DE69006089T2 - Ganzstatischer automatischer Pupillometer. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Pupillometer zur Messung des Abstandes der Pupillen einer Person, insbesondere zur Anpassung einer Brille, mit einem Gehäuse mit einer im allgemeinen ebenen Vorderfläche, geeignet zur Anwendung auf das Gesicht einer Person in einer relativ festgelegten Position, dergestalt, daß eine Hauptachse senkrecht zu der Vorderfläche und eine diese Achse enthaltende Horizontalebene jeweils praktisch im gleichen Abstand und durch die Mittelpunkte der Augen der Person laufen, wobei diese in festgelegtein Abstand von der Vorderfläche sind und diese in Höhe der Augen durchbrochen ist; einer konvergierenden Hauptlinse in dem Gehäuse in der Nähe der Vorderfläche, deren optische Achse mit der Hauptachse zusammenfällt; einem Lichtquellenpunkt, der optisch auf der Hauptachse in einer Position derart gelegen ist, daß er für die Person, die ihn über die Hauptlinse festlegt, einen gewählten Beobachtungsabstand bestimmt, wobei das von dem Quellenpunkt ausgesandte Licht auf dem Mittelpunkt der Hornhaut der Person jeweils punktuelle Reflexe bildet, die Hornhautreflexe genannt werden; wobei optische Bilder dieser Hornhautreflexe in Koinzidenz kommen mit einem Paar von jeweiligen diskreten Unterteilungen einer Meßskala, die gemäß der Horizontalebene senkrecht zur Hauptachse erstreckt ist; Mittel zur Ermittlung der Unterteilungen in Koinzidenz mit dem Paar von jeweiligen Bildern der Hornhautreflexe; und Mitteln zum Ubertragen und Ausgeben des Pupillenabstandes entsprechend einem Paar von ermittelten Unterteilungen.
• Man stellt fest, daß die Hauptachse des Pupillometers gemäß einer Senkrechten zur allgemeinen Ebene des Gesichts der Person ausgerichtet ist, und daß sich die Horizontalebene auf die Haltung der Person mit dem Kopf nach rechts bezieht, die den Horizont bestimmt. Außerdem entspricht die Vorderseite praktisch dem Senkrechtteil der Brillengläser.
• Das Patent FR-A-1 506 352 beschreibt ein Pupillometer, das die Basisoptik aufweist, nämlich die konvergierende Hauptlinse, und einen optisch auf der Hauptachse des Gehäuses gelagerten Quellenpunkt zur Bestimmung eines Beobachtungsabstandes für die Person und zur Bildung von Lichtpunkten im Hornhautmittelpunkt der Person. In diesem Pupillometer ist die Hauptlinse gemäß der optischen Hauptachse verschiebbar, ausgehend von einer Anfangsposition nahe der Vorderseite, wo der Quellenpunkt optisch im Brennpunkt der Hauptlinse gelagert ist, was einem unendlichen Beobachtungsabstand entspricht. Eine Okularblende ist in dem Gehäuse auf der Hauptachse gegenüber der Vorderseite in optischer Koinzidenz mit dem Quellenpunkt angebracht. Zwei mit einem vertikalen Strich ausgestattete Alhidaden sind praktisch in der Ebene der Vorderseite angeordnet und gemäß der Horizontalebene verschiebbar. Ein Beobachter, der durch die Okularblende schaut, läßt die vertikalen Striche der Alhidaden jeweils durch den Hornhautreflex der Person laufen. Skalenleisten, die mit den Alhidaden einstückig sind, erlauben, den Pupillenabstand abzulesen.
• Dieses Pupillometer, dessen optisches Prinzip ausgezeichnet ist, litt an einer Ungenauigkeit in der Bedienung der Alhidaden und dem Ablesen der Skalenleisten. Das Patent FR-A-2 538 239 beschreibt ein Pupillometer mit der gleichen Basisoptik< dessen Alhidaden durch zumindest über Säulen zugängliche, flüssige Kristallmatrizen ersetzt sind. Eine kommutierte Säule läßt einen vertikalen Strich erscheinen, wobei die Adresse der Säule repräsentativ für die Abszisse des Striches auf dem Zwischenabschnitt der Ebene der Vorderseite und der Horizontalebene ist. Ein Mikroprozessor, der die ganze Elektonik steuert, übersetzt den Abszissenabstand der vertikalen Striche, die durch die Adressen der entsprechenden Säulen ausgedrückt sind, in den Pupillenabstand, unter Berücksichtigung des Abstandes, der die beiden Matrizen trennt, und der Steigungen bzw. Gänge dieser Matrizen. Dieser Pupillenabstand wird an eine Digitalausgabevorrichtung weitergeleitet. Man stellt fest, daß dieses Pupillometer erlaubt, wenn die flüssigen Kristallmatrizen rechnerabhängig zugänglich sind, den Abschnitt des unteren Teils eines Brillengestells bezüglich dem Hornhautmittelpunkt in einer vertikalen Ebene zu bestimmen.
• Dieses Pupillometer, dessen Genauigkeät und Handlichkeit deutlich höher sind als diejenigen des Pupillometers aus dem FR-A-1 506 352, erfordert dennoch das Eingreifen eines Beobachters, um die Koinzidenz der auf der Meßskala ermittelten vertikalen Striche mit den Hornhautreflexbildern einzustellen, umso mehr als die Koinzidenzen für das rechte Auge und das linke Auge unabhängig voneinander einzustellen sind. Außerdem bergen die Fehler aufgrund der persönlichen Gleichung des Beobachters und die Blickablenkungen der Person, die während der Koinzidenzeinstellung aufhört, das Bild des Quellenpunktes zu fixieren, das Risiko, die Genauigkeit bei der Messung zu verlieren.
• Es erschien somit wünschenswert, über ein Pupillometer zu verfügen, das in der Lage ist, die Koinzidenzen der Hornhautreflexbilder mit den Unterteilungen einer Meßskala zu bestimmen und den Pupillenabstand auszugeben, ohne Eingreifen eines Beobachters in die eigentliche Messung.
• Das Patent FR-A-2 618 666 beschreibt ein automatisches Pupillometer, bei dem für jedes Auge ein Gitter von Hornhautreflexen mit parallelen senkrecht zur Horizontal ebene erstreckten Lichtlinien gebildet wird, und damit verbunden ein Positions-Bezugssystem. Eine Kombination von Linsen und Quellenpunkt bestimmt einen Beobachtungsabstand für die Person. In optischer Koinzidenz mit dem Quellenpunkt ist ein Drehspiegel angebracht, dessen Drehachse senkrecht zur Horizontalebene liegt. Die Hornhautreflexbilder und Positions- Bezugssysteme, die von dem Drehspiegel erfaßt und entsprechend fokussiert werden, laufen vor einem Spalt vorbei, der parallel zur Achse des Spiegels und in einer Blende angebracht ist, hinter der ein photoempfindlicher Detektor angeordnet ist. Die Analyse des von dem photoempfindlichen Detektor ausgegebenen Signals erlaubt, die Hornhautreflexe bezüglich der Positions- Bezugssysteme zu legen. Man stellt fest, daß praktisch für jedes Auge nur der Hornhautreflex entsprechend der Gitterlinie, die dem Hornhautmittelpunkt am nächsten ist, ein Bild bildet, das von dem Drehspiegel aufgrund des von der Hornhaut gebildeten divergierenden Charakters des Spiegels erfaßt wird.
• Dieses Pupillometer benötigt keine Einstellung der Strichkreuze oder Alhidaden durch einen Beobachter, und ist somit automatisch oder unpersönlich, wobei dieser Ausdruck verdeutlicht, daß die persönliche Gleichung eines Beobachters nicht eingreift. Jedoch benötigt es die Benutzung eines Drehspiegels mit regelmäßiger Drehgeschwindigkeit: außerdem ist die Auswertung der von dem photoempfindlichen Detektor ausgegebenen Signale relativ komplex, denn, in einer ersten Phase wird das ermittelte Meß-Bezugssystem gespeichert, während in einer zweiten Phase die Hornhautreflexe bezüglich des gespeicherten Bezugssystems ausgelegt werden.
• Das Patent FR-A-2 620 927 beschreibt eine Apparatur zur Messung der Faktoren, die notwendig sind zur Anpassung optischer Gläser auf einem Gestell. Diese Apparatur weist im Wesentlichen eine optische Kamera mit photoempfindlichem Teil zur Ladungsübertragung, einen Abstandsmesser zur Erfassung des Abstandes der Person zur Kamera und einen Computer mit einer Auswertungs-Software auf. Eine Aufnahme von dem Gesicht der Person mit dem Brillengestell wird gemacht und der Aufnahmeabstand wird ermittelt zur Bestimmung des Bildmaßstabs. Die Bildsignale werden von dem Computer bearbeitet, um die interessanten Parameter herauszuziehen. In der Tat wird der wahre Meßprozeß von der Software vorgenommen, von der keine Beschreibung vorgesehen ist.
• Die Erfindung hat ein Pupillometer zum Gegenstand, das sehr grob die Basisoptik gemäß FR-A-1 506 352 und FR-A_2 538 239 aufnimmt, das aber automatisch und unpersönlich und außerdem im Ganzen statisch ist.
• Hierzu schlägt die Erfindung ein Pupillometer zur Messung des Abstands der Mittelpunkte der Pupillen einer Person vor, insbesondere zur Anpassung einer Brille, mit einem Gehäuse mit einer im allgemeinen ebenen Vorderfläche, geeignet zur Anwendung auf das Gesicht einer Person in einer relativ festgelegten Position, dergestalt, daß eine Hauptachse senkrecht zu der Vorderfläche und eine diese Achse enthaltende Horizontalebene jeweils praktisch im gleichen Abstand und durch die Mittelpunkte der Augen der Person laufen, wobei diese in festgelegtem Abstand von der Vorderfläche sind und diese in Höhe der Augen durchbrochen ist; einer konvergierenden Hauptlinse in dem Gehäuse in der Nähe der Vorderfläche, deren optische Achse mit der Hauptachse zusammenfällt; einem Lichtquellenpunkt, der optisch auf der Hauptachse in einer Position derart gelegen ist, daß er für die Person, die ihn über die Hauptlinse festlegt, einen gewählten Beobachtungsabstand bestimmt, wobei das von dem Quellenpunkt ausgesandte Licht auf dem Mittelpunkt der Hornhaut der Person jeweils punktuelle Reflexe bildet, die Hornhautreflexe genannt werden; wobei optische Bilder dieser Hornhautreflexe in Koinzidenz kommen mit einem Paar von jeweiligen diskreten Unterteilungen einer Meßskala, die gemäß der Horizontalebene senkrecht zur Hauptachse erstreckt ist; Mitteln zur Ermittlung der Unterteilungen in Koinzidenz mit dem Paar von jeweiligen Bildern der Hornhautreflexe; und Mitteln zum Übertragen und Ausgeben des Pupillenabstandes entsprechend einem Paar von ermittelten Unterteilungen, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Objektivoptik aufweist, die geeignet ist, in einer Bildebene, in der sich die Meßskala erstreckt, ein Paar von reellen Bildern von Hornhautreflexen zu bilden, gesehen durch die Hauptlinse, wobei die Meßskala wenigstens eine photoelektrische Vorrichtung aufweist mit einem Netz bzw. Gitter von empfindlichen Elementen, die die Unterteilungen der Skala darstellen, und Mittel zur sequentiellen Analyse des Gitters, welche die Stufe der Elemente in dem Gitter angeben, auf denen sich das Bild eines Hornhautreflexes bildet.
• Hier ist die Meßskala physisch stabil, und die Objektivoptik bestimmt eine stabile Verbindung zwischen dem Pupillenabstand und dem Abstand der reellen Bilder auf der Meßskala. Die sequentielle Analyse des Gitters der empfindlichen photoelektrischen Elemente läßt keine Verschiebung der beweglichen Teile eingreifen.
• Vorausgesetzt, daß sich der Pupillenabstand in Nahsicht von dem Pupillenabstand in Unendlichsicht mit großer Genauigkeit ableiten kann, wobei der Abstand zwischen dem Drehmittelpunkt des Auges und der Hornhaut von einer Person zur anderen nur wenig abweicht und er nur zweitrangige Änderungen des Pupillenabstands in Nahsicht einführt, ist der Quellenpunkt in allgemeiner Weise optisch im Brennpunkt der Hauptlinse gelegen.
• In bevorzugter Anordnung ist der photoelektrische Detektor eine Halbleitervorrichtung, genannt zur Ladungsübertragung, bei dem ein Netz von passend polarisierten Feldgittern ein Potentialloch-Gitter bildet, wo sich Ladungsträger ansammeln, die durch das Auftreffen der Lichtquanten auf einem einer photoempfindlichen Scheibe benachbarten Bereich, gebildet werden. Zur Analyse läßt die auf die Feldgitter angewandte Impulsreihe die Wände der Spannungspunkte über Stufen des Gitters in eine Abtastrichtung gleiten Die zwischen zwei Abtastungen in dem Potentialloch angesammelten Ladungen werden so sequentiell in einen Analysebereich geleitet, wo sie ein Signal bilden, das in Stärke der in jedem der Potentiallöcher angesammelten Ladung entspricht, und im Analysegrad dem Positionsgrad des betreffenden Potentialloches.
• Vorzugsweise ist die Vorrichtung zur Ladungsübertragung aus Vereinfachungsgründen ein Netz bzw. Gitter in einer Dimension. In der Tat, wenn nur der Pupillenabstand gesucht wird, würde es nichts nützen, eine Vorrichtung zur Ladungsübertragung mit zweidimensionaler Matrize einzusetzen, die eine Analyse in doppelter Abtastung erfordert, entsprechend einer Analyse eines Fernsehsignals.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform weist die Objektivoptik ein Paar von konvergenten Linsen auf, die symmetrisch bezüglich der Hauptachse angeordnet sind, und zwar jede mit einer optischen Achse in der Horizontalebene parallel zur Hauptachse, wobei eine photoelektrische Vorrichtung mit einem Zellengitter mit jeder Linse des Objektivs verbunden ist.
• Der Abstand zwischen den optischen Achsen der Linsen des Paars der Objektivoptik wird normalerweise auf den Mittelwert der gefundenen Pupillenabstände eingestellt. Die auf den photoelektrischen Gittern fokussierten Bilder der Hornhautreflexe entfernen sich von den optischen Achsen der Linsen des Objektivs in einem Winkel, der gesehen vom optischen Mittelpunkt der Linse, gleich dem Winkel ist, den, gesehen von demselben optischen Mittelpunkt, der Strahl von dem virtuellen Bild bildet, das von der Hauptlinse des entsprechenden Hornhautreflexes mit der optischen Achse der Linse des Objektivs gebildet wird. In dieser Anordnung bestimmt man somit im wesentlichen den Unterschied zwischen dem reellen Pupillenabstand der Person und dem gewählten mittleren Pupillenabstand.
• Gemäß einer anderen Ausführungsart weist die Objektivoptik eine konvergierende Eingangslinse auf, deren optische Achse mit der Hauptachse des Pupillometers zusammenfällt, in einem Abstand von der Hauptlinse, derart, daß ihre konvergente Kombination eine zur Vorderfläche parallele Brennebene aufweist, und zwar in dem festgelegten Abstand von der Fläche für die Augen, und eine konvergierende Ausgangslinse mit einer optischen Achse in Koinzidenz mit der Hauptachse, wobei die photoelektrische Vorrichtung mit einem Netz bzw. Gitter von photoempfindlichen Elementen in einer Brennebene der Ausgangslinse auf deren Seite gegenüber der Eingangslinse des Objektivs angeordnet ist.
• Bei dieser Anordnung benutzt man eine einzige photoelektrische Vorrichtung, auf die man ein Bild des Gesichts der Person projeziert, bei dem nur die Hornhautreflexe erscheinen. Man führt somit in festgelegtem Maßstab eine reelle Messung des Pupillenabstands durch, und nicht eine Bestimmung des Unterschieds zwischen dem reellen Pupillenabstand und dem mittleren Pupillenabstand. Wenn auch in dieser zweiten Ausführungsart der relative zufällige Fehler durch eine Ungenauigkeit auf der Stufe der betreffenden photoempfindlichen Elemente größer ist als der, den die erste Ausführungsart liefert, so gibt es keinen systematischen Fehler aus einer Ungenauigkeit des Abstands heraus, der die optischen Achsen des Paars der Linsen des Objektivs trennt
• In der zweiten Ausführungsart sind die drei Linsen auf der Hauptachse zentriert. Der Quellenpunkt muß somit physisch entfernt von dieser Hauptachse liegen. Man verfügt auch vorzugsweise über ein halbreflektierendes Blatt zwischen der Hauptlinse und der Eingangslinse: dieses halbreflektierende Blatt blidet einen Winkel mit der Horizontalebene, die es gemäß einer Senkrechten zu der Hauptachse derart schneidet, daß ein reflektierter Hauptstrahl definiert wird, wobei der Quellenpunkt optisch auf diesem reflektierten Hauptstrahl an einem Punkt gelegen ist, der dem Brennpunkt der Hauptlinse zugeordnet bzw. mit diesem verbunden ist.
• Vorzugsweise ist eine Spiegelebene parallel zum halbreflektierenden Blatt auf der Bahn des reflektierten Hauptstrahls angeordnet, wobei der Lichtquellenpunkt physisch auf einem Strahl angeordnet ist, der parallel zur Hauptachse liegt und von der Reflektion des reflektierten Hauptstrahls auf der Spiegelebene festgelegt ist.
• Es wird bevorzugt daß das halbreflektierende Blatt mit der Horizontalebene einen Flächenwinkel von 45º bildet.
• Sekundäre Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen des Anhangs hervor, die zeigen:
• Figur 1 ist eine schematische Ansicht im Schnitt eines erfindungsgemäßen Pupillometers;
• Figur 2 ist ein Schema, das erinnernd die Bildungsweise eines Hornhautreflexes aufzeigt;
• Figur 3 ist ein Schnitt gemäß einer Horizontalebene durch eine erste Ausführungsart der Erfindung;
• Figur 4 ist ein Schnitt gemäß einer Horizontalebene durch eine zweite Ausführungsart der Erfindung;
• Figur 5 ist ein Schnitt gemäß einer vertikalen Ebene durch das Pupillometer der Figur 4;
• Figur 6 ist ein Schaltplan der elektronischen Kreisläufe, die den optischen Anordnungen in den erfindungsgemäßen Pupillometern folgen.
• Gemäß der in Figur 1 gewählten und dargestellten Ausführungsform weist das Pupillometer ein Gehäuse 2 mit einer allgemein ebenen und senkrecht zu einer Hauptachse 3 liegenden Vorderfläche 2a auf. Von dieser Vorderfläche 2a gehen eine Vorderabstützung 1a und ein Satz Nasenplättchen lb aus, so daß die Vorderfläche 2a in Auflage auf dem Gesicht einer Person 1 im ganzen parallel zu dem Gesicht der Person 1 ist, die Hauptachse 3 in gleichem Abstand zu den Augen der Person 1 läuft, und eine durch die Hauptachse und senkrecht zur Figurenebene laufende Horizontalebene durch den Mittelpunkt der Augen läuft (02 für das rechte Auge der Person, allein sichtbar in der Figur)
• Die Vorderfläche 2a weist Durchbrechungen 2b gegenüber den Augen der Person auf, die praktisch der Plazierung der Brillengläser in dem Gestell entsprechen.
• In dem Gehäuse 2 ist in Nähe der Vorderfläche 2a eine konvergente Linse 4 angebracht, die Hauptlinse genannt wird, und deren optische Achse mit der Hauptachse 3 des Pupillometers zusammenfällt, und deren Brennpunkt auf der der Vorderfläche 2b gegenüberliegenden Seite mit einem Lichtquellenpunkt 7 zusammenfällt, der gegen eine zu der Vorderfläche 2a parallel und ihr gegenüberliegende Fläche gelegen ist. Man versteht, daß von der Person durch die Hauptlinse 4 gesehen, der Lichtquellenpunkt im Unendlichen erscheint, wobei die visuellen Strahlen, die von den Augen der Person ausgehen, parallel zur Hauptachse 3 liegen.
• Das von dem Quellenpunkt 7 ausgesandte Licht reflektiert im Mittelpunkt der Hornhaut eines jeden der Augen der Person 1 in Form eines Lichtpunktes, wie es anhand der Figur 2 prazisiert wird.
• Die virtuellen Bilder der Hornhautreflexe, die von der Linse 4 festgelegt werden, bilden für eine Objektivvorrichtung 5 reelle Gegenstände, denen reelle Bilder in einer zur Hauptachse senkrechten Ebene entsprechen, wo sich eine in der Horizontalebene erstreckte Meßskala 6 befindet. Diese Meßskala 6 weist Vorrichtungen zur Ladungsübertragung auf, deren Inhalt des Gitters photoempfindlicher Elemente in Sequenz von einer Steuer- und Lesevorrichtung 8 analysiert wird, mit Berechnungsmitteln, die den Pupillenabstand ausgeben können. Dies wird in detaillierter Weise unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 6 beschrieben.
• Bezugnehmend auf Figur 2 weist das Auge 01 mit leichtem Vorsprung vom Augapfel eine Hornhaut 10 praktisch in Form einer sphärischen Kuppe mit ihrem Mittelpunkt in 11 auf. Die Hornhaut 10 ist, obwohl sie transparent ist, teilweise reflektierend und bildet für die äußeren Lichtstrahlen einen konvexen sphärischen Spiegel 10, dessen Brennpunkt 12 in halbem Abstand zwischen dem Mittelpunkt 11 und der Spitze 10a der sphärischen Kuppe liegt. Bei diesem sphärischen Spiegel 10 ist der Quellenpunkt 7, oder genauer sein Bild durch die Linse 4, im Endlosen gelegen. Das von dem konvexen sphärischen Spiegel 10 gegebene Bild dieses Quellenpunktes 7 ist in seiner Brennebene 12 gelegen, mit einer Winkelöffnung, die gleich der existierenden Winkelöffnung des Quellenpunktes 7 ist. Um genauer auszuführen: wenn der Quellenpunkt einen Öffnungsdurchmesser von 2mm und die Hauptlinse 4 eine Brennweite von 300mm aufweist, wobei als Krümmungsradius der Hornhaut 9mm genommen werden, mit einer Brennweite des Spiegels von 4,5mm, so hat der Durchmesser des virtuellen Bildes in der Ebene 12 eine Größe von 0,03mm.
• Gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausführungsart, wo das Gehäuse 2 schematisch dargestellt ist, nehmen das rechte und das linke Auge der Person jeweils die Positionen 01 und 02 ein, wenn sich das Gesicht der Person gegen die Vorderfläche 2a legt, mit den Nasenplättchen 1b in Auflage auf der Nase der Person. Die Hauptlinse 4 ist in dem Gehäuse 2 in Nähe der Vorderfläche 2a angeordnet, mit ihrer optischen Achse in Koinzidenz mit der Hauptachse 3 des Pupillometers. Der Quellenpunkt 7, der in Form einer Lichtquelle hinter einer Öffnung dargestellt ist, ist auf der Hauptachse 3 im Brennpunkt der Linse 4 auf deren Seite gegenüber der Vorderfläche 2a gelegen. Die Person, die den Quellenpunkt 7 durch die Linse 4 fixiert, sieht ihn in der Endlosigkeit hingeworfen, und die optischen Achsen der Augen 01 und 02 sind parallel zur optischen Hauptachse 3 und in der Horizontalebene, die hier die Ebene der Figur ist. Die von der Hornhaut der Person gegebenen Bilder des Quellenpunktes 7 sind virtuelle Bilder in 01 und 02, wie es unter Bezugnahme auf Figur 2 erklärt wurde.
• Für einen (fiktiven) Beobachter, der auf derselben Seite steht wie der Quellenpunkt 7, liefert diese Linse 4 jeweils Hornhautreflexe 01 und 02 der virtuellen Bilder 0'1 und 0'2. Um graphisch die Standorte der virtuellen Bilder 0'1 und 0'2 zu konstruieren, ist sich daran zu erinnern, daß Strahlen, die parallel zu der Achse aus 01 und 02 liegen, abgelenkt werden, um durch den Brennpunkt zu laufen, und daß Strahlen, die durch den optischen Mittelpunkt der Linse 4 laufen, nicht abgelenkt werden. Somit sind 0'1 und 0'2 gleich ausgerichtet mit 01 und 02 auf den Geraden, die durch den optischen Mittelpunkt der Linse 4 laufen, und sind ausgerichtet mit der Projektion von 01 und 02 auf die Hauptebene der Linse 4 auf den Geraden, die durch den Brennpunkt 7 laufen.
• Eine Objektivoptik, die von zwei konvergenten Linsen 51 und 52 gebildet wird, die symmetrisch bezüglich der Hauptachse 3 mit ihren optischen Achsen in der Horizontalebene (oder Figurenebene) und in einem Abstand 50 voneinander angeordnet sind, liefert reelle Bilder 0'1 und 0'2, die reelle Gegenstände bilden, und zwar jeweils reelle Bilder 0"1 und 0"2, auf jeweils ein Paar Stäbe zur Ladungsübertragung 61 und 62.
• Diese Stäbe sind in der Horizontalebene senkrecht zur optischen Hauptachse erstreckt.
• Die reellen Bilder 0"'l und 0"'2 sind jeweils mit den Bildern 0'1 und 0'2 auf den Geraden ausgerichtet, die jeweils durch den optischen Mittelpunkt der Linsen 51 und 52 laufen. Man hat die von den Hornhautreflexen in 01 und 02 ausgesandten Strahlenbündel dargestellt, die auf den Stäben zur Ladungsübertragung 61 und 62 durch ihren Mittelstrahl und die Randstrahlen konvergieren.
• Man hat den Abstand 50 gewählt, um dem Mittelwert des Pupillenabstands der Personen zu entsprechen. Man stellt fest, daß die Objektivoptik einen Inversor bildet, so daß die Verschiebungen 0"'1 und 0"'2 bezüglich der optischen Achse der Linsen 61 und 62 jeweils in umgekehrter Richtung zu den Abständen von 0'1 und 0'2 bezüglich dieser optischen Achsen sind. Man bemerkt, daß der Abstand 50 nicht der Mittelwert der Pupillenabstände ist, sondern der Mittelwert des Abstands der Bilder 0'1 und 0'2, der den von der Hauptlinse 4 eingeführten Abbildungsmaßstab berücksichtigt.
• Wie bereits erinnert, sammeln sich in den Zellen, in denen sich die reellen Bilder 0"'l und 0"'2 bilden, Ladungen an, die in dem Halbleiter unter Auftreffen von Lichtquanten freigesetzt wurden. Die sequentielle Analyse des Inhalts der Potentiallöcher der Elemente der Stäbe als Reaktion auf die Schrittpulse bildet Signale, wo jedes Element durch seinen Grad des Stabes gekennzeichnet ist. Unter Berücksichtigung der Steigung bzw. des Ganges des Stabgitters ermittelt die sequentielle Analyse mit dem Grad des Elementes, wo sich das Bild 0"'l oder 0"'2 gebildet hat, den dimensionalen Abstand des Bildes bezüglich eines zentrierten Ausgangspunktes.
• Es ist somit möglich, in einer Steuer- und Rechnereinheit 8 den Pupillenabstand anhand der bestimmbaren optischen Parameter des Abbildungsmaßstabs des Abstands 50 zwischen den Linsen des Objektivs 51 und 52 und des Grads der von den Bildern 0"'1 und 0"'2 betroffenen Zellen zu berechnen, wobei der Pupillenabstand auf dem Anzeigegerät 9 angezeigt wird. Man kann ebenso in dem Fall den Abstand zwischen dem Mittelpunkt einer jeden Pupille und der Hauptachse 3 berechnen und anzeigen, wo die Augen asymmetrisch sind. In einem praktischen Fall weist die Linse 4 eine Brennweite von 250mm und die Linsen 51 und 52 Brennweiten von von 25mm auf. Die Augen 01 und 02 sind 70mm von der Hauptebene der Linse entfernt gelegen, während die optischen Mittelpunkte der Linsen 51 und 52 200mm von dieser Hauptebene entfernt liegen. Der Abstand, der die Linsen 51, 52 von den Stäben zur Ladungsübertragung 61 und 62 trennt, beträgt 27mm. Die Berechnungen des Abbildungsmaßstabs werden mit den klassischen, in der Optik gut bekannten Formeln durchgeführt.
• Die in den Figuren 4 und 5 dargestellte Ausführungsform weist einen Stab zur Ladungsübertragung 65 auf, und die gesamte Optik wird auf der Hauptachse zentriert.
• In dem Gehäuse 2 ist eine konvergente Hauptlinse 4, oder A, angeordnet, deren Brennpunkt FA auf der Hauptachse 3 gelegen ist, wobei sich diese Hauptlinse in Nähe der Vorderfläche befindet. Der Quellenpunkt (s. Figur 5) ist optisch im Brennpunkt der Hauptlinse 4 gelegen, wird aber geometrisch senkrecht in der Horizontalebene (Ebene der Figur 4) durch ein halbreflektierendes Blatt 73 verschoben, das mit 45º die Horizontalebene schneidet gemäß einer Senkrechten zur Hauptachse 3, und einen zu dem Blatt 73 parallelen Spiegel 72, so daß, in einer vertikalen Ebene gesehen (Ebene der Figur 5) der Mittelstrahl der optischen Bahn zwischen dem Quellenpunkt 7 und der Hauptlinse 4 zuerst einer Parallen zur Hauptachse 3 bis zu dem Spiegel 72 folgt dann einer Senkrechten 71 zu dieser Achse 3 zwischen dem Spiegel 72 und dem halbreflektierenden Blatt 73, um darüber hinaus in Koinzidenz mit der Hauptachse 3 zu gelangen. Für die Person, deren linkes und rechtes Auge sich jeweils in 01 und 02 befindet, erscheint der Quellenpunkt 7 in der Unendlichkeit auf der Hauptachse 3 in der Horizontalebene. Für einen Beobachter, der auf der Seite der Linse 4 gegenüber der Vorderfläche 2a steht, liefert diese Linse 4 Hornhautreflexe in 01 und 02, und zwar virtuelle Bilder in 0'1 und 0'2, jeweils in der Weise, die bezüglich der Figur 3 erklärt wurde.
• Eine Objektivoptik weist eine konvergierende Eingangslinse 56 oder B auf, mit einer Ausdehnung, die derjenigen der Haupt1inse 4 vergleichbar ist, und deren optische Achse mit der Hauptachse 3 zusammenfällt; ihr Brennpunkt liegt in FB. Das halbreflektierende Blatt befindet sich zwischen der Hauptlinse 4 und der Eingangslinse des Objektivs 56. Die Brennweite der Linse 56 und ihr Abstand zur Hauptlinse 4 sind derart, daß die aus den Linsen 4 und 56 zusammengesetzte Linse eine Brennebene besitzt, in der die Augen 01 und 02 der Person gelegen sind. Es wird daran erinnert, daß die Augen optisch die Hornhautreflexe sind. Man kann diese Bedingung in äquivalenter Form dadurch ausdrücken, daß die von der Linse 4 gelieferten virtuellen Bilder 0'l und 0'2 der Hornhautreflexe 01, 02 in der Brennebene der Eingangslinse 56 liegen, wobei die Brennebene die optische Hauptachse in F'B schneidet.
• Die Linse 56 bildet virtuelle Bilder 0'1, O'2, die reelle Gegenstände bilden, und zwar in der Unendlichkeit wiedergegebene Bilder 0"1, 0"2. Die Richtungen dieser Bilder in der Unendlichkeit 0"1, O"2 können graphisch bestimmt werden, unter Berücksichtugung dessen, daß die von 0'1 und 0'2 ausgesandten, zur Hauptachse 3 parallelen Strahlen von der Eingangslinse 56 gebrochen werden, um durch FB zu laufen.
• Die Objektivoptik weist noch eine Ausgangslinse 57 (oder C) auf, deren optische Achse mit der Hauptachse 3 zusammenfällt. Diese Ausgangslinse 57 bildet ausgehend von den Bildern in der Unendlichkeit 0"1, 0"2, reelle Bilder 0"'1 und O"'2 in ihrer Brennebene, wo sich ein Stab zur Ladungsübertragung 65 befindet, der in der Horizontalebene (Ebene der Figur 4) senkrecht zur optischen Hauptachse erstreckt ist.
• In Figur 4 hat man die Strahlenbündel dargestellt, die von dem Mittelstrahl und den Randstrahlen definiert sind, die von den Hornhautreflexen 01, 02 ausgehen, um auf dem Stab zur Ladungsübertragung 65 jeweils in 0"'l und 0"'2 zu enden
• Die Beziehung zwischen dem Abstand 0"'1-0"'2 und dem Pupillenabstand 01, 02 wird anhand der Brennweiten der Linsen 4, 56 und 57 und ihrer Positionen auf der optischen Hauptachse 3 bestimmt. In einem Beispiel beträgt der Abstand zwischen den Augen 01, 02 und der Hauptlinse 4 70mm, die Brennweite dieser Linse 4 300mm, der Abstand zwischen den optischen Mittelpunkten der Hauptlinse 4 und der Eingangslinse des Objektivs 56 50mm, mit einer Brennweite dieser Eingangslinse 56 von 140mm, der Abstand zwischen den optischen Mittelpunkten der Eingangslinse 56 und Ausgangslinse 57 des Objektivs 98mm und die Brennweite der Ausgangslinse des Objektivs 57 25mm. Mit diesen Werten findet man eine Beziehung des Abbildungsmaßstabs von ungefähr 0,3. Man stellt fest, daß der Abstand zwischen den optischen Mittelpunkten der Eingangslinse 56 und Ausgangslinse 57 der Objektivoptik nur eine zweitrangige Rolle spielt, da die Ausgangslinse 57 in ihrer Brennebene Gegenstandsbilder in der Unendlichkeit liefert, und der Abstand dieser Bilder von der Brennweite und dem Winkelabstand der Gegenstände 0"1, 0"2 abhängt. Ebenso greift der Abstand zwischen den optischen Mittelpunkten der Linsen des Objektivs ein, um die Schräge der Strahlenbündel bezüglich der nacheinander passierten Diopter zu verteilen und so Aberrationen zu verringern.
• Die sequentielle Analyse des Stabs zur Ladungsübertragung 65 ergibt sich aus der Übertragung der Inhalte der Potentiallöcher des Stabes im Takt der Schrittpulse 80. Die Analysensignale werden in 81 verstärkt und gefiltert, von einem Signal-Abtastund Beibehaltungskreislauf 82 in Form gebracht, und von einem Analog-Digital-Umsetzer 83 gespeichert, der ihnen eine Gradadresse entsprechend dem Grad des photoempfindlichen Elementes des Stabgitters 65 zuordnet, um von einem Mikroprozessor verarbeitet zu werden.
• Bezugnehmend auf Figur 6 sieht man, daß der Takt- bzw. Impulsgeber 80 auf dem Stab zur Ladungsübertragung zwei Signalstriche auf ein Paar parallelgeschalteter Gitter richtet, die mit einem dritten passend polarisierten Gitter zwischen sich breiter werdende Lochwände bilden, durch Gleiten ihrer Wand, die auf der Seite des Analysebereichs 6a gelegen ist, dann Nach- bzw. Einziehen ihrer anderen Wand durch Gleiten, wodurch sie sich jedes Mal um eine Steigung verschieben.
• Wie zuvor beschrieben, liefert das seqnentielle Eintreffen der in den verschiedenen Potentiallöchern während einer vorherigen Ansammlungsphase angesammelten Ladungen während der Analysenphase in dem Abalysenbereich ein zeitlich repräsentatives Signal der Lichtmengen, die von jeder Zelle des Gitters in räumlicher Sequenz empfangen werden. Dieses Signal wird von einer Stufe 81 verstärkt und gefiltert, dann von einer Signal-Abtast- und Beibehaltungsstufe 82 in Form gebracht, die empfindlich für die Eingangs spannung während der Dauer eines kurzen Impulses im Uhrentakt ist, und die die ermittelte Spannung bis zum Erscheinen des folgenden Impulses beibehält. Der Umwandler 83 wandelt das von der Stufe 82 gelieferte Analog-Signal in ein Digital-Signal um, dem eine Gradadresse zugeordnet ist.
• Dieses komplexe Digital-Signal wird von einem Mikroprozessor 85 verarbeitet, dem ein Speicher 87 und ein Anzeigenausgang 86 angeschlossen sind, der letzterer mit einem Digital-Anzeigegerät verbunden ist. Eine Auswahlvorrichtung 88 erlaubt, die notwendigen Rechenarten, Steuerungen und Eichungen zu wählen. Jede Organisation im Bereich des Mikroprozessors 85 zielt auf die Handlichkeit des Pupillometers ab, die sich aus dem Rahmen der vorliegenden Erfindung ergibt.
• Aber es versteht sich von selbst, daß in einem Dauerspeicher die Daten gespeichert sind, wie optischer Abbildungsmaßstab, Steigung bzw. Gang der Stäbe zur Ladungsübertragung und Abstand der Achsen der Linsen des Objektivs im Fall des Pupillometers gemäß Figur 3. Die vorliegende Beschreibung ist ausreichend detailliert, daß ein Fachmann in der Lage ist, den gesamten Teil, der die Auswertung der Koinzidenzbestimmungen der Bilder der Hornhautreflexe betrifft, mit den Unterteilungen der Meßskalen in Einklang zu bringen.
• Außerdem versteht es sich von selbst, daß sich die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Beispiele begrenzt, sondern alle Ausführungsvarianten im Rahmen der Ansprüche umfaßt.
• Insbesondere könnte die Hauptlinse 4 parallel beweglich zur Hauptachse 3 sein, um den Pupillenabstand für einen nahe und nicht in der Unendlichkeit liegenden Beobachtungsabstand zu messen. Die Meßskalen könnten mit anderen photoempfindlichen Vorrichtungen ausgeführt sein als Vorrichtungen zur Ladungsübertragung, selbst wenn diese Vorrichtungen zur Ladungsübertragung eine besonders interessante Empfindlichkeit haben, aufgrund des Ansammlungsmechanismus der Ladungen in den Potentiallöchern.
• Außerdem könnten die zur Ausführung der Meßskalen, insbesondere der Vorrichtungen zur Ladungsübertragung, benutzten photoelektrischen Vorrichtungen eine Matrizenstruktur mit Linien und Säulen haben. Man könnte außerdem, außer der Messung des Pupillenabstands, die Messung des vertikalen Abstands zwischen dem Unterteil des Brillengestells und dem entsprechenden Hornhautreflex vorsehen.

Claims (9)

1. Pupillometer zur Messung des Abstands der Mittelpunkte (01, 02) der Pupillen einer Person, insbesondere zur Anpassung einer Brille, mit einem Gehäuse (2) mit einer im allgemeinen ebenen Vorderfläche (2a) , geeignet zur Anwendung auf das Gesicht einer Person (1) in einer relativ festgelegten Position, dergestalt, daß eine Hauptachse (3) senkrecht zu der Vorderfläche (2a) und eine diese Achse enthaltende Horizontalebene jeweils praktisch im gleichen Abstand und durch die Mittelpunkte (01, 02) der Augen der Person laufen, wobei diese in festgelegtem Abstand von der Vorderfläche (2a) sind und diese in Höhe der Augen durchbrochen (2b) ist, einer konvergierenden Hauptlinse (4) in dem Gehäuse in der Nähe der Vorderfläche (2a), deren optische Achse mit der Hauptachse (3) zusammenfällt, einem Lichtquellenpunkt (7), der optisch auf der Hauptachse (3) in einer Position derart gelegen ist, daß er für die Person (1), die ihn über die Hauptlinse (4) festlegt, einen gewählten Beobachtungsabstand bestimmt, wobei das von dem Quellenpunkt (7) ausgesandte Licht auf dem Mittelpunkt (01, 02) der Hornhaut der Persen jeweils punktuelle Reflexe bildet, die Hornhautrefilexe genannt werden, wobei optische Bilder (0"'1, 0"'2) der Hornhautreflexe in Koinzidenz konmen mit einem Paar von jeweiligen diskreten Unterteilungen einer Meßskala (6) , die gemäß der Horizontalebene senkrecht zur Hauptachse (3) erstreckt ist, Mittel (8) zur Ermittliing der Unterteilungen in Koinzidenz mit dem Paar (0"'1, 0"'2) von jeweiligen Bildern der Hornhautreflexe, und Mitteln (8, 9) zum Übertragen und Ausgeben des Pupillenabstands entsprechend einem Paar von ermittelten Unterteilungen, dadurch gekennzeichnet daß es eine Objektivoptik (5; 51, 52; 56, 57) aufweist, die geeignet ist, in einer Bildebene, in der sich die Meßskala (6; 61, 62; 65) erstreckt, ein Paar von reellen Bildern (0"'1, 0"'2) von Hornhautreflexen (01, 02) zu bilden, gesehen durch die Hauptlinse (4) , wobei die Meßskala wenigstens eine photoelektrische Vorrichtung aufweist mit einem Netz bzw. Gitter von empfindlichen Elementen, die die Unterteilungen der Skala (6) darstellen, und Mittel (80) zur sequentiellen Analyse des Netzes (6; 61, 62; 65) , welche die Stufe der Elemente in dem Gitter angeben, auf denen sich das Bild (0"'1, 0"'2) eines Hornhautreflexes bildet.

2. Pupillometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquellenpunkt (7) optisch im Brennpunkt der Hauptlinse (4) dergestalt gelegen ist, daß der Beobachtungsabstand unendlich ist.

3. Pupillometer nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Vorrichtung (6) eine Halbleiter-Vorrichtung ist, genannt zur Ladungsübertragung, mit einer Vielzahl von Potentiallöchern, die im Netz angeordnet sind, geeignet zum Sanmeln von Ladungen, die von einer photoempfindlichen Scheibe benachbarten Zone ausgegeben werden, und Übertragungsgitter, die geeignet s in Reaktion auf eine Analysen-lmpulsreihe die Ladungen von Loch zu Loch bis zu einem Analyseniereich (6a) verschieben

4. Pupillometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Ladungsübertragung ein Netz in einer Dimension oder ein Stab ist.

5. Pupillometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivoptik ein Paar von konvergenten Linsen (51, 52) aufwetst, die symmetrisch bezüglich der Hauptachse (3) angeordnet sind, und zwar jede mit einer optische Achse in einer Horizontalebene parallel zu der Nauptachse (3), wobei eine photoelektrische Vorrichtung (61, 62) mit einem Netz aus photoempfindlichen Elementen mit jeder Linse (51, 52) des Objektivs verbunden ist.

6. Pupillometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivoptik eine konvergierende Eingangslinse (56) aufweist mit einer optischen Achse, die mit der Hauptachse (3) zusammenfällt, in einem Abstand von der Hauptlinse (4) derart, daß ihre konvergente Kombination eine zum Vorderfläche (2a) Parallele Brennebene aufweist, und zwar in dem festgelegten Abstand von der Fläche für die Augen (01, 02), und eine konvergierende Ausgangslinse (57) mit einer optischen Achse in Koinzidenz mit der Hauptachse (3), wobei die photoelektrische Vorrichtung (65) mit einem Netz von photoempfindlichen Elementen in einer Brennebene der Ausgangsiinse (57) auf deren Seite gegenüber der Eingangslinse (56) des Objektivs angeordnet ist.

7. Pupillometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein halbrefiektierendes Blatt (73) zwischen der Hauptlinse (4) und der Eingangslinse (56) des Objektivs angeordnet ist, und einen Flachenwinkel mit der Horizonta lebene bildet, die es gemäß einer Senkrechten zu der Hauptachse (3) derart schneidet, daß ein ref- lektierter Hauptstrahl (71) entsprechend einem von der Hauptlinse (4) gemäß der Hauptachse (3) kommenden Strahl definiert wird, wobei der Lichtquellenpunkt (7) optisch auf dem refiektierten Hauptstrahl (71) an einem Punkt gelegen ist der dem Brennpunkt der Hauptlinse (4) zugeordnet bzv. mit diesem verbunden ist.

8. Pupillometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spiegelebene (72) parallel zum halbreflektierenden Blatt (73) auf der Bahn des reflektierten Hauptstrahls (71) angeordnet ist, wobei der Lichtquellenpunkt (7) physisch auf dem Strahl (70) angeordnet ist, und zwar parallel zur Hauptachse (72) des reflektierten Hauptstrahls (71).

9. Pupillometer nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ebene halbreflektierende Blatt (73) einen Flächenwinkel von 45º mit der Horizontalebene bildet.