RU50794U1

RU50794U1 - ABERROMETER WITH EYE GUIDING SYSTEM

Info

Publication number: RU50794U1
Application number: RU2005127791/22U
Authority: RU
Inventors: Андрей Викторович Ларичев; Никита Георгиевич Ирошников; Артем Юрьевич Реснянский
Original assignee: Андрей Викторович Ларичев
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2006-01-27

Abstract

Полезная модель представляет собой офтальмологический прибор - аберрометр, предназначенный для автоматического измерения аберраций человеческого глаза и определения объективной рефракции с целью подбора сфероцилиндрической коррекции зрения при помощи очков, индивидуальных контактных линз, интраокулярных линз или лазерной абляции. Основной технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели заключается в упрощении конструкции прибора и улучшении условий его эксплуатации, что достигается за счет того, что в устройстве, содержащем точечный источник света, который проектируется на сетчатку глаза и создает на ней виртуальный источник, излучение которого рассеивается сетчаткой, проходит через оптические системы глаза, приобретая при этом фазовую модуляцию, соответствующую суммарным оптическим аберрациям глаза, систему измерения формы волнового фронта вышедшего из глаза излучения в виде датчика волнового фронта, выходной сигнал с которого поступает в систему управления прибором, расположенный между человеческим глазом и системой измерения компенсатор рефракции, состоящий из двух неподвижных линз и подвижного отражателя, и устройство настройки прибора, которое включает датчик изображений, регистрирующий фронтальный вид глаза, компенсатор рефракции дополнительно содержит расположенное между его неподвижными линзами дихроичное зеркало, которое одновременно является светоделителем для устройства настройки прибора.The utility model is an ophthalmic device - an aberrometer designed to automatically measure aberrations of the human eye and determine objective refraction in order to select spherical-cylindrical vision correction using glasses, individual contact lenses, intraocular lenses or laser ablation. The main technical result that can be obtained by implementing the utility model is to simplify the design of the device and improve its operating conditions, which is achieved due to the fact that in a device containing a point source of light that projects onto the retina of the eye and creates a virtual source on it, the radiation of which is scattered by the retina, passes through the optical systems of the eye, while acquiring phase modulation corresponding to the total optical aberrations of the eye, a measurement system for s of the wavefront of radiation emitted from the eye in the form of a wavefront sensor, the output signal from which enters the device control system, located between the human eye and the measurement system, a refraction compensator, consisting of two fixed lenses and a movable reflector, and a device setup device that includes a sensor image registering the frontal view of the eye, the refraction compensator further comprises a dichroic mirror located between its fixed lenses, which is simultaneously is a beam splitter for the device setup device.

Description

В качестве полезной модели заявляется применяемый в клинической практике офтальмологический прибор - аберрометр, предназначенный для автоматического измерения аберраций человеческого глаза и определения объективной рефракции с целью подбора сфероцилиндрической коррекции зрения при помощи очков, индивидуальных контактных линз, интраокулярных линз или лазерной абляции.An ophthalmic device, an aberrometer, used in clinical practice, is used as a useful model. It is designed to automatically measure aberrations of the human eye and determine objective refraction in order to select spherical-cylindrical vision correction using glasses, individual contact lenses, intraocular lenses, or laser ablation.

Для определения остроты зрения в клинической практике применяют таблицы символов и картин, величина которых (для заданного расстояния, обычно 5 м) соответствует различному их угловому размеру на сетчатке глаза. Угловому размеру "1 минута" соответствует зрение единица (20/20 в англоязычной литературе). Путем опроса испытуемого, устанавливается наименьший размер различаемых символов, что и определяет остроту зрения (так, например если размер различаемых символов равен 5 мин, то острота зрения равна 0.5). Подбор наилучшей сфероцилиндрической коррекции осуществляется при помощи пробных линз либо автоматизированных наборов таких линз (фороптеров, рефракторов), при этом результаты коррекции контролируются по таблицам символов. Процесс этот достаточно трудоемок и длителен, особенно при наличии сложного астигматизма (Е.И.Ковалевский «Офтальмология» М.Медицина, 1995 г, с45-83).To determine visual acuity in clinical practice, tables of symbols and paintings are used, the size of which (for a given distance, usually 5 m) corresponds to their different angular sizes on the retina. An angular size of “1 minute” corresponds to a vision unit (20/20 in English literature). By interviewing the subject, the smallest size of distinguishable characters is established, which determines visual acuity (for example, if the size of distinguishable characters is 5 minutes, then visual acuity is 0.5). The selection of the best spherical-cylindrical correction is carried out using test lenses or automated sets of such lenses (phoropters, refractors), while the correction results are controlled by the symbol tables. This process is rather laborious and time-consuming, especially in the presence of complex astigmatism (E.I. Kovalevsky “Ophthalmology” M.Meditsina, 1995, p45-83).

Для ускорения подбора коррекции используются различные методы измерения рефракции, например, скиаскопия, или автоматизированные приборы - рефрактометры. При этом начальные параметры корректирующих линз выбираются исходя из показаний этих приборов. Более совершенными приборами для измерения оптических характеристик глаза являются аберрометры, которые могут измерять не только рефракцию и астигматизм, но и аберрации высших порядков.To accelerate the selection of correction, various methods of measuring refraction are used, for example, skioscopy, or automated devices - refractometers. In this case, the initial parameters of corrective lenses are selected based on the readings of these devices. More advanced instruments for measuring the optical characteristics of the eye are aberrometers, which can measure not only refraction and astigmatism, but also aberrations of higher orders.

Известно устройство того же назначения, что и заявляемая полезная модель, -офтальмологический прибор, описанный в «Objective measurement of wave aberrations of the human eye with use of a Hartmann-Shack wave-front sensor" Junzhong Liang, Bernhard Grimm, Stefan Goelz, Josef F. Bille (JOSA A, Volume 11, Issue 7, 1949-July, 1994), для измерения аберраций человеческого глаза, содержащий точечный источник света для подсветки глаза, который проектируется на сетчатку глаза и создает на ней виртуальный опорный источник, излучение которого рассеивается сетчаткой, проходит через оптические системы глаза, приобретая при этом фазовую модуляцию, соответствующую суммарным оптическим аберрациям глаза, систему измерения формы волнового фронта вышедшего из глаза излучения в виде датчика Шака-Гартмана, выходной сигнал с которого поступает в систему A device of the same purpose is known as the claimed utility model, an ophthalmic device described in "Objective measurement of wave aberrations of the human eye with use of a Hartmann-Shack wave-front sensor" Junzhong Liang, Bernhard Grimm, Stefan Goelz, Josef F. Bille (JOSA A, Volume 11, Issue 7, 1949-July, 1994), for measuring aberrations of the human eye, containing a point source of light to illuminate the eye, which is projected onto the retina of the eye and creates a virtual reference source on it, the radiation of which is scattered retina, passes through the optical systems of the eye, while acquiring phase modulation w corresponding to a total optical aberrations of the eye, the measurement system forms a wavefront emerging from the eye a radiation Shack-Hartmann sensor, the output of which enters the system

управления прибором, состоящую из компьютера, который обеспечивает обработку данных, восстанавливая карту аберраций, хранение данных и управление прибором по командам оператора, и расположенный между человеческим глазом и системой измерения компенсатор рефракции, предназначенный для управления фокусировкой рассеянного сетчаткой излучения.instrument control, consisting of a computer that provides data processing, restoring the aberration map, data storage and instrument control by operator’s commands, and a refraction compensator located between the human eye and the measurement system, designed to control the focus of the scattered radiation of the retina.

Недостатком известного устройства является отсутствие в нем системы настройки (наведения) прибора, т.е. совмещения входного зрачка прибора со зрачком глаза, что приводит к снижению точности измерений тем большей, чем более высок порядок измеряемых аберраций и их величина, и является причиной, препятствующей достижению технического результата, заключающегося в увеличении точности измерения аберраций (отклонение измеренных аберраций от истинных).A disadvantage of the known device is the lack of a system for setting (guidance) the device, i.e. combining the entrance pupil of the device with the pupil of the eye, which leads to a decrease in measurement accuracy, the greater the higher the order of the measured aberrations and their value, and is the reason that impedes the achievement of a technical result, which consists in increasing the accuracy of measuring aberrations (deviation of the measured aberrations from the true ones).

В известном офтальмологическом устройстве для измерения и оперирования глаза (патент US № 5,562,656) реализовано устройство настройки прибора, которое включает систему проецирования изображения марок на глаз пациента с источниками его подсветки, систему визуального наблюдения за взаимным расположением изображений этих марок, систему для трехмерного перемещения вышеупомянутого прибора относительно глаза пациента. Система проецирования включает два проектора, расположенных под углом к оптической оси прибора, которые создают изображение одной или нескольких щелей на роговице глаза, наблюдая за взаимным положением которых через микроскоп, судят о расстоянии от прибора до глаза.In the known ophthalmological device for measuring and operating the eye (US patent No. 5,562,656), a device adjustment device is implemented that includes a projection image of the marks on the patient’s eye with its illumination sources, a visual observation system for the relative position of the images of these brands, a system for three-dimensional movement of the aforementioned device relative to the patient’s eye. The projection system includes two projectors located at an angle to the optical axis of the device, which create an image of one or more slits on the cornea of the eye, observing the relative position of which through a microscope, judge the distance from the device to the eye.

Недостатками данного устройства и способа его настройки является низкая точность измерений, что обусловлено формированием картины изображения марок на роговице глаза, ограничение области применения устройства при использовании источников света небольшой мощности только некомфортной для пациента видимой областью спектра, поскольку картина изображения щелей формируется на роговице, являющейся прозрачной средой и наблюдение возможно только за счет ее рассеяния: рассеянное изображение щелей не будет видно на роговице в инфракрасной области спектра из-за малого контраста. Кроме того, конструкция используемых в прототипе марок не позволяет достаточно однозначно определить оператором направление рассовмещения.The disadvantages of this device and its tuning method are the low accuracy of measurements, which is caused by the formation of a picture of the image of the marks on the cornea of the eye, the limitation of the scope of the device when using light sources of low power only to the visible region of the spectrum, which is uncomfortable for the patient, since the picture of the slits is formed on the cornea medium and observation is possible only due to its scattering: the scattered image of the slits will not be visible on the cornea in infrared areas of the spectrum due to low contrast. In addition, the design of the brands used in the prototype does not allow the operator to unambiguously determine the direction of misregistration.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является выбранное в качестве прототипа известное устройство (WO 01/28408 А 2 «WAVEFRONT SENSOR HAVING MULTI-POWER BEAM MODES, INDEPENDENT ADJUSTMENT CAMERA, AND ACCOMMODATION RANGE MEASUREMENT»), содержащее точечный источник света, который проектируется на сетчатку глаза и создает на ней виртуальный источник, излучение которого рассеивается сетчаткой, проходит через оптические системы глаза, приобретая при этом фазовую модуляцию, соответствующую суммарным оптическим аберрациям глаза, The closest set of essential features is the well-known device selected as a prototype (WO 01/28408 A 2 “WAVEFRONT SENSOR HAVING MULTI-POWER BEAM MODES, INDEPENDENT ADJUSTMENT CAMERA, AND ACCOMMODATION RANGE MEASUREMENT”), containing a point source of light that is projected onto the grid eyes and creates a virtual source on it, the radiation of which is scattered by the retina, passes through the optical systems of the eye, acquiring phase modulation corresponding to the total optical aberrations of the eye,

систему измерения формы волнового фронта вышедшего из глаза излучения в виде датчика волнового фронта, выходной сигнал с которого поступает в систему управления прибором, расположенный между человеческим глазом и системой измерения предназначенный для управления фокусировкой рассеянного сетчаткой излучения компенсатор рефракции, состоящий из двух неподвижных линз и подвижного отражателя, и устройство настройки прибора, которое включает видеокамеру, которая регистрирует изображение зрачка глаза. Для проведения измерений и наведения прибора на глаз пациента необходимо получить изображение зрачка глаза от камеры, выставленной по оптической оси прибора.a system for measuring the shape of the wavefront of radiation coming out of the eye in the form of a wavefront sensor, the output signal from which enters the device control system located between the human eye and the measurement system designed to control the focus of the radiation scattered by the retina, a refraction compensator consisting of two fixed lenses and a movable reflector and a device setting device that includes a video camera that registers the image of the pupil of the eye. For measurements and pointing the device at the patient’s eye, it is necessary to obtain an image of the pupil of the eye from a camera exposed along the optical axis of the device.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже основного технического результата является наличие между глазом пациента и оптическим входом прибора (первой линзой компенсатора рефракции) дополнительного светоделителя, который отводит часть излучения на видеокамеру наведения, однако, как следствие, уменьшает передний рабочий отрезок прибора, что также создает некомфортные условия для испытуемого при проведении измерений.The reasons that impede the achievement of the main technical result indicated below are the presence of an additional beam splitter between the patient’s eye and the optical input of the device (the first lens of the refraction compensator), which diverts part of the radiation to the guidance video camera, but, as a result, reduces the front working segment of the device, which also creates uncomfortable conditions for the subject during measurements.

Недостатками устройства и способа настройки прототипа являются низкая точность выставления рабочего расстояния обусловленная проекций пятен (меток) на роговицу. Поскольку для проведения точных измерений входной зрачок прибора должен быть совмещен со зрачком глаза, а роговица удалена от зрачка глаза на некоторое расстояние (размер передней камеры глаза), которое подвержено индивидуальным вариациям, то настройка прибора относительно вершины роговица вносит трудно-контролируемые погрешности.The disadvantages of the device and the prototype adjustment method are the low accuracy of setting the working distance due to the projections of spots (marks) on the cornea. Since, for accurate measurements, the entrance pupil of the device must be aligned with the pupil of the eye, and the cornea is removed from the pupil of the eye by a certain distance (the size of the anterior chamber of the eye), which is subject to individual variations, the adjustment of the device relative to the top of the cornea introduces difficult-to-control errors.

Кроме того, метод проецирования лазерных пятен не позволяет определить знак рассовмещения зрачков глаза и прибора (т.е. ближе ли дальше прибор расположен от глаза). Это затрудняет процесс наведения.In addition, the method of projecting laser spots does not allow us to determine the sign of the alignment of the pupils of the eye and the device (i.e. whether the device is closer to the eye). This complicates the guidance process.

Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в расширении номенклатуры точных офтальмологических приборов для автоматического измерения аберраций человеческого глаза и определения объективной рефракции.The problem to which the claimed utility model is directed is to expand the range of accurate ophthalmic devices for automatically measuring aberrations of the human eye and determining objective refraction.

Основной технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели заключается в упрощении конструкции прибора и улучшении условий его эксплуатации.The main technical result that can be obtained by implementing the utility model is to simplify the design of the device and improve its operating conditions.

Дополнительные технические результаты заключаются в увеличении точности и стабильности измерений, а также создании для пациента более комфортных , а для оператора более удобных условий при эксплуатации прибора.Additional technical results consist in increasing the accuracy and stability of measurements, as well as creating more comfortable conditions for the patient and more convenient conditions for the operator when using the device.

Указанный основной технический результат при осуществлении полезной модели достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем точечный источник света, который проектируется на сетчатку глаза и создает на ней виртуальный источник, излучение The specified main technical result in the implementation of the utility model is achieved due to the fact that in the known device containing a point source of light, which is projected onto the retina of the eye and creates a virtual source on it, radiation

которого рассеивается сетчаткой, проходит через оптические системы глаза, приобретая при этом фазовую модуляцию, соответствующую суммарным оптическим аберрациям глаза, систему измерения формы волнового фронта вышедшего из глаза излучения в виде датчика волнового фронта, выходной сигнал с которого поступает в систему управления прибором, расположенный между человеческим глазом и системой измерения компенсатор рефракции, состоящий из двух неподвижных линз и подвижного отражателя, и устройство настройки прибора, которое включает датчик изображений, регистрирующий фронтальный вид глаза, компенсатор рефракции дополнительно содержит расположенное между его неподвижными линзами дихроичное зеркало, которое одновременно является светоделителем для устройства настройки прибораwhich is scattered by the retina, passes through the optical systems of the eye, acquiring phase modulation corresponding to the total optical aberrations of the eye, a system for measuring the shape of the wavefront of radiation emitted from the eye in the form of a wavefront sensor, the output signal from which enters the control system of the device located between the human with an eye and a measurement system, a refraction compensator, consisting of two fixed lenses and a movable reflector, and a device tuning device that includes a sensor Images for registering a front view of eye refraction compensator further comprises located between its fixed lens dichroic mirror which simultaneously a beamsplitter for the instrument setting device

Изменение конструкции компенсатора уменьшает общее количество оптических элементов за счет совмещения функций в одном элементе (отпадает необходимость в отдельной делительной пластине). Установка светоделителя между неподвижными линзами компенсатора приводит к увеличению переднего рабочего отрезка, что в свою очередь приводит к ослаблению требований по аберрационной коррекции для первой линзы компенсатора и, следовательно, к упрощению ее конструкции (в реальности это, как правило, не отдельная линза, а группа линз - объектив). Кроме того, установка светоделителя между неподвижными линзами компенсатора, приводит к увеличению переднего рабочего отрезка, что облегчает настройку прибора (поскольку анатомические особенности строения лица пациента, например размер носа, не препятствуют наведению прибора).Changing the design of the compensator reduces the total number of optical elements due to the combination of functions in one element (there is no need for a separate dividing plate). The installation of a beam splitter between the fixed lenses of the compensator leads to an increase in the front working segment, which in turn leads to weakening the requirements for aberration correction for the first lens of the compensator and, therefore, to simplify its design (in reality, this is usually not a separate lens, but a group lenses - the lens). In addition, the installation of a beam splitter between the fixed lenses of the compensator leads to an increase in the front working segment, which facilitates the adjustment of the device (since the anatomical features of the structure of the patient's face, such as the size of the nose, do not prevent the device from pointing)

Увеличение точности измерений и упрощение процесса настройки прибора достигается благодаря тому, что устройство настройки прибора содержит систему проецирования изображений марок на радужную оболочку глаза, а система проецирования представляет собой два проектора или проектор марок с двумя идентичными каналами, которые расположены симметрично относительно оптической оси прибора под углом к ней и на расстоянии от нее таким образом, что в плоскости входного зрачка прибора при его требуемой настройке изображения одинаковых и симметричных относительно вертикальной оси прибора марок сходятся, образуя окружность с перекрестием. При указанной конструкции марок возможно определение направления продольного перемещения.Increasing the accuracy of measurements and simplifying the process of setting up the device is achieved due to the fact that the device setting device contains a projection system for the image of marks on the iris, and the projection system is two projectors or a projector of marks with two identical channels, which are located symmetrically relative to the optical axis of the device at an angle to it and at a distance from it in such a way that in the plane of the entrance pupil of the device, with its required adjustment, the images are identical and symmetrical GOVERNMENTAL respect to the vertical axis of the device marks converge, forming a circle with a cross. With this design of marks, it is possible to determine the direction of longitudinal movement.

Реализация в данном устройстве способа проецирования марок непосредственно на радужную оболочку глаза, позволяет более точно совмещать входной зрачок прибора и зрачок глаза. Данный факт связан с тем, что радужная оболочка практически совпадает с оптическим зрачком глаза, тогда как расстояние от вершины роговицы до зрачка глаза (в прототипе изобретения) подвержено значительным индивидуальным вариациям. При этом контраст изображения значительно выше даже при использовании инфракрасногоThe implementation in this device of a method of projecting marks directly onto the iris of the eye, allows you to more accurately combine the entrance pupil of the device and the pupil of the eye. This fact is due to the fact that the iris practically coincides with the optical pupil of the eye, while the distance from the top of the cornea to the pupil of the eye (in the prototype of the invention) is subject to significant individual variations. The image contrast is much higher even when using infrared

освещения, потому что радужная оболочка непрозрачна в инфракрасной области спектра и хорошо рассеивает это излучение.lighting, because the iris is opaque in the infrared and scatters this radiation well.

При реализации в устройстве данного способа возникает затруднение, вызванное размытостью одной из границ изображения, связанное с проекцией на наклонную (по отношению к проектору) плоскость радужной оболочки. Для устранения данного затруднения можно использовать телецентрическую проекционную систему, обладающую большой глубиной резкости и наклонное расположение марки в проекторе в соответствии с принципом Шеимплфуга (Theodor Scheimpflug's British Patent "Improved Method and Apparatus for the Systematic Alteration or Distortion of Plane Pictures and Images by Means of Lenses and Mirrors for Photography and for other purposes" (GB 1196/1904)).When implementing this method in the device, a difficulty arises caused by the blurring of one of the image boundaries, associated with the projection onto the inclined (relative to the projector) iris plane. To eliminate this difficulty, you can use a telecentric projection system with a large depth of field and an inclined position of the mark in the projector in accordance with the Sheimplefug principle (Theodor Scheimpflug's British Patent "Improved Method and Apparatus for the Systematic Alteration or Distortion of Plane Pictures and Images by Means of Lenses and Mirrors for Photography and for other purposes "(GB 1196/1904)).

Дополнительные технические результаты, заключающиеся в расширении эксплуатационных возможностей офтальмологического прибора и создании более комфортных для пациента условий, достигаются за счет использования в устройстве его настройки в качестве подсветки глаза пациента источников инфракрасного излучения и, как следствие, применение в системе визуального наблюдения видеокамеры, чувствительной к инфракрасной области спектра. Повышение комфортности связано с возможностью настройки прибора при отсутствии видимой подсветки глаза.Additional technical results, which include expanding the operational capabilities of an ophthalmic device and creating conditions more comfortable for the patient, are achieved by using infrared radiation sources in the device for adjusting the patient’s eyes and, as a result, using an infrared sensitive video camera in the visual observation system spectral region. Improving comfort is associated with the ability to configure the device in the absence of visible illumination of the eye.

Повышение удобства обслуживания данного устройства оператором достигается за счет того, что в заявленном устройстве настройки офтальмологического прибора использованы специальные марки типа «сектор в круге», конструкция которых такова, что при схождении их изображений в плоскости входного зрачка прибора образуется окружность с перекрестием. На расстояниях меньших или больших требуемого эта картина нарушается. По виду картины легко определить направление смещения прибора для точного выставления требуемого расстояния до исследуемого глаза.Improving the convenience of servicing this device by the operator is achieved due to the fact that the claimed device for setting the ophthalmic device uses special marks of the "sector in a circle" type, the design of which is such that when their images converge in the plane of the entrance pupil of the device, a circle with a crosshair is formed. At distances shorter or greater than required, this picture is disturbed. From the view of the picture, it is easy to determine the direction of displacement of the device to accurately set the required distance to the eye being examined.

В заявленной полезной модели реализован способ измерения межцентрового и вертексного расстояний с помощью присутствующей в аберрометре системы настройки (наведения) прибора путем ее последовательного наведения на центр одного глаза, затем на переносицу и на центр второго глаза. Положение прибора во время проведения этих операций фиксируется датчиком положения, установленным на подвижном столике прибора. Использование прибора с указанной целью расширяет его функциональные возможности.The claimed utility model implements a method for measuring the center-to-center and vertex distances using the instrument’s adjustment (guidance) system present in the aberrometer by sequentially pointing it at the center of one eye, then at the bridge of the nose and at the center of the second eye. The position of the device during these operations is fixed by a position sensor mounted on the movable table of the device. Using the device with this purpose expands its functionality.

Дополнительное увеличение точности и стабильности измерений возможно при наличии в приборе системы трехмерного его перемещения относительно глаза, что позволяет произвести наведение прибора и зафиксировать его положение.An additional increase in the accuracy and stability of measurements is possible if there is a three-dimensional movement of the device in the device relative to the eye, which allows the device to be guided and fix its position.

Перечень фигур прилагаемых графических материалов:The list of figures of the attached graphic materials:

Фиг. 1- структурная схема заявленного прибораFIG. 1- structural diagram of the claimed device

Фиг. 2 - принципиальная оптическая схема прибораFIG. 2 - schematic optical diagram of the device

Фиг. 3 - схема ориентации изображений проецируемых марок при настройке офтальмологического прибора:FIG. 3 is a diagram of the orientation of images of projected brands when setting up an ophthalmic device:

a) вид глаза, установленного на рабочем расстоянии с картиной марок, спроецированной на радужную оболочкуa) a view of the eye mounted at a working distance with a picture of the marks projected onto the iris

b) вид и ориентация марок для двух каналовb) type and orientation of marks for two channels

c) картина рассовмещения марок при расстоянии меньше рабочегоc) pattern of misregistration of stamps at a distance less than the working

d) картина рассовмещения марок при рабочем расстоянииd) pattern of misregistration of stamps at working distance

e) картина рассовмещения марок при расстоянии больше рабочегоe) picture of misregistration of stamps at a distance greater than the working

Фиг.4 - оптическая схема проектора марок с телецентрической проекционной системойFigure 4 - optical diagram of the projector brands with a telecentric projection system

Ниже приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с реализацией указанного назначения.The following is information confirming the feasibility of implementing a utility model with the implementation of this purpose.

«Аберрометр с системой наведения на глаз» имеет следующие структурные блоки (фиг.1):"Aberrometer with guidance system on the eye" has the following structural blocks (figure 1):

1) точечный источник света1) point source of light

2) систему измерения в виде датчика волнового фронта (например, типа Шака-Гартмана)2) a measurement system in the form of a wavefront sensor (for example, Shack-Hartmann type)

3) компенсатор рефракции3) refraction compensator

4) устройство настройки (камера наведения)4) tuning device (guidance camera)

5) проектор тестовых картин5) projector of test pictures

6) систему управления (компьютер и микропроцессорный контроллер).6) control system (computer and microprocessor controller).

Конструкция и принцип работы устройства состоит в следующем (см. фиг.2).The design and principle of operation of the device is as follows (see figure 2).

Излучение точечного источника света 1 (полупроводниковый лазер суперлюминисцентный диод или светоизлучающий диод с малой площадкой излучения с длиной волны 780 нм-850 нм) попадает на поляризационный делительный кубик 2, Излучение лазера поляризовано таким образом, что оно практически полностью проходит через делительную грань кубика (на фиг.2 в направлении налево). Излучение проходит через вращающийся клин 3, который осуществляет сканирование луча по окружности. Это необходимо для уменьшения плотности мощности лазерного излучения на сетчатке и подавления спекл-модуляции. Угол сканирования составляет приблизительно 0,5°. Далее излучение попадает в телескопическую систему 4 с необходимым увеличением. После отражения от дихроичного зеркала 5 (поворотного зеркала) излучение проходит компенсатор рефракции 6 (телескоп, состоящий из линз 6а ,6d, с подвижным отражателем (призмой) 6 b и дихроичным зеркалом (спектральным светоделителем) 6 с), который позволяет управлять фокусировкой лазерного пучка. Выходя из прибора, лазерное излучение попадает в исследуемый глаз пациента, фокусируется на сетчатке оптическими The radiation from a point light source 1 (a semiconductor laser, a superluminescent diode or a light emitting diode with a small radiation area with a wavelength of 780 nm-850 nm) is incident on a polarization dividing cube 2, The laser radiation is polarized so that it passes almost completely through the dividing face of the cube (on figure 2 towards the left). The radiation passes through a rotating wedge 3, which scans the beam around the circumference. This is necessary to reduce the power density of laser radiation on the retina and suppress speckle modulation. The scan angle is approximately 0.5 °. Next, the radiation enters the telescopic system 4 with the necessary increase. After reflection from the dichroic mirror 5 (rotary mirror), radiation passes through a refraction compensator 6 (a telescope consisting of lenses 6a, 6d, with a movable reflector (prism) 6 b and a dichroic mirror (spectral beam splitter) 6 c), which allows you to control the focus of the laser beam . Leaving the device, the laser radiation enters the patient’s examined eye, focuses on the retina with optical

элементами глаза и создает на ней виртуальный опорный источник, излучение которого частично рассеивается на сетчатке и проходит оптические среды глаза в обратном направлении, приобретая при этом фазовую модуляцию. Фазовая модуляция пучка, вышедшего из глаза, несет информацию о полных аберрациях, характеризующих оптическую систему глаза. Это излучение проходит уже упомянутые оптические элементы аберрометра в обратном направлении. Однако, поскольку излучение, рассеянное сетчаткой, является практически неполяризованным, то при прохождении поляризационного светоделителя 2 одна из поляризационных составляющих отражается от делительной грани и попадает в телескоп 7, необходимый для сопряжения входного зрачка с плоскостью линзового растра 8 датчика волнового фронта 9.elements of the eye and creates on it a virtual reference source, the radiation of which is partially scattered on the retina and passes through the optical media of the eye in the opposite direction, acquiring phase modulation. The phase modulation of the beam emerging from the eye carries information about the total aberrations that characterize the optical system of the eye. This radiation passes through the already mentioned optical elements of the aberrometer in the opposite direction. However, since the radiation scattered by the retina is practically non-polarized, when passing through the polarizing beam splitter 2, one of the polarizing components is reflected from the dividing face and enters the telescope 7, which is necessary for pairing the entrance pupil with the plane of the lens raster 8 of the wavefront sensor 9.

Линзовый растр формирует картину в виде системы фокальных пятен на матрице стандартной ПЗС (прибор с зарядовой связью) или КМОП (комплементарный метало-оксидный полупроводник) камеры датчика (создает набор изображений виртуального источника). Выходной сигнал с матрицы передается в компьютер, который восстанавливает карту аберраций и вырабатывает сигналы управления для компенсатора рефракции. При этом скорость измерения определяется скоростью считывания данных с камеры в компьютер и может достигать 100 кадров в секунду. Смещение пятен на картине пропорционально локальным наклонам волнового фронта в пределах соответствующей субапертуры линзового растра. Измерив эти смещения, можно восстановить форму волнового фронта, используя метод наименьших квадратов. Координаты пятен можно определить, используя алгоритм центров масс: [J.Lang, B.Grimm, S.Goels, J.Bille, "Objective measurements of the wave aberrations of the human eye using a Hartman-Shack wavefront sensor", J.OptSoc. Am. A, 11 1949-1957 (1994)]. Параметры линзового растра подобраны таким образом, что при обработке картины датчика Шака -Гартмана возможно восстановление волнового фронта с точностью 1/8 длины волны зондирующего излучения. При этом форма волнового фронта может быть представлена 36-тью полиномами Цернике.The lens raster forms a picture in the form of a system of focal spots on a matrix of a standard CCD (charge-coupled device) or CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) sensor camera (creates a set of images of a virtual source). The output signal from the matrix is transmitted to a computer, which restores the aberration map and generates control signals for the refraction compensator. Moreover, the measurement speed is determined by the speed of reading data from the camera to the computer and can reach 100 frames per second. The shift of the spots in the picture is proportional to the local slopes of the wavefront within the corresponding subaperture of the lens raster. By measuring these displacements, one can reconstruct the wavefront shape using the least squares method. Spot coordinates can be determined using the center of mass algorithm: [J. Lang, B. Grimm, S. Goels, J. Bill, "Objective measurements of the wave aberrations of the human eye using a Hartman-Shack wavefront sensor", J.OptSoc . Am. A, 11 1949-1957 (1994)]. The parameters of the lens raster are selected in such a way that when processing the picture of the Shack-Hartmann sensor, it is possible to restore the wavefront with an accuracy of 1/8 of the wavelength of the probe radiation. In this case, the wavefront shape can be represented by 36 Zernike polynomials.

Компенсатор рефракции необходим для коррекции дефокусировки волнового фронта оптического излучения с заданной амплитудой.The refraction compensator is necessary for correcting the defocusing of the wavefront of optical radiation with a given amplitude.

Компенсатор рефракции 6(6 a-6 d), расположенный непосредственно на входе прибора, функционирует следующим образом. После прохождения через первую линзу 6 d компенсатора рефракции излучение виртуального опорного источника, вышедшее из глаза, попадает на дихроичный светоделитель 6с, выполненный в виде кубика или пластины. Светоделитель селективно отражает излучение видимого спектра и инфракрасное излучение опорного точечного источника 1, но пропускает инфракрасное излучение подсветки глаза устройства настройки. Отраженное излучение попадает на подвижный отражатель 6Ь, выполненный ввиде призмы или системы зеркал и, затем, на вторую линзу The refraction compensator 6 (6 a-6 d), located directly at the input of the device, operates as follows. After passing through the first lens 6 d of the refraction compensator, the radiation of the virtual reference source coming out of the eye enters the dichroic beam splitter 6c, made in the form of a cube or plate. The beam splitter selectively reflects the radiation of the visible spectrum and the infrared radiation of the reference point source 1, but transmits infrared radiation from the backlight of the tuning device. The reflected radiation falls on a movable reflector 6b, made in the form of a prism or a system of mirrors and, then, on the second lens

6 а компенсатора. Эта линза расположена так, что не перекрывает пучок лучей, строящих изображение глаза. Привод призмы 6 b снабжен оптическим или индукционным датчиком перемещения и датчиком начального положения 10.6 a compensator. This lens is located so that does not overlap the beam of rays that build the image of the eye. The prism drive 6 b is equipped with an optical or induction displacement sensor and an initial position sensor 10.

При проведении измерений испытуемый должен фиксировать взгляд на окружности формируемой из лазерного излучения источника 1 вращающимся клином. Это не всегда удобно, поскольку излучение лазера 1 является инфракрасным, и его визуальная яркость невелика. Для повышения удобства работы с прибором в нем может быть предусмотрен проектор картин для фиксации взгляда, работающий в видимом диапазоне. Проектор состоит из линзовой системы (объектив) 11, которая совместно с компенсатором рефракции и элементами глаза обеспечивает проецирование изображения картины 12 на сетчатку глаза. Выходной зрачок проектора совмещен с плоскостью изображения зрачка (например, с выходным зрачком компенсатора рефракции), а значит, и с входным зрачком глаза. Тестовая картина может быть как пассивная (слайд, транспарант, жидкокристаллическая панель), так и самосветящаяся, например, светодиодное табло. В случае пассивной картины необходимо использование источника света 13, в качестве которого может выступать любой источник излучения (лампа накаливания, светоизлучающий диод и т.п.), с соответствующим конденсором 14, который проецирует изображение источника света в плоскость выходного зрачка компенсатора рефракции. В качестве картин могут быть использованы различные картины, композиция, которых притягивает взгляд к выделенной детали (например, изображение воздушного шара на фоне пустынного шоссе).When conducting measurements, the subject must fix his gaze on the circle formed from the laser radiation of source 1 by a rotating wedge. This is not always convenient, since the radiation from laser 1 is infrared and its visual brightness is low. To improve the convenience of working with the device, a picture projector can be provided in it for fixing the gaze, working in the visible range. The projector consists of a lens system (lens) 11, which, together with the refraction compensator and the elements of the eye, provides the projection of the image of the picture 12 on the retina. The exit pupil of the projector is aligned with the image plane of the pupil (for example, with the exit pupil of the refraction compensator), and therefore with the entrance pupil of the eye. The test picture can be either passive (slide, transparency, liquid crystal panel), or self-luminous, for example, LED display. In the case of a passive picture, it is necessary to use a light source 13, which can be any radiation source (incandescent lamp, light emitting diode, etc.), with a corresponding capacitor 14, which projects the image of the light source into the plane of the exit pupil of the refraction compensator. Various paintings, compositions that attract the eye to the highlighted detail (for example, the image of a balloon against a desert highway) can be used as paintings.

Устройство настройки (камера наведения) приведенного в качестве примера аберрометра включает (см. фиг. 2): систему проецирования, представляющую собой проектор марок с двумя идентичными каналами 15 и 16, установленные под углом к оптической оси прибора, с источниками для подсветки глаза 17 а и 17 b, в качестве которых могут быть использованы светодиоды, датчик изображений - видеокамеру 18, оптическая ось которой совмещена с оптической осью прибора, с объективом 19, который совместно с линзой 6 d образует сложный телецентрический объектив (при отсутствии линзы 6 d изображение может строиться просто объективом видеокамеры). Так как для подсветки глаза используется инфракрасное излучение, то применяется видеокамера чувствительная в инфракрасной области спектра. Для совмещения осей каналов настройки и измерения используется светоделитель 6 с.The tuning device (guidance camera) of an aberrometer as an example includes (see Fig. 2): a projection system, which is a projector of marks with two identical channels 15 and 16, installed at an angle to the optical axis of the device, with sources for illuminating the eyes 17 a and 17 b, which can be used as LEDs, the image sensor is a video camera 18, the optical axis of which is combined with the optical axis of the device, with a lens 19, which together with the lens 6 d forms a complex telecentric lens (if there is no 6 d lenses, the image can be built simply with a camcorder lens). Since infrared radiation is used to illuminate the eye, a sensitive video camera in the infrared is used. A beam splitter of 6 s is used to combine the axes of the tuning and measurement channels.

В системе проецирования устройства настройки прибора вместо проектора марок с двумя идентичными каналами могут быть применены два Идентичных проектора, в качестве которых могут быть использованы любые линзовые, зеркально-линзовые и зеркальные оптические системы, создающие изображение марки на некотором, заранее определенном, расстоянии от выходной апертуры проектора. Обычно каждый проектор содержит источник In the projection system of the device settings device, instead of a brand projector with two identical channels, two Identical projectors can be used, which can be any lens, mirror-lens and mirror optical systems that create a brand image at some predetermined distance from the output aperture a projector. Usually each projector contains a source

света, конденсор, марку и изображающий объектив. Предпочтительно оптическая схема проектора должна работать в телецентрическом ходе лучей. Проекторы должны проецировать изображение марки на радужную оболочку под некоторым углом к оптической оси прибора. Предпочтительно, если оси проекции будут расположены симметрично относительно оптической оси прибора.light, condenser, brand and imaging lens. Preferably, the optical circuit of the projector should operate in the telecentric path of the rays. Projectors must project the image of the brand onto the iris at a certain angle to the optical axis of the device. Preferably, if the projection axis is located symmetrically with respect to the optical axis of the device.

На фиг. 4 представлен предпочтительный вид проектора марок: линзы 20 а ,b и 21 а, b образуют телецентрическую проекционную систему, в которой марки 22 а и 22 b наклонены под углом, отличным от перпендикуляра, к оптической оси для компенсации искажений, возникающих при наклонном проецировании на радужную оболочку глаза.In FIG. 4 shows the preferred type of projector brands: the lenses 20 a, b and 21 a, b form a telecentric projection system in which the brands 22 a and 22 b are inclined at an angle different from the perpendicular to the optical axis to compensate for distortions arising from oblique projection on the iris of the eye.

Система трехмерного перемещения прибора при его настройке может быть реализована подобно использованному в щелевых лампах ШЛ56 или ШЛ2Б координатному столику (см. Л.С.Урмахер, Л.И.Айзенштат «Офтальмологические приборы», 1988, стр.111-123). Следует заметить, что система трехмерного перемещения прибора может быть заменена полностью или дополнена системой перемещения глаза пациента относительно прибора.The system of three-dimensional movement of the device during its adjustment can be implemented similarly to the coordinate table used in slit lamps SHL56 or SHL2B (see L. S. Urmacher, L. I. Aizenshtat “Ophthalmic devices”, 1988, pp. 111-123). It should be noted that the system of three-dimensional movement of the device can be completely replaced or supplemented by a system for moving the patient’s eye relative to the device.

Настройка (наведение) аберрометра в инфракрасной области спектра происходит следующим образом.The adjustment (guidance) of the aberrometer in the infrared region of the spectrum is as follows.

Проектор марок проецирует специально сформированные изображения марок (см. фиг.3) вида «сектор в круге» на радужную оболочку глаза под углом к оптической оси прибора. Угол и расстояние между каналами выбраны таким образом, что в плоскости входного зрачка прибора изображения сходятся и образуют окружность с перекрестием (фиг. 3 d). На расстояниях больших и меньших требуемого эта картина нарушается (фиг. 3 с, е). Выбор угла между каналами проектора в интервале от 15 до 60° обусловлен следующими соображениями: с уменьшением угла падает чувствительность наведения, при больших углах - уменьшается рабочий диапазон.The projector of marks projects specially formed images of marks (see FIG. 3) of the “sector in a circle” type onto the iris of the eye at an angle to the optical axis of the device. The angle and the distance between the channels are selected so that in the plane of the entrance pupil of the device, the images converge and form a circle with a crosshair (Fig. 3 d). At distances greater and less than required, this picture is disturbed (Fig. 3 c, f). The choice of the angle between the projector channels in the range from 15 to 60 ° is due to the following considerations: with a decrease in the angle, the guidance sensitivity decreases, at large angles, the operating range decreases.

Объектив 19 видеокамеры 18 строит изображение глаза пациента на матрице видеокамеры (фиг.3 а). При этом спектральные характеристики светоделителя 6 с подобраны таким образом, что инфракрасное излучение светодиодов подсветки устройства настройки прибора проходит через него без ослабления, тогда как излучение опорного источника 1 и излучение видимого спектра от проектора картины фиксации отражается от него практически полностью. По виду картины легко определить направление смещения прибора для точного выставления требуемого расстояния до исследуемого объекта (глаза человека). Изображение с видеокамеры передается на монитор компьютера (или отдельный видеомонитор). При настройке прибора оператор добивается совмещения изображений марок от обоих каналов проектора, что обеспечивает выставление рабочего расстояния от The lens 19 of the video camera 18 builds an image of the patient’s eye on the matrix of the video camera (Fig. 3 a). In this case, the spectral characteristics of the beam splitter 6 s are selected in such a way that the infrared radiation of the backlight LEDs of the device setup device passes through it without attenuation, while the radiation of the reference source 1 and the radiation of the visible spectrum from the projector of the fixation pattern are reflected almost completely from it. From the view of the picture, it is easy to determine the direction of displacement of the device to accurately set the required distance to the object under study (human eyes). The image from the camcorder is transmitted to a computer monitor (or a separate video monitor). When setting up the device, the operator achieves combining brand images from both channels of the projector, which ensures that the working distance from

прибора до глаза, и совмещение центра зрачка с центром координатной сетки, нанесенной на монитор.instrument to the eye, and the combination of the center of the pupil with the center of the coordinate grid deposited on the monitor.

При работе устройства настройки в видимом свете светоделитель 6с должен быть полупрозрачным, т.е. частично пропускать и отражать излучение видимого спектра. Коэффициент деления определяется относительной энергетической чувствительностью системы наведения и измерения.When the tuning device is operating in visible light, the beam splitter 6c should be translucent, i.e. partially transmit and reflect the radiation of the visible spectrum. The division coefficient is determined by the relative energy sensitivity of the guidance and measurement systems.

Примером реализации способа настройки аберрометра может являться описание конструкции устройства настройки.An example of the implementation of the method for setting up an aberrometer may be a description of the design of the tuning device.

Реализация способа измерения межцентрового и вертексного расстояний заключается в следующем.The implementation of the method for measuring intercenter and vertex distances is as follows.

Для заданий точных параметров очковой коррекции необходимо знание межцентрового (расстояние между центрами зрачков глаза) и вертексного (расстояние от вершины роговицы до плоскости очковой коррекции) расстояний. Последнее расстояние фактически определяется расстоянием (по глубине) от переносицы до вершины роговицы. В приборе может быть использован датчик (оптический, индукционный или иной) перемещения координатного стола прибора, позволяющий запоминать траекторию координатного столика на котором установлен прибор. Тогда, наводя прибор последовательно на центр одного глаза, затем на переносицу и на центр второго глаза, можно определить межцентровое и вертексное расстояния.To set the exact parameters of the spectacle correction, it is necessary to know the intercenter (distance between the centers of the pupils of the eye) and vertex (the distance from the top of the cornea to the plane of the spectacle correction) distances. The last distance is actually determined by the distance (in depth) from the nose to the top of the cornea. The device may use a sensor (optical, induction or otherwise) to move the coordinate table of the device, which allows you to remember the trajectory of the coordinate table on which the device is installed. Then, pointing the device sequentially at the center of one eye, then at the bridge of the nose and at the center of the second eye, you can determine the intercenter and vertex distances.

Система управления прибором состоит из компьютера, который обеспечивает обработку данных, восстанавливая карту аберраций, хранение данных и управление прибором по командам оператора и микропроцессорного контроллера.The control system of the device consists of a computer that provides data processing, restoring the aberration map, data storage and device control on the instructions of the operator and microprocessor controller.

Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании полезной модели выполнена следующая совокупность условий:Thus, the above information shows that when using the utility model the following set of conditions is fulfilled:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в медицинской промышленности, а именно для автоматического измерения аберраций человеческого глаза и определения объективной рефракции с целью подбора сфероцилиндрической коррекции зрения;- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is intended for use in the medical industry, namely for the automatic measurement of aberrations of the human eye and the determination of objective refraction in order to select spherical cylindrical vision correction;

- для полезной модели в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте изложенной формулы, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.- for the utility model as described in the independent clause of the stated formula, the possibility of its implementation using the means and methods described above or known prior to the priority date is confirmed.

Следовательно, полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the utility model meets the condition of “industrial applicability”.

Claims

1. Aberrometer containing a point light source located with the possibility of projecting it onto the retina of the eye, a system for measuring the shape of the wavefront of scattered radiation in the form of a sensor, a control system located between the human eye and the measurement system, a refraction compensator consisting of two fixed lenses and a movable reflector and a setting device including an image sensor for the eye, characterized in that the refractive compensator further comprises a dichroi located between the stationary lenses ny beam splitter.

2. Aberrometer according to claim 1, characterized in that the tuning device comprises a system for projecting images of marks onto the iris of the eye and sources of illumination of the eye.

3. Aberrometer according to claim 2, characterized in that the projection system of the tuning device is two projectors or a projector of brands with two identical channels, which are located symmetrically relative to the optical axis of the aberrometer, at an angle to it and at a distance from it with the possibility of convergence in the plane the entrance pupil of the aberrometer when adjusting images that are identical and symmetrical with respect to its vertical axis marks with the formation of a circle with a crosshair.

4. Aberrometer according to claim 3, characterized in that each brand has the form of a sector in a circle.

5. Aberrometer according to claim 2, characterized in that infrared sources are used as sources of illumination of the eye.

6. Aberrometer according to claim 3, characterized in that it further comprises a three-dimensional movement system relative to the eye.