Спосіб калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра

Спосіб калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра, який базується на зондуванні тонким лазерним пучком в різних точках вхідної апертури калібрувального об'єкта, встановленого на відстані від вихідної апертури рефракційного аберометра, яка відповідає розташуванню ока пацієнта під час вимірювання його рефракційних аберацій, прийманні випромінювання, розсіяного в калібрувальному об'єкті, вимірюванні просторового положення точок розсіяння, в які проектується тонкий лазерний пучок, обробці та аналізі результатів вимірювання, по яких роблять висновок про відхилення вимірюваних аберацій від дійсного їх значення у ВІДПОВІДНИХ точках зондування вхідної апертури, який відрізняється тим, що вимірювання просторового положення точок розсіяння, в які проектується тонкий лазерний пучок при зондуванні, виконують принаймні на двох різних відстанях від аберометра, знаходять з цих вимірювань нахил лазерного пучка та координати його входження в око і за цим нахилом та координатами обчислюють поправку до результатів вимірювання рефракції в кожній точці входження лазерного пучка в око Винахід стосується медичної техніки, зокрема, діагностично-вимірювальних приладів, і може бути використаний для високоточних досліджень зору та забезпечення високої якості операцій лазерної корекції зору Відомий спосіб калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра (R Navarro, E Moreno-Barnuso Laser ray tracing method for optical testing Optics Letters, 1999, Vol 24, No 14, pp 951 953), згідно з яким на шляху зондуючих променів встановлюють фазову пластину з відомими абераціями, що дає змогу визначити, якою мірою спотворюються результати вимірювань в кожній точці зондування Недоліком цього способу є складність визначення величини та знака корекції, необхідних для компенсації спотворень або їх врахування при обчисленні карти рефракції Більш інформативним є спосіб, описаний у винаході (В В Молебний та ш Вимірювач абераційної рефракції ока Патентна заявка України №98105286 М кл А61ВЗ/00, А61ВЗ/10, А61ВЗ/14, дата подання 07 10 1998) Він базується на зондуванні тонким лазерним пучком в різних точках вхідної апертури калібрувального об'єкта, встановленого на відстані від вихідної апертури рефракційного аберометра, яка відповідає розташуванню ока пацієнта під час вимірювання його рефракційних аберацій, прийомі випромінювання, розсіяного в калібрувальному об'єкті, вимірюванні просторового положення точок розсіяння, в які проектується тонкий лазерний пучок, обробці та аналізі результатів вимірювання, по яких роблять висновок про відхилення вимірюваних аберацій від дійсного їх значення у ВІДПОВІДНИХ точках зондування вхідної апертури В цьому способі, який є найближчим аналогом, припускається, що при скануванні ока всі зондуючи лазерні пучки входять в калібрувальний об'єкт паралельно до оптичної осі В ДІЙСНОСТІ, нахил променя в кожній точці входження в калібрувальний об'єкт може відхилятися від заданого напряму Це спричиняє похибки як калібрування, так і наступного вимірювання аберацій Таким чином, характерним недоліком відомого способу калібрування аберометра є відсутність інформації про дійсний нахил тонкого лазерного пучка при входженні в калібрувальний об'єкт В основу винаходу поставлено задачу виключення похибки, пов'язаної з відхиленням зондуючого лазерного пучка від паралельності до оптичної осі при входженні пучка в калібрувальний об'єкт Поставлену задачу вирішують завдяки тому, що вимірювання просторового положення точок розсіяння, в які проектується тонкий лазерний (О о C O Ю 53064 пучок при зондуванні, виконують принаймні на двох різних відстанях від аберометра, знаходять з цих вимірювань нахил лазерного пучка та координати його входження в око і за цим нахилом та координатами обчислюють поправку до результатів вимірювання рефракції в кожній точці входження лазерного пучка в око Завдяки тому, що в процесі калібрування одержують інформацію про дійсний нахил зондуючого пучка в кожній точці входження в калібрувальний об'єкт, а значить, і в око пацієнта, знайдене значення нахилу лазерного пучка використовують для внесення необхідних коректив у результати вимірювання хвильових та рефракційних аберацій ока Суть винаходу пояснюється кресленнями, що складаються з 8 фігур Фіг 1 Спрощена функціональна схема пристрою для калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра з рухомим калібрувальним об'єктом Фіг 2 Конструктивне виконання пристрою для калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра Фіг 3 Розташування елементів пристрою для калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра в двох положеннях а - відстань до аберометра відповідає положенню вхідної ЗІНИЦІ ока під час вимірювання його променевих аберацій, b - відстань збільшена на величину L по відношенню до положення а Фіг 4 Визначення кута нахилу зондуючого лазерного пучка при двох положеннях калібрувального об'єкта Фіг 5 Визначення проекцій відстані між точками розсіяння при першому та другому положеннях калібрувального об'єкта Фіг 6 Функціональна схема пристрою для калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра з нерухомим калібрувальним об'єктом в положенні меншої відстані до калібрувального об'єкта Фіг 7 Функціональна схема пристрою для калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра з нерухомим калібрувальним об'єктом в положенні більшої відстані до калібрувального об'єкта Фіг 8 Хід променів при фокусуванні розсіяного на калібрувальному об'єкті випромінювання в площину позиційно чутливого фотоприймача Розглянемо детально реалізацію запропонованого способу калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра Спрощена функціональна схема пристрою для калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра подана на фіг 1 На виході рефракційного рейтрейсингового аберометра 1 послідовно встановлені калібрувальний об'єкт 2, об'єктив 3 та позиційно чутливий фотоприймач 4 Тонкий лазерний пучок з виходу з аберометра 1 спрямовують на калібрувальний об'єкт 2 Об'єктив 3, який встановлено після калібрувального об'єкта 2, фокусує на позиційно чутливий фотоприймач 4 випромінювання, розсіяне калібрувальним об'єктом 2 3 аналізу положення світлової точки в площині фотоприймача робиться висновок щодо положення точки розсіяння, в яку проектується зондуючий пучок у площині калібрувального об'єкта 2 Конструктивне виконання пристрою для калібрування аберометра наведено на фіг 2 Конструкцію встановлюють на виході аберометра 1 Калібрувальний об'єкт 2, яким у найпростішому випадку може бути звичайне матове скло 5, і який розміщений разом з об'єктивом 3 та позиційно чутливим фотоприймачем 4 на напрямній консолі 6, встановлюють на відстані від вихідної апертури аберометра, яка відповідає положенню ока пацієнта під час вимірювання його рефракційних аберацій Після цього здійснюють зондування тонким лазерним пучком калібрувального об'єкта в точках, що відповідають ВХІДНІЙ апертурі ока, приймають розсіяне випромінювання та визначають положення точок розсіяння, в які проектується тонкий лазерний пучок на калібрувальному об'єкті На наступному етапі весь моноблок, що включає в себе калібрувальний об'єкт 2 з матовим склом 5, об'єктив 3 та позиційно чутливий фотоприймач 4, переміщують уздовж напрямної консолі 6 на відстань L по відношенню до початкового положення (Фіг 3) В цьому положенні також виконують зондування лазерним пучком калібрувального об'єкта у тих самих точках по відношенню до вхідної апертури ока, прийом розсіяного випромінювання та визначення положення точок розсіяння на калібрувальному об'єкті За положенням точок розсіяння на калібрувальному об'єкті, в які проектується при зондуванні тонкий лазерний пучок при першому та другому вимірюванні, обчислюю І ь нахил лазерного пучка до оптичної осі в кожній точці зондування Для кожної точки зондування вхідної апертури після вимірювання положення точок розсіяння при двох положеннях калібрувального об'єкта кут нахилу скануючого лазерного пучка до оптичної ВІСІ на виході аберометра обчислюють, виходячи з геометричних співвідношень (фіг 4), у двох проекціях • ҐАХ' Ух = arctan L y Y = arctan AY де ух та yy - проекції кута нахилу променя у площині абсцис та ординат ВІДПОВІДНО, ДХ та AY проекції зміщення положення точки розсіяння у площині калібрувального об'єкта, в яку проектується тонкий лазерний пучок, А - при першому вимірюванні, В - при другому вимірюванні (фіг 5) Тут L - відстань (база) між першим, початковим (а) положенням калібрувального об'єкта 2 та його другим, кінцевим (Ь) положенням Довжину бази L можна змінювати для отримання оптимальних умов визначення кута Для досягнення більшої точності, вимірювання кута нахилу можна виконувати при кількох значеннях довжини бази L Здійснити запропонований спосіб калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра можна також без додаткових переміщень калібрувального об'єкта за допомогою пристрою, функціональна схема якого наведена на фіг 6 Пристрій встановлюється на виході рефракційного рейтрейсингового аберометра 1 За калібрувальним об'єктом 2 (матовим склом 5) послідовно встановлені 53064 об'єктив 3 та позиційно чутливий фотоприймач 4 Перед калібрувальним об'єктом 2 встановлені розщеплювач випромінювання 7, шторка 8, система дзеркал 9 та перемикач 10, причому шторка 8 та перемикач 10 при вимірюванні можуть займати одне з двох положень Тонкий лазерний пучок з виходу аберометра 1 спрямовують на розщеплювач випромінювання 7, який розщеплює лазерний пучок на два пучки Перший пучок не змінює свого напрямку, а другий змінює його на 90° по відношенню до початкового напрямку Шторку 8 встановлюють в одно з двох положень, що забезпечує проходження пучка на калібрувальний об'єкт 2 по коротшому (фіг 6) або по довшому (фіг 7) шляху - через систему дзеркал 9 Схема забезпечує проходження одного з двох пучків до калібрувального об'єкта 2, який розташований у предметній площині об'єктива 3 Останній фокусує розсіяне випромінювання першого або другого пучка, яке розсіюється калібрувальним об'єктом, на позиційно чутливий фотоприймач 4, який розташований у площині зображень об'єктива 3 За результатами обробки та аналізу сигналів з позиційно чутливого фотоприймача 4 одержують дані про положення точок розсіяння першого та другого пучка на калібрувальному об'єкті, що дає змогу визначити нахил зондуючого пучка до оптичної осі при виході з аберометра, ступінь його непаралельності з оптичною віссю та внести ВІДПОВІДНІ корективи в розрахунок аберацій ока Розщеплювач випромінювання 7 виконують у вигляді світлоподілювального кубика Можливо також використання світлоподілювальної пластини Система дзеркал 9 складається з двох дзеркал, які встановлюють перпендикулярно по відношенню одне до одного Для вимірювання нахилу зондуючого лазерного пучка шторку 8 встановлюють спочатку на проходження пучком меншої відстані (фіг 6), здійснюють зондування тонким лазерним пучком калібрувального об'єкта в його ВХІДНІЙ апертурі, що відповідає зондуванню вхідної апертури ока, прийом розсіяного випромінювання та визначення положення точок розсіяння на калібрувальному об'єкті На наступному етапі шторку 8 встановлюють так, щоб пучок пройшов додаткову відстань 2L (фіг 7) При цьому положенні шторки 8 здійснюють зондування лазерним пучком калібрувального об'єкта, прийом розсіяного випромінювання та визначення положення точок розсіяння на калібрувальному об'єкті Після вимірювання координат точок розсіяння за допомогою позиційно чутливого фотоприймача 4 для кожної точки зондування вхідної апертури калібрувального об'єкта обчислюють кут нахилу зондуючого лазерного пучка до оптичної осі шляхом, аналогічним до наведеного вище, у двох проекціях Ух = arctan y Y = arctan ДХ 2~ПГ AY Тут використані ті ж самі позначення, що і в попередній формулі Обчислені значення проекцій кута нахилу зондуючого пучка до оптичної осі у двох площинах використовують для внесення ВІДПОВІДНИХ коректив при визначенні аберацій ока Для визначення положення точки розсіяння, у яку проектується тонкий лазерний пучок у площині калібрувального об'єкта, скористуємося схемою, зображеною на фіг 8 Розглянемо двовимірний випадок у Х-площині В Y-площині співвідношення будуть аналогічними Зондуючий лазерний пучок при виході з аберометра замість точки С, що відповідає потрібному положенню лазерного пучка у ВХІДНІЙ апертурі калібрувального об'єкта та знаходиться на відстані пх від оптичної осі, потрапляє в точку D що знаходиться на відстані ДХ від оптичної осі Випромінювання, розсіяне калібрувальним об'єктом 2 (матовим склом 5), фокусується об'єктивом 3 в площину позиційно чутливого фотоприймача 4 Таким чином, точка D у площині калібрувального об'єкта проектується об'єктивом в площині фотоприймача в точку F, яка знаходиться на відстані - 5Х від оптичної осі Точка N (вузлова точка) є особливою точкою оптичної системи об'єктива Через цю точку промінь від предметної площини до площини зображень проходить не змінюючи напрямку Знаючи положення зображення F (фіг 8) світлової точки на позиційно чутливому фотоприймачі 4, визначають положення точки розсіяння D на калібрувальному об'єкті 2 (матовому склі 5) зі співвідношень ДХ = — • 5Х, •5Y, де І_і та І_2 - відстані від площини вузлової точки УУ об'єктива 3 до калібрувального об'єкта 2 (матового скла 5) та позиційно чутливого фотоприймача 4 ВІДПОВІДНО Координати точки розсіяння на калібрувальному об'єкті, розраховані за цими співвідношеннями, використовуються для розрахунку кута нахилу зондуючого лазерного пучка до оптичної осі Таким чином, шляхом визначення кута нахилу зондуючого лазерного пучка до оптичної осі на виході з аберометра і дійсних координат його входження в око та врахування цих даних при розрахунку хвильових і рефракційних аберацій ока, здійснюють калібрування рефракційного рейтрейсингового аберометра, що виключає відповідну складову систематичних похибок та збільшує точність визначення хвильових та рефракційних аберацій ока 53064 4 Позиційно чутливий фотоприймач /\ 1 2 Калібрувальний об'єкт Рефракційний рейтрейеинговий аберометр 3 Об'єктив Фіг. 1 4 Позиційно чутливий 2 Калібрувальний об' ЕКТ фотоприймач \ 1 , \ \ 1 L _ 3 Рефракційний рейтрейеинговий аберометр Об'єктив 5 Матове -f скло С L-Z Ц 1 JLL \ б Напрямна консоль •Фіг. 2 2 Калібрувальний об'єкт 1 Рефракційний рейтрейеинговий аберометр 1 3 4 Позиційно чутливий фотоприймач Об'єктив 4 Позиційно чутливий фотоприймач 2 Калібрувальний об'єкт Рефракційний рейтрейеинговий аберометр Об'єктив Фіг. З 53064 10 2 Калібрувальний об'єкт, кінцеве положення (Ь) 2 Калібрувальний об'єкт, початкове положення (а) ФІг. 4 2 Калібрувальний об'єкт Фіг. 5 4 Позиційно чутливий фотоприймач єкт (матове скло 5) і\ 7 Розщіплювач Фіг. 6 11 53064 12 4 Позиційно чутливиї фотоприймач Об'єктив 2 Калібрувальний об'єкт (матове скло 5) ^ ф ГЗ 9 Система дзеркал 1 Рефракційний рейтрейсинговий аберометр 7 Розщшшойач ФІГ 7 2 Калібрувальний об'єкт (матове скло 5} 4 Позиційно чутливий фотоприймач -ЬХ Фіг. 8 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24