РЕФРАКТОМЕТР Российский патент 1999 года по МПК A61B3/103 

Изобретение относится к офтальмологической технике, а именно к приборам для автоматического измерения сферической рефракции глаз и астигматизма, и может быть использовано при подборе очков и при массовых обследованиях населения.

Известны приборы для автоматического измерения преломляющей силы глаз [1 - 5] , состоящие из первой проекционной системы, проецирующей измерительную марку на глазное дно обследуемого глаза с использованием лучей невидимой части спектра, и второй проекционной системы, проецирующей на глазное дно изображение контрольной марки с использованием лучей видимой части спектра. В качестве устройства, обеспечивающего измерение рефракции глаза в трех сечениях, в этих технических решениях использованы вращающиеся призмы Дове. В измерительной системе этих приборов, предназначенной для фотоэлектрического анализа состояния фокусировки изображения измерительных марок на глазном дне, имеется блок измерения величины рефракции, который обеспечивает синхронное перемещение элементов двух проекционных систем и измерительной системы. Такое конструктивное выполнение приборов, а именно: наличие призмы Дове и необходимость синхронного перемещения трех элементов прибора (в первой и второй проекционных системах и в измерительной системе) не может обеспечить быстродействие приборов и обуславливает громоздкость их конструкции.

Известен прибор для исследования рефракции глаз [6], содержащий первую проекционную систему, проецирующую измерительную марку на глазное дно обследуемого глаза с использованием лучей невидимой части спектра.

Первая проекционная система состоит из измерительной марки, объектива, оптической системы, проецирующей измерительную марку в передний фокус объектива, и устройства, обеспечивающего измерение рефракции глаза в трех сечениях, выполненного в виде вращающейся призмы Дове. В приборе имеется вторая проекционная система, проецирующая на глазное дно изображение контрольной марки с использованием лучей видимой части спектра, а также блок, соединяющий первую и вторую проекционные системы. Измерительная система прибора служит для фотоэлектрического анализа состояния фокусировки изображения измерительных марок на глазном дне и состоит из детектора, соединенного с вычислительно-управляющим устройством, оптической системы, проецирующей изображение измерительной марки на детектор, и блока, соединяющего проекционную и измерительную системы, расположенного перед объективом проекционной системы. Входящий в измерительную систему прибора блок измерения величины рефракции обеспечивает синхронное перемещение элементов двух проекционных и измерительной системы с тем, чтобы обеспечить фокусировку на сетчатке глаза измерительной и контрольной марки и поверхности детектора. В приборе имеется также проекционная система для наблюдения обследуемого глаза.

Однако конструкция этого прибора для исследования рефракции глаз, наиболее близкого к предлагаемому изобретению, и выбранного в качестве прототипа, имеет следующие недостатки:
- расположение блока, соединяющего первую проекционную и измерительную системы, перед объективом, что приводит к появлению в измерительной системе блика от поверхностей линз объектива, затрудняющего обработку сигнала;
- наличие вращающейся призмы Дове в устройстве, обеспечивающем измерение рефракции глаза в 3-х сечениях, что снижает быстродействие прибора;
- необходимость перемещения трех элементов прибора (в двух проекционных и измерительной системе) на значительную величину, что вызывает увеличение габаритов прибора.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерений прибора и его быстродействия при одновременном упрощении его конструкции и уменьшении габаритов.

Для достижения этого технического результата предлагается рефрактометр, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит первую проекционную оптическую систему, проецирующую измерительную марку на глазное дно обследуемого глаза с использованием лучей невидимой части спектра и состоящую из измерительной марки, первого объектива, оптической системы, проецирующей измерительную марку в передний фокус первого объектива, и устройства, обеспечивающего измерение рефракции глаза в трех сечениях, вторую проекционную оптическую систему, проецирующую на глазное дно изображение контрольной марки с использованием лучей видимой части спектра, блок, соединяющий первую и вторую проекционные системы, а также измерительную систему, состоящую из связанного с вычислительно-управляющим устройством детектора, и оптической системы, проецирующей изображение измерительной марки на детектор, блока, соединяющего проекционные и измерительную системы, блока измерения величины рефракции и третью проекционную систему. Особенностью предлагаемого рефрактометра, отличающей его от известного прибора [6] , выбранного в качестве прототипа, является то, что первая проекционная система предлагаемого прибора дополнена двумя измерительными марками. Устройство, обеспечивающее измерение рефракции глаза в трех сечениях выполнено в виде оптического блока, состоящего из трех объективов, образующих с измерительными марками, расположенными в фокальных плоскостях объективов, три коллиматора, оптические оси которых параллельны оптической оси первой проекционной системы, равноудалены от нее и друг от друга. Блок, содержащий первую и вторую проекционные системы, выполнен в виде склейки призм БР-180^o и АР-90^o с полупрозрачным покрытием между ними и расположен между элементами оптической системы, проецирующей измерительную марку в передний фокус первого объектива. Блок, соединяющий первую и вторую проекционные системы с измерительной системой, выполнен в виде полупрозрачного зеркала, расположенного после первого объектива. В измерительную систему предлагаемого рефрактометра введен дополнительный объектив, расположенный перед полупрозрачным зеркалом, а в блок измерения величины рефракции установлены две перемещающиеся вдоль оптической оси призмы БР-180^o, одна из которых расположена перед дополнительным объективом измерительной системы, а другая - перед первым объективом.

Дополнительное введение в первую проекционную систему рефрактометра двух измерительных марок и создание с их помощью трех коллиматоров исключает необходимость применения поворачивающейся призмы Дове для поворота изображения и измерения рефракции глаза в нескольких сечениях, что значительно упрощает конструкцию прибора и повышает его быстродействие.

Использование одного и того же объектива в проекционной и измерительной системах приводит к тому, что блики от объектива попадают в измерительную систему и, образуя пятна на поверхности детектора, вызывают затруднения при обработке сигнала. Установка полупрозрачного зеркала после объектива проекционной системы устраняет возможность попадания в измерительную систему бликов от оптических элементов проекционной системы, а следовательно, и возникновение ошибок измерения.

Установка в блоке для измерения величины рефракции двух перемещающихся вдоль оптической оси призм БР-180^o, обеспечивающих изменение фокусировки, сокращает в два раза по сравнению с прототипом величину необходимого перемещения марок, что существенно сокращает габариты и массу измерительного блока прибора.

Объединение первой и второй проекционных систем с помощью склеенной призмы позволяет изменять фокусировку контрольной марки с помощью тех же перемещающихся призм БР-180^o. Благодаря этому после фокусировки измерительной марки контрольная марка видна пациенту тоже резко.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - 5.

На фиг. 1 представлена оптическая схема рефрактометра; на фиг. 2 - апертурная диафрагма блока объективов; на фиг. 3 - положение изображения марок на сетчатке глаза; на фиг. 4 - положение изображения марок на детекторе измерительной системы до фокусировки, на фиг. 5 - блок-схема вычислительно-управляющего устройства прибора.

Оптическая схема рефрактометра состоит из первой проекционной системы, предназначенной для проецирования измерительных марок на дно исследуемого глаза и устроенной следующим образом: три источника излучения 1, например лазерные излучатели LFO-301, испускающие лучи невидимой части спектра, облучают три измерительные марки-щели 2, расположенные в фокальных плоскостях соответствующих объективов 3, выполненных в виде секторов круга и расположенных в едином блоке вплотную друг к другу. Трехгранное зеркало 4 направляет лучи от измерительных марок 2 в соответствующий объектив 3.

Блок объективов 3 вместе с измерительными марками 2 образует три коллиматора, оптические оси которых параллельны оптической оси проекционной системы, равноудалены от нее и друг от друга.

Оптическая система, состоящая из призмы 5 и 6, объектива 7 и призмы 8, проецирует измерительные марки 2 в передний фокус объектива, состоящего из линз 9 и 10 и полупрозрачного кубика 11. Объектив 9, 10 проецирует измерительные марки на глазное дно с помощью полупрозрачного зеркала 12. Эта же проекционная система проецирует апертурную диафрагму блока объективов 3 в зрачок 13 глаза, расположенный в заднем фокусе объектива 9, 10. Апертурная диафрагма нанесена непосредственно на блоке объективов и имеет вид, показанный на фиг. 2.

Вторая проекционная система проецирует на глазное дно контрольную марку с использованием лучей видимой части спектра. Система состоит из лампы накаливания 14, в качестве которой может быть использована, например, лампа МН 2,2 В - 0,25 А, конденсора 15, призмы 16, контрольной марки 17, призмы 18 и объектива 19, в переднем фокусе которого расположена контрольная марка. Через блок, выполненный в виде склейки призм БР-180^o и АР-90^o с полупрозрачным покрытием между ними, вторая проекционная система соединяется с первой. Изображения измерительных марок 2, отраженные глазным дном, измерительной системой, состоящей из объектива 20, призм 21 и 22, объектива 23, призмы 24, объектива 25 и призмы 26, через полупрозрачное зеркало 12, соединяющее измерительную и проекционную системы, проецируются на детектор 27, определяющий положение изображения измерительных марок 2 относительно оптической оси системы (центра детектора 27) и связанный с вычислительно-управляющим устройством 28 (фиг. 5). Устройство 28 состоит из строчного интегратора 29, преобразующего распределение энергии на детекторе 27 в сигнал постоянного тока, определяющий линейное распределение энергии на детекторе 27; аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 30, преобразующего для каждой строки детектора 27 сигнал постоянного тока в соответствующий цифровой код, и контроллера 31, осуществляющего прием и обработку информации, управление работой прибора, расчет результатов измерения и вывод их на печать и дисплей.

В качестве детектора 27 была выбрана, например, телевизионная камера РМС-121, в качестве контроллера 31 использован выпускаемый ОКБ "Спектр" микропроцессорный контроллер РХ-188, аналого-цифровой преобразователь 30 выполнен на микросхеме К1113ПВ1, а строчный интегратор 29 - на операционных усилителях КР544901А.

Третья проекционная система служит для проецирования глаза на телекамеру и состоит из объектива, состоящего из линз 10 и 32, полупрозрачного кубика 11, призмы 33, объектива 34 и телекамеры 35. Изображение глаза наблюдается на мониторе 36.

Рефрактометр работает следующим образом.

Прибор устанавливается относительно глаза пациента так, чтобы изображение зрачка 13 глаза было резким и совпало с окружностью, нанесенной на экране монитора 36. Направление взгляда пациента фиксируется на центральном элементе контрольной марки 17, благодаря чему глаз во время измерения остается неподвижным. В исходном положении призмы 8 и 21 находятся в среднем положении, а задний фокус объектива 7 совпадает с передним фокусом объектива 9, 10 и на глаз попадает параллельный пучок лучей, что эквивалентно расположению измерительных марок 2 в бесконечности. При этом изображения всех трех поочередно облучаемых измерительных марок 2 будут располагаться в фокусе эмметропического глаза, а изображения 2а, 2б, 2в марок на детекторе 27 совпадут с осью системы и центром детектора. Если же исследуемый глаз обладает дальнозоркостью или близорукостью, то изображение марки 2 на глазном дне не совпадает с оптической осью глаза и соответственно на детекторе 27 не совпадает с центром детектора. Величина смещения изображения на детекторе пропорциональна отклонению рефракции глаза от нормальной, а направление смещения зависит от знака отклонения. В этом случае от детектора 27 поступает сигнал на перемещение призм 8 и 21, благодаря чему на глаз попадает расходящийся пучок лучей. Перемещение призм 8 и 21 производится до тех пор, пока изображение каждой из трех 2а, 2б, 2в марок на детекторе не совпадет с осью системы, что говорит о том, что изображение марки совпало с сетчаткой глаза. Положение изображения марок 2 на сетчатке глаза до фокусировки показано на фиг. 3а, а после фокусировки - на фиг. 3б. Положение изображения 2а, 2б, 2в марок 2 на детекторе 27 до фокусировки показано на фиг. 4. Величина перемещения призм 8 и 21 пропорциональна величине рефракции глаза, направление перемещения определит знак отклонения рефракции глаза от нормальной. Поочередно включая источники излучения 1, прибор измеряет рефракцию глаза в трех меридиональных сечениях и по этим результатам вычислительно-управляющее устройство 28 рассчитывает сферическую и цилиндрическую составляющие рефракции глаза и угол наклона цилиндра.

Таким образом, в заявляемом рефрактометре повышено быстродействие определения рефракции глаза и полностью устранена возможность попадания в измерительную систему прибора бликов от оптических элементов проекционной системы, затрудняющих измерения.

Одновременно с этим предлагаемый прибор обладает компактностью и более простой по сравнению с прототипом конструкцией.

Использованные источники:
1. Заявка Японии N 5-54324, кл. A 61 B 3/09, опубл. 1993 г.

2. Заявка Японии N 5-54325, кл. A 61 B 3/103, опубл. 1993 г.

3. Заявка Японии N 5-54326, кл. A 61 B 3/103, опубл. 1993 г.

4. Заявка Японии N 5-54771, кл. A 61 B 3/09, опубл. 1993 г
5. Заявка Японии N 5-59731, кл. A 61 B 3/09, опубл. 1993 г
6. Заявка Японии N 5-54770, кл. A 61 B 3/09, опубл. 1993 ге

Изобретение относится к офтальмологической технике, в частности к приборам для автоматического измерения сферической рефракции глаз и астигматизма, и может быть использовано для подбора очков и при плановых обследованиях населения. Рефрактометр содержит первую проекционную оптическую систему, проецирующую измерительную марку на глазное дно обследуемого глаза с использованием лучей невидимой части спектра, вторую проекционную оптическую систему, проецирующую на глазное дно изображение контрольной марки с использованием лучей видимой части спектра. В состав устройства также входят блок, соединяющий первую и вторую проекционные системы, устройство, обеспечивающее измерение рефракции глаза в трех сечениях и измерительная система. Первая проекционная система прибора дополнена двумя измерительными марками. Устройство, обеспечивающее измерение рефракции глаза в трех сечениях выполнено в виде оптического блока. Данный блок состоит из трех объективов, образующих с измерительными марками, расположенными в фокальных плоскостях объективов, три коллиматора, оптические оси которых параллельны оптической оси первой проекционной системы и равноудалены от нее и друг от друга. Величина перемещения призм первой проекционной системы и измерительной системы пропорциональна величине рефракции глаза, а направление перемещения определит знак отклонения рефракции глаза от нормальной. Поочередно включая источники излучения, прибор измеряет рефракцию глаза в трех меридиональных сечениях и по этим результатам вычислительно-управляющее устройство рассчитывает сферическую и цилиндрическую составляющие рефракции глаза и угол наклона цилиндра. Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия определения рефракции глаза и полное устранение возможности попадания в измерительную систему прибора бликов от оптических элементов проекционной системы, затрудняющих измерения. Кроме того прибор обладает компактностью и более простой конструкцией. 5 ил.

Рефрактометр, содержащий первую проекционную оптическую систему, проецирующую измерительную марку на глазное дно обследуемого глаза с использованием лучей невидимой части спектра и состоящую из измерительной марки, первого объектива, оптической системы, проецирующей измерительную марку в передний фокус первого объектива, и устройства, обеспечивающего измерение рефракции глаза в трех сечениях, вторую проекционную оптическую систему, проецирующую на глазное дно изображение контрольной марки с использованием лучей видимой части спектра, блок, соединяющий первую и вторую проекционные системы, измерительную систему, состоящую из связанного с вычислительно управляющим устройством детектора и оптической системы, проецирующей изображение измерительной марки на детектор, блока, соединяющего проекционные и измерительную системы, блока измерения величины рефракции, и третью проекционную систему, отличающийся тем, что первая проекционная система дополнена двумя измерительными марками, устройство, обеспечивающее измерение рефракции глаза в трех сечениях, выполнено в виде оптического блока, состоящего из трех объективов, образующих с измерительными марками, расположенными в фокальных плоскостях объективов, три коллиматора, оптические оси которых параллельны оптической оси первой проекционной системы, равноудалены от нее и друг от друга, блок, соединяющий первую и вторую проекционные системы, выполнен в виде склейки призм БР-180^o и АР-90^o с полупрозрачным покрытием между ними и расположен между элементами оптической системы, проецирующей измерительную марку в передний фокус первого объектива, блок, соединяющий первую и вторую проекционные системы с измерительной системой, выполнен в виде полупрозрачного зеркала, расположенного после первого объектива, при этом в измерительную систему введен дополнительный объектив, расположенный перед полупрозрачным зеркалом, а в блок измерения величины рефракции установлены две перемещающиеся вдоль оптической оси призмы БР-180^o, одна из которых расположена перед дополнительным объективом измерительной системы, а другая - перед первым объективом.