Способ контроля состояния оптической системы и устройство для его осуществления
Использование: в медицине, а именно и офтальмологии для контроля состояния оптической системы глаза. Сущность: способ контроля состояния оптической системы включает формирование когерентной плоской волны, преобразование плоской волны в набор из трех когерентных расходящихся сферических волн с центрами расходимости , симметрично расположенными перед глазом на его оптической оси и вне ее, которые формируют на сетчатке глаза интерференционную картину, изменяют ее контраст Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в медицине, а именно в офтальмологиидля контроля состояния оптической системы глаза. Цель изобретения - повышение точности контроля аметропии глаза за счет получения количественной оценки аберрации оптической системы глаза. Способ осуществляют следующим образом . 2 путем изменения амплитуды внеосевых сферических волн и оценивают волновую .аберрацию оптической системы глаза по величине порогового контраста с помощью формулы Ф (Л/2тг) arccos (Kn0p/4q), где А- длина волны; К - величина порогового контраста глаза (КпорЮ,01); - коэффициент; В - амплитуда внеосевых сферических волн; А-амплитуда осевой сферической волны. Устройство контроля состояния оптической системы содержит последовательно расположенные на одной оптической оси лазер , осветительную систему, пространственный фильтр в виде непрозрачного диска с тремя отверстиями, симметрично расположенными перед глазом на его оптической оси и вне ее, расположенный перед пространственным фильтром оптический клин, склеенный из трех клиньев, каждый из-которых перекрывает одно из трех отверстий пространственного фильтра, перемещающийся в направлении , перпендикулярном ориентации отверстий, причем крайние клинья выполнены из поглощающего стекла; Положительный эффект: получена количественная оценка аметропии глаза с точностью 0,2 дптр. 2 с.п,ф-лы, 3 ил. На фиг,1 представлена схема, поясняющая данный предлагаемый способ; на фиг.2 - зависимость контраста распределения интенсивности от отношения амплитуд сферических волн при отсутствии и наличии аберрации; на фиг.З - распределение интенсивности на счетчике глаза с пороговым контрастом .01. Устройство содержит лазер 1, осветительную систему 2, оптический клин 3, скле (Л С оо О -ч 00 ю ю
& 4, СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (sos 6 01 M 11/02
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
В зом. (21) 4800287/14 (22) 14.12 89 (4G) 07.04,93, Бюл. N 13 (71) Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им, Н.Э. Баумана (72) О.В.Рожков, А.П.Тимашов и Л,Н.Тимашова (56) А.с.М 1508317 (СССР), Способ контроля объектива и устройство для его осуществления/Рожков О.В„Тимашова Л.Н, — Заявл.23.10.87, опубл,в Б,И. N . 33 1989. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ CNCTEMbl И УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: в медицине, а именно в офтальмологии для контроля состояния оптической системы глаза, Сущность. способ контроля состояния оптической системы включает формирование когерентной плоской волны, преобразование плоской волны в набор из трех когерентных расходящихся сферических волн с центрами расходимости, симметрично расположенными перед глазом на его оптической оси и вне ее, которые формируют на сетчатке глаза интерференционную картину, изменяют ее контраст
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в медицине, а именно в офтальмологии для контроля состояния оптической системы глаза.
Цель изобретения — повышение точности контроля аметропии глаза за счет получения количественной оценки аберрации оптической системы глаза.
Способ осуществляют следующим обра. Ж,, 1807322 А1 путем изменения амплитуды внеосевых сферических волн и оценивают волновую .аберрацию оптической системы глаза по величине порогового контраста с помощью формулы Ф = Д/2 } агссоз (Кп0р/4q), где
Л- длина волны, К вЂ” величина порогового контраста глаза (Kppp=-0,01); ц=В/A — коэффициент;  — амплитуда внеосевых сферических волн; А — амплитуда осевой сферической волны, Устройство контроля состояния оптической системы содержит последовательно расположенные на одной оптической оси лазер, осветительную систему, пространственный фильтр в виде непрозрачного диска с тремя отверстиями, симметрично расположенными перед глазом на его оптической оси и вне ее, расположенный перед пространственным фильтром оптический клин, склеенный из трех клиньев, каждый из которых перекрывает одно из трех отверстий пространственного фильтра, перемещающийся в направлении, перпендикулярном ориентации отверстий, причем крайние клинья выполнены из поглощающего стекла; Положительный эффект: получена количественная оценка аметропии глаза с точностью 0,2 дптр. 2 с.п,ф-лы, 3 ил.
На фиг.1 представлена схема, поясняющая данный предлагаемый способ; на фиг.2 — зависимость контраста распределения интенсивности от отношения амплитуд сферических волн при отсутствии и наличии аберрации; на фиг.3 — распределение интенсивности на счетчике глаза с пороговым контрастом Knpp=0,01.
Устройство содержит лазер 1, осветительную систему 2, оптический клин 3, скле1807322 енный из трех клиньев 4, 5, 6, причем крайние клинья 4, 6 выполнены из поглощающего стекла, пространственный фильгр 7 в виде непрозрачного диска с тремя отверстиями, симметрично расположенными на оптической оси глаза и вне ее. При этом оптический клин 3 перемещается в направлении, перпендикулярном ориентации отверстий фильтра и каждый иэ трех клиньев 4, 5, 6.перерывает одно из отверстий фильтра 7. 10
r =10", (1) где k — показатель поглощения стекла клина (1) на длине волны лазера;
I — толщина клина.
В результате дифракции плоских волн на отверстиях пространственного фильтра 7 30 они преобразуются в сферические расходящиеся волны и поле за фильтром будет иметь вид
ug) А.д@+ В(ду -4) + ag+@)), (2) 35 где А — амплитуда осевой сферической волны;
В=А г — амплитуда внеосевых сферических волн;( (, о — расстояние от оптической оси глаза до внеосевых отверстий фильтра; д —. дельта-функция Дирака.
Аберрационная функция зрачка глаза, так >ке как и для любой оптической системы, может быть записана в виде
Р(, x)=exp{Jk Ф(ф; х )) (3) гдв Ф(((j= С е в +Ссф вл+Ско вал+
С, а х л-Санах — сУммаРнаЯ волноваЯ аберрация глаза; Сде, Ссф, Ско Скр Сди коэффициенты элементарных волновых аберраций глаза — дефокусировки, сферической аберрации, комы, кривизны поля, дисторсии, соответственно.
С учетом аберрационной функции зрачка глаза поле за фильтром 7 примет вид
Устройство работает следующим образом, Лазер 1 совместно с осветительной системой 2 формируют однородную когерентную плоскую волну, которая проходит через оптический клин 3 и делится им на три плоских волны с различными амплитудами, причем крайние плоские волны проходят через поглощающие клинья 4, 6 с коэффици- 20 ентом пропускания (по интенсивности) t, равным (без учета отражения) U((;x) (А д®) + В(д((— (о) +
+ д(4+ 4)))exp (jk<9(g x) ), (4)
В результате преобразования Фурье, выполняемого глазом, когерентые сферические волны преобразуются в плоские волны, которые сформируют на сетчатке глаза интерференционную картину, распределение поля в которой будет иметь вид
Т(х;ф) =(А+2Вехр/jk&„т(ф; х)) х х cos { 2л(пх — — ) j, где А — амплитуда осевой плоской волны;в — амплитуда внеосевых (наклонных) плоских волн;
3 — площадь сечения плоских волн на сетчатке глаза; ифо/З вЂ” пространственная частота интерференционной картины;
à — фокусное расстояние глаза;
44eT((х)=Сде ф +Ссф ф +Скр ф х — четные волновые аберрации глаза;
Ф4еч(фХ) = Скофзк + Сди(Х вЂ” НЕЧЕТНЫЕ волновые аберрации, глаза;
k=2 л/д,- волновое число.
Соответствующее распределение интенсивности. регистрируемое сетчаткой, имеет вид
1(х; Q=(A ) +4А В cos{k Ф(ат)соз {2 zc(vc,x— у — ) )+4(В ) cos2{ 2л(цх — У вЂ” ) )
=(А ) (1+4qcos{ k Ф4ет}сов{2 л(вАох — (— ") )
+4q cos { 2гфох- —; ) )).
llpx Ф т Ф(ел=О l(x; в(=(А (i+44 sos x
{k Ф((ет) + 4q cos 2йввуох) .
Из полученного выражения видно, что распределение интенсивности имеет вид максимумов и минимумов, чередующихся с пространственной частотой ро = 8o/ÀÃ, интенсивность которых зависит от четных волновых аберраций таким образом. что контраст распределения равен
k (макс мин
1макс + 1мин (Al)2 - 4(В)2
1807322
4Всоз! k 1 l 4cos 1(Ф<<ет 1+ 4q (8) 20 (9) @ = меч (Лх) ЛГ = М>де/К (13) Кпо Ц р 4с0$ jk 34„) (14) Фет < 0,25Л. (15) Д >>><><Ы : = 0,1914 где 1ма«=(A ) +4А В cos (k Флет) - -4(В ); 2 .г. 5! мин=(А )2 4А В с0$ {k Ф<<ет) +4(B ).. Обозначив отношение амплитуд внеосевых B и осевой А сферических волн q=B/ß, получим Нечетные волновые аберрации искажают пространственную частоту ро на величину и их количественная оценка глазом затруднена. На фиг.2 показана зависимость контр- 25 аста распределения интенсивности k от отношения амплитуд сферических волн q=B/А при отсутствии и наличии аберраций, Иэ (8) и фиг,2 видно, что при малых о(т,е. малых контрастах) эта зависимость практи- 30 чески линейная, т,е. k 4q cos (k Фцет) при q«1> (10) Как известно. при оптимальных уровнях 35 освещенности пороговая контрастная чувствительность глаза knop 0,01, и по этой величине можно количественно оценить величины четных волновых аберраций глаза, В соответствии с предложенным спосо- 40 бом изменяют соотношение амплитуд осевой и внеосевых сферических волн с помощью перемещающегося поглощающего оптического клина 3 до достижения минимально различного(порогового) контраста распреде- 45 ления, т.е. обеспечивая Кпор=4с сов (КФ чет)=0,01. (11) На фиг,3 показано распределение ин- 50 тенсивности на сетчатке глаза с пороговым КОНтРаотОМ Кпор=0,01. ДЛЯ КажДОГО ГЛаЗа пороговый контраст К»р--0,01 будет иметь место при различном отношении q=B/À(изза аберрации глаза ч <ет). В результате из 55 (11) имеем Фчет= —.агссоз(0,0025/запор)= Л ==< — аrccos(0,0025/ т гпор). (12) 3Л т.к, q= Б {т — коэффициент пропускания поглощающего клина). Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют при фиксировании глазом интерференционной картины с пороговым КОНтРаСтОМ Кпор И ИЗВЕСТНОМ КОЭффИЦИЕНтЕ пропускания поглощающего клина т определять величины четных аберраций оптической системы глаза, основной из которых вследствие дальнозорности или близорукости является дефокусировка, т.е, аметропия глаза. Причем дефокусировка, определенная в двух вэаимоперпендикулярных плоскостях, позволяет получить такую важную характеристику глаза, как астигматизм. Пример, Предельная величина дефокусировки близорукого (дальнозоркого) глаза, соответствующая 10 диоптриям компенсационной очковой-линзы, составляет 5 мм, Известна связь между продольной ЛГ и ВолнОВОЙ Фде ДефокУСИРОВками, где о- апертурный угол зрачка глаза при контроле (о =go/f = (ЬГ)/Г =Ь ), Поскольку из (11) имеем и q=B/À>0, то необходимо обеспечить С учетом условия (15) и предельной дефакусировки ЛГ=5 мм из (13) получим v < (2 0,25)б(5 0,6328 10 ) = — 12,6мм(16) Выберем -11 мм . Тогда при продольной дофокусировке глаза hf =5 мм волновая дефокусировка составит Л ЛГ ргЛ 5 11 0,6328.10 Фде/Л— Кпо О 01 ь глл = 1807322 =-0.0069. т=ц =0,48 10 T o=qo =6,25 10 t=q =6,255 10 q=0,002501. Л l-3,416 мм, Полученное отношение амплитуд должно обеспечиваться поглощающим клином с коэффициентом пропускания, равным Для поглощающих клиньев целесообразно использование нейтрального стекла марки НС2 с показателем поглощения (на длине волны Л=0,6328 мкм) k0,632â=0,81. При отсутствии аберраций отношение амплитуд сферических волн, определяемое по (10), равно q o=knop/4=0,01 /4=0,0025. Для обеспечения q=0,0025 коэффициент пропускания поглощающего клина должен быть равен Соответствующая такому пропусканию толщина клина из стекла НС13 будет равна 1=1q то/Ко,вша=20,096 мм. При такой толщине клина идеальный глаз зарегистрирует контраст интерференционной картины. При максимальной аберрации глаза коэффициент пропускания клина равен r=0,48 10 и его толщина при этом будет равна 1=1q wo/Ко,вз2в=16,68 мм. Таким образом, при перемещении кли на его толщина должна изменяться на толщину, что реализуется при перемещении клина, угол которого составляет 10о, на расстояние d=34,16 мм. Для обеспечения выбранной пространственной частоты интерференционой картины р =11 мм расстояние между отверстиями в пространственном фильтре должно равняться (о = ЮГ=0,6328 10 11 22,785 =0,1586 мм. Чтобы обеспечить заполнение поля зрения глаза интерференционной картины на несколько мм, диаметр отверстий должен быть равен Л f, 0,6328 10 з 22,785 хмакс Поскольку непосредственная реализация требуемых параметров фильтра может оказаться затруднительной из-за размеров отверстий, в устройстве может быть использован дополнительный микрообъектив для формирования уменьшенного изображения фильтра. Оценим чувствительность предложенного устройства контроля состояния оптической системы глаза. Положим чувствительность механизма перемещения клиньев, равную 20 дб=0,01 мм, Тогда чувствительность к измео нению толщины клиньев при угле клина 6 составит д1= дд ° tg 6о=0,01 0,1=10 з мм. Измененная на д1=0,001 мм толщина составит 1=1o- д1=20,096-0,001=20,095 м м. Соответствующий этой толщине коэффициент пропускания поглощающих клиньев равен 40 . Волновая дефокусировка, соответствующая полученному q, составит Фде = — 8rcos Кпор/4q= Л 2л 45 Л 001 arcos @ ф — — 0,004%, 1 Соответствующая такой дефокусировке 0 чувствительность в диоптриях равна 0,2 дптр. Таким образом, приведенный пример подтверждает положительный эффект от использования предложенных способа и устройства, а именно — получение количественной оценки аберраций глаза, что позволяет значительно повысить точность контроля зрения, 10 1807322 Ф = (il/2ê) erccos(Knop/4q). 0,5 1 0,2 О,Ч 0,6 -0,3 <,0. ф 5/Д /pg 093 Составитель Л, Тимашова Редактор С. Кулакова Техред М,Моргентал Корректор А. Козориз Заказ 1373 Тираж Подписное 8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина, 101 Формула изобретения 1, Способ контроля состояния оптической системы, включающий формирование когерентной плоской волны, преобразование плоской волны в набор из трех когерен- 5 тных расходящихся сферических волн с центрами расходимости, симметрично расположенными перед глазом на его оптической оси и вне ее, которые формируют на сетчатке глаза интерференционную карти- 10 ну, по контрасту которой оценивают волновую аберрацию оптической системы глаза, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля аметропии глаза, изменяют контраст интерференцицн- 15 ной картины путем изменения амплитуды внеосевых сферических волн и оценивают волновую аберрацию по величине пороговаго контраста интерференционной картины с помощью формулы 20 где Л- длина волны; К пор — величина порогового контраста глаза, К р=-0,01; q=B/А — коэффициент:  — амплитуда внеосевых сферических волн; А — амплитуда осевой сферической волны. 2, Устройство для контроля состояния оптической системы, содержащее последовательно расположенные на одной оптической оси лазер, осветительную систему, пространственный фильтр в виде непрозрачного диска с тремя отверстиями, симметрично расположенными перед глазом на его оптической оси и внеее, о тл ич а ю щеес я тем, что перед пространственным фильтром расположен оптический клин, склеенный иэ трех клиньев, каждый из которых перекрывает одно из трех отверстий пространственного фильтра, перемещающийся в направлении, перпендикулярном ориентации отверстий, причем крайние клинья выполнены иэ поглощающего стекла, 
