WO2006089757A1 - Device and method for determining refraction - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an apparatus and a method for refraction determination of optical aberrations that can be described by a set of surface area functions, with an observation optical system comprising a plurality of optical elements that can be introduced into an observation channel.
- An important field of application of such devices and methods is the subjective refraction determination in the human eye, in which mainly refractive anomalies of the human eye are determined based on statements of the examined person to his visual perception.
- different measuring glasses are held in appropriate combination temporally one after another in front of the examined eye and used to improve the visual impression in a used measuring goggles. The examined person is asked to compare the respective optotype image with a previously shown with regard to its image quality.
- aberrations are divided into symmetric and asymmetric aberrations.
- the spherical refractive error is a symmetrical aberration which is corrected by introducing spherical measuring glasses.
- astigmatism is an asymmetry error that is corrected with corresponding cylindrical glasses.
- the so-called cross-cylinder method is additionally used.
- You uses a cross cylinder element in the form of a combination of a plus and a minus cylinder lens whose refractive indices are equal in magnitude, but have opposite signs, and the optical axes are perpendicular to each other, see, for example, the published patent DE 25 55 387 A1.
- the cross cylinder is manually held one after the other in both axial positions in front of the eye.
- the examined patient is asked to give the better of the two related visual impressions.
- An examiner familiar with the refraction measurement can make corresponding corrections of the cylinder thickness on the basis of the patient statement.
- the different presentation is effected by the turning of the cross cylinder element. The procedure is repeated until the patient perceives both visual impressions as equally good.
- the axial position of the cylindrical lens of the eye is determined.
- the cross-cylinder element is placed in front of the eye to be examined such that it deviates in its orientation by 45 ° from the previously determined cylinder axis of the eye.
- the process is again repeated until the patient no longer recognizes a difference between the two visual impressions.
- the cylinder axis is adjusted accordingly.
- the correction of astigmatic refractive errors is usually done with cylindrical lenses, which have a dispersive effect.
- a change of the minus cylinder during the subjective refraction determination simultaneously alters the spherical component, which must be compensated in the measurement goggles by presetting appropriate spherical lenses.
- a measuring glass set with a large number of spherical and cylindrical correction glasses is required in order to determine all refractive errors that may occur in practice.
- a cross cylinder measuring glass is used in the measuring goggles, the spherical value does not need to be corrected. Even in this case, however, a complete measuring glass replacement of cross cylinder elements is required.
- Patent specification DE 1 051 532 discloses a device attached to such a phoropter in which cross-cylinder lenses are rotatably mounted side by side in a pivotable holder.
- an eye examination optics which comprises a negative concave spherical and a positive convex spherical lens in the manner of a Galileifernrohrs and in the beam path following two pairs of oppositely rotatable, negative and positive cylindrical lenses.
- a spherical rupture force component is adjustable.
- the two lenses of each cylindrical lens pair have oppositely equal Brecht forces, and in a neutral starting position, the two pairs of cylindrical lenses are offset from one another at a predeterminable angle of, for example, 45 °.
- variable astigmatic lens element is a special anamorphic lens whose cylindrical lens power and cylindrical lens rotation are dependent on the displacement distance and angle of a viewpoint segment on the lens.
- This lens element may be formed, for example, by two substantially parallel optical boundary layers of corresponding surface form and a transparent optical medium located between the boundary layers.
- the human eye in addition to defocusing and astigmatism, usually also has higher order aberrations, which may appear as wavefront aberrations and may degrade the retinal image and vision performance.
- the total aberrations of the human eye and any other optical systems today e.g. with wavefront aberrometers, e.g. with those who work according to the so-called Shack-Hartmann principle.
- the total wavefront aberrations can be mathematically broken down into a sum of individual aberration errors by a set of surface basis functions, in particular the Zernike polynomials being used as such a set of surface basis functions.
- the aberrations are subdivided into the different orders, eg, tilt is a first order aberration, defocus and astigmatism are second order aberrations, coma and tristimulus are third order aberrations, and spherical aberration, quadrature, and other higher order astigmatism errors are fourth order aberrations.
- the objective determination of higher-order aberrations is used particularly in patients whose eyes have abnormally strong aberrations, eg due to impairments of optical measurements. such as keratoconus or after keratoplasty.
- a subjective examination of the objectively determined values is not possible.
- the conical protrusion of the cornea in keratoconus leads to a significant deterioration in vision, which is characterized by a particularly large number of aberrations and distortions with a deep effect on the optical imaging quality.
- the refractive peculiarities associated with keratoconus are often referred to as irregular astigmatism, which is equivalent to higher order aberrations, and can not be corrected with conventional sphero-cylindrical ophthalmic lenses.
- the irregular corneal geometry causes different, constantly fluctuating visual effects. Keratoconus patients are increasingly being supplied with contact lenses in advanced cone that have different geometries and provide different visual effects.
- the patent DE 101 03 763 C2 describes a method and a device of the type mentioned for subjective determination of higher order aberrations that make use of a decomposition into Zernike polynomials and in which the observation optics comprise a set of individual plates with optically active structures, each corresponding to a particular amplitude of a defined Zemike polynomial.
- the observation optics comprise a set of individual plates with optically active structures, each corresponding to a particular amplitude of a defined Zemike polynomial.
- different plates are introduced one after the other into the observation channel, which belong to different amplitudes of the relevant Zernike polynomial.
- amplitude correction is determined, which subjectively compensates the relevant aberration subjectively best.
- the invention is based on the technical problem of providing a device and a method of the type mentioned, which allow a refraction determination of optical aberrations also higher order with relatively little effort.
- the invention solves this problem by providing a device having the features of claim 1 or 3 and a method having the features of claim 9 or 11.
- at least one set of at least one or two optical compensation elements is used, which at the same time in the Observation channel can be introduced and correspond with associated functional components of the aberrations describing proceedingsnbasefunktionensatzes.
- the compensation elements are mutually rotatable or transversely displaceable and chosen so that different total amplitude values of the relevant function component sum can be adjusted by their rotation or displacement.
- the compensation elements are chosen so that can be varied continuously or stepwise in opposite rotation or transversal displacement by appropriate rotating or shifting the associated total amplitude value amount between zero and a maximum value.
- the optical compensation elements are selected based on a set of orthogonal, rotation-invariant surface basis functions, such as Jacobi or Zernike polynomials. This has the advantage that the correction contributions of different compensation element sets belonging to different aberrations are independent of each other.
- a respective compensation element set for correcting a corresponding aberration includes a pair of mutually rotatable or transversely displaceable compensation elements, each formed according to a combination of an odd and a straight component of the selected surface basis functions with single amplitude values of opposite sign.
- the at least two compensation elements are selected so that their associated function component sum of the same order of the surface basis function set is how their individual functional components and different total amplitude values are adjustable by mutual rotation.
- the at least two compensation elements are selected so that their associated function component sum of the same order of the surface basis function set is how their individual functional components and different total amplitude values are adjustable by mutual rotation.
- the at least two compensation elements are selected so that by mutual transverse displacement theirjanskomponentensumme of other, e.g. lower order of the surface basis function set is how their individual function components and different total amplitude values are adjustable.
- the at least two compensation elements are selected so that by mutual transverse displacement theirjanskomponentensumme of other, e.g. lower order of the surface basis function set is how their individual function components and different total amplitude values are adjustable.
- Zernike polynomials it is in particular also possible to model a rotationally symmetrical optical compensation element with adjustable amplitude of two mutually transversely displaceable asymmetric optical compensation elements.
- the further developed according to claim 13 method corresponds to such an approach.
- a plurality of compensation element sets for compensating a plurality of associated aberrations are inserted into the observation channel simultaneously or by successive addition in succession. introduced. This realizes a measuring process within the scope of the refraction determination, in which several aberrations can be detected and compensated without having to exchange compensation elements in the observation channel.
- FIG. 1 is a schematic perspective view of a pair of oppositely rotatable compensation elements for correcting a particular aberration in the context of a subjective refraction determination
- FIG. 2 shows a perspective view of two pairs of compensation elements arranged one behind the other in an observation channel, which correspond in each case to the functional principle illustrated in FIG. 1 for correcting each associated aberration
- Fig. 3 is a schematic perspective view of a single compensation element for a further embodiment of the invention.
- test lenses 1 schematically illustrates a pair 1 of optical compensation elements 2, 3, also referred to below as test lenses, which are suitable for the correction or compensation of an associated aberration in the context of a subjective refraction determination.
- the pair of test lenses 1 is part of an observation optics and can be introduced into an observation channel of the same.
- the observation optics includes, in addition to the shown further pairs of test lenses for compensation of other associated aberrations.
- the associated device for subjective refraction determination of a conventional structure and includes, as needed, other conventional components, which requires no further explanation here.
- test lens pairs in this example is based on a decomposition of wavefront aberrations according to the known zernike polynomials Z n , m in any known form of representation, for example the representation chosen in the mentioned textbook by Born and Wolf.
- Any wavefront aberration W (p, ⁇ ) can accordingly be represented in polar coordinates (p, ⁇ ) as the sum of the individual orthorormal Zernike polynomials Z n , m (p, ⁇ ) as follows:
- the index n indicates the ordinal number of the Zernike polynomial in the radial direction
- the index m indicates the frequency of the angle ⁇ per 360 °, non-zero values resulting only in the condition that nm is even.
- Zemike polynomials with even index n and the value zero for the index m are always rotationally symmetric, all others are asymmetric and angle dependent.
- a positive value for the index m represents the change in an x direction and a negative value one in a y direction of a Cartesian xyz coordinate system.
- the individual Zernike polynomials are known to be associated with a particular aberration, respectively, and the coefficient c
- n , m in the above decomposition describes the contribution of the respective aberration to the wavefront aberration W. Since the Zernike polynomials form an orthonormal set of functions in the unit circle, the individual coefficients c n , m are independent of the polynomial decomposition length. In a special known representation, the Zernike polynomials are distinguished by even and odd polynomials which are the shape
- the pairs of test lenses are chosen such that each pair of test lenses compensates for an associated aberration.
- the test lens pairs corresponding to the Zernike functions with the running indices n and m are selected for correcting an associated aberration of order X and are therefore also referred to hereafter as [X (n, m)] test lens pairs.
- the two test lenses 2, 3 of the respective [X (n, m)] test lens pair 1, as shown schematically in FIG. 1, correspond to a combination of one odd and one even component of the orthonormal Zernike Polynomials, ie the minus and plus components of the same, as follows:
- the total amplitude value resulting for the [X (n, m)] pair of test lenses 1 can be varied continuously from zero to a maximum value corresponding to the sum of the individual amplitude values by the two test lenses 2, 3 are synchronously rotated by equal angular amounts in opposite directions. Specifically results for a maximum angle of rotation ⁇ of ⁇ ⁇ / (2 m) and a relative Achswinkel- would be ⁇ / m a total amplitude value of zero.
- This position of the test lenses 2, 3 is illustrated in FIG. 1 by means of corresponding positions 5, 6 of a respective marking or handling pin for the respective test lens 2, 3.
- the maximum total amplitude value which corresponds to the magnitude sum of the maximum individual amplitude values of the two test lenses 2, 3, results for a rotation angle ⁇ of 0 °, ie for a parallel position of the test lens axes, in FIG. 1 by a coincident angular position of the marker / handling pins 5 ', 6 1 illustrated.
- any amplitude amount between zero and the maximum possible value to compensate for the relevant Zernike function Z n , m or Z n . m associated with aberrations can be achieved.
- an infinite base set of individual test lenses with different amplitudes can be generated over the entire amplitude range of interest to produce any wavefront in the unit circle and thus compensate for the aberration of a considered order.
- any desired asymmetrical aberration of the relevant order can thus be compensated without explicit consideration of the rotationally symmetric component of this aberration order.
- At least one Zernike polynomial can have an order greater than two.
- a great advantage of the invention is the fact that from the combination of the two same or similar [X (n, m)] lenses 2, 3 in the form of the lens pair 1 each amplitude strength for each axis position can be set and generated to compensate for a currently considered aberration, ie the number of required test lenses is minimized to two or only a little more per aberration.
- the uncomfortable and time-consuming change of glasses in the subjective refraction determination eliminates the need to set different amplitudes, i. Strengths by instead the two test lenses 2, 3 of the lens pair 1 are rotated in opposite directions. Based on the subjective statements of an examined person to his visual perception corresponding changes can be made during an investigation by the opposite rotation of the two lenses 2, 3, until the person examined reaches its best visual acuity with respect to the imaging error.
- a corresponding ophthalmological device can be provided as an optometric device for subjective refraction determination, which has the observation optics with the observation channel in which for each aberration such a test lens set with a pair of oppositely rotatable, corresponding with the associated aberration test lenses or compensation elements can be introduced.
- Fig. 2 shows schematically and simplifies such an observation channel with an optical axis 10, along the succession more "_
- Pair of test lenses can be introduced, of which in FIG. 2 a first pair of test lenses 11 and a second pair of test lenses 12 are explicitly shown as being representative of any further ones.
- the first pair of test lenses 11 includes two closely adjacent, thin lenses 13, 14 in the manner of Fig. 1, which are rotatable synchronously by equal angular amounts in opposite directions of rotation with a twisting mechanism in the desired manner described above for Fig. 1.
- the twisting mechanism each includes a sprocket 15, 16, with each of the test lenses 13, 14 is rotatably connected.
- the sprockets 15, 16 are annular and have on their facing surfaces on a toothing.
- a thumbscrew with a rotary handle 17 acts as a control element and has a gear portion 18 which is in engagement with the two serrations of the sprockets 15, 16.
- a rack and pinion gear is formed, which symbolizes rotation of the operating handle 17 of the thumbscrew, as symbolized by a rotary arrow D, an opposite rotation of the two sprockets 15, 16 and thus with these non-rotatably coupled test lenses 13, 14 by the same angular amounts, such as illustrated with the rotation arrows D1 and D2.
- test lenses 13, 14 continuously between an axis zero position, symbolized by an angle ß relative to a 0 ° orientation, and a maximum rotational position with the angular positions - ⁇ and + ⁇ synchronously rotated in opposite directions.
- a scale is attached to the surface of the sprockets 15, 16, from which the total effect of the current aberration error compensation by the pair of test lenses 11 can be read.
- the second pair of test lenses 12 analogously includes two oppositely rotatable with the same adjustment test lenses 19, 20, the only difference from the first pair of test lenses 11 is that the two test lenses 19, 20 to another combination of Zernike polynomials and therefore to a include other aberrations. It is understood that instead of the twisting mechanism shown, the twisted positioning of the respective two test lenses can be effected in any other conventional manner.
- this ophthalmological device allows a subjective refraction determination or correction or compensation of aberrations, which has the advantage that the examined person for each aberration and especially for higher order aberrations by the associated, introduced into the observation channel [X (n m)] - pair of test lenses can compare the uncorrected with the corrected visual impression subjectively. It can thus be determined whether the correction of the individual aberrations and in particular of the higher-order aberrations actually leads to a visual acuity increase and thus to an improvement in the optical imaging quality of the eye. From this point of view, the correction of such aberrations can lead to an improvement in vision and hence in imaging quality, especially in patients suffering from optical pathology.
- a particular advantage of the invention is that the different test lens pairs 11, 12 can be arranged simultaneously in the observation channel. Because of their selection on the basis of a set of orthogonal surface basis functions, it is ensured that the test lens pairs 11, 12 arranged one behind the other do not interfere with each other, since they are respectively assigned orthogonal functions.
- the first pair of test lenses 11 of FIG. 2 may be introduced into the observation channel as a [X (n1, m1)] pair of test lenses for correcting an aberration corresponding to the Zernike polynomials with the indices n1 and m1, and this aberration be optimally corrected by suitable rotation of the two test lenses 13, 14.
- the examined person is gradually guided to optimally correct the entire aberrations, wherein the individual aberrations can be determined and compensated separately from one another according to the selected set of orthogonal basis functions. It is understood that alternatively, this method and apparatus can also be used for aberration determination in optical devices.
- a turn survey is made, as for refraction determination known, ie the test lens pair is the investigator first held in the one and then in the 180 ° rotated position.
- the turning axis, about which the 180 ° turn occurs, corresponds in FIG. 2 to the stem or gear axis around which the rotation with the rotary arrow D takes place.
- the exact determination of the best axial position is then carried out by the above-described opposing rotation of the two test lenses 2, 3 of the [X (n, m)] test lens pair 1 with a respective turn survey. This completes the determination of the [X (n, m)] amount of the refraction determination for the selected function set index pair (n, m).
- two asymmetric (ie m ⁇ o) n were used, the combination of which produces a correspondingly asymmetrical correction element of the same order n whose amplitude is determined by mutual rotation of the two test lenses about the optical system axis between a minimum and a minimum a maximum value can be adjusted.
- the invention also includes the possibility of two asymmetric test lenses n. Order transversely, ie transverse to the optical axis to arrange slidably, whose individual amplitudes have opposite signs, in generalization of the above to DE 24 12 059 C2 mentioned anamorphic lens element.
- a corresponding spherical correction element e.g. is represented by a generalization of the variable spherical lens element mentioned in DE 24 12 059 C2.
- a corresponding spherical correction element e.g. is represented by a generalization of the variable spherical lens element mentioned in DE 24 12 059 C2.
- Combining and appropriate transverse relative displacement of two asymmetric (2n + 1, ⁇ 1) -test lens elements is possible thus simulating a spherical correction element of the Zernike polynomial order (2n, 0), the amplitude of which can be changed continuously for the associated spherical contribution.
- the amplitude can be variably adjusted by using each pair of test lenses, as explained.
- the axial position can be determined. It turns out that a refraction determination for arbitrary orders of a corresponding orthonormal set of functions, such as the Zemike polynomial, is already possible using only one test lens or one compensation element per respective functional component of the underlying surface basis functions.
- FIG. 3 shows for such an embodiment, a compensation element 30 with stem axis 31, wherein by corresponding conventional means, the compensation element 30 is rotatable about its optical axis and about a turning axis perpendicular thereto reversible.
- the observation optics comprise at least one set of at least one optical compensation element which corresponds to associated functional components of the surface aberrations describing aberrations and can be introduced into the observation channel and can also be used for axis position determination by being rotatable about the optical axis and perpendicular to the optical axis Defined axis is reversible, in generalization of the operation of the known cross cylinder.
- the element forms an X (n, m) lens with variably , -
- a Zernike pair of lenses X (n, m) is provided with variably adjustable amplitude, which is arbitrarily rotatable about the optical axis, so that both the axes with maximum and minimum amplitude (that is, for example, in FIG.
- either the stem axis or the axis by the markers (0) and (-) is reversible.
- the eye-glasses system in an eye-refraction determination forms a pair of lenses in which the two optical compensation elements of FIGS. 1 and 2 can be regarded as negative refractive deficit and far-point refraction in the eye and together form an X (n, m). Forming a lens.
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Abstract
Description
Beschreibung Vorrichtung und Verfahren zur Refraktionsbestimmung Description Apparatus and method for refraction determination
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Refraktionsbestimmung von optischen Abbildungsfehlern, die durch einen Satz von Flächenbasisfunktionen beschreibbar sind, mit einer Beobachtungsoptik, die mehrere in einen Beobachtungskanal einbringbare optische Elemente umfasst.The invention relates to an apparatus and a method for refraction determination of optical aberrations that can be described by a set of surface area functions, with an observation optical system comprising a plurality of optical elements that can be introduced into an observation channel.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet derartiger Vorrichtungen und Verfahren ist die subjektive Refraktionsbestimmung am menschlichen Auge, bei der hauptsächlich refraktive Anomalien des menschlichen Auges basierend auf Aussagen der untersuchten Person zu seiner visuellen Wahrnehmung ermittelt werden. Bei einer herkömmlichen Vorgehensweise, die sich routinemäßig auf die Korrektur von Defokus, Astigmatismus und prismatischen Fehlern beschränkt, werden verschiedene Messgläser in entsprechender Kombination zeitlich nacheinander vor das untersuchte Auge gehalten und bei Verbesserung des Seheindrucks in eine verwendete Messbrille eingesetzt. Die untersuchte Person wird aufgefordert, das jeweilige Sehzeichenbild mit einem zuvor gezeigten bezüglich seiner Abbildungsqualität zu vergleichen.An important field of application of such devices and methods is the subjective refraction determination in the human eye, in which mainly refractive anomalies of the human eye are determined based on statements of the examined person to his visual perception. In a conventional procedure, which is routinely limited to the correction of defocus, astigmatism and prismatic errors, different measuring glasses are held in appropriate combination temporally one after another in front of the examined eye and used to improve the visual impression in a used measuring goggles. The examined person is asked to compare the respective optotype image with a previously shown with regard to its image quality.
Grundsätzlich werden Aberrationen in symmetrische und asymmetrische Abbildungsfehler eingeteilt. So ist z.B. die sphärische Fehlsichtigkeit ein symmetrischer Abbildungsfehler, der durch Einbringen sphärischer Messgläser korrigiert wird. Im Gegensatz dazu handelt es sich beim Astigmatismus um einen Asymmetriefehler, der mit entsprechenden Zylindermessgläsern korrigiert wird.Basically, aberrations are divided into symmetric and asymmetric aberrations. For example, e.g. the spherical refractive error is a symmetrical aberration which is corrected by introducing spherical measuring glasses. In contrast, astigmatism is an asymmetry error that is corrected with corresponding cylindrical glasses.
Zur subjektiven Refraktionsbestimmung des Augenastigmatismus ist ergänzend die sogenannte Kreuzzylindermethode gebräuchlich. Sie be- nutzt ein Kreuzzylinderelement in Form einer Kombination einer Plus- und einer Minuszylinderlinse, deren Brechzahlen betragsmäßig gleich groß sind, jedoch entgegengesetztes Vorzeichen haben, und deren optische Achsen senkrecht zueinander stehen, siehe z.B. die Offenlegungs- schrift DE 25 55 387 A1. Der Kreuzzylinder wird manuell seitlich nacheinander in beiden Achslagen vor das Auge gehalten. Der untersuchte Patient wird aufgefordert, den besseren der beiden zugehörigen Seheindrücke anzugeben. Eine mit der Refraktionsmessung vertraute Untersuchungsperson kann anhand der Patientenaussage entsprechende Korrekturen der Zylinderstärke vornehmen. Die unterschiedliche Darbietung wird durch das Wenden des Kreuzzylinderelements bewirkt. Der Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Patient beide Seheindrücke als gleich gut empfindet.For subjective refraction determination of the ocular astigmatism, the so-called cross-cylinder method is additionally used. You uses a cross cylinder element in the form of a combination of a plus and a minus cylinder lens whose refractive indices are equal in magnitude, but have opposite signs, and the optical axes are perpendicular to each other, see, for example, the published patent DE 25 55 387 A1. The cross cylinder is manually held one after the other in both axial positions in front of the eye. The examined patient is asked to give the better of the two related visual impressions. An examiner familiar with the refraction measurement can make corresponding corrections of the cylinder thickness on the basis of the patient statement. The different presentation is effected by the turning of the cross cylinder element. The procedure is repeated until the patient perceives both visual impressions as equally good.
Nach dem gleichen Prinzip wird die Achslage der Zylinderlinse des Auges ermittelt. Dazu wird das Kreuzzylinderelement derart vor dem zu untersuchenden Auge platziert, dass es in seiner Orientierung um 45° von der zuvor festgestellten Zylinderachse des Auges abweicht. Der Vorgang wird wiederum so lange wiederholt, bis der Patient keinen Unterschied zwischen den beiden Seheindrücken mehr erkennt. Solange einer der beiden Seheindrücke besser als der andere beurteilt wird, wird die Zylinderachse entsprechend nachgedreht.Following the same principle, the axial position of the cylindrical lens of the eye is determined. For this purpose, the cross-cylinder element is placed in front of the eye to be examined such that it deviates in its orientation by 45 ° from the previously determined cylinder axis of the eye. The process is again repeated until the patient no longer recognizes a difference between the two visual impressions. As long as one of the two visual impressions is judged better than the other, the cylinder axis is adjusted accordingly.
Die Korrektur astigmatischer Fehlsichtigkeiten erfolgt üblicherweise mit Zylinderlinsen, die zerstreuende Wirkung haben. Eine Änderung des Mi- nuszylinders während der subjektiven Refraktionsbestimmung ändert allerdings gleichzeitig die sphärische Komponente, was in der Messbrille durch Vorsetzen entsprechender sphärischer Gläser kompensiert werden muss. Somit wird für diese Prüfvariante ein Messgläsersatz mit einer großen Anzahl an sphärischen und zylindrischen Korrektionsgläsern benötigt, um alle Fehlsichtigkeiten, die in der Praxis auftreten können, zu ermitteln. Wenn anstatt des Minuszylinder-Messglases gleich ein Kreuz- zylinder-Messglas in die Messbrille eingesetzt wird, braucht der sphärische Wert nicht nachkorrigiert werden. Auch in diesem Fall ist jedoch ein kompletter Messgläsersatz von Kreuzzylinderelementen erforderlich.The correction of astigmatic refractive errors is usually done with cylindrical lenses, which have a dispersive effect. However, a change of the minus cylinder during the subjective refraction determination simultaneously alters the spherical component, which must be compensated in the measurement goggles by presetting appropriate spherical lenses. Thus, for this test variant, a measuring glass set with a large number of spherical and cylindrical correction glasses is required in order to determine all refractive errors that may occur in practice. If, instead of the negative cylinder measuring glass, a cross cylinder measuring glass is used in the measuring goggles, the spherical value does not need to be corrected. Even in this case, however, a complete measuring glass replacement of cross cylinder elements is required.
Prinzipiell lässt sich eine subjektive Refraktionsmessung auch ausschließlich mit Kreuzzylindern durchführen. Zur Ermittlung des Astigmatismus sind des weiteren Augenuntersuchungsgeräte in Form sogenannter Phoropter bekannt. In der Patentschrift DE 1 051 532 wird eine an einem solchen Phoropter angebrachte Einrichtung offenbart, bei der Kreuzzylinderlinsen in einer schwenkbaren Halterung nebeneinander drehbeweglich gelagert sind.In principle, a subjective refraction measurement can also be carried out exclusively with cross cylinders. To determine the astigmatism further eye examination devices in the form of so-called phoropter are known. Patent specification DE 1 051 532 discloses a device attached to such a phoropter in which cross-cylinder lenses are rotatably mounted side by side in a pivotable holder.
In der Offenlegungsschrift DE 28 49 337 A1 ist ein Querzylindermechanismus beschrieben, bei dem der Kreuzzylinder aus zwei separaten Zylinderlinsen besteht. Es ist auch bekannt, nur einen Kreuzzylinder zu verwenden, an dem sämtliche Verstellungen zum benötigten Verschwenken und Wenden vorhanden sind, siehe z.B. die Patentschriften US 3.498.699 und US 3.698.799.In the published patent application DE 28 49 337 A1 a transverse cylinder mechanism is described in which the cross cylinder consists of two separate cylindrical lenses. It is also known to use only a cross cylinder on which all adjustments to the required pivoting and turning are present, see e.g. U.S. Pat. Nos. 3,498,699 and 3,698,799.
In der Patentschrift DE 24 12 059 C2 wird eine Augenuntersuchungsoptik vorgeschlagen, die eine negative konkave sphärische und eine positive konvexe sphärische Linse nach Art eines Galileifernrohrs sowie im Strahlengang folgend zwei Paare gegensinnig verdrehbarer, negativer und positiver Zylinderlinsen umfasst. Durch Änderung des axialen Abstands entlang der optischen Achse zwischen den beiden sphärischen Linsen ist eine sphärische Brechtkraftkomponente einstellbar. Die beiden Linsen jedes Zylinderlinsenpaars weisen entgegengesetzt gleich große Brechtkräfte auf, und in einer neutralen Ausgangsstellung sind die beiden Zylinderlinsenpaare unter einem vorgebbaren Winkel von z.B. 45° gegeneinander versetzt angeordnet. Durch Auswahl vorher festgelegter Positionen der relativen gegensinnigen Drehung zwischen den paarweisen Zylinderlinsenelementen sollen im Wesentlichen alle prak- tisch relevanten zylindrischen Winkel-Brechkraftwerte und Achslagen unabhängig von der Einstellung der sphärischen Brechkraft erzeugt werden können. Alternativ wird eine Augenuntersuchungsoptik mit einem veränderlichen sphärischen und einem veränderlichen astigmatischen Linsenelement vorgeschlagen, die jeweils mit spezieller ortsabhängiger Dicke so gefertigt sind, dass für ein geeignet begrenztes Blickfeld die sphärische bzw. astigmatische Brechkraft durch transversales Verschieben, d.h. eine Verschiebung quer zur optischen Achse des Systems, verändert werden kann. Als veränderliches astigmatisches Linsenelement dient eine spezielle anamorphotische Linse, deren Zylinder- linsenbrechkraft und Zylinderlinsendrehung vom Verschiebungsabstand und Winkel eines Blickpunktsegmentes auf der Linse abhängig ist. Dieses Linsenelement kann z.B. von zwei im Wesentlichen parallelen optischen Grenzschichten entsprechender Oberflächenform und einem zwischen den Grenzschichten befindlichen, transparenten optischen Medium gebildet sein.In the patent DE 24 12 059 C2 an eye examination optics is proposed, which comprises a negative concave spherical and a positive convex spherical lens in the manner of a Galileifernrohrs and in the beam path following two pairs of oppositely rotatable, negative and positive cylindrical lenses. By changing the axial distance along the optical axis between the two spherical lenses, a spherical rupture force component is adjustable. The two lenses of each cylindrical lens pair have oppositely equal Brecht forces, and in a neutral starting position, the two pairs of cylindrical lenses are offset from one another at a predeterminable angle of, for example, 45 °. By selecting predetermined positions of the relative counter-rotation between the paired cylindrical lens elements, substantially all practical table relevant cylindrical angular power values and axial positions can be generated regardless of the setting of the spherical power. Alternatively, an eye examination optics with a variable spherical and a variable astigmatic lens element are proposed, which are each made with specific location-dependent thickness so that for a suitably limited field of view, the spherical or astigmatic refractive power by transverse displacement, ie a displacement transverse to the optical axis of the system , can be changed. The variable astigmatic lens element is a special anamorphic lens whose cylindrical lens power and cylindrical lens rotation are dependent on the displacement distance and angle of a viewpoint segment on the lens. This lens element may be formed, for example, by two substantially parallel optical boundary layers of corresponding surface form and a transparent optical medium located between the boundary layers.
Das menschliche Auge weist außer Defokussierung und Astigmatismus normalerweise auch Aberrationen höherer Ordnung auf, die als Wellen- frontaberrationen auftreten und das Netzhautbild und die Sehkraftleistung verschlechtern können. Die gesamten Abbildungsfehler des menschlichen Auges und beliebiger anderer optischer Systeme können heutzutage z.B. mit Wellenfront-Aberrometern objektiv bestimmt werden, z.B. mit solchen, die nach dem sogenannten Shack-Hartmann-Prinzip arbeiten. Bekanntermaßen können die gesamten Wellenfrontaberratio- nen mathematisch durch einen Satz von Flächenbasisfunktionen in eine Summe von einzelnen Aberrationsfehlern aufgeschlüsselt werden, wobei insbesondere die Zernike-Polynome als ein derartiger Satz von Flächenbasisfunktionen benutzt werden.The human eye, in addition to defocusing and astigmatism, usually also has higher order aberrations, which may appear as wavefront aberrations and may degrade the retinal image and vision performance. The total aberrations of the human eye and any other optical systems today, e.g. with wavefront aberrometers, e.g. with those who work according to the so-called Shack-Hartmann principle. As is known, the total wavefront aberrations can be mathematically broken down into a sum of individual aberration errors by a set of surface basis functions, in particular the Zernike polynomials being used as such a set of surface basis functions.
Aberrationsfehler niederer Ordnungen, wie Defokus und Astigmatismus, entsprechen refraktiven Anomalien, während Aberrationen höherer Ord- nung, wie Koma und sphärische Aberration, mit sphärozylindrischen Gläserkombinationen nicht kompensiert bzw. korrigiert werden können. Zur Erfassung von Aberrationen höherer Ordnung nach dem Shack- Hartmann-Prinzip und zu deren mathematischen Bewertung mittels Zer- nicke-Polynomen sei z.B. auf die Patentschrift US 5.777.719 und die Veröffentlichung Liang et al., Optical Society of America 1994, Seite 1949, verwiesen. Die Abbildungsfehler werden dabei in die verschiedenen Ordnungen unterteilt, z.B. ist Verkippung ein Abbildungsfehler erster Ordnung, Defokus und Astigmatismus sind Abbildungsfehler zweiter Ordnung, Koma und Dreiwelligkeit sind Abbildungsfehler dritter Ordnung, und sphärische Aberration, Vierwelligkeit und weitere Astigmatismusfehler höherer Ordnung sind Abbildungsfehler vierter Ordnung.Aberration errors of lower orders, such as defocus and astigmatism, correspond to refractive anomalies, whereas higher order aberrations tion, such as coma and spherical aberration, can not be compensated or corrected with sphero-cylindrical lens combinations. For the detection of higher-order aberrations according to the Shack-Hartmann principle and for their mathematical evaluation by means of zeron polynomials, see, for example, US Pat. No. 5,777,719 and the publication Liang et al., Optical Society of America 1994, page 1949, directed. The aberrations are subdivided into the different orders, eg, tilt is a first order aberration, defocus and astigmatism are second order aberrations, coma and tristimulus are third order aberrations, and spherical aberration, quadrature, and other higher order astigmatism errors are fourth order aberrations.
Ein Problem von objektiven Messgeräten besteht darin, dass sie nur monochromatische Aberrationen erfassen und nicht genau bekannt ist, inwieweit die einzelnen Aberrationen höherer Ordnung den Seheindruck beim Menschen im Fall von weißem Licht beeinflussen. Eine subjektive Refraktionsbestimmung von Aberrationen höherer Ordnung ist durch die objektive Wellenfront-Aberrationsmessung nicht möglich. Es kann daher mit dieser Vorgehensweise nicht geklärt werden, ob eine operative, irreversible Korrektur der einzelnen Aberrationen höherer Ordnung tatsächlich eine Erhöhung der Sehleistung eines Patienten bewirkt und daher die Abbildungsqualität verbessert. Denn das menschliche Gehirn ist in gewissem Umfang in der Lage, durch Lernprozesse Aberrationen geschickt zu kompensieren. Eine operative Korrektur eines solchen Abbildungsfehlers höherer Ordnung, wie er durch eine objektive Wellenfront- Aberrationsmessung festgestellt würde, könnte folglich eventuell postoperativ zu einer schlechteren optischen Abbildungsqualität führen.One problem with objective measuring instruments is that they only detect monochromatic aberrations and it is not known exactly to what extent the individual higher order aberrations influence the visual impression in humans in the case of white light. A subjective refraction determination of higher order aberrations is not possible by the objective wavefront aberration measurement. Therefore, it can not be clarified with this procedure whether an operative, irreversible correction of the individual higher-order aberrations actually causes an increase in the visual performance of a patient and therefore improves the imaging quality. For the human brain is to a certain extent able to compensate aberrations through learning processes. Thus, an operative correction of such higher order aberration, as would be detected by an objective wavefront aberration measurement, could possibly result in a poorer optical imaging quality postoperatively.
Die objektive Bestimmung von Aberrationen höherer Ordnung wird besonders bei Patienten eingesetzt, deren Augen anormal starke Aberrationen aufweisen, z.B. aufgrund von Beeinträchtigungen optischer Me- dien, wie Keratokonus oder nach Keratoplastik. Eine subjektive Überprüfung der objektiv ermittelten Werte ist nicht möglich. Die kegelförmige Vorwölbung der Hornhaut beim Keratokonus führt zu einer erheblichen Sehverschlechterung, die durch besonders viele Aberrationsfehler und Verzerrungen mit tiefem Effekt auf die optische Abbildungsqualität charakterisiert ist. Die refraktiven Besonderheiten, die mit einem Keratokonus in Verbindung gebracht werden, werden oft als irregulärer Astigmatismus bezeichnet, was gleichbedeutend mit Aberrationen höherer Ordnung ist, und können mit den herkömmlichen sphärozylindrischen Brillengläsern nicht korrigiert werden. Die unregelmäßige Hornhautgeometrie bewirkt unterschiedliche, laufend schwankende optische Wirkungen. Keratokonus-Patienten werden bei fortgeschrittenem Konus zunehmend mit Kontaktlinsen versorgt, die unterschiedliche Geometrien haben und unterschiedliche optische Wirkungen bereitstellen.The objective determination of higher-order aberrations is used particularly in patients whose eyes have abnormally strong aberrations, eg due to impairments of optical measurements. such as keratoconus or after keratoplasty. A subjective examination of the objectively determined values is not possible. The conical protrusion of the cornea in keratoconus leads to a significant deterioration in vision, which is characterized by a particularly large number of aberrations and distortions with a deep effect on the optical imaging quality. The refractive peculiarities associated with keratoconus are often referred to as irregular astigmatism, which is equivalent to higher order aberrations, and can not be corrected with conventional sphero-cylindrical ophthalmic lenses. The irregular corneal geometry causes different, constantly fluctuating visual effects. Keratoconus patients are increasingly being supplied with contact lenses in advanced cone that have different geometries and provide different visual effects.
Die Zerlegung von Wellenfrontaberrationen in einen Satz von orthogonalen, rotationsinvarianten Flächenbasisfunktionen zwecks Bewertung und Klassifizierung der verschiedenen entsprechenden Abbildungsfehleranteile ist beispielsweise in dem Lehrbuch von Born und Wolf, Principles of Optics beschrieben, worauf für weitere diesbezügliche Details verwiesen werden kann, insbesondere hinsichtlich möglicher Darstellungen solcher Flächenbasisfunktionen, für die sich z.B. Jacobi-Polynome, eine Gram- Schmid-Orthogonalisierung oder Zemike-Polynome eignen. Orthogonale Funktionssysteme haben den Vorteil, dass die Amplituden, d.h. Koeffizienten, der Zerlegung einer Wellenfrontaberrationsfunktion in additive Beiträge der einzelnen Funktionen des Flächenbasisfunktionensatzes nicht davon abhängen, wie viele Funktionen des Funktionssatzes berücksichtigt werden. Zudem können die zugehörigen Aberrationen unabhängig voneinander bestimmt und korrigiert werden.The decomposition of wavefront aberrations into a set of orthogonal rotationally invariant surface basis functions for the purpose of evaluating and classifying the various corresponding aberrations is described, for example, in the textbook by Born and Wolf, Principles of Optics, to which further details in this respect may be referred, in particular with regard to possible representations of such surface basis functions , for example, for Jacobi polynomials, a Gram-Schmid orthogonalization or Zemike polynomials are suitable. Orthogonal functional systems have the advantage that the amplitudes, i. Coefficients that decompose a wavefront aberration function into additive contributions of the individual functions of the area basis function set do not depend on how many functions of the function set are considered. In addition, the associated aberrations can be independently determined and corrected.
Die Patentschrift DE 101 03 763 C2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur subjektiven Bestimmung von Abbildungsfehlern höherer Ordnung, die von einer Zerlegung in Zernike-Polynome Gebrauch machen und bei denen die Beobachtungsoptik einen Satz von einzelnen Platten mit optisch aktiven Strukturen umfasst, die jeweils mit einer bestimmten Amplitude eines definierten Zemike-Polynoms korrespondieren. Im Rahmen eines jeweiligen Mess- vorgangs werden für jeden zu einem bestimmten Zernike-Polynom gehörigen Abbildungsfehler zeitlich nacheinander verschiedene Platten in den Beobachtungskanal eingebracht, die zu unterschiedlichen Amplituden des betreffenden Zernike-Polynoms gehören. Durch subjektive Vergleichsbeurteilung wird dann diejenige Amplitudenkorrektur ermittelt, die den betreffenden Abbildungsfehler subjektiv am besten kompensiert.The patent DE 101 03 763 C2 describes a method and a device of the type mentioned for subjective determination of higher order aberrations that make use of a decomposition into Zernike polynomials and in which the observation optics comprise a set of individual plates with optically active structures, each corresponding to a particular amplitude of a defined Zemike polynomial. Within the scope of a respective measurement process, for each aberration associated with a particular Zernike polynomial, different plates are introduced one after the other into the observation channel, which belong to different amplitudes of the relevant Zernike polynomial. By subjective comparison judgment then that amplitude correction is determined, which subjectively compensates the relevant aberration subjectively best.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, die eine Refraktionsbestimmung von optischen Abbildungsfehlern auch höherer Ordnung mit vergleichsweise geringem Aufwand ermöglichen.The invention is based on the technical problem of providing a device and a method of the type mentioned, which allow a refraction determination of optical aberrations also higher order with relatively little effort.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 3 und eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 oder 11. Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Satz von wenigstens einem oder von zwei optischen Kompensationselementen benutzt, die gleichzeitig hintereinander in den Beobachtungskanal eingebracht werden können und mit zugehörigen Funktionskomponenten eines die Abbildungsfehler beschreibenden Flä- chenbasisfunktionensatzes korrespondieren. Dabei sind die Kompensationselemente gegeneinander verdrehbar oder transversal verschiebbar und so gewählt, dass durch ihre Verdrehung bzw. Verschiebung unterschiedliche Gesamtamplitudenwerte der betreffenden Funktionskomponentensumme eingestellt werden können.The invention solves this problem by providing a device having the features of claim 1 or 3 and a method having the features of claim 9 or 11. According to the invention at least one set of at least one or two optical compensation elements is used, which at the same time in the Observation channel can be introduced and correspond with associated functional components of the aberrations describing Flächenbasefunktionensatzes. In this case, the compensation elements are mutually rotatable or transversely displaceable and chosen so that different total amplitude values of the relevant function component sum can be adjusted by their rotation or displacement.
Dies hat folglich den Vorteil, dass zur Amplitudenkorrektur eines jeweiligen Abbildungsfehlers schon ein oder zwei Kompensationselemente ausreichen können, die lediglich gegeneinander verdreht bzw. transversal verschoben werden müssen, um verschiedene Amplitudenwerte einzustellen. Dies reduziert erheblich die Anzahl an Kompensationselementen, die insgesamt zur Refraktionsbestimmung bzw. Korrektur der verschiedenen, in der Praxis auftretenden Abbildungsfehler benötigt werden. Denn pro Abbildungsfehler kann schon ein Satz von nur zwei Kompensationselementen genügen, ohne dass für jeden Amplitudenwert zusätzlich verschiedene Kompensationselemente nötig sind.This has the advantage that for the amplitude correction of a respective aberration already one or two compensation elements be sufficient, which only have to be rotated against each other or transversely shifted to set different amplitude values. This significantly reduces the number of compensation elements needed overall for refraction determination or correction of the various aberrations that occur in practice. After all, one set of only two compensation elements can suffice for each aberration, without the need for different compensation elements for each amplitude value.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 sind die Kompensationselemente so gewählt, dass sich bei gegensätzlicher Verdrehung bzw. transversaler Verschiebung durch entsprechende Dreh- oder Verschiebemittel der zugehörige Gesamtamplitudenwert betraglich zwischen null und einem Maximalwert stetig oder stufenweise verändern lässt.In a further development of the invention according to claim 4, the compensation elements are chosen so that can be varied continuously or stepwise in opposite rotation or transversal displacement by appropriate rotating or shifting the associated total amplitude value amount between zero and a maximum value.
In einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 sind die optischen Kompensationselemente basierend auf einem Satz von orthogonalen, rotationsinvarianten Flächenbasisfunktionen gewählt, wie Jacobi- oder Zernike-Polynome. Dies hat den Vorteil, dass die Korrekturbeiträge verschiedener Kompensationselementsätze, die zu verschiedenen Abbildungsfehlern gehören, voneinander unabhängig sind.In one embodiment of the invention according to claim 5, the optical compensation elements are selected based on a set of orthogonal, rotation-invariant surface basis functions, such as Jacobi or Zernike polynomials. This has the advantage that the correction contributions of different compensation element sets belonging to different aberrations are independent of each other.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 beinhaltet ein jeweiliger Kompensationselementsatz zur Korrektur eines entsprechenden Abbildungsfehlers ein Paar von gegeneinander verdrehbaren oder transversal verschiebbaren Kompensationselementen, die jeweils gemäß einer Kombination einer ungeraden und einer geraden Komponente der gewählten Flächenbasisfunktionen mit Einzelamplitudenwerten entgegengesetzten Vorzeichens gebildet sind. Durch geeignete Winkelorientierung ihrer Achsen bzw. ortsabhängige Formgebung kann dann der Gesamtamplitudenwert in seinem Betrag durch Verdrehen bzw. transversales Verschieben der beiden Kompensationselemente stetig zwischen null und der Summe der Beträge der Einzelamplitudenwerte verändert werden.In a development of the invention according to claim 6, a respective compensation element set for correcting a corresponding aberration includes a pair of mutually rotatable or transversely displaceable compensation elements, each formed according to a combination of an odd and a straight component of the selected surface basis functions with single amplitude values of opposite sign. By appropriate angular orientation of their axes or location-dependent shaping then the total amplitude value in its amount by turning or transversely shifting the two compensation elements continuously between zero and the sum of the amounts of the individual amplitude values are changed.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 sind die wenigstens zwei Kompensationselemente so gewählt, dass ihre zugehörige Funktionskomponentensumme von gleicher Ordnung des Flächenbasis- funktionssatzes ist wie ihre einzelnen Funktionskomponenten und unterschiedliche Gesamtamplitudenwerte durch gegenseitige Verdrehung einstellbar sind. So kann z.B. bei Verwendung von Zernike-Polynomen durch Kombination zweier nicht rotationssymmetrischer Kompensationselemente gleicher Ordnung ein in seiner Amplitude verstellbares Kompensationselement gleicher Ordnung nachgebildet werden. Das nach Anspruch 12 weitergebildete Verfahren entspricht einer solchen Vorgehensweise.In a further development of the invention according to claim 7, the at least two compensation elements are selected so that their associated function component sum of the same order of the surface basis function set is how their individual functional components and different total amplitude values are adjustable by mutual rotation. Thus, e.g. when using Zernike polynomials by combining two non-rotationally symmetric compensation elements of the same order an adjustable in its amplitude compensation element of the same order can be modeled. The further developed according to claim 12 method corresponds to such an approach.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 sind die wenigstens zwei Kompensationselemente so gewählt, dass durch gegenseitige transversale Verschiebung ihre Funktionskomponentensumme von anderer, z.B. niedrigerer Ordnung des Flächenbasisfunktionssatzes ist wie ihre einzelnen Funktionskomponenten und unterschiedliche Gesamtamplitudenwerte einstellbar sind. Im Fall von Zernike-Polynomen ist es dabei insbesondere auch möglich, ein rotationssymmetrisches optisches Kompensationselement mit verstellbarer Amplitude aus zwei gegeneinander transversal verschiebbaren, asymmetrischen optischen Kompensationselementen nachzubilden. Das nach Anspruch 13 weitergebildete Verfahren entspricht einer solchen Vorgehensweise.In a further development of the invention according to claim 8, the at least two compensation elements are selected so that by mutual transverse displacement their Funktionskomponentensumme of other, e.g. lower order of the surface basis function set is how their individual function components and different total amplitude values are adjustable. In the case of Zernike polynomials, it is in particular also possible to model a rotationally symmetrical optical compensation element with adjustable amplitude of two mutually transversely displaceable asymmetric optical compensation elements. The further developed according to claim 13 method corresponds to such an approach.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 14 werden mehrere Kompensationselementsätze zur Kompensation mehrerer zugehöriger Abbildungsfehler gleichzeitig bzw. durch sukzessives Hinzufügen hintereinander in den Beobachtungskanal einge- bracht. Dies realisiert einen Messvorgang im Rahmen der Refraktionsbestimmung, bei dem mehrere Abbildungsfehler erfasst und kompensiert werden können, ohne dazu Kompensationselemente im Beobachtungskanal austauschen zu müssen.In one embodiment of the inventive method according to claim 14, a plurality of compensation element sets for compensating a plurality of associated aberrations are inserted into the observation channel simultaneously or by successive addition in succession. introduced. This realizes a measuring process within the scope of the refraction determination, in which several aberrations can be detected and compensated without having to exchange compensation elements in the observation channel.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described below. Hereby show:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines Paares von entgegengesetzt drehbeweglichen Kompensationselementen zur Korrektur eines bestimmten Abbildungsfehlers im Rahmen einer subjektiven Refraktionsbestimmung,1 is a schematic perspective view of a pair of oppositely rotatable compensation elements for correcting a particular aberration in the context of a subjective refraction determination,
Fig. 2 eine Perspektivansicht zweier hintereinander angeordneter Kompensationselementpaare in einem Beobachtungskanal, die jeweils dem in Fig. 1 veranschaulichten Funktionsprinzip zur Korrektur je eines zugehörigen Abbildungsfehlers entsprechen, undFIG. 2 shows a perspective view of two pairs of compensation elements arranged one behind the other in an observation channel, which correspond in each case to the functional principle illustrated in FIG. 1 for correcting each associated aberration, and FIG
Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht eines einzelnen Kompensationselements für eine weitere Ausführungsform der Erfindung.Fig. 3 is a schematic perspective view of a single compensation element for a further embodiment of the invention.
Fig. 1 veranschaulicht schematisch ein Paar 1 von optischen Kompensationselementen 2, 3, nachfolgend auch als Testlinsen bezeichnet, die zur Korrektur bzw. Kompensation eines zugehörigen Abbildungsfehlers im Rahmen einer subjektiven Refraktionsbestimmung geeignet sind. Das Testlinsenpaar 1 ist Bestandteil einer Beobachtungsoptik und kann in einen Beobachtungskanal derselben eingebracht werden. Die Beobachtungsoptik umfasst außer dem gezeigten weitere Testlinsenpaare zur Kompensation anderer zugehöriger Abbildungsfehler. Im übrigen ist die zugehörige Vorrichtung zur subjektiven Refraktionsbestimmung von einem herkömmlichen Aufbau und umfasst je nach Bedarf weitere, herkömmliche Komponenten, was hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Das Bereitstellen der Testlinsenpaare basiert in diesem Beispiel auf einer Zerlegung von Wellenfrontaberrationen nach den bekannten Zerni- ke-Polynomen Zn,m in einer beliebigen bekannten Darstellungsform, z.B. der im erwähnten Lehrbuch von Born und Wolf gewählten Darstellung. Eine beliebige Wellenfrontaberration W(p,θ) lässt sich demgemäß in Polarkoordinaten (p,θ) als Summe der einzelnen orthonormalen Zernike- Polynome Zn,m(p,θ) wie folgt darstellen:1 schematically illustrates a pair 1 of optical compensation elements 2, 3, also referred to below as test lenses, which are suitable for the correction or compensation of an associated aberration in the context of a subjective refraction determination. The pair of test lenses 1 is part of an observation optics and can be introduced into an observation channel of the same. The observation optics includes, in addition to the shown further pairs of test lenses for compensation of other associated aberrations. Moreover, the associated device for subjective refraction determination of a conventional structure and includes, as needed, other conventional components, which requires no further explanation here. The provision of the test lens pairs in this example is based on a decomposition of wavefront aberrations according to the known zernike polynomials Z n , m in any known form of representation, for example the representation chosen in the mentioned textbook by Born and Wolf. Any wavefront aberration W (p, θ) can accordingly be represented in polar coordinates (p, θ) as the sum of the individual orthorormal Zernike polynomials Z n , m (p, θ) as follows:
Dabei gibt der Index n die Ordnungszahl des Zernike-Polynoms in radialer Richtung an, während der Index m die Frequenz des Winkels θ pro 360° angibt, wobei sich Werte ungleich null nur für die Bedingung ergeben, dass n-m gerade ist. Zemike-Polynome mit geradzahligem Index n und dem Wert null für den Index m sind stets rotationssymmetrisch, alle übrigen sind asymmetrisch und winkelabhängig. Ein positiver Wert für den Index m stellt die Veränderung in einer x-Richtung und ein negativer Wert eine solche in einer y-Richtung eines kartesischen xyz- Koordinatensystems dar. Die einzelnen Zernike-Polynome sind bekanntermaßen jeweils einem bestimmten Abbildungsfehler zugeordnet, und der Koeffizient cn,m in der obigen Zerlegung beschreibt folglich den Anteil des betreffenden Abbildungsfehlers an der Wellenfrontaberration W. Da die Zernike-Polynome einen orthonormalen Funktionensatz im Einheitskreis bilden, sind die einzelnen Koeffizienten cn,m unabhängig von der Ansatzlänge der Polynomzerlegung. In einer speziellen bekannten Darstellung werden die Zernike-Polynome nach geraden und ungeraden Polynomen unterschieden, welche die FormIn this case, the index n indicates the ordinal number of the Zernike polynomial in the radial direction, while the index m indicates the frequency of the angle θ per 360 °, non-zero values resulting only in the condition that nm is even. Zemike polynomials with even index n and the value zero for the index m are always rotationally symmetric, all others are asymmetric and angle dependent. A positive value for the index m represents the change in an x direction and a negative value one in a y direction of a Cartesian xyz coordinate system. The individual Zernike polynomials are known to be associated with a particular aberration, respectively, and the coefficient c Thus , n , m in the above decomposition describes the contribution of the respective aberration to the wavefront aberration W. Since the Zernike polynomials form an orthonormal set of functions in the unit circle, the individual coefficients c n , m are independent of the polynomial decomposition length. In a special known representation, the Zernike polynomials are distinguished by even and odd polynomials which are the shape
Zn-m(p,θ)=Rn m(p)sin(mθ) Zn m(p,θ)=Rn m(p)cos(mθ) haben, d.h. sie sind als Produkt einer reinen Radialfunktion Rn m(p) mit der reinen Winkelfunktion sin(mθ) bzw. cos(mθ) darstellbar, wobei die Radialfunktion Rn"1 nur für geradzahlige Differenzen von n-m ungleich null ist und in diesem Fall durch eine Summe von Polynomen der Variablen θ dargestellt werden kann.Z n - m (p, θ) = R n m (p) sin (mθ) Z n m (p, θ) = R n m (p) cos (mθ) that is, they can be represented as the product of a pure radial function R n m (p) with the pure angular function sin (mθ) or cos (mθ), where the radial function R n " 1 is nonzero only for even differences of nm and in In this case, it can be represented by a sum of polynomials of the variable θ.
Basierend auf einer solchen Zernike-Zerlegung der möglichen Wellen- frontaberrationen sind die Testlinsenpaare so gewählt, dass jedes Testlinsenpaar für die Kompensation eines zugehörigen Abbildungsfehlers sorgt. Mit anderen Worten sind die Testlinsenpaare korrespondierend zu den Zernike-Funktionen mit den Laufindizes n und m zur Korrektur eines zugehörigen Abbildungsfehlers einer Ordnung X gewählt und werden daher nachfolgend auch als [X-(n,m)]-Testlinsenpaare bezeichnet. In einer vorteilhaften Testlinsenwahl entsprechen die beiden Testlinsen 2, 3 des jeweiligen [X-(n,m)]-Testlinsenpaars 1, wie es in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, einer Kombination aus jeweils einer ungeraden und einer geraden Komponente der orthonormalen Zernike-Polynome, d.h. der Minus- und Pluskomponente derselben, wie folgt:Based on such Zernike decomposition of the possible wavefront aberrations, the pairs of test lenses are chosen such that each pair of test lenses compensates for an associated aberration. In other words, the test lens pairs corresponding to the Zernike functions with the running indices n and m are selected for correcting an associated aberration of order X and are therefore also referred to hereafter as [X (n, m)] test lens pairs. In an advantageous choice of test lens, the two test lenses 2, 3 of the respective [X (n, m)] test lens pair 1, as shown schematically in FIG. 1, correspond to a combination of one odd and one even component of the orthonormal Zernike Polynomials, ie the minus and plus components of the same, as follows:
a-[CnrmZn,-m(p,θ)+Cn,mZn,m(p,θ)]-b-[Cn,.mZn,-m(pIθ+π/m)+Cn,mZn,m(plθ+π/m)],a- [C nrm Z n, - m (p, θ) + C n, n m Z, m (p, θ)] - b- [C n. m Z n , -m (p I θ + π / m) + C n , m Z n , m (p l θ + π / m)],
wobei sie Einzelamplitudenwerte a, -b haben, die entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen und betraglich gleich oder unterschiedlich groß sein können, und in ihrer Achslage um den Winkel π/m zueinander versetzt angeordnet sind. Wie direkt aus der obigen Beziehung ersichtlich, kann der sich für das [X-(n,m)]-Testlinsenpaar 1 ergebende Gesamt- amplitudenwert stetig von null bis zu einem der Summe der Einzelamplitudenwerte entsprechenden Maximalwert verändert werden, indem die beiden Testlinsen 2, 3 synchron um gleiche Winkelbeträge in entgegengesetzten Richtungen verdreht werden. Speziell ergibt sich für einen maximalen Verdrehwinkel α von ±π/(2 m) und eine relative Achswinkel- läge von π/m ein Gesamtamplitudenwert von null. Diese Stellung der Testlinsen 2, 3 ist in Fig. 1 anhand entsprechender Positionen 5, 6 je eines Markier- oder Handhabungsstiftes für die jeweilige Testlinse 2, 3 veranschaulicht. Der maximale Gesamtamplitudenwert, welcher dem der Betragssumme der maximalen Einzelamplitudenwerte der beiden Testlinsen 2, 3 entspricht, ergibt sich für einen Drehwinkel α von 0°, d.h. für eine Parallelstellung der Testlinsenachsen, in Fig. 1 durch eine übereinstimmende Winkellage der Markier-/Handhabungsstifte 5', 61 veranschaulicht.wherein they have individual amplitude values a, -b, which have opposite signs and can be the same size or different in size, and are arranged offset in their axial position by the angle π / m to each other. As can be seen directly from the above relationship, the total amplitude value resulting for the [X (n, m)] pair of test lenses 1 can be varied continuously from zero to a maximum value corresponding to the sum of the individual amplitude values by the two test lenses 2, 3 are synchronously rotated by equal angular amounts in opposite directions. Specifically results for a maximum angle of rotation α of ± π / (2 m) and a relative Achswinkel- would be π / m a total amplitude value of zero. This position of the test lenses 2, 3 is illustrated in FIG. 1 by means of corresponding positions 5, 6 of a respective marking or handling pin for the respective test lens 2, 3. The maximum total amplitude value, which corresponds to the magnitude sum of the maximum individual amplitude values of the two test lenses 2, 3, results for a rotation angle α of 0 °, ie for a parallel position of the test lens axes, in FIG. 1 by a coincident angular position of the marker / handling pins 5 ', 6 1 illustrated.
Wenn folglich das Testlinsenpaar 1 in den Beobachtungskanal einer Beobachtungsoptik eingebracht wird, der entlang einer in Fig. 1 gezeigten optischen Achse 4 in der z-Richtung verläuft, d.h. parallel zur Verdrehachse der Testlinsen 2, 3 und senkrecht zu deren Hauptebenen, kann durch geeignete entgegengesetzte Verdrehung der beiden Testlinsen 2, 3 jeder beliebige Amplitudenbetrag zwischen null und dem möglichen Maximalwert zur Kompensation des zur betreffenden Zernike-Funktion Zn,m bzw. Zn,.m gehörigen Abbildungsfehlers erreicht werden. Somit kann durch das Testlinsenpaar 1 ein unendlicher Basissatz einzelner Testlinsen mit unterschiedlichen Amplituden über den gesamten, in Betracht kommenden Amplitudenwertebereich hinweg erzeugt werden, um jede beliebige Wellenfront im Einheitskreis zu erzeugen und so den Abbildungsfehler einer betrachteten Ordnung zu kompensieren. Insbesondere ist damit jeder beliebige asymmetrische Abbildungsfehler der betreffenden Ordnung ohne explizite Berücksichtigung der rotationssymmetrischen Komponente dieser Abbildungsfehlerordnung kompensierbar. Mindestens ein Zernike-Polynom kann hierbei eine Ordnung größer als zwei aufweisen.Consequently, when the pair of test lenses 1 is introduced into the observation channel of observation optics which extends along an optical axis 4 shown in FIG. 1 in the z-direction, ie parallel to the axis of rotation of the test lenses 2, 3 and perpendicular to their principal planes, may be suitably opposed Rotation of the two test lenses 2, 3 any amplitude amount between zero and the maximum possible value to compensate for the relevant Zernike function Z n , m or Z n . m associated with aberrations can be achieved. Thus, through the pair of test lenses 1, an infinite base set of individual test lenses with different amplitudes can be generated over the entire amplitude range of interest to produce any wavefront in the unit circle and thus compensate for the aberration of a considered order. In particular, any desired asymmetrical aberration of the relevant order can thus be compensated without explicit consideration of the rotationally symmetric component of this aberration order. At least one Zernike polynomial can have an order greater than two.
Die vorstehend genannten Verhältnisse gelten in ausreichender Näherung, solange die Testlinsen 2, 3 ausreichend eng beabstandet hintereinander angeordnet sind, d.h. insbesondere für die Näherung "dünner" Linsen. Bei demgegenüber größerem Linsenabstand können Abweichungen durch eine oder einige wenige zusätzliche Korrekturlinsenelemente korrigiert werden.The above-mentioned conditions apply to a sufficient approximation as long as the test lenses 2, 3 are arranged sufficiently closely spaced behind one another, ie, in particular for the "thinner" approximation. Lenses. On the other hand, with larger lens pitch deviations can be corrected by one or a few additional correction lens elements.
Wie anhand der vorstehenden Betrachtungen deutlich wird, ist ein großer Vorteil der Erfindung darin zu sehen, dass aus der Kombination der beiden gleichen bzw. ähnlichen [X-(n,m)]-Linsen 2, 3 in Form des Linsenpaars 1 jede Amplitudenstärke für jede Achslage zur Kompensation eines aktuell betrachteten Abbildungsfehlers eingestellt und erzeugt werden kann, d.h. die Anzahl der nötigen Testlinsen ist auf zwei oder nur wenig mehr pro Abbildungsfehler minimiert. Zudem entfällt der unkomfortable und zeitraubende Gläserwechsel bei der subjektiven Refraktionsbestimmung zum Einstellen verschiedener Amplituden, d.h. Stärken, indem stattdessen die beiden Testlinsen 2, 3 des Linsenpaares 1 entgegengesetzt verdreht werden. Anhand der subjektiven Aussagen einer untersuchten Person zu seiner visuellen Wahrnehmung können während einer Untersuchung entsprechende Veränderungen durch die entgegengesetzte Verdrehung der beiden Linsen 2, 3 vorgenommen werden, bis die untersuchte Person ihre beste Sehschärfe hinsichtlich des betreffenden Abbildungsfehlers erreicht.As is clear from the above considerations, a great advantage of the invention is the fact that from the combination of the two same or similar [X (n, m)] lenses 2, 3 in the form of the lens pair 1 each amplitude strength for each axis position can be set and generated to compensate for a currently considered aberration, ie the number of required test lenses is minimized to two or only a little more per aberration. In addition, the uncomfortable and time-consuming change of glasses in the subjective refraction determination eliminates the need to set different amplitudes, i. Strengths by instead the two test lenses 2, 3 of the lens pair 1 are rotated in opposite directions. Based on the subjective statements of an examined person to his visual perception corresponding changes can be made during an investigation by the opposite rotation of the two lenses 2, 3, until the person examined reaches its best visual acuity with respect to the imaging error.
Für diesen Untersuchungszweck kann eine entsprechende ophtalmolo- gische Vorrichtung als optometrische Vorrichtung zur subjektiven Refraktionsbestimmung bereitgestellt werden, die über die betreffende Beobachtungsoptik mit dem Beobachtungskanal verfügt, in welchen für jeden Abbildungsfehler ein derartiger Testlinsensatz mit einem Paar von entgegengesetzt verdrehbaren, mit dem zugehörigen Abbildungsfehler korrespondierenden Testlinsen bzw. Kompensationselementen eingebracht werden kann.For this purpose, a corresponding ophthalmological device can be provided as an optometric device for subjective refraction determination, which has the observation optics with the observation channel in which for each aberration such a test lens set with a pair of oppositely rotatable, corresponding with the associated aberration test lenses or compensation elements can be introduced.
Fig. 2 zeigt schematisch und vereinfacht einen solchen Beobachtungskanal mit einer optischen Achse 10, längs der hintereinander mehrere „ _Fig. 2 shows schematically and simplifies such an observation channel with an optical axis 10, along the succession more "_
Testlinsenpaare eingebracht werden können, wovon in Fig. 2 stellvertretend für etwaige weitere ein erstes Testlinsenpaar 11 und ein zweites Testlinsenpaar 12 explizit gezeigt sind. Das erste Testlinsenpaar 11 beinhaltet zwei eng benachbarte, dünne Linsen 13, 14 nach Art von Fig. 1 , die mit einer Verdrehmechanik in der gewünschten, oben zu Fig. 1 geschilderten Weise synchron um gleiche Winkelbeträge in entgegengesetzte Drehrichtungen verdrehbar sind. Die Verdrehmechanik beinhaltet je einen Zahnkranz 15, 16, mit dem je eine der Testlinsen 13, 14 drehfest verbunden ist. Die Zahnkränze 15, 16 sind kreisringförmig gestaltet und weisen an ihren einander zugewandten Flächen eine Zahnung auf. Eine Rändelschraube mit Drehgriff 17 fungiert als Bedienelement und weist einen Zahnradbereich 18 auf, der mit den beiden Zahnungen der Zahnkränze 15, 16 in Eingriff steht. Auf diese Weise ist ein Zahnstangengetriebe gebildet, das bei Drehung am Bediengriff 17 der Rändelschraube, wie mit einem Drehpfeil D symbolisiert, eine entgegengesetzte Verdrehung der beiden Zahnkränze 15, 16 und somit der mit diesen drehfest gekoppelten Testlinsen 13, 14 um gleiche Winkelbeträge bewirkt, wie mit den Drehpfeilen D1 und D2 veranschaulicht. Damit können die Testlinsen 13, 14 stufenlos zwischen einer Achsennulllage, symbolisiert durch einen Winkel ß gegenüber einer 0°-Orientierung, und einer maximalen Verdrehlage mit den Winkelstellungen -α bzw. +α synchron gegensätzlich verdreht werden. Optional ist an der Oberfläche der Zahnkränze 15, 16 eine nicht gezeigte Skala angebracht, an welcher die Gesamtwirkung der aktuellen Aberrationsfehlerkompensation durch das Testlinsenpaar 11 abgelesen werden kann.Pair of test lenses can be introduced, of which in FIG. 2 a first pair of test lenses 11 and a second pair of test lenses 12 are explicitly shown as being representative of any further ones. The first pair of test lenses 11 includes two closely adjacent, thin lenses 13, 14 in the manner of Fig. 1, which are rotatable synchronously by equal angular amounts in opposite directions of rotation with a twisting mechanism in the desired manner described above for Fig. 1. The twisting mechanism each includes a sprocket 15, 16, with each of the test lenses 13, 14 is rotatably connected. The sprockets 15, 16 are annular and have on their facing surfaces on a toothing. A thumbscrew with a rotary handle 17 acts as a control element and has a gear portion 18 which is in engagement with the two serrations of the sprockets 15, 16. In this way, a rack and pinion gear is formed, which symbolizes rotation of the operating handle 17 of the thumbscrew, as symbolized by a rotary arrow D, an opposite rotation of the two sprockets 15, 16 and thus with these non-rotatably coupled test lenses 13, 14 by the same angular amounts, such as illustrated with the rotation arrows D1 and D2. Thus, the test lenses 13, 14 continuously between an axis zero position, symbolized by an angle ß relative to a 0 ° orientation, and a maximum rotational position with the angular positions -α and + α synchronously rotated in opposite directions. Optionally, a scale, not shown, is attached to the surface of the sprockets 15, 16, from which the total effect of the current aberration error compensation by the pair of test lenses 11 can be read.
Das zweite Testlinsenpaar 12 beinhaltet in analoger Weise zwei mit der gleichen Verstellmechanik entgegengesetzt verdrehbare Testlinsen 19, 20, wobei der einzige Unterschied zum ersten Testlinsenpaar 11 darin besteht, dass die beiden Testlinsen 19, 20 zu einer anderen Kombination von Zernike-Polynomen und daher zu einem anderen Abbildungsfehler gehören. Es versteht sich, dass statt durch die gezeigte Verdrehmechanik die verdrehte Positionierung der jeweiligen beiden Testlinsen in beliebiger anderer herkömmlicher Weise bewirkt werden kann.The second pair of test lenses 12 analogously includes two oppositely rotatable with the same adjustment test lenses 19, 20, the only difference from the first pair of test lenses 11 is that the two test lenses 19, 20 to another combination of Zernike polynomials and therefore to a include other aberrations. It is understood that instead of the twisting mechanism shown, the twisted positioning of the respective two test lenses can be effected in any other conventional manner.
Somit ermöglicht diese ophtalmologische Vorrichtung eine subjektive Refraktionsbestimmung bzw. eine Korrektur oder Kompensation von Aberrationen, die den Vorteil hat, dass die untersuchte Person für jeden Abbildungsfehler und insbesondere auch für Aberrationen höherer Ordnung durch das zugehörige, in den Beobachtungskanal eingebrachte [X- (n,m)]-Testlinsenpaar den unkorrigierten mit dem korrigierten Seheindruck subjektiv vergleichen kann. Es kann auf diese Weise festgestellt werden, ob die Korrektur der einzelnen Aberrationen und insbesondere der Aberrationen höherer Ordnung tatsächlich zu einer Sehschärfenerhöhung und somit zur Verbesserung der optischen Abbildungsqualität des Auges führt. Unter diesem Aspekt kann die Korrektur solcher Aberrationen besonders bei Patienten, die unter einer optischen Pathologie leiden, zur Verbesserung des Sehvermögens und damit der Abbildungsqualität führen.Thus, this ophthalmological device allows a subjective refraction determination or correction or compensation of aberrations, which has the advantage that the examined person for each aberration and especially for higher order aberrations by the associated, introduced into the observation channel [X (n m)] - pair of test lenses can compare the uncorrected with the corrected visual impression subjectively. It can thus be determined whether the correction of the individual aberrations and in particular of the higher-order aberrations actually leads to a visual acuity increase and thus to an improvement in the optical imaging quality of the eye. From this point of view, the correction of such aberrations can lead to an improvement in vision and hence in imaging quality, especially in patients suffering from optical pathology.
Ein besonderer Vorzug der Erfindung besteht darin, dass die verschiedenen Testlinsenpaare 11 , 12 gleichzeitig im Beobachtungskanal angeordnet sein können. Wegen ihrer Auswahl auf der Basis eines Satzes orthogonaler Flächenbasisfunktionen ist gewährleistet, dass sich die hintereinander angeordneten Testlinsenpaare 11, 12 nicht gegenseitig beeinflussen bzw. stören, da sie jeweils orthogonalen Funktionen zugeordnet sind. Folglich kann zunächst z.B. das erste Testlinsenpaar 11 von Fig. 2 in den Beobachtungskanal als ein [X-(n1 ,m1)]-Testlinsenpaar zur Korrektur eines den Zernike-Polynomen mit den Indizes n1 und m1 entsprechenden Abbildungsfehlers in den Beobachtungskanal eingebracht und dieser Abbildungsfehler durch geeignetes Verdrehen der beiden Testlinsen 13, 14 optimal korrigiert werden. Anschließend kann in glei- eher Weise ein weiterer Abbildungsfehler, der zu Zernike-Polynomen mit den Indizes n2 und m2 gehört, wobei n2≠n1 und/oder m2≠m1 ist, durch Einbringen des zweiten Testlinsenpaares 12 als ein [X-(n2,m2)]- Testlinsenpaar in den Beobachtungskanal vor oder hinter das erste Testlinsenpaar 11 und geeignetes gegensätzliches Verdrehen seiner Testlinsen 19, 20 kompensiert werden, ohne dass dies irgendeinen Störeinfluss auf die bereits erfolgte Abbildungsfehlerkompensation durch das erste Testlinsenpaar 11 hat.A particular advantage of the invention is that the different test lens pairs 11, 12 can be arranged simultaneously in the observation channel. Because of their selection on the basis of a set of orthogonal surface basis functions, it is ensured that the test lens pairs 11, 12 arranged one behind the other do not interfere with each other, since they are respectively assigned orthogonal functions. Thus, first, for example, the first pair of test lenses 11 of FIG. 2 may be introduced into the observation channel as a [X (n1, m1)] pair of test lenses for correcting an aberration corresponding to the Zernike polynomials with the indices n1 and m1, and this aberration be optimally corrected by suitable rotation of the two test lenses 13, 14. Subsequently, in Rather, another aberration pertaining to Zernike polynomials with the indices n2 and m2, where n2 ≠ n1 and / or m2 ≠ m1, is by introducing the second pair of test lenses 12 as a [X (n2, m2)] pair of test lenses into the observation channel in front of or behind the first pair of test lenses 11 and suitable opposite rotation of its test lenses 19, 20 can be compensated without this having any interference with the already existing aberration compensation by the first pair of test lenses 11.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur subjektiven Bestimmung von Abbildungsfehlern einschließlich solchen höherer Ordnung wird die untersuchte Person schrittweise zur optimalen Korrektur der gesamten Abbildungsfehler geführt, wobei die einzelnen Abbildungsfehler getrennt voneinander entsprechend dem gewählten Satz orthogonaler Flächenbasisfunktionen bestimmt und kompensiert werden können. Es versteht sich, dass alternativ dieses Verfahren und diese Vorrichtung auch zur Abbildungsfehlerbestimmung in optischen Geräten verwendet werden können.By means of the procedure according to the invention for the subjective determination of aberrations including those of a higher order, the examined person is gradually guided to optimally correct the entire aberrations, wherein the individual aberrations can be determined and compensated separately from one another according to the selected set of orthogonal basis functions. It is understood that alternatively, this method and apparatus can also be used for aberration determination in optical devices.
Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß zur Refraktionsbestimmung wie folgt vorgegangen werden. Grundsätzlich wird für jeden Index n von null bis unendlich und für jeden Index m von null bis n, mit n-m gerade, ein bestes [X-(n,m)]-Testlinsenpaar ermittelt, in der Praxis eine endliche Untermenge von Funktionssatzindizes n, m, welche die relevanten Beiträge liefern, gegenüber denen die übrigen Beiträge insbesondere sehr hoher Ordnungen üblicherweise vernachlässigbar sind. Das [X-(n,m)]- Testlinsenpaar wird dann in eine Wendevorrichtung der zur Refraktionsbestimmung üblichen Art eingebracht und der Untersuchungsperson vorgehalten. Zur Bestimmung der besten Achslage erfolgt zunächst eine Grobermittlung im Winkelintervall [0,2π/m] in z.B. den vier Vorhalterichtungen [a (π/2-m)], mit a=0, 1 , 2, 3, durchgeführt. Dabei wird jeweils eine Wendebefragung vorgenommen, wie zur Refraktionsbestimmung an sich bekannt, d.h. das Testlinsenpaar wird der Untersuchungsperson zunächst in der einen und dann in der um 180° gewendeten Position vorgehalten. Die Wendeachse, um welche die 180°-Wendung erfolgt, entspricht in Fig. 2 der Stiel- bzw. Zahnradachse, um welche die Drehung mit dem Drehpfeil D erfolgt. Nach der Grobbestimmung erfolgt dann die genaue Bestimmung der besten Achslage durch die oben erläuterte gegensinnige Verdrehung der beiden Testlinsen 2, 3 des [X- (n,m)]-Testlinsenpaares 1 mit jeweiliger Wendebefragung. Damit ist dann die Bestimmung des [X-(n,m)]-Betrages der Refraktionsbestimmung für das gewählte Funktionssatz-Indexpaar (n, m) abgeschlossen.In other words, it is possible to proceed according to the invention for refraction determination as follows. Basically, for each index n from zero to infinity and for each index m from zero to n, with nm straight, a best [X (n, m)] test lens pair is determined, in practice a finite subset of function set indices n, m which provide the relevant contributions to which the other contributions, in particular very high orders, are usually negligible. The [X (n, m)] pair of test lenses is then introduced into a turning device of the type normally used for refraction determination and held ready for the person to be examined. In order to determine the best axial position, a coarse determination is first carried out in the angular interval [0.2π / m] in, for example, the four blind directions [a (π / 2-m)], where a = 0, 1, 2, 3. In each case, a turn survey is made, as for refraction determination known, ie the test lens pair is the investigator first held in the one and then in the 180 ° rotated position. The turning axis, about which the 180 ° turn occurs, corresponds in FIG. 2 to the stem or gear axis around which the rotation with the rotary arrow D takes place. After the rough determination, the exact determination of the best axial position is then carried out by the above-described opposing rotation of the two test lenses 2, 3 of the [X (n, m)] test lens pair 1 with a respective turn survey. This completes the determination of the [X (n, m)] amount of the refraction determination for the selected function set index pair (n, m).
Wie oben erwähnt, ändert sich an diesem ermittelten Betrag beim Einbringen von Testlinsen für andere (n,m)-Funktionssatz-lndexpaare wegen der Orthogonalität des gewählten Funktionensatzes nichts mehr. Es können, wie ebenfalls oben erwähnt, aus diesem Grund auch mehrere Testlinsenpaare für verschiedene (n,m)-lndexpaare gleichzeitig vorgehalten und eingestellt werden.As mentioned above, there is no change in this determined amount when introducing test lenses for other (n, m) function set index pairs because of the orthogonality of the selected function set. It is also possible, as also mentioned above, to store and set several pairs of test lenses for different (n, m) index pairs at the same time.
Für die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wurden jeweils zwei asymmetrische (d.h. m≠o) Testlinsen n. Ordnung benutzt, deren Kombination ein entsprechend asymmetrisches Korrekturelement gleicher Ordnung n ergibt, dessen Amplitude sich durch gegenseitige Verdrehung der beiden Testlinsen um die optische Systemachse zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert verstellen lässt. Die Erfindung umfasst darüber hinaus auch die Möglichkeit, zwei asymmetrische Testlinsen n. Ordnung transversal, d.h. quer zur optischen Achse, verschiebbar anzuordnen, deren Einzelamplituden entgegengesetzte Vorzeichen haben, in Verallgemeinerung des oben zur DE 24 12 059 C2 erwähnten anamorphotischen Linsenelements. Es zeigt sich, dass z.B. bezogen auf die obigen Zernike-Polynome durch Kombination zweier derartiger asymmetrischer Linsenelemente der Ordnung (n,m) mittels geeigneter transversaler gegenseitiger Verschiebung ein Korrekturele- ment anderer Ordnung (n',m') nachgebildet wird, dessen Amplitude e- benfalls stetig verstellbar ist, äquivalent zur oben erläuterten gegensinnigen Verdrehung der dort verwendeten Testlinsenelemente, um den [X- (n',m')]-Beitrag bei der Refraktions- bzw. Achslagebestimmung zu ermitteln.For the above-described embodiments, two asymmetric (ie m ≠ o) n. Order test lenses were used, the combination of which produces a correspondingly asymmetrical correction element of the same order n whose amplitude is determined by mutual rotation of the two test lenses about the optical system axis between a minimum and a minimum a maximum value can be adjusted. The invention also includes the possibility of two asymmetric test lenses n. Order transversely, ie transverse to the optical axis to arrange slidably, whose individual amplitudes have opposite signs, in generalization of the above to DE 24 12 059 C2 mentioned anamorphic lens element. It can be seen that, for example, with reference to the above Zernike polynomials, by combining two such asymmetrical lens elements of order (n, m) by means of a suitable transverse mutual displacement, a correction element of another order (n ', m') is simulated whose amplitude is e- benfalls continuously adjustable, equivalent to the above-described opposing rotation of the test lens elements used there to the [X (n ', m')] - contribution to the Determine refraction or Achslagebestimmung.
So kann z.B. bei Verwendung eines Testlinsenpaares der Ordnung (3,1) durch gegenseitiges Verschieben in x-Richtung, wie mit einem Pfeil Tx in Fig. 1 symbolisiert, ein Korrekturelement der Ordnung (2,0) nachgebildet werden, durch entsprechendes Verschieben in y-Richtung, wie mit einem Pfeil Ty in Fig. 1 symbolisiert, ein Korrekturelement der Ordnung (2,2).Thus, e.g. when using a test lens pair of the order (3.1) by mutual displacement in the x direction, as symbolized by an arrow Tx in Fig. 1, a correction element of the order (2.0) are simulated by corresponding displacement in the y direction, as symbolized by an arrow Ty in Fig. 1, a correction element of order (2, 2).
Somit ist das oben erläuterte Vorgehen nicht nur für die asphärischen, sondern auch für die sphärischen Beiträge möglich, d.h. ein entsprechendes sphärisches Korrekturelement, wie es z.B. von (2n,0)-Zemike- Polynomen repräsentiert wird, stellt eine Verallgemeinerung des in der DE 24 12 059 C2 erwähnten veränderlichen sphärischen Linsenelementes dar. Durch Kombinieren und geeignetes transversales Relativverschieben zweier asymmetrischer (2n+1 ,±1)-Testlinsenelemente lässt sich folglich ein sphärisches Korrekturelement der Zernike-Polynom- Ordnung (2n,0) simulieren, dessen Amplitude für den zugehörigen sphärischen Beitrag stetig verändert werden kann.Thus, the above-described procedure is possible not only for the aspheric but also for the spherical contributions, i. a corresponding spherical correction element, e.g. is represented by a generalization of the variable spherical lens element mentioned in DE 24 12 059 C2. Combining and appropriate transverse relative displacement of two asymmetric (2n + 1, ± 1) -test lens elements is possible thus simulating a spherical correction element of the Zernike polynomial order (2n, 0), the amplitude of which can be changed continuously for the associated spherical contribution.
Beim oben anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiele kann durch Verwendung je eines Testlinsenpaars die Amplitude variabel eingestellt werden, wie erläutert. Durch das ebenfalls beschriebene, gekoppelte Wenden des jeweiligen Linsenpaars um eine zu seiner optischen Achse senkrechte Wendeachse kann die Achslage bestimmt werden. Es zeigt sich, dass eine Refraktionsbestimmung für beliebige Ordnungen eines entsprechenden orthonormalen Funktionensatzes, wie der Zemike-Polynome, auch schon unter Verwendung von nur jeweils einer Testlinse bzw. einem Kompensationselement pro jeweiliger Funktionskomponente der zugrundegelegten Flächenbasisfunktionen möglich ist. Fig. 3 zeigt für ein derartiges Ausführungsbeispiel ein Kompensationselement 30 mit Stielachse 31 , wobei durch entsprechende herkömmliche Mittel das Kompensationselement 30 um seine optische Achse drehbar und um eine dazu senkrechte Wendeachse wendbar ist. Im Folgenden werden nähere Erläuterungen zur Refraktionsbestimmung mit Hilfe dieses Kompensationselements 30 gegeben, wobei die oben eingeführten Indizes n und m für die zugrundegelegten Flächenbasisfunktionen, hier die Zernike-Polynome, benutzt sind und γ=1807m einen sogenannten Stielwinkel sowie η=2γ=3607m einen sogenannten Markierungswinkel bezeichnen, der mit auf dem Kompensationselement 30 vorgesehenen, an sich bekannten Markierungen 32 (z.B. roten/g rünen/weißen Markierungen) korrespondiert.In the embodiments described above with reference to Figures 1 and 2, the amplitude can be variably adjusted by using each pair of test lenses, as explained. By the likewise described, coupled turning of the respective lens pair about a turning axis perpendicular to its optical axis, the axial position can be determined. It turns out that a refraction determination for arbitrary orders of a corresponding orthonormal set of functions, such as the Zemike polynomial, is already possible using only one test lens or one compensation element per respective functional component of the underlying surface basis functions. Fig. 3 shows for such an embodiment, a compensation element 30 with stem axis 31, wherein by corresponding conventional means, the compensation element 30 is rotatable about its optical axis and about a turning axis perpendicular thereto reversible. In the following, more detailed explanations are given for the refraction determination with the aid of this compensation element 30, the indices n and m introduced above being used for the underlying surface basis functions, here the Zernike polynomials, and γ = 1807m being a so-called stalk angle and η = 2γ = 3607m being a so-called Marking angle corresponding to provided on the compensation element 30, known per se markers 32 (eg, red / g green / white marks) corresponds.
Mit einem Satz vorzugsweise mehrerer der Elemente 30 von Fig. 3 für verschiedene Amplituden lässt sich eine Vorrichtung zur Refraktionsbestimmung von optischen Abbildungsfehlern realisieren, die durch einen Satz von Flächenbasisfunktionen beschreibbar sind, mit einer Beobachtungsoptik, die mehrere in einen Beobachtungskanal einbringbare optische Elemente (Kreuzlinsen) umfasst. Die Beobachtungsoptik umfasst wenigstens einen Satz von wenigstens einem optischen Kompensationselement, der mit zugehörigen Funktionskomponenten der die Abbildungsfehler beschreibenden Flächenbasisfunktionen korrespondiert und in den Beobachtungskanal einbringbar ist und auch zur Achslagenbestimmung eingesetzt werden kann, indem es um die optische Achse drehbar und senkrecht zur optischen Achse um eine definierte Achse wendbar ist, in Verallgemeinerung der Funktionsweise des bekannten Kreuzzylinders. Das Element bildet eine X(n,m)Linse mit variabel ein- . -With a set of preferably several of the elements 30 of FIG. 3 for different amplitudes, it is possible to realize a device for refraction determination of optical aberrations that can be described by a set of surface basis functions, with an observation optical system that has several optical elements (cross lenses) that can be introduced into an observation channel. includes. The observation optics comprise at least one set of at least one optical compensation element which corresponds to associated functional components of the surface aberrations describing aberrations and can be introduced into the observation channel and can also be used for axis position determination by being rotatable about the optical axis and perpendicular to the optical axis Defined axis is reversible, in generalization of the operation of the known cross cylinder. The element forms an X (n, m) lens with variably , -
stellbarer Amplitude, die um die optische Achse beliebig drehbar ist, so dass die Achsen mit maximaler und minimaler Amplitude parallel zu einer beliebigen anderen, senkrecht zur optischen Achse stehenden Refraktionsachse ausgerichtet werden können, und die besagte, beliebige X(n,m)-Linse mit variabel eingestellter Amplitude senkrecht zur optischen Achse um definierte Achsen (dies sind in Figur 1 z.B. entweder die Stielachse 5' und 6") und um eine zusätzliche Achse, die durch maximale und minimale Amplituden bestimmt ist, wendbar ist. Für m=2 entspricht dies einer Verallgemeinerung des bekannten Jackson-Kreuzzylinders. Für m=1 entspricht es einer Kreuzkomalinse.adjustable amplitude, which is freely rotatable about the optical axis, so that the axes of maximum and minimum amplitude can be aligned parallel to any other axis of refraction perpendicular to the optical axis, and the said, any X (n, m) lens with variably set amplitude perpendicular to the optical axis about defined axes (these are eg in Figure 1 either the stem axis 5 'and 6 ") and an additional axis, which is determined by maximum and minimum amplitudes, is reversible m = 2 corresponds this is a generalization of the well-known Jackson cross-cylinder, for m = 1 it corresponds to a cross-Komalinse.
Im Fall des Linsenpaares liegt ein Zernike-Linsenpaar X(n,m) vor mit variabel einstellbarer Amplitude, die um die optische Achse beliebig drehbar ist, so dass sowohl die Achsen mit maximaler und minimaler Amplitude (das ist z.B. in Figur 3 die Achse, die durch die Markierung (o) und (-) geht) als auch die Achsen ohne Amplitude (das ist in Figur 3 z.B. die Stielachse im Stielwinkel 1807(2*m) gemäß TABO Schema) parallel zu einer beliebigen anderen, senkrecht zur optischen Achse stehenden Refraktionsachse ausgerichtet werden können, und dieses besagte, beliebig gedrehte Zernike-Linsenpaar X(n,m) mit variabel eingestellter Amplitude senkrecht zur optischen Achse um eine definierte Achse (dies ist in Figur 3 z.B. entweder die Stielachse oder die Achse durch die Markierungen (0) und (-) ) wendbar ist. Wie beim bekannten Kreuzzylinder (m=2!) kann man dann durch Wendebefragung sowohl die Amplitude verstärken oder abschwächen, als auch dureh Wendebefr-agung, wie im Text erläutert, die Achslage bestimmen. Beispielsweise wären für eine „Kreuzdreiblattlinse" (m=3) wie in Fig. 3 angedeutet die beiden Markierungen (o) gemäß TABO Schema für a? 0,1 im Winkel a*3607(2*m)=0*360/(2*3)°=0° und im Winkel 1*360/(2*3)°=60°, die beiden Markierungen (-) in den beiden Winkel a*3607(2*m)+180°; a? 0,1). Beim Einzelelement 30 von Fig. 3 bildet dieses eine Zernike-Linse Z(n,m) gewisser Amplitude (in einem Satz sind dann mehrere Elemente 30 unterschiedlicher Amplitude verwendbar), die um die optische Achse beliebig drehbar ist, so dass sowohl die Achsen mit maximaler und minimaler Amplitude (das ist z.B. in Figur 3 die Achse, die durch die Markierung (o) und (-) geht) als auch die Achsen ohne Amplitude (das ist in Figur 3 z.B. die Stielachse im Stielwinkel ?=1807(2*m) gemäß TABO Schema) parallel zu einer beliebigen anderen, senkrecht zur optischen Achse stehenden Refraktionsachse ausgerichtet werden können, und diese besagte beliebig gedrehte Zernike-Linse Z(n,m) senkrecht zur optischen Achse um eine definierte Achse (dies ist in Figur 3 z.B. entweder die Stielachse oder die Achse durch die Markierungen (0) und (-) ) wendbar ist. Wie beim bekannten Kreuzzylinder (m=2!) kann man dann durch Wendebefragung sowohl die Amplitude verstärken oder abschwächen, als auch als auch durch Wendebefragung, wie im Text erläutert, die Achslage bestimmen. Beispielsweise wären für eine „Kreuzdreiblattlinse" (m=3) wie in Fig. 3 angedeutet die beiden Markierungen (o) gemäß TABO Schema für a? 0,1 im Winkel a*360o/(2*m)=0*360/(2*3)o=0° und im Winkel 1*360/(2*3)°=60°, die beiden Markierungen (-) in den beiden Winkel a*3607(2*m)+180°; a? 0,1).In the case of the pair of lenses, a Zernike pair of lenses X (n, m) is provided with variably adjustable amplitude, which is arbitrarily rotatable about the optical axis, so that both the axes with maximum and minimum amplitude (that is, for example, in FIG. which passes through the mark (o) and (-)) as well as the axes without amplitude (that is in Figure 3, for example, the stem axis in the stalk angle 1807 (2 * m) according to TABO scheme) parallel to any other, perpendicular to the optical axis can be aligned, and this said, arbitrarily rotated Zernike lens pair X (n, m) with variably set amplitude perpendicular to the optical axis about a defined axis (this is in Figure 3, for example, either the stem axis or the axis through the markings ( 0) and (-)) is reversible. As with the known cross-cylinder (m = 2!), One can then amplify or weaken the amplitude by means of a turn survey, as well as determine the axis position by turning it over, as explained in the text. For example, for a "cruciform three-bladed lens" (m = 3), as indicated in FIG. 3, the two markings (o) according to the TABO scheme would be for a 0.1 at the angle a * 3607 (2 * m) = 0 * 360 / (2 * 3) ° = 0 ° and at an angle of 1 * 360 / (2 * 3) ° = 60 °, the two marks (-) at the two angles a * 3607 (2 * m) + 180 °; a? 0, 1). In the individual element 30 of FIG. 3, this forms a Zernike lens Z (n, m) of certain amplitude (in one set several elements 30 of different amplitudes can be used), which is arbitrarily rotatable about the optical axis, so that both the axes with maximum and minimum amplitude (eg, in Figure 3, the axis passing through the mark (o) and (-)) and the axes without amplitude (eg, in Figure 3, the stem axis in the stick angle = 1807 (2 *) m) according to TABO scheme) parallel to any other, can be aligned perpendicular to the optical axis refraction axis, and said said arbitrarily rotated Zernike lens Z (n, m) perpendicular to the optical axis about a defined axis (this is in Figure 3 For example, either the stem axis or the axis by the markers (0) and (-)) is reversible. As with the known cross cylinder (m = 2!) You can then increase the amplitude or weaken by turning survey, as well as by turning survey, as explained in the text, determine the Achslage. For example, for a "cruciform three-blade lens" (m = 3), as indicated in Fig. 3, the two markings (o) according to the TABO scheme would be at a 0.1 angle α * 360 o / (2 * m) = 0 * 360 / (2 * 3) o = 0 ° and at an angle 1 * 360 / (2 * 3) ° = 60 °, the two marks (-) at the two angles a * 3607 (2 * m) + 180 °; a? 0.1).
Es sei angemerkt, dass das System Auge-Brille bei einer Augenrefraktionsbestimmung ein Linsenpaar bildet, bei dem die zwei optischen Kompensationselemente von Fig. 1 bzw. 2 im Auge als negatives Refraktionsdefizit und Fernpunktrefraktion angesehen werden können und zusammen eine X(n,m)-Linse bilden.It should be noted that the eye-glasses system in an eye-refraction determination forms a pair of lenses in which the two optical compensation elements of FIGS. 1 and 2 can be regarded as negative refractive deficit and far-point refraction in the eye and together form an X (n, m). Forming a lens.
Wenngleich in der obigen Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele hauptsächlich auf die Zernike-Polynome Bezug genommen wurde, versteht es sich, dass alternativ andere bekannte orthonormale Flä- chenbasisfunktionen, wie Jacobi-Funktionen, Gram-Schmid-Orthogo- nalisierung oder Wavelets, gewählt werden können, auf deren Basis ge- eignete, gegeneinander verdrehbare Kompensationselemente bereitgestellt werden. Je nach gefordertem Verhalten gegenüber Drehungen kann ein jeweiliges Kompensationselement auch nur mit einem Funkti- onsterm korrespondieren, statt der oben beschriebenen additiven Kombination zweier Funktionsterme, wie einer Minus- und Pluskomponente. Die Herstellung entsprechender Kompensationselemente bzw. Testlinsen ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres aus der gewählten Korrespondenz mit den entsprechenden Flächenbasisfunktionen. Although in the above description of advantageous embodiments, reference has been made mainly to the Zernike polynomials, it is to be understood that alternatively other known orthonormal surface basis functions, such as Jacobi functions, Gram-Schmid orthogonalization or wavelets, can be chosen whose basis is suitable, against each other rotatable compensation elements are provided. Depending on the required behavior with regard to rotations, a respective compensation element can also correspond to only one function term, instead of the above-described additive combination of two function terms, such as a minus and plus component. The preparation of corresponding compensation elements or test lenses results for the skilled person readily from the selected correspondence with the corresponding surface basis functions.
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