mit einem anamor­ photischen System, das den Lichtschnitt unter einem zur Hauptgeräteachse geneigten Winkel aufnimmt und auf den optischen Detektor abbildet.

Eine anamorphotische Abbildung ist bekanntlich eine Art der Abbildung durch optische Systeme, bei der die Vergrößerung in zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Richtungen verschieden ist. Realisieren läßt sich eine derartige Abbildungsoptik z.B. mit einem System gekreuzter Zylinderlinsen.

In einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei zur Hauptgeräteachse symmetrisch angeordnete abbildende anamorphotische Systeme mit je einem Umlenkelement vorgesehen, die beide einen auf der Hauptgeräteachse liegenden Objektpunkt in einem deckungsgleichen Bild­ punkt auf der Hauptgeräteachse abbilden.

Als optischer Detektor kann für die Justierung des Gerätes ein Monitor vorgesehen sein, der ein Übersichtsbild des zu untersuchenden Auges liefert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die Darstellung der Hornhaut in der konventionellen Licht­ schnittmethode;

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung mit zwei zur Hauptgeräteachse symmetrisch angeord­ neten anamorphotischen Systemen;

Fig. 3 das auf einem Target dargestellte Bild einer mit der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung aufgenommener sphärisch gekrümmten Fläche.

Die Abbildung der Fig. 1 zeigt einen konventionell mit einer Spaltlampe hergestellten Lichtschnitt durch eine menschliche Hornhaut. Legt man ihr eine sphärische Krümmung von r = 8 mm und einen Durchmesser von 10 mm zugrunde, so ergibt sich bei einem Beobachtungswinkel von 45° eine Scheitelhöhe der Meridiankurve von 1,2 mm, das sind also 12% des Durch­ messers. Bei einer Auflösung von 500 Pixeln in der Seite entspricht dies 60 Pixel. Die für die Anwendung notwendige Genauigkeit sollte nun 1% davon (0,6 Pixel) betragen. Eine Abbildung auf einen Rasterempfänger gibt diese Genauigkeit nicht her.

In der in Fig. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung wird auf die Prüffläche 1 (Hornhaut) mittels der Projektionsoptik 2 der Spalt 3 projiziert. Die unter dem Achsenwinkel 4 angeordnete rückbildende Optik ist ein anamorphotisches System, welches aus den Gliedern 5 und 6 be­ steht. Mit dem Bezugzeichen 7 ist ein Umlenkspiegel bezeichnet, welcher dafür sorgt, daß das Schnittbild wieder seitenrichtig in die Hauptge­ räteachse 8 zu liegen kommt, wo sich ein rasterelektronischer optischer Empfänger 9 befindet. Symmetrisch zur Hauptgeräteachse 8 ist ein zweites anamorphotisches System 5 a, 6 a, mit einem zweiten Umlenkspiegel 7 a an­ geordnet. Durch die Spiegelung wird erreicht, daß das System in Näherung der Scheimpflugbedingung genügt. Dies bedeutet, die Objekt- und Schnitt­ ebene wird scharf auf die Empfängerfläche abgebildet. Da das optische Empfangssystem doppelt vorhanden ist (5, 6 und 5 a, 6 a), wird der Objekt- und Achsenpunkt 10 durch beide optische Systeme auf ein und denselben Achsenbildpunkt 11 abgebildet.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Bild, welches ein erfindungsgemäßes Gerät von einem sphärisch gekrümmten Objekt auf einen Target liefert, stellen sich die Meridianschnittkurven als zwei Ellypsenbögen 12 dar, welche sich im Scheitel- und Achsenpunkt 11 überlagern. Die Meßstrecke 13, welche zur Breitenkreishöhe 14 gehört, ist so groß, daß das Meßraster optimal genutzt wird. Bei einer Kathodenstrahlaufnahmeröhre wird man die Meßrichtung mit der Zeilenabtastrichtung übereinstimmen lassen. Die Meßhöhe ist dann durch die Zeilennummer definiert. Die Rekonstruktion der Objekt-Meridian-Kurve sowie die Interpolation der gesamten Fläche aus den diskreten Schnitten erfordert zwar eine umfangreiche, jedoch unproblematische Rechenarbeit, die mit einem handelsüblichen Computer durchgeführt werden kann.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur berührungslosen abschnittsweisen Messung der Gestalt von gekrümmten, optisch wirksamen Flächen unter Verwendung eines ra­ sterförmig arbeitenden optischen Detektors, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Hauptgeräteachse (8) angeordnete, aus einem Spalt (3) und einer Projektionsoptik (2) bestehende Einrichtung für die Erzeu­ gung eines Lichtschnittes an der zu messenden Fläche (1) kombiniert ist mit einem anamorphotischen System (5, 6), das den Lichtschnitt unter einen zur Hauptgeräteachse (8) geneigten Winkel (4) aufnimmt und auf den optischen Detektor (9) abbildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zur Hauptgeräteachse (8) symmetrisch angeordnete abbildende anamorphoti­ sche Systeme (5, 6 und 5 a, 6 a) mit je einem Umlenkelement (7, 7 a) vor­ gesehen sind, die beide einen auf der Hauptgeräteachse (8) liegenden Objektpunkt (10) in einen deckungsgleichen Bildpunkt (11) auf der Hauptgeräteachse (8) abbilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als opti­ scher Detektor ein Monitor vorgesehen ist, der für die Justierung des Gerätes ein Übersichtsbild des zu untersuchenden Auges liefert.