DE4425443C1

DE4425443C1 - Phoropter

Info

Publication number: DE4425443C1
Application number: DE4425443A
Authority: DE
Inventors: Manfred Doms; Ulrich Fischer
Original assignee: BLOCK MEDTECH GmbH
Current assignee: BLOCK MEDTECH GmbH
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2014-07-20
Also published as: JPH08182649A; US5648833A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Phoropter gemäß der Gattung der Patentansprüche zur Ermittlung der Fehlsichtigkeit des menschlichen Auges bzw. der Bestimmung von Sehhilfen.

Bekannt sind Vorrichtungen zur Untersuchung der menschlichen Augen, bei denen Tragglieder für sphärische Linsen und Rahmenelemente für zylindrische Linsen mit Hilfe elektrischer Drehvorrichtungen gedreht werden, siehe z. B. DE 33 31 799 A1, um sie in einer erforderlichen Kombination in einem Sehfeldfenster wirksam werden zu lassen. Als elektrische Drehvorrichtungen werden generell Synchron- oder Schrittmotoren verwendet, die über Riemen mit Umlenkrädern oder Zahnräder auf die Tragglieder bzw. die Rahmenelemente einwirken. Die bekannten Drehvorrichtungen sind hinsichtlich ihrer Materialaufwendungen und ihres Raumbedarfs sehr umfangreich und tragen dazu bei, daß bei den Augenuntersuchungen ein großer Teil des Gesichtes des Probanden vom jeweiligen Phoropter verdeckt wird.

Bekannt ist auch ein Piezomotor (DE 38 33 342 A1) mit einem Antriebselement und einem mit diesem in Reibungskontakt stehenden Abtriebskörper, wobei das Antriebselement zu zwei zueinander orthogonalen Bewegungskomponenten im Bereich des Reibungskontaktes anregt, von denen die eine den Antrieb selbst und die andere den Andruck besorgt. Das Antriebselement umfaßt zwei elektrisch bzw. magnetisch funktionell voneinander getrennte Anregungssysteme und wirkt über eine relativ große, raumaufwendige Masse auf den Abtriebskörper ein. Auch ist ein Piezomotor bekannt, bei dem innerhalb einer drehbar gelagerten, als Antrieb dienenden Trommel mindestens zwei Piezokristalljoche gestellfest angeordnet sind, die sich am Innenmantel der Trommel abstützen (DE 41 27 163 A1). Die getroffenen Anordnungen sind sehr aufwendig und für Phoropter nicht verwendbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kompendiös gestalteten Phoropter durch Verwendung eines neuartigen, den speziellen Bedingungen angepaßten Antriebs zu schaffen, wobei der Antrieb eine Drehung der Tragscheiben mit genügender Geschwindigkeit in beiden Richtungen bzgl. der Drehachsen ermöglicht.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch das Kennzeichen des ersten Patentanspruchs gelöst. Dabei könnte zwar auch am Abtriebsende des Schwingers selbst eine vorzugsweise ballige Friktionsfläche angearbeitet sein, mit der der Antrieb auf den scheibenförmigen Träger wirkt. Es wird aber vorgezogen, auf das Abtriebsende des Schwingers einen Abtriebskörper mit entsprechender Oberflächengestaltung aufzukleben, dessen Masse gegenüber der Schwingermasse unbedeutend ist, die Eigenfrequenz des Schwingers also nicht dämpft. Die Anordnung eines Abtriebskörpers auf dem Abtriebsende des Schwingers ist besonders dann von Vorteil, wenn das Abtriebsende bspw. aus Materialgründen schlecht zu bearbeiten ist oder eines verbindenden Elements bedarf. Mit dem Abtriebsende steht jeder Antrieb während eines Rotationszyklus zeitweilig mit dem anzutreibenden Träger in Friktionsverbindung.

Vorteilhaft weist jeder elektrostriktive bzw. magnetostriktive Schwinger zwei entsprechende Wirkelemente auf, die mit phasenverschobenen Wechselspannungen, vorzugsweise mit Phasenverschiebungen von π/2, beaufschlagt sind. Dadurch vollführt das Antriebsende im wesentlichen eine Kreisbewegung, deren dem scheibenförmigen Träger zugewandte Seite dem Antrieb und dem scheibenförmigen Träger abgewandte Seite der Rückführung dient.

Aus Montagegründen ist es günstig, die elektrostriktiven bzw. magnetostriktiven Schwinger mit ihren Basen teilweise oder vollständig auf einem einzigen Träger entsprechend der Anordnung der Trägerscheiben anzubringen. Die beiden elektrostriktiven Elemente können parallel zueinander angeordnet sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich jedoch, wenn jedes elektrostriktive bzw. magnetostriktive Element mit einem gleichliegenden Ende an einer Basis befestigt ist und beide mit derselben Basis verbundenen Elemente mit ihren anderen Enden aufeinander zu geneigt und miteinander über den Abtriebskörper verbunden sind. Die Wirkung der elektrostriktiven bzw. magnetostriktiven Schwinger ist besser reproduzierbar und sicherer, wenn die Antriebsmittel oder zumindest die Verbindungsstellen zwischen den elektrostriktiven Elementen untereinander und mit ihren Basen elastisch gelagert bzw. ausgebildet sind.

Die Antriebseinwirkung der elektrostriktiven bzw. magnetostriktiven Schwinger kann direkt auf die Tragscheiben erfolgen. Hierzu müßte die Lagerung der Tragscheiben sowie deren Steifigkeit axial und radial genügend stabil sein. Die Tragscheiben müßten mit geringer Reibung, vorzugsweise kugelgelagert sein und eine Dicke aufweisen, die das Tragscheibengehäuse des Phoropters am Durchblick zu groß werden lassen würde. Dieser nachteilige Effekt könnte noch dadurch verstärkt werden, wenn die Kugellagerringe zumindest tlw. aus den Tragscheibenebenen in Richtung der Drehachse der Tragscheiben herausgezogen und die elektrostriktiven Antriebe zwischen den Tragscheiben angeordnet wären. Günstiger ist es deshalb, zwischen den elektrostriktiven Schwingern und den Tragscheiben bzw. Antriebsrädern für Achsen und Wellen Bewegungsübertragungsmittel, vorzugsweise in Form von kugelgelagerten kleinen Zahnrädern einzufügen, deren Kugellager aus der Ebene der kleinen Zahnräder axial herausragen und deren Kugellageraußenringe stabil genug sind, um durch die Schlagbewegungen der elektrostriktiven Schwinger nicht deformiert zu werden. Die kleinen Zahnräder kämmen mit Zahnkränzen auf den Tragscheiben bzw. mit den Antriebsrädern auf der gemeinsamen Achse der Tragscheiben bzw. der diese Achse umgebenden Hohlwellen.

Wenn die elektrostriktiven bzw. magnetostriktiven Schwinger von vornherein keine zeitproportionale Reproduzierbarkeit der Antriebswege gewährleisten, ist es von Vorteil, die scheibenförmigen Träger mit Markierungen zu versehen, die mit einem Sensor korrespondieren und zur Festlegung der den optisch wirksamen Elementen entsprechenden Bewegungsschritte sowie der Ausgangsposition dienen. Auf diese Weise ist es möglich, durch Drehen der Tragscheiben bzw. Antriebsräder die Nullposition, den freien, von optisch wirksamen Elementen unbeeinflußten Durchblick anzusteuern und von da aus jedes beliebige bzw. gewünschte optisch wirksame Element exakt in dem Beobachtungskanal zu positionieren. Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn jeder scheibenförmige Träger entlang seiner Peripherie in gleichen Abständen voneinander mit Magneten versehen ist und wenn zwischen zwei im gleichen Abstand voneinander befindlichen Magneten ein weiterer Magnet eingefügt ist, der von den beiden benachbart liegenden Magneten ungleiche Abstände hat. Als Sensor befindet sich in der Nähe der Peripherie des jeweiligen scheibenförmigen Trägers ein magnetoresistiver Widerstand. Dabei zeigt der magnetoresistive Widerstand beim Durchgang eines Magneten durch die Mittenlage ein Signal mit hoher Flankensteilheit, wodurch die exakte Lagebestimmung des Zentrums des optisch wirksamen Elements auf der optischen Achse des Beobachtungskanals gegeben ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Anordnung von Tragscheiben und die zugehörigen Antriebe entlang einer Linie A-A in Fig. 2,

Fig. 2 eine Ansicht der Tragscheiben mit Antrieben und

Fig. 3 eine Tragscheibe mit Markierungen.

In den Fig. 1 und 2 sind in einem tlw. dargestellten Phoroptergehäuse 1 scheibenförmige lichtdurchlässige Träger 2 bis 8 gleichen Durchmessers um eine Achse X-X drehbar und koaxial angeordnet. Der Durchmesser der Tragscheiben 2 bis 8 beträgt 75 mm. Die Tragscheiben 2, 3, 4 sind auf einer Welle 9 drehbar angeordnet und besitzen Öffnungen 10, 11, 12 für sphärische Linsen mit unterschiedlichen Dioptrienangaben, die miteinander zwischen +23,25 und -30,5 dpt in 0,25 dpt-Stufen kombinierbar sind. Die Tragscheiben 5, 6 sind je mit vier in Zahnkränzen 13, 14 gelagerten Zylinderlinsen versehen, die zur Einstellung von 0 bis -6 dpt in 0,25 dpt-Stufen miteinander kombiniert werden können. Die Zahnkränze 13, 14 stehen mit Zahnrädern 15, 16 im Eingriff, die auf der Welle 9 befestigt sind und die im wesentlichen denselben Durchmesser haben, wie die Zahnkränze 13, 14. Die Tragscheibe 7 ist auf der Welle 9 drehbar gelagert und mit optisch wirksamen Zusatzelementen (Filter, Maddoxzylinder, Blenden, Occluder, Zentriermitteln) in zugehörigen Öffnungen 17 versehen. Schließlich ist die Tragscheibe 8 außer, wie alle anderen Tragscheiben 2 bis 7, mit einem freien Durchblick 18 mit Öffnungen 19 für zwei Kreuzzylinder und zwei Drehprismen (im einzelnen nicht dargestellt) versehen. Mit Hilfe von Hohlwellen 20 werden die Kreuzzylinder und Drehprismen angetrieben.

Elektrostriktive Antriebsmittel dienen dem Antrieb der Welle 9, der Zahnkränze 13, 14 und der Hohlwellen 20. Mit der Welle 9 ist ein Rad 21 fest verkeilt, auf das ein gehäusefest angeordneter elektrostriktiver Schwinger 22 einwirkt, der aus einer Basis 23 und an diese angelenkte zwei zueinander geneigte elektrostriktiven Stäben 24, 25 besteht, die miteinander durch einen auf das Rad 21 einwirkenden Abtriebskörper 26 verbunden sind. Die beiden elektrostriktiven Elemente 24, 25 werden mit phasenverschobenen Wechselspannungen beaufschlagt, wodurch der Abtriebskörper 26 mit seiner dem Rad 21 benachbarten Abtriebsfläche eine zirkulierende und zugleich schiebende Bewegung auf das Rad 21 ausübt und auf diese Weise dessen Drehung und damit die Drehung der Welle 9 verursacht. Die Phasenverschiebung der Wechselspannung beträgt im günstigen Fall π/2; die Rotationsfigur des Abtriebskörpers ist ein Kreis; sie kann auch eine Ellipse sein, die tangential zum Rad 21 gerichtet ist.

Die elektrostriktiven Schwinger 22 mit der Basis 23, den Stäben 24, 25 und dem Abtriebskörper 26 sind die gleichen für die Tragscheiben 2 bis 8 sowie die Kreuzzylinder und die Drehprismen in den Öffnungen 19. Die an ihren Peripherien mit Zahnkränzen 28 versehenen Tragscheiben 2 bis 8 werden von ihren elektrostriktiven Schwingen 22 über mit Kugellagern 27 versehene Zahnräder 29 angetrieben und damit die gewünschten optisch wirksamen Elemente in den Beobachtungskanal gebracht. Kugellager 27 und Zahnrad 29 sind koaxial zu einer Achse Y-Y und um diese drehbar angeordnet. Es hat sich gezeigt, daß der äußere Ring des jeweiligen Kugellager 27 bei entsprechender Dimensionierung und Ausbildung am besten geeignet ist, die Antriebskräfte weitgehend reproduzierbar auf die zugehörige Tragscheibe zu übertragen. Beim Drehen der Tragscheiben 5, 6 mit Hilfe der zugeordneten elektrostriktiven Schwinger 22 rollen die Zahnkränze 13, 14 im wesentlichen im Übersetzungsverhältnis 1:1 auf den Zahnrädern 15, 16 ab. Alle elektrostriktiven Schwinger 22 sind in einem Block 36 übereinander fest im Gehäuse 1 angeordnet. Die Verbindungsstellen 37 zwischen der Basis 23 und den elektrostriktiven Elementen 24, 25 sowie zwischen den elektrostriktiven Elementen 24 und 25 selbst sind elastisch ausgebildet. Zum Antreiben der Hohlwellen 20 dienen am Gehäuse 1 befestigte magnetostriktive Schwinger 22, die auf an den Hohlwellen 20 befestigte Räder 30, 31 wirken und die Kreuzzylinder bzw. Drehprismen in den Öffnungen 19 (von denen nur eine darstellbar ist) drehen. Dadurch wird eine Feinabstimmung des Astigmatismus bzw. eine Ermittlung des Schielbetrages erreicht.

Die Tragscheiben 2 bis 8 können aus lichtdurchlässigen oder lichtundurchlässigen Materialien bestehen. Für die Simulierung der Sehgewohnheiten bei der Augenuntersuchung mittels Phoropter ist es von Vorteil, wenn die Tragscheiben aus einem lichtdurchlässigen, aber nicht durchsichtigen Material bestehen. Die an ihrer Peripherie befindlichen Zahnkränze 28 können aus einem anderen Material gefertigt sein als die Scheiben selbst. Die Außenringe der Kugellager 27 haben eine Dicke von 1 mm, so daß sie durch die Schlagbewegungen der elektrostriktiven Schwinger 22 nicht deformiert werden. Die Zahnräder 29 sind aus Metall, vorzugsweise Aluminium, gefertigt. Abweichend von Fig. 2 können die elektrostriktiven Schwinger 22 zu den Scheiben 2 bis 8 auch seitlich versetzt zueinander angeordnet sein. Die Zwischenräder 29 können in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch weggelassen werden bzw. die elektrostriktiven Schwinger 22 können über Zwischenräder auf die Räder 21, 30, 31 wirken. Die elektrostriktiven Elementen 24, 25 können aus Kristallen oder aus Lagen elektrostriktiver Keramik oder anderer geeigneter Materialien bestehen, bei denen an die Außenschichten Elektroden zum Anlegen einer elektrischen Spannung bspw. angebondet sind. In jedem Fall müssen zwei Elemente 24, 25 vorgesehen sein, damit umschaltbar phasenverzögerte elektrische Spannungen angelegt werden können und dadurch der Abtriebskörper 26 bzw. die Abtriebsfläche zu einer rotierenden Bewegung angeregt wird. Wenn die beiden phasenverzögerten elektrischen Spannungen vertauscht werden, so kehrt sich die Drehrichtung des Antriebs um. Schließlich können die in einem Block zusammengefaßten elektrostriktiven Schwinger 22 in ihrer Gesamtheit federnd gelagert sein.

In Fig. 3 ist eine Tragscheibe, bspw. die Tragscheibe 2, ausschnittweise dargestellt und mit bspw. magnetischen Markierungen 32 versehen, die sich in gleichen Winkelabständen über die Tragscheibe 2 verteilt befinden und von denen jede eine Öffnung 10 markiert. Mit der Markierungen 32 arbeitet ein gerätefest angeordneter Sensor, bspw. ein magnetoresistives Element 33 zusammen, das bei Drehung der Tragscheibe 2 in Richtung eines Pfeiles 35 parallel zur Zeichenebene Impulse an eine nicht dargestellte zentrale Steuerung abgibt. Außerdem befindet sich zwischen zwei benachbarten Markierungen 32 eine weitere Markierung 34, mit deren Hilfe die Ausgangslage der Drehung der Tragscheibe 2 ermittelbar ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei einem Abweichen der Impulsfolge von dem Rhythmus der durch die Markierungen 32 erzeugten Impulsfolge der nächste Impuls von der Markierung "Null" erzeugt wird, wenn der Abstand größer als die Hälfte der Abstandes zwischen zwei benachbarten Markierungen 32 ist. Ist der Abstand kleiner als die Hälfte zweier benachbarter Markierungen 32, so ist die vorangehende Markierung 32 die "Null". Das ist bei Drehung der Tragscheibe 2 in einer Richtung der Fall, die dem Pfeil 35 entgegengesetzt ist. Auf diese Weise werden mögliche Unkorrektheiten in der Funktion des elektrostriktiven Schwingers 22 ausgeschaltet.

Das zur Drehung der Tragscheibe 22 Gesagte gilt in gleicher Weise für die Tragscheiben 3 bis 8.

Anstatt richtungsabhängig die Nullmarkierung (den freien Durchblick) auf einer der Tragscheiben 2 bis 8 zu finden, ist es auch möglich, daß die Tragscheiben des Phoropters von sich aus zunächst oder überhaupt nach dem Einschalten in einer bestimmten Richtung laufen und die Nullmarkierungen feststellen, bevor die Messungen beginnen.

Anstelle der magnetischen Markierungen der Fig. 3 können auch optische oder mechanische Markierungen mit entsprechenden Sensoren bzw. Detektoren verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1 Phoroptergehäuse
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 scheibenförmige Träger (Tragscheiben)
9 Welle
10, 11, 12, 17, 19 Öffnungen
13, 14, 28 Zahnkränze
15, 16, 29 Zahnräder
18 Durchblick
20 Hohlwellen
21, 30, 31 Räder
22 elektrostriktiver oder magnetostriktiver Schwinger
23 Basis
24, 25 Stäbe (elektrostriktive oder magnetostriktive Elemente)
26 Abtriebskörper mit einer Abtriebsfläche
27 Kugellager
32, 34 Markierungen
33 magnetoresistives Element
35 Pfeil
36 Block
37 elastische Verbindung
X-X, Y-Y Drehachsen

Claims

1. Phoropter mit zwei Beobachtungskanälen, für jeden Beobachtungskanal mehreren, um mindestens eine Achse drehbar gelagerten scheibenförmigen Trägern von optisch wirksamen Elementen sowie Antriebsmitteln zum Drehen der Träger, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel als elektrostriktive oder magnetostriktive Schwinger (22) ausgebildet sind, von denen jeder einerseits eine gerätefeste Basis (23) und andererseits einen Abtriebskörper (26) mit einer Abtriebsfläche aufweist, die eine schwingende Bewegung bezüglich der Basis (23) ausführt und daß der Abtriebskörper (26) jedes elektrostriktiven Schwingers (22) im Verhältnis zum Schwinger (22) klein ausgebildet ist.

2. Phoropter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwinger (22) zwei elektrostriktive oder magnetostriktive Elemente (24, 25) aufweist, die mit phasenverschobenen Wechselspannungen beaufschlagt sind.

3. Phoropter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung der Wechselspannung π/2 beträgt.

4. Phoropter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger (22) in einem Block (36) nebeneinander entsprechend den Trägern (2 bis 8) angeordnet sind.

5. Phoropter gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elektrostriktive oder magnetostriktive Element (24, 25) mit einem gleichliegenden Ende an einer Basis (23) befestigt ist und beide mit derselben Basis verbundenen elektrostriktiven oder magnetostriktiven Elemente (24, 25) mit ihren anderen Enden aufeinander zu geneigt und miteinander über den Abtriebskörper (26) verbunden sind.

6. Phoropter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger (22) elastisch gelagert sind.

7. Phoropter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß elastische Verbindungen (37) zwischen der Basis (23), den elektrostriktiven oder magnetostriktiven Elementen (24, 25) und dem Abtriebskörper (26) vorgesehen sind.

8. Phoropter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Abtriebsfläche jedes Abtriebskörpers (26) und den zugehörigen scheibenförmigen Träger (2 bis 8) ein Bewegungsübertragungsmittel eingefügt ist.

9. Phoroper gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsübertragungsmittel ein Zahnrad (29) ist, das mit einem auf der Peripherie des scheibenförmigen Trägers (2 bis 8) vorgesehenen Zahnkreuz (28) kämmt und das mit einem Kugellager (27) drehstarr verbunden ist, dessen äußere Fläche die Angriffsfläche für die Abtriebsfläche des Abtriebskörpers (26) ist.

10. Phoropter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Träger (2 bis 8) mit Markierungen (32, 34) versehen sind, die mit einem Sensor (33) korrespondieren und zur Festlegung der den optisch wirksamen Elementen entsprechenden Bewegungsschritte sowie der Ausgangsposition dienen.

11. Phoropter gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder scheibenförmige Träger (2 bis 8) entlang seiner Peripherie in gleichen Abständen voneinander mit Magneten (32) versehen ist, daß zwischen zwei im gleichen Abstand voneinander befindlichen Magneten ein weiterer Magnet (34) eingefügt ist, der von den beiden benachbart liegenden Magneten (32) ungleiche Abstände hat, und daß der Peripherie des jeweiligen scheibenförmigen Trägers (2 bis 8) benachbart ein magnetoresistiver Widerstand (33) angeordnet ist.

12. Phoropter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Träger (2 bis 8) aus einem lichtdurchlässigen Material bestehen.