DE102013021974B3

DE102013021974B3 - Vorrichtung zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges

Info

Publication number: DE102013021974B3
Application number: DE201310021974
Authority: DE
Inventors: Markus Seesselberg; Tobias Breuninger; Marco Wilzbach
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG; Carl Zeiss AG
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-21
Also published as: US9259152B2; US20150173609A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges 3 umfasst eine Messlichtquelle 15 und eine Strahlformungsoptik 17 und ein Analysemodul 35 mit einem Detektor 39 und einer Analyseoptik 37. Die Analyseoptik ist dazu konfiguriert, einen durch die optische Schnittstelle 27 eintretenden parallelen Lichtstrahl entlang einer vorbestimmten, ausgedehnten und sich quer zu einer Richtung des Analysestrahlengangs erstreckenden Linie zu fokussieren. Der Detektor ist ein ortsauflösender Detektor, wobei ein spitzer Winkel zwischen einer Flächennormalen der Detektionsfläche und der vorbestimmten Linie kleiner als 80° ist. Eine Steuerung 53 ist dazu konfiguriert, von dem Detektor detektierte Lichtintensitätsdaten zu erhalten und aus den Lichtintensitätsdaten Ametropie-Daten zu ermitteln, welche die Ametropie des Auges repräsentieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges.
Es gibt eine Vielzahl von ophthalmologischen Systemen, um Teile des menschlichen Auges zu beobachten und Strukturen des Auges zu vermessen. Beispielhaft sei hier auf drei Schriften des Standes der Technik verwiesen:
DE 10 2005 005 932 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Betrachten eines Augenhintergrunds mit einer Beobachtungsoptik, welche eine Linse umfasst, deren Brechkraft elektrisch einstellbar ist.
DE 10 2007 017 599 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung einer Achslänge eines Auges mit Hilfe eines Michelson-Interferometers, in welche eine zusätzliche Messvorrichtung zur Bestimmung von Strukturen im Vorderabschnitt eines Auges integriert ist.
DE 10 2011 106 288 A1 offenbart ein System zur Messung von Augenparametern, wie Achslänge, Hornhautkrümmung, Vorderkammertiefe, Linsendicke, Hornhautdicke und Pupillendurchmesser, wobei das System ein portables Basisgerät und ein mit diesem verbundenes Handgerät umfasst, welche zusammen interferometrische Messungen an dem Auge durchführen.
Ferner gibt es Vorrichtungen zur Bestimmung der Ametropie von Augen. Diese sind dazu geeignet, die Fehlsichtigkeit eines Patientenauges zu bestimmen. Diese Bestimmung ist die Grundlage für die Verordnung von Sehhilfen, wie beispielsweise Brillen oder Kontaktlinsen, um die Fehlsichtigkeit des Auges zu korrigieren. Durch eine derartige Vorrichtung gewonnene Daten umfassen typischerweise eine Stärke einer sphärischen Fehlsichtigkeit und eine Stärke und eine Orientierung einer astigmatischen Fehlsichtigkeit.
Herkömmliche derartige Vorrichtungen, welche auch Autorefraktoren genannt werden, können einen Wellenfrontsensor, wie beispielsweise einen Hartmann-Shack-Sensor, enthalten. Zur Messung der Ametropie wird ein kleiner Bereich auf der Retina des zu untersuchenden Auges mit einem Messlichtstrahl beleuchtet. Das an der Retina reflektierte Licht des Messlichtstrahls tritt aus dem Auge aus und wird auf ein Eintrittsfenster des Wellenfrontsensors gelenkt. Aus der gemessenen Wellenfront kann dann die Ametropie des Auges bestimmt werden.
Während Vorrichtungen zur Bestimmung der Ametropie eines Auges, welche einen Wellenfrontsensor enthalten, eine relativ hohe Messgenauigkeit aufweisen, sind sie recht hochpreisige Geräte.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ametropie eines Auges vorzuschlagen, welche einfacher und damit kostengünstiger realisierbar ist und insbesondere einen Wellenfrontsensor nicht aufweist.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges ein Strahlerzeugungsmodul, welches eine Messlichtquelle und eine Strahlformungsoptik umfasst; ein Analysemodul, welches einen Detektor und eine Analyseoptik umfasst; und eine Steuerung; wobei die Strahlformungsoptik dazu konfiguriert ist, von der Messlichtquelle emittiertes Licht zu einem Messlichtstrahl so zu formen, dass dieser an einer optischen Schnittstelle aus der Vorrichtung austritt; wobei die Analyseoptik in einem Analysestrahlengang zwischen der optischen Schnittstelle und dem Detektor angeordnet ist; wobei die Analyseoptik dazu konfiguriert ist, einen durch die optische Schnittstelle eintretenden parallelen Lichtstrahl entlang einer vorbestimmten, ausgedehnten und sich quer zu einer Richtung des Analysestrahlengangs erstreckenden Linie zu fokussieren; wobei der Detektor ein ortsauflösender Detektor mit einer ausgedehnten Detektionsfläche ist; wobei ein spitzer Winkel zwischen einer Flächennormalen der Detektionsfläche und der vorbestimmten Linie kleiner als 80° ist; wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, von dem Detektor detektierte Lichtintensitätsdaten zu erhalten und aus den Lichtintensitätsdaten Ametropie-Daten zu ermitteln, welche die Ametropie des Auges repräsentieren.
Zur Bestimmung der Ametropie eines Auges wird dieses gegenüber der optischen Schnittstelle derart angeordnet, dass der von der Strahlformungsoptik geformte und durch die optische Schnittstelle aus der Vorrichtung austretende Messlichtstrahl in das Auge eintritt und auf dessen Retina einen kleinen Bereich beleuchtet. Das in dem beleuchteten Bereich der Retina reflektierte bzw. gestreute Messlicht wird von der Linse des Auges zu einem Strahl geformt, der aus dem Auge austritt und in die optische Schnittstelle der Vorrichtung eintritt und deren Analysestrahlengang durchsetzt. Wenn das Auge ein emmetropes Auge, d. h. ein Auge ohne Fehlsichtigkeit ist, ist der aus dem Auge austretende und in die Analyseoptik eintretende Strahl von Messlicht ein paralleler Lichtstrahl. Dieser wird von der Analyseoptik in einem Linienfokus fokussiert. Ein solcher Linienfokus kann beispielsweise durch eine Zylinderlinse erzeugt werden. Diese Art von Fokus ist verschieden von einem von einer sphärischen Linse aus einem parallelen Strahl erzeugten Fokus, welcher höchste Lichtintensitäten in einem Punkt bzw. einem kleinen runden Fleck erzeugt. Der Linienfokus erzeugt höchste Lichtintensitäten entlang einer ausgedehnten Linie bzw. in einem sich entlang einer Linie erstreckenden Bereich, dessen Ausdehnung entlang der Linie wesentlich größer ist als quer zu dieser Linie. Die Linie kann eine sich geradlinig erstreckende Linie aber auch eine gekrümmt im Raum verlaufende Linie sein. Im Strahlengang vor der Fokuslinie weist der fokussierte Lichtstrahl einen mit zunehmendem Abstand von der Linie sich vergrößernden Querschnitt auf. Ebenso weist der Strahl im Strahlengang hinter der Linie einen sich mit zunehmendem Abstand von der Linie vergrößernden Strahlquerschnitt auf.
Der Detektor ist ein ortsauflösender Detektor, wodurch es möglich ist, mit dem Detektor Lichtintensitäten in Abhängigkeit von einem Auftreffort des Lichts auf dem Detektor zu bestimmen. Hierbei kann der Detektor ein eindimensional ortsauflösender Detektor sein, indem er beispielsweise eine entlang einer Linie ausgedehnte Zeile von Detektionselementen bzw. Pixeln aufweist, oder der Detektor kann ein zweidimensional ortsauflösender Detektor sein, indem er beispielsweise ein zweidimensionales, flächig ausgedehntes Feld von Detektionselementen aufweist. Hierbei weist auch der eindimensional ortsauflösende Detektor eine Detektionsfläche auf, auf welche das zu detektierende Licht auftrifft und welche die Detektionsflächen der einzelnen Detektionselemente enthält, welche entlang einer Zeile angeordnet sind.
Der ausgedehnte ortsauflösende Detektor ist so angeordnet, dass die Fokuslinie die Detektionsfläche des Detektors schneidet. Der Detektor ist hierbei so orientiert, dass ein spitzer Winkel zwischen einer Flächennormalen der Detektionsfläche des Detektors und der Fokuslinie kleiner als 80° ist.
Gemäß spezieller Ausführungsformen kann dieser Winkel insbesondere kleiner als 70°, kleiner als 60° oder kleiner als 50° sein. Ferner kann dieser Winkel größer als 10°, größer als 20°, größer als 30° oder größer als 40° sein.
Damit sind Teile der Detektionsfläche im Strahlengang vor der Fokuslinie und andere Teile der Detektionsfläche im Strahlengang hinter der Fokuslinie angeordnet. Dort wo die Fokuslinie die Detektionsfläche schneidet weist der fokussierte Lichtstrahl seinen geringsten Querschnitt und damit die höchste Lichtintensität pro Flächeneinheit auf, während er in den anderen Bereichen, in welchen er auf die Detektionsfläche tritt, einen mit zunehmenden Abstand von der Fokuslinie zunehmenden Strahlquerschnitt und damit zunehmend geringere Lichtintensität pro Flächeneinheit aufweist. Mit dem ortsauflösenden Detektor, welcher die Intensität des auftreffenden Lichts ortsabhängig detektiert, kann der Ort auf dem Detektor erfasst werden, an dem die detektierte Lichtintensität maximal ist. An diesem Ort schneidet die Fokuslinie die Detektionsfläche.
Die Bestimmung des Ortes, an welchem die Fokuslinie die Detektionsfläche schneidet, anhand der maximalen detektierten Lichtintensität ist jedenfalls mit einem eindimensional ortsauflösenden Detektor möglich. Mit einem zweidimensional ortsauflösenden Detektor ist es zudem möglich, die Gestalt des auf die Detektionsfläche projizierten Querschnitts des fokussierten Lichtstrahls zu erfassen. Diese Gestalt ist ein Streifen, der dort, wo die Fokuslinie die Detektionsfläche schneidet, eine minimale Breite aufweist und mit zunehmenden Abstand von diesem Ort eine kontinuierlich zunehmende Breite aufweist. Diese Taillengestalt kann analysiert werden und der Ort auf dem Detektor, an welchem die Breite des beleuchteten Streifens ein Minimum aufweist und die detektierte Lichtintensität ein Maximum aufweist, als der Ort bestimmt werden, an welchem die Fokuslinie die Detektionsfläche schneidet. Dieser Ort kann im Falle des eindimensional ortsauflösenden Detektors durch entsprechender Analyse der ortsabhängig detektierten Lichtintensitäten und im Falle des zweidimensional ortsauflösenden Detektors durch entsprechender Analyse der ortsabhängig detektierten Lichtintensitäten und der Gestalt des auf der Detektionsfläche beleuchteten Streifens mit einer Genauigkeit bestimmt werden, die größer ist als es dem Abstand zwischen benachbarten Detektionselementen des Detektors entspricht (sub-pixel resolution).
Weist das Auge eine Ametropie auf, wie beispielsweise eine sphärische Fehlsichtigkeit, so ist der durch die optische Schnittstelle eintretende Strahl kein paralleler Strahl sondern ein divergenter Strahl oder ein konvergenter Strahl. Es entsteht dann eine Fokuslinie die, im Vergleich zum emmetropen Auge, einen größeren oder einen kleineren Abstand von der Analyseoptik aufweist, so dass die Fokuslinie die Detektionsfläche an Orten schneidet, welche von der sphärischen Fehlsichtigkeit des Auges abhängt. Beispielsweise bei einem myopen Auge, d. h. einem kurzsichtigen Auge, und der Ausführung der Analyseoptik als eine refraktive Optik oder eine diffraktive Optik entsteht die Fokuslinie mit einem geringeren Abstand von der Analyseoptik als beim emmetropen Auge, und beim hyperopen Auge, d. h. dem weitsichtigen Auge, entsteht die Fokuslinie mit einem größeren Abstand von der Analyseoptik als beim emmetropen Auge.
Die Analyseoptik ist dazu konfiguriert einen parallelen Lichtstrahl entlang einer ausgedehnten Linie zu fokussieren. Eine Optik mit dieser Eigenschaft wird als anamorphotische Optik bezeichnet.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst die Analyseoptik zur Erzeugung des Linienfokus wenigstens ein anamorphotisches optisches Element, insbesondere eine Zylinderlinse, ein optisches Element welches die Wirkung einer Zylinderlinse aufweist oder ein diffraktives optisches Element.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsformen ist das anamorphotische optische Element ein Linsenelement mit wenigstens einer Linsenoberfläche, die entlang einer Linie auf der Linsenoberfläche lokale Krümmungsradien aufweist, welche entlang der Linie kontinuierlich zunehmen.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen umfasst die Analyseoptik wenigstens ein optisches Element, welches relativ zu dem Detektor um eine Drehachse drehbar ist, die parallel zu der Richtung des Strahlengangs orientiert ist.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist das drehbare optische Element das anamorphotische optische Element, die Zylinderlinse, das optische Element mit der Wirkung der Zylinderlinse oder das diffraktive optische Element.
Durch die Verdrehung dieses optischen Elements relativ zu dem Detektor ändert sich die Orientierung des Linienfokus im Raum. Weist das Auge keine astigmatische Fehlsichtigkeit auf, ändert sich die Orientierung des Linienfokus ohne dass sich der Abstand des Linienfokus von der Analyseoptik ändert. Weist das Auge jedoch eine astigmatische Fehlsichtigkeit auf, ändert sich mit der Drehung des optischen Elements nicht nur die Orientierung des Linienfokus sondern auch dessen Abstand von der Analyseoptik. Durch die Analyse der von dem ortsauflösenden Detektor detektierten Lichtintensitäten ist es möglich, diesen Abstand in Abhängigkeit von der Drehstellung des optischen Elements relativ zu dem Detektor zu erfassen und daraus sowohl die Stärke der astigmatischen Fehlsichtigkeit als auch die Orientierung der astigmatischen Fehlsichtigkeit zu ermitteln.
Gemäß weiterer Ausführungsformen umfasst die Analyseoptik neben dem anamorphotischen optischen Element, der Zylinderlinse, dem optischen Element mit der Wirkung einer Zylinderlinse oder dem diffraktiven optischen Element ein weiteres optisches Element, welches relativ zu dem Detektor um die Drehachse drehbar ist. Dann kann das anamorphotische optische Element, die Zylinderlinse, das optische Element mit der Wirkung einer Zylinderlinse oder das diffraktive optische Element relativ zu den übrigen Komponenten der Vorrichtung fest angeordnet sein, und die Drehung des Linienfokus im Raum kann durch das weitere optische Element, welches relativ zu dem Detektor verdrehbar ist, erreicht werden. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen hierin ist das weitere optische Element ein Prisma, wie beispielsweise ein Schmidt-Pechan-Prisma, ein Abbe-König-Prisma oder ein Dove-Prisma.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen umfasst die Analyseoptik einen von der Steuerung kontrollierten Antrieb, der dazu konfiguriert ist, das drehbare optische Element um die Drehachse zu verdrehen. Die Steuerung kann dann dazu konfiguriert sein, das drehbare optische Element in eine Mehrzahl von Drehstellungen um die Drehachse zu verdrehen, für eine jede der Mehrzahl von Drehstellungen detektierte Lichtintensitätsdaten zu erhalten und aus der Mehrzahl von erhaltenen Lichtintensitätsdaten die Ametropie-Daten zu ermitteln.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen hierin ist die Steuerung dazu konfiguriert, basierend auf einem Extremwert des detektierten Abstands des Linienfokus von der Analyseoptik die Stärke der sphärischen Fehlsichtigkeit des Auges zu bestimmen. Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen hierin ist die Steuerung dazu konfiguriert, basierend auf einer Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des Abstands des Linienfokus von der Analyseoptik die Stärke der astigmatischen Fehlsichtigkeit des Auges zu bestimmen.
Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen hierin ist die Steuerung dazu konfiguriert, aus einer Phase einer Abhängigkeit des Werts, der die Position der Strahltaille repräsentiert, von der Drehstellung die Orientierung der astigmatischen Fehlsichtigkeit des Auges zu bestimmen.
Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung einen Strahlteiler, der in einem Strahlengang zwischen dem Strahlerzeugungsmodul und der optischen Schnittstelle und in einem Strahlengang zwischen der optischen Schnittstelle und dem Analysemodul angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, den von der Strahlformungsoptik geformten Messlichtstrahl mit dem Analysestrahlengang geometrisch in Überlagerung zu bringen, so dass beide Strahlengänge die optische Schnittstelle durchsetzen, so dass das von der Strahlformungsoptik geformte Messlicht in das Auge eintritt und das aus dem Auge austretende Licht zur Analyseoptik gelangt.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist in dem Strahlengang zwischen der optischen Schnittstelle und dem Detektor ein vergrößernd abbildendes Teleskop angeordnet, wodurch der Messbereich hinsichtlich maximal messbarer sphärischer und astigmatischer Fehlsichtigkeiten bei gegebener Ausdehnung der Detektionsfläche und Durchmesser des Messlichtstrahls erhöht werden kann. Das Teleskop kann beispielsweise ein Kepler-Teleskop, ein Galilei-Teleskop oder ein Spiegel-Teleskop sein. Ein Teleskop hat üblicherweise die Brechkraft 0. Es kann jedoch auch im Strahlengang vor dem Detektor ein optisches System angeordnet sein, welches eine von 0 verschiedene Brechkraft aufweist. Insbesondere kann im Strahlengang vor dem Detektor auch ein vergrößerndes optisches System angeordnet sein, welches eine von 0 verschiedene Brechkraft aufweist.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung wenigstens ein Anlageelement, welches relativ zu der optischen Schnittstelle so positioniert ist, dass ein Auge eines Benutzers bzw. Patienten gegenüber der optischen Schnittstelle positioniert ist, wenn ein vorbestimmter Teil eines Kopfes, wie beispielsweise ein Kinn oder eine Stirn des Benutzers bzw. Patienten an das Anlageelement gedrückt wird.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse, welches das Strahlerzeugungsmodul und das Analysemodul umgibt und insbesondere das Analysemodul vor Streulicht und Fremdlicht schützt, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, welche insbesondere die optische Schnittstelle, d. h. einen Austrittsquerschnitt des Messlichtstrahls aus dem Gehäuse und einen Eintrittsquerschnitt des aus dem Auge austretenden und zur Analyseoptik gelangenden Strahls von Messlicht definiert. Ferner kann ein Schutz vor Fremdlicht auch oder zusätzlich erreicht werden, indem im Strahlengang des Analysemoduls vor dem Detektor ein optisches Filter angeordnet ist, welches lediglich Licht mit solchen Wellenlängen durchlässt, die auch das von der Messlichtquelle emittierte Licht aufweist.
Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen ist die Vorrichtung in ein Mikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop integriert, welches einen Abbildungsstrahlengang aufweist, der die optische Schnittstelle durchsetzt. Das Mikroskop kann ein Stereomikroskop sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Ametropie eines Auges;
2 ist eine Perspektivische schematische Darstellung zur Erläuterung einer auf einem Detektor entstehenden Strahltaille;
3 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einer Position eines Linienfokus und einer sphärischen Fehlsichtigkeit zeigt;
4 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung einer gemessenen Position eines Linienfokus in Abhängigkeit von einem Hauptschnittwinkel;
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Ametropie eines Auges;
6 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung einer gemessenen Position eines Linienfokus in Abhängigkeit von einem Hauptschnittwinkel bzw. Drehwinkel;
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Ametropie eines Auges;
8 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung einer gemessenen Position eines Linienfokus in Abhängigkeit von einem Drehwinkel;
9 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Ametropie eines Auges;
10 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Ametropie eines Auges;
11 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Ametropie eines Auges;
12a, 12b, 12c zeigen schematische Darstellungen einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Ametropie eines Auges mit Strahlengängen für verschiedene Fehlsichtigkeiten des vermessenen Auges;
13a, 13b, 13c, 13d zeigen für verschiedene Fehlsichtigkeiten des vermessenen Auges gemessene Lichtintensitäten, welche mit dem System der 12a, 12b, 12c gemessen wurden;
14 zeigt durch Simulation gewonnene Positionen eines Linienfokus in Abhängigkeit von einem Prismendrehwinkel unter Zugrundelegung eines Modellauges;
15 zeigt durch Simulation gewonnene Positionen eines Linienfokus in Abhängigkeit von einem Prismendrehwinkel unter Zugrundelegung eines weiteren Modellauges;
16 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Ametropie eines Auges; und
17 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Ametropie eines Auges.
1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges 3. Das Auge 3 umfasst eine Hornhaut 5, eine Iris 7, eine natürliche Augenlinse 9 und eine Retina 11. Die Vorrichtung zur Bestimmung der Ametropie des Auges 3 umfasst ein Strahlerzeugungsmodul 13 mit einer Messlichtquelle 15, welche beispielsweise eine Laserdiode sein kann, und eine Strahlformungsoptik 17, welche eine oder mehrere Linsen umfassen kann. Die Messlichtquelle 15 emittiert Licht 19, welches von der Strahlformungsoptik 17 zu einem Messlichtstrahl 21 geformt wird. Der Messlichtstrahl 21 wird zuerst an einem halbdurchlässigen Spiegel 23 und dann an einem Umlenkspiegel 25 reflektiert, so dass er durch eine optische Schnittstelle 27 der Vorrichtung 1 aus der Vorrichtung 1 austritt und in das Auge 3 eintritt. Der Messlichtstrahl 21 ist hierbei von der Strahlformungsoptik 17 so geformt, dass er nach Durchsetzen der gekrümmten Hornhaut 5 und der natürlichen Augenlinse 9 des Auges 3 auf der Retina 11 des Auges einen kleinen Fleck 29 beleuchtet.
Ein Teil des auf den Fleck 29 der Retina 11 auftreffenden Lichts des Messlichtstrahls 21 wird an der Retina 11 reflektiert oder gestreut. Ein Teil 31 dieses an der Retina 11 reflektierten bzw. gestreuten Lichts durchsetzt die Augenlinse 9, die Iris 7 und die Hornhaut 5 und tritt als ein Strahl 33 von Messlicht aus dem Auge 3 aus und durch die optische Schnittstelle 27 in die Vorrichtung 1 ein. Wenn das Auge 3 ein emmetropes Auge ist, ist der aus dem Auge austretende Strahl 32 von Messlicht ein paralleler Strahl.
Der durch die optische Schnittstelle 27 in die Vorrichtung 1 eintretende Strahl 32 von Messlicht wird an dem Spiegel 25 reflektiert, durchsetzt den halbdurchlässigen Spiegel 23 und verläuft weiter zu einem Analysemodul 35. Das Analysemodul 35 umfasst eine Analyseoptik 37 und einen Detektor 39. In dem dargestellten Beispiel besteht die Analyseoptik aus einer Zylinderlinse 41. Die Zylinderlinse 41 fokussiert den von dem emmetropen Auge 3 ausgehenden Strahl 33 von Messlicht in einem Linienfokus 43. Das heißt, gemäß der geometrischen Optik, entsteht der von der Zylinderlinse 41 erzeugte Fokus entlang einer geraden Linie, welche sich orthogonal zu einer Richtung 45 des Analysestrahlengangs erstreckt.
Der Detektor 39 ist ein ortsauflösender Detektor mit einer ausgedehnten Detektionsfläche 47, welche quer zu der Fokuslinie 43 und quer zu der Richtung 45 des Analysestrahlengangs orientiert ist. Dies führt dazu, dass auf der Detektionsfläche 47 ein in 1 hell dargestellter Bereich 49 auf der Detektionsfläche 47, welcher eine taillenförmige Gestalt aufweist, von dem Licht des Strahls 33 beleuchtet wird, während zwei beidseits des taillenförmigen Bereichs 49 angeordnete und in 1 dunkel dargestellte Bereiche 51 nicht von dem Licht des Strahls 33 beleuchtet werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Steuerung 53, welche dazu konfiguriert ist, von dem Detektor 39 detektierte Lichtintensitätsdaten zu erhalten und auszuwerten. Durch Analyse der Gestalten der Bereiche 49 und 51 kann die Steuerung 53 einen Abstand T ermitteln, mit welchem der Linienfokus 43 von der Analyseoptik 37 angeordnet ist.
2 ist eine perspektivische, räumliche Darstellung zur Erläuterung der geometrischen Verhältnisse um den Linienfokus 43 im Bereich des Detektors 39. Ein taillenförmiger Körper 55 in 2 repräsentiert einen Abschnitt des hinter der Analyseoptik 37 fokussierten Strahls 33 von Messlicht. Der gemäß der geometrischen Optik erzeugte Linienfokus ist auch in 2 mit dem Bezugszeichen 43 bezeichnet. Allerdings erfolgt die Fokussierung nicht exakt in der mathematisch dünnen Linie 43, sondern in Form einer sich entlang der Linie 43 erstreckenden Strahltaille 57. Die Linie 43 des Linienfokus schneidet eine Flächennormale 59, welche orthogonal zu der Detektionsfläche 47 orientiert ist, unter einem spitzen Winkel α, welcher kleiner als 70° ist. Insbesondere kann der Winkel α kleiner als 60° oder kleiner als 50° sein. Ferner kann der Winkel α größer als 10°, größer als 20° oder größer als 30° sein.
Bei dieser Konfiguration hat auch der von dem Messlicht 55 getroffene Bereich 49 der Detektionsfläche eine taillenförmige Gestalt mit einer geringsten Breite dort, wo der Linienfokus 43 die Detektionsfläche 47 schneidet. Durch Analyse der detektierten Lichtintensitäten ist es somit möglich, den Schnittpunkt zwischen dem Linienfokus 43 und der Detektionsfläche 47 zu ermitteln und daraus den Abstand T des Linienfokus von der Analyseoptik 37 zu bestimmen.
Beim emmetropen Auge, bei welchem der aus dem Auge 3 austretende Strahl 33 von Messlicht ein paralleler Strahl ist, beträgt dieser Abstand T(0). Wenn das Auge eine sphärische Fehlsichtigkeit φ aufweist, ist der Abstand T(φ) von T(0) verschieden. Im folgenden charakterisiert die Funktion t(φ) die Position des Linienfokus in Bezug auf die Detektionsfläche des Detektors, wobei t(φ) den geometrischen Abstand des Schnittpunkts zwischen dem bei der Fehlsichtigkeit φ erzeugten Linienfokus 43 und der Detektionsfläche 47 des Detektors 39 von dem Ort auf der Detektionsfläche 47 des Detektors 39 bezeichnet, an dem der Schnittpunkt zwischen dem Linienfokus 43 und der Detektionsfläche 47 des Detektors 39 erzeugt wird, wenn ein emmetropes Auge mit φ = 0 Dpt vermessen wird.
Bei einem Auge mit rein sphärischer Fehlsichtigkeit, d. h. keiner astigmatischen Fehlsichtigkeit, verhält sich die Position t des Linienfokus in Bezug auf die Detektionsfläche in Abhängigkeit von der sphärischen Fehlsichtigkeit wie folgt:
wobei die Orientierung des Koordinatensystems auf dem Detektor so gewählt werden muss, dass die obige Gleichung hinsichtlich der Vorzeichen erfüllt ist.
Für die Gleichung (1) gilt:

φ: ist die sphärische Fehlsichtigkeit,
t(φ): ist der Abstand des Ortes, an dem der Linienfokus 43 die Detektionsfläche 47 bei der sphärischen Fehlsichtigkeit φ schneidet, von dem Ort, an dem der Linienfokus die Detektionsfläche 47 bei der sphärischen Fehlsichtigkeit φ = 0 Dpt schneidet,
d: ist der Abstand der Pupille des Auges 3 von der Zylinderlinse 41 entlang des Strahlengangs,
f: ist die Brennweite der Zylinderlinse und
α: ist der Winkel zwischen der Flächennormalen 59 und dem Linienfokus 43 (vgl. 2).

Die Brennweite f der Zylinderlinse 41 und der Abstand d des Auges 3 von der Zylinderlinse 41 sollte hierbei so gewählt werden, dass der Linienfokus 43 die Detektionsfläche einer gegebenen geometrischen Abmessung schneidet, wenn die zu messenden sphärischen Fehlsichtigkeiten in einem angestrebten Messbereich liegen. Beispielsweise können folgende Werte verwendet werden: d = 70 mm, f = 20 mm für einen Bereich von sphärischen Fehlsichtigkeiten –5 Dpt ≤ φ ≤ +5 Dpt. In diesem Fall gilt –4 mm ≤ t(φ) ≤ +4 mm, und es kann beispielsweise ein handelsüblicher 2/3-Zoll-Detektor mit den Abmessungen 8,8 mm × 6,6 mm verwendet werden.
Die Abhängigkeit der Position des Linienfokus entlang der Richtung 45 des Analysestrahls gemäß Formel (1) ist in 3 in Abhängigkeit von der sphärischen Fehlsichtigkeit φ dargestellt.
Bei einem Auge 3, welches keine astigmatische Fehlsichtigkeit aufweist, ist die Position t(φ) des Linienfokus in Bezug auf die Detektionsfläche unabhängig von einer Orientierung der Zylinderlinse 41 und des Detektors 39 um die Richtung 45 des Strahls 33 von Messlicht. Ein die Orientierung der Zylinderlinse 41 um die Richtung 45 repräsentierender Winkel γ kann auch als Hauptschnittwinkel bezeichnet werden. Durch Drehen der Zylinderlinse 41 gemeinsam mit dem Detektor 39 um die durch die Richtung 45 definierte Achse ist es somit möglich, die Refraktion φ des Auges in Abhängigkeit von dem Hauptschnittwinkel γ zu messen. zeigt die Abhängigkeit der Position t(φ) des Linienfokus in Bezug auf die Detektionsfläche von dem Hauptschnittwinkel γ. Diese Abhängigkeit hat einen näherungsweise sinusförmigen Verlauf. Die hierbei entstehenden maximalen Werte t(max) entsprechen der sphärischen Fehlsichtigkeit gemäß einer üblichen Konvention, d. h. durch Einsetzen des Wertes t(max) in die Formel (1) kann diese nach der sphärischen Fehlsichtigkeit φ aufgelöst werden. Ähnlich kann die sphärische Fehlsichtigkeit durch Ablesen des Wertes φ bei dem Wert t(max) in dem Graphen der 3 ermittelt werden.
Der Betrag der astigmatischen Fehlsichtigkeit ist durch die Differenz zwischen dem Minimalwert φ(min) und dem Maximalwert φ(max) in 4 gegeben und kann ebenfalls über die Formel (1) oder den Graphen der 3 ermittelt werden. Die Orientierung der astigmatischen Fehlsichtigkeit lässt sich aus der Phase des sinusförmigen Verlaufs der 4 ermitteln. In dem in 4 dargestellten Beispiel liegt das Minimum bei einem Hauptschnittwinkel γ = 115°, woraus sich die Orientierung der astigmatischen Fehlsichtigkeit des Auges 3 gemäß der üblichen Konvention, welche beispielsweise in dem verbreiteten TABO-Schema verwendet wird, berechnen lässt.
In dem in 1 dargestellten Beispiel ist die Analyseoptik 37 durch eine Zylinderlinse 41 gebildet. Allerdings kann die Analyseoptik 37 auch andere optische Elemente enthalten, welche von einer Zylinderlinse 41 verschieden sind und in der Lage sind, aus einem parallelen Lichtstrahl einen ausgedehnten Fokus zu erzeugen, der sich entlang einer Linie erstreckt. Diese Linie muss nicht unbedingt eine gerade Linie sein und kann auch eine gekrümmt im Raum verlaufende Linie sein. Eine Optik, welche in der Lage ist, einen Linienfokus zu erzeugen, wird üblicherweise als anamorphotische Optik bezeichnet. Eine Zylinderlinse ist demnach ein Beispiel für ein anamorphotisches optisches Element. Auch andere optische Elemente und Kombinationen von optischen Elementen, welche in der Lage sind, einen Linienfokus zu erzeugen, können in der Analyseoptik eingesetzt werden. Ein Beispiel für ein anderes derartiges Element ist ein diffraktives optisches Element, welches so gestaltet ist, dass es eine anamorphotische Wirkung und insbesondere die Wirkung einer Zylinderlinse aufweist.
5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges 3. Wie anhand der 1 und 4 erläutert wurde, hängt die Lage des Linienfokus bei einem Auge mit astigmatischer Fehlsichtigkeit von dem Hauptschnittwinkel γ ab, in welchem die Messung vorgenommen wird. Der Hauptschnittwinkel γ kann variiert werden, indem, wie vorangehend beschrieben, das Analysemodul 35 um den Strahl 33 von Messlicht verdreht wird. Allerdings kann die häufige Verdrehung des Detektors, welcher elektrische Anschlüsse aufweist, zu Fehlern führen. Beispielsweise können durch Verdrehungen die elektrischen Anschlüsse und Zuleitungen zum Detektor schadhaft werden. In dem in 5 dargestellten Beispiel einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Ametropie des Auges 3 kann die Verdrehung des Detektors mitsamt dem anamorphotischen optischen Element um die Achse 45 vermieden werden, da die Analyseoptik ein Prisma 65 umfasst, welches im Strahlengang vor dem anamorphotischen Element 37 angeordnet ist. Das Prisma 65 ist, wie durch einen Pfeil 67 angedeutet, um die Achse des Strahls 33 verdrehbar. Die Messung der astigmatischen Fehlsichtigkeit kann somit auch erfolgen, indem anstelle des gesamten Analysemoduls lediglich das Prisma 65 verdreht wird, wodurch der mechanische Aufbau des Analysemoduls vereinfacht ist. Die Drehstellung des Prismas 65 in Drehrichtung 67 ist durch einen Motor 69 einstellbar, welcher von der Steuerung 53 kontrolliert wird. Das Prisma 65 ist ein Schmidt-Pechan-Prisma.
Eine Drehung dieses Primas 65 um einen Winkel θ in Umfangsrichtung 67 führt dazu, dass der Strahl 33 im Strahlengang hinter dem Prisma relativ zu dem Strahl vor Eintritt in das Prisma um den Winkel 2 mal θ verdreht ist.
6 zeigt die Abhängigkeit der Position t des Linienfokus von dem Drehwinkel θ des Prismas bzw. dem diesem Drehwinkel entsprechenden Hauptschnittwinkel γ.
7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges 3. Die in 7 dargestellte Vorrichtung hat einen ähnlichen Aufbau wie die vorangehend anhand der 5 erläuterte Vorrichtung, indem ein Prisma 65 dazu eingesetzt wird, den Strahl 33 von Messlicht zu verdrehen, um Messungen bei verschiedenen Hauptschnittwinkeln γ durchführen zu können. In dem in 7 dargestellten Beispiel ist das Prisma 65 ein Abbe-König-Prisma.
Ferner unterscheidet sich die in 7 dargestellte Vorrichtung 1 von der anhand der 5 erläuterten Vorrichtung dadurch, dass zwei Optiken 41 und 41' vorgesehen sind, welche jeweils einen Linienfokus erzeugen, wobei ebenfalls zwei Detektoren 39 und 39' vorgesehen sind, um die beiden so erzeugten Linienfoki zu detektieren. Hierbei sind die Optiken 41 und 41' so gestaltet, dass sie zusammen mit den Detektoren 39 und 39' Messungen in Hauptschnittrichtungen γ und γ' durchführen, welche sich um 90° unterscheiden. In Abhängigkeit von der Drehstellung des Prismas messen die beiden Detektoren 39 und 39' Positionen des Linienfokus, wie sie in dem Graphen der 8 mit der Kurve 40 für den Detektor 39 und der Kurve 40' für den Detektor 39' dargestellt sind.
Hierdurch ist es möglich, sämtliche gewünschte Messdaten bei einer Verdrehung des Prismas 65 um einen kleineren Gesamt-Drehwinkel zu gewinnen. Andererseits erhält jeder Detektor nur in etwa die Hälfte der gesamten zur Verfügung stehenden Intensität des Strahls 33 von Messlicht, da mit Hilfe eines Strahlteilers 71 eine Aufteilung der zur Verfügung stehenden Lichtintensität zwischen den beiden Optiken 41 und 41' und Detektoren 39 und 39' erfolgt.
9 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Messung einer Ametropie eines Auges 3. Der Aufbau der Vorrichtung 1 gemäß 9 ist dem der vorangehend anhand der 7 erläuterten Vorrichtung ähnlich. Im Unterschied hierzu ist das eingesetzte Prisma 65, welches um die Achse des Strahls 33 von Messlicht in die Richtung 67 drehbar ist, ein Dove-Prisma.
10 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges 3, bei welcher ein Analysemodul 35 eine Analyseoptik 37 und einen Detektor 39 umfasst. Eine Flächennormale einer Detektionsfläche des Detektors 39 ist parallel zu einer Richtung 45 des Strahls 33 von Messlicht orientiert. Allerdings ist die Analyseoptik 37 dazu konfiguriert, einen Linienfokus zu erzeugen, der die Detektionsfläche des Detektors 39 schneidet, weshalb der Linienfokus unter einem Winkel zur Richtung 45 des Strahls 33 orientiert ist, welcher von 90° verschieden ist. Beispielsweise kann dieser Winkel 45° betragen. Hierzu ist in dem dargestellten Beispiel die Analyseoptik durch eine Zylinderlinse gebildet, welche verkippt in dem Analysestrahlengang angeordnet ist. Die Analyseoptik ist ferner in eine Richtung 67 um den Strahl 33 verdrehbar, um die Messung bei mehreren Hauptschnittwinkeln durchführen zu können. In diesem Beispiel entspricht der Drehwinkel θ der Zylinderlinse dem Hauptschnittwinkel γ, d. h. es gilt θ = γ.
11 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges 3. Die Vorrichtung der 11 ist der anhand der 10 erläuterten Vorrichtung dahingehend ähnlich, dass eine Detektionsfläche eines Detektors 39 im Wesentlichen orthogonal zu einer Richtung 45 des Strahls von Messlicht 33 orientiert ist. Im Unterschied zu der anhand der 10 erläuterten Vorrichtung ist die Analyseoptik 37 nicht durch eine Zylinderlinse gebildet, sondern durch ein anamorphotisches optisches Linsenelement, wie es aus den 5 und 9 der US 2013/0214121 A1 bekannt ist. Dieses optische Linsenelement hat wenigstens eine Linsenoberfläche, die entlang einer Linie auf der Linsenoberfläche lokale Krümmungsradien aufweist, welche entlang der Linie kontinuierlich zunehmen. Dies führt dazu, dass sich der Abstand des entstehenden Linienfokus von dem Linsenelement entlang der des Linienfokus ändert und der Linienfokus somit unter einem Winkel von z. B. weniger als 70° zur Flächennormalen der Detektionsfläche des Detektors orientiert ist.
Die 12a, 12b und 12c sind eine schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges 3. Hierbei zeigt die 12a den Strahlengang durch die Analyseoptik der Vorrichtung bei der Messung an einem emmetropen Auge, die 12b zeigt den Strahlengang durch die Analyseoptik der Vorrichtung bei der Messung an einem myopen Auge mit –25 Dpt, und die 12c zeigt den Strahlengang durch die Analyseoptik der Vorrichtung bei der Messung an einem hyperopen Auge mit +22 Dpt.
Die Vorrichtung 1 gemäß 12a, 12b, 12c ist der anhand der 5 erläuterten Vorrichtung ähnlich, indem ein verdrehbares Schmidt-Pechan-Prisma 65 dazu eingesetzt wird, die Messung in mehreren Hauptschnittrichtungen durchzuführen. Ergänzend umfasst die Analyseoptik 35 der Vorrichtung 1 den 12a, 12b, 12c ein Teleskop 75, welches im Strahlengang zwischen der optischen Schnittstelle 27 und dem Detektor 39 angeordnet ist. Das Teleskop 35 ist ein vergrößerndes Teleskop. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Teleskop 75 ein Keppler-Teleskop mit zwei mit Abstand voneinander angeordneten Linsen 76 und 77, welche selbst als Kittglieder ausgebildet sind. Wenn das Teleskop 75 eine Bildvergrößerung m aufweist, beträgt der Tiefenabbildungsmaßstab m². Dies führt dazu, dass die Änderung der Position t(φ) des Schnittpunkts des Linienfokus mit der Detektionsfläche in Abhängigkeit von der sphärischen Brechkraft φ durch das Teleskop um den Faktor m² vergrößert ist. Die Position t(φ) des Schnittpunkts des Linienfokus mit der Detektionsfläche kann damit gemäß Formel (1) unter Berücksichtigung der Vergrößerung m des Teleskops 75 geschrieben werden als:
wobei in Gleichung (2) d' den Abstand des von dem Teleskop erzeugten Bildes der Pupille des Auges 3 von dem anamorphotischen optischen Element 41 repräsentiert.
Durch den Einsatz des vergrößernden Teleskops 75 in dem Analysestrahlengang ist es bei gegebener Größe des Detektors 39 möglich, den Messbereich für die Messung der sphärischen Brechkraft zu erhöhen. In dem dargestellten Beispiel hat die Linse 76 eine Brennweite f1 = 70 mm, die Linse 77 eine Brennweite f2 = 154 mm, sodass der Messbereich um den Faktor m² = (154/70)² = 4,84 erhöht wird.
Zur weiteren Erläuterung des hier verwendeten Messverfahrens zeigen die 13a, 13b, 13c und 13d für dieses Beispiel durch den Detektor bei verschiedenen Werten der Fehlsichtigkeit gemessene Lichtintensitäten, wie sie durch eine Pixel-Reihe eines zweidimensionalen Detektors detektiert werden, welche so in der Detektionsfläche so orientiert ist, dass die bei verschiedenen Fehlsichtigkeiten entstehenden Schnittpunkte zwischen dem Linienfokus und der Detektionsfläche auf dieser Pixel-Reihe angeordnet sind. Ähnliche Intensitäten können auch mit einem entsprechend orientierten eindimensionalen Zeilendetektor gemessen werden.
13a zeigt die Messung für ein emmetropes Auge. Das Koordinatensystem der Pixel-Reihe ist so gewählt, dass das Intensitätsmaximum für das emmetrope Auge bei etwa x = 0 mm liegt, so dass t(0 Dpt) = 0 mm erfüllt ist.
13b zeigt die Messung für ein hyperopes Auge mit +2,5 Dpt. Das Intensitätsmaximum liegt bei etwa x = +0,3 mm. Durch Auflösen der Formel (2) t(φ) = +0,3 mm nach φ ergibt sich φ ~ +2,5 Dpt.
13c zeigt die Messung für ein hyperopes Auge mit +7,5 Dpt. Das Intensitätsmaximum liegt bei etwa x = +0,9 mm. Durch Auflösen der Formel (2) t(φ) = +0,9 mm nach φ ergibt sich φ ~ +7,5 Dpt.
13d zeigt die Messung für ein myopes Auge mit –20 Dpt. Das Intensitätsmaximum liegt bei etwa x = –2,18 mm. Durch Auflösen der Formel (2) t(φ) = –2,18 mm nach φ ergibt sich φ ~ –20 Dpt.
14 zeigt eine zu dem anhand der 12 erläuterten Ausführungsbeispiel gehörige Grafik, in welcher die Position des Linienfokus in Abhängigkeit von dem Drehwinkel θ des Prismas 65 aufgetragen ist. Die durch Kreuze gekennzeichneten Punkte sind durch eine Simulation gewonnen, welche unter Zugrundlegung eines Modellauges durchgeführt wurde. In der Praxis könnten derartige Daten allerdings auch durch Messung an einem realen Auge gewonnen werden. In dem dargestellten Beispiel weist das Modellauge neben einer sphärischen Fehlsichtigkeit von 7,5 Dpt und einer astigmatischen Fehlsichtigkeit von –5 Dpt keine weiteren Bildfehler höherer Ordnung auf. Die minimale Refraktion von 2,5 Dpt weist das Modellauge im Hauptschnitt in der Papierebene auf, so dass die Achslage der astigmatischen Fehlsichtigkeit in der gewählten Rotation 0° beträgt. Gemäß Gleichung (2) ergeben sich mit α = –45°, f = 20 mm und d = 0 mm die Werte
Die als durchgezogene Linie in 13 gezeigte Kurve ergibt sich unter der Annahme eines sinusförmigen Verlaufs zwischen diesen beiden extremen Positionen des Linienfokus. Es ist ersichtlich, dass die analytisch gewonnene Kurve die durch Simulation gewonnenen Messpunkte relativ genau approximiert.
15 zeigt einen Graphen zu einer Untersuchung unter Zugrundelegung eines Modellauges ähnlich der anhand der 14 erläuterten Untersuchung. Das der Untersuchung der 15 zugrundeliegende Modellauge weist wiederum eine sphärische Fehlsichtigkeit von 7,5 Dpt, eine astigmatische Fehlsichtigkeit von –5 Dpt bei einer Achslage von 0° zur Papierebene auf. Im Unterschied zu dem der Untersuchung gemäß 14 zugrundeliegenden Modellauge weist das der Untersuchung der 15 zugrundeliegende Modellauge sphärische Abberationen höherer Ordnung auf. Die durch Kreuze dargestellten Punkte sind durch Simulation mit Hilfe eines ray-tracing-Verfahrens errechnet. In der Praxis könnten derartige Daten allerdings auch durch Messung an einem realen Auge gewonnen werden. Abweichungen von dem mit durchgezogener Linie dargestellten sinusförmigen Verlauf werden deutlich. Dies führt insbesondere zu einer Verringerung der gemessenen Stärke der astigmatischen Fehlsichtigkeit, wenn diese als die Differenz zwischen den gemessenen Minimalwerten und Maximalwerten berechnet wird. Deshalb kann es ratsam ein, sphärische Abberationen höherer Ordnung durch Auswerten der gemessenen Daten zu bestimmen oder nicht die Formel (2) sondern eine komplexere Formel oder tabellarisch vorliegende vorab berechnete Funktionswerte zu verwenden. Darüber hinaus könnte beispielsweise im Bereich der optischen Schnittstelle eine limitierende Blende eingesetzt werden, welche den Strahlquerschnitt verringert, so dass Abberationen höherer Ordnung vernachlässigbar werden.
16 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges 3. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Strahlerzeugungsmodul 13 mit einer Strahlformungsoptik 17 und einer Messlichtquelle 15 sowie ein Analysemodul 35 mit einem Detektor 39 und einer Analyseoptik 37. Die Analyseoptik 37 umfasst eine vergrößernde Optik 75 mit Linsen 76, 77 und 78, ein Prisma 65, welches um eine Achse des Strahls 33 von Messlicht rotierbar ist, und ein anamorphotisches optisches Element 41, welches dazu konfiguriert ist, einen Linienfokus zu erzeugen, welcher eine Detektionsfläche des Detektors 39 schneidet.
Die Vorrichtung zur Bestimmung der Ametropie des Auges 3 ist mit einem Operationsmikroskop 81 integriert, welches dazu verwendet werden kann, eine vergrößerte Darstellung des Auges 3 zu erzeugen. Insbesondere ermöglicht es das Mikroskop 81 einem Chirurgen, eine Operation an dem Auge 3 vorzunehmen, während er das Auge 3 durch das Mikroskop 81 beobachtet. Durch die Integration mit der Vorrichtung zur Bestimmung der Ametropie des Auges ist es möglich, während der Operation auf einfache Weise die Ametropie des Auges zu bestimmen. Damit während der Operation auch aphake Augen vermessen werden können, beträgt bei dieser Ausführungsform der Messbereich für die sphärische Fehlsichtigkeit –15 Dpt bis +30 Dpt.
Das Mikroskop 81 ist ein Stereomikroskop mit einem Paar von Beobachtungsstrahlengängen, wobei ein jeder der beiden Beobachtungsstrahlengänge eine gemeinsame Objektivlinse 83, ein separates Zoomsystem 85 und ein separates Okular 87 durchsetzt, wobei der Chirurg in die beiden Okulare 87 mit seinen beiden Augen Einblick nehmen kann, um ein vergrößertes Bild eines Teils des Auges 3 wahrzunehmen. In den beiden Strahlengängen können ferner Strahlteiler 89 angeordnet sein, um einen Teil des zur Abbildung zur Verfügung stehenden Lichts über eine Kameraoptik 91 auf einen Kameradetektor 93 zu richten, so dass das vergrößerte Bild des Auges 3 auch elektronisch aufgenommen werden kann. In dem in 15 gezeigten Beispiel ist der Umlenkspiegel 95, gesehen in Richtung des Abbildungsstrahlengangs des Mikroskops, hinter der Objektivlinse 83 angeordnet. Ebenso könnte der Umlenkspiegel vor der Objektivlinse, d. h. in der Darstellung der 15 unterhalb der Objektivlinse 83 angeordnet sein.
Hintergrundinformation zur Integration von Ametropie-Messeinrichtungen mit Operationsmikroskopen kann aus den DE 10 2008 047 400 A1 und DE 10 2010 024 606 A1 gewonnen werden, welche die Integration von Wellenfrontsensoren mit Operationsmikroskopen zeigen.
Der Analyselichtstrahl zur Bestimmung der Ametropie des Auges durchsetzt ebenfalls die Objektivlinse 83 und wird an einem Spiegel 95 umgelenkt und zur Analyseoptik 35 gerichtet. Der Strahlquerschnitt unmittelbar oberhalb der Objektivlinse 83 kann als die vorangehend genannte optische Schnittstelle der Vorrichtung zur Bestimmung der Ametropie des Auges betrachtet werden.
17 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges 3. Diese Vorrichtung ist als ein selbständiges Gerät ausgebildet, welches beispielsweise in der Praxis eines Augenarztes oder eines Optikers zum Einsatz kommen kann. Die Vorrichtung 1 weist einen Aufbau der Strahlformungsoptik und der Analyseoptik auf, wie er vorangehend anhand der 1 bis 14 erläutert wurde. Die Vorrichtung 1 umfasst ein geschlossenes Gehäuse 91, welches eine Öffnung aufweist, welche die optische Schnittstelle für die Strahlformungsoptik und die Analyseoptik definiert und auch eine Linse 76 eines Teleskops der Analyseoptik enthalten kann. Das Gehäuse 91 umfasst Standfüße 93 und Körperteil-Anlagen 94 und 96. Wenn ein Patient seinen Kopf 4 mit dem Kinn gegen die Körperteil-Anlage 94 und seine Stirn gegen die Körperteil-Anlagen 96 drückt, ist sein Auge 3 gegenüber der optischen Schnittstelle 27 so angeordnet, dass die Ametropie des Auges 3 mit der Vorrichtung bestimmt werden kann und die Vorrichtung Ametropie-Daten über eine Schnittstelle 97 ausgeben kann. Die Schnittstelle kann beispielsweise einen elektrischen Anschluss für ein Computer-Netzwerk oder einen Monitor umfassen, mit welchem die Ametropie-Daten visuell dargestellt werden können.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung einer Ametropie eines Auges, umfassend: ein Strahlerzeugungsmodul, welches eine Messlichtquelle und eine Strahlformungsoptik umfasst; ein Analysemodul, welches einen Detektor und eine Analyseoptik umfasst; und eine Steuerung; wobei die Strahlformungsoptik dazu konfiguriert ist, von der Messlichtquelle emittiertes Licht zu einem Messlichtstrahl so zu formen, dass dieser an einer optischen Schnittstelle aus der Vorrichtung austritt; wobei die Analyseoptik in einem Analysestrahlengang zwischen der optischen Schnittstelle und dem Detektor angeordnet ist; wobei die Analyseoptik dazu konfiguriert ist, einen durch die optische Schnittstelle eintretenden parallelen Lichtstrahl entlang einer vorbestimmten, ausgedehnten und sich quer zu einer Richtung des Analysestrahlengangs erstreckenden Linie zu fokussieren; wobei der Detektor ein ortsauflösender Detektor mit einer ausgedehnten Detektionsfläche ist; wobei ein spitzer Winkel zwischen einer Flächennormalen der Detektionsfläche und der vorbestimmten Linie kleiner als 80° ist; wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, von dem Detektor detektierte Lichtintensitätsdaten zu erhalten und aus den Lichtintensitätsdaten Ametropie-Daten zu ermitteln, welche die Ametropie des Auges repräsentieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ametropie-Daten eine sphärische Fehlsichtigkeit und/oder eine Stärke und eine Orientierung einer astigmatischen Fehlsichtigkeit des Auges repräsentieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorbestimmte Linie die Detektionsfläche schneidet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Analyseoptik wenigstens ein anamorphotisches optisches Element umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Analyseoptik wenigstens ein optisches Element mit der Wirkung einer Zylinderlinse oder eine Zylinderlinse umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Analyseoptik wenigstens ein diffraktives optisches Element umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Analyseoptik wenigstens ein optisches Linsenelement umfasst, welches wenigstens eine Linsenoberfläche aufweist, die entlang einer Linie auf der Linsenoberfläche lokale Krümmungsradien aufweist, welche entlang der Linie kontinuierlich zunehmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Analyseoptik ein von dem Strahlengang durchsetztes optisches Element umfasst, welches relativ zu dem Detektor um eine Drehachse drehbar ist, die parallel zu der Richtung des Strahlengangs orientiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 in Verbindung mit einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das drehbare optische Element das anamorphotische optische Element, das optische Element mit der Wirkung der Zylinderlinse, die Zylinderlinse, das diffraktive optische Element oder das Linsenelement umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das drehbare optische Element ein Prisma umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Prisma ein Schmidt-Pechan-Prisma, ein Abbe-König-Prisma oder ein Dove-Prisma ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Analyseoptik einen von der Steuerung kontrollierten Antrieb umfasst, der dazu konfiguriert ist, das drehbare optische Element um die Drehachse zu verdrehen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, das drehbare optische Element in eine Mehrzahl von Drehstellungen um die Drehachse zu verdrehen, für eine jede der Mehrzahl von Drehstellungen jeweils detektierte Lichtintensitätsdaten zu erhalten, und aus der Mehrzahl von erhaltenen Lichtintensitätsdaten die Ametropie-Daten zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, aus den erhaltenen Lichtintensitäten jeweils einen Wert zu ermitteln, der eine Position einer Strahltaille eines auf den Detektor treffenden Lichtstrahls repräsentiert.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, basierend auf einem Extremwert des Werts, der die Position einer Strahltaille repräsentiert, die Stärke der sphärischen Fehlsichtigkeit des Auges zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, basierend auf einer Differenz zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert des Werts, der die Position der Strahltaille repräsentiert, die Stärke der astigmatischen Fehlsichtigkeit des Auges zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, aus einer Phase einer Abhängigkeit des Werts, der die Position der Strahltaille repräsentiert, von der Drehstellung die Orientierung der astigmatischen Fehlsichtigkeit des Auges zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner umfassend einen Strahlteiler, der in einem Strahlengang zwischen dem Strahlerzeugungsmodul und der optischen Schnittstelle und in einem Strahlengang zwischen der optischen Schnittstellen und dem Analysemodul angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Analyseoptik ein in dem Strahlengang zwischen der optischen Schnittstelle und dem Detektor angeordnetes vergrößernd abbildendes Teleskop umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, ferner umfassend wenigstens ein Anlageelement, welches relativ zu der optischen Schnittstelle so positioniert ist, dass ein Auge eines Benutzers gegenüber der optischen Schnittstelle positioniert ist, wenn ein vorbestimmter Teil eines Kopfes des Benutzers an das Anlageelement gedrückt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, ferner umfassend ein das Strahleerzeugungsmodul und das Analysemodul umgebendes Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, welche insbesondere die optische Schnittstelle definiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, ferner umfassend ein Mikroskop, welches einen Abbildungsstrahlengang aufweist, der die optische Schnittstelle durchsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Mikroskop ein Stereo-Mikroskop ist.