RU2058109C1 - Keratometer - Google Patents
Keratometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2058109C1 RU2058109C1 RU93057175A RU93057175A RU2058109C1 RU 2058109 C1 RU2058109 C1 RU 2058109C1 RU 93057175 A RU93057175 A RU 93057175A RU 93057175 A RU93057175 A RU 93057175A RU 2058109 C1 RU2058109 C1 RU 2058109C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conical
- mirrors
- cornea
- keratometer
- instrument
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Eye Examination Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к офтальмологическим приборам, в частности к кератометрам, предназначенным для определения топографии внешней поверхности роговицы человеческого глаза. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в медицинских учреждениях для контроля формы роговицы при выполнении микрохирургических операций и подборе контактных линз. The invention relates to medical equipment, namely to ophthalmic devices, in particular to keratometers, designed to determine the topography of the outer surface of the cornea of the human eye. Most effectively, the invention can be used in medical institutions to control the shape of the cornea during microsurgical operations and the selection of contact lenses.
Известны кератометры для определения топографии поверхности роговицы [1] -[5] Они содержат источник света, измерительные марки различной конфигурации, объектив, блок регистрации изображений измерительных марок. Общий недостаток известных кератометров заключается в том, что в процессе измерения пациент располагается в непосредственной близости от прибора или контактирует с ним, что недопустимо по гигиеническим соображениям. По этой же причине известные кератометры не применимы для обследования пациентов с глубокими глазными впадинами, а также в процессе выполнения микрохирургических операций, так как операционное поле имеет ограниченные размеры и не позволяет приблизить прибор к глазу пациента. Кроме того, известные кератометры имеют сложную конструкцию и недостаточно технологичны для серийного изготовления. Known keratometers for determining the topography of the surface of the cornea [1] - [5] They contain a light source, measuring marks of various configurations, a lens, a unit for recording images of measuring marks. A common disadvantage of known keratometers is that during the measurement process, the patient is located in close proximity to the device or in contact with it, which is unacceptable for hygienic reasons. For the same reason, the known keratometers are not applicable for examining patients with deep eye sockets, as well as in the process of performing microsurgical operations, since the surgical field is limited in size and does not allow the device to be brought closer to the patient’s eye. In addition, the known keratometers have a complex structure and are not technologically advanced for serial production.
Наиболее близким к предлагаемому кератометру по технической сущности и решаемой задаче является кератометр, снабженный плоско-выпуклой линзой, толщина которой равна радиусу ее сферической поверхности, и коническим зеркалом, выполненным в виде прямого полого усеченного конуса, причем измерительные марки расположены в фокальной сфере линзы, а центр входного зрачка объектива совмещен с задним фокусом линзы, при этом все элементы расположены на одной оптической оси [6]
При обследовании пациентов с помощью известного кератометра необходимо разместить роговицу в непосредственной близости от малого основания конического зеркала, а потому контакт лица пациента с прибором неизбежен. Кроме того, расположение измерительных марок в фокальной сфере линзы требует применения сложного осветительного устройства. Изготовление измерительных марок в виде концентрических колец, носителем которых является концентрическая линза, представляет собой сложную технологическую задачу. Габаритные размеры и масса известного кератометра, обусловленные его отличительными признаками, сокращают функциональные возможности кератометра и снижают технологичность его изготовления.The closest to the proposed keratometer in terms of technical essence and the problem to be solved is a keratometer equipped with a flat-convex lens, the thickness of which is equal to the radius of its spherical surface, and a conical mirror made in the form of a straight hollow truncated cone, and the measuring marks are located in the focal sphere of the lens, and the center of the entrance pupil of the lens is aligned with the back focus of the lens, while all the elements are located on the same optical axis [6]
When examining patients using a known keratometer, it is necessary to place the cornea in the immediate vicinity of the small base of the conical mirror, and therefore contact between the patient’s face and the device is inevitable. In addition, the location of the measuring marks in the focal area of the lens requires the use of a sophisticated lighting device. The manufacture of measuring marks in the form of concentric rings, the carrier of which is a concentric lens, is a complex technological task. The overall dimensions and mass of the known keratometer, due to its distinguishing features, reduce the functionality of the keratometer and reduce the manufacturability of its manufacture.
Цель изобретения заключается в том, чтобы расширить функциональные возможности кератометра путем увеличения расстояния от него до зоны размещения роговицы, уменьшить габаритные размеры и массу кератометра и тем самым сделать возможным его применение в операционном поле, повысить технологичность его изготовления в серийном производстве путем упрощения конструкции и использования нетрудоемких технологических процессов изготовления оригинальных оптических деталей кератометра. The purpose of the invention is to expand the functionality of the keratometer by increasing the distance from it to the corneal placement zone, reduce the overall dimensions and weight of the keratometer and thereby make it possible to use it in the surgical field, to increase the manufacturability of its manufacture in serial production by simplifying the design and use non-laborious technological processes of manufacturing original optical parts of a keratometer.
Это достигается тем, что коническое зеркало выполнено комбинированным в виде системы прямых круглых усеченных центрированных конических зеркал с внешними и внутренними зеркальными коническими поверхностями, общая ось которых совмещена с оптической осью объектива, в заднем фокусе которого расположена измерительная марка, выполненная в виде непрозрачного экрана с отверстием в центре, освещаемая источником света, а вершины конических поверхностей зеркал обращены к объективу, причем углы наклона образующих конических поверхностей зеркал к их оси выбраны так, что лучи света, выходящие из объектива параллельно оптической оси и последовательно отраженные от внешних и внутренних конических поверхностей зеркал, образуют при выходе из системы конических зеркал пучки параллельных лучей с различными углами наклона к оптической оси, пересекающиеся в зоне размещения роговицы. This is achieved by the fact that the conical mirror is made combined in the form of a system of straight round truncated centered conical mirrors with external and internal mirror conical surfaces, the common axis of which is aligned with the optical axis of the lens, in the rear focus of which there is a measuring mark made in the form of an opaque screen with a hole in the center, illuminated by a light source, and the vertices of the conical surfaces of the mirrors face the lens, and the angles of inclination of the mirrors forming the conical surfaces Along their axis, the light rays emerging from the lens parallel to the optical axis and successively reflected from the external and internal conical surfaces of the mirrors form beams of parallel rays with different angles of inclination to the optical axis intersecting in the zone of placement cornea.
Кроме того, конические зеркала с внешними зеркальными коническими поверхностями выполнены в виде усеченных конусов с различными углами наклона образующих конических поверхностей к оптической оси, а конические зеркала с внутренними зеркальными коническими поверхностями выполнены в виде полого усеченного конуса с единой образующей конической поверхности. In addition, conical mirrors with external mirror conical surfaces are made in the form of truncated cones with different angles of inclination of the generatrix of the conical surfaces to the optical axis, and conical mirrors with internal mirror conical surfaces are made in the form of a hollow truncated cone with a single generatrix of the conical surface.
Кроме того, объектив кератометра выполнен афокальным в виде двухкомпонентной автоколлимационной системы с положительными оптическими силами обоих компонентов, причем измерительная марка расположена в заднем фокусе первого компонента, совмещенном с передним фокусом второго компонента, а чувствительный элемент блока регистрации изображений измерительной марки расположен в выходном зрачке телескопической системы. In addition, the keratometer lens is made afocal in the form of a two-component autocollimation system with positive optical forces of both components, with the measuring mark located in the back focus of the first component combined with the front focus of the second component, and the sensitive element of the measuring mark image registration unit located in the exit pupil of the telescopic system .
На фиг.1 изображена принципиальная оптическая схема кератометра и показан ход лучей; на фиг.2-4 варианты оптической схемы; на фиг.5 схема образования изображений измерительной марки, построенных лучами, отраженными от внешней поверхности исследуемой роговицы; на фиг.6 теоретический вид изображений измерительных марок (кератограмм), построенных в плоскости чувствительного элемента блока регистрации при исследовании роговицы, имеющей параболическую форму внешней поверхности. Figure 1 shows a schematic optical diagram of a keratometer and shows the course of the rays; figure 2-4 variants of the optical circuit; figure 5 is a diagram of the formation of images of the measuring mark, constructed by rays reflected from the outer surface of the investigated cornea; Fig.6 is a theoretical view of the images of the measuring marks (keratograms) built in the plane of the sensitive element of the registration unit when examining the cornea having a parabolic shape of the outer surface.
Кератометр (см. фиг.1) содержит источник света 1, например электрическую лампу накаливания, светофильтр 2, конденсор 3, светоделительное устройство 4, выполненное, например, в виде кубика, состоящего из двух склеенных прямоугольных призм с полупрозрачной гипотенузной гранью, измерительную марку 5, центр отверстия которой совмещен с задним фокусом F' объектива 6, коническое зеркало 7 с зеркальным покрытием внешней конической поверхности, комбинированное коническое зеркало 8 с зеркальным покрытием внутренних конических поверхностей, защитное стекло 9, регистрирующее устройство 10, в роли которого может использоваться, например, видеокамера с чувствительным элементом (матрицей приборов зарядовой связи ПЗС) или фотокамера; Р исследуемая роговица, О вершина роговицы, АВ зона размещения роговицы; σ1, σ2, σ3 углы наклона к оптической оси элементарных пучков параллельных лучей, пересекающихся в зоне размещения роговицы.A keratometer (see Fig. 1) contains a
Кератометр, изображенный на фиг.2, содержит комбинированное коническое зеркало 7 с внешним зеркальным покрытием конических поверхностей, а коническое зеркало 8 выполнено в виде полого усеченного конуса с единой образующей конической поверхности. The keratometer shown in figure 2, contains a combined
Кератометр, изображенный на фиг.3, содержит апертурную диафрагму 11, оптически сопряженную с измерительной маркой 5 с помощью светоделительного устройства 4, размещенного между объективом 6 и диафрагмой 11. Такое расположение элементов выгодно в конструктивном отношении в тех случаях, когда расстояние от диафрагмы 5 до регистрирующего устройства 10 не позволяет разместить светоделительное устройство 4. The keratometer shown in figure 3, contains an
Кератометр, изображенный на фиг.4, содержит афокальный объектив, состоящий из первого компонента 6 и второго компонента 12, выполняющих функции объектива и окуляра телескопической системы. Задний фокус F' первого компонента 6, содержащего две линзы, совмещен с передним фокусом F второго компонента 12. Измерительная марка 5 расположена в совмещенных фокусах обоих компонентов, а чувствительный элемент блока 10 регистрации изображений измерительной марки расположен в выходном зрачке телескопической системы. The keratometer shown in figure 4, contains an afocal lens, consisting of the
На фиг. 1.4 показан ход лучей в меридиональной плоскости от источника света до зоны размещения роговицы. In FIG. 1.4 shows the course of the rays in the meridional plane from the light source to the area of the cornea.
Кератометр действует следующим образом (см. фиг.1). Пучок параллельных лучей, выходящий из объектива 6 параллельно оптической оси, после отражения от зеркальных поверхностей системы конических зеркал 7 и 8, распадается на ряд элементарных пучков параллельных лучей с различными углами σ1, σ2, σ3 наклона к оптической оси кератометра. Углы наклона к оси образующих конических зеркальных поверхностей выбраны так, что все пучки пересекаются на оптической оси в зоне размещения роговицы Р, что всегда возможно согласно законам геометрической оптики. Кроме того, роговица освещается осевым пучком параллельных лучей, выходящим из объектива 6 и падающим непосредственно на роговицу, минуя конические зеркала 7 и 8. Этот пучок поступает на роговицу через центральное отверстие в коническом зеркале 7. Среди лучей, падающих на роговицу Р, имеются характерные лучи. К ним относятся лучи, падающие нормально на поверхность роговицы; после отражения от последней они повторяют свой путь в обратном направлении. Кроме того, существуют лучи, идущие строго параллельно оси после отражения от роговицы, а также лучи осевого пучка, которые после отражения от роговицы идут под углом к оси. Отраженные от роговицы характерные лучи являются главными лучами узких пучков лучей, апертура которых зависит от выбранного диаметра отверстия измерительной марки 5 (см. фиг. 1 и 2) и диафрагмы 11 (см. фиг.3 и 4). В плоскости чувствительного элемента блока 10 формируются кольцевые изображения измерительной марки. Зная конструктивные параметры кератометра и измерив диаметры кольцевых изображений измерительной марки, можно определить геометрическую форму роговицы математическими приемами, суть которых поясняется на фиг.5 и 6.The keratometer acts as follows (see figure 1). A beam of parallel rays emerging from the
Среди параллельных лучей 1.6 (см. фиг.5), падающих на поверхность роговицы Р под углом σ к оси, всегда найдутся два характерных луча 2 и 5. Луч 2 совпадает с нормалью ЕС к поверхности роговицы в точке Е, поэтому после отражения от нее он пойдет в обратном направлении (луч 2'). Лучи 1 и 3, идущие близко к лучу 2, после отражения от роговицы формируют мнимое изображение М1 измерительной марки. Точка М1 в понятиях геометрической оптики является меридиональным фокусом роговицы в зоне с центром в точке Е. Луч 5 падает на роговицу в точку К и после отражения от нее идет строго параллельно оптической оси на высоте Y. Отраженные лучи 4', 5' и 6' формируют мнимое изображение М2 измерительной марки, которое в общем случае не совпадает с точкой М1.Among the parallel rays 1.6 (see Fig. 5) incident on the surface of the cornea P at an angle σ to the axis, there are always two
В то же время на роговицу падает пучок параллельных лучей 7, 8 и 9, выходящий из объектива, минуя систему конических зеркал. Среди этих лучей имеется луч 8, идущий параллельно оси на высоте Y и падающий на роговицу в точку Т. Так как точки К и Т расположены симметрично относительно оси, то ход лучей, описанный выше для точки К, имеет место и для точки Т. Отраженные лучи 7', 8' и 9' образуют изображение измерительной марки в точке М3. При малых углах σ точка М3 совпадает с параксиальным фокусом Fp отражающей поверхности роговицы. Лучи 2', 5'', 8' и лучи, симметричные им относительно оптической оси, являются главными лучами, формирующими кольцевые изображения измерительной марки.At the same time, a bundle of
Из фиг.5 следует, что расстояние b между главными лучами 2' и 5'' определяется по формуле:
b (f + ΔSn) sinσ (1) где f фокусное расстояние отражающей поверхности роговицы в центральной зоне КОТ;
ΔSn продольная аберрация нормали ЕС, равная расстоянию от точки С пересечения нормали ЕС с осью до точки С0 центром кривизны при вершине роговицы.From figure 5 it follows that the distance b between the main beams 2 'and 5''is determined by the formula:
b (f + ΔS n ) sinσ (1) where f is the focal length of the reflecting surface of the cornea in the central area of the CT;
ΔS n is the longitudinal aberration of the EU normal, equal to the distance from the point C of the intersection of the EU normal with the axis to the point C 0 with the center of curvature at the apex of the cornea.
Для углов σ≅25о центральная зона роговицы мало отличается от сферы, радиус кривизны r которой, как следует из фиг.5, можно определить по формуле
r Y cosec 
Согласно описанному ходу лучей, в плоскости чувствительного элемента блока регистрации изображений измерительной марки образуются две системы колец (так называемых кератограмм): система N и система Н (см. фиг.6). При перемещениях роговицы в пределах зоны АВ (см. фиг.1.4) система N остается неподвижной, причем радиусы колец этой системы суть масштабированные значения величины Y, определяемые формулой (2). При перемещениях роговицы в зоне АВ (см. фиг.1.4) радиусы колец системы Н изменяются, но расстояние между дугами колец, соответствующих одному и тому же углу σ, остается неизменным и равным масштабированному значению величины b, определяемому формулой (1). Масштабированные значения величин Y и b получают путем деления их на линейное увеличение оптической системы кератометра.For angles σ≅25 о, the central zone of the cornea differs little from a sphere whose radius of curvature r, as follows from Fig. 5, can be determined by the formula
r Y cosec
According to the described ray path, two ring systems (the so-called keratograms) are formed in the plane of the sensitive element of the image registration unit of the measuring mark: system N and system H (see FIG. 6). When the cornea moves within the zone AB (see Fig. 1.4), the system N remains stationary, and the radii of the rings of this system are the scaled values of Y determined by formula (2). When the cornea moves in the zone AB (see Fig. 1.4), the radii of the rings of the system H change, but the distance between the arcs of the rings corresponding to the same angle σ remains unchanged and equal to the scaled value of b determined by formula (1). The scaled values of Y and b are obtained by dividing them by a linear increase in the keratometer optical system.
Определяя величины Y и b путем измерения их масштабированных значений, получают зависимость ΔSn sinσ от σдля ряда дискретных значений углов σ, определенных конструкцией кератометра. Отклонение l0 поверхности роговицы от вершинной сферы определяют по известной из теории аберраций формуле:
lo= 
(3)
Так как внешняя поверхность роговицы гладкая, то для интегрирования по формуле (3) достаточно иметь 2.3 значения для различных углов σ.Determining the values of Y and b by measuring their scaled values, we obtain the dependence of ΔS n sinσ on σ for a number of discrete values of the angles σ determined by the design of the keratometer. The deviation l 0 of the surface of the cornea from the vertex sphere is determined by the formula known from the theory of aberrations:
l o =
(3)
Since the outer surface of the cornea is smooth, for integration by formula (3) it suffices to have 2.3 values for different angles σ.
Применение матрицы ПЗС, входящей в состав видеокамеры, сопряженной с устройством кадровой памяти и компьютером, позволяет в реальном времени, практически мгновенно, получить всю необходимую информацию о топографии внешней поверхности роговицы. The use of a CCD matrix, which is part of a video camera coupled with a frame memory device and a computer, allows in real time, almost instantly, to obtain all the necessary information about the topography of the outer surface of the cornea.
Примером конкретного выполнения кератометра может служить схема на фиг. 4, на которой все оптические элементы и расстояния между ними изображены примерно в масштабе 1:1. Диаметр входного зрачка объектива 6 равен 52 мм, фокусное расстояние 140 мм, видимое увеличение афокальной системы примерно 10х, углы наклона образующих конических зеркал 7 и 8 обеспечивают набор топографических углов σ= 25, 30, 35 и 40о. Зона размещения роговицы удалена от прибора на 60 мм.An example of a specific embodiment of a keratometer is the circuit of FIG. 4, in which all the optical elements and the distances between them are depicted in approximately 1: 1 scale. The diameter of the entrance pupil of the
Преимущества предлагаемого кератометра по сравнению с известными заключаются в возможности достижения рекордных полезных характеристик. Главное преимущество заключается в возможности освещения роговицы пучком под углом σ= 45о к оси, что соответствует углу охвата роговицы равному 180о. Ни один из известных кератометров не способен обеспечить измерений роговицы с таким углом охвата, так как для этого потребовалось бы разместить голову пациента внутри прибора. Кроме того, удаление глаза пациента от прибора исключает их взаимный контакт. Габаритные размеры кератометра не превосходят размеров стандартного листа писчей бумаги, что позволяет использовать его в операционных и передвижных амбулаториях.The advantages of the proposed keratometer compared with the known ones lie in the possibility of achieving record useful characteristics. The main advantage is the possibility of corneal light beam at an angle σ = 45 ° to the axis that corresponds to the angle of coverage of the cornea equal to about 180. None of the known keratometers is capable of providing measurements of the cornea with such a viewing angle, since this would require placing the patient’s head inside the device. In addition, the removal of the patient’s eye from the device eliminates their mutual contact. The overall dimensions of the keratometer do not exceed the dimensions of a standard sheet of writing paper, which allows it to be used in operating and mobile outpatient clinics.
Кератометр виброустойчив, так как в системе конических зеркал лучи света отражаются от зеркальных поверхностей дважды. По этой же причине он не теряет точности при децентрировке системы конических зеркал относительно объектива. The keratometer is vibration-resistant, since light rays are reflected from mirror surfaces twice in a system of conical mirrors. For the same reason, it does not lose accuracy when decentralizing a system of conical mirrors relative to the lens.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93057175A RU2058109C1 (en) | 1993-12-23 | 1993-12-23 | Keratometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93057175A RU2058109C1 (en) | 1993-12-23 | 1993-12-23 | Keratometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2058109C1 true RU2058109C1 (en) | 1996-04-20 |
| RU93057175A RU93057175A (en) | 1996-10-10 |
Family
ID=20150659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93057175A RU2058109C1 (en) | 1993-12-23 | 1993-12-23 | Keratometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2058109C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106975836A (en) * | 2017-05-26 | 2017-07-25 | 北京华岸科技有限公司 | Optical beam transformation device and laser processing device |
-
1993
- 1993-12-23 RU RU93057175A patent/RU2058109C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 1115716, кл. A 61B 3/10, 1984. 2. Авторское свидетельство СССР N 1292727, кл. A 61B 3/10, 1987. 3. Авторское свидетельство СССР N 1337042, кл. A 61B 3/10, 1987. 4. Авторское свидетельство СССР N 1397021, кл. A B 3/10, 1988. 5. Патент США N 3598478, кл.A 61B 3/10, 1982. 6. Авторское свидетельство СССР N 1762894, кл. A 61B 3/10, 1986. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106975836A (en) * | 2017-05-26 | 2017-07-25 | 北京华岸科技有限公司 | Optical beam transformation device and laser processing device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4902123A (en) | Topography measuring apparatus | |
| US6070981A (en) | Ophthalmologic characteristic measuring apparatus | |
| US5106183A (en) | Topography measuring apparatus | |
| US4666269A (en) | Ophthalmologic apparatus | |
| US4993826A (en) | Topography measuring apparatus | |
| US4998819A (en) | Topography measuring apparatus | |
| US7255442B2 (en) | Device for measuring aberrations in an eye-type system | |
| JPH09294720A (en) | Ophthalmologic instrument | |
| JPH0566804B2 (en) | ||
| US5742381A (en) | Apparatus for measuring refractive power and radius of curvature of a lens | |
| CN113440099A (en) | Human eye vision comprehensive inspection device and method | |
| WO2018047832A1 (en) | Catadioptric unit-magnification afocal pupil relay and optical imaging system employing the same | |
| US4597650A (en) | Specular microscope | |
| JPH0347849B2 (en) | ||
| RU2058109C1 (en) | Keratometer | |
| USRE39882E1 (en) | Ophthalmologic characteristic measuring apparatus | |
| JP3206936B2 (en) | Eye refractometer | |
| RU2166904C1 (en) | Keratometer | |
| RU2199940C1 (en) | Keratometer | |
| RU2180186C1 (en) | Keratometer | |
| RU2264782C1 (en) | Keratometer | |
| RU2134530C1 (en) | Refractometer | |
| SU1397021A1 (en) | Keratometer | |
| US5052795A (en) | Measuring ophthalmoscope and ophthalmoscopic procedure | |
| JPS62231617A (en) | Apparatus for measuring eye refraction power |