DE3204876C2 - Vorrichtung zur Bestimmung des Refraktionszustandes des menschlichen Auges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein ophthalmologisches Verfahren zur Messung der Brechkraft des Auges mit hoher zeitlicher Auflösung. Für die Messung wird ein Objekt auf die Netzhaut abgebildet. Im an der Netzhaut reflektierten Licht wird die Schärfe des Bildes dieses Objekts abhängig von seiner Entfernung vom Auge kontrolliert. Es wird mit unsichtbarem Infrarotlicht enger Bandbreite gemessen. Damit wird der Sehvorgang nicht gestört und der Einfluß der chromatischen Aberration des Auges gemindert. Mit dem Verfahren wird nicht der Objektabstand bester Abbildung aufgesucht. Vielmehr werden zwei Abstände gleicher Unschärfe bestimmt. Dieses Vorgehen ergibt ein Differenzsignal sehr guten Signal-Rausch-Abstandes zur Bestimmung der Brechkraft des Auges. Verfahren und Vorrichtung eignen sich zur automatischen, objektiven Messung der Refraktion und insbesondere des zeitlichen Verlaufs der Entfernungseinstellung des menschlichen Auges bei Änderungen der Sehentfernung, d.h. nicht nur zur Bestimmung der statischen sondern auch der dynamischen Funktionen.

Description

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sehen Schwingungsfrequenzen. Außerdem bereitet die Objektanordnung 19, bestehend aus den beiden Objek-Phasenbestimmung wegen des geringen Signal-Rausch ten 6, 6' und dem Strahlteiler 7, entlang der optischen Abstandes des Photosignals Schwierigkeiten. Einen Achse 18 verschoben, wobei der Strahlteiler 7 auch sei-Fortschritt bezüglich der mechanischen Schwingungen ne Position beibehalten könnte, oder auch die Brechbedeutet deshalb das Verfahren nach DE-AS 26 54 608, 5 kraft des Optometerlinsensystes 1 verändert werden bei dem die kontinuierliche Schwingung durch eine könnte. In Fig.2 ist der Sachverhalt erläutert. Es ist Messung allein in zwei Punkten ersetzt wird. Auch hier dort das abbildende Strahlenbündel für einen Bildpunkt muß allerdings das Signal zur Verschiebung der Objekt- 61' (6t F i g. 1) des Bildes eines Punktes des Netzhautbilanordnung entlang der optischen Achse indirekt aus der des 2 in der konjugierten Ebene 4' (4 F i g. 1) eingetra-Phasenbeziehung zwischen mechanischer Position und io gen. Sobald das Meßobjekt 6', hier zur Vereinfachung Photosignal ermittelt werden. eine Lochblende, vor der konjugierten Ebene 4' z. B. in

Eine grundsätzlich andere Möglichkeit der automati- Position 31' steht wird ein der Defokussierung entspre-

schen Refraktion bietet die weiter unten beschriebene chender Anteil des Strahlenbündels 30 vom Meßobjekt

Skiaskopie. 6' abgefangen, der mit zunehmendem Abstand des Meß-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor- 15 Objektes 6' von der konjugierten Ebene 4' ansteigt. Das-

richtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 4 selbe gilt sinngemäß für alle Positionen 31" des Meßob-

und II derart weiterzubilden, daß eine Verbesserung jektes 6'hinter der konjugierten Ebene 4'. Nur wenn das

des Signal/Rausch-Verhältnisses, eine Erhöhung der Meßobjekt 6' in der konjugierten Ebene 4' liegt (vgl. 31

Meßgeschwindigkeit und eine Verbesserung der Steil- in Fig.2), wird im Idealfalle die gesamte im Strahlen-

heit des Meßsignals, was einer Verschärfung des Ab- 20 bündel 30 enthaltene Lichtenergie durch das Meßobjekt

gleichkriteriums entspricht, erreicht wird. 6' hindurch treten. In diesem Fall wird dann ein Maxi-

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei mum oder in anderen Ausführungsbeispielen ein Mini-

den Vorrichtungen gemäß der Oberbegriffe der An- mum des vom Photoelement 8 in F i g. 1 gelieferten

sprüche I, 4 bzw. 11 die in den entsprechenden kenn- Lichtstroms A hinter dem Meßobjekt 6' gemessen, das

zeichnenden Teilen angegebenen Maßnahmen vor. 25 die Lage der konjugierten Ebene 4' bzw. 4 anzeigt. Die

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den auf die An- Brennkraft des Auges 0 darf sich während der Verschie-

sprüche 1, 4 bzw. 11 rückbezogenen Unteransprüchen bung entlang der optischen Achse 18 nicht verändern,

enthalten. Mit einem solchen Verfahren läßt sich eine zeitliche

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin- Veränderung der Brechkraft des Auges nicht ohne weidung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeich- 30 teres verfolgen. In Fig. 1 ist mit 17 noch die optische nung zeigt Achse des Auges bezeichnet

F i g. 1 eine Darstellung des Meßverfahrens gemäß In den folgenden Figuren werden, wenn nicht anders

dem Stand der Technik; vereinbart, für gleiche Elemente die gleichen Bezugszei-

F i g. 2 eine Darstellung des Prinzips des Auffindens chen wie in F i g. 1 und 2 verwendet,

der konjugierten Ebene gemäß dem Meßverfahren 35 In F i g. 3 ist eine Möglichkeit zur Verbesserung be-

nach F i g. 1; züglich der elektrischen Photosignalauswertung darge-

F i g. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel; stellt Hierbei werden gleichzeitig Messungen vor und

F i g. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel; hinter der konjugierten Ebene 4 vorgenommen. Hierzu

F i g. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel; wird ein Meßobjekt 6' vor der konjugierten Ebene 4'

F i g. 6 eine Darstellung des Prinzips des Auffindens 40 und ein zweites Meßobjekt 6" in festem Abstand zu 6'

der konjugierten Ebene gemäß dem Verfahren nach hinter der konjugierten Ebene 4" angeordnet. Dieses

F i g. 5; kann z. B. durch einen weiteren Strahlteiler T verwirk-

F i g. 7 ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel licht werden. Hinter jedem Meßobjekt 6', 6" ist je ein

der Erfindung; Photoelement 8,8' angeordnet Wenn die Objektanord-

Fig.8 den experimentell ermittelten Verlauf der 45 nung 19 entlang der optischen Achse 18 verschoben

Photosignale beim Verschieben der beweglichen Ob- wird, wird der von den Meßobjekten 6' und 6" entspre-

jektanordnung gemäß dem Verfahren der F i g. 7; chend F i g. 2 jeweils durchgelassenen Lichstrom der ab-

F i g. 9a, 9b ein fünftes besonders bevorzugtes Aus- bildenden Strahlenbündel 30 (vgl. F i g. 2) des Meßstrah-

führungsbeispiel der Erfindung; lengangs mit zunehmender Entfernung von den zugehö-

F i g. 10a, 10b eine Abwandlung des Ausführungsbei- 50 rigen konjugierten Ebenen 4' und 4" stetig absinken. Da

spiels der F i g. 9a, 9b. die beiden Meßobjekte 6' und 6" gemeinsam in festem

F i g. 1 veranschaulicht, wie oben bereits erwähnt, ein Abstand zueinander verschoben werden, können nicht Meßverfahren gemäß dem Stand der Technik, bei dem beide gleichzeitig in der konjugierten Ebene liegen. Die eine zur Netzhaut 3 eines Auges 0 konjugierte Bildebe- Photosignale A und B werden also bei verschiedenen ne 4 bzw. 4' mit einem Abstand 9 von einem Optome- 55 Positionen der Objektanordnung 19 ihr Maximum erreiterlinsensystem 1 aufgesucht wird. Der Abstand 9 ist ein chen. Das Photoelement des jeweils näher zur konju-Maß für den Refraktionszustand des Auges 0. Hierzu gierten Ebene liegenden Meßobjekts liefert jeweils das wird ein Objekt 6 auf die Netzhaut 3 abgebildet, das als größere Photosignal. Nur im Falle, daß beide Meßob-Gitter, als Punkt oder als Schlitz ausgebildet sein kann. jekte 6', 6" gleich weit von den zugehörigen konjugier-Das in einen Objektraum 5 über das Optometerlinsen- 60 ten Ebenen 4', 4" entfernt sind, d. h. das Bild des Netzsystem 1 (Optometerlinse 1) und einen Strahlteilerspie- hautbildes auf beiden Meßobjekten 6', 6" gleichennagel 7 zurückgeworfene Bild eines Netzhautbildes 2 wird Ben defokussiert ist und die konjugierte Ebene zwischen dort mit einem zweiten Objekt, dem Meßobjekt 6', ana- den Objekten liegt, sind die Photosignale A und B gleich lysiert Hierzu wird mit einem photoempfindlichen EIe- groß. Andernfalls liefert die Differenz A — B ein Photoment 8 der von diesem Meßobjekt 6' durchgelassene 65 signal für eine geregelte Verschiebung der Objektan-Lichtstrom gemessen. Hierzu müssen beide Objekte 6, Ordnung 19 mit den Elementen 7, 7'; 6, 6', 6"; 8, 8' in 6' sich in Form und Dimension entsprechen. Zum Auf- Richtung zur symmetrischen Position bezüglich der finden der konjugierten Bildebene 4 bzw. 4' wird die Ebenen 4,4', 4". Zusätzlich zu dem bereits in den F i g. 1

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und 2 erläuterten Bildpunkt 6Γ ist noch ein weiterer lang des Strahls 32 gemessen werden, wie z. B. durch

Bildpunkt 61" dargestellt. Die Information für die Ver- Positionen 31' und 32" dargestellt. Zu diesem Zwecke

Schiebungsrichtung ist jetzt nicht mehr in der Phase können wie im Ausführungsbeispiel der F i g. 5 die opti-

enthalten, sondern vorteilhafterweise direkt in der Am- sehe Achse 17 des Auges und diejenige des Gerätes 18

plitude der Photosignale A und B. Der Gewinn an Si- 5 parallel gegeneinander versetzt werden. Mit zwei Pho-

gnal-Rausch-Abstand kann allerdings wegen der Not- toelementen 8, 8' wird an mindestens einem Hell-Dun-

wendigkeit des zusätzlichen Strahlteilers T nicht voll kel 61' und einem Dunkel-Hell 62' Übergang der vom

genutzt werden. Meßobjekt 6' vorbeigelassene Lichtstrom in der Form

Dieser Nachteil läßt sich beheben (F i g. 4), wenn das eines Photosignals A bzw. B gemessen. Hier ergibt sich

Objekt 6 und das Meßobjekt 6' eine Tiefenausdehnung 10 eine Verbesserung des elektrischen Signal-Rausch-Ab-

in Richtung der optischen Achse (18) erhalten, so daß Standes, weil nicht zeitlich nacheinander, sondern gleich-

mindestens zwei parallele Teilobjekte 61, 62 bzw. 61', zeitig gemessen wird und damit die Information nicht in

62' vorliegen. Wenn sich nun beispielsweise, wie in der der Phase, sondern in der Amplitude der Photosignale A

Fig. 4 demonstriert, hinter jedem Teilobjekt 61'und 62' und B enthalten ist. Messungen des Differenzsignals

des Meßobjekts 6' ein Photoelement 8, 8' positioniert 15 A — B der Photoelemente 8, 8' beim Verschieben der

ist das den durch die Teilobjekte 61', 62' hindurchlau- Objektanordnung 19 entlang der optischen Achse 18

fenden Lichtstrom in der Form der Photosignale A und ergeben für dieses Verfahren ein gut verwertbares Dif-

B mißt, kann wiederum mit dem eindeutig gerichteten ferenzsignal zum Auffinden der konjugierten Ebene 4

Differenzsignal A — B gezielt wie im Ausführungsbei- bzw. 4'. Allerdings ist die örtliche Änderung des Diffe-

spiel der F i g. 3 durch Verschieben der Objektanord- 20 renzsignals, d. h. die Empfindlichkeit, in der Nachbar-

nung 19 entlang der optischen Achse 18 die konjugierte schaft der konjugierten Ebene gering.

Ebene 4, 4' aufgesucht werden. Sie ist dann erreicht, Eine weitere Verbesserung läßt sich erreichen, wenn

wenn beide Photoelemente 8,8' gleiche Photosignale A das Verfahren der Schärfebeurteilung der F i g. 4 mit

und B liefern. Trotz der auf diese Weise erzielten Photo- dem zuletzt angegebenen der Fig. 5 gemeinsam ver-

signalverbesserung ist der Signal-Rausch-Abstand für 25 wendet wird (Fig.7). Durch die Parallelverschiebung

eine kontinuierliche Registrierung des Refraktionszu- der optischen Achsen 17 und 18 sind die Verhältnisse

Standes ungünstig. der F i g. 5 und durch die Schrägstellung des Objektes 6

Eine grundsätzlich andere Methode zur automati- diejenigen der Fig.4 gleichzeitig verwirklicht Fig.8 sehen Messung der Refraktion ist diejenige der Schnei- zeigt den zugehörigen Verlauf der Photosignale A und denrefraktometrie (Skiaskopie), wie sie z. B. bei den aus 30 B der beiden Photoelemente 8,8'. Das Photoelement 8 DE-AS 23 15 135, DE-OS 29 51 897 und 30 20 804 be- liefert hauptsächlich ein Photosignal A, wenn sich die kannten Vorrichtungen zur automatischen Refraktome- zugehörige Meßobjektkante 61' vor der konjugierten trie ausgenutzt werden. Bei der Schneidenrefraktome- Ebene 4' befindet und das Photoelement 8' umgekehrt trie wird nicht die Bildschärfe kontrolliert sondern im dann ein Photosignal B, wenn es sich hinter der konjuallgemeinsten Sinne die Breite enes Strahlenbündels be- 35 gierten Ebene 4' befindet. Die Überschneidung C(siehe stimmt, die in der konjugierte Ebene minimal sein muß. F i g. 8) beider Photosignale, die einen steileren Null-Die Breite des abbildenden Strahlenbündels wird zeit- durchgang der Differenz D der Photosignale A und B lieh nacheinander in verschiedenen Abständen von ei- bewirkt wird durch die gleichzeitige Realisierung des ner Optometerlinse senkrecht zur optischen Achse ge- zusätzlichen Schärfekriteriums nach F i g. 4 bewirkt,
messen. Aus dem Differenzsignal wird eine phasenab- 40 Eine weitere Verbesserung des Signal-Rausch-Abhängige Größe berechnet, mit der eine Position gering- Standes kann sowohl mit der Anordnung nach F i g. 7, als sten oder gleichen Bündeldurchmessers aufgesucht auch mit derjenigen nach F i g. 3, 4 und 5 erreicht werwird. Diese ist dann erreicht wenn die konjugierte Ebe- den, wenn auch auf den Strahlteiler 7 verzichtet wird ne in der Mitte zwischen den beiden Meßstellen liegt und das Objekt 6 selber, wie in den beiden folgenden

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 5 wird in gewissem 45 Ausführungsbeispielen (F i g. 9 und F i g. 10) ausgeführt

Sinn das Schneidenverfahren verwendet Im Unter- als Spiegel ausgebildet wird und damit Objekt 6 und

schied zu den Vorrichtungen des Standes der Technik Meßobjekt 6' in einem Objekt zusammenfallen. Damit

werden die Schneiden allerdings nicht senkrecht zur sind gleichzeitig alle Justierprobleme des Objektes 6

Strahlenrichtung, sondern in Richtung der abbildenden und des Meßobjektes 6' vermieden, die sich sonst wegen

Strahlen im Meßstrahlengang verschoben. In der erläu- 50 der hohen Anforderung an die geometrische Überein-

ternden F i g. 6 wird das abbildende Strahlenbündel 30 Stimmung und die optisch richtige Positionierung der

für einen Bildpunkt des Bildes eines Punktes des Netz- Objekte 6 und 6' ergeben.

hautbildes in der konjugierten Ebene 4' der Fig. 2 Fig. 9 und 10 zeigen je besonders bevorzugt Ausfüh-

durch eine Ebene 32', die von Abbildungsstrahlen 32 rungsbeispiele der Erfindung, bei denen es unter Ver-

durch den Bildpunkt 612 aufgespannt wird, in zwei Teil- 55 besserung des Signal-Rausch-Verhältnisses möglich ist

strahlenbündel 30a (schraffiert) und 306 oberhalb und mittels Messung des an der Netzhaut reflektierten Lich-

unterhalb dieser Ebene 32' aufgeteilt Die Ebene 32' fällt tes bei gleichzeitiger Herabsetzung der energetischen

in der zweidimensionalen Darstellung mit dem Strahl 32 Belastung des Auges automatisch den Refraktionszu-

zusammen. Wie die F i g. 6 zeigt hat das Strahlenbündel stand zu messen und kontinuierlich mittels Drucker

30a {30b) vor und hinter der Bildebene einen unter- 60 und/oder Schreiber zu dokumentieren. Die beiden Aus-

schiedlichen Lichtstrom. Der Unterschied wird um so führungsbeispiele unterscheiden sich dabei nur in einer

größer, je stärker sich die Ebene 32' bzw. der Strahl 32 Vertauschung von Abbildungssystem F i g. 9a, 10a urid

den Randstrahlen 33 bzw. 34 des Strahlenbündels 30 Meßsystem Fig.9b, 10b. Die Beschreibung kann sich

nähert. Die Lichtstromänderung mindestens eines die- also auf die F i g. 9 beschränken und sinngemäß auf

ser Teilstrahlenbündel 30a bzw. 306 am Ort der konju- 65 F i g. 10 übertragen werden.

gierten Ebene 4' wird zum Aufsuchen der konjugierten Die optische Anordnung der Vorrichtung besteht aus

Ebene 4' verwendet Hierzu muß also der Lichtstrom einem Abbildungssystem (in F i g. 9a und 10a: 1, 6, 61,

mindestens eines der Teilstrahlenbündel 30a, 30£> ent- 62, 10, 11) und einem zur besseren Übersicht davon

ίο

getrennt dargestellten Meßsystem (in F i g. 9b, 10b: 1,6, 13 abbildet Dadurch besteht die Möglichkeit, vor der 61, 62, 12, 13, 8, 8'), die in den beiden wesentlichen Linse 13 eventuell störende Reflexe des Abbildungssy-Bauteilen Optometerlinse 1 und Objekt 6 übereinstim- stems in den vorderen Augenmedien auszublenden. Bei men. Zur Vereinfachung wurde die Parallelverschie- parallelem Versatz von optischer Augen- und Gerätebung der optischen Achsen 17 und 18 gemäß Fig. 5 5 achse ist dieses nicht notwendig. Bei Verwendung polafortgelassen. Wichtig ist, daß sowohl im Abbildungs- als risierten Lichtes kann zwischen Objekt 6 und den Phoauch im Meßsystem dasselbe Objekt benutzt wird. Zur toelementen 8, 8' ein gekreuzter Analysator zwischen-Messung behält nur die Optometerlinse zum Auge eine geschaltet werden, der das an spiegelnden Linsenoberfeste Entfernung bei, während die anderen umrandeten flächen erzeugte Störlicht herausfiltert.
Bauteile 19 gemeinsam in Richtung der optischen Achse io Bestimmung der konjugierten Bildebene: Verschiebt verschoben werden bzw. entsprechend die hintere man bei festgehaltener Entfernungseinstellung des Au-Brennweite der Optometerlinse 1 verändert wird. Zur ges (Akkommodation) die bewegliche Anordnung 19, Bestimmung der Refraktion des Auges in unterschiedli- die durch eine Umrandung gekennzeichnet ist, entlang chen Hauptschnitten kann die Anordnung um die opti- der optischen Achse 18, so wird der an jeder Kante 61, sehe Achse des Systems oder bei Realisierung des Ver- 15 62 des Objektes 6 abgetrennte Anteil des reflektierten fahrens nach F i g. 7 um eine dazu parallele gedreht wer- Lichtes, der zu dem Differenzsignal D der Photoelemenden. Die vordere Hauptebene 14 des Auges fällt mit der te 8, 8' führt, ausgehend von der Optometerlinse 1 mit vorderen Brennebene der Optometerlinse 1 zusammen. zunehmender Entfernung von dieser entsprechend der

Abbildungsstrahlengang (Fig.9a): Bei dem erfin- Lage der zur Netzhaut 3 konjugierten Ebene 4 erst dungsgemäßen Refraktometer wird ein schräg zur opti- 20 abnehmen, in der Ebene 4 selber durch Null gehen und sehen Achse 18 stehendes Objekt 6 mit zwei parallelen anschließend weiter abfallen (siehe F i g. 8 Differenz D). Kanten, nämlich einer Hell-Dunkel-Kante 61 und einer Das Differenzsignal D durchläuft genau dann den NuIl-Dunkel-Hell-Kante 62, von vorn mit einem hochfre- wert, wenn beide Objektkanten 61, 62 symmetrisch quent modulierten Licht geringer Apertur beleuchtet gleich weit von der konjugierten Ebene 4 entfernt sind. Die Beleuchtung kann mit einer Leuchtdiode 11, die z. B. 25 Es liegt also eine relativ störunanfällige Nullmethode Licht mit einer Wellenlänge von 820 nm aussendet, im vor. Ziel des Verfahrens ist es, daß beide Objektstellen Brennpunkt eines Kondensors 10 realisiert werden. Die 61 und 62 symmetrisch zur Ebene 4 liegen. Dazu muß Verwendung von Licht geringer Apertur führt über die der verschiebbare Teil bezüglich der Linse 1 nur so in Optometerlinse 1 zu einer kleinen, künstlichen Eintritts- einem rückgekoppelten Regelkreis positioniert werden, pupille des Abbildungsstrahlenganges in der vorderen 30 daß das Differenzsignal Null wird (siehe F i g. 8).
Hauptebene 14 des Auges. Dadurch ist auch die Apertur Elektronische Photosignalverarbeitung (F i g. 9b, im Auge gering und das Objekt 6 erscheint aus der Sicht 10b): Für die Verbesserung des Signal-Rausch-Abstander untersuchten Person als schwach rot leuchtender des und zur Ausfilterung von Fremdlicht wird das Meß-Spalt, der praktisch in einem weiten Bereich der Sehent- licht (beispielsweise das Licht einer lichtemittierenden fernungen scharf gesehen wird. Der Akkommodations- 35 Leuchtdiode) hochfrequent moduliert. Das Differenzsimechanismus wird deshalb durch das Abbildungssystem gnal d der Photoelemente 8, 8' wird phasengesteuert nicht gestört Zur Minderung störender Reflexe kann verstärkt und gleichgerichtet (Lock-in-Verstärker 20). die Optometerlinse 1 gegen die optische Achse 18 ge- Das so verstärkte Differenzsignal D wird einem Fenneigt oder für die Abbildung des Objektes auf der Netz- ster-Schmitt-Trigger 21 mit zwei symmetrisch zu 0 Volt haut polarisiertes Licht verwendet werden, das auf der 40 verstellbaren Triggerschwellen T1 und T2 (siehe Netzhaut depolarisiert wird, aber bei der Reflexion an Fig. 8) zugeführt. Dieser liefert am Ausgang Signale für spiegelnden Oberflächen weitgehend seine Polarisa- Stillstand, Linkslauf und Rechtslauf des motorischen tionsrichtung beibehält. Diese Reflexe können dann im Antriebs 22 der beweglichen Anordnung 19. Liegt das Meßstrahlengang durch einen gekreuzten Analysator Differenzsignal D zwischen den beiden Triggerschwelvon Reflexionslicht der Netzhaut abgetrennt werden. 45 len T1 und T 2, bleibt die Position unverändert. Werden

Meßstrahlengang (F i g. 9b): Das Netzhautbild 2 des hingegen beide Schwellen T\ und T2 überschritten Objekts 6 mit den parallelen Kanten 61,62 als Teilob- oder unterschritten, wird die bewegliche Anordnung 19 jekt wird mittels des an der Netzhaut 3 reflektierten solange entlang der optischen Achse 18 verschoben, bis Lichtes über die optische Anordnung des Abbildungssy- das Differenzsignal Inzwischen beiden Schwellen Tl, stems, die Optometerlinse 1, auf das das Netzhautbild 2 50 T2 liegt Die Lichtquelle 11 wird mit einem Funktionserzeugende Objekt 6 zurückabgebildet An den Kanten generator 24 angesteuert, der gleichzeitig über einen wird ein der Defokussierung und bei Parallelversetzung Phasenschieber 23 den Lock-in-Verstärker 20 steuert der optischen Achsen der Breite des Strahlenbündels Die Entfernung 5 (siehe F i g. 7) von der Optometerlinse entsprechender Lichtanteil nicht in den Abbildungs- 1 ist die Meßgröße des Refraktionswertes des Auges, strahlengang zurücklaufen, sondern in den Meßstrah- 55 der sich beim scharfen Fixieren eines Sehobjekts in vorlengang 12,13,8,8' gelangen (schraffierte Strahlenbün- gegebener Entfernung vom Auge einstellt Die Messung del). Für die Messung des ausgeblendeten defokussier- dieser Entfernung 5 kann beispielsweise bei Verwenten Anteils der an der Netzhaut 3 reflektierten, hochfre- dung eines Schrittmotors über die Schrittzahl oder auch quent modulierten Energie wird jede der beiden Ob- über ein mitlaufendes Potentiometer gemessen werden, jektkanten (Teilobjekte) 671,62 mit einer Linse 13 über 60 Beobachtungszeichen: Für die Messung des Refrakeine Feldlinse 12 auf eines der zwei Photoelemente 8,8' tionszustandes müssen der untersuchten Person beabgebildet Da die vordere Hauptebene 14 des Auges kanntlich zur Fixation der Sehrichtung und zu Entfer-(näherungsweise die Pupillenebene) mit der Brennebe- nungseinstellung des Auges dem jeweiligen Meßziel ne der Optometerlinse 1 zusammenfällt und die Linse 13 (Refraktion, Akkommodationsverlauf) entsprechende in der hinteren Brennebene der Linse 12 liegt, bilden die 65 sichtbare Beobachtungszeichen angeboten werden, die Linsen 1 und 12 ein telezentrisches System, das unab- die Akkommodation stimulieren. Diese werden mit eihängig von der Lage der beweglichen Objektanordnung nem achromatischen oder besser einem dichtroitischcn 19 die vordere Hauptebene 14 des Auges auf die Linse Teilerspiegel 15 zwischen Auge 0 und Optometerlinse 1

11

eingeblendet.

Meßwertaufzeichnung: Die Refraktionswerte liegen am Ausgang der Elektronik als analoge oder digitale .Spannungswerte vor. Sie werden mit üblichen Schreibern aufgezeichnet, ausgedruckt und weiter verrechnet, s Durch eine Rotation der Anordnung (1,19) um die optische Achse des Auges ergeben sich bei Verwendung linearer Objekte 6 (Spalt oder Gitter) die Refraktionswerte für verschiedene Hauptschnitte, aus denen dann der Astigmatismus mit seiner Achsenlage ermittelt wird. Dieser kann in Form üblicher Kennwerte numerisch ausgedruckt oder wegen des guten zeitlichen Auflösungsvermögens des erfindungsgemäßen Verfahrens in graphischer Form ausgegeben werden, die über die Kennwerte hinaus zusätzlich eine Aussage über die Regelmäßigkeit eines Astigmatismus erlaubt Wegen des guten zeitlichen Auflösungsvermögens des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch der zeitliche Verlauf der Entfernungseinstellung des Auges parallel zum Verlauf der Entfernung des Sehobjektes (Refraktions-Zeit- kurven) aufgezeichnet werden und hierdurch bereits Störungen des Akkommodationssystems gefunden werden, bevor sie sich bei der Messung statischer Gleichgewichtseinstellungen ohne Berücksichtigung der Zeit zeigen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims (26)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Refraktionszustandes des menschlichen Auges (0), bei der ein im s Objektraum (5) befindliches Objekt (6) über ein Optometerlinsensystem (1) auf die Netzhaut (3) des Auges (0) abgebildet wird (Objektstrahlengang) und bei der das Netzhautbild (2) dieses Objektes (6) seinerseits über das Optometerlinsensystem (1) in den Objektraum (5) zurück in eine zur Netzhaut (3) konjugierte, vom Refraktionszustand des Auges (0) und der Brechkraft des Optometerlinsensystems (1) bestimmte Bildebene (4, 4') zurück abgebildet wird (Meßstrahlengang), deren Abstand (9) von dem Optometerlinsensystem (1) ein MaB für den Refraktionszustand ist, mit Meßobjekten (6') zur Feststellung des Abstandes, die in dem vom Netehautbild kommenden Strahlenbündel des Meßstrahlengangs in unterschiedlichen Entfernungen von der Bildebene (4,4') angeordnet sind, und mit Mitteln zur Trenung des Meßstrahlengangs vom Objektstrahlengang, die einen Teil des von der Netzhaut reflektierten Lichtes zu den Meßobjekten leiten, die vor bzw. hinter der zur Netzhaut konjugierten Bildebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt aus mindestens zwei Teilobjekten (61,62) besteht, und daß die Mittel zur Trennung des Meßstrahlengangs vom Objektstrahlengang einen einzigen Strahlenteiler (7) aufweisen (F i g. 4).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilobjekte (61, 62) und die Meßobjekte (61', 62') in Richtung der optischen Achse gegeneinander versetzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Teilobjekte entlang einer Fläche (32') durch die abbildenden Strahlenbündel geführt wird, daß jede dieser Flächen (32') von solchen Strahlen (32) der Strahlenbündel (30) aufgebracht ist, die durch Bildpunkte (612) gehen, die zu Randpunkten des Netzhautbildes je eines Teilobjekts gehören, daß die Flächen (32') die Strahlenbündel (30) der Randpunkte in jeweils zwei zusammengehörige Teilbündel derart teilen, daß die Lichtenergie auf die zusammengehörigen Teilbündel ungleichmäßig verteilt ist, und daß die ungleichmäßig verteilte Lichtenergie zur Ermittlung des Abstandes dient.

4. Vorrichtung zur Bestimmung des Refraktionszustandes des menschlichen Auges (0), bei dem ein im Objektraum (5) befindliches Objekt (6) über ein Optometerlinsensystem (1) auf die Netzhaut (3) des Auges (0) abgebildet wird (Objektstrahlengang) und bei dem das Netzhautbild (2) dieses Objektes (6) seinerseits über das Optometerlinsensystem (1) in den Objektraum (5) zurück in eine zur Netzhaut (3) konjugierte, vom Refraktionszustand des Auges (0) und der Brechkraft des Optometerlinsensystems (1) bestimmte Bildebene (4, 4') zurück abgebildet wird (Meßstrahlengang), deren Abstand (9) von dem Optometerlinsensystem (1) ein Maß für den RefrakuufiSZüSiäüd ibt, iilii einem fv'cßubjcki (S') ZUi' Feststellung des Abstandes (9), das in dem vom Netzhautbild (2) kommenden Strahlenbündel des Meßstrahlengangs angeordnet ist, und mit Mitteln zur Trennung des Meßstrahlengangs vom Objektstrahlengang, die einen Teil des von der Netzhaut reflektierten Lichtes zu dem Meßobjekt leiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (6) mindestens zwei Teilobjekte (61,62) aufweist, welche gleichzeitig die Meßobjekte und die Mittel zur Trennung des Meßstrahlenganges vom Objektstrahlengang bilden (F ig. 9,10).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt schräg zur optischen Achste steht

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilobjekte (61, 62) durch parallele Kanten an dem Objekt (6) gebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilobjekte (61,62) mittels einer Lichtquelle (11) über einen Kondensor (10) reflektierend beleuchtet werden (F i g. 9).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilobjekte (61,62) mittels einer Lichtquelle (11) über einen Kondensor (10) im Durchlicht beleuchtet werden (F i g. 10).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (6) als Spiegel ausgebildet ist

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Meßobjekte entlang einer Fläche (32') durch die abbildenden Strahlenbündel geführt wird, daß jede dieser Flächen (32') von solchen Strahlen (32) der Strahlenbündel (30) aufgespannt ist, die durch Bildpunkte (612) gehen, die zu Randpunkten des Netzhautbildes je eines Teilobjekts (61,62) gehören, daß die Flächen (32') die Strahlenbündel der Randpunkte in jeweils zwei zusammengehörige Teilbündel derart teilen, daß die Lichtenergie auf die zusammengehörigen Teilbündel ungleichmäßig verteilt ist, und daß die ungleichmäßig verteilte Lichtenergie zur Ermittlung des Abstandes dient.

11. Vorrichtung zur Bestimmung des Refraktionszustandes des menschlichen Auges (0), bei dem ein im Objektraum (5) befindliches Objekt (6) über ein Optometerlinsensystem (1) auf die Netzhaut (3) des Auges (0) abgebildet wird (Objektstrahlengang) und bei dem das Netzhautbild (2) dieses Objektes (6) seinerseits über das Optometerlinsensystem (1) in den Objektraum (5) zurück in eine zur Netzhaut (3) konjugierte, vom Refraktionszustand des Auges (0) und der Brechkraft des Optometerlinsensystems (1) bestimmte Bildebene (4, 4') zurückabgebildet wird (Meßstrahlengang), deren Abstand (9) von dem Optometerlinsensystem (1) ein Maß für den Refraktionszustand ist, mit einem Meßobjekt (6') zur Feststellung des Abstandes (9), das in dem vom Netzhaulbiid (2) kommenden Strahlenbündel des Meßstrahlengangs angeordnet ist, und mit Mitteln zur Trennung des Meßstrahlengangs vom Objektstrahlengang, die einen Teil des von der Netzhaut reflektierten Lichtes zu dem Meßobjekt leiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt entlang mindestens einer Fläche (32') durch die abbildenden Strahlenbündel geführt wird, daß die Fläche (32') von solchen Strahlen (32) der Strahlenbündel (30) aufgespannt ist, die durch Bildpunkte (612) gehen, die zu

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naiiuijuuitidi uca i-tci/.nauiuiiucs ucs vujcmb uiivj damit zu Randpunkten (61,62) des Objekts (6) gehören, daß die Fläche (32') die Strahlenbündel (30) der Randpunkte in jeweils zwei zusammengehörige Teilbündel derart teilt, daß die Lichtenergie auf die zusammengehörigen Teilbündel ungleichmäßig verteilt ist, und daß die ungleichmäßig verteilte Licht-

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energie zur Ermittlung des Abstandes dient (F i g. 5, Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ab-

6). bildung des Objektes (6) auf die Netzhaut (3) hoch-

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge- frequent moduliertes Licht verwendet wird,
kennzeichnet, daß die Fläche (32') so gelegt ist, daß 27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden die auf der einen Seite der Fläche liegenden Teilbün- 5 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abdel nur einen vernachlässigbar kleinen Anteil der bildung des Objektes (6) infrarotes Licht verwendet Lichtenergie enthalten. wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, da- 28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden durch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen (18, Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aper-17) des Objektstrahlengangs und des untersuchten io tür des Abbildungssystems klein gewählt ist
Auges (0) gegeneinander parallel versetzt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (6) und

das Meßobjekt (6') jeweils zwei Kanten (61,62; 61',

62') aufweisen, und daß das Meßobjekt im Meß- is Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur

strahlengang mit jeder Kante entlang einer Fläche Bestimmung des Refraktionszustandes des menschli-

derart geführt wird, daß jeweils Teilbündel mit ent- chen Auges nach einem der Oberbegriffe der Ansprü-

gegengesetzt verteilter Lichtenergie erfaßt werden. ehe 1,4 oder 11.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge- In der DE-AS 19 55 859 ist eine Vorrichtung im wekennzeichnet, daß die Kanten des Objekts und des 20 sentlichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 be-Meßobjekts längs der zugehörigen optischen Ach- schrieben, und zwar werden dort zwei hintereinander sen gegeneinander versetzt sind. im Objektstrahlengang liegenden Strahlteiler verwen-

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis det, durch die das von einem Objekt kommende Licht

15, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (6) aus auf zwei Meßobjekte — vor bzw. hinter der Bildebene mindestens einem Spiegel besteht 25 — verteilt wird. Die beiden Strahlteiler im Objektstrah-

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis lengang liefern aber auch unterschiedliche Streulichtan-

16, dadurch gekennzeichnet, daß Objekt (6) und teile aus dem Objektstrahlengang in den Meßstrahlen-Meßobjekt (6') zusammenfallen (F ig. 9, 10). gang.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4,5,6, Bei anderen bekannten Vorrichtungen zur automati-8,10,11 bis 15,17, dadurch gekennzeichnet, daß das 30 sehen Refraktion (vergl. F i g. 1) wird eine zur Netzhaut Objekt (6) aus lichtempfindlichen Elementen be- des untersuchten Auges konjugierte Bildebene aufgesteht sucht (DE-OS 29 37 891, 31 10 576, 31 02 450). Hierzu

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis wird ein Objekt, das als Gitter, als Punkt oder als Schlitz 18. dadurch gekennzeichnet daß entlang der opti- ausgebildet sein kann, mit einem Optometerlinsensyschen Achse (18) die Differenz der Lichtenergien der 35 stern auf die Netzhaut abgebildet. Das in den Objekt-Teilbündel mit entgegengesetzt verteilter Lichtener- raum über die Optometerlinse und einen Strahlteilergie gebildet wird und daß das Meßobjekt (6) entlang spiegel zurückgeworfene Bild dieses Netzhautbildes der optischen Achse (18) verschoben wird, bis die wird dort mit einem weiteren Meßobjekt analysiert Differenz Null wird. Dies geschieht mit einem photoempfindlichen Element

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden 40 welches den von diesem Meßobjekt durchgelassenen Ansprüche, ausgenommen Ansprüche U bis 13, da- Lichtstrom mißt. Hierzu müssen sich beide Objekte in durch gekennzeichnet daß das Objekt (6) minde- Form und Dimension entsprechen. Zum Auffinden der stens eine Hell/Dunkel- und eine Dunkel/Hell-Kan- konjugierten Bildebene werden die beiden Objekte zute besitzt, die getrennt zur Messung herangezogen sammen mit dem Strahlteiler entlang der optischen werden. 45 Achse verschoben oder auch die Brechkraft des Opto-

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden meterlinsensystems verändert. Dabei wird ein Maxi-Ansprüche, ausgenommen Ansprüche 11 bis 13, da- mum oder je nach Ausführung ein Minimum des vom durch gekennzeichnet, daß die Kanten (61, 62) des Photoelement gelieferten Lichtstroms hinter dem Meß-Objektes (6) parallel sind. objekt gemessen, wenn die Lage der konjugierten Ebe-

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden 50 ne erreicht ist. Die Brechkraft des Auges darf sich wäh-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Meß- rend der Verschiebung entlang der optischen Achse Objekte mit lichtempfindlichen Elementen zusam- nicht verändern. Mit einem solchen Verfahren läßt sich menwirken, aus deren Ausgangssignalen ein Diffe- eine zeitliche Veränderung der Brechkraft des Auges renzsignal (A — B) gebildet wird. nicht ohne weiteres verfolgen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch ge- 55 Eine Verbesserung kann nach DE-AS 22 62 886 erkennzeichnet, daß das Differenzsignal (A — B) ein reicht werden, wenn die Objektanordnung mit hoher Regelsignal zum automatischen Auffinden der Bild- Frequenz nur eine kleine Strecke entlang der optischen ebene (4) liefert. Achse periodisch verschoben werden. Hierbei ergibt

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, da- sich eine zur Verschiebung synchrone, periodische Verdurch gekennzeichnet, daß das Differenzsignal 60 änderung des Photosignals. Aus der Phasenverschie- (A — B) mit einem Lock-in-Verstärker phasenge- bung zwischen Bewegung der Objektanordnung und sicucri rauscharm verstärkt wird. Photosignai kann nun bei hinreichend hoher Schwin-

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden gungsfrequenz ein elektrisches Photosignal gewonnen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Meß- werden, das anzeigt, in welcher Richtung die Objektansystem (1, 19) mechanisch oder optisch um die opti- 65 Ordnung verschoben werden muß, damit die konjugierte sehe Achse des Meßsystems (17) oder eine dazu par- Ebene in der Mitte zwischen den Umkehrpunkten der allele Achse drehbar ist. periodischen Verschiebung liegt. Nachteilig sind bei die-

26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden sem Verfahren die notwendigerweise hohen mechani-