Абератор оптичної системи ока для тестування офтальмологічних аберометрів

Абератор оптичної системи ока, що містить імітаційну оптичну систему ока та імітатор сітківки, розміщений в зоні зображення, сформованого імітаційною оптичною системою, який відрізняється тим, що імітаційна оптична система ока виконана з двох лінз та світлопоглинаючого фільтра і доповнена проекційним оптичним компонентом, який розташований між імітаційною оптичною системою ока та імітатором сітківки, при цьому лінзи імітаційної оптичної системи за формою, оптичними параметрами і взаємним розташуванням є подібними до рогівки та U 1 3 величиною використовується комплект фазових пластин, в якому кожна фазова пластина відтворює лише одну церніковську моду хвильової аберації з фіксованими параметрами. Для створення аберації із декількох церніковських мод застосовують стопу фазових пластин. Перевагою такого абератора у порівнянні з попередніми є можливість моделювання лише однієї або декількох визначених церніковських мод з наперед відомими їх амплітудами та кутовим положенням відносно координатних осей аберометра. Однак цей абератор, який є найбільш близьким до корисної моделі, що пропонується, і обраний в якості прототипу, має наступні недоліки: - недостатня точність відтворення аберацій ока внаслідок обмеженості точності виготовлення фазових пластин, обумовленої похибками відтворення рельєфу фоторезиста, які виникають через нелінійність процесу хімічних перетворень фоторезиста під дією світлового потоку, а також через обмеженість точності методів паспортизації розподілу величин фазової модуляції по поверхні пластини; - істотна залежність похибок відтворення аберацій від похибок поперечного та поздовжнього позиціонування фазових пластин відносно оптичної осі абератора та від нахилів пластини до осі, а також від похибок взаємного розташування фазових пластин в абераторі, якщо в ньому використовується декілька фазових пластин; - обмеженість умов використання фазових пластин, яка проявляється в необхідності направляти на пластину лише колімовані пучки променів для усунення залежності фазової модуляції від нахилу променя до нормалі к пластині; - наявність полисків від плоских поверхонь фазової пластини при нормальному падінні на неї променів, яка є істотною завадою для роботи аберометрів, котра істотно знижує точність аберометрії, а інколи робить її неможливою; відсутність регулювання коефіцієнта світлопропускання оптичної системи абератора, яке потрібно здійснювати на практиці для відтворення світловтрат, що спостерігаються в оптичній системі живого ока, тобто для відтворення реальних умов аберометрії живого ока; - відсутність можливості усунення спеклової структури світлової плями на імітаторі сітківки, яка знижує точність вимірювання координат світлової плями; відсутність деполяризації лазерного випромінювання аберрометра на імітаторі сітківки, яке фактично має місце на сітківці живого ока і яке використовується в аберометрах для боротьби з полисками від оптичних поверхонь ока. Задачею корисної моделі, що заявляється, є підвищення точності абератора при наданні йому функцій: одночасного моделювання імітаційною оптичною системою ока всіх складових хвильової аберації, які за типами і величинами адекватні оку людини; моделювання вказаних складових з безперервною зміною величин їх амплітуд в діапазонах, властивих системі ока людини; 27813 4 регулювання величини світловтрат; руйнування спеклової структури відбитого від сітківки випромінювання; забезпечення деполяризації лазерного випромінювання після його відбиття від імітатора сітківки. Поставлена задача вирішується тим, що пропонується абератор, який як і прототип, містить лінзи, що імітують абераційну оптичну систему ока з потрібними для тестування аберометрів за величинами і складом мод хвильовими абераціями, містить елемент, який імітує сітківку. Новим є те, що імітаційна оптична система ока виконана з двох лінз та світлопоглинаючого фільтра і доповнена проекційним оптичним компонентом, який розташований між імітаційною оптичною системою ока та імітатором сітківки, при цьому лінзи імітаційної оптичної системи за формою, оптичними параметрами і взаємним розташуванням є подібними до рогівки та кришталика ока людини відповідно, а світлопоглинаючий фільтр розташовано між оптичними елементами абератора, причому простір між першою і другою лінзою та між другою лінзою і проекційним оптичним компонентом заповнено прозорою оптично-однорідною рідиною, а друга лінза розміщена в рухомій оправі з переміщеннями: лінійним уздовж осі перпендикулярної до оптичної осі та кутовим навколо будь-якої іншої осі, що знаходиться в одній площині з оптичною віссю та перетинає оптичну вісь в зоні вузлової точки лінзи, до того ж імітатор сітківки, виконано із деполяризуючого і світлорозсіючого матеріалу у вигляді тонкої плоско-паралельної пластини або плівки в рухомій оправі з обертанням навколо оптичної осі в площині імітатора сітківки та лінійним переміщенням уздовж оптичної осі, при цьому імітатор сітківки є оптично спряженим з площиною в зоні зображення, сформованого лінзами імітаційної оптичної системи ока. Імітаційна оптична система ока, сформована з двох лінз в рідині, за своїми конструктивними параметрами є майже ідентичною оптичній системі ока людини, а тому забезпечує абератору наявність саме тих типових складових хвильової аберації, які адекватні хвильовій аберації ока. До того ж сучасний рівень точності виготовлення оптичних поверхонь, виготовлення оптичного скла за показником заломлення та дисперсії, а також точності виготовлення оправ і механізмів для завдання потрібного взаємного розташування оптичних елементів абератора дозволяють розрахунковим методом, за допомогою спеціальних комп'ютерних програм типу ОПАЛ, ZEMAX, по точним даним про взаємне розташування цих оптичних елементів, знаходити величини хвильової аберації абератора та параметри її складових більш точно, ніж це можна зробити за допомогою фазових пластин в абераторі-прототипі. При цьому плавне децентрування лінзи, що імітує кришталик, відносно лінзи, що імітує рогівку, та кутове переміщення лінзи-кришталика навколо однієї з осей, що проходять через вузлову точку, дають можливість змінювати вигляд та величину 5 хвильової аберації з безперервною зміною величин складових хвильової аберації, які є типовими для оптичної системи ока людини. Переміщення імітатора сітківки вздовж оптичної осі абератора дозволяє плавно змінювати величину аберації з назвою дефокус. Для усунення полисків від рогівки в аберометрах використовується явище деполяризації лазерного випромінювання на сітківці ока, тому використання для імітації сітківки матеріалу з деполяризуючими дифузнорозсіючими властивостями, наприклад, поліетиленової плівки, дозволяє відтворювати деполяризацію і дифузне розсіяння світла, аналогічні тим, що спостерігаються на сітківці ока. А обертання плівки-імітатора сітківки забезпечує руйнування спеклів у світловій плямі внаслідок оптичної мікронеоднорідності матеріалу плівки. Застосування змінних світлопоглинаючих фільтрів надає можливість регулювання в абераторі коефіцієнта світлопропускання імітатора оптичної системи ока на шляху променів від лінзи, що імітує рогівку до лінзи, що імітує кришталик, а також в зворотному напрямку. Сутність корисної моделі проілюстрована на Фіг.1-4. Фіг.1. Функціональна схема абератора. Фіг.2. Хід променів в проекційному лінзовому компоненті: Фіг.3. Діапазони величин коефіцієнтів при поліномах Церніке, що представляють складові хвильової аберації абератора нижчих степеневих порядків. Фіг.4. Діапазони величин коефіцієнтів при поліномах Церніке, що представляють складові хвильової аберації абератора вищих степеневих порядків. Абератор, функціональна схема якого показана на Фіг.1, має імітаційну оптичну систему ока, складену з лінзи 1 та лінзи 2, а також механізми і приводи для переміщення оптичних елементів системи. Лінза 1 імітує рогівку, лінза 2 кришталик оптичної системи ока. Оптичний компонент З виконує функцію проекційної безабераційної системи. Вона призначена для оптичного спряження площини X/O/Y/, де знаходиться зображення, сформоване лінзами 1 і 2, та поверхні імітатора сітківки 5. Імітатор сітківки виконано у вигляді плівки чи тонкої плоскопаралельної пластини із матеріалу, який деполяризує відбите у зворотному напрямку випромінювання та дифузно його розсіює. Змінний світлопоглинальний фільтр 4, призначений для ослаблення світлового потоку, який надходить в абератор під час аберометрії через лінзи 1, 2 до імітатора сітківки 5 і в зверхньому напрямку після розсіювання на імітаторі сітківки, як показано на Фіг.2. У проміжках між лінзами 1, 2 та 2, 3 знаходиться прозора оптично-однорідна рідина, наприклад дистильована вода, яка імітує відповідні оптичні середовища ока. Лінза 2 має кутове переміщення навколо осі OY за допомогою електромеханічного або ручного приводу 6 та лінійне переміщення уздовж осі ОХ, що перпендикулярна до оптичної осі лінзи 1 за допомогою електромеханічного чи механічного 27813 6 ручного приводу 7. Вказані переміщення призначені для утворення регульованого децентрування лінзи 2 відносно лінзи 1, які призводять до появи потрібних абераційних спотворень хвильового фронту, що при аберометрії розповсюджується від рогівки до сітківки. Імітатор сітківки закріплено в оправі, яка може обертатися в своїй площині навколо оптичної осі за допомогою приводу 8, що зроблено для руйнування спеклів на поверхні імітатора сітківки, які виникають при використанні в аберометрі когерентного лазерного випромінювання. Для моделювання аберації, яка має назву дефокус, імітатор сітківки має переміщення уздовж оптичної осі за допомогою приводу 9. При потребі автоматичного керування функціонуванням абератора в приводах 6, 7 та 9 використовуються крокові двигуни відповідних типів. Промінь рейтресинга 10 (Фіг.1) надходить із аберометра в імітаційну оптичну систему ока із точки, яка знаходиться на оптичній осі абератора в площині на нескінченності або в площині на кінцевій відстані від абератора, і є оптично спряженою з площиною Y/O/X/. Внаслідок абераційних спотворень, які властиві центрованій чи примусово (за допомогою приводів 6, 7) децентрованій системі лінз 1, 2, промінь 10 абераційно відхиляється від траєкторії «ідеального» (безабераційного) проходження і перетинає площину Y/О/X/ не в точці на оптичній осі, а в точці А/. Координати точки А/ в системі координат Y/O/X/ є поперечними абераціями променя 10. Цим досягається головна функція абератора утворювати контрольовані за величинами і типами абераційні складові хвильової аберації імітатора оптичної системи ока. На Фіг.3 та Фіг.4 показано діапазони зміни величин коефіцієнтів при складових церніковського розкладу функції хвильової аберації абератора, залежні від величини децентрування лінзи 2 уздовж осі ОХ на величину від 0 до 2мм та від кутового повороту цієї ж лінзи навколо осі OY на величину від 0 до 5°. Нумерацію та нормування коефіцієнтів церніковського розкладу функції хвильової аберації абератора здійснено згідно узгодженого серед оптиків правила, яке, наприклад, використовується в широко відомій комп'ютерній програмі аналізу оптичних систем ZEMAX. При проходженні променя 10 через оптичний компонент 3 (Фіг.2) він перетинає площину імітатора 5 в точці А//, яка є оптично спряженою за допомогою цього компонента з точкою А/. На поверхні імітатора сітківки 5 промінь розсіюється і деполяризується. Відбитий від цієї поверхні пучок променів оптичним компонентом 3 безабераційно фокусується в точці А/. Далі ці промені у зворотньому напрямку проходять лінзи 2 і 1, і потрапляють у вхідну зіницю аберометра. Для уникнення впливу компонента 3 на результати аберометрії абератора цей компонент має бути безабераційним. Обертання імітатора сітківки 5 за допомогою привода 8 дозволяє руйнувати спеклову структуру 7 світлової плями в точці А// та відповідно в точці А/, а також в площині світлочутливої поверхні фотоприймача аберометра, який тестується. Таким чином у абераторі, що заявляється, використанням імітаційної оптичної системи ока у вигляді лінз в середовищі рідини, що ідентичні оптичним елементам ока, точно виготовлених і точно центровано або точно децентровано взаємно розташованих, досягається підвищення точності відтворення складових функції хвильової аберації, які до того ж по модальному складу і параметрам цих мод є ідентичними абераційному оку людини. Використанням децентрування лінзи, що імітує кришталик, шляхом її поперечного зсуву та повороту навколо вузлової точки та поздовжнім осьовим переміщенням імітатора сітківки забезпечується плавна зміна величин складових хвильової аберації у діапазоні, притаманному оку людини. Використанням змінного світлопоглинаючого світлофільтра досягається регулювання коефіцієнту світлопропускання імітаційної оптичної системи ока. Використанням для імітації сітківки дифузно-розсіючої плівки з властивістю деполяризації відбитого розсіяного світла, яка до того ж обертається навколо оптичної осі, забезпечується деполяризація відбитого від імітатора сітківки світла з одночасним руйнуванням спеклової структури зображення світлової плями сітківки на фотоприймачі аберрометра. Використані джерела інформації: 1. Міжнародний патент WO/2003/051190 А1, МКВ А61В3/103. Apparatus and the associated methods for calibrating a wavefront sensor. / Martino Ronald J.Prior Publication Data PCT/US2002/039421, 14.12.2001. Publication Date 26.06.2003 2. Cheng X, Himebaugh NL, Kollbaum PS, Thibos LN, Bradley A. Validation of a clinical ShackHartmann aberrometer //Optom Vis Sci. 2003. Aug;80(8):587-595. 3. Галецкий CO., Беляков А.И., Черезова Т.Ю., Кудряшов А.В. Создание модели человеческого глаза методами адаптивной оптики. «Оптический журнал», Том 73, №7, Июль, с.79-82. - 2006. 4. Патент ES2163369, Іспанія, МКВ G02B27/46; G02B27/46; (ІРС1-7): G02B27/46. Laminas de fase compensadoras de aberraciones oculares de alto у bajo orden. /Вага Vinas, Salvador; Mancebo Lopez, Teresa; Navarro Belsue, Rafael. - Prior Publication Data ES 20000000335 20000214, 16.01.2002. Publication Date 1.03.2003. 27813 8 9 27813 10