DE102010024606A1

DE102010024606A1 - Aberrometrisches Messsystem

Info

Publication number: DE102010024606A1
Application number: DE102010024606A
Authority: DE
Inventors: Dr. Seeßelberg Markus; Dipl.-Ing. Kübler Christoph; Herbert Gross
Original assignee: Carl Zeiss Surgical GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: DE102010024606B4

Abstract

Aberrometrisches Messsystem zur Bestimmung der Refraktion eines Auges aufweisend: eine Abbildungsoptik zum Abbilden einer Objektebene des aberrometrischen Messsystems in eine Bildebene des aberrometrischen Messsystems, und einen Wellenfrontsensor mit einer Eintrittsfläche, wobei die Eintrittsfläche entlang einer optischen Achse der Abbildungsoptik in einem Detektionsbereich um die Bildebene angeordnet ist, wobei die Abbildungsoptik aufweist: eine erste optische Baugruppe mit einer positiven Brechkraft, eine zweite optische Baugruppe mit einer negativen Brechkraft, eine dritte optische Baugruppe mit einer positiven Brechkraft, wobei das aberrometrische Messsystem so ausgebildet ist, dass von der Objektebene ausgehendes Messlicht nach Durchlaufen der ersten optischen Baugruppe in die zweite optische Baugruppe eintritt und nach Durchlaufen der zweiten optischen Baugruppe in die dritte optische Baugruppe eintritt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aberrometrisches Messsystem mit einem Wellenfrontsensor und einer Abbildungsoptik. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein aberrometrisches Messsystem mit einem Wellenfrontsensor und einer Abbildungsoptik, welches durch Bereitstellen eines hinreichend großen Abstandes zwischen der Abbildungsoptik und eines zu untersuchenden Objektes beispielsweise für eine medizinische Operation, insbesondere eine Augenoperation geeignet ist.
Kurze Darstellung des Standes der Technik
Unter dem Begriff der objektiven Refraktion werden Untersuchungsmethoden zusammengefasst, mittels derer die refraktiven Fehler des Auges, wie beispielsweise Myopie, Hyperopie und Astigmatismus, unabhängig von Angaben des Patienten über subjektive Sinneseindrücke gemessen werden. Die Aberrometrie zählt zu diesen Methoden. Hierbei wird die Wellenfront eines Lichtstrahles von Messlicht gemessen, der durch die Pupille des zu untersuchenden Auges austritt. Das aus dem Auge austretende Messlicht wird beispielsweise dadurch erzeugt, dass ein in das Auge eintretender Beleuchtungsstrahl von der Retina reflektiert wird.
Ist der Beleuchtungsstrahl so eingestellt, dass die Retina in einem einzelnen, kleinen Punkt beleuchtet wird, so emittiert ein ideales emmetropes Auge eine ebene Wellenfront, wenn die Augenlinse auf die Ferne eingestellt, also nicht akkomodiert ist. Bei fehlsichtigen Augen ergibt sich eine Abweichung von der ebenen Wellenfront. Die Abweichung der Fläche einer Wellenfront eines gemessenen Auges von der Fläche einer Wellenfront eines idealen emmetropen Auges kann mathematisch beispielsweise durch eine gewichtete Summe von Zernike-Koeffizienten dargestellt werden. Aus ermittelten Zernike-Koeffizienten eines untersuchten Auges ist es dann möglich, die refraktiven Fehler des Auges zu berechnen.
Aus dem Stand der Technik sind Wellenfrontsensoren zum Charakterisieren einer Form einer Wellenfront für Messlicht bekannt Insbesondere können solche Wellenfrontsensoren zum Vermessen von Abberationen des menschlichen Auges unter Verwendung eines Hartmann-Shack-Sensors verwendet werden, wie in J. Liang, B. Grimm, S. Goelz, J. F. Rille, "Objektive measurement of wave aberrations of the human eye with the use of a Hartmann-Shack wave-front sensor", J. Opt. Soc. Am. A 11 (1994) pp. 1949–1957, beschrieben. Ein Hartmann-Shack-Sensor umfasst dabei insbesondere ein in einer Ebene angeordnetes Feld von Mikrolinsen, in deren gemeinsamer Brennebene ein ortsauflösender Lichtsensor angeordnet ist. Mit einem solchen Hartmann-Shack-Sensor kann eine Form einer Wellenfront, welche auf das Feld von Mikrolinsen auftrifft, durch Bestimmen von lokalen Neigungen der Wellenfront in den Bereichen der einzelnen Mikrolinsen bestimmt werden.
Ein Beispiel für eine Augenoperation unter Einsatz eines Aberrometers ist die Kataraktoperation zur Beseitigung des grauen Stars. Hierbei wird die getrübte Augenlinse des Patienten durch eine Intraokularlinse ersetzt. Durch den Einsatz eines Aberrometers kann der Arzt während der Augenoperation überprüfen, ob die dem Patienten eingesetzte Intraokularlinse die richtige Stärke hat, ob der Sitz der Intraokularlinse der richtige ist und in welchem Ausmaß Sehfehler durch die Intraokularlinse korrigiert werden. Ferner kann dabei auch überprüft werden ob im Falle einer torischen Intraokularlinse die Intraokularlinse in der richtigen Orientierung eingesetzt wurde. Des Weiteren kann der Arzt mit einem Aberrometer die Brechkraft eines aphaken Auges vermessen. Basierend auf diesen Messdaten kann der Arzt die passende Intraokularlinse für den Patienten auswählen.
Um aberrometrische Messungen während einer Augenoperation durchzuführen ist es vorteilhaft, dass das aberrometrische Messsystem kompakt ausgebildet ist, damit der Arzt bei einer Anordnung des aberrometrischen Messsystems in Messposition vor dem Auge noch genügend Platz hat, um die erforderlichen Schritte zur Operation oder Untersuchung am Auge vorzunehmen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aberrometrisches Messsystem bereitzustellen, welches einen effizienten Einsatz bei ophthalmologischen Operationen erlaubt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein aberrometrisches Messsystem zur Bestimmung der Refraktion eines Auges bereitgestellt, aufweisend:
eine Abbildungsoptik zum Abbilden einer Objektebene des aberrometrischen Messsystems in eine Bildebene des aberrometrischen Messsystems, und
einen Wellenfrontsensor mit einer Eintrittsfläche, wobei die Eintrittsfläche entlang einer optischen Achse der Abbildungsoptik in einem Detektionsbereich um die Bildebene angeordnet ist,
wobei die Abbildungsoptik aufweist:
eine erste optische Baugruppe mit einer positiven Brechkraft,
eine zweite optische Baugruppe mit einer negativen Brechkraft,
eine dritte optische Baugruppe mit einer positiven Brechkraft,
wobei das aberrometrische Messsystem so ausgebildet ist, dass von der Objektebene ausgehendes Messlicht nach Durchlaufen der ersten optischen Baugruppe in die zweite optische Baugruppe eintritt und nach Durchlaufen der zweiten optischen Baugruppe in die dritte optische Baugruppe eintritt. Die Abbildungsoptik bildet eine Objektebene auf die Bildebene ab. In anderen Worten ist die Abbildungsoptik so ausgebildet dass die Objektebene und die Bildebene optisch konjugierte Ebenen bilden. Das führt unter anderem dazu, dass Strahlen, die von einem Punkt auf der Objektebene ausgehen, in einem Punkt in der Bildebene wieder vereinigt werden.
In der Objektebene des aberrometrischen Messsystems ist die Hornhaut eines zu untersuchenden Auges anordenbar. Dadurch ist die aus dem Auge austretende Wellenfront durch das aberrometrische Messsystem messbar. Wird die Retina des Auges punktförmig beleuchtet, so emittiert ein ideales normalsichtiges Auge eine ebene Wellenfront. Ein fehlsichtiges Auge kann hingegen Wellenfronten emittieren, die von der ebenen Wellenfront abweichen. Durch eine Messung der von dem Auge emittierten Wellenfront können Abbildungsfehler des Auges gemessen werden.
Die Abbildungsoptik kann so ausgebildet sein, dass die Bildebene die einzige Ebene ist, die optisch konjugiert zur Objektebene ist. In anderen Worten kann die Abbildungsoptik so ausgebildet sein, dass keine Zwischenbildebene erzeugt wird. Dadurch kann insbesondere eine kurze Länge der Abbildungsoptik erreicht werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Abbildungsoptik ausgebildet ist, dass sie eine Zwischenbildebene erzeugt.
Der Wellenfrontsensor kann beispielsweise einen Hartmann-Shack-Sensor und/oder einen Talbot-Moiré Sensor aufweisen. Es sind jedoch auch andere Sensoren denkbar, durch die zumindest ein Parameter der Wellenfront in der Bildebene gemessen werden kann.
Der Wellenfrontsensor weist eine Eintrittsfläche auf. Die Eintrittsfläche kann definiert werden als Fläche, auf der vom Wellenfrontsensor die Wellenfront gemessen wird. Weist der Wellenfrontsensor einen Hartmann-Shack-Sensor auf, so kann das Mikrolinsenarray die Eintrittsfläche des Wellenfrontsensors sein. Die Eintrittsfläche ist entlang der optischen Achse in einem Detektionsbereich um die Bildebene angeordnet. Der Detektionsbereich kann definiert werden als ein Bereich entlang der optischen Achse der Abbildungsoptik, um den die Eintrittsfläche des Wellenfrontsensor von der Bildebene verschoben angeordnet sein kann. Ist die Eintrittsfläche innerhalb des Detektionsbereiches und nicht exakt auf der Bildebene angeordnet, so kann die Wellenfront in der Bildebene dennoch aus Daten des Wellenfrontsensors berechnet werden.
In anderen Worten kann der Detektionsbereich definiert werden als ein Bereich entlang der optischen Achse, der die Bildebene umfasst und in dem Daten gemessen werden können, aus denen die Wellenfront in der Bildebene berechnet werden kann.
Beispielsweise kann der Detektionsbereich geringer sein als ein Zehntel, insbesondere ein Fünfzigstel oder ein Hundertstel oder ein Tausendstel des Abstandes entlang der optischen Achse zwischen der Objektebene und der Bildebene.
Beispielsweise kann der Detektionsbereich geringer sein als 30 mm oder 6 mm oder 3 mm oder 0,3 mm.
Insbesondere kann die Eintrittsfläche des Wellenfrontsensors in der Bildebene angeordnet sein.
Eine optische Baugruppe kann beispielsweise Linsen, und/oder Spiegel umfassen. Eine optische Baugruppe kann auch eine Gruppe von Linsen und/oder Spiegel umfassen. Ebenfalls ist es denkbar, dass eine optische Baugruppe aus einer einzelnen Linse, einem einzelnen Spiegel und/oder einem einzelnen Kittglied besteht.
Ferner kann eine optische Baugruppe mindestens ein refraktives optisches Element, wie eine Linse, ein Kittglied und/oder einen Spiegel aufweisen.
Des Weiteren kann die erste, die zweite und/oder die dritte optische Baugruppe jeweils eine Eintrittsfläche und eine Austrittsfläche aufweisen. Die Eintrittsfläche kann als die erste refraktive Fläche der optischen Baugruppe definiert werden, die ein Strahl des Messlichts, ausgehend von der Objektebene, durchsetzt. Ferner kann die Austrittsfläche als die letzte refraktive Fläche der optischen Baugruppe definiert werden, die der Messstrahl, ausgehend von der Objektebene, durchsetzt.
Die Eintrittsfläche und/oder die Austrittsfläche der optischen Baugruppe können beabstandet von anderen refraktiven Flächen angeordnet sein, wobei ein Strahl des Messlichts, von der Oberfläche kommend, vor Eintritt in die Eintrittsfläche einen Luftspalt durchschreitet und/oder wobei der Strahl nach Verlassen der Austrittsfläche einen Luftspalt durchschreitet. Ferner können alle anderen refraktiven Flächen der jeweiligen optische Baugruppe entlang der optischen Achse zwischen der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche angeordnet sein.
Die Abbildungsoptik kann so ausgebildet sein, dass der Brennpunkt der ersten optischen Baugruppe zwischen der Austrittsfläche der zweiten optischen Baugruppe und der Bildebene liegt. In anderen Worten kann die zweite optische Baugruppe zwischen der Austrittfläche der ersten optischen Baugruppe und dem Brennpunkt der ersten optischen Baugruppe angeordnet sein.
Die erste, die zweite und die dritte optische Baugruppe können beabstandet voneinander angeordnet sein. In anderen Worten ist die erste optische Baugruppe mit einem Abstand von der zweiten und der dritten optischen Baugruppe angeordnet und die zweite optische Baugruppe ist mit einem Abstand von der dritten optischen Baugruppe angeordnet.
Insbesondere können die Abstände zwischen einander benachbarten optischen Baugruppen jeweils größer als ein Mindestabstand sein. Der Mindestabstand kann beispielsweise 1/10, 1/20 oder 1/30 des Abstandes von der ersten refraktiven Fläche der Abbildungsoptik bis zur Bildebene entlang der optischen Achse betragen.
Messlicht, das von der Objektebene ausgeht, durchläuft nacheinander die erste, zweite und dritte Baugruppe. In anderen Worten durchlaufen die Strahlen des Messlichts zunächst die erste optische Baugruppe, bevor sie in die zweite optische Baugruppe eintreten. Ferner durchlaufen die Strahlen des Messlichts die zweite optische Baugruppe bevor sie in die dritte optische Baugruppe eintreten. Wiederum in anderen Worten treten die Strahlen des Messlichts aus der Austrittsfläche der ersten optischen Baugruppe aus, bevor sie in die Eintrittsfläche der zweiten optischen Baugruppe eintreten. Ferner treten die Strahlen des Messlichts aus der Austrittsfläche der zweiten optischen Baugruppe aus bevor sie in die Eintrittsfläche der dritten optischen Baugruppe eintreten.
Es wird dadurch ein aberrometrisches Messsystem erhalten, wobei mit geringen Brechkräften der ersten, zweiten und dritten optischen Baugruppe ein großer Arbeitsabstand erreicht werden kann. Dies ermöglicht es, für einen gegebenen Arbeitsabstand und einem gegebenen Abbildungsmaßstab der Abbildungsoptik eine Abbildungsoptik zu erhalten, die eine kompakte Bauweise aufweist.
Beispielsweise kann dadurch ein aberrometrisches Messsystem mit Arbeitsabständen von mehr als 100 mm, insbesondere mehr als 150 mm oder mehr als 200 mm erhalten werden. Beispielsweise kann ein Arbeitsabstand von 196 mm erhalten werden. Der Abbildungsmaßstab der Abbildungsoptik kann beispielsweise 0,5 oder mehr, insbesondere 0,65 oder mehr betragen.
Ein großer Arbeitsabstand erleichtert eine Verwendung des aberrometrischen Messsystems in Operationen oder Behandlungen, da es die Anordnung anderer Instrumente nicht behindert. Ferner kann das Messsystem leicht vor dem Auge des Patienten justiert werden. Des Weiteren erlaubt ein kompakt ausgebildetes aberrometrisches Messsystem eine leichte Integration in andere Apparaturen. Durch einen Abbildungsmaßstab von beispielsweise 0,65 kann zudem erreicht werden, dass die Wellenfront im Eintrittsbereich des Wellenfrontsensors genügend groß ist, um mit der erforderlichen Genauigkeit vermessen zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform gilt bei dem aberrometrischen Messsystem für einen Arbeitsabstand D zwischen der Objektebene und der ersten optischen Baugruppe und einer Brennweite f₁ der ersten optischen Baugruppe: a·f₁ < D, wobei a den Wert 1, insbesondere den Wert 2 oder den Wert 3 oder den Wert 3,9 aufweist. Der Arbeitsabstand D kann definiert werden als der Abstand entlang der optischen Achse zwischen der Objektebene und einer ersten refraktiven Fläche der Abbildungsoptik.
Die erste refraktive Fläche der Abbildungsoptik kann definiert werden als die erste refraktive Fläche, auf die ein Lichtstrahl des Messlichts trifft, wenn er von der Objektebene ausgeht und entlang der optischen Achse verläuft. Die erste optische Baugruppe kann die erste refraktive Fläche aufweisen. Insbesondere kann die Entrittsfläche der ersten optischen Baugruppe die erste refraktive Fläche sein.
Es ist denkbar, dass im Strahlengang des aberrometrischen Messsystems, insbesondere auch zwischen der Objektebene und der ersten refraktiven Fläche, brechkraftlose oder schwach brechende Elemente angeordnet sein können. Beispiele für brechkraftlosen Elemente können sein: Planplatten, Umlenkspiegel, λ/4-Platten. Unter schwach berechenden Elementen sollen optische Elemente verstanden werden, die eine Brennweite aufweisen, die wesentlich größer als die Brennweite der ersten, zweiten oder dritten optischen Baugruppe. Insbesondere dies Brennweiten umfassen, die mehr als zehn mal größer sind als die Brennweite der ersten, zweiten oder dritten Baugruppe.
Der Arbeitsabstand kann somit ein Maß für den Bereich sein, den der Chirurg insbesondere zur Durchführung der Operationshandlungen und zur Anordnung von chirurgischen Instrumenten ausnutzen kann.
Durch den großen Arbeitsabstand relativ zur Brennweite der ersten optischen Baugruppe wird ein aberrometrisches Messsystem erhalten, das einen großen Arbeitsabstand bei geringer Brennweite der ersten optischen Baugruppe aufweist. Da die Länge des aberrometrischen Messsystems von der Brennweite der ersten optischen Baugruppe abhängt, ist zur Erreichung eines erforderlichen Arbeitsabstandes nur eine geringe Länge des aberrometrischen Messsystems erforderlich. Folglich wird dadurch ein kompaktes aberrometrisches Messsystem erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gilt für eine Länge L des aberrometrischen Messsystems entlang der optischen Achse und für den Arbeitsabstand D: L < b·D, wobei b den Wert 1, insbesondere den Wert 0,8 oder den Wert 0,7 oder den Wert 0,6 aufweist.
Die Länge L des aberrometrischen Messsystems kann definiert werden als der Abstand entlang der optischen Achse zwischen der ersten refraktiven Fläche der Abbildungsoptik und der Bildebene.
Beispielsweise kann die erste optische Baugruppe die erste refraktive Fläche der Abbildungsoptik umfassen. Insbesondere kann die Länge L des aberrometrischen Messsystems der Abstand entlang der optischen Achse zwischen der Eintrittsfläche der ersten optischen Baugruppe und der Bildebene sein.
Beispielsweise kann die Länge L des aberrometrischen Messsystems geringer sein als 200 mm, insbesondere geringer als 150 mm, 120 mm, 115 mm, 100 m oder 60 mm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gilt für eine Brennweite f₁ der ersten optischen Baugruppe und eine Brennweite f₂ der zweiten optischen Baugruppe: |f₂| ≤ c·f₁. wobei c einen Wert von 0,8 aufweist, insbesondere einen Wert von 0,75 oder 0,7.
Es wird dadurch ein aberrometrisches Messsystem erhalten, bei dem im Verhältnis zur Brennweite der ersten optischen Baugruppe ein großer Arbeitsabstand bereitgestellt werden kann und ferner bei dem bei gegebenem Arbeitsabstand die Länge der Abbildungsoptik gering ist. Dadurch kann ein kompaktes aberrometrisches Messsystem erhalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des aberrometrischen Messsystems liegt ein Brennpunkt der ersten optischen Baugruppe entlang der optischen Achse des Messlichts zwischen der zweiten optischen Baugruppe und der Bildebene.
Insbesondere kann der Brennpunkt der ersten optischen Baugruppe zwischen der Austrittsfläche der zweiten optischen Baugruppe und der Bildebene liegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Abbildungsoptik entlang der optischen Achse verschiebbare optische Komponenten auf, die ausgebildet sind, dass sie entlang der optischen Achse verschiebbar sind.
Die verschiebbaren optischen Komponenten können insbesondere die erste, die zweite und/oder die dritte optische Baugruppe umfassen.
Die Abbildungsoptik kann so ausgebildet sein, dass die erste optische Baugruppe eine verschiebbare optische Komponente ist und/oder die zweite optische Baugruppe eine verschiebbare optische Komponente ist und/oder die dritte optische Baugruppe eine verschiebbare optische Komponente ist.
Des Weiteren ist es denkbar, dass die dritte optische Komponente und der Wellenfrontsensor zusammen eine verschiebbare optische Komponente sind.
Die verschiebbaren optischen Komponenten der Abbildungsoptik können so ausgebildet sein, dass sie einzeln und unabhängig voneinander entlang der optischen Achse der Abbildungsoptik verschiebbar sind.
Insbesondere kann die Abbildungsoptik so ausgebildet sein, dass eine Verschiebung der verschiebbaren optischen Komponenten während einer Messung vornehmbar ist. Insbesondere kann dadurch die Fehlsichtigkeit eines Auges kompensiert werden. Beispielsweise kann die Abbildungsoptik einen oder mehrere Aktuatoren aufweisen, die so ausgebildet sind, dass sie die verschiebbaren Komponenten der Abbildungsoptik verschieben.
Eine verschiebbare optische Komponente kann beispielsweise eine Linse, ein Kittglied und/oder einen Spiegel umfassen. Insbesondere kann eine verschiebbare optische Komponente aus einer einzelnen Linse, einem einzelnen Kittglied und/oder einem einzelnen Spiegel bestehen oder aus einer Gruppe von Linsen, Kittgliedern und/oder Spiegeln bestehen.
Durch verschiebbar angeordnete optische Komponenten der Abbildungsoptik kann insbesondere eine optische Kompensation der Abbildungsoptik verändert werden. Die optisch Kompensation kann beispielsweise eine Brechkraft, und/oder einen Astigmatismus der Abbildungsoptik umfassen.
Derart kann es möglich sein, dass durch eine Einstellung der optischen Kompensation der Abbildungsoptik die in die Bildebene überführten Wellenfronten im Messbereich des Wellenfrontsensors liegen.
Dadurch kann der erforderliche Messbereich des Wellenfrontsensors verringert werden, da selbst bei der Messung stark fehlsichtiger Augen die optische Kompensation der Abbildungsoptik so eingestellt werden kann, dass der Wellenfrontsensor im Wesentlichen eine nicht zu stark deformierte Wellenfront ausmisst, die im Messbereich des Wellenfrontsensors liegt. Insbesondere können dadurch Messungen an stark myopen, hyperopen oder aphaken Augen vorgenommen werden.
Ferner kann der Wellenfrontsensor so ausgebildet sein, entlang der optischen Achse verschiebbar zu sein. Insbesondere kann dadurch die Eintrittsfläche des Wellenfrontsensors so verschiebbar sein, dass sie in der Bildebene der Abbildungsoptik oder im Detektionsbereich anordenbar ist. Beispielsweise kann das aberrometrische Messsystem einen oder mehrere Aktuatoren aufweisen, die so ausgebildet sind, dass sie den Wellenfrontsensor verschieben.
Dies ermöglicht es, bei einer Verschiebung der Bildebene, die beispielsweise durch eine Verschiebung von einer oder mehreren der verschiebbaren optischen Komponenten der Abbildungsoptik verursacht wird, die Eintrittsfläche des Wellenfrontsensors wieder in der Bildebene oder im Detektionsbereich um die Bildebene zu positionieren. Dadurch kann insbesondere ein vergleichsweise flexibles System erhalten werden, mit dem genauere Messungen vorgenommen werden können, als mit einem System mit einer starren Anordnung des Wellenfrontsensors.
Insbesondere kann die Abbildungsoptik so ausgelegt sein, dass die dritte optische Baugruppe und der Wellenfrontsensor entlang der optischen Achse verschiebbar angeordnet sind und ferner ein Pupillenstrahlengang des Messlichts zwischen der zweiten optischen Baugruppe und der dritten optischen Baugruppe parallel zur optischen Achse ausgerichtet ist. Der Pupillenstrahlengang kann hier definiert werden als der Lauf von Lichtstrahlen, die von einem Punkt in der Objektebene ausgehen.
Parallel ausgerichtet kann in diesem Zusammenhang bedeuten, dass die Strahlen des Messlichts parallel oder im wesentlichen parallel zur optischen Achse verlaufen. Je paralleler die Strahlen zur optischen Achse verlaufen, desto geringer kann eine Verschiebung der Bildebene relativ zur Eintrittsfläche des Wellenfrontsensors bei einer Verschiebung der dritten optischen Baugruppe und des Wellenfrontsensors sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Abbildungsoptik so ausgebildet, dass eine optische Kompensation der Abbildungsoptik veränderbar ist.
Eine optische Kompensation der Abbildungsoptik kann insbesondere eine Brechkraft und/oder einen Astigmatismus umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die optische Kompensation auch Abbildungsfehler höherer Ordnung der Abbildungsoptik umfassen.
Insbesondere kann es möglich sein, dass durch eine Änderung der optischen Kompensation der Abbildungsoptik erreicht wird, dass Wellenfronten in der Objektebene, die eine kompensierbare Abweichung von der ebenen Wellenfront aufweisen, in vom Wellenfrontsensor messbare Wellenfronten in der Bildebene überführt werden.
Eine durch die Abbildungsoptik kompensierbare Abweichung von der ebenen Wellenfront in der Objektebene kann beispielsweise ein konvergenter oder divergenter Strahlengang des Messlichts sein, der sich durch eine sphärische Fehlsichtigkeit des zu untersuchenden Auges ergibt. Es ist aber auch denkbar, dass die kompensierbare Abweichung zusätzlich oder alternativ einen Astigmatismus und/oder eine andere Fehlsichtigkeit des Auges umfasst.
Ein Bereich der von der Abbildungsoptik kompensierbaren Abweichung von der ebenen Wellenfront kann beispielsweise sphärische Krümmungen der Wellenfront in der Objektebene in einem Bereich von –10 Dioptrien bis +25 Dioptrien umfassen.
Insbesondere kann der Bereich der von der Abbildungsoptik kompensierbaren Abweichung so sein, dass er die Fehlsichtigkeit von aphaken Augen, also im Wesentlichen einer Krümmung der Wellenfront in der Objektebene von +25 Dioptrien, umfasst.
Es kann dadurch ein aberrometrisches Messsystem zur Verfügung gestellt werden, mit dem die Refraktionsfehler des zu untersuchenden Auges zumindest zum Teil kompensierbar sind. Dadurch kann die Abweichung der Wellenfront in der Bildebene von einer ebenen Wellenfront verringert werden. Daher ist beispielsweise bei Augen mit großer Fehlsichtigkeit, d. h. beispielsweise Augen mit großen negativen oder positiven Rezeptwerten der sphärischen Wirkung, die Abbildungsoptik so kompensierbar, dass die Wellenfront in der Bildebene eine Form hat, die im Messbereich des Wellenfrontsensors liegt. Dadurch kann in dem aberrometrischen Messsystem ein Wellenfrontsensor mit einem geringen Messbereich verwendet werden. Wellenfrontsensoren mit einem geringen Messbereich können kostengünstiger sein und/oder eine höhere Empfindlichkeit aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Abbildungsoptik eine adaptive optische Komponente auf, die so ausgebildet ist, dass eine Brechkraft und/oder eine Aberration der adaptiven optischen Komponente veränderbar ist.
Die adaptive optische Komponente kann beispielsweise eine Linse, ein Kittglied und/oder ein Spiegel sein. Die adaptive optische Komponente kann aber auch eine Gruppe von Linsen, Kittgliedern und/oder Spiegeln umfassen. Des Weiteren kann die adaptive optische Komponente Alvarez- und/oder Lohmann-Platten aufweisen.
Durch eine Änderung der Brechkraft und/oder der Aberration der adaptiven optischen Komponente kann beispielsweise die optische Kompensation der Abbildungsoptik verändert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die adaptive optische Komponente zumindest zwei Teilkomponenten auf, die so ausgebildet sind, dass durch eine Verlagerung der zumindest zwei Teilkomponenten relativ zueinander in eine Richtung, die in einem Winkel zur optischen Achse, insbesondere senkrecht zur optischen Achse orientiert ist, die optische Kompensation der Abbildungsoptik veränderbar ist.
Die zwei Teilkomponenten können beispielsweise jeweils eine kubische Fläche aufweisen. Teilkomponenten mit solchen Eigenschaften können beispielsweise Alvarez- oder Lohmann-Linsen sein. Solche Linsen sind beispielsweise beschrieben im Artikel „The Alvarez and Lohmann refractive lenses revisited" von Sergio Barbern, erschienen in der OPTICS EXPRESS, Vol. 17, No. 11, S. 9376 bis 9390. Die Offenbarung dieses Dokuments wird in die vorliegende Anmeldung durch Inbezugnahme vollumfänglich aufgenommen.
Die Verlagerung kann in eine Richtung erfolgen, die in einem Winkel zur optischen Achse geneigt ist. Insbesondere kann die Verlagerung in eine Richtung erfolgen, die senkrecht zur optischen Achse orientiert ist.
Vorteilhaferweise kann dadurch eine Abbildungsoptik erhalten werden, wobei eine Anpassung der Brechkraft nicht durch eine Verlagerung von Teilkomponenten entlang der optischen Achse erfolgt. Dadurch ist es möglich, ein aberrometrisches Messsystem mit einer geringen Länge zu erhalten, da entlang der optischen Achse nur ein geringer Verfahrweg bereitgestellt werden muss. Ferner kann der Verfahrweg, beispielsweise bei der Verwendung von Lohmann- oder Alvarez-Linsen viel kürzer sein als ein Verfahrweg, der bei einer Brechwertänderung durch ein Verschieben von Linsen und/oder Kittgliedern entlang der optischen Achse erforderlich wäre um die gleiche Brechwertänderung zu erreichen. Beispielsweise kann bei Lohmann- oder Alvarez-Linsen der Verfahrweg nur wenige Millimeter betragen, um große sphärische Fehlsichtigkeiten eines zu untersuchenden Auges zu kompensieren. Die dafür notwendige Mechanik kann kompakt und leicht gebaut werden. Durch den kurzen Verfahrweg kann ferner die Refraktionsmessung in kurzer Zeit erfolgen, da für das Verfahren nur wenig Zeit erforderlich ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die adaptive optische Komponente eine variable Flüssiglinse, eine Flüssigkristall-Linse (LC-Linse) und/oder einen adaptiven Spiegel auf.
Eine Flüssigkristalllinse ist beispielsweise bekannt aus den Dokumenten US 4,795,248 , US 6,317,190 B1 , US 5,617,109 , US 4,909,626 , US 4,781,440 , US 4,190,330 , US 4,572,616 und US 5,815,233 . Die Offenbarung dieser Dokumente wird in die vorliegende Anmeldung durch Inbezugnahme vollumfänglich aufgenommen.
Variable Flüssiglinsen, welche zur Änderung der Brechkraft eine Änderung einer Form einer Grenzfläche ausnutzen, sind aus US 6,369,954 B1 , CA 2,368,553 und US 4,783,155 bekannt, deren Offenbarung in die vorliegende Anmeldung durch Inbezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
Ein adaptiver Spiegel kann insbesondere ein deformierbarer Spiegel sein.
Durch den Einsatz von LC-Linsen, variablen Flüssiglinsen und/oder adaptiven Spiegeln kann eine Veränderung der optischen Kompensation der Abbildungsoptik ohne mechanische Verschiebung von Komponenten erfolgen. Dadurch kann ein aberrometrisches Messsystem erhalten werden, das kompakt ist, da keine Verfahrwege erforderlich sind. Dies erlaubt auch die Durchführung von Messungen in kurzer Zeit. Ferner kann dadurch ein leichtes aberrometrisches Messsystem erhalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die adaptive optische Komponente in einem Adaptionsbereich entlang der optischen Achse vor der Bildebene angeordnet.
Ist die adaptive optische Komponente in einer Ebene angeordnet, die konjugiert zur Bildebene ist, so beeinflusst eine Änderung der Brechkraft und/oder Aberration der adaptiven optischen Komponente die Position der Bildebne nicht oder nur gering. Ist jedoch die adaptive optische Komponente nicht in einer zur Bildebene konjugierten Ebene angeordnet, so kann eine Änderung der Brechkraft und/oder von Aberrationen der adaptiven optischen Komponente eine Verschiebung der Bildebene zu erwarten. Die Verschiebung kann jedoch umso geringer sein, je näher die adaptive optische Komponente an der Bildebene positioniert ist.
Der Adaptionsbereich kann so definiert sein, dass bei einer Veränderung der Brechkraft und/oder der Aberration der adaptiven optischen Komponente eine Verschiebung der Position der Bildebene nur so erfolgt, dass der Eintrittsbereich des Wellenfrontsensors im Detektionsbereich um die Bildebene bleibt. Daher kann selbst bei einer Verschiebung der Bildebene durch eine Änderung der Brechkraft und/oder Aberration der adaptiven optischen Komponente die Wellenfront in der Bildebene aus den Daten des Wellenfrontsensors berechnet werden.
Beispielsweise kann der Adaptionsbereich geringer sein als ein Zehntel, insbesondere ein Fünfzigstel oder ein Hundertstel oder ein Tausendstel des Abstandes entlang der optischen Achse zwischen der Objektebene und der Bildebene.
Beispielsweise kann der Adaptionsbereich geringer sein als 30 mm oder 6 mm oder 3 mm oder 0,3 mm.
Zusätzlich ist es denkbar, dass der Wellenfrontsensor entlang der optischen Achse bewegbar ist. Insbesondere kann der Wellenfrontsensor so bewegbar sein, dass er bei einer Veränderung der Position der Bildebene wieder so angeordnet werden kann, dass der Eingangsbereich des Wellenfrontsensors in der Bildebene oder in einem Detektionsbereich um die Bildebene angeordnet ist.
Dadurch wird ein aberrometrisches Messsystem erhalten, das eine flexiblere Positionierung der adaptiven optischen Komponente erlaubt und/oder wobei eine Berechnung der Wellenfront in der Bildebene aus den Daten des Wellenfrontsensors nicht erforderlich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Abbildungsoptik so ausgebildet dass, ein Strahlengang des Messlichts zumindest eine Zwischenbildebene aufweist, wobei die Zwischenbildebene optisch konjugiert zur Bildebene ist und wobei die adaptive optische Komponente in einem Zwischenbildbereich entlang der optischen Achse um die Zwischenbildebene angeordnet ist.
Insbesondere kann die adaptive optische Komponente entlang der optischen Achse an der Position der Zwischenbildebene angeordnet sein.
Der Zwischenbildbereich kann definiert werden als der Bereich entlang der optischen Achse um die Zwischenbildebene, bei dem die Position der Bildebene bei einer Änderung der Brechkraft und/oder der Aberration der adaptiven optischen Komponente, höchstens so verändert wird, dass die Wellenfront in der Bildebene aus den Messwerten des Wellenfrontsensors berechnet werden kann.
Dadurch bleibt die Wellenfront in der Bildebene auch bei einer Veränderung der Brechkraft und/oder Aberration der adaptiven optischen Komponente aus den Daten des Wellenfrontsensors berechenbar.
Beispielsweise kann der Zwischenbildbereich geringer sein als ein Zehntel, insbesondere ein Fünfzigstel oder ein Hundertstel oder ein Tausendstel des Abstandes entlang der optischen Achse zwischen der Objektebene und der Bildebene.
Beispielsweise kann der Zwischenbildbereich geringer sein als 30 mm oder 6 mm oder 3 mm oder 0,3 mm.
Die Abbildungsoptik kann so ausgebildet sein, dass die Zwischenbildebene zwischen der ersten refraktiven Fläche der Abbildungsoptik und der Bildebene liegt. Insbesondere kann die Abbildungsoptik so ausgelegt sein, dass die Zwischenbildebene entlang der optischen Achse zwischen der zweiten oder dritten optischen Baugruppe und der Bildebene liegt.
Dadurch wird ein aberrometrisches Messsystem erhalten, bei dem eine Änderung der Brechkraft und/oder Aberration der adaptiven optischen Komponente nur eine geringe Verschiebung der Bildebene zur Folge hat. Daher kann das aberrometrische Messsystem über einen großen Bereich an die Fehlsichtigkeit eines untersuchten Objektes angepasst werden, ohne dass eine aufwendige Positionierung des Wellenfrontsensors erfolgen muss.
Gemäß einer Ausführungsform weist das aberrometrische Messsystem ferner eine Beleuchtungsoptik auf, die dazu ausgelegt ist, Beleuchtungslicht einer Lichtquelle des optischen Messsystems in den Strahlengang des Messlichts über einen Strahlteiler der Beleuchtungsoptik einzukoppeln.
Insbesondere kann der Strahlteiler so ausgebildet sein, dass das Beleuchtungslicht auf die Objektebene gelenkt wird.
Ist das zu untersuchende Auge normalsichtig, also emmetrop, so erzeugt eine ebene einfallende Wellenfront, also ein paralleles Strahlenbündel des Beleuchtungslichts, einen punktförmigen Beleuchtungsfleck auf der Retina. Ist das zu untersuchende Auge fehlsichtig, so kann bei einer ebenen einfallenden Wellenfront ein vergrößerter Beleuchtungsfleck auf der Retina erhalten werden. Durch einen vergrößerten Beleuchtungsfleck auf der Retina kann der erforderliche Messbereich des Wellenfrontsensors vergrößert werden und die Messung ungenauer werden.
Die Beleuchtungsoptik kann optische Baugruppen, insbesondere Linsen und/oder Kittglieder aufweisen. Die Beleuchtungsoptik kann ferner so ausgebildet sein, dass die Form der Wellenfront des Beleuchtungslichts in der Objektebene veränderbar ist. Zur Veränderung der Form der Wellenfront des Beleuchtungslichts in der Objektebene kann die Beleuchtungsoptik beispielsweise adaptive optische Komponenten aufweisen.
Der Strahlteiler kann beispielsweise einen Teilerwürfel, eine Teilerplatte und/oder ein Pellicle aufweisen. Ein Pellicle kann eine dünne gespannte Folie aufweisen. Vorteil eines Pellicle ist insbesondere, dass keine oder nur geringe Bildfehler, wie beispielsweise ein Astigmatismus, in den Strahlengang zwischen Auge und Wellenfrontsensor eingeführt werden und in diesem Strahlengang auch keine Reflexionen auftreten. Bei einer Teilerplatte hingegen können beispielsweise Doppelreflexe auftreten. Pellicle sind beispielsweise erhältlich bei der Firma Edmund Optics Inc. in Barrington, NJ, USA.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Beleuchtungsoptik so ausgelegt, dass eine sphärische Krümmung einer Wellenfront des Beleuchtungslichts in der Objektebene veränderbar ist.
Die sphärische Krümmung der Wellenfront des Beleuchtungslichts in der Objektebene kann insbesondere durch optische Komponenten der Beleuchtungsoptik veränderbar sein.
Beispielsweise kann der Strahlteiler der Beleuchtungsoptik entlang der optischen Achse verschiebbar sein. Dabei kann der Strahlteiler zwischen der ersten refraktiven Fläche der Abbildungsoptik und der Bildebene angeordnet sein. Insbesondere ist es denkbar, dass der Strahlteiler auf der optischen Achse zwischen der ersten optischen Baugruppe und der Bildebene angeordnet ist. In anderen Worten kann der Strahlteiler auf der optischen Achse zwischen der Austrittsfläche der ersten optischen Baugruppe und der Bildebene angeordnet sein.
Die sphärische Krümmung der Wellenfront des Beleuchtungslichts in der Objektebene kann insbesondere so geändert werden, dass sich auch bei einem Auge mit einer sphärischen Fehlsichtigkeit ein möglichst kleiner punktförmiger Beleuchtungsfleck auf der Retina ergibt.
Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass die Bleuchtungsoptik so ausgelegt ist, dass die Wellenfront des Beleuchtungslichts in der Objektebene an einen Astigmatismus oder an eine andere Fehlsichtigkeit des zu untersuchenden Auges so angepasst ist, dass der Beleuchtungsfleck auf der Retina möglichst klein ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das aberrometrische Messsystem einen zweiten Wellenfrontsensor mit einer zweiten Eintrittsfläche auf, wobei die zweite Eintrittsfläche alternativ oder zusätzlich zur Eintrittsfläche des ersten Wellenfrontsensors in der Bildebene angeordnet ist oder anordenbar ist.
Der Wellenfrontsensor und der zweite Wellenfrontsensor können voneinander unterschiedliche Messbereiche aufweisen.
Durch die Kombination von Wellenfrontsensoren mit unterschiedlichen Messbereichen kann ein Gesamtmessbereich, der sich aus der Kombination der Messbereiche beider Wellenfrontsensoren ergibt, vergrößert werden. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Messbereiche beider Wellenfrontsensoren sich nicht oder nur gering überlappen. Ferner kann ein Wellenfrontsensor mit einem größeren Messbereich kombiniert werden mit einem Wellenfrontsensor mit einem kleinen Messbereich. Beispielsweise kann der Wellenfrontsensor mit dem kleinen Messbereich genauere Messwerte liefern, sodass er dann eingesetzt wird, wenn durch eine Anpassung der Beleuchtungsoptik und/oder der Abbildungsoptik eine Fehlsichtigkeit des zu untersuchenden Auges soweit kompensiert wurde, dass die auf die Bildebene einfallende Wellenfront nur eine sehr geringe Abweichung von einer ebenen Wellenfront aufweist.
Beispielsweise kann das aberrometrische Messsystem einen ersten und einen zweiten Hartmann-Shack-Sensor aufweisen. Der erste Hartmann-Shack-Sensor kann sich vom zweiten Hartmann-Shack-Sensor durch die Größe der Mikrolinsen und die Anzahl der Mikrolinsen pro Fläche unterscheiden. Der Hartmann-Shack-Sensor mit den größeren Mikrolinsen und der geringeren Mikrolinsenanzahl pro Fläche kann zur Grobabschätzung der Krümmung der Wellenfront dienen. Mit dieser Information kann die Fokusverteilung des Hartmann-Shack-Sensors mit den kleineren Mikrolinsen und der größeren Anzahl an Mikrolinsen pro Fläche analysiert und ausgewertet werden.
Dadurch kann dadurch ein großer Messbereich auch ohne eine Veränderung optischen Kompensation der Abbildungsoptik erreicht werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Wellenfrontsensor und der zweite Wellenfrontsensor Sensoren unterschiedlichen Typs sind. Beispielsweise kann der erste Wellenfrontsensor ein Hartmann-Shack-Sensor sein und der zweite Wellenfrontsensor ein Talbot-Moiré Sensor sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Wellenfrontsensor einen Hartmann-Shack-Sensor auf.
Ein Durchmesser eines Mikrolinsenarrays des Hartmann-Shack-Sensors kann insbesondere größer als 3,5 mm, oder größer als 4 mm oder größer oder gleich 4,6 mm sein.
Ferner kann der Wellenfrontsensor einen optically-binned Shack-Hartmann-Sensor aufweisen. Ein optically-binned Shack-Hartmann-Sensor weist einen Strahlteiler, zwei Zylinderlinsenarrays, sowie zwei Bildsensoren auf. Auf den Sensoren erhält man Fokuslinien, die je nach Krümmung der einfallenden Wellenfront zu gekrümmten Linien auf den Bildsensoren führen.
Opticall-binned Shack-Harmann-Sensoren sind beispielsweise beschrieben im Artikel „Shack-Hartmann sensor improvement using optically binning" von A. Basden et al., erschienen in Applied Optics 46 (2007) Seiten 6136–6141. Die Offenbarung dieses Dokuments wird in die vorliegende Anmeldung durch Inbezugnahme vollumfänglich aufgenommen.
Durch einen optically-binned Shack-Hartmann-Sensor kann ein Wellensensor mit einem großen Messbereich bereitgestellt.
Ferner wird gemäß einer weiteren Ausführungsform ein optisches Messsystem bereitgestellt, aufweisend:
ein aberrometrisches Messsystem gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen,
ein Mikroskopiesystem, das eine zweite Abbildungsoptik aufweist, wobei die zweite Abbildungsoptik zumindest ein Okular umfasst und/oder wobei die zweite Abbildungsoptik die Objektebene auf zumindest einen elektronischen Bildsensor abbildet.
Die zweite Abbildungsoptik kann insbesondere so ausgebildet sein, dass durch einen Betrachter über die Okulare ein vergrößertes Bild der Objektebene beobachtbar ist und/oder dass durch den Bildsensor ein vergrößertes Bild der Objektebene aufnehmbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Messsystem so ausgebildet, dass die Abbildungsoptik des aberrometrischen Messsystems und die zweite Abbildungsoptik eine gemeinsame optische Komponente aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch deutlicher hervorgehen. Es wird betont, dass nicht alle möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung notwendigerweise alle oder einige der hier angegebenen Vorteile erzielen.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines aberrometrischen Messsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 zeigt schematisch Strahlengänge gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 zeigt schematisch den Aufbau eines aberrometrischen Messsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 zeigt schematisch den Aufbau eines aberrometrischen Messsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 zeigt schematisch den Aufbau eines aberrometrischen Messsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 zeigt schematisch die Funktionsweise einer adaptiven optischen Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 zeigt schematisch den Aufbau eines aberrometrischen Messsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 zeigt schematisch den Aufbau eines aberrometrischen Messsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
9 zeigt schematisch den Aufbau eines optischen Messsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
In den nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sind Merkmale, die sich in Funktion und Aufbau ähneln, soweit möglich mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Um die Merkmale einer bestimmten Komponente einer bestimmten Ausführungsform zu verstehen, sollten daher die Beschreibung anderer Ausführungsformen und die Zusammenfassung der Erfindung berücksichtigt werden.
1 zeigt zwei Strahlengänge 1-1 und 1-2 eines aberrometrischen Messsystems 1. Durch das aberrometrische Messsystem 1 wird eine Objektebene 10 in eine Bildebene 20 abgebildet. Die Objektebene 10 und die Bildebene 20 bilden daher optisch konjugierte Ebenen. Dies ist insbesondere im Strahlengang 1-2 ersichtlich. Strahlengang 1-2 zeigt den Verlauf von Strahlen, die von einem Punkt 52 in der Objektebene 10 ausgehen. Dieser Strahlengang wird als Pupillenstrahlengang bezeichnet. Wie der Strahlengang 1-2 zeigt, werden die Strahlen, die von dem Punkt 52 in der Objektebene 10 ausgehen, in einem Punkt 53 in der Bildebene 20 vereinigt. Daher ist die Bildebene 20 zur Objektebene eine optisch konjugierte Ebene.
Strahlengang 1-1 der 1 zeigt einen Wellenfrontenstrahlengang einer vom Auge 90 eben emittierten Wellenfront 50. Die Abbildungsoptik 30 führt die ebene Wellenfront 50 in der Objektebene 10 über in eine ebene Wellenfront 51 in der Bildebene 20. In anderen Worten ist die Abbildungsoptik 30 ein afokales System.
Alternativ ist es auch denkbar, dass eine ebene Wellenfront 50 in der Objektebene 10 in eine nichtebene, insbesondere gekrümmte, Wellenfront in der Bildebene 20 übergeführt wird.
Ein Auge 90 ist zur Messung so in der Objektebene 10 angeordnet, dass der vordere Bereich der Hornhaut 93 in der Objektebene 10 des aberrometrischen Messsystems 1 liegt.
Das Auge 90 wird beleuchtet, dass auf der Retina 91 ein Punktförmiger Beleuchtungsfleck 92 entsteht. Beleuchtungslicht wird durch eine Beleuchtungsoptik in den Strahlengang des Messlichts über einen Strahlteiler 41 eingekoppelt. In der 1 ist nur der Strahlteiler 41 der Beleuchtungsoptik in den Strahlengängen schematisch gezeigt.
Ist der Beleuchtungsfleck 92 auf der Retina 91 ideal punktförmig so emittiert ein ideal normalsichtiges, also emmetropes Auge ebene Wellenfronten 50. Die Wellenfronten 50 werden durch die Abbildungsoptik 30 auf die Bildebene 20 abgebildet. An der Bildebene 20 ist eine Eintrittsfläche 61 eines Wellenfrontsensors 60 angeordnet. Der Wellenfrontsensor 60 misst die einfallende Wellenfront 51.
Die Abbildungsoptik 30 weist einen Abbildungsmaßstab β auf. Der Abbildungsmaßstab kann definiert werden als das Verhältnis zwischen der Größe eines abgebildeten Gegenstandes I und dessen realer Größe O: β = I / O
Die Abbildungsoptik 30 bildet die Wellenfront 50, die durch den Durchmesser der Pupille P des Auges 90 in ihrer Ausdehnung senkrecht zur optischen Achse begrenzt ist, in eine Wellenfront in der Bildebene 20 mit einem Durchmesser βP ab.
Weist die Pupille des Auges 90 und damit die Wellenfront 50 einen Durchmesser P von beispielsweise 7 mm auf, so hat die Wellenfront 51 in der Bildebene einen Durchmesser von 4,6 mm. Die Eintrittsfläche 61 des Wellenfrontsensors 60 kann so groß gewählt sein, dass sie den ganzen Durchmesser βP der Wellenfront 51 messen kann. Der Wellenfrontsensor 60 kann daher beispielsweise eine Eintrittsfläche 61 aufweisen, die zumindest einen Durchmesser von 4,6 mm hat.
Ist das Auge nicht normalsichtig, also nicht emmetrop, so kann die aus der Pupille austretende Wellenfront von einer ebenen Wellenfront abweichen. Weist das Auge 90 nur eine sphärische Fehlsichtigkeit auf, so tritt aus der Pupille des Auges 90 eine sphärisch gekrümmte Wellenfront aus. Die Abbildungsoptik 30 kann so ausgebildet sein, dass die sphärische gekrümmte Wellenfront in der Objektebene 10 in eine sphärisch gekrümmte Wellenfront in der Bildebene 20 übergeführt wird.
Ist die Abbildungsoptik 30, wie im Strahlengang 1-1 gezeigt, als afokales System ausgebildet, so besteht zwischen der Krümmung der Wellenfront in der Objektebene φ₀ und der Krümmung der Wellenfront in der Bildebene φ₁ der Zusammenhang: φ_I = φ₀ / β².
Die Krümmungen der Wellenfronten werden hierbei in Dioptrien gemessen.
Ein geringer Abbildungsmaßstab β hat daher den Nachteil, dass die in der Eintrittsfläche 61 des Wellenfrontsensors 60 auftretende sphärische Krümmung der Wellenfront φ_I bei einer hohen sphärischen Fehlsichtigkeit des Auges 90 sehr groß werden kann, sodass ein großer Messbereich des Wellenfrontsensors 60 erforderlich wird.
Wenn beispielsweise der Abbildungsmaßstab der Abbildungsoptik 30 einen Wert von β = 0,65 aufweist und ferner Augen mit einer Fehlsichtigkeit untersucht werden sollen, bei denen die sphärischen Krümmungen in der Objektebene Werte zwischen –10 Dioptrien, also einer Myopie, und 25 Dioptrien, also einem aphaken Auge, aufweisen, ergibt sich ein erforderlicher Messbereich des Wellenfrontsensors 60 von –27,8 Dioptrien bis +69,5 Dioptrien.
Um mit einem Wellenfrontsensor 60 zu arbeiten, der einen geringen Messbereich aufweist, ist es daher von Vorteil, die Abbildungsoptik 30 so auszubilden, dass ihr Abbildungsmaßstab β nicht zu gering ist. Auf der anderen Seite kann sich eine obere Grenze für die Größe des Abbildungsmaßstabes β durch die Größe der Eintrittsfläche 61 von erhältlichen Wellenfrontsensoren 60 begrenzt sein.
Die Abbildungsoptik 30 weist eine erste optische Baugruppe 31, eine zweite optische Baugruppe 32 und eine dritte optische Baugruppe 33 auf. Die erste, zweite und dritte optische Baugruppe 31, 32, 33 sind entlang einer optischen Achse (OA) hintereinander angeordnet.
In dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist eine Brennweite f₁ einer ersten optischen Baugruppe 31 einen Wert von 50 mm auf. Eine Brennweite f₂ der zweiten optischen Baugruppe 32, die eine negative Feldlinse ist, beträgt –35 mm. Die Brennweite der dritten optischen Baugruppe 32 beträgt 40 mm.
Der Abbildungsmaßstab β des in der 1 gezeigten aberrometrischen Messsystems 1 beträgt 0,65. Der Abstand D zwischen der Objektebene 10 und der ersten optischen Baugruppe 31 beträgt 196 mm. Ferner hat das aberrometrische Messsystem 1 entlang der optischen Achse OA zwischen der ersten optischen Baugruppe 31 und der Bildebene 20 eine Länge L von 115 mm.
Folglich ist in dem Ausführungsbeispiel der Abstand D um einen Faktor 3,92 größer als die Brennweite f₁ der ersten optischen Baugruppe. Ferner ist die Länge des aberrometrischen Messsystems L kleiner als der Abstand D multipliziert mit 0,59.
Des Weiteren beträgt der Betrag der Brennweite der zweiten optischen Baugruppe f₂ das 0,7 fache der Brennweite der ersten optischen Baugruppe f₁.
Daher stellt das aberrometrische Messsystem 1 gemäß 1 ein aberrometrisches Messsystem dar, das einen großen Arbeitsabstand D bei kleiner Länge L der Abbildungsoptik 30 aufweist.
Der Wellenfrontsensor 60 kann als Hartmann-Shack-Sensor so ausgebildet sein. Bei einem Hartmann-Shack-Sensor kann ein Mikrolinsenarray die Eintrittsfläche 61 bilden. Ein Hartmann-Shack-Sensor mit einem Durchmesser des Mikrolinsenarrays von 4,6 mm wird beispielsweise von der Firma OPTOCRAFT in Erlangen, Deutschland, unter dem Modellnamen ”SHSCam BR” vertrieben.
Der Wellenfrontsensor 60 in dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines aberrometrischen Messsystems 1 kann beispielsweise einen Messbereich aufweisen, dass selbst bei stark sphärisch fehlsichtigen oder aphaken Augen keine Anpassung der Brechkraft der Abbildungsoptik 30 vorgenommen werden muss. Dadurch kann ein aberrometrisches Messsystem 1 erhalten werden, dass einfach und kostengünstig im Aufbau ist. Ferner erlaubt ein solches System schnelle Messungen, da keine Verschiebung von optischen Komponenten der Abbildungsoptik 30 erforderlich ist, um die Brechkraft der Abbildungsoptik 30 anzupassen.
Der Pupillenstrahlengang 1-2 zeigt, dass die Bildebene 20 die einzige Ebene im Strahlengang des Messlichts ist, die optisch konjugiert zur Objektebene 10 ist. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass die Abbildungsoptik 30 so ausgebildet ist, dass der Strahlengang des Messlichts eine oder mehrere zusätzliche Zwischenebenen aufweist, die zur Objektebene 10 und Bildebene 20 optisch konjugiert sind.
Wie der Strahlengang 1-2 ferner zeigt, ist die Eintrittsfläche 61 des Wellenfrontsensors 60 in einem Detektionsbereich (DR) um die Bildebene 20 angeordnet. Ist die Eintrittsfläche 61 nicht exakt auf der Bildebene 20 angeordnet, jedoch innerhalb des Detektionsbereiches DR, so kann die Wellenfront in der Bildebene 20 dennoch aus Daten des Wellenfrontsensors 60 berechnet werden. In anderen Worten ist die Wellenfront in der Bildebene 20 aus Messdaten innerhalb des Detektionsbereiches DR berechenbar.
Das aberrometrische Messsystem 1 kann ferner Streulichtblenden zu Reduktion von Falschlicht aufweisen. Ferner kann das aberrometrische Messsystem 1 Linsen und/oder diffraktive optische Elemente aufweisen. Dadurch können beispielsweise Aberrationen, die von optischen Elementen des Wellenfrontsensors erzeugt werden, verringert werden.
Ferner ist es denkbar, dass im Strahlengang des Messlichts des aberrometrischen Messsystems 1, zwischen der Objektebene 10 einer ersten refraktiven Fläche 35 der Abbildungsoptik 30 brechkraftlose Elemente 63 angeordnet sind. Beispiele für solche brechkraftlose Elemente können sein: Planplatten, Umlenkspiegel und λ/4-Platten.
2 zeigt Strahlengänge 2-1 bis 2-6, die eine Überführung von Wellenfronten von der Objektebene 10 in die Bildebene 20 durch die Abbildungsoptik 30 darstellen, wobei die Wellenfronten in der Objektebene 10 unterschiedliche sphärische Krümmungen aufweisen.
Eine Abweichung der Wellenfront von einer ebenen Welle in der Objektebene 10, kann sich beispielsweise daraus ergeben, dass das Auge nicht normalsichtig ist. Die in der 2 gezeigten Strahlengänge entsprechen sphärischen Krümmungen der Wellenfront in der Objektebene 10 wie folgt:

Strahlengang Sphärische Krümmung der Wellenfront in der Objektebene

2-1 –7,5 Dioptrien

2-2 0 Dioptrien

2-3 5 Dioptrien

2-4 10 Dioptrien

2-5 25 Dioptrien
Zum Vergleich zeigt der Strahlengang 2-6 zeigt wiederum den Pupillenstrahlengang wie im Strahlengang 1-2.
Wie in den Strahlengängen 2-1, 2-3, 2-4 und 2-5 gezeigt ist, werden Wellenfronten mit einer sphärischen Krümmung φ₀ in der Objektebene 10 in eine Wellenfront mit einer Krümmung φ_I in der Bildebene 10 abgebildet.
3 zeigt eine mögliche Anordnung einer Beleuchtungsoptik 40, des aberrometrischen Messsystems 1. Ferner zeigt 3 eine alternative oder zusätzliche Anordnung der Beleuchtungsoptik 40'.
Das Licht einer Lichtquelle 80 des aberrometrischen Messsystems 1 wird auf den Strahlteiler 41 der Beleuchtungsoptik 40 geführt und von dort auf die Objektebene 10 gelenkt. Die Beleuchtungsoptik 40 kann optische Baugruppen 42 aufweisen.
Das Beleuchtungslicht, das vom Strahlteiler 41 auf die Objektebene 10 gelenkt wird, kann durch die optische Baugruppe 42 der Beleuchtungsoptik 40 so fokussiert sein, dass die Retina 91 des Auges 90 so beleuchtet wird, dass der Beleuchtungspunkt 92 auf der Retina 91 einen möglichst kleinen Durchmesser aufweist. Ein kleiner Beleuchtungspunkt 92 auf der Retina 91 führt dazu, dass für den Wellenfrontsensor 60 ein geringer Messbereich erforderlich ist und die Messung mit höherer Präzision durchgeführt werden kann.
Der Strahlteiler 41 der Beleuchtungsoptik 40 ist zwischen der ersten refraktiven Fläche 35 der Abbildungsoptik 30 und der Objektebene 10 angeordnet. Es ist dabei denkbar, dass auch noch weitere optische Elemente zwischen der ersten refraktiven Fläche 35 der Abbildungsoptik 30 und der Objektebene 10 angeordnet sind. Beispielsweise kann zusätzlich ein brechkraftloses Element 63, wie eine λ/4-Platte zwischen der ersten refraktiven Fläche 35 und der Objektebene 10 angeordnet sein.
Vorteilhaft bei der Anordnung des Strahlteilers 41 der Beleuchtungsoptik 40 vor der ersten refraktiven Fläche 35 der Abbildungsoptik 30 ist, dass keine Einfachreflexe von Beleuchtungslicht an den Wirkflächen der Abbildungsoptik 30 entstehen können, die in den Wellenfrontsensor 60 gelangen und das Messergebnis verfälschen können.
Alternativ oder zusätzlich kann das aberrometrische Messsystem 1 eine Beleuchtungsoptik 40' umfassen, die Beleuchtungslicht einer Lichtquelle 80' zwischen der ersten refraktiven Fläche 35 und der Bildebene 20 über einen Strahlteiler 40' in den Strahlengang des Messlichts einkoppelt.
Die Beleuchtungsoptik 40' kann eine optische Baugruppe 42' aufweisen. Die Beleuchtungsoptik 40', die Lichtquelle 80' und der Strahlteiler 41' können entlang der optischen Achse OA der Abbildungsoptik 30 verschiebbar sein. Die Verschiebbarkeit ist in der 3 mit dem Doppelpfeil V schematisch angedeutet. Durch eine Verschiebung der Beleuchtungsoptik 40' entlang der optischen Achse OA kann insbesondere die sphärische Krümmung der auf die Objektebene 10 einfallenden Wellenfront verändert werden. Dadurch kann auch bei sphärisch fehlsichtigen Augen erreicht werden, dass die Retina 91 in einem möglichst kleinen Punkt 92 beleuchtet wird.
4 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines aberrometrischen Messsystems 1a dar. Das aberrometrische Messsystem 1a weist eine Abbildungsoptik 30a mit einer ersten optische Baugruppe 31a, einer zweiten optischen Baugruppe 32a und einer dritten optischen Baugruppe 33a auf.
Die dritte optische Baugruppe 33a und ein Wellenfrontsensor 60a des aberrometrischen Messsystems 1a sind so ausgebildet, dass sie entlang einer optischen Achse OA der Abbildungsoptik 30a verschiebbar sind. Die Verschiebbarkeit ist in der 4 durch den Doppelpfeil W schematisch angedeutet.
Es ist denkbar, dass zusätzlich oder alternativ auch die erste optische Baugruppe 31a und/oder die zweite optische Baugruppe 32a entlang er optischen Achse OA verschiebbar sein können.
In anderen Worten kann die Abbildungsoptik 30a eine oder mehrere verschiebbare Komponenten aufweisen, die entlang der optischen Achse OA verschiebbar sind.
Die Abbildungsoptik 30a kann ferner so ausgebildet sein, dass durch eine Verschiebung der verschiebbaren Komponenten die optische Kompensation der Abbildungsoptik 30a so geändert werden können, dass eine sphärisch gekrümmte Wellenfront in der Objektebene 10a so in eine Wellenfront in der Bildebene 20a übergeführt wird, dass die Wellenfront in der Bildebene 20a ein einem Messbereich des Wellenfrontsensors 60a liegt.
Im Strahlengang 4-1 der 4 wird von einem zu untersuchenden Auge eine Wellenfront emittiert, die von der Form einer ebenen Wellenfront abweicht. Das zu untersuchende Auge ist in der 4 nicht gezeigt. Die Hornhaut des Auges ist in der Objektebene 10a angeordnet.
Die Wellenfront in der Objektebene 10a des Strahlengangs 4-1 entspricht einer Wellenfront, die in der Objektebene eine sphärische Krümmung von –7,5 Dioptrien aufweist.
Der Strahlengang 4-2 entspricht einer sphärischen Krümmung der Wellenfront in der Objektebene von 5 Dioptrien. Der Strahlengang 4-3 entspricht einer sphärischen Krümmung der Wellenfront in der Objektebene von 25 Dioptrien.
Strahlengang 4-4 stellt den Pupillenstrahlengang dar, das heißt den Strahlengang, bei dem ein Strahlenbündel aus einem Punkt der Objektebene 10a austritt. Da die Objektebene 10a und die Bildebene 20a optisch konjugierte Ebenen sind, werden Strahlen, die von einem Punkt in der Objektebene 10a ausgehen, in einem Punkt in der Bildebene 20a vereinigt.
Wie der Pupillenstrahlengang 4-4 zeigt, verlaufen die Strahlen 11a zwischen der zweiten optischen Baugruppe 32a und der dritten optischen Baugruppe 33a parallel. Dadurch bleibt bei einer Verschiebung der dritten optischen Baugruppe 33a die Bildebene 20a fest in ihrer Position relativ zur dritten optischen Baugruppe 33a. Bei einer Verschiebung der dritten optischen Baugruppe 33a und des Wellenfrontsensors 60a in eine gleiche Richtung und um eine gleiche Länge bleibt daher die Eintrittsfläche 61a des Wellenfrontsensors 60a in einer gleichen Position relativ zur Bildebene 20a. Dies ermöglicht eine genaue Messung der Wellenfront in der Bildebene 20a.
Ebenso ist es denkbar, dass die Abbildungsoptik 30a so ausgebildet ist, dass die Strahlen 11a zwischen der zweiten optischen Baugruppe 32a und der dritten optischen Baugruppe 33a nicht genau, sondern näherungsweise parallel sind. Die Abweichung von der Parallelität kann so begrenzt sein, das bei einer Verschiebung der dritten optischen Baugruppe 33a und/oder des Wellenfrontsensors 60a die Eintrittsfläche 61a des Wellenfrontsensors 60a in einem Detektionsbereich DR der Bildebene 20a bleibt.
Daher kann mit einem aberrometrischen Messsystem 1a entsprechend er 4 die Brechkraft der Abbildungsoptik 30a so verändert werden, dass eine sphärische Fehlsichtigkeit des Auges kompensiert werden kann. In anderen Worten werden Wellenfronten, die von fehlsichtigen Augen mit einer sphärischen Krümmung emittiert werden, durch die Abbildungsoptik 30a in eine ebene oder näherungsweise ebene Wellenfront übergeführt.
Dadurch kann in dem aberrometrischen Messsystem 1a ein Wellenfrontsensor 60a mit einem vergleichsweise geringen Messbereich verwendet werden.
Ferner kommt das aberrometrisches Messsystem 1a ohne adaptive optische Komponenten aus und kann daher kostengünstig sein.
Ferner verändert sich die Position der Eintrittsfläche 61a des Wellenfrontsensors 60a relativ zur Bildebene 20a nicht oder nicht wesentlich. Dies ermöglicht eine Messung mit vergleichsweise hoher Präzision.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines aberrometrischen Messsystems 1b. Die Abbildungsoptik 30b des aberrometrische Messsystem 1b weist eine adaptive optische Komponente 70b auf. Die adaptive optische Komponente 70b ist in einem Adaptionsbereich AR vor der Bildebene 20b angeordnet.
Der Adaptionsbereich AB kann so definiert sein, dass bei einer Änderung der Brechkraft und/oder der Aberration der adaptiven optischen Komponente 70b, die im Adaptionsbereich AR angeordnet ist, eine Position der Bildebene 20b relativ zu einer Position der Eintrittsfläche 61b entlang der optischen Achse nur so stark verschoben wird, dass die Wellenfront in der Bildebene 20b aus den Daten des Wellenfrontsensors 60b berechnet werden kann. In anderen Worten verschiebt bei einer Anordnung der adaptiven optischen Komponente 70b im Adaptionsbereich AR, eine Veränderung der Brechkraft oder der Aberration der adaptiven optischen Komponente 70b die Bildebene 20b nur so, dass die Eintrittsfläche 61b im Detektionsbereich bleibt.
Der Strahlengang 5-1 zeigt den Strahlengang, bei dem die Wellenfront in der Objektebene 10b eine sphärische Krümmung von –7,5 Dioptrien aufweist. Die Brechkraft der adaptiven optischen Komponente 70b kann so verändert werden, dass die Wellenfront entlang der optischen Achse OA zwischen der adaptiven optischen Komponente 70b und dem Wellenfrontsensor 60b eine ebene oder näherungsweise ebene Wellenfront aufweist.
Analog kann die Brechkraft der adaptive optischen Komponente 70b bei einer anderen sphärischen Fehlsichtigkeit des Auges eingestellt werden. Beispielhaft zeigen die Strahlengänge 5-3, 5-4 und 5-5 Strahlengänge von Wellenfronten, die in der Objektebene 10b sphärische Krümmungen von 5, 10 und 25 Dioptrien aufweisen. Die Brechkraft der adaptiven optischen Komponente 70b ist in diesen Strahlengängen jeweils so eingestellt, dass eine ebene oder näherungsweise ebene Wellenfunktion in die Eintrittsfläche 61b des Wellenfrontsensors 60b eintritt.
Strahlengang 5-2 illustriert einen Strahlengang, der sich bei einem normalsichtigen, also emmetropen Auge ergibt. Bei einem emmetropen Auge treten Lichtstrahlen mit einer ebenen Wellenfront aus dem Auge aus, wenn die Retina des Auges punktförmig beleuchtet wird.
Bei einer Veränderung der Brechkraft des adaptiven optischen Elements 70b kann sich die Position der Bildebene 20b entlang der optischen Achse OA ändern. Daher kann die Position der Bildebene 20b in den Strahlengängen 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, 5-5 jeweils verschieden sein. Die Änderung der Position der Bildebene 20b in Abhängigkeit von der Brechkraft der adaptiven optischen Komponente 70b ist umso geringer, je näher die adaptive optische Komponente 70b an der Position der Bildebene 20b angeordnet ist.
Daher ist in dem aberrometrischen Messsystem 1b die adaptive optische Komponente 70b nahe an der Bildebene 20b angeordnet, insbesondere innerhalb des Adaptionsbereiches AR.
6 illustriert die Funktionsweise der adaptiven optischen Komponente 70b. Die adaptive optische Komponente 70b des aberrometrischen Messsystems 1b ist als Alvarez-Plattenpaar oder Lohmann-Plattenpaar ausgebildet.
Alvarez und Lohmann-Linsen sind beispielsweise im Artikel "The Alvarez-Lohmann refractive lenses revisited", veröffentlicht in der OPTICS EXPRESS, Vol. 17, No. 11, beschrieben.
Die Strahlengänge 6-1 bis 6-6 illustrieren die Veränderung der Brechkraft der adaptiven optischen Komponente 70b des aberrometrischen Messsystems 1b. Die adaptive optische Komponente 70b weist eine erste Teilkomponente 71b und eine zweite Teilkomponente 72b auf. Durch eine Verlagerung der ersten Teilkomponente 71b relativ zur zweiten Teilkomponente 72b ist eine Brechkraft der adaptiven optischen Komponente 70b veränderbar. Die Verlagerung der ersten Teilkomponente 71b relativ zur zweiten Teilkomponente 72b erfolgt in einer Richtung senkrecht oder näherungsweise senkrecht zur optischen Achse OA der Abbildungsoptik 30b. Dadurch erlaubt die adaptive optische Komponente 70b eine Veränderung der Brechkraft bei einer konstanten Länge der Abbildungsoptik 30b. Dadurch kann eine vergleichsweise platzsparende und kompakte Anordnung des aberrometrischen Messsystems 1b erhalten werden.
Ferner erlaubt die Verlagerung der ersten Teilkomponente 71b relativ zur zweiten Teilkomponente 72b senkrecht zur optischen Achse OA, dass die adaptive optische Komponente 70b in der Nähe der Eintrittsfläche 61b des Wellenfrontsensors 60b angeordnet werden kann. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass sich die Bildebene 20b bei einer Veränderung der Brechkraft und/oder der Aberration der adaptiven optischen Komponente 70b nur gering verschiebt. Dies erlaubt eine vergleichsweise genaue Messung der Wellenfront in der Bildebene 20b.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines aberrometrischen Messsystems 1c. Die Abbildungsoptik 30c des aberrometrischen Messsystems 1c umfasst eine erste optische Baugruppe 31c, eine zweite optische Baugruppe 32c und eine dritte optische Baugruppe 33c. Vor der ersten optischen Baugruppe 31c ist eine λ/4-Platte als brechkraftloses Element 63c angeordnet.
Die Abbildungsoptik 30c ist so ausgebildet dass sie eine Zwischenbildebene 12c erzeugt, die optisch konjugiert zur Objektebene 10c und zur Bildebene 20c ist. Die Abbildungsoptik 30c weist eine vierte optische Baugruppe 34c auf, die die Zwischenbildebene 12c in die Bildebene 20c abbildet. Die vierte optische Baugruppe 34c weist eine positive Brechkraft auf. In der Zwischenbildebene 12c ist eine adaptive optische Komponente 70c angeordnet.
Durch die Anordnung der adaptiven optischen Komponente 70c in der Zwischenbildebene 12c wird bei einer Änderung der Brechkraft der adaptiven optischen Komponente 70c die Bildebene 20c nicht oder nur geringfügig verschoben.
Ist die adaptive optische Komponente 70c nicht exakt in der Zwischenbildebene 12c angeordnet, so kann sie noch in einem Zwischenbildbereich IR um das Zwischenbild 12c angeordnet sein. Der Zwischenbildbereich IR kann definiert werden als der Bereich um die Zwischenbildebene 12c, bei dem die Position der Bildebene 20c bei einer Änderung der Brechkraft und/oder der Aberration der adaptiven optischen Komponente 70c höchstens so verändert wird, dass die Wellenfront in der Bildebene 20c aus den Messwerten des Wellenfrontsensors 60c berechnet werden kann.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform des aberrometrischen Messsystems 1d. Viele Komponenten des aberrometrischen Messsystems 1d haben eine ähnliche Struktur und Funktion wie das aberrometrische Messsystem in 4. Eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten wird daher ausgelassen.
Das aberrometrische Messsystem 1d weist einen 180°-Reflektor 65d auf, der zwei zueinander orthogonal ausgerichteten Spiegelflächen 63d und 64d aufweist.
Durch eine Verschiebung des 180°-Reflektors in einer Richtung M parallel zur optischen Achse OA des einfallenden Messlichts, wird der optische Weg zwischen der zweiten optischen Baugruppe 32d und der dritten optischen Baugruppe 33d verändert.
Das aberrometrische Messsystem 1d kann so ausgebildet sein, dass die Strahlen des Messlichts im Pupillenstrahlengang zwischen der zweiten optischen Baugruppe 32d und der dritten optischen Baugruppe 33d parallel oder im Wesentlichen parallel verlaufen.
Der in der 8 dargestellte Strahlengang stellt den Pupillenstrahlengang dar.
Verlaufen die Strahlen des Messlichts im Pupillenstrahlengang zwischen der zweiten optischen Baugruppe 32d und der dritten optischen Baugruppe 33d parallel zur optischen Achse OA des Messlichts so verändert sich mit einer Verschiebung des 180°-Reflektors die Position einer Eintrittsfläche 61d eines Wellenfrontsensors 60d relativ zu einer Bildebene 20d nicht.
Die Strahlen des Messlicht des Pupillenstrahlengangs zwischen der zweiten optischen Komponente 32d und der dritten optischen Komponente 33d können auch leicht von der Parallelität abweichen, wenn bei einer Verschiebung des 180°-Reflektors entlang der Richtung M die Bildebene 20d im Detektionsbereich des Wellenfrontsensors 60d bleibt.
Es ist ferner auch denkbar, dass der Wellenfrontsensor 60d so ausgebildet ist, dass er in einer Richtung entlang der optischen Achse OA verschiebbar ist.
9 zeigt ein optisches Messsystem 2, das ein aberrometrisches Messsystems 1e aufweist. Viele Komponenten des aberrometrischen Messsystems 1e haben eine ähnliche Struktur und Funktion wie das aberrometrische Messsystem in 4. Eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten wird daher ausgelassen.
Das Aberrometrische Messsystem 1e weist eine erste optische Baugruppe 31e, eine zweite optische Baugruppe 32e und eine dritte optische Baugruppe 33e auf. Die erste optische Baugruppe 31e weist ein Kittglied 103e und ein Hauptobjektiv 100e auf. Das aberrometrische Messsystem 1e weist ferner einen Faltspiegel 63e auf, mit dem das Messlicht auf die Bildebene 20e gelenkt wird und mit dem ferner das Beleuchtungslicht auf die Objektebene 10e gelenkt wird. Die dritte optische Baugruppe 33e ist zusammen mit dem Wellenfrontsensor 60e verschiebbar angeordnet. Die Verschiebbarkeit ist durch den Doppelpfeil S angedeutet.
Des Weiteren weist das aberrometrische Messsystem 1e eine Beleuchtungsoptik 40e auf, durch die Beleuchtungslicht über einen Strahlteiler 41e in den Strahlengang des Messlichts eingekoppelt wird.
Ferner weist das optische Messsystem eine zweite Abbildungsoptik auf. Die zweite Abbildungsoptik weist folgende Komponenten auf: das Hauptobjektiv 100e, ein erstes und eine zweites Zoomsystem 104e, 105e, einen ersten und einen zweiten Strahlteiler 101e, 102e, eine erste und eine zweite Optik 67e, 68e, eine erste und eine zweite Kamera 66e, 69e und ein erstes sowie ein zweites Okular 64e, 65e.
Durch das erste und das zweite Okular 64e, 69e kann ein Betrachter ein vergrößertes Bild der Objektebene 10e betrachten. Eine Vergrößerung der zweiten Abbildungsoptik ist durch das erste und das zweite Zoomsystem 104e, 105e einstellbar.
Durch den ersten Strahlteiler 101e wird Licht aus einem ersten Beobachtungsstrahlengag 111e ausgekoppelt und über die erste Optik 67e ein vergrößertes Bild der Objektebene 10e auf einem CCD-Bildsensor einer ersten Kamera 66e erzeugt. Ein Abbildungsmaßstab dieser Abbildung ist durch das erste Zoomsystem 104e einstellbar.
Von einem zweiten Beobachtungsstrahlengang 110e durch den zweiten Strahlteiler 102e Licht aus dem zweiten Beobachtungsstrahlengag 110e ausgekoppelt und über eine zweite Optik 68e ein vergrößertes Bild der Objektebene 10e auf einem CCD-Bildsensor einer zweiten Kamera 66e erzeugt. Ein Abbildungsmaßstab dieser Abbildung ist durch das zweite Zoomsystem 105e einstellbar.
Das Hauptobjektiv 100e bildet somit eine gemeinsame optische Komponente der Abbildungsoptik 30e des aberrometrischen Messsystems 1e und der zweiten Abbildungsoptik.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4795248 [0070]
US 6317190 B1 [0070]
US 5617109 [0070]
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US 4572616 [0070]
US 5815233 [0070]
US 6369954 B1 [0071]
CA 2368553 [0071]
US 4783155 [0071]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. Liang, B. Grimm, S. Goelz, J. F. Rille, ”Objektive measurement of wave aberrations of the human eye with the use of a Hartmann-Shack wave-front sensor”, J. Opt. Soc. Am. A 11 (1994) pp. 1949–1957 [0004]
„The Alvarez and Lohmann refractive lenses revisited” von Sergio Barbern, erschienen in der OPTICS EXPRESS, Vol. 17, No. 11, S. 9376 bis 9390 [0066]
„Shack-Hartmann sensor improvement using optically binning” von A. Basden et al., erschienen in Applied Optics 46 (2007) Seiten 6136–6141 [0108]
”The Alvarez-Lohmann refractive lenses revisited”, veröffentlicht in der OPTICS EXPRESS, Vol. 17, No. 11 [0185]

Claims

Aberrometrisches Messsystem (1) zur Bestimmung der Refraktion eines Auges (90), aufweisend: eine Abbildungsoptik (30) zum Abbilden einer Objektebene (10) des aberrometrischen Messsystems (1) in eine Bildebene (20) des aberrometrischen Messsystems (1), und einen Wellenfrontsensor (60) mit einer Eintrittsfläche (61), wobei die Eintrittsfläche (61) entlang einer optischen Achse (OA) der Abbildungsoptik (30) in einem Detektionsbereich (DR) um die Bildebene (20) angeordnet ist, wobei die Abbildungsoptik (30) aufweist: eine erste optische Baugruppe (31) mit einer positiven Brechkraft, eine zweite optische Baugruppe (32) mit einer negativen Brechkraft, eine dritte optische Baugruppe (33) mit einer positiven Brechkraft, wobei das aberrometrische Messsystem (1) so ausgebildet ist, dass von der Objektebene (10) ausgehendes Messlicht nach Durchlaufen der ersten optischen Baugruppe (31) in die zweite optische Baugruppe (32) eintritt und nach Durchlaufen der zweiten optischen Baugruppe (32) in die dritte optische Baugruppe (33) eintritt.
Aberrometrisches Messsystem (1) nach Anspruch 1, wobei für einen Arbeitsabstand (D) zwischen der Objektebene (10) und der ersten optischen Baugruppe (31) und einer Brennweite f₁ der ersten optischen Baugruppe (31) gilt: a·f₁ < D, wobei a den Wert 1 insbesondere den Wert 2 oder den Wert 3 oder den Wert 3,9 aufweist.
Aberrometrisches Messsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei für eine Länge (L) des aberrometrischen Messsystems entlang der optischen Achse (OA) und für den Arbeitsabstand (D) gilt: L < b·D, wobei b den Wert 1, insbesondere den Wert 0,8 oder den Wert 0,7 oder den Wert 0,6 aufweist.
Aberrometrisches Messsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für die Brennweite f₁ der ersten optischen Baugruppe (31) und einer Brennweite f₂ der zweiten optischen Baugruppe (32) gilt: |f₂| ≤ c·f₁, wobei c den Wert 0,8, insbesondere den Wert 0,75 oder 0,7 aufweist.
Aberrometrisches Messsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Brennpunkt (F) der ersten optischen Baugruppe (31) entlang der optischen Achse (OA) des Messlichts zwischen der zweiten optischen Baugruppe (32) und der Bildebene (20) liegt.
Aberrometrisches Messsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abbildungsoptik (30) verschiebbare optische Komponenten aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie entlang der optischen Achse (OA) verschiebbar sind.
Aberrometrisches Messsystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abbildungsoptik (30) ausgebildet ist, dass eine optische Kompensation der Abbildungsoptik (30) veränderbar ist.
Aberrometrisches Messsystem (1b) nach Anspruch 7, wobei die Abbildungsoptik (30b) eine adaptive optische Komponente (70b) aufweist, die so ausgebildet ist, dass eine Brechkraft und/oder eine Aberration der adaptiven optischen Komponente (70b) veränderbar ist.
Aberrometrisches Messsystem (1) nach Anspruch 8, wobei die adaptive optische Komponente (70b) zumindest zwei Teilkomponenten (71b, 72b) aufweist, die so ausgebildet sind, dass durch eine Verlagerung der zumindest zwei Teilkomponenten (71b, 72b) relativ zueinander in eine Richtung, die in einem Winkel zur optischen Achse (OA), insbesondere senkrecht zur optischen Achse (OA) orientiert ist, die optische Kompensation der Abbildungsoptik (30b) veränderbar ist.
Aberrometrisches Messsystem (1b) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die adaptive optische Komponente (70b) eine variable Flüssiglinse, eine LC-Linse und/oder einen adaptiven Spiegel aufweist.
Aberrometrisches Messsystem (1b) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die adaptive optische Komponente (70b) in einem Adaptionsbereich (AR) entlang der optischen Achse (OA) vor der Bildebene (20) angeordnet ist.
Aberrometrisches Messsystem (1c) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Abbildungsoptik (30c) ausgebildet ist, eine Zwischenbildebene (12c) zu erzeugen, die optisch konjugiert zur Objektebene (10c) und zur Bildebene (20c) ist und wobei die adaptive optische Komponente (70c) in einem Zwischenbildbereich (IR) entlang der optischen Achse (OA) um die Zwischenbildebene (12c) angeordnet ist.
Aberrometrisches Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Beleuchtungsoptik (40), die ausgelegt ist, Beleuchtungslicht einer Lichtquelle (80) des aberrometrischen Messsystems (1) in den Strahlengang des Messlichts über einen Strahlteiler (41) der Beleuchtungsoptik (40) einzukoppeln.
Aberrometrisches Messsystem nach Anspruch 13, wobei die Beleuchtungsoptik (40) ausgelegt ist, dass eine sphärische Krümmung einer Wellenfront des Beleuchtungslichts in der Objektebene (10) veränderbar ist.
Aberrometrisches Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das aberrometrische Messsystem (1) einen zweiten Wellenfrontsensor mit einer zweiten Eintrittsfläche aufweist, wobei die zweite Eintrittsfläche in der Bildebene (20) angeordnet ist oder anordenbar ist.
Aberrometrisches Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wellenfrontsensor (60) einen Hartmann-Shack-Sensor aufweist.
Optisches Messsystem (2), umfassend: ein aberrometrisches Messsystem (1e) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ein Mikroskopiesystem, das eine zweite Abbildungsoptik aufweist, wobei die zweite Abbildungsoptik zumindest ein Okular (64e, 65e) umfasst und/oder wobei die zweite Abbildungsoptik die Objektebene (10e) auf zumindest einen elektronischen Bildsensor der zweiten Abbildungsoptik abbildet.
Optisches Messsystem (2) nach Anspruch 17, wobei das optische Messsystem (2) so ausgebildet ist, dass die Abbildungsoptik (30e) des aberrometrischen Messsystems (1e) und die zweite Abbildungsoptik eine gemeinsame optische Komponente (100e) aufweisen.