Objektive und subjektive Bewertungsverfahren zur Wirkung von Aberrationen am Auge

Jungnickel, Hendrik GND

The study focuses on a selection of methods for quantifying human visual performance, which is affected by optical aberrations. The objective methods measure visual function and provide a numerical result whereas the subjective methods reflect participants' evaluation of their visual perception. To simulate vision under various degrees of aberration, an adaptive optics set-up was used – the ‘Adaptive Phoropter’. Measurements and correction of wavefront errors and simulation of certain wavefront error patterns were conducted with this set-up.One experiment on volunteers looked at identifying an alternative to visual acuity and contrast sensitivity tests. Under glare conditions and full correction of all aberrations, including higher-order aberrations, disability glare were significantly improved compared to a typical spectacle correction as well as the contrast sensitivity. Additionally, the majority of participants reported lower subjectively perceived glare levels (discomfort glare). The findings suggest that measuring glare is a useful addition to traditional visual function tests. Subsequent experiments analyzed the subjective perception of aberrations in participants. An initial study determined the just-noticeable differences for the perception of selected aberrations. These differences indicate the magnitude of aberrations that alter the visual impression measurably. For the first time, an accurate, fast measuring staircase procedure was employed to determine the just-noticeable differences for aberrations. The effects of the different aberrations were compared and influential factors on the just-noticeable differences were identified. It was found that image quality metrics for describing the change of the visual quality are more appropriate than the typically used root-mean-square wavefront error. The final study investigated the effectiveness of novel test patterns as a more sensitive means of visual quality assessment than classical optotypes. Just-noticeable differences were determined and compared for a selection of test patterns. Results show that using appropriate sized letters, small variations in sharpness and contrast are equally well detected as with other test patterns. The present thesis provides new insights on visual perception following the correction of aberrations. Furthermore, it provides fundamentals for further developing subjective measurement methods, particularly by considering higher-order aberrations in refraction for spectacle corrections. Requirements were also derived from the experiments for an adaptive phoropter to be used for testing visual functions and subjective refractions. These findings have partly been considered in the optimization of the set-up.

Die Arbeit beschäftigt sich mit verschiedenen Verfahren zur Quantifizierung der menschlichen Sehqualität unter dem Einfluss von Aberrationen. Dabei wird unterschieden zwischen objektiven Methoden, bei denen Sehfunktionen als Messwerte erfasst werden, und subjektiven Methoden, die eine Einschätzung des Seheindrucks durch den Probanden erfordern. Um das Sehen mit unterschiedlichen Ausprägungen von Aberrationen simulieren zu können, wurde ein adaptiv-optischer Laboraufbau genutzt, der Adaptive Phoropter. Neben der Erfassung der Wellenfrontfehler des Auges war es mit dem Aufbau möglich, diese Fehler zu korrigieren oder bestimmte Fehler zu erzeugen.In einer Probandenstudie ging es darum, eine Alternative zu den bisher verwendeten Maßen (Visus und Kontrastempfindlichkeit) zur Bewertung der Sehqualität zu finden. Bei den Untersuchungen unter Blendungsbedingungen und Korrektion aller Aberrationen (inklusive Aberrationen höherer Ordnung) wurde festgestellt, dass sich neben der Kontrastempfindlichkeit auch die Blendempfindlichkeit gegenüber einer Brillenkorrektion signifikant bessert. Außerdem reduziert sich bei der Mehrzahl der Probanden das subjektive Blendempfinden. Damit stellt das Prüfen des Blendungssehens eine sinnvolle Ergänzung zu den bisherigen Prüfverfahren dar.Zwei weitere Probandenstudien hatten die Untersuchung der subjektiv wahrnehmbaren Auswirkungen von Aberrationen zum Ziel. Zunächst wurden für verschiedene Aberrationen Unterschiedsschwellen ermittelt, die angeben, ab welcher Größenordnung eine Änderung des Seheindrucks erkennbar ist. Erstmals wurde hierfür ein Treppenverfahren zur Bestimmung der Schwelle verwendet, welches eine hohe Genauigkeit bei kurzer Messdauer ermöglicht. Die Wirkungen der verschiedenen Aberrationen wurden verglichen und Einflussfaktoren auf die Unterschiedsschwellen identifiziert. Dabei hat sich gezeigt, dass das Beschreiben der Sehveränderung mittels einer Maßzahl für die Bildqualität treffender ist als die Angabe der mittleren quadratischen Abweichung der Wellenfront. Eine weiterführende Studie beschäftigte sich mit der Frage, ob es mit einer speziellen Testmustergestaltung möglich ist, Änderungen der Sehqualität sensibler als mit klassischen Sehzeichen aufzudecken. Hierbei wurden die Unterschiedsschwellen für verschiedene Testmustervarianten verglichen und gezeigt, dass mit Buchstaben geeigneter Größe kleine Änderungen bei Schärfe und Kontrast ähnlich gut erkannt werden können wie mit anderen Mustern.Die vorliegende Arbeit liefert damit neue Erkenntnisse zur Auswirkung der Korrektion von Aberrationen auf den Seheindruck und dient als Grundlage, um subjektive Bewertungsverfahren – beispielsweise zur genaueren Refraktionsbestimmung unter Einbeziehung Aberrationen höherer Ordnung – weiterzuentwickeln. Darüber hinaus wurden aus den Experimenten Anforderungen abgeleitet, die ein adaptiver Phoropter zur Durchführung von Sehfunktionsprüfungen und subjektiven Refraktionen haben muss. Zum Teil wurden diese Erkenntnisse bereits umgesetzt, um den Laboraufbau zu optimieren.

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Jungnickel, Hendrik: Objektive und subjektive Bewertungsverfahren zur Wirkung von Aberrationen am Auge. 2015.

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