DE4417768C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Projizieren von Bildinformationen bei Personen mit durch eine Abweichung der Stellung ihrer Sehachse verursachten Störungen des Sehens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Projizieren eines Bildes vor mindestens ein Auge einer unter einem Sehfehler leidenden Person, bei der die Stellung mindestens eines ihrer Augen vorübergehend oder dauerhaft abweicht von der Stellung, die ein gesundes Auge bei gleicher Sichtsituation einnehmen würde.

Störungen der Beweglichkeit eines Auges oder eine allgemein als Schielen bezeichnete dauerhafte unterschiedliche Stellung der Sehachsen der Augen eines Augenpaares haben aufgrund der dann von den beiden Augen wahrgenommenen unterschiedlichen Bildausschnitte zunächst ein Doppelbildsehen zur Folge. Die Überlagerung der beiden unterschiedlichen Bilder im Gehirn führt zu einer erheblichen Verwirrung des betroffenen Menschen. Es kommt daher im Gehirn des betroffenen Menschen zu einem Wettstreit der Sehempfindungen, der schließlich in vielen Fällen darin endet, daß das Bild, dem die Hauptaufmerksamkeit zugewendet wird, auf Dauer dominiert, während das andere Bild unterdrückt wird. Dabei handelt es sich bei dem dominierenden Bild in der Regel um den Bildausschnitt, der von dem Auge mit normaler Sehachsenstellung wahrgenommenen wird.

Die Unterdrückung des von dem schielenden Auges erfaßten Bildes bedingt in den meisten Fällen eine Schwachsichtigkeit. Diese als Amblyopie bezeichnete Schwachsichtigkeit äußert sich vor allem bei dauerhaft schielenden Menschen zum einen in dem Unvermögen, stereoskopisch zu sehen, zum anderen in einer Beeinträchtigung der Fähigkeit, innerhalb des wahrgenommenen Bildes unterschiedliche Gegenstände, beispielsweise Buchstaben, von einander zu trennen.

Insbesondere bei Kindern wird versucht, die durch Schielen verursachte Schwachsichtigkeit eines der Augen dadurch zu verbessern, daß das Auge mit dem jeweils stärkeren Sehvermögen abgedeckt wird. Diese Behandlungsweise hat jedoch den Nachteil, daß es in vielen Fällen dazu kommt, daß das abgedeckte Auge innerhalb kurzer Zeit hochgradig amblyop wird. So kann es dazu kommen, daß die entsprechend behandelte Person nach dem Entfernen der Abdeckung auf dem zuvor abgedeckten Auge nahezu blind zu sein scheint. Diese Erscheinung kann durch eine Abdeckung des jeweils anderen Auges oftmals behoben werden. In solchen Fällen aber, in denen eine derartige Behandlung nicht erfolgt, kann es zu einer bleibenden Schwachsichtigkeit des an sich gesunden Auges kommen. Das Schielen und die daraus oder aus der Therapie resultierende Schwachsichtigkeit bringt eine Beeinträchtigung des Orientierungsvermögens mit sich, die u. a. durch eine Beeinträchtigung des Gesichtsfeldes verursacht wird.

Es sind beispielsweise aus Josef Lang: Strabismus, Verlag Hans Huber, Stuttgart, 1986, Vorrichtungen bekannt, mit denen es möglich ist, den Schielwinkel, d. h., die Abweichung der Stellung der Sehachsen beider Augen, festzustellen. Zu diesem Zweck werden u. a. Prismen eingesetzt, mit denen es durch unterschiedliches Abdecken der Augen und Beobachten der Augenreaktion möglich ist, die Winkelabweichung zu bestimmen. Dieses Verfahren ist jedoch der Gefahr fehlerhafter Diagnoseergebnisse durch falsche Handhabung ausgesetzt.

Darüber hinaus ist eine a. a. O. beschriebene, als Synoptophor bezeichnete Vorrichtung bekannt, die mit zwei auf einer Winkelskala verschwenkbaren Röhren ausgestattet ist, deren eines Ende vor den Augen der zu untersuchenden Person plaziert wird, während das andere Ende auf zwei unterschiedliche Objekte gerichtet wird. Durch Verschwenken mindestens einer der Röhren aus einer dem normalen Sehvermögen entsprechenden Ausgangsstellung werden die Objekte so vor den Augen des Untersuchten abgebildet, daß dieser schließlich den Eindruck eines sich überdeckenden, ggf. stereoskopischen Bildes erhält. Der Schwenkwinkel der Röhre bezogen auf die Ausgangsstellung gibt Aufschluß über den bei dem Untersuchten bestehenden Schielwinkel.

Neben diesem Verfahren ist eine Methode zur Ermittlung des Schielwinkels bekannt, mit der unter Nutzung einer als "Video-Eye-Tracker" benannten Einrichtung zur Beobachtung und Überwachung der Augenbewegung kleinste Schielwinkel erfaßt werden können. Dabei umfaßt das Video-Eye-Tracking- System eine Infrarot-Kamera, deren Bild beispielsweise mittels eines Computers auswertbar ist.

Den bekannten Vorrichtungen zur Ermittlung des Schielwinkels gemeinsam ist, daß sie jeweils nur zur einmaligen Untersuchung unter Bedingungen geeignet sind, wie sie nur in einer Arztpraxis herrschen.

Es ist daher versucht worden, schielende Menschen mit Hilfe von Prismenbrillen, bei denen das dem schielenden Auge zugeordnete Prisma unter Berücksichtigung des Schielwinkels bei geradeaus gerichtetem Blick eingestellt ist, ein stereoskopisches Sehen zu ermöglichen. Diese Brillen sind jedoch nur bei einem geradeaus gerichteten Blick wirksam.

Neben den voranstehend erläuterten Vorrichtungen ist aus der US-Patentschrift 5 106 179 eine Sehhilfe bekannt, bei der einem schwachsichtigen, die bekannte Vorrichtung tragendem Menschen ein Bild auf zwei Bildschirmen dargeboten wird, von denen jeweils einer vor jeweils einem der Augen dieser Person positioniert ist. Das dargebotene Bild entspricht dabei dem Bild, welches die betreffende Person bei normaler Sehfähigkeit wahrnehmen würde. Der Zweck dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, durch eine geeignete Verstärkung des Lichtes auch der schwachsichtigen Person beispielsweise das Erkennen ihrer Umwelt zu ermöglichen. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Person abgesehen von der eingeschränkten Sehfähigkeit über normal bewegliche und positionierte Augen verfügt. Um die Position der Bildschirme an die Position der Augen unterschiedlicher Träger anpassen zu können, können bei der bekannten Vorrichtung die Bildschirme durch seitliches Verschieben ausgerichtet werden.

Schließlich ist aus der deutschen Patentschrift DE 37 25 817 C2 eine Einrichtung bekannt, mit der ein konzentriertes Lichtbündel, insbesondere ein Laserstrahl, punktförmig auf die Netzhaut eines Patienten projiziert und bei Bedarf nachgeführt werden kann. Durch diese Nachführeinrichtung ist sichergestellt, daß der Lichtpunkt bei der Untersuchung und Therapie von Fehlern der Netzhaut stets die gewünschte Stelle der Netzhaut trifft.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche einer von ggf. durch Schielen verursachter Schwachsichtigkeit betroffenen Person über einen längeren Zeitraum ohne Einschränkung seines Sehfeldes ein stereoskopisches Sehen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in bezug auf ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eines der Augen als führendes Auge ausgewählt wird, daß eine Bilderzeugungseinrichtung so eingerichtet wird, daß der vom führenden Auge abgebildete Bildinhalt von der Bilderzeugungseinrichtung auch dem nicht führenden Auge so dargeboten wird, wie es diesem bei gesunder Funktion dargeboten würde, daß weiterhin die Bewegung beider Augen erfaßt wird, daß der zu jedem Zeitpunkt vom führenden Auge abgebildete Bildinhalt von der Bilderzeugungseinrichtung im wesentlichen gleichzeitig dem nicht führenden Auge unter Berücksichtigung der Bewegung beider Augen so dargeboten wird, wie er dem nicht führenden Auge bei gesunder Funktion dargeboten würde, und daß dazu die Bilderzeugungseinrichtung das vom führenden Auge zu jedem Zeitpunkt abgebildete Objekt im wesentlichen zeitgleich ebenfalls abbildet und das so entstandene Bild unter Berücksichtigung der alleinigen Bewegung des nicht führenden Auges diesem darbietet.

Gemäß der Erfindung wird in einem ersten Schritt eines der Augen als das führende Auge bestimmt. Dabei wird es sich in der Regel um das Auge mit der stärkeren Sehkraft handeln. Es ist jedoch auch denkbar, das schwächere Auge als führendes Auge zu wählen. Anschließend wird kontinuierlich die Bewegung des führenden Auges und damit die Stellung seiner Sehachse überwacht. Gleichzeitig wird dem jeweils anderen Auge ein Bild präsentiert, daß dieses wahrnehmen würde, wenn es in die gleiche Blickrichtung wie das führende Auge schauen würde. Dabei erfolgt diese Präsentation unter Berücksichtigung der tatsächlichen Winkelstellung des nicht führenden Auges, so daß auch auf der Netzhaut des nicht führenden Auges ein unverzerrtes Bild abgebildet wird. Die verzerrungsfreie Abbildung wiederum ermöglicht es dem Betroffenen ohne Rücksicht auf die tatsächlich bestehende Winkelabweichung zwischen den Sehachsen seiner Augen stereoskopisch zu sehen. Dabei ermöglicht die kontinuierliche Überwachung des führenden Auges der betroffenen Person das stereoskopische Sehen über eine längere Zeit und unter Berücksichtigung der normalen Augenbewegungen, die jeder Mensch bewußt oder unbewußt ausführt. Das stereoskopische Sehen über eine längere Zeit bewirkt schließlich eine Stärkung der Wahrnehmungsfähigkeit im ganzen über das zuvor schwächere Auge.

Im einfachsten Fall kann die beim Projizieren der Bildinformation auf das nicht führende Auge berücksichtigte Winkelabweichung konstant sein und der Winkeldifferenz zwischen den Sehachsenstellungen der Augen entsprechen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das von der Bilderzeugungseinrichtung abgebildete Bild dem nicht führenden Auge unter zusätzlicher Berücksichtigung einer Winkelabweichung dargeboten wird, wobei diese Winkelabweichung vorzugsweise frei einstellbar ist. Bei einer derartigen Projektion des Bildes vor das nicht führende Auge unter Berücksichtigung von gezielt vorgegebenen Winkelabweichungen ist es möglich, beispielsweise im Rahmen einer Sehschule durch Vorgabe geeigneter Winkelabweichungen, das schielende Auge so zu trainieren, daß seine eigene Blickrichtung schließlich der des normal sehenden Auges entspricht. Da die Winkelabweichung zwischen dem stärkeren und dem schwächeren Auge zudem oftmals nicht konstant, sondern je nach Blickwinkel des normal sehenden Auges unterschiedlich ist, sollte die Bewegung beider Augen erfaßt und die Bildinformation zusätzlich unter Berücksichtigung der durch Bewegungsabweichungen verursachten Winkelabweichungen der Sehachsenstellung beider Augen projiziert werden.

Bezogen auf eine Vorrichtung wird die voranstehend genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Projizieren eines Bildes vor mindestens ein Auge einer unter einem Sehfehler leidenden Person, bei der die Stellung mindestens eines ihrer Augen vorübergehend oder dauerhaft abweicht von der Stellung, die bei gleicher Sichtsituation ein gesundes Auge einnehmen würde, gelöst, welche eine Bilderzeugungseinrichtung zur Projektion des von einem als führendes Auge ausgewählten Auge abgebildeten Bildinhalts auf das nicht führende Auge, Mittel zur Justierung der Bilderzeugungseinrichtung, Mittel zum Erfassen der Bewegung beider Augen, Mittel der Bilderzeugungseinrichtung zur im wesentlichen zeitgleichen Abbildung des vom führenden Auge zu jedem Zeitpunkt seiner Bewegung abgebildeten Objekts, und Mittel der Bilderzeugungseinrichtung zur Projektion des so erzeugten Bildes unter Berücksichtigung der Bewegung des nicht führenden Auges auf das nicht führende Auge umfaßt.

Die Bildinformation kann beispielsweise durch ein oder zwei Kameras aufgenommen werden und über entsprechende Bilderzeugungsvorichtungen und Projektionsvorrichtungen auf vor den Augen der die Vorrichtung benutzenden Person angeordnete Bildschirme projiziert werden. Genauso ist es jedoch auch denkbar, die Bildinformation über Spiegel- oder Prismensysteme zu projizieren, die in der Lage sind, die Bildinformation unter Berücksichtigung der Bewegung des führenden Auges zumindest auf das jeweils nicht führende Auge zu projizieren. Dabei ist das sich bei einer Annäherung eines Objektes einstellende natürliche Einwärtsschielen zu berücksichtigen, wozu beispielsweise geeignete Entfernungsmesser eingesetzt werden können. Darüber hinaus sollten jedem Auge Einrichtungen zugeordnet werden, die zusätzliche Sehfehler, wie Weit- oder Kurzsichtigkeit, korrigieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere solche, die ihre Eignung zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens begünstigt, können den Unteransprüchen entnommen werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Die Vorrichtung weist zwei in einem nicht gezeigten, auf den Kopf einer schielenden Person aufgesetzten Helm montierte Infrarot-CCD-Kameras 1, 2 auf, welche die Bewegung der Augen A1, A2 der Person erfassen. Die Infrarot-CCD- Kameras 1, 2 sind mit einer Auswerteinrichtung 3 verbunden, die eine der Winkelstellung der jeweiligen Sehachse der Augen A1, A2 entsprechende Information an eine Bilderverarbeitungseinrichtung 4 liefert.

An die Bildverarbeitungseinrichtung 4 sind zudem zwei Kameras 5, 6 angeschlossen, die auf dem nicht gezeigten Helm montiert sind. Die Kameras 5, 6 sind mit Entfernungsmessern ausgestattet, welche eine Annäherung oder Entfernung des Menschen an ein oder von einem Objekt erfassen. Mittels Verstelleinrichtungen 7, 8 können die Kameras 5, 6 einer jeden Änderung des Blickwinkels des jeweils führenden Auges A1 oder A2 entsprechend verschwenkt werden. Alternativ kann an die Bildverarbeitungseinrichtung 4 auch ein Videorecorder oder eine vergleichbare Bildquelle angeschlossen sein.

Die Bildverarbeitungseinrichtung 4 liefert Bilder an Projektionsvorrichtungen 9, 10, an die über Lichtleiterkabel jeweils ein Schirm 11, 12 angeschlossen ist. Innerhalb der Bildverarbeitungseinrichtung 4 ist die Winkelabweichung, unter der die Darstellung der Bildinformation auf den Schirmen 11, 12 erfolgt, durch Vorgabeparameter veränderbar.

Die Schirme 11, 12 sind vor den Augen A1, A2 in dem nicht gezeigten Helm angeordnet. Gleichzeitig sind jedem Auge A1, A2 nicht gezeigte optische Einrichtungen zugeordnet, über die durch Brechungsfehler verursachte Sehfehler, wie Weit- oder Kurzsichtigkeit, korrigiert werden können.

Die Auswerteinrichtung 3, die Bildverarbeitungs­ einrichtung 4, die Infrarot-CCD-Kameras 1, 2, die Projektionseinrichtungen 9, 10 und die Schirme 11, 12 sind Bestandteil einer Bilderzeugungseinrichtung B.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Nachdem beispielsweise dasjenige der Augen A1, welches die stärkere Sehkraft bei normaler Ausrichtung seiner Sehachse aufweist, als führendes Auge ausgewählt worden ist, wird die diesem Auge A1 zugeordnete Kamera 5 und die dem schwächeren, schielenden Auge A2 zugeordnete Kamera 6 entsprechend justiert. Anschließend erfassen die Infrarot- CCD-Kameras 1, 2 kontinuierlich die Bewegung beider Augen A1, A2.

Die Auswerteinrichtung 3 bestimmt aus den Bildern der Kameras 1, 2 die tatsächliche Stellung der Sehachse beider Augen A1, A2 und liefert entsprechende Informationen an die Bildverarbeitungseinrichtung 4. Durch die Verstelleinrichtungen 7, 8 werden die Kameras 5, 6 ständig der Bewegung des führenden Auges A1 in einer derart korrespondierenden Weise nachgeführt, wie es bei Augen eines Menschen mit normaler Sehfähigkeit und Sehachsenstellung der Fall wäre.

Unter Berücksichtigung der von der Auswerteinrichtung 3 gelieferten Informationen, der Vorgabeparameter und der mit einer Vergrößerung oder Verringerung des Abstandes von einem Objekt einhergehenden natürlichen Konvergenz der Augen erzeugt die Bildverarbeitungseinrichtung 4 aus dem Bild der Kamera 6, die dem nicht führenden Auge A2 zugeordnet ist, ein dem Sehfehler des Betrachters angepaßtes Bild. Dieses Bild wird über die Projektionsvorrichtungen 9 oder 10 auf den vor dem Auge A2 angeordneten Schirm 12 projiziert. Zeitrichtig wird auf den dem führenden Auge A1 zugeordneten Schirm 11 das korrespondierende Bild der diesem Auge A1 zugeordneten Kamera projiziert.

Claims (9)

1. Verfahren zum Projizieren eines Bildes vor mindestens ein Auge (A1, A2) einer unter einem Sehfehler leidenden Person, bei der die Stellung mindestens eines ihrer Augen vorübergehend oder dauerhaft abweicht von der Stellung, die ein gesundes Auge bei gleicher Sichtsituation einnehmen würde, dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß eines der Augen (A1, A2) als führendes Auge (A1) ausgewählt wird,
• 2. - daß eine Bilderzeugungseinrichtung (B) so eingerichtet wird, daß der vom führenden Auge (A1) abgebildete Bildinhalt von der Bilderzeugungseinrichtung (B) auch dem nicht führenden Auge so dargeboten wird, wie es diesem bei gesunder Funktion dargeboten würde,
• 3. - daß weiterhin die Bewegung beider Augen (A1, A2) erfaßt wird,
• 4. - daß der zu jedem Zeitpunkt vom führenden Auge (A1) abgebildete Bildinhalt von der Bilderzeugungseinrichtung (B) im wesentlichen gleichzeitig dem nicht führenden Auge (A2) unter Berücksichtigung der Bewegung beider Augen (A1, A2) so dargeboten wird, wie er dem nicht führenden Auge (A2) bei gesunder Funktion dargeboten würde, und
• 5. - daß dazu die Bilderzeugungseinrichtung (2) das vom führenden Auge (A1) zu jedem Zeitpunkt abgebildete Objekt im wesentlichen zeitgleich ebenfalls abbildet und das so entstandene Bild unter Berücksichtigung der alleinigen Bewegung des nicht führenden Auges (A2) diesem darbietet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Bilderzeugungseinrichtung (B) abgebildete Bild dem nicht führenden Auge (A2) unter zusätzlicher Berücksichtigung einer Winkelabweichung dargeboten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelabweichung frei einstellbar ist.

4. Vorrichtung zum Projizieren eines Bildes vor mindestens ein Auge (A1, A2) einer unter einem Sehfehler leidenden Person, bei der die Stellung mindestens eines ihrer Augen (A1, A2) vorübergehend oder dauerhaft abweicht von der Stellung, die bei gleicher Sichtsituation ein gesundes Auge einnehmen würde, gekennzeichnet durch

• 1. - eine Bilderzeugungseinrichtung (B) zur Projektion des von einem als führendes Auge ausgewählten Auge (A1) abgebildeten Bildinhalts auf das nicht führende Auge (A2),
• 2. - Mittel zur Justierung der Bilderzeugungseinrichtung (B),
• 3. - Mittel (1, 2) zum Erfassen der Bewegung beider Augen (A1, A2),
• 4. - Mittel (4, 5, 6, 9, 10) der Bilderzeugungseinrichtung (B) zur im wesentlichen zeitgleichen Abbildung des vom führenden Auge (A1) zu jedem Zeitpunkt seiner Bewegung abgebildeten Objekts, und
• 5. - Mittel (11, 12) der Bilderzeugungseinrichtung (B) zur Projektion des so erzeugten Bildes unter Berücksichtigung der Bewegung des nicht führenden Auges (A2) auf das nicht führende Auge (A2).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. - die Bilderzeugungseinrichtung (B) mindestens eine Videokamera (5, 6), deren Bild demjenigen Bild entspricht, welches das nicht führende Auge bei gesunder Funktion wahrnehmen würde,
• 2. - eine Bildverarbeitungseinrichtung (4), welche das von der Videokamera (5, 6) stammende Bild unter Berücksichtigung der alleinigen Bewegung des nicht führenden Auges (A2) verarbeitet, und
• 3. - eine Bildprojektionsvorrichtung (9, 10) umfaßt, die das verarbeitete Bild auf einem dem nicht führenden Auge (A2) zugeordneten Schirm (12) projiziert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem führenden Auge (A1) ein Schirm (11) zugeordnet ist, auf den das von einer weiteren Videokamera (5) aufgenommene Bild projizierbar ist, welche denjenigen Bildausschnitt erfaßt, den das führende Auge (A1) bei freiem Blick wahrnimmt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen der Augenbewegung jeweils CCD- Kameras (1, 2), insbesondere Infrarot-CCD-Kameras sind, die mit einer Auswerteinrichtung (3) verbunden sind, welche aus dem Bild der jeweiligen CCD-Kamera (1, 2) die Stellung des jeweiligen Auges (A1, A2) ermittelt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Mittel (1, 2) zum Erfassen der Augenbewegung in einem auf den Kopf der Person aufsetzbaren Helm angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zum Erfassen einer Verringerung oder Vergrößerung des Abstandes zu einem von der Person betrachteten Objekt umfaßt.