Увеличивающее стереоскопическое устройство

 

Увеличивающее стереоскопическое устройство относится к оптическим приборам медицинской техники, в частности к приборам наблюдения трехмерного (стереоскопического) изображения мелкоструктурных элементов в увеличенном масштабе, располагаемых на индивидуально выбираемых рабочих расстояниях от глаз наблюдателя в зависимости от условий и характера выполняемой работы. В увеличивающем стереоскопическом устройстве направляющая механизма управления перемещением монокуляров выполнена в виде плоской пружины. Дистальные участки направляющей плоской пружины выполнены в виде зубчатых реек, каждая из которых кинематически сопряжена с соответствующим монокуляром посредством вращающейся на оси трубки, установленной в центре направляющего паза, выполненного для плоской пружины на кронштейне каждого монокуляра. Увеличивающее стереоскопическое устройство позволяет обеспечить совмещение точки пересечения оптических осей монокуляров с наблюдаемым предметом труда и устранить диплопию (двоения изображения) в независимости от выбора рабочего расстояния и степени аметропии зрения при упрощении конструкции. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к приборам для наблюдения стереоскопического изображения мелкоструктурных предметов труда в увеличенном масштабе, расположенных в пределах расстояния наилучшего видения.

Областями его широкого применения могут быть: - хирургия и криминалистика; - ювелирные, граверные и часовые работы; - сборочные, монтажные и реставрационные работы; - ткацкая и прядильная промышленность, вязание, вышивка и т.д.

Известны увеличивающие стереоскопические устройства (в дальнейшем - УСУ), используемые людьми с пониженной остротой зрения и нарушениями параметров объемного изображения, а также при работе с мелкоструктурными предметами труда в различных областях человеческой деятельности (см., например, проспект фирмы "OCULUS", Германия, 1970 г. копия прилагается).

Они содержат монокуляры системы Галилея, расположенные на дистальных концах реек, перемещаемых трибкой по направляющей держателя, который шарнирно соединен с очковой оправой.

К существенным недостаткам таких устройств относится отсутствие возможности одновременного симметричного поворота монокуляров для установки требуемой величины параллактического угла между визирными осями при устранении диплопии (двоения изображения) в процессе изменения глазного базиса и рабочего расстояния до предмета труда.

Автономный поворот каждого монокуляра, осуществляемый только при снятых УСУ с головы пользователя, позволяет ориентировочно, "на глаз" установить угол между осями монокуляров, перенося тяжесть устранения грубой установки параллактического угла и, соответственно, разности расстояний от точки пересечения осей до зрачков глаз на зрительно-мозговой аппарат. Создаваемая при этой дополнительная асимметричная нагрузка на мышечную систему, ответственную за конвергенцию и аккомодацию глаз, вызывает быструю утомляемость, нарушение координационной связи "предмет труда-изображение-мозг-руки-предмет труда" и болевые ощущения в затылочной части головы. С повышением кратности увеличения монокуляров эти явления проявляются острее.

Известно также УСУ (см. циркулярный каталог "Instruments for microsurgery" фирмы "KEELER", 1989 г.), которое по своей технической сущности является наиболее близким к заявляемому устройству и принято за прототип. Оно содержит монокуляры системы Галилея или Кеплера, установленные на дистальных концах держателя с возможностью перемещения в его направляющих пазах, выполненных по дуге круга радиусом R с центром пересечения оптических осей монокуляров в точке O_к (фиг. 1).

Регулировка глазного базиса Б в таком устройстве не изменяет расстояние от плоскости выходных зрачков до точки пересечения оптических осей монокуляров.

Однако, такое УСУ обладает также существенными недостатками, основными из которых являются: отсутствие возможности совмещения точки пересечения оптических осей монокуляров (особенно системы Галилея) с рабочей плоскостью П, расположенной для каждого пользователя на своем расстоянии наилучшего видения L, а таем более для лиц с различной аметропией зрения (фиг. 1a); отсутствие возможности установки необходимого расстояния до предмета труда П, удобного для выполнения определенного вида работы, даже при наличии в монокулярах фокусирующих элементов.

Применение конструкции УСУ с жесткой привязкой точки пересечения оптических осей монокуляров к центру кривизны направляющей не приводит к быстрой утомляемости зрительно-мозгового аппарата и не вызывает дискомфорта только у тех пользователей, у которых расстояние наилучшего видения таково, что точка O_пл пересечения визирных осей глаз также совмещена с центром кривизны O_К направляющей держателя (фиг. 1a). Однако, расчетная точка пересечения оптических осей монокуляров в общем не может соответствовать расстоянию наилучшего видения всех пользователей, поскольку в той или иной степени возрастным нарушением эмметропии глаз страдает практически все население.

Близорукому наблюдателю (фиг. 1б) для совмещения плоскости изображения П' с сетчаткой глаз (положение П'б) необходимо сформировать выходящие из монокуляров лучи расходящимся. Это возможно при приближении предмета труда к монокулярам на расстояние L_б. В результате чего, новую плоскость резкого видения П_б оптические оси монокуляров пересекут на расстоянии наилучшего видения L_б в точках O_п и O_л, расстояние A_б между которыми определяет величину двоения изображения (диплопии).

При этом мозг испытывает дополнительную нагрузку, т.к. он вынужден управлять мышечной системой глаз для устранения углов рассогласования 2Δγ = (γ-γ_б) между оптическими осями монокуляров и зрительными осями, где γ - параллактический угол между оптическими осями монокуляров и γ_б - параллактический угол между визирными осями глаз. Это, однако, не всегда удается в силу различных величин аметропии.

В случае дальнозоркости глаз пользователя (фиг. 1в) все производит аналогично, но в противоположном направлении.

В обоих случаях пользователь ощущает дискомфорт и быструю утомляемость, а при длительной работе с такими УСУ - и боли в затылочной области головы.

Поэтому фирмы "KEELER", а также "OPTON" каждую свою модель УСУ с постоянным радиусом перемещения монокуляров выпускают на рынок целой гаммой устройств с различными расстояниями до предмета труда для каждой кратности увеличения. Например, для модели с увеличением 2,5x выпускают УСУ отдельно для расстояний 250 мм, 340 мм, 400 мм и т.д. Очевидно, что этот путь не решает проблемы снятия полного напряжения с мышечной системы глаз из-за дискретности рабочих расстояний.

Цель изобретения - обеспечение совмещения точки пересечения оптических осей монокуляров с наблюдаемым предметом труда и, соответственно, устранения двоения изображения в независимости от степени аметропии зрения при упрощении конструкции.

Эта цель достигается тем, что в увеличивающем стереоскопическом устройстве, содержащем держатель с направляющей и два монокуляра, установленных с возможностью продольного перемещения и изменения их межцентрального расстояния, направляющая выполнена в виде плоской пружины, установленной в направляющий паз держателя на две ножевые опоры, причем в центре плоской пружины выполнено отверстие, которым она насажена на резьбовой штырь, жестко установленный в центре паза держателя и на наружную часть которого навернут упорный штуральчик для изменения параллактического угла между оптическими осями монокуляров, которые установлены на дистальных концах плоской пружины. В свою очередь, дистальные участки направляющей плоской пружины выполнены в виде зубчатых реек, каждая из которых кинематически сопряжена с соответствующим кронштейном монокуляра посредством вращающейся на оси трибки, установленной преимущественно в центре направляющего для плоской пружины паза кронштейна.

В патентной и технической литературе авторы не обнаружили подобных технических решений, т.е. УСУ с пружинным механизмом изменения параллактического угла между осями монокуляров. На этом основании авторы пришли к заключению о наличии в заявляемом техническом решении существенных отличий.

На фиг. 1 представленная схема, поясняющая работу прототипа при его взаимодействии с нормальными (фиг. 1а), близорукими (фиг. 1б) и дальнозоркими (фиг. 1в) глазами пользователя; на фиг. 2 - принципиальная схема конструкции предложенного увеличивающего стереоскопического устройства.

Устройство включает в себя два монокуляра 1, направляющую 2, держатель 3 и, шарнирно соединенный с ним, кронштейн 4, жестко фиксирующий УСУ преимущественно на стандартной очковой оправе.

Каждый монокуляр представляет собой зрительную трубу прямого изображения, с положительным или отрицательным окуляром, с фокусированной или без фокусировки на разноудаленные предметы. Монокуляры 1 установлены симметрично на дистальных концах направляющей 2 с возможностью автономного продольного перемещения для совмещения выходных зрачков со зрачками глаз пользователя.

Оправа монокуляра оснащена стойкой 5 с направляющим пазом для сопряжения с направляющей 2, которая выполнена в виде плоской пружины и установлена в направляющий паз держателя 3 на две ножевые опоры 6. В центре упругой направляющей 2 выполнено отверстие, которым она насажена на резьбовой штырь 7, жестко установленный в центре паза держателя и ограничивающий перемещение пружины с монокулярами относительно ножевых опор. На наружную резьбовую часть штыря навернут упорный штурвальчик 8, обеспечивающий изменение величины прогиба плоской пружины-направляющей между ножевыми опорами держателя с изменением параллактического угла γ между оптическими осями O'O' и O'' O'' монокуляров.

Совмещение точки пересечения O оптических осей монокуляров 1 с наблюдаемым предметом труда 9 обеспечивают перемещением монокуляров, во-первых, вдоль направляющей 2 вращениями левого и правого наконечников 10 с трибками 11, которые кинематически сопряжены с зубчатыми рейками 12, выполненными на дистальных участках направляющей пружины 2, до совмещения их выходных зрачков со зрачками глаз пользователя, во-вторых, совместно с направляющей 2 за счет ее прогиба в сагиттальной плоскости вращением штурвальчика 8 до устранения двоения изображения предмета труда.

При необходимости наблюдения предмета невооруженными глазами без снятия УСУ с головы пользователя монокуляры с механизмом их управления могут откидываться в верхнее положение путем поворота вокруг горизонтальной оси 14. Надежная фиксация устройства в любом положении относительно очковой оправы обеспечивается за счет силы трения в сопряжении оси с кронштейном 4, которая регулируется стягивающим винтом 15.

Данное техническое решение обеспечивает: - простоту и удобство автономного управления монокулярами, обеспечивающего оптимальное согласование выходных зрачков со зрачками глаз пользователя с учетом анатомических особенностей строения его лица. При этом достигается максимальная освещенность изображения на сетчатке и исключается виньетирование на зрачках глаз; - изменение параллактического угла независимо от расстояний до наблюдаемого объекта простым и надежным безлюфтовым механизмом; - использование УСУ в режиме бинокля за счет возможности установки оптических осей монокуляров параллельно.

На фотографии представлен экспериментальный образец УСУ, изготовленный по данному техническому решению, проходящий апробацию в офтальмологическом отделении областной больницы города Киева, который имеет следующие технические характеристики:
Увеличение, крат - 4,5
Диаметр входного зрачка, мм - 20
Поле зрения:
- линейное при рабочем расстоянии до предмета труда 320 мм - 50
- угловое, градус - 9
Диапазон фокусировки, мм - с 250 до бесконечности
Удаление выходного зрачка, мм - 11,5
Стереоскопическая разрешающая способность, лин/мм - 104
Диапазон изменения глазного базиса, мм - 56-74
Диапазон изменения параллактического угла, градус - 0-25
Диапазон диоптрийной коррекции, ДПТР - ± 5
Масса устройства без очковой оправы, г - 44
Масса очковой оправы, г - 25с

Формула изобретения

1. Увеличивающее стереоскопическое устройство, содержащее держатель с направляющей и два монокуляра, установленных с возможностью продольного перемещения и изменения их межцентрового расстояния, отличающееся тем, что в нем направляющая выполнена в виде плоской пружины, установленной в направляющий паз держателя на две ножевые опоры, причем в центре плоской пружины выполнено отверстие, которым она насажена на резьбовой штырь, жестко установленный в центре паза держателя и на наружную часть которого навернут упорный штурвальчик для изменения параллактического угла между оптическими осями монокуляров, которые установлены на дистальных концах плоской пружины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем дистальные участки направляющей плоской пружины выполнены в виде зубчатых реек, каждая из которых кинематически сопряжена с соответствующим монокуляром посредством вращающейся на оси трибки, установленной преимущественно в центре направляющего для плоской пружины паза кронштейна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2