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Vorrichtung zum Bestimmen optischer Zahlenwerte, insbesondere der
Scheitelbrechkraft von Brillengläsern. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Bestimmen der zum Anpassen einer Brille o. dgl. und zurV4 ahl der Korrektionsgläser
notwendigen Maße und Zahlengrößen.
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Bekanntlich kommt es bei der Anpassung der Brille erstens darauf an,
daß der Abstand der Glasmitren (Mittenabstand) gleich isi dem Abstand der Augen
voneinander (Augenabstand), damit die Brille richtig sitzt, und zweitens darauf,
daß die Entfernung der Brille von den Augen berücksichtigt wird, damit die Gläser
die richtige Korrektionswirkung haben. Die Erfüllung der ersten Bedingung ist auf
Grund einer genauen, parallaxenfreien Messung des Augenabstandes ohne weiteres möglich,
die der zweiten aber erfordert mehr Umstände, weil bei der Augenuntersuchung der
Abstand der Probierbrille von den Augen im allgemeinen nicht mit dem Abstand der
endgültigen Korrektionsbrille beim Tragen übereinstimmt, ferner weil der hauptsächlich
maßgebende Abstand des hinteren, augenseitigen Brillenglasscheitels vom Hornhauischeitel
(Scheitelabstand) außerdem noch von der Form des Glases abhängt, und weil endlich
die Brillengläser zum Teil noch eine Bezeichnung (Sphärometerweit) tragen, die nicht
ihrem Scheitelbrechwert entspricht. Für eine genaue Brillenanpassung sind daher
außer den Messungen noch gewisse Umrechnungen notwendig, da sich der korrigierende
Brechwert des Brillenglases bei einer Änderung des Scheitelabstandes auch ändert.
Der Scheitelabstand wiederum läßt sich meistens nicht direkt messen, sondern nur
aus dem Abstand der Glasvorderfläche oder des Glasrandes ermitteln, indem man die
Mittendicke oder die Scheiteltiefe des Glases abzieht oder zuzählt.
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Bislang waren für diese notwendigen Messungen und Umrechnungen eine
ganze Reihe vor Einzelinstrumenten und Rechentabellen erforderlich, deren Anschaffung
und Handhabung kostspielig und zeitraubend ist; insbesondere sind die optischen
Rechnungen, bei denen mehrmals ein Übergang von gegebenen oder errechneten Zahlengrößen
zu ihren reziproken (Kehr-) Werten, z. B. von Brechkräften zu Brennweiten oder umgekehrt,
notwendig ist, recht umständlich, so daß sie in der Praxis öfters vernachlässigt
werden; der Brillenträger bekommt in diesen Fällen gegebenenfalls eine Brille zugeteilt,
bei der die Korrektion der Gläser mangelhaft ist, was sich besonders bei starken
Brechwerten störend bemerkbar macht. Die erwähnten Nachteile werden gemäß der .Erfindung
beseitigt und dem Optiker und Arzt wird ein Hilfsinstrument zur Hand gegeben, durch
das die vielen und kostspieligen bisher verwendeten Einzelinstrumente in einem Instrument
vereinigt sind, und mit welchem in einfacher Weise die Bestimmungen und Umrechnungen
zur Brillenanpassung auf mechanischem Wege durchgeführt werden können; mit welchem
ferner besonders auch die Scheiteltiefen der Gläser und ihren Rand-und Mittendicken
festgestellt werden können. Demgemäß bildet den Erfindungsgegenstand eine Vorrichtung
zur Bestimmung optischer Zahlenwerte, u. a. der Scheitelbrechwerte von Brillengläsern.
Für den letzteren Zweck allein ist bereits eine Vorrichtung bekannt, bei der auf
einer Kreisscheibe der funktionelle Zusammenhang zwischen dem Scheitelbrechwert
und der Flächenbrechkraft sowie der Mittendicke einer Plankon-exlinse durch Kurvenscharen
in einem Koordinatensvstem konzentrischer Kreise graphisch so dargestellt ist, daß
durch Einstellung eines beweglichen Rahmens und eines darauf verschieblichen Zeigers
diese Beziehung für jedes gegebene Brillenglas abzulesen isi. Es handelt sich also
bei dieser bekannten Vorrichtung um die graphische Darstellung fertiger Rechenresultate
und einer geeigneten Ablesevorrichtung. Im Gegensatz hierzu besteht die Vorrichtung
nach der Erfindung aus zwei aneinander, längs einer Gleitlinie gleitenden, mit Skalen
versehenen Hauptteilen, deren Verschiebung zueinander die wirkliche Rechenoperation
mechanisch nachahmt. Demgemäß trägt der erste Hauptteil zwei Skalen, eine gleichmäßig
geteilte für optische Längenwerte und eine ihr parallel zugeordnete, die nach den
Kehrwerten, also ungleichmäßig geteilt und längs der Gleitlinie angebracht ist,
während der zweite Hauptteil eine gleichmäßig geteilte Skala für Luftabstands-(Scheitelabstands-)
U nterschiede und eine anders aber auch gleichmäßig geteilte Skala für Glasmittendicken
so
trägt, daß die beiden Skalen nebeneinander längs der Gleitlinie
liegen. Dabei entsprechen die Teile der Luftabstandsskala genau den Teilen der Längswertskala.
auf dem ersten Hauptteil, während die Teile der Glasmittendickenskala durch Division
mit dem Brechungsquotienten des Glases entstehen, also reduzierte Längenwerte darstellen.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden hierbei die gegeneinander verschieblichen
Teile zu einem Rechenstabe oder einer Rechenuhr zusammengefügt. Bei der Ausführung
als Rechenstab kann dessen Zunge mit Marken oder Lücken von nach Millimetern abgestufte
Breite zur Messung von Randdicken u. dgl. versehen sein; ferner kann, um das Messen
von Augen- und Scheitelabständen zu erleichi ern, die Größe des Stabes sowie dessen
Teilung und Bezifferung derart gewählt werden; daß mindestens eine Reihc von Markierungen
einer Millimeterteilung oder einem einfachen Vielfachen einer solchen entspricht.
Endlich kann der Rechenstab mit Läufern ausgestattet werden, von denen zweckmäßig
zwei für jeden Stab Verwendung finden, die ihn überragen und an der Überragungsstelle
zur parallaxenfreien Messung beispielsweise des Augenabstandes mit Doppelfenster
versehen sind, deren Scheiben je mit einer im genau senfecht zur Stabhauptebene
erfolgenden Durchblick sich deckenden Fadezunarkierung versehen sind. Bei der einfacheren
aber handlicheren Ausführung der verschieblichen Teile der Vorrichtung als Rechenuhr
werden die eigentlichen Meßeinrichtungen weggelassen; hingegen wird sie zweckmäßig
mit einem Sphärometer vereinigt.
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Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in Ausführungs-
und Anwendungsbeispielen veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i einen optischen
Meß- und Rechenstab in Vorderansicht, Abb. - die zur Abb. i gehörende Rückansicht,
Abb.3 einen Querschnitt nach III-III der Abb. i und Abb. 4. und 5 Anwendungsbeispiele
des Rechenstabes nach Abb. i bis 3, Abb.6 eine optische Rechenuhr in Vorderansicht
und Abb.7 die zur Abb.6 gehörende Rückansicht.
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Der Meß- und Rechenstab besteht aus dem eigentlichen Stab i, in dessen
Mittelfeld die 'Lunge 2 der Längsrichtung nach hin und her bewegbar eingelassen
ist. Die Läufer 3 führen sich in Schlitzen, zu welchen die Unterseite des Stabes
i ausgebildet ist, und stehen je unter der Wirkung einer Feder 4 (Abb, 3). Die Läufer
3 überragen den Stab i, Die Vorderseite jedes Läufers 3 trägt oder bildet ein Fenster
5 aus durchsichtigem Stoff. mit Fadenmarkierung; oberhalb des Stabes i ist auch
die Rückseite des Läufers 3 mit einem ähnlichen Fenster 6 (Abb. 3) mit Fadenmarkierung
versehen, so daß diese gemeinsam ein Durchblicksfeld mit Visiereinrichtung bilden.
Im oberen und unteren Felde der Vorderseite des Stabes sind je zwei Skalen angebracht,
von denen die auswärts gelegenen ii, ii' in gewöhnlicher Weise geteilt und beziffert
sind, also Skalenteile von konstanter Breite aufweisen, während die nach innen dem
Schieber zugekehrten 13, 13' die tausendfachen Kehrwerte der Zahlen der gleichmäßig
geteilten Skalen enthalten, mithin Skalenteile von abnehmender Breite aufweisen
und in Dioptrien beziffert sind, so zwar, daß im oberen Felde die Dioptiiezahl unter,
im unteren Felde über der ihr zugehörigen Zahl der gleichmäßig geteilten Skala steht;
demnach zeigen die zugeordneten Skalen z. B. dieBeziehung zwischen der Dioptriezahl
eines optischen Brechwertes und der in Millimetern gemessenen Brennweite an. Die
Zunge 2 trägt im Me£felde links die gleichmäßigen Teilungen 21, 21, , deren Skalenteile
gleich sind denen der Teilungen ii, ix', rechts die gleichmäßigen Teilungen 22,
22', deren Skalenteile i/ia der von 2i, 2i' betragen, wo n der Brechungsexponent
des gewöhnlichen Brillenglases ist. Im optischen Sinne stellen mithin die Skalen
21, 21' Strecken dar, die in der Luft gemessen werden (Scheitelabstandsänderungen),
die Skalen 22, 22' Strecken, die im Glase gemessen werden (reduzierte Mittendicken).
Es dienen hierbei die Skalen auf der oberen Zungenhälfte (2i, 22) .für die Einstellung
auf der oberen Stabhälfte, die auf der unteren 22') für die entsprechenden
Einstellungen auf der unteren Stabhälfte.
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Alle Messungen, Ablesungen und Berechnungen zwischen drei und zwölf
Dioptrien sind mit Hilfe der Skalen 1i', i3', 21' und 22' auf der unteren Hälfte
des Stabes i durchzuführen, alle zwischen zwölf und fünfundzwanzig Dioptrien auf
der oberen 1i, 13, 21 und 2"-2; die zwischen zehn und zwölf Dioptrien können-
entweder auf der oberen oder auf der unteren Teilung ausgeführt werden.
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Die Zunge 2 trägt noch außerhalb des eigentlichen Meßfeldes in der
linken oberen Ecke Lücken und Markierungen 24 von verschiedener Weitung zum Messen
der Randdicken der Gläser.
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Die Läufer 3, von denen der eine oder der andere zur Feineinstellung
bei den Ablesungen überhaupt benutzt wird, dienen überdies gemeinsam zur Messung
des Augen- und des Scheitelabstandes (s. Abb. 4. und 5). Mit ihrem den Stab i überragenden
Durchblicksfeld gleiten sie über einer auf der abgeschrägten Führungsfläche des
Stabes i angebrachten gewöhnlichen Millimeterskala 14.
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Auf der Rückseite trägt der Stab eine Tafel 7
für
die in Millimetern angegebenen Scheiteltiefen der Scheibengrößen von 37 bis 44mm
Durchmesser für Wirkungen von i bis 2o Dioptrien.
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Die Größe des Stabes und die Teilung der Skalen werden zweckmäßig
so gewählt, daß die Skalen ii', 2i' und 14. genau in Millimeter geteilt sind, so
daß z. B. beim Messen des Scheitelabstandes (s. Abb. 5) die durch die beiden einander
zugekehrten Kanten des Läufers 3. visierte Entfernung entweder auf ii' oder 1a abgelesen
werden kann; die Teile der Skalen 1i und 21 werden zweckmäßig größer, etwa q. mm
breit, gewählt. .
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Die optische Rechenuhr nach Abb. 6 und 7 unterscheidet sich vom beschriebenen
Rechenstab grundsätzlich nur dadurch, daß die Skalen nicht auf geraden Linien, sondern
auf Kreisen und Kreisbogen angebracht sind. Demnach besteht die optische Rechenuhr
im wesentlichen aus einem Kreisring i, dessen äußerer Rand mit der gleichmäßigen
Teilung ii, ii' (für die Brennweiten u. dgl.), und dessen innerer Rand mit der ungleichmäßigen
(Dioptrien) Teilung (für die Brechwerte u. dgl.) 13, 13' versehen ist: innerhalb
des Kreisringes i ist die konzentrische Kreisscheibe 2 drehbar, deren Rand die Teilung
2r, 21', deren Skalenteile gleich denen von ii, ii' sind, und die Teilung 2a, 22'
trägt, deren Skalenteile i/n der von 2i, 21' sind. Die Scheibe 2 dreht sich um die
Achse 23 und trägt im Mittelfelde die Tafeln 7, 7' der Scheiteltiefen. Statt der
Läufer beim Rechenstabe sind bei der Rechenuhr die Gesamtfläche von i und 2 bedeckende
durchsichtige Kreisscheiben mit einem radial verlaufenden geraden Strich 3" 3."'
vorgesehen. Die Meßbereiche werden zweckmäßig auf die Vorder- und Hinterfläche der
Rechenuhr verteilt wie in der beispielsweisen Darstellung in den Abb. 6 und 7, wo
die Vorderfläche (Abb. 6) die Dioptrienzahlen von io bis 25 Dioptrien, die Hinterfläche
von q. bis io Dioptrien umfaßt. Eine besonders praktische Ausführungsform der Rechenuhr
ergibt sich dadurch, daß sie mit einem der bekannten Sphärometer in Uhrform vereinigt
werden kann, und zwar entweder dadurch, daß die freie Rückseite des Sphärometers
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet wird, die in diesem Falle den
gesamten Rechenbereich von etwa 4. bis 25 Dioptrien auf einer einzigen Kreisanordnung
umfaßt, oder dadurch, daß auf der einen Seite der vorbeschriebenen Rechenuhr der
Kreisring noch eine dritte Teilung, nämlich Sphärometerteilung enthält, während
der Zeiger des Sphärometers in der Achse 23 gelagert ist und die mechanische Einrichtung
des Sphärometers im Gehäuse zwischen V order- und Hinterfläche eingebaut ist.
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Der vielseitige Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergibt sich daraus, daß man nur mit optischen Längen arbeitet, trotzdem aber deren
Kehrwerte stets unmiftelbar ablesen kann. Dies mag an folgenden Beispielen erläutert
werden: i. Berechnung der Scheitelbrechkraft eines vorliegenden Glases: Man mißt
mittels eines beliebigen Sphärometers - .das in einer Ausführungsform mit der Rechenuhr
vereinigt istdie Flächenbrechkraft der Vorderfläche des Glases, z. B. -j- io Dioptrien,
und die Mittendicke des Glases, z. B. q. mm. Dann stellt man (z. B. auf der Rechenuhr
Abb. 6) den Nullpunkt der Teilung z2 (Glasmittendicken) auf den Wert io Dioptrien
der Dioptrienteilung 13 ein und liest oberhalb des Punktes q. mm der Teilung 22
auf der Teilung 13 den Wert, hier etwa io - 25 Dioptrien ab, der den Scheitelbrechwert
einer plankonvexen Linse von+ io Dioptrien Sphärometerwert und q. mm Dicke darstellt.
Hat die Linse nicht eine plane, sondern eine gekrümmte Hinterfläche, so wird deren
Brechwert einfach addiert, also ergibt sich z. B., wenn die Hinterfläche mittels
des Sphärometers gemessen -z,25 Dioptrien hat, eine Scheitelbrechkraft der ganzen
Linse von -[- 9 Dioptrien.
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z. Berechnung der Änderung des Korrektionswertes bei Änderung des
Scheitelabstandes. Bei der Augenuntersuchung ist gefunden worden, daß ein Glas von
-f- 13,75 Dioptrien im Scheitelabstand von 15 mm i ichtig korrigiert. In der endgültigen
Brille jedoch haben die Gläser einen Scheitelabstand von i2 # 5 mm.; die Änderung
beträgt mithin 2 # 5 mm. Man stellt (z. B. nach Abb. 6) den Nullpunkt der Skala
2i (Luftabstandsunterschied) auf -r-13,75 und liest über 2 # 5 den Wert -f- 1a25
Dioptrien ab; dies ist der im endgültigen Abstand von 12 # 5 nun richtig korrigierende
Brechwert.
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3. Bei optischen Berechnungen im allgemeinen sind meistens die Kehrwerte
der Objekt-, Bild- oder Brennpunktsabstände einzuführen, z. B. in der bekannten
Linsenformel
Diese Kehrwerte sind in den Skalen ii, ii' unmittelbar abzulesen. Es sei z. B. eine
Vorhängelinse vor eine Fernkorrektionsbrille so zu bestimmen, daß ein Objekt im
Abstande von iio mm durch eine Akkomodation auf 250 mm scharf gesehen werden
kann, d. h. daß ein Objekt im Abstand a = -iio mm im Abstand b -- -25o mm durch
die Vorhängelinse abgebildet wird. Man findet (z. B. Abb. i) leicht aus der Skala
ii', daß i/a = -9 Dioptrien, i/b = -q. Dioptrien ist, daß also eine Vorhängelinse
von'-- 5 Dioptrien erforderlich ist.
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Bestimmung des Scheitelabstandes aus dem Randabstand. Bei den Brillen
kann meistens nicht der Scheitelabstand, wohl aber z. B. der Abstand des augenseitigen
Glasrandes
(vgl. Abb.5) vom Hornhautscheitel gemessen werden. Man
hat dann die Scheiteltiefe der augenseitigen Fläche noch hinzuzuzählen, um den Scheitelabstand
zu bekommen. Diesem. Zwecke dienen die Tafeln 7. Hat z. B. die augenseitige Fläche
des Glases einen Sphärometerwert von - 9 Dioptrien, und einen Scheibendurchmesser
von 41 mm, so liest man aus der Tafel? (Abb.2) unmittelbar die Scheiteltiefe 3 -
7 mm ab, die zum Randabstand zuzuzählen ist.
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5. Bestimmung des Scheitelabstandes aus dem Abstand der Glasvorderfläche
vom Hornhautscheitel. Dieser letztere Abstand ist bei gewölbten Gläsern manchmal
bequemer zu messen als der Randabstand; um den Scheitelabstand zu erhalten, hat
man dann die Mittendicke des Glases abzuziehen. Ist die Mittendicke bekannt, so
ist die Sache damit erledigt. Ist sie nicht bekannt, so kann man sie (mittels der
Tafel 7) aus der Randdicke, die mittels der Marken 24 gemessen wird, leicht errechnen.
Es habe z. B. die Vorderfläche des Glases --I- 16, die Hinterfläche - 6 Dioptrien,
die Randdicke betrage 2 mm, der Scheibendurchmesser sei 40 mm; bildet man die Differenz
der beiden Scheiteltiefen, nämlich (nach Abb. 2) 6,8 - 2,3 = 4,5 und addiert dazu
die Randdicke 2,o mm, so erhält man als Mittendicke 6,5 mm, die vom vorerwähnten
Abstand der Glasvorderfläche abzuziehen ist.
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6. Das Messen des Augen- und ScheitelabStandes.
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a) Das Messen des Augenabstandes und seiner Asymmetrie erfolgt in
der in der Abb.4 veranschaulichten Weise: Der Stab i wird so vor die Augen des Patienten
gehalten, daß die auf der abgeschrägten Führungsleiste zwischen den beiden Teilungen
angebrachte Nullmarke i" auf die Mitte des Nasenbeines zu liegen kommt. Hierauf
schiebt man den linken Läufer 3 so vor das rechte Auge des Patienen, daß sich beim
Visieren die Strichätzungen auf dem vorderen und dem hinteren Fenster 5, 6 des Läufers
3 mit der Mitte der Pupille decken. Dann erfolgt entsprechend die Einstellung des
rechten Läufers 3 auf die Pupillenmitte des linken Patientenauges. Das Ablesen der
Zahlen auf der Skala 14 rechts und links der Nullmarke z" zeigen die Pupillenabstände
und deren Symmetrie oder Asymmetrie in bezug auf das Nasenbein an.
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b) Das Messen des Abstandes zwischen Hornhautscheitel und Glasrand
-erfolgt in der in Abb. 5 veranschaulichten Weise: Der. Stab i wird an die Schläfe
des Patienten gehalten und die einander zugekehrten Seitenkanten der Läufer 3 derart
visiert, daß sich die Vorder- und Hinterkante des einen Läufers 3 mit dem Hornhautscheitel,
die Vorder- und Hinterkante des anderen Läufers 3 dagegen mit der dem, Auge zugekehrten
Glasrandkante decken. Da die untere Teilung ii' des Stabes i genauer Millimeterteilung
entspricht, so kann die wahre Entfernung ohne weiteres abgelesen werden.