Способ контроля состояния оптической системы и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01M11/02 

енный из грех клиньев 4, 5, 6, причем крайние клинья 4. 6 выполнены из поглощающего стекла, пространственный фильтр 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 из трех клиньев 4, 5, б.перерывает одно из отверстий фильтра 7.

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 коэффициентом пропускания (по интенсивности) 1, равным (без учета отражения)

kl

(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 они преобразуются в сферические расходящиеся волны и поле за фильтром будет иметь вид

U® + - Ј0) + 5@ + Ј„), (2)

где А - амплитуда осевой сферической волны;

ft - амплитуда внеосевых сферических волн;Ј

Ј0 - расстояние от оптической оси глаза до внеосевых отверстий фильтра;

д - дельта-функция Дирака.

Аберрационная функция зрачка глаза, так же как и для любой оптической системы, может быть записана в виде

U(Јx)(A-0(|) + (Ј-Јo) + + d(Ј+Јo))exp{jk l(Јx)} . (4)

В результате преобразования Фурье, выполняемого глазом, когерентые сферические волны преобразуются в плоские волны, которые сформируют на сетчатке глаза ин- терференционную картину, распределение поля в которой будет иметь вид

Т(х;Ј) (А + 2Вехр (§; х)} х

Фнеч

X COS { 2л(/оХ

)}где А - амплитуда осевой плоской волны;

в - амплитуда внеосевых (наклонных) плоских волн;

S - площадь сечения плоских волн на сетчатке глаза;

VoЈo/Af - пространственная частота ин- терференционной картины;

f - фокусное расстояние глаза; Фчет(Ј ;х)Сде Ј2+ССф +СкР Ј2х2 - четные волновые аберрации глаза;

Фьвч(Ј;х) + СДиЈх3 - нечетные волновые аберрации.глаза; л/А-волновое число. Соответствующее распределение интенсивности, регистрируемое сетчаткой, имеет вид„ 1(x; HAf+4AlB cos{k R)eT cos{2 VoX%i) }+4(Bf cos2{ -%И) }

ФЬ

(А Г (1+4qcos{k eT}cos{27r(VoX-- l)

+4q2cos2{27r(vox-%i)}).

При &ет 1(х; )(Af(1+4q cos x {k + 4q2 cos22 v0x) .

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, кото- рые 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

Р(Ј;х)(Ј;х)}

(3)

где Ф(Ј t)} Cne Ј2+ССф +Ско ЈV + СКр Ј х +СдиЈх - суммарная волновая аберрация глаза; Сде, Ссф, Схо, Скр, Сди - коэффициенты элементарных волновых аберраций глаза -дефокусировки, сферической аберрации, комы, кривизны поля, дис- торсии, соответственно.

С учетом аберрационной функции зрачка глаза поле за фильтром 7 примет вид

Из полученного выражения видно, что распределение интенсивности имеет вид максимумов и минимумов, чередующихся с пространственной частотой v0 eo/Af, интенсивность которых зависит от четных волновых аберраций таким образом, что контраст распределения равен

k макс - 1мин 4AlBlCOs( макс + 1 мин(А )2+4(В)2

4BCЈSjk JX,eTj A2 + 4 В2

(7)

где 1макс-(А )2+4А в со5 {k фнет} M(ef; lMV1H(A )2-4A B cos {k Фнет} +4{В )2.

Обозначив отношение амплитуд внеосе- вых В и осевой А сферических волн , получим

k

4cos рсФшт1; 1 + 4q2

(8)

Нечетные волновые аберрации искажают пространственную частоту V0 на величину

Аг Фнеч/(Ах)

(9)

и их количественная оценка глазом затруднена.

На фиг.2 показана зависимость контраста распределения интенсивности k от отношения амплитуд сферических волн при отсутствии и наличии аберраций.

Из (8) и фиг.2 видно, что при малых д(т,е. малых контрастах) эта зависимость практически линейная, т.е.

k±i 4q cos {k Фчет} ПРИ

(Ю)

Как известно, при оптимальных уровнях освещенности пороговая контрастная чувствительность глаза knop ±0,01, и по этой величине можно количественно оценить величины четных волновых аберраций глаза.

В соответствии с предложенным способом изменяют соотношение амплитуд осевой и внеосевых сферических волн с помощью перемещающегося поглощающего оптического клина 3 до достижения минимально различного (порогового) контраста распределения, т.е. обеспечивая

cos Фчет} 0,01.

(11)

На фиг.З показано распределение интенсивности на сетчатке глаза с пороговым контрастом ,01. Для каждого глаза пороговый контраст ,01 будет иметь место при различном отношении (из- за аберрации глаза Фчет). В результате из (11) имеем

Фчет - arccos(0,0025/qnoP)

2 ;arccos(0.0025/ iTnop). (12)

т.к. q Vr (r- коэффициент пропускания поглощающего клина).

Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют при фиксировании глазом интерференционной картины с пороговым контрастом «пор и известном коэффициенте пропускания поглощающего клина г 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 взаимоперпендикулярных плоскостях, позволяет получить такую важную характеристику глаза, как астигматизм.

Пример. Предельная величина дефо- кусировки близорукого (дальнозоркого) глаза, соответствующая 10 диоптриям компенсационной очковойлинзы, составляет 5 мм. Известна связь между продольной Af и волновой ФДе дефокусировками,

ДГ 2Фде/о2,(13)

30

где о- апертурный угол зрачка глаза при контроле (сг Ј0/Г - (Avf )/f Av), Поскольку из (11) имеем

-Кпор qn°p ,ет}

(14)

35

и , то необходимо обеспечить

Фцет 0,251(15)

4Q С учетом условия (15) и предельной де- факусировки м м из (13) получим

(2-0,25)/(Af-A) ;

v V(2-0,25)/(5-0,6328-10 J) 12,6мм(16) Выберем Ґ 1 . Тогда при продольной дофокусировке глаза мм волновая дефокусировка составит

л л 5-П2-0.6328-10 3 Фде/Я -g- ------§------

55

0,1914

Кпор Чл°Р 4с05()

0,01

4С05(27Г-0,1914)

Чтобы обеспечить заполнение поля .0069.ния глаза интерференционной картины на

несколько мм, диаметр отверстий должен Полученное отношение амплитуд долж- быть равен но обеспечиваться поглощающим клином с 5

коэффициентом пропускания, равнымд 0,6328-10 3-22,

-----Ј----- 0,0024 мм.

,48 Ю-4.- ХМЭКС 5

Поскольку непосредственная реализаДля поглощающих клиньев целесооб-10 ция требуемых параметров фильтра может

разно использование нейтрального стеклаоказаться затруднительной из-за размеров

марки НС2 с показателем поглощения (наотверстий, в устройстве может быть испольдлине волны ,6328мкм)К0,. Приэован дополнительный микрообьектив для

отсутствии аберраций отношение амплитудформирования уменьшенного изображения

сферических волн, определяемое по (10),15 фильтра

РавиоОценим чувствительность предложенного

устройства контроля состояния оптической сиqo knop/4 0,01 ,0025.стемы глаза. Положим чувствительность механизма перемещения клиньев, равную

Для обеспечения ,0025 коэффици- 20 ,01 мм. Тогда чувствительность к изме- ент пропускания поглощающего клина дол- нению толщины клиньев при угле клина 6° жен быть равенсоставит

гу С

,25 .(5d.,01 0,1 10 3мм.

&о

Соответствующая такому пропусканиюИзмененная на (,001 мм толщина толщина клина из стекла НС13 будет равна составит

1 1чг°/Ко,,096мм.1 10-61 20,096-0,,095 мм.

-о U .

При такой толщине клина идеальныйСоответствующий этой толщине коэф- глаз зарегистрирует контраст интерферен- фициенТ пропускания поглощающих клйнь- ционной картины. ев равен

При максимальной аберрации глаза коэффициент пропускания клина равен 255 ,48 и его толщина при этом будет

Равнаq 0,002501.

1 -1qr0/Ko,,68MM. Волновая дефокусировка, соответствующая полученному q, составит Таким образом, при перемещении кли .

на его толщина должна изменяться на тол-,

щину ,.Фде 2 arcos Kn0p/4q

,416мм,45 А : 0.01 п fwici

т эгсоз 4-ООШ501 и,1К)чЫ, что реализуется при перемещении клина,- угол которого составляет 10°, на рассто-Соответствующая такой дефокусировке яние ,16 мм. ел чувствительность в диоптриях равна 0,2

Для обеспечения выбранной пространст- 50 дПТр

венной частоты интерференционой картиныт аким образом, приведенный пример

расстояние между отверстиями в подтверждает положительный эффект от

пространственном фильтре должно рав- использования предложенных способа и

няться устройства, а именно - получение количест ( венной оценки аберраций глаза, что позво|0 ,6328 ; 10 11- 22,785 ляет значительно повысить точность

контроля зрения. 0,1586 мм.

Формула изобретения 1. Способ контроля состояния оптической системы, включающий 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, по контрасту которой оценивают волновую аберрацию оптической системы глаза, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля аметропии глаза, изменяют контраст интерференционной картины путем изменения амплитуды внеосевых сферических волн и оценивают волновую аберрацию по величине порогового контраста интерференционной картины с помощью формулы

Ф (Д/2я) arccos(Knop/4q),

.1

ЧгО-2 0,4 IIW

0,6 0,8 -1,0 Фиг.2

где Я- длина волны;

К пор - величина порогового контраста глаза, ,01;

- коэффициент:

В - амплитуда внеосевых сферических волн;

А - амплитуда осевой сферической волны.

2. Устройство для контроля состояния оптической системы, содержащее последова- тельно 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, отличающееся тем. что перед пространственным фильтром расположен оптический клин, склеенный из трех клиньев, каждый из которых перекрывает одно из трех отверстий пространственного фильтра, пере- мещающийся в направлении, перпендикулярном ориентации отверстий, причем крайние клинья выполнены из поглощающего стекла.