DE4133206A1

DE4133206A1 - Automatische messeinrichtung fuer brechkraftmessung, linsenmessung und messung der hornhautkruemmung

Info

Publication number: DE4133206A1
Application number: DE19914133206
Authority: DE
Inventors: Charles Edward Campbell
Original assignee: Allergan Humphrey
Current assignee: Allergan Humphrey
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1992-05-21
Also published as: JPH0723906A

Description

Die Erfindung betrifft Badal-Optiken. Insbesondere werden Badal-Optiken beschrieben, bei denen Brechungswege von Licht zwischen einer Apertur-Anordnung, die an einer fraglichen Optik abgebildet ist, und einer Detektor-Anordnung benutzt werden, um die Brechkraft der fraglichen Optik zu bestimmen. Eine erste Ausführung wendet dieses Prinzip bei einem Objek tiv-Refraktometer. Eine zweite Ausführung wendet das Prinzip bei einem Linsen-Meßgerät (lens meter) an. Eine Variation des Linsen-Meßgeräts wird beschrieben, bei dem die Badal- Optik-Anordnung eingesetzt wird bei Licht, das längs eines angenäherten aplanatischen Weges für Kontaktlinsen konver giert, um die schädlichen Auswirkungen sphärischer Aberra tion zu vermeiden. Eine dritte Ausführung wendet dieses Prin zip bei einem Hornhautkrümmungs-Meßinstrument (Keratometer) an.

Badal-Systeme sind bekannt; man begegnet ihnen gewöhnlich bei der Untersuchung des menschlichen Auges. Ein solches System ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist eine Badal-Linse B vor ein menschliches Auge E gesetzt. Die Badal-Linse ist so positioniert, daß ihr Brennpunkt mit der Lage des zu un tersuchenden Auges zusammenfällt. Obwohl hier nur eine Linse dargestellt ist, versteht der Betrachter wohl, daß bei sol chen Systemen typischerweise mehr als eine Linse benutzt wird.

Der Patient betrachtet mit dem Auge E durch die Badal-Optik B ein Sehschärfe-Target T, und dieses Target ist so angeord net, daß es gemäß dem Pfeil 14 in Fig. 2 mit Bezug auf die Blickrichtung des Patienten nach vorne oder nach hinten bewegt werden kann, und zwar längs einer optischen Achse 0 in dem normalerweise als Badal-Raum S bezeichneten Bereich an der dem Auge E des Patienten gegenüberliegenden Seite der Badal-Optik.

Der Patient bestimmt subjektiv die Lage, in der das auf der ihm gegenüberliegenden Seite der Badal-Linse befindliche Target T fokussiert ist. Danach wird der Abstand D des Ob jekts von der Badal-Optik bestimmt und mit der Brechkraft des Auges des Patienten in Beziehung gebracht. Durch den Bezug dieser bestimmten Brechkraft des Patientenauges auf den Normalsichtigkeits- oder Emmetropie-Standard wird die zur Korrektur der Sehkraft des Patienten erforderliche Bril lenvorschrift bestimmt.

Es ist für das Badal-System charakteristisch, daß das durch den Patienten auf der gegenüberliegenden Seite der Badal- Optik betrachtete Target seine Größe nicht ändert. Dieses Phänomen kann in dem Diagramm mit Linie 16 verstanden wer den. Eine zweite fundamentale Eigenschaft des Badal-Systems besteht darin, daß die in der Fokalebene des Badal-Systems erzeugte "effektive Brechkraft" linear mit der Bewegungsgrö ße des Targets T im Badal-Raum zusammenhängt.

Da die Badal-Linse einen Abstand von einer Fokallänge vom Auge des Patienten besitzt, wird das gesamte Licht, das das Auge des Patienten abbildet, parallel zur Linie 16 sein, sobald es durch die Badal-Optik den sog. Badal-Raum an der dem Auge des Patienten gegenüberliegenden Seite der Badal- Optik erreicht. So ist das, was der Patient während der Bewe gung zu ihm hin und von ihm weg sieht, das Badal-Objekt oder Target T, das sich in die Fokussierung hinein oder aus ihr heraus bewegt, jedoch immer die gleiche Dimension aufrechter hält.

Der bei der Bewegung des Targets zu dem Patienten hin bzw. von ihm weg bis zur Fokussierung im Badal-Raum zurückgelegte Abstand ist eine Funktion der Brechkraft des Auges des Pati enten. Es werde nun Licht betrachtet, das im Auge des Patien ten fokussiert, wie es gestrichelt mit Linie 18 in Fig. 2 eingezeichnet ist. Das in Fig. 2 gezeichnete Auge ist ein Beispiel eines emmetropischen oder normalsichtigen Auges (das Auge mit "idealer" Sicht im "entspannten" Zustand), das optisch auf unendlich gestellt ist. Es ist zu verstehen, daß eine solche Fokussierung eintritt, wenn das von dem Badal- Objekt auf das Auge auftreffende Licht parallel ist. Das Licht ist dann parallel, wenn das Target sich mit dem Ab stand einer Fokuslänge der Badal-Linse von dem emmetropi schen Auge befindet. So ist bei dem emmetropischen Auge das gesamte Licht vom Target zu dem Auge parallel - sowie auch das gesamte Licht vom Auge zu dem Objekt parallel ist. Zum Zweck dieser Analyse kann man sagen, daß dieses Licht an der Ebene 22 auf der Netzhaut fokussiert wird.

Betrachtet man den Fall eines hypermetropischen (weitsich tigen) Auges, so ist zu verstehen, daß durch das Auge gesehe nes paralleles Licht (im sog. "entspannten" Zustand) hinter der Netzhaut bei der Ebene 23 fokussiert wird. Durch Konver gieren des durch das Auge aufgenommenen Lichts kann erreicht werden, daß das Licht an der Netzhaut des Patienten fokus siert.

In diesem Fall muß das Target T ein wenig mehr als eine Fo kuslänge von der Badal-Optik B wegbewegt werden. Paralleles Licht vom Target T zur Badal-Optik B wird durch die Badal- Linse so gebrochen, daß es leicht konvergiert. Diese leichte Konvergenz, gekoppelt mit der geringer als optimalen Konver genz des hypermetropischen Auges, erzeugt die Fokussierung des Abbildes des Targets T an der Netzhaut des Patienten in der Ebene 22.

Betrachtet man im Gegensatz dazu den Fall eines Auges mit Myopie (Kurzsichtigkeit), so ist zu verstehen, daß in das Auge (im sog. "entspannten" Zustand) eintreffendes paralle les Licht vor der Netzhaut bei der Ebene 24 fokussiert.

Durch Divergieren des auf das Auge einfallenden Lichts kann dieses zum Fokussieren an der Netzhaut des Patienten in der Ebene 22 gebracht werden.

In diesem Fall wird das Target T etwas weniger als eine Fo kuslänge der Badal-Optik B zum Patienten hin bewegt. Paral leles Licht vom Target T zu der Badal-Optik B wird durch die Badal-Linse so gebrochen, daß es leicht divergiert. Diese leichte Divergenz, gekoppelt mit der mehr als optimalen Kon vergenz des myopischen Auges, erzeugt eine Fokussierung des Abbildes des Targets T an der Netzhaut des Patienten an der Ebene 22.

Der Fachmann auf dem Gebiet der Optik sieht, daß die bisheri gen Erklärungen übervereinfacht sind. Nimmt man den am mei sten anzutreffenden Fall von Astigmatismus, so ist zu sehen, daß der Brennpunkt der Badal-Optik in Komponenten oder "Prin zipal-Meridiane" aufgeteilt werden muß. Da die Einführung dieser Komplikation vom Fachmann voll verstanden wird, wird bei der nachfolgenden Beschreibung zum größten Teil weiter hin angenommen, daß das Auge in einem einzigen Prinzip-Meri dian fokussiert. Das Einbeziehen zusätzlicher Meridian-Mes sungen und ihre Kombination mit der Korrekturvorschrift für das astigmatische Auge wird zum größten Teil erst nachher vorgenommen.

Es ist aus der vorstehenden Beschreibung zu ersehen, daß das gesamte beschriebene Badal-System ein Badal-Objekt oder Target T benutzt, das sich in dem Badal-Raum zur Badal-Linse hin oder von ihr weg bewegt, um zur Korrektur eines nicht em metropischen Auges entweder Konvergenz oder Divergenz zu er zeugen. Was sich dabei ergibt, ist ein Badal-System. Die Mes sung wird jedoch nicht durch die Bewegung eines Objekts zu der Badal-Optik hin oder von ihr weg durchgeführt, sondern statt dessen wird die Messung durchgeführt durch Abtasten fraglicher Optiken an diskreten Stellen und Messen der Ablen kung in einer zur Achse des Badal-Systems senkrechten Ebene.

Mit Bezug auf das später beschriebene Keratometer sind zwei Arten von keratometrischen Auslegungsprinzipien relevant. Diese sind das Javal-Auslegungsprinzip und das Helmholtz-Aus legungsprinzip.

Bei dem Helmholtz-Prinzip wird das von einer einzelnen Quelle auf die Hornhaut auffallende Licht bei einem festen Winkel kollimiert. Der an der Hornhaut abgetastete Bereich wird über die Hornhaut bewegt. Diese Bewegung hält an, bis das Licht von der Hornhaut mit einem festen Winkel zurück kommt. Diese Bewegung des Abtastflecks an der Oberfläche des Auges wird gemessen, um die Krümmung des Auges zu bestimmen.

Bei dem Javal-Keratometerprinzip wird das auf der Hornhaut auftreffende Licht auf den gleichen Fleck an der Hornhaut ge richtet. Dieses Licht wird jedoch in seinem Winkel geändert, bis das abgetastete und das reflektierte Licht von der Horn haut mit einem festen Winkel von dem festliegenden Abtastbe reich an der Hornhaut abgeht. Das Maß der Krümmung wird aus der Lage des Quellwinkels gefunden.

Badal-Optiken werden beschrieben, in denen eine Apertur-An ordnung bei einem fraglichen optischen System überprüft wird nach der Ablenkung von Licht zwischen einer Detektor-Anord nung, verknüpft mit der Apertur-Anordnung des zu prüfenden fraglichen optischen Systems. Die Ablenkung wird gemessen in einer Ebene senkrecht zur Achse der Badal-Optik statt einer Beobachtung eines Abbildungs-Brennpunkts eines Targets längs der Achse des Badal-Systems zu der Optik hin und von ihr weg.

Im Fall eines Objektiv-Refraktometers wird das Auge an der Netzhaut mit einem Prüffleck beleuchtet, vorzugsweise mit Licht im Infraroten. Ein Abbild einer Detektor-Anordnung wird mittels einer Relais-Linse durch die Badal-Optik auf die Hornhaut des Auges weitergeführt, der hier fraglichen zu untersuchenden Linse. Von dem Prüffleck an der Netzhaut aus gehendes Licht tritt am Abbild der Detektoranordnung durch die Augenlinse. Dieses Licht ist einer refraktiven Ablenkung entsprechend der Brechkraft der in Untersuchung befindlichen Augenlinse an jeder Apertur der Detektor-Anordnung unterwor fen. Das Ausmaß dieser Ablenkung wird bestimmt durch einen sich bewegenden Grenzort zwischen dem Bild der Detektor- Anordnung und der Detektor-Anordnung selbst. Diese Ablenkung wird direkt auf die Augenkorrektur (die Augenformel) bezo gen.

Im Falle eines Linsen-Meßinstruments (lens meter) wird die zu prüfende Linse von einer Seite zu einer Detektor-Anord nung hin beleuchtet entweder mit parallelem Licht bei her kömmlichen Linsen oder mit konvergierendem Licht, das die Aplanar-Bedingung zur Vermeidung sphärischer Aberration er füllt, im Falle einer Kontaktlinse. Von der fraglichen Linse austretendes Licht ist auf ein Muster einer Detektor-Anord nung beschränkt, entweder durch eine Maske an der zu untersu chenden Linse oder durch die Weiterleitung einer Detektor-An ordnung zu der fraglichen Optik. Dieses durch die fragliche Optik hindurchtretende und aus der fraglichen Optik an den einzelnen Aperturen der Detektor-Anordnung austretende Licht wird einer Ablenkung an jeder Apertur entsprechend der Brech kraft der zu untersuchenden fraglichen Linse unterworfen. Das Ausmaß dieser Ablenkung zwischen der Detektor-Anordnung an der fraglichen Optik und der Detektor-Anordnung bei dem Detektor wird bestimmt durch einen sich bewegenden Grenzort zwischen der Detektor-Anordnung an der fraglichen Optik und dem Detektor. Diese Ablenkung ist direkt auf die Linsen Brechkraft bezogen.

Vorsorge wird getroffen im Falle des Linsen-Meßinstruments zur Prüfung von Kontaktlinsen, um eine zweite Lichtquelle zum Auftreffen auf die Kontaktlinse längs des aplanatischen Lichtweges zu schaffen, damit Abweichungen bei der Korrektur formel infolge sphärischer Aberration ausgenähert werden können an der Außenseite der Augen-Kontaktlinsen.

In der hier gezeigten Ausführung des Keratometers liegt die Winkelrichtung des auf die Hornhaut auftreffenden Lichts fest. In gleicher Weise ist die Abtaststelle an dem Auge fi xiert und angemessen auf eine Detektor-Anordnung bezogen. Die Detektor-Anordnung bewirkt die Messung der Richtung des die Abtast-Apertur verlassenden Lichts durch Messen der Ab lenkung des Lichts in der optischen Badal-Reihe, wie bereits erläutert.

Der Fachmann wird bemerken, daß ein derartiges Keratometer die "Brechkraft" oder die Krümmungsdifferenz der Oberfläche gegenüber einer Referenz-"Brechkraft" mißt, welche die Krüm mung der "mittleren" Hornhaut (typischerweise mit 8 mm Krüm mungsradius) bedeutet. Wie im Falle des Linsen-Meßinstru ments für Kontaktlinsen wird eine Ausgangs-Brechkraft, die oben erwähnte "mittlere" Brechkraft zu der gemessenen Brech kraft hinzugefügt, um den schließlichen Ablesewert der gemes senen Krümmung zu erhalten. Ein derartiges Keratometer mißt natürlich in Brechkraft oder in Krümmungswerten, während viele Keratometer natürlich in Krümmungsradius messen. Das gibt in der Praxis kein Problem, da das eine der Kehrwert des anderen ist.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Konstruktion eines Badal-Systems zu schaffen, bei dem die Ablenkung von Licht von jeder Apertur einer Apertur-Anordnung bei einem fragli chen optischen System längs einer zur Achse des Badal-Sy stems senkrechten Ebene gemessen wird. Diese Meßwerte von Ab lenkungen senkrecht zur optischen Achse des Badal-Systems werden benutzt zur Schaffung eines Vektor-Kennzeichens der Brechkraft des fraglichen optischen Systems. Dementsprechend wird das fragliche optische System zur Lichtemission beleuch tet. Licht tritt von der fraglichen Optik durch eine Badal- Linse und gelangt in der Richtung einer Detektor-Anordnung und einer Detektor-Anordnungs-Relaisoptik in den Badal-Raum. Die Detektor-Anordnung in dem Badal-Raum tastet das fragli che optische System ab entweder durch eine Abtast-Aperturen bestimmende Maske, die an dem fraglichen optischen System an gebracht ist, eine die Abtast-Aperturen bei einem Detektor bestimmende Anordnung, weil diese danach zu dem fraglichen optischen System weitergeleitet werden, oder durch beides. Die Badal-Linse ist mit Bezug auf das fragliche optische Sy stem so angebracht, daß das fragliche optische System sich an der Brennpunkt-Ebene der Badal-Linse befindet. Relais-Op tiken leiten ein Abbild der fraglichen Optik zu der Detek tor-Anordnung weiter, lassen Ablenkung oder Abweichung der Lichtwege zu von den Abtast-Aperturen an der fraglichen Optik zu dem Detektor als Funktion der Brechkraft des fragli chen optischen Systems.

Ein System zum Messen der Ablenkung von Licht, das von den Detektor-Apertur-Abtaststellen emittiert wird, zwischen den Aperturen der Detektor-Anordnung an der fraglichen Optik und der Detektor-Anordnung wird beschrieben, wobei diese Ablen kung in einer Ebene auftritt, die senkrecht zur Achse des Badal-Systems liegt. Die gemessene Ablenkung ergibt ein Vek tor-Kennzeichen der Linsen-Brechkraft, und diese Brechkraft kann in üblicher Weise in die Komponenten Sphäre, Zylinder und Achse oder die Äquivalente dazu gewandelt werden für die Messung des fraglichen optischen Systems.

Ein Vorteil des beschriebenen Systems besteht darin, daß es einfach an einen Objektiv-Refraktor angepaßt werden kann. Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung wird ein Target- Lichtfleck, vorzugsweise im Infraroten, auf die Netzhaut des menschlichen Auges projiziert. Das Bild eines Detektors mit einer Detektor-Anordnung wird auf die Pupillen-Ebene (oder die Hornhaut-Ebene) des menschlichen Auges geleitet, und diese Weiterleitung geschieht durch die Badal-Optik und not wendige Relais-Optik. Licht wird von den Abtaststellen der Detektor-Anordnung an dem Auge zu der Detektor-Anordnung längs gebrochener Wege übertragen, welche in ihren Bre chungs-Ablenkungen direkt in ein Vektor-Kennzeichen der Brechkraft des Auges gewandelt werden können. Durch Beziehen des Auges auf einen emmetropischen Standard kann die Korrek tur-Vorschrift zur Korrektur gemessener Sehfehler (Das Augen rezept) erzeugt werden.

Ein zusätzlicher Vorteil des beschriebenen Systems besteht darin, daß es genauso einfach an ein Linsen-Meßgerät ange paßt werden kann. Nach diesem Aspekt wird kollimiertes Licht durch die fragliche Linse geleitet, vorzugsweise an einer Maske, die der fraglichen Optik gegenüberliegt und die Ab tast-Aperturen der Linse bestimmt. Ein Abbild der Abtast- Aperturen wird durch die Badal-Optik und die Relais-Optik geleitet und trifft auf einen Detektor auf. Zwischen der Badal-Optik und der Relais-Optik ist eine Vorrichtung zum Messen der Lichtablenkung zwischen den Abtaststellen an der fraglichen Optik und dem Detektor plaziert. Eine Messung dieser Ablenkung kann direkt in Vektor-Kennzeichen gewandelt werden, die direkt auf die Brechkraft des Linsensystems in Sphäre, Zylinder und Achse oder deren Äquivalente bezogen sind.

Ein weiterer Vorteil des Linsenmeters mit Benutzung von Badal-Optik besteht darin, daß es einfach an die Messung von Kontaktlinsen angepaßt werden kann, die vom Auge abgenommen sind. Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung wird das auf die zu messende Kontaktlinse auftreffende Licht mit einem Auftreffwinkel an der Kontaktlinse versehen, der an die apla natische Bedingung der mittleren sphärischen Krümmung der Kontaktlinse angenähert ist. Alle anderen durch das Badal- System und die nachfolgende Optik genommenen Meßwerte blei ben im wesentlichen ungeändert. Es ergibt sich ein System, das leicht die Brechkraft von Kontaktlinsen-Optiken be stimmt, ohne durch die sphärische Aberration der vom Auge ab genommenen Kontaktlinse beträchtlich beeinflußt zu werden.

Noch ein zusätzlicher Vorteil des beschriebenen Systems be steht darin, daß es leicht bei einem Keratometer angewendet werden kann. Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung trifft Licht auf ein fragliches Auge mit einem gesteuerten Winkel auf und wird von einem bekannten Ort an der Oberfläche des Auges abgetastet. Das Abbild des Abtastflecks an dem Auge wird zu einer Detektor-Anordnung weitergeleitet, wobei die Ablenkung des Lichts zwischen dem Abtastfleck an dem Auge und dem Abbild bei der Detektor-Anordnung gemessen wird. Wie zuvor wird die Größe dieser Ablenkung senkrecht zur opti schen Achse zwischen dem Abtastfleck an dem Auge und dem wei tergeleiteten Abbild des Abtastflecks in einer Badal-Optik- Einrichtung gemessen. Das wird nachher auf die Krümmung des Auges abgeglichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Badal-Optik benut zenden Objektiv-Refraktometers, wobei die Vorrichtung die Ablenkung von Licht hinter der Badal-Optik in einer zur Achse des Badal-Systems senkrechten Ebene mißt und diese Ablenkung auf ein Vektorkennzeichen der optischen Ablenkung des Auges zur Bestim mung einer objektiven Korrektur-Vorschrift des Auges bezieht;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines bekannten Badal-Op tometers zum subjektiven Messen der Korrek turvorschrift für ein menschliches Auge, wobei diese Vorschrift direkt auf den Ab stand bezogen ist, bei dem der Patient ein Target oder Zielobjekt im Badal-Raum als scharf erkennt;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines bekannten, sich be wegenden Grenzortes, der das bevorzugte Mittel zum Messen der Ablenkung von Licht nach der Badal-Optik darstellt;

Fig. 4A eine Seitenansicht eines Linsen-Meßinstru ments unter Benutzung von Badal-Optik, wobei die Vorrichtung die Ablenkung von Licht hinter der Badal-Optik in einer zur Achse des Badal-Systems senkrechten Ebene mißt und diese Ablenkung auf das Vektor-Kennzeichen optischer Ablenkung der Linse bezieht, das System hier gezeigt mit einer ersten Licht quelle zum Messen von üblichen Brillenlinsen und einer zweiten Lichtquelle zum aplanati schen Auftreffen auf von dem Auge abgenomme nen Kontaktlinsen, um der Auswirkung sphäri scher Aberration auf die Messung von Kontakt linsen klein zu halten; und

Fig. 4B eine Einzelheit der bei dieser Erfindung be nutzten Mehrfach-Apertur;

Fig. 5 eine Einzelheit eines geknickten optischen Weges, um das Auftreffen von Licht längs der Achse des Badal-Systems bei zwei unterschied lichen Abständen von der Badal-Optik zuzulas sen, wobei ein Lichtquellen-Abstand übliche Brillenlinsen-Messung zuläßt und der andere Lichtquellen-Abstand zur Abtastung von Kon taktlinsen an ihrer annähernd aplanatischen Stelle vorhanden ist, um die Auswirkung sphä rischer Aberration klein zu halten;

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Keratometers bei der Überprüfung eines menschlichen Auges auf Krümmung der Hornhaut mit einem sich be wegenden Grenzort zur Messung der Ablenkung von Licht in einer zur optischen Achse eines Badal-Linsen-Systems senkrechten Ebene,

Fig. 7A eine Darstellung ähnlich Fig. 6 in der Umge bung des Auges, nur um das Einsetzen eines Spiegels und einer plankonvexen Linse bei dem Spiegel statt des Auges in Fig. 6 zu zeigen,

Fig. 7B eine Darstellung ähnlich Fig. 7A, die das Einsetzen einer Linse statt des in Fig. 6 ge zeigte Auges darstellt, und

Fig. 8 eine Ausführung eines Keratometers erfin dungsgemäßer Art in der Nähe des Auges, wobei nur Lichteinfall an dem Auge längs Wegen, die auf den Krümmungsradius eines "mittleren" Auges mit einem 4 mm Krümmungsra dius zeigen mit gemessener Ablenkung, die eine Ablenkung vom Normalen anzeigt.

In der folgenden Diskussion wird zunächst die für den automa tischen Refraktor für das Auge bezeichnende Ausführung disku tiert. Danach wird die Ausführung der beschriebenen Erfin dung als ein Linsen-Meßgerät gezeigt, und mit Bezug auf die letzte Ausführung wird eine anders als triviale Anpassung vorgestellt für das Linsen-Meßgerät zum vollständigen Ermit teln einer außerhalb des Auges gemessenen Kontaktlinsen- Brechkraft mit Beseitigung der Auswirkung sphärischer Aberra tion.

Anhand der Fig. 1 ist zu sehen, daß die Objektivrefraktor- Ausführung der hier beschriebenen Erfindung kompakt und ein fach aufgebaut ist.

Die Auslegung ist am besten anhand der Fig. 1 zu verstehen. Hier ist ein Auge E im Querschnitt gezeigt, das längs der op tischen Achse 0 des Instruments in Richtung dieser blickt. Eine Infrarot-Lichtquelle 30, am vorteilhaftesten eine LED, beleuchtet eine Kondenslinse 32, die im wesentlichen das Licht kollimiert. Der Strahl wird dann durch Einwirkung einer Apertur 34, die als nächstes in dem Weg vorhanden ist, im Durchmesser beschränkt.

Das Licht trifft als nächstes auf eine Relais-Linse 36, die so ausgewählt und eingesetzt ist, daß sie die Apertur 34 in die Ebene der Pupille des Auges P abbildet. Dieses strahlfor mende optischen System wird gewählt, um sicherzustellen, daß Licht durch eine eng definierte Fläche in das Auge eintritt und daß es ein im Winkel wohldefinierter Strahl ist. Da der Strahl durch den refraktiven, d. h. brechenden Abschnitt des Auges in einem festgesetzten kleinen Bereich hindurchtritt, kann er nicht sehr viel divergieren, bevor er die Netzhaut erreicht, auch wenn die Brechungseigenschaften der zu unter suchenden Augen sich in weiten Bereichen unterscheiden.

Nach dem Durchlauf durch die Linse 36 tritt der Strahl durch einen polarisierenden Strahlteiler 40 und wird um 90° ge dreht. Dieser Typ von Strahlteiler wird benutzt, um den Be leuchtungs- und den Empfangsweg aufeinander zu bringen. Zu sätzlich wird der Strahlteiler 40 durch die Polarisierung des auf das Auge auftreffenden Lichts Spiegelreflexe von Flä chen im Auge und in dem gemeinsamen Weg des Instruments un terdrücken. Diese Unterdrückung geschieht, da irgendwelche Reflexionen die gleiche Polarisierung wie der Beleuchtungs strahl haben werden. Infolgedessen werden sie nicht durch den polarisierenden Strahlteiler in die Detektor-Optik hin durchgeleitet. Nur Licht mit der entgegengesetzten Polarisa tion kann in diesen Weg eintreten. Derartiges reflektiertes Licht wird schadlos in den optischen Quellpfad zurückge führt.

Der Strahl verläßt dann den Strahlteiler 40 und tritt in das Auge E ein, wobei er einen kleinen stationären Fleck an der Netzhaut R beleuchtet. Dieser Fleck dient als wohldefinierte sekundäre Lichtquelle, und dieses Licht wird benutzt zum Er fassen des Brechfehlers des Auges. Zwar ist das auf diesen Fleck auftreffende Licht polarisiert, jedoch sorgt die diffu se Netzhaut-Reflexion für Depolarisierung des Licht, so daß das aus der Auge austretende Licht beide Polarisations-Kompo nenten besitzt.

Der Anteil des von dem Auge mit der richtigen Polarisation reflektierten Licht tritt durch den Strahlteiler 40 hindurch und in die Badal-Linse B ein. Die Fokuslänge dieser Linse ist f_B und die Linse ist so eingesetzt, daß ihre Fokalebene P mit der Pupillen-Ebene des Auges zusammenfällt. Diese Linse B kann als die Optometer-Linse eines Badal-Optometersy stems angesehen werden, dessen Optometer-Raum S an der der Ebene P abgewandten Seite von B liegt.

Deswegen liegt die durch das Badal-Optometersystem erzeugte effektive Linse in der Ebene P. An der Seite von B, an der sich der Optometer-Raum befindet, ist sich eine Zerhacker- Scheibe oder ein sich bewegender Grenzort L vorgesehen. Diese Scheibe besitzt einen transparenten Anteil 100 und einen undurchsichtigen Anteil 102. Die Grenzlinien 104 zwi schen diesen Bereichen besitzen die Eigenschaft, daß bei jedem Radialabstand vom Scheibenmittelpunkt die Steigung einer Grenze anders als die der anderen ist. Ein in der Praxis vorteilhafter Grenzort ist der im Humphrey-Linsenana lysator benutzte. Fig. 3 zeigt die Darstellung einer solchen Auslegung, die aus der Beschreibung in US-PS 41 80 325 mit der Bezeichnung "Lens Meter With Automated Readout", erteilt am 25. 12. 1979, entnommen ist; auf die dortige Beschreibung und Darstellung wird ausdrücklich verwiesen.

Der Leser versteht, daß der sich bewegende Grenzort L nur ein Beispiel aus einer ganzen Anzahl von drehenden, sich linear bewegenden oder statischen Geräten ist, mit denen diese Messung angestellt werden kann. Weiter ist die hier ge zeigte Scheibe zufällig senkrecht zur optischen Achse. Es können auch andere Ausrichtungen benutzt werden, solange die zur optischen Achse senkrechte Ablenkungs-Komponente sicher erhalten werden kann.

Es ist zu verstehen, daß es zur Messung der Brechkraft des menschlichen Auges unpraktisch ist, eine Apertur-Maske auf das menschliche Auge aufzusetzen; jedoch kann durch Einspie geln der Aperturen in das menschliche Auge der gleiche Effekt erreicht werden. Das bedeutet, die anscheinenden oder eingespiegelten Aperturen wirken genauso, als wären an ihrer Stelle reale Aperturen eingesetzt.

Nach Durchtritt durch die Ebene des sich bewegenden Grenzor tes L tritt das Licht in die Abbildungslinse I ein, welche zusammen mit der Linse B die Augenpupille T auf die Mehrfach apertur M abbildet, die mindestens drei, typischerweise jedoch vier oder eine Mehrzahl von vier kleinen Aperturen be sitzt, die in einem festgelegten Muster, am vorteilhaftesten in einem Quadrat, angeordnet sind. Zu diesem Zweck ist die Mehrfachapertur M mit dem Abstand f_I einer Fokallänge der Linsen B und I von I eingesetzt.

Direkt hinter der Mehrfachapertur M befindet sich ein Mehr fachdetektor D mit je einem diskreten Element für jede Aper tur der Mehrfachapertur M und so ausgelegt, daß nur durch die zugeordnete Apertur fallendes Licht durch den jeweiligen Detektor erfaßt werden kann. Wenn beispielsweise vier Aper turen in der Mehrfachapertur M vorhanden sind, ist der Detek tor D ein Quadrat-Detektor. Weiter wird, da die Pupillen ebene P auf die Mehrfachapertur M abgebildet wird, die Mehr fachapertur M sicherstellen, daß jeder diskrete Detektor Licht von einem eng bestimmten Bereich der Pupille empfängt. Typischerweise sind diese Detektoren Fotodioden. Falls die Anordnung aus Fotodioden in einer ausreichend fixierten geo metrischen Anordnung hergestellt ist, und jedes Element eine kontrollierte kleine Fläche besitzt, kann der Detektor D selbst als Mehrfachapertur M dienen.

Es wird nun erklärt, wie diese Anordnung Brechungsfehler mißt. Da alle Lichtstrahlen, ohne Rücksicht auf den Brechfeh ler des gerade untersuchten Auges durch die Abbilder der Apertur von M hindurchtreten müssen, die in der Ebene P er zeugt sind, können diese Bildaperturen als Lichtquellen für die Linse B und das dadurch gebildete Badal-System angesehen werden. Da diese effektive Quelle sich in der fokalen Ebene der Badal-Linse B befindet, muß jeder Strahl nach Durchtritt durch die Badal-Linse B parallel zu allen anderen Mitglie dern seines Strahlbündels liegen.

Da ja der Raum an dieser Seite der Badal-Linse B auch noch ein Badal-Optometerraum ist, wird ein Strahl die optische Achse in einer Entfernung B schneiden, die linear proportio nal der Brechkraft der untersuchten Linse ist. Der sich bewe gende Grenzort L ist fähig, den Abstand zu messen, den ein Strahl von der optischen Achse besitzt, wenn der Strahl durch seine Ebene hindurchtritt. Infolge der Tatsache, daß alle Strahlen in diesem Raum parallel sind, ist der Abstand des Strahles von der optischen Achse in der Ebene des Orts L proportional zum Abstand seiner Überkreuzung mit der opti schen Achse von der Badal-Linse B und damit proportional zur Linsen-Brechkraft der Linse des Auges E in der Ebene P.

Das durch den Detektor D gesehene Signal ist gleichartig zu dem Signal, das durch den Detektor in einem Humphrey-Linsen analysator gesehen wird, und die Refraktions-Analyse wird in gleichartiger Weise durchgeführt. Das wiederum ist zu verste hen bei Berücksichtigung des Inhalts der US-PS 41 80 325, "Lens Meter With Automated Readout", auf die hier ausdrück lich hingewiesen wird.

Die in Fig. 4A gezeigte Ausführung der Erfindung ist ein automatisches Linsenmeßgerät, das im Vergleich zu den der zeit üblichen einfach ausgelegt und in kompakter Form aufzu bauen ist. Es bietet auch die Möglichkeit, Kontaktlinsen in solcher Weise zu messen, daß Schwierigkeiten mit sphärischer Aberration vermieden werden, einem Fehler, der Messungen bei vorhandenen Linsen-Meßgeräten, seien sie nun Handgeräte oder automatische Geräte, beträchtlich stört.

Die Auslegung wird am besten mit Bezug auf Fig. 4A erkannt. Die zu untersuchende Linse U, hier eine Kontaktlinse mit ne gativer Brechkraft, ist so dargestellt, daß sie mit ihrer anterioren Fläche (oder Scheitelfläche) benachbart einer Mehrfachapertur M angesetzt ist. Wie Fig. 4 B zeigt, hat die Mehrfachapertur M mindestens drei, aber typischerweise vier oder ein Mehrfaches von vier kleinen Aperturen, die in einem festgelegten Muster, am vorteilhaftesten einem Quadrat, ange legt sind. Diese Mehrfachapertur M kann eine reale physikali sche Apertur sein, oder es kann ein Abbild einer realen Aper tur sein.

Irgendwelches zu Meßzwecken durch die Linse hindurchtreten des Licht muß zuerst durch eine dieser Aperturen der Mehr fachapertur M hindurchtreten. In die Linse treten an ihrer anterioren Fläche (oder Scheitelfläche) Mehrfach-Lichtstrah len ein, von denen jeder Lichtstrahl einer Apertur in der Mehrfachapertur M entspricht. Jeder dieser Strahlen ist ein deutig definiert durch die Richtung seines Hauptstrahls, wel cher wiederum definiert ist als der Strahl in dem Bündel, der durch das Zentrum seiner Apertur hindurchtritt. Nach Durchtritt durch die Aperturen in der Mehrfachapertur M tref fen die Lichtstrahlbündel zunächst auf eine Badal-Linse B, die so angeordnet ist, daß ihre Brennpunkt-Ebene mit der Ebene der Mehrfachapertur M zusammenfällt. Diese Badal-Linse kann angesehen werden als die Optometer-Linse eines Badal- Optometersystems, dessen Optometerraum an der der Mehrfach apertur M gegenüberliegenden Seite der Badal-Linse B liegt. Deswegen liegt die durch das Badal-Optometersystem geschaffe ne effektive Linse in der Ebene der Mehrfachapertur M.

Auf der Seite der Badal-Linse B, an der sich der Optometer raum befindet, ist eine Zerhackerscheibe oder ein sich bewe gender Grenzort L vorhanden. Diese Scheibe ist hier als ro tierend angetrieben dargestellt und besitzt einen Abschnitt, der lichtundurchlässig ist (s. Fig. 3). Die Grenzen zwischen diesen Bereichen besitzen die Eigenschaft, daß bei irgendei nem Radialabstand vom Zentrum der Scheibe die Steigung einer Grenze sich von der der anderen unterscheiden muß. Dieser sich bewegende Grenzort ist ebenfalls in der bereits ange führten US-PS 41 80 325 beschrieben.

Da alle Lichtstrahlen, die durch die zu untersuchende Linse hindurchtreten und die Linse B erreichen, durch eine der Aperturen der Mehrfachapertur M hindurchtreten müssen, bilden diese Strahlen eine Lichtstrahlenfamilie, deren Glie der einen anscheinenden Ausgangspunkt von den jeweiligen Aperturen in der Mehrfachapertur M besitzen. Die Mehrfach apertur M wirkt als eine effektive Lichtquelle. Da diese ef fektive Lichtquelle sich in der Brennpunktebene der Badal- Linse B befindet, muß jeder Lichtstrahl nach Durchlaufen der Linse B parallel zu den anderen Gliedern seines Bündels sein.

Da der Raum an der anderen Seite von B ein Badal-Optometer raum ist, wird dazu noch ein Strahl die optische Achse mit einem Abstand von B schneiden, der proportional der Brech kraft der zu untersuchenden Linse ist. Der sich bewegende Grenzort L kann den Abstand messen, den ein durch seine Ebene hindurchtretender Strahl von der optischen Achse hat. Infolge der Tatsache, daß alle Strahlen in diesem Raum paral lel sind, ist der Abstand des Strahls von der optischen Achse in der Ebene L proportional zu dem Abstand von der Badal-Linse B, in dem er die optische Achse kreuzt, und damit proportional zur Linsen-Brechkraft.

Gleich hinter dem sich bewegenden Grenzort L befindet sich weiter eine Relais-Linse R, die im Zusammenhang mit der Badal-Linse B die Mehrfachapertur M auf den Detektor D abbil det. Jeder Bereich des Detektors D, auf den eine jeweilige Apertur der Mehrfachapertur M aufgezeichnet wird, ist ein diskreter Foto-Detektor. Mit anderen Worten, falls vier Aper turen in der Mehrfachapertur M vorhanden sind, dann ist der Detektor D ein Quadrat-Detektor, die bevorzugte Ausführungs form dieser Erfindung. Dem Optik-Fachmann wird klar werden, daß mindestens drei solcher Aperturen vorgesehen werden müssen, um Linsenmeßwerte nach Sphäre, Zylinder und Achse zu erhalten.

Falls die Bereiche des Detektors D ausreichend diskret und geometrisch definiert sind, kann ihr Abbild in der Ebene der Mehrfachapertur M die realen Aperturen ersetzen. Das ge schieht wegen der Übertragung der Detektorbereiche auf die Ebene der Mehrfachapertur M.

Auf den Detektor D auftreffendes Licht wird ein Signal erzeu gen. Das durch den Detektor D erzeugte Signal ist gleichar tig dem durch den Detektor in einem Humphrey-Linsenanalysa tor erzeugten Signal und die Brechungs-Analyse wird in glei chartiger Weise ausgeführt. Auch hier wird wieder auf US-PS 41 80 325 verwiesen, in der diese Beschreibung enthalten ist.

Die Lichtquelle 50 wird nun diskutiert. Eine vorteilhafte Lichtquelle ist eine Licht aussendende Diode (LED), die die Vorteile langer Lebensdauer und geringen Leistungsbedarfs be sitzt. Zusätzlich kann ihre physikalische Größe sehr gering gehalten werden. Nicht nur ihre Gesamtgröße, sondern auch ihre Licht aussendende Fläche kann sehr klein sein, was in der nachfolgend gezeigten Weise zur Verbesserung des Verhal tens ausgenützt werden kann.

Zunächst wird die Lichtquelle für die Messung von Brillen- Linsen diskutiert. Die Brillenlinse U ist gestrichelt einge zeichnet. Die LED 50 für Brillen-Linsen ist an dem hinteren Fokuspunkt der Quellen- oder Kondensator-Linse 55 gelegen. Von der Kondensatorlinsen 55 austretendes Licht wird deswe gen kollimiert sein. Es wird jedoch eine geringe Winkeldiver genz der Strahlen in dem austretenden Bündel vorhanden sein, da sie von physikalisch verschiedenen Gebieten der Quelle 50 herkommen. Die maximale Divergenz dieser Strahlen kann ausge drückt werden als der Winkel, dessen Tangens die durch die Brennweite der Linse 55 dividierte Breite der LED 50 ist. Diese Divergenz ist wichtig bei dem Erfassen des Übergangs von Licht zur Dunkelheit, den der Detektor D erfaßt, und der durch die Wirkung des sich bewegenden Grenzortes L erzeugt wird.

Je kleiner der Durchmesser des Lichtbündels in der Ebene des Orts L ist, umso rascher ist der Übergang und umso größer die Meßgenauigkeit. In Abwesenheit einer zu untersuchenden Linse U ist der Durchmesser des Bündels in der Ebene des Ortes L der Durchmesser der Apertur in M plus der Brennweite der Badal-Linse B mal dem angegebenen Winkel-Tangens.

Wenn eine Linse zur Messung eingesetzt ist, wird dieser Durchmesser durch Wirkung der Linse geändert. Diese Auswir kung ist nicht groß, da die Linse fast mit der Apertur M zu sammenfällt. Es ist deshalb zu sehen, daß die geringe Größe der Quelle 50 einen Vorteil für die Messung ergibt. Es ist zu sehen, daß der die Linse 55 verlassende Lichtstrahl oder das Lichtstrahlbündel ein Einzelbündel ist. Fachleute mit Er fahrung in Optik verstehen, daß Mehrfachbündel die zu unter suchende Linse U verlassen. Die Anwesenheit einer Mehrfach apertur M erzeugt in ihrer Auswirkung Mehrfachstrahlen zur Analyse durch den Ort L.

Für die Messung von Kontaktlinsen wird eine zweite Quelle 51 benutzt. Zu dieser Darstellung wird eine zu untersuchende Kontaktlinse mit der Bezeichnung U_C benutzt. Diese Linse U_C nimmt dieselbe Lage ein wie die vorher geprüfte Brillenlinse U.

Wie zu sehen ist, liegt die Quelle 51 in der optischen Achse O der Linse S und weiter weg als die Quelle 50. Sie ist so eingesetzt, daß eine reale Abbildung der Quelle 51 durch die Linse 55 in einem Abstand von 20 mm jenseits der Ebene der Mehrfachapertur M erzeugt wird. Wenn deshalb in diesem Fall keine zu untersuchende Linse eingesetzt ist, werden die durch den sich bewegenden Grenzort L abgetastete Strahlen de finiert durch die Aperturen der Mehrfachapertur M und das als eine effektive Apertur wirkende Abbild der Lichtquelle 51. Dies erscheint in der Linsen-Meßgeräteoptik, die ur sprünglich für die Brillenlinsen-Quelle 50 geeicht wurde, als ob eine positive Linse mit einer Brennweite von 20 mm (oder einer Brechkraft von 50 Dioptrien) gemessen würde.

Wenn eine Kontaktlinse benachbart zur Mehrfachapertur M zur Messung eingesetzt wird, wird die Brechkraft dieser Linse zu den 50 Dioptrien der scheinbaren Linse addiert, so daß sich eine durch das Linsenmeßgerät gemessene Gesamt-Brechkraft ergibt. Da das Instrument jedoch weiß, daß es in dem Kontakt linsen-Betrieb arbeitet, werden diese 50 Dioptrien von dem Gesamt-Meßergebnis abgezogen, bevor der Wert angezeigt wird. Deswegen ist der angezeigte Wert die wahre Brechkraft der Kontaktlinse.

Die Begründung für diese ungewöhnliche Anordnung besteht im folgenden: Wenn eine Kontaktlinse mit einem Linsenmeßgerät üblicher Auslegung in Luft gemessen wird, wobei ein paral leler oder ein kollimierter Strahl an einer Seite der Linse den Meßstrahl bildet, zeigt sie infolge ihrer stark meniskus artigen Form eine große sphärische Aberration. Diese Menis kus-Form ergibt sich direkt aus der konkaven Fläche an der posterioren Seite, mit der die Kontaktlinse an die Augenober fläche angepaßt ist.

Wenn jedoch eine solche Linse an dem Auge benutzt wird, wo diese Seite gegen die die Hornhaut bedeckende Tränenschicht angelegt ist, bildet sie zusammen mit dem Auge ein System, das keine größere sphärische Aberration zeigt, als sie bei dem Auge ohne Kontaktlinse vorhanden ist. Das kommt daher, weil die prinzipielle Auswirkung der Kontaktlinse darin be steht, die Krümmung der Hornhaut-Fläche geringfügig zu ändern, und damit die Gesamt-Brechkraft des Auges zu ändern, um so dessen Brechfehler zu korrigieren. Es ist daran zu er innern, daß die Gesamt-Brechkraft des menschlichen Auges in der Nähe von 60 Dioptrien liegt, während der Brechfehler nur ein geringer Bruchteil davon ist, da er ja typischerweise im Bereich von +5 bis -7 Dioptrien liegt. Da die Auswirkung der Kontaktlinse auf das Auge nur eine geringfügige Änderung der optischen "Form" des Augensystems ergibt, ändert sich die sphärische Aberration (die eine Funktion der "Form" ist) des Augensystems nicht bemerkenswert. Deshalb stellt für den Träger der Kontaktlinse die Paraxial-Brechkraft der Linse die effektive Brechkraft dar.

Infolge der sphärischen Aberration, die auftritt, wenn beide Seiten der Linse mit Luft in Berührung sind, ist diese Para xial-Brechkraft mit einem Linsen-Meßgerät üblicher Auslegung sehr schwierig festzustellen. Wenn jedoch Licht mit einer gewissen Konvergenz-Bedingung in die Linse eintritt, gibt es, falls überhaupt, nur wenig sphärische Aberration und ein zonaler Brechkraft-Meßwert kann als Paraxial-Meßwert genom men werden.

Es ist bei einer einzigen Brechfläche gut bekannt, daß die nicht triviale Bedingung für sphärische Aberration erfüllt wird, wenn ein konvergierendes Lichtstrahlenbündel in die Fläche in solcher Weise eintritt, daß die konvergierenden Strahlen an der gleichen Seite der Fläche fokussieren, an der ihr Krümmungs-Mittelpunkt liegt, und mit einem Abstand D von der Linse, der gegeben ist durch:

D=(η′+η) R/N,

wobei
R = der Krümmungsradius der Fläche,
η′ = der Brechungsindex an der Brennpunkt-Seite, und
η = der Brechungsindex an der Eintrittsseite.

Eine erste Annäherung wird dadurch hergestellt, daß die Kon taktlinse wie die mittlere Krümmung ihrer beiden Flächen wirkt. Danach wird eine zweite Annäherung hergestellt, die ausreicht zur Verwendung als einzelner Mittelwert für alle Kontaktlinsen.

Andere Werte in der Nähe arbeiten auch. Wenn dann η=1 und η′=1,5, wird L=20 mm. Das ist die durch die obige Ausle gung erfüllte Bedingung und gibt die Möglichkeit, die paraxiale Brechkraft einer Kontaktlinse aus einer zonalen Messung zu bestimmen ohne Beeinträchtigung durch sphärische Aberra tion. Im folgenden wird diese Auslegung als die "aplanati sche" Bedingung für die zu untersuchende Kontaktlinse U_C an gesprochen.

In Fig. 5 wird ein einfach gefalteter optischer Weg gezeigt, der vorteilhafterweise für die beiden Lichtquellen benutzt werden kann. Ein mit Aperturen versehener Spiegel 60 mit einer zentralen Apertur 62 erlaubt den Durchtritt von Licht für die übliche oder Brillenglas-Lichtquelle 50 direkt auf die optische Achse O. Wenn eine Messung einer Kontaktlinse U_C gewünscht ist, wird die Quelle 50 ausgeschaltet und die Quelle 51 beleuchtet. Die optische Wirkung ist im wesentli chen identisch zu der verständlicheren, jedoch weniger prak tischen optischen Anordnung, die mit Bezug auf Fig. 4A be sprochen wurde.

Während die oben angegebene die bevorzugte Anordnung dar stellt, können diskrete kollimierte Lichtstrahlen, die so ge richtet sind, daß sie sich bei 20 mm oder in der Nähe davon in Strahlrichtung nach der Ebene M überschneiden, auch als Kontaktlinsen-Quellstrahlen benutzt werden. In gleicher Weise können diskrete parallele Strahlen als Brillenlinsen- Quellstrahlen benutzt werden. In der Praxis kann es nützlich sein, Maskierungs-Aperturen in die Lichtstrahlenwege zu setzen, die nur die verwendeten Anteile des Gesamtstrahls die zu untersuchende Linse U erreichen lassen.

Nachfolgend wird noch die Keratometer-Ausführung des automa tischen Brechungsmeßgeräts beschrieben. Es ist auch möglich, das vorstehend beschriebene automatische Brechungsmeßgerät so umzugestalten, daß es als automatischer Keratometer zum Messen der Krümmung der Hornhaut des Auges wirkt. Das wird unter Benutzung der gleichen Detektoranordnung bewirkt, jedoch wird die Lichtquelle des Brechungsmeßgeräts durch eine Mehrfach-Lichtquelle oder eine ausgedehnte Keratometer- Lichtquelle ersetzt.

Um die Grundlagen für diese Abwandlung zu entwickeln, wird auf Fig. 6 verwiesen, die ähnlich wie Fig. 1 gestaltet ist. Die Quelle 30 ist nicht länger aktiv. Die Quelle 70 und die Kollimationslinse 72 wurden hinzugefügt, die zusammen einen kollimierten Lichtstrahl schaffen, der auf die Hornhaut C des Auges gerichtet wird.

Das hier dargestellte Auge E ist ein typisches "normales" Auge mit einem Krümmungsradius von 8 mm. Auf ein solches Auge E auftreffendes Licht wird von den Abtaststellen an dem Auge E an der Hornhaut C als parallele Lichtstrahlen reflek tiert.

Nach Fig. 7A kann eine konvexe reflektierende Fläche, wie die Hornhaut C des Auges, begrifflich gleich angesehen werden wie ein ebener Spiegel 214 im Zusammenhang mit einer negativen Linse 216. Diese konzeptionelle Umbildung des opti schen Systems ist in Fig. 7A gezeigt, wo die Hornhaut C des Auges E durch die Kombination aus ebenem Spiegel 214 und ne gativer Linse 216 ersetzt wurde. Die Brechkraft dieser "Linse" ist durch die wohlbekannte Formel gegeben:
P=2/r,
wobei r der Krümmungsradius ist.

Für die optische Analyse ist es immer möglich, eine optische Anordnung an einem Planspiegel zu "entfalten". Diese zweite Transformation des optischen Systems ist in Fig. 7B gezeigt, wo die Abbilder der Quelle und ihrer Linse mit 70 bzw. 72′ bezeichnet sind.

Es ist sehr wichtig zu bemerken, daß das hier gezeigte opti sche System dem optischen System aus Fig. 4A bei aktiver Quelle 51 sehr ähnlich ist. Man kann sehen, daß in Fig. 7B wie in Fig. 4A die Lichtstrahlen mit einem Winkel zur opti schen Achse auf das zu untersuchende optische Element auf treffen mit Durchleitung durch festliegende Aperturen in der Maske M. Es ist wichtig, in Fig. 7B zu bemerken, daß die Aperturen von der Platte M von dem Detektor auf die Hornhaut C projiziert werden. So kann der Ort der Aperturen in M aus Fig. 4A durch die Abbilder M′ der Aperturen der Maske M ein genommen werden, die durch das optische System B, I in der Ebene P gebildet wird.

Diese Gleichartigkeit legt nahe, daß die "Brechkraft" der Oberfläche gefunden werden kann unter Benutzung der gleichen Algorithmen, die benutzt werden, um erfindungsgemäß die Brechkraft der Kontaktlinse zu finden. Der Unterschied zwi schen den beiden Fällen liegt darin, daß im Falle der Kon taktlinse das auftreffende Licht auf den "aplanatischen" Punkt der Linse gerichtet war. Im Falle der Hornhaut wird das auftreffende Licht so gerichtet, daß der durch den Ab tastbereich an der Hornhaut hindurchtretende zentrale Strahl auch durch den Brennpunkt einer Hornhaut hindurchtritt, deren Krümmung sich in der Mitte des Verteilungsbereichs beim Menschen befindet, d. h. annähernd 4 mm hinter der Horn haut.

In der hier gezeigten Ausführung des Keratometers liegt die Winkelrichtung des auf die Hornhaut auftreffenden Lichts fest. Der Fachmann erkennt, daß ein solches Keratometer die "Brechkraft" oder Krümmungsdifferenz der Oberfläche gegen die Referenz-"Brechkraft" mißt, welche die Krümmung der "mittleren" Hornhaut ist. Wie in dem Falle des Linsenmeßin struments für Kontaktlinsen wird eine Versatz-Brechkraft, die erwähnte "mittlere" Brechkraft, zu der gemessenen Brech kraft hinzugefügt, um den endgültigen Wert der gemessenen Krümmung zu erhalten. Ein solches Keratometer mißt natürlich in Brechkraft oder Krümmung, während viele Keratometer natür lich in Krümmungsradien messen. Das ergibt jedoch kein Pro blem in der Praxis, da das eine das reziproke des anderen ist.

Eine Quelle entsprechend einem auf die Hornhaut abgebildeten Bereich des Detektors, wie durch die Quelle 70 dargestellt, reicht nicht zur Herstellung einer vollständigen Messung aus. Wie jedoch in US-PS 44 07 572 "Keratometer" von W.E. Humphrey gelehrt wird, reichen drei solche Quellen aus. Für die Abwandlung eines automatischen erfindungsgemäßen Refrak tors sind diese drei Quellen identisch zu der als Quelle 70 abgebildeten und symmetrisch so angeordnet, daß sie jedem von mindestens drei Segmenten des Detektors entsprechen. Mehr Quellen können ggf. benutzt werden, wodurch sich eine Redundanz für die Meßwerte ergibt.

Um die Neuheit dieses Keratometer-Auslegungsprinzips im Ge gensatz zu den bekannten handbetätigten Keratometer-Ausle gungsprinzipien zu zeigen, werden das Helmholtz-Keratometer und das Javal-Keratometer kurz dargestellt.

Bei dem Helmholtz-Keratometer-Prinzip wird das auf die Horn haut von einer einzelnen Quelle auftreffende Licht mit einem festliegenden Winkel kollimiert. Der abgetastete Bereich wird auf der Hornhaut bewegt, bis das Licht von der Hornhaut mit einem festen Winkel abgeht. Es ist diese Bewegung, die gemessen wird, um die Krümmung zu messen.

Bei dem Javal-Keratometer-Prinzip wird der Winkel des auf die Hornhaut auftreffenden Lichts verändert, bis das abgeta stete Licht von der Hornhaut mit einem festen Winkel von einem festliegenden Abtastbereich der Hornhaut abgeht. Der Krümmungswert wird aus der Lage des Quellwinkels gefunden.

Es ist zu erkennen, daß das Prinzip dieser Erfindung eine Kombination von Teilen beider Keratometer-Auslegungsprinzi pien ist. Der Winkel des auf die Hornhaut auftreffenden Lichts liegt fest, wie bei dem Helmholtz-Prinzip. Die Fläche der Hornhaut ist räumlich auf der Hornhaut C festgelegt wie bei dem Javal-Prinzip; jedoch ändert sich der Winkel des von der Hornhaut abgehenden Lichts entsprechend der Krümmung der Hornhaut, und diese Ablenkung wird gemessen, um die Krümmung zu finden.

Es kann gesehen werden, daß diese Erfindung sozusagen ein drittes keratometrisches Prinzip gegenüber den schon bekann ten benutzt.

Der Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, daß es möglich ist, eine in einer Dimension kollimierte Ringlichtquelle zur Ausführung dieser Erfindung zu benutzen. Derartige Ringlicht quellen sind bekannt und können im Gegensatz zu einer Punkt lichtquelle in einer Dimension durch einen Zylinderlinse kol limiert werden. Eine derartige Punktquelle einer Zeile wird nach Projektion durch die Zylinderlinse als eine gerade Linie projizieren.

Wenn eine in einem Ring untergebrachte Lichtquelle unter Be nutzung dieses Zylinderlinsen-Prinzips projiziert wird, ist die projizierte Lichtquelle auch ein Ring.

Es wird in diesem letzteren Fall erkannt, daß die Ablenkungs information nur in einer Richtung (oder Dimension) senkrecht zum Ring verfügbar ist. Wenn Ablenkungen in Tangentialrich tung zum Ring auftreten, ist die Ablenkungsinformation nicht verfügbar (da es nicht möglich ist, den einen Abschnitt des Lichtquellenrings von einem anderen Abschnitt des Lichtquel lenrings zu unterscheiden). Deshalb sind mehr Abtast-"Punk te" an der Hornhaut nötig. Typischerweise erfordert eine Re flexion des Rings eine Verdoppelung der Anzahl von Mindest- Erfassungsbereichen (bis zu sechs getrennten Stellen), um den Informationsverlust in Tangentialrichtung zum Untersu chungsring auszugleichen.

Alternativ kann ein anderer Detektortyp, welcher nur Radial ablenkung messen kann, wie eine CCD-Kamera, als Detektor zum Messen der Ablenkung benutzt werden. Bei einer solchen Ausle gung sieht die Kamera eine Ringapertur, wobei der Ring ein Hornhaut-Abbild ist, in einem Abstand. Eine Ablenkung in der Ebene der Hornhaut wird in eine senkrechte Bewegung in der CCD-Ebene gewandelt. Eine solche Auslegung bildet auch die Basis für eine automatische Brechungsmessung, so daß das Ke ratometer und der Refraktor wiederum das gleiche Detektor system benutzen können.

Nach Fig. 8 ist es auch möglich, eine Ringquellen-Auslegung zu benutzen, welche die Kontaktlinsen-Quelle 51 der Linsen meßgerät-Variation dieser Erfindung nachahmt. Die wichtige zu erfüllende Bedingung bei einer solchen Quelle besteht darin, daß alle Lichtstrahlen von dem Ring so gerichtet sein sollen, daß sie durch den Brennpunkt der "mittleren" Horn haut gehen, wenn sie nicht durch die Augen-Oberfläche reflek tiert sind.

Diese Anordnung ist schematisch in Fig. 8 dargestellt. Die Strahlen 73 und 74 stellen eine Querschnittsdarstellung des hohlen Lichtkegels dar, dessen Scheitel am Brennpunkt der Hornhaut-Fläche liegt. Das zur Ausbildung dieses Strahls be nutzte optische System ist nicht ausführlich gezeigt, aber die Ausbildung solcher Strahlen ist dem Fachmann wohl be kannt.

Claims

1. Badal-System zum Bestimmen der Brechkraft eines fragli chen optischen Systems, welches Badal-System in Kombina tion enthält:
Mittel zum Aussenden von Licht längs einer optischen Achse zu dem fraglichen System,
dadurch gekennzeichnet,
daß längs des optischen Systems eine Badal-Linse so eingesetzt ist, daß die fragliche Optik annähernd an der Brennweite der Badal-Linse sitzt;
daß ein Detektor an der optischen Achse eingesetzt ist zum Aufnehmen von Licht, das von dem fraglichen optischen System und der Badal-Linse durchgeleitet wird;
daß eine Detektoranordnung an der optischen Achse positio niert ist zum Ausbilden von mindestens drei Abtast-Aper turen an dem Detektor zum Abtasten von Licht, das von der fraglichen Optik durchgeleitet wird.
daß eine Detektoranordnungs-Relaisoptik zwischen der Badal-Linse und der Detektoranordnung vorgesehen ist, um einen Badal-Raum hinter der Badal-Linse zu bestimmen und das Zuleiten von Licht von diskreten Abtast-Aperturen zu der fraglichen Optik zuzulassen mit Ablenken von Licht zwischen der Abtast-Apertur an der fraglichen Optik und dem auf die Ablenkung von der fraglichen Optik reagieren den Detektor;
daß Mittel vorgesehen sind zum Messen der Auslenkung von Licht, das zwischen den diskreten Abtast-Aperturen an der fraglichen Optik und der Detektor-Anordnung emittiert wird, wobei dieses Meßmittel die Versetzung senkrecht zur Achse des Badal-Systems mißt, wodurch die gemessene Ablen kung ein Vektor-Kennzeichen der Brechkraft der fraglichen Optik gibt, welche Brechkraft bequem in Komponenten nach Sphäre, Zylinder und Achse oder in Äquivalente derselben gewandelt werden kann als Meßwerte für das fragliche opti sche System.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das fragliche optische System die Linse eines menschlichen Auges ist; und
das Mittel zum Emittieren von Licht längs der optischen Achse Mittel umfaßt zum Projizieren eines Target-Licht flecks auf die Netzhaut des menschlichen Auges zur Emis sion von der Netzhaut durch die Linse des Auges.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das fragliche optische System eine Linse zur Korrek tur für das menschliche Auge ist und
das Mittel für das Emittieren von Licht längs der opti schen Achse umfaßt:
eine Lichtquelle an der optischen Achse, wobei die Licht quelle an der optischen Achse positioniert ist mit der Linse zur Korrektur der Sicht des menschlichen Auges zwi schen der Lichtquelle und der Badal-Optik.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Linse zur Korrektur der Sichtverhältnisse des menschli chen Auges eine Kontaktlinse mit sphärisch konkaven Krüm mungen an einer Fläche ist zum Ansetzen an die Oberfläche des menschlichen Auges; und
daß Mittel mit der Lichtquelle gekoppelt sind zum Konver gieren des durch die Kontaktlinse laufenden Lichts mit einem Winkel, der die aplanatische refraktive Bedingung von Kontaktlinsen annähert, wodurch die sphärische Aberra tion der Kontaktlinse bei der Messung der Kontaktlinse re duziert wird.

5. Badal-System, aufgenommen in ein Objektivlinsen-Brech kraft-Meßgerät zur subjektiven Bestimmung der Brechkraft eines Auges, gekennzeichnet durch die Kombination aus:
einer Meßstation für einen Patienten, um das Auge des Pa tienten an eine optische Achse zu setzen;
Mittel zum Emittieren von Licht längs der optischen Achse in das menschliche Auge;
Mittel zum Abbilden des Lichts an die Netzhaut des Auges;
einer längs der optischen Achse so angesetzte Badal-Linse, daß das menschliche Auge an der Meßstation an der annähernden Brennpunktweite der Badal-Linse sitzt;
eines an der optischen Achse angesetzten Detektors zum Aufnehmen von Licht, das von dem Bild auf der Retina durch das Auge und die Badal-Linse durchgeleitet wird;
einer Detektoranordnung, um an dem Detektor mindestens drei Abtast-Aperturen zum Abtasten von durch das Auge tre tenden Lichts auszubilden;
einer Detektoranordnungs-Relaisoptik zwischen der Badal- Linse und der Detektoranordnung zum Bestimmen eines Badal-Raums hinter der Badal-Linse, um das Einleiten von Licht von diskreten Abtast-Aperturen an dem Auge zu ge statten mit Auslenken von Licht zwischen der Abtast-Aper tur an dem Auge und dem Detektor, in Reaktion auf die durch das Auge hervorgerufene Brechung; und
eines Mittels zum Messen der Ablenkung des zwischen den diskreten Abtast-Aperturen an dem Auge und den Aperturen der Detektor-Anordnung emittierten Lichts, wobei dieses Meßmittel die Versetzung senkrecht zur Achse des Badal- Systems mißt, wodurch die gemessene Ablenkung ein Vektor- Kennzeichen der Linsen-Brechkraft ergibt und diese Brech kraft bequem in Komponenten nach Sphäre, Zylinder und Achse oder Äquivalente derselben zur Messung des Auges ge wandelt werden kann.

6. Badal-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektor-Anordnung vier Aperturen enthält.

7. Badal-System zum Bestimmen der Brechkraft einer innerhalb einer optischen Achse zum Testen eingesetzten Linse, da durch gekennzeichnet, daß das System in Kombination umfaßt:
Mittel zum Emittieren von Licht längs der optischen Achse durch die Linse von einer ersten Seite der Linse;
eine längs der optischen Achse an einer zweiten Seite der Linse eingesetzte Badal-Linse, wobei die zu untersuchende Linse relativ zur Badal-Linse annähernd bei der Brennwei te der Badal-Linse eingesetzt ist;
einen Detektor, der an der optischen Achse an der zweiten Seite der zu untersuchenden Linse eingesetzt ist zum Emp fangen von Licht, das durch die zu untersuchende Linse und die Badal-Linse hindurchgeleitet ist;
eine an der optischen Achse eingesetzte Detektoranordnung zum Ausbilden mindestens dreier Abtast-Aperturen zum Abta sten von Licht, das durch die zu untersuchende Linse an dem Detektor hindurchtritt;
Detektoranordnungs-Relaisoptik zwischen der Badal-Linse und der Detektoranordnung, um einen Badal-Raum hinter der Badal-Linse zu bestimmen und das Zuleiten von Licht von diskreten Abtastaperturen an der fraglichen Optik mit der Ablenkung von Licht zwischen der Abtast-Apertur und der zu untersuchenden Linse zuzulassen in Abhängigkeit von der Brechung an der fraglichen Optik;
Mittel zum Messen der Ablenkung von zwischen den diskre ten Abtastaperturen an der zu untersuchenden Linse und der Detektoranordnung emittiertem Licht, wobei dieses Meß mittel die Versetzung senkrecht zur Achse des Badal-Sy stems mißt, wodurch die gemessene Ablenkung ein Vektor- Kennzeichen der Linsen-Brechkraft ergibt, welche Brech kraft bequem in Komponenten nach Sphäre, Zylinder und Achse oder Äquivalente derselben gewandelt werden kann zur Messung der zu untersuchenden Linse.

8. Badal-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel zum Aussenden von Licht zu der zu untersuchen den Linse konvergierendes Licht aussendet, das in dem Be reich von 20 mm hinter der zu untersuchenden Linse konver giert; und
daß die zu untersuchende Linse eine Kontaktlinse ist.

9. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel zum Emittieren von Licht zu der zu untersuchenden Linse paralleles Licht emittiert und
daß die zu untersuchende Linse eine Brillenlinse ist.

10. System nach Anspruch 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Emittieren von Licht erste und zweite Lichtquellen enthält, wobei die erste Lichtquelle zum Emittieren parallelen Lichts und die zweite Lichtquelle zum Emittieren konvergenten Lichtes vorgesehen ist.

11. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fragliche optische System die Hornhaut eines menschlichen Auges ist und daß das Mittel zum Emittieren von Licht längs der optischen Achse Mittel zum Projizieren eines Target-Lichtflecks auf die Hornhaut des menschlichen Auges zur Reflexion von der Hornhaut umfaßt.

12. Badal-System zur Bestimmung der Krümmung eines fragli chen Auges, dadurch gekennzeichnet, daß das System in Kombination umfaßt:
Mittel zum Emittieren von Licht auf die Hornhaut des menschlichen Auges zur Reflexion von dem Auge im wesent lichen längs seiner optischen Achse;
eine längs der optischen Achse angesetzte Badal-Linse, wobei die Hornhaut annähernd an der Brennweite der Badal-Linse angesetzt ist;
einen an der optischen Achse angesetzten Detektor zum Aufnehmen von an der Hornhaut reflektiertem und durch die Badal-Linse geleiteten Licht;
eine an der optischen Achse angesetzten Detektor-Anord nung, um an dem Detektor mindestens drei Abtastaperturen zum Abtasten von von der Hornhaut reflektiertem Licht auszubilden;
Detektor-Anordnungs-Relais-Optik zwischen der Badal- Linse und der Detektoranordnung zum Definieren eines Badal-Raums hinter der Badal-Linse, um die Zuleitung von Licht von diskreten Abtast-Aperturen an die Hornhaut zu zulassen mit Ablenkung von Licht zwischen der Abtast- Apertur an der fraglichen Optik und dem Detektor in Ab hängigkeit von der Reflexion des Lichts von der Horn haut; und
Mittel zum Messen der Ablenkung von zwischen den diskre ten Abtast-Aperturen an der fraglichen Optik und der De tektoranordnung emittiertem Licht, wobei dieses Meßmit tel die Versetzung senkrecht zur Achse des Badal-Systems mißt, wodurch die gemessene Ablenkung ein Vektor-Kennzei chen von Hornhaut-Krümmung ergibt, welche Krümmung bequem in Komponenten von Sphäre, Zylinder und Achse oder den Äquivalenten derselben gewandelt werden können zur Messung der Krümmung des Auges.

13. Badal-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es eine kollimierte Lichtquelle um das Auge enthält, die Licht auf das Auge auftreffen läßt.