ФУНДУС-КАМЕРА Российский патент 1996 года по МПК A61B3/00 

Изобретение относится к медицинскому приборостроению, а именно к бесконтактным приборам офтальмологии, и предназначено для клинического исследования и лечения глазного дна, освещаемого с помощью оптической системы самого прибора.

Исследование глазного дна производится визуально или путем фотографирования, а при лечении глазное дно подвергается световым воздействиям. Зона диагностики (угловое поле) всегда однозначно связана с пятном засветки и зависит от интенсивности и равномерности последней. Угловое поле это та техническая характеристика фундус-камеры, которая имеет постоянную тенденцию роста.

Известная фундус-камера [1] содержит наблюдательный и фотографический каналы с общей апертурной диафрагмой; связанный с ними через общий офтальмоскопический объектив осветительный канал, куда входит конденсорный блок, состоящий из двух концевых отражателей, двух конденсоров, лампы накаливания, импульсной лампы и светоделительного зеркала. Световые потоки импульсной лампы и лампы накаливания воспринимаются через светоделительное зеркало совместно входными торцами ряда оптических волокон. Устройство для разделения световых потоков осветительного и наблюдательного (фотографического) каналов включает в себя выходные торцы этих оптических волокон, сгруппированные в форме кольца, охватывающего траекторию луча для наблюдения и фотосъемки и установленного на оптической оси между офтальмоскопическим объективом и апертурной диафрагмой. Часть светового потока осветительного канала, которая, отражаясь от поверхностей офтальмоскопического объектива, формирует изображение кольца выходных торцов оптических волокон в наблюдательном и фотографическом каналах, перекрывается оптическими волокнами.

В известной фундус-камере размеры пятна засветки определены числовой апертурой оптического волокна, а также техническими параметрами офтальмоскопического объектива, которые, кроме того, определяют технические характеристики наблюдательного и фотографического каналов. Здесь энергетические затраты значительны из-за применения полупрозрачного зеркала в осветительном канале. Перекрытие части освещающего светового потока выходными торцами оптических волокон является сложной технической задачей, что снижает технологичность фундус-камеры.

Наиболее близким техническим решением является фундус-камера [2] содержащая наблюдательный, фотографический каналы с общей апертуpной диафрагмой; связанный с ними через общий офтальмоскопический объектив осветительный канал, куда входят конденсорный блок, состоящий из двух концевых отражателей, двух конденсоров, лампы накаливания, импульсной лампы, светоделительного зеркала, и устройство для разделения световых потоков осветительного и наблюдательного (фотографического) каналов, состоящее из кольцевой диафрагмы, репродукционной системы с плоскопараллельной пластиной с непрозрачными осевыми экранами и зеркала с осевым отверстием, установленного на оптической оси между офтальмоскопическим объективом и апертурной диафрагмой. Световые потоки обеих ламп формируют через светоделительное зеркало с помощью репродукционной системы изображения кольцевой диафрагмы на зеркале с осевым отверстием. Непрозрачные осевые экраны маскируют блики от поверхностей офтальмоскопического объектива. В известной фундус-камере, принятой нами за прототип, рост углового поля ограничен резким падением засветки к краям, светосила фундус-камеры мала из-за присутствия в осветительном канале полупрозрачного зеркала и кольцевой диафрагмы. К недостаткам известной фундус-камеры относится неизбежность размещения источников света в общем корпусе, что ведет к возрастанию рассеянного света, снижающего контраст изображения в наблюдательном и фотографическом каналах.

Целью изобретения является повышение светосилы и технологичности фундус-камеры. Для этого в фундус-камере, содержащей наблюдательный, фотографический каналы с общей апертурной диафрагмой, связанный с ними через офтальмоскопический объектив осветительный канал, содержащий концевой отражатель, две лампы, конденсор, устройство для разделения световых потоков, включающее в себя проекционную систему с плоскопараллельной пластиной с непрозрачными осевыми экранами и зеркало с осевым отверстием, установленное между офтальмоскопическим объективом и апертурной диафрагмой, концевой отражатель имеет эллиптическую поверхность, большая полуось которой совпадает с оптической осью конденсатора, при этом лампа накаливания и импульсная лампа расположены в фокусах этой поверхности, а между конденсором и проекционной системой установлен жгут оптических волокон, входные торцы которых установлены в месте пересечения габаритных лучей прямого и отраженного световых потоков каждой лампы, а выходные торцы сгруппированы в виде равного по площади краевого кольца, оптически сопряженного с зеркалом.

В изобретении конструкция устройства для разделения световых потоков позволяет в случае увеличения углового поля экранировать блики от поверхностей офтальмоскопического объектива и увеличить пятно засветки, варьируя увеличение проекционной системы и размеры краевого кольца. Ниже будет показано, что светосила такой системы существенно возрастает благодаря отсутствию кольцевой диафрагмы и полупрозрачного зеркала в осветительном канале. Кроме того, ввод жгута оптических волокон устраняет жесткую конструктивную связь осветительного блока с оптической системой фундус-камеры в целом. Вынос ламп за пределы корпуса этой системы позволяет уменьшить количество рассеянного света в наблюдательном и фотографическом каналах.

На чертеже показана принципиальная оптическая схема фундус-камеры. На виде А показана матрица выходных торцов, а на виде В матрица выходных торцов жгута оптических волокон. Фундус-камера включает в себя три канала. Осветительный канал содержит эллиптическое зеркало 1, лампу накаливания 2, импульсную лампу 3, конденсор 4, жгут оптических волокон 5, коллектив 6, первый объектив 7 проекционной системы, плоскопараллельную пластину с осевыми экранами 8, зеркало 9, второй объектив 10 проекционной системы, зеркало 11 с центральным отверстием, офтальмоскопический объектив 12. Наблюдательный канал фундус-камеры включает в себя офтальмоскопический объектив 12, апертурную диафрагму 13, систему коррекции 14 аметропии глаза пациента, проекционную систему 15, защитный фильтр 16, сетку 17, и окуляр 18. Фотографический канал состоит из офтальмоскопического объектива 12, апертурной диафрагмы 13, системы коррекции 14 аметропии глаза пациента, проекционной системы 15 полупрозрачного зеркала 19, плоскопараллельной пластины или барьерного фильтра 20 и фоторегистратора 21.

Работа с фундус-камерой заключается в следующем. Для визирования и фоторегистрации глазного дна исследуемого глаза 25 с расширенным зрачком врач-оператор 26 включает лампу накаливания 2. Поток излучения последней направляется в конденсор 4 как прямо, так и отражаясь от эллиптической поверхности отражателя 1, в первом фокусе которой находится лампа накаливания 2. Конденсор 4 формирует таким образом два световых потока от лампы накаливания 2. В месте пересечения их габаритных лучей эти потоки соединяются на входных торцах 22 жгута оптических волокон 5. Выходные торцы 23 оптических волокон образуют кольцо, которое через объективы 7, 19 проектируется на зеркало 11 с осевым отверстием, а затем офтальмоскопическим объективом 12 в зрачок 24 глаза пациента 25. При этом световой поток, сформированный из прямого и отраженного эллиптическим зеркалом частей светового потока лампы накаливания 2, освещает глазное дно глаза пациента. Свет, рассеиваясь, отражается от глазного дна и через офтальмоскопический объектив 12, апертурную диафрагму 13, репродукционный объектив 15, полупрозрачное зеркало 19 и окуляр 18 попадает в глаз 26 врача-оператора. Врач-оператор, используя систему 14 коррекции аметропии глаза пациента и систему коррекции собственной аметропии, связанную с окуляром 18, наводится на глазное дно пациента. Изображения выходных торцов 23 жгута оптических волокон 5 в фотографическом и наблюдательном каналах, создаваемые поверхностями офтальмоскопического объектива 12, маскируются в осветительной системе экранами 8, установленными на плоскопараллельной пластине.

При фоторегистрации изображения глазного дна глаза 24 пациента врач-оператор 26 включает импульсную лампу 3, тело свечения которой также дает два световых потока, соединяемые в один на входном торце 22 жгута 5 оптических волокон. Далее ход световых лучей аналогичен вплоть до полупрозрачного зеркала 19, отражающего световой поток на фоторегистратор 21, который открывается для освещения после срабатывания фотозатвора, работающего синхронно с импульсной лампой 3.

Использование в изобретении эллиптического отражателя, значительно сокращая общее число оптических поверхностей конденсатора, увеличивает полезные световые потки от обеих ламп. В сочетании с жгутом оптических волокон, который в отличие от кольцевой диафрагмы не срезает полезных световых потоков, это позволяет значительно увеличить светосилу фундус-камеры.

Расположение выходных торцов оптических волокон в плоскости предметов проекционной системы осветительного канала позволяет использовать этот канал для гашения бликов от поверхностей офтальмоскопического объектива и варьировать угол охвата конденсора без пересчета оптической схемы осветительного канала фундус-камеры при возрастании ее углового поля.

Изобретение иллюстрируется следующим примером (см. чертеже). Изображение нити лампы накаливания 2 (КГМН 12х50 ТУ16.545.442 83), расположенной в первом фокусе эллиптического отражателя 1, выполненного из латуни с алюминиевым отражающим покрытием, на расстоянии 22,5 мм от его вершины на оптической оси конденсора 4, проектируется на колбу 3 импульсной лампы (ФК-0,6 ОДО 337. 160 ТУ), расположенную на расстоянии 67,5 мм от вершины на оптической оси двухкомпонентного конденсора (β = -2,6^x А= 0,61). Конденсор 4 воспринимает как прямой, так и отраженный эллиптическим зеркалом световые потоки обеих ламп, причем импульсная лампа 3 расположена на расстоянии 14 мм от его первой поверхности. В месте пересечения габаритных лучей названных выше потоков, на расстоянии 80 мм от вершины последней поверхности конденсора 4 установлен входной торец 22 жгута оптических волокон 5, составленный из входных торцов круглой формы диаметром 2 мм десяти оптических волокон. Форма входного торца
окружность диаметром 14 мм (общий вид показан на виде А). Выходной торец 23 жгута оптических волокон 5 сформирован как краевое кольцо (внутренний диаметр 8 мм, наружный 12 мм). Выходной торец 23 жгута оптических волокон 5 показан на виде В. Торец 23 расположен в фокальной плоскости первого объектива 7 проекционной системы. Объектив 7 состоит из коллектива 6, положительного мениска и склейки (f' 48,36 мм, S_F -38,26 мм). Второй объектив 10 проекционной системы, состоящий из склейки и положительного мениска (f' -49,62 мм, 34,70 мм), изображает с увеличением -1^x выходной торец 23 жгута 5 на зеркале 11 с осевым отверстием, совпадающим с апертурной диафрагмой наблюдательного и фотографического каналов.

При включении ламп (КГМН 12х50 и ФК-0,6), офтальмоскопический объектив 12 (двояковыпуклая линза с одной асферической поверхностью, f' 34,20 мм, световой диаметр 50 мм) изображает выходной торец 23 жгута 5 в плоскости зрачка 24 пациента 25 (внутренний диаметр изображения краевого кольца составляет 4 мм, а наружный 6 мм). При этом та часть светового потока, которая участвует в изображении краевого кольца 23 в наблюдательном и фотографическом каналах, будучи отражена поверхностями офтальмоскопического объектива 12 экранируется осевыми непрозрачными экранами диаметром 0,2 мм и 0,9 мм, установленными на ограничивающих поверхностях плоскопараллельной пластины 8, расположенной на расстоянии 29 мм от последней поверхности объектива 7 (см. фиг.). Репродукционный объектив 15 имеет следующие параметры:
f′ = 80,60 мм, β = -0,75^x,-
а окуляр 18 следующие параметры:
f′ = 32,63 мм, 2ω = 45^°.
Технические характеристики фундус-камеры таковы:
Угловое поле, град 45
Увеличение фотосъемки, крат 1,9
Видимое увеличение, крат 0,92
Рабочее расстояние, мм 48
Расстояние между входным и выходным зрачками, мм 545
Диаметр входного зрачка, мм 2
Пределы коррекции аметропии глаза
пациента, дптр ± 16
врача, дптр ± 5.

Технологичность фундус-камеры имеет исключительное значение по той причине, что в выпускаемых в настоящее время приборах размеры углового поля (до 60^o) меньше требуемых в офтальмологии. Поэтому рост технического уровня фундус-камер, в первую очередь, связан с ростом углового поля, а следовательно, диаметр пятна засветки. Как показывает анализ научно-технической, в частности патентной информации, принципиальная оптическая схема прибора при этом сохраняется (можно, например, сравнить фундус-камеры "Retinofot, RCM250 (угловое поле не более 42^o) и фундус-камеру RCS310 (угловое поле 60 ^o) (Германия). Рост углового поля, а, следовательно, пятна засветки достигается пересчетом оптической схемы, что весьма дорого. Тем более это относится к этапам проектирования и изготовления нового прибора.

Для увеличения углового поля предложенной фундус-камеры потребуется пересчет оптической схемы наблюдательного, фотографического каналов и проекционной системы осветительного канала. Кроме того, потребуется изготовить новый жгут оптических волокон. Но если при расчете оптической схемы, принятой за базовую, ориентироваться на максимальное угловое поле, а на этапе изготовления путем селекции распределить оптические элементы, для фундус-камеры с меньшим угловым полем требования к качеству изготовления могут быть снижены. Тогда увеличения углового поля можно достичь за счет смены жгута оптических волокон, используя установленную вне корпуса оптической системы конденсорную часть осветительного канала.

Таким образом, благодаря изобретению повышается технологичность фундус-камер и снижается время и материальные затраты на проектирование и изготовление приборов с повышенными техническими характеристиками.

Для сравнительной оценки светосилы предложенной фундус-камеры и аналога приведем светотехнический расчет освещенности, создаваемой на сетчатке пациента Е.

Расчет выполнен по формуле:

где dφ′ световой поток, падающий на элемент поверхности сетчатки глаза пациента;
dS' площадь этого элемента.

При одном и том же угловом поле и постоянном потоке излучения

где Е₁, E₂ освещенности, создаваемые, соответственно, фундус-камерой-аналогом и изобретенной фундус-камерой;
световые потоки, падающие на зрачок глаза пациента.

Считается, что используется одна и та же лампа накаливания с плоским светящимся телом и что технические характеристики оптических компонентов осветительных каналов, а также площади изображений краевых колец на зрачке глаза пациента одинаковы. В изобретенной фундус-камере площадь входного торца эквивалентна (с учетом линейного увеличения проекционной системы и офтальмоскопического объектива) площади изображения краевого кольца на зрачке. Входной торец воспринимает световой поток, выражаемый формулой:

где f_o световой поток лампы накаливания;
2π телесный угол, в котором он распределен;
W₂ угол охвата конденсора;
τ_конд коэффициент пропускания конденсора.

Пройдя жгут оптических волокон, световой поток распределяется в телесном угле, соответствующем числовой апертуре 0,5. На входной зрачок глаза пациента падает световой поток, определяемый по формуле

где t_вол= 0,4-0,6 коэффициент пропускания жгута;
τ_ос коэффициент пропускания оптической системы осветителя.

В приборе-аналоге нить лампы накаливания проектируется, минуя полупрозрачную пластину, в плоскость кольцевой диафрагмы, освещенность которой Е_кд определяется формулой:

где b² площадь нити накаливания лампы;
τ_п.п= 0,5 коэффициент пропускания полупрозрачной пластины;
σ_A′ задний апертурный угол конденсора.

Величина светового потока, прошедшего через кольцевую диафрагму и падающего на зрачок глаза пациента, выражается формулой

где площадь кольцевой диафрагмы.

Соотношение освещенности сетчатки глаза пациента выражается формулой

При угловом поле, равном 45^o, и при следующих числовых значениях входящих параметров:
Ω₂= 3,14 рад., b 2,6 мм (лампа КГМН 12х50), D 12 мм, d 8 мм, σ_A′= 20^°
соотношение освещенностей Е₂ к Е₁ составляет приблизительно 2,9.

Использование: в медицинской технике, в частности в офтальмологии. Цель: повышение светосилы и технологичности фундус-камеры. Сущность: устройство включает в себя три канала: осветительный канал, содержащий эллиптическое зеркало, лампу накаливания, импульсную лампу, конденсор, жгут оптических волокон, коллектив, первый объектив проекционной системы, плоскопараллельную пластину с осевыми экранами, зеркало, второй объектив проекционной системы, зеркало с центральным отверстием, офтальмоскопический объектив, наблюдательный канал, содержащий офтальмоскопический объектив, апертурную диафрагму, систему коррекции аметропии глаза пациента, проекционную систему, защитный фильтр, сетку и окуляр; фотографический канал, содержащий офтальмоскопический объектив, апертурную диафрагму, систему коррекции аметропии глаза пациента, проекционную систему, полупрозрачное зеркало, барьерный фильтр и фоторегистратор 21. 1 ил.

Фундус-камера, содержащая наблюдательный, фотографический каналы с общей апертурной диафрагмой, связанный с ними через офтальмоскопический объектив осветительный канал, содержащий концевой отражатель, конденсатор, лампу накаливания, импульсную лампу, устройство для разделения световых потоков, включающее в себя проекционную систему с плоскопараллельной пластиной с непрозрачными осевыми экранами и зеркало с осевым отверстием, установленные между офтальмоскопическим объективом и апертурной диафрагмой, отличающаяся тем, что, с целью повышения светосилы и технологичности, концевой отражатель имеет эллиптическую поверхность, большая полуось которой совпадает с оптической осью конденсора, при этом лампа накаливания и импульсная лампа расположены соответственно в фокусах этой поверхности, а между конденсором и проекционной системой установлен жгут оптических волокон, входные торцы которых установлены в месте пересечения габаритных лучей прямого и отраженного световых потоков каждой лампы, а выходные торцы расположены по краевому кольцу, оптически сопряженному с зеркалом и равному площади входных торцов.