RU2197198C2 - Универсальное средство для коррекции патологических нарушений органов зрения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области медицины, в частности к офтальмологии, и направлено на дальнейшее совершенствование известных средств коррекции патологических нарушений органов зрения: очков, контактных линз, искусственных хрусталиков и т.п. Средство содержит оптический элемент, зрительная ось которого совмещена со зрительной осью глаза. Оптический элемент выполнен в виде зонной пластинки Френеля. Диаметр центральной зоны пластинки функционально связан с величиной рефракции глаза, а внешний диаметр определяется на основе диаметра центральной зоны и числа концентрических окружностей пластинки. Это обеспечивает увеличение светосилы и угла обзора оптического элемента в целом, что делает устройство универсальным, т.е. с помощью одного алгоритма можно сделать средство пригодным для коррекции близорукости, дальнозоркости, астигматизма и др., сохраняющим обратную информационную связь мозг-глаз и естественный процесс автокоррекции, присущий нормальному глазу, пригодным для использования во внешних легких плоских фокусаторах (очках) для коррекции больших значений рефракции глаза вплоть до ±20 диоптрий, бездисторционным, т.е. не искажающим пространственную перспективу даже при движении. 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области медицины, в частности к офтальмологии, и направлено на дальнейшее совершенствование известных средств коррекции патологических нарушений органов зрения: очков, контактных линз, искусственных хрусталиков и т.п.

Предлагаемое согласно изобретению техническое решение найдет применение в клинике коррекции патологических нарушений рефракций глаза, т.е. приспособлению глаза к четкому видению предметов, находящихся на разных расстояниях, что осуществляется изменением преломляющей силы его оптической системы, ведущим к фокусировке изображения на сетчатке. Патологические нарушения рефракции глаза проявляются в прогрессирующих формах близорукости, дальнозоркости, астигматизме и других формах нарушения функции зрения [1].

К известным средствам коррекции функции зрения можно отнести:
- традиционные диоптрийные линзы;
- средства, базирующиеся на использовании элементов компьютерной оптики (ЭКО);
- прозрачные диафрагмы в непрозрачной пластине.

Диоптрийные линзы способны корректировать только какой-то один вид патологии (или близорукость, или дальнозоркость, или астигматизм и т.д.). Они, являясь протезами, хотя и позволяют лучше рассмотреть объект (за счет увеличения его геометрических размеров), обрывают обратную информационную связь мозг-глаз, что нарушает процесс автокоррекции функции зрения (мешают протезы), и способствуют прогрессирующему развитию той патологии, которую они корректируют. Кроме того, что внешние фокусаторы (диоптрийные короткофокусные линзы) сильно искажают пространственную перспективу, они массивны, причем их масса растет с ростом их оптической силы. Для людей с афокальным зрением (когда необходимо скорректировать порядка 20 диоптрий) их масса может достигать 200 г и более, что определяет огромные неудобства для их пользователей, особенно при движении. Обработка сферических, цилиндрических или иных еще более сложных поверхностей линз, требуемая для коррекции того или иного вида патологии, технологически сложна, экономически затратна и практически не оправдана для линз, обладающих большой оптической силой. С появлением компьютерной оптики часть вышеописанных проблем была решена за счет появления плоских фокусаторов.

В авторских свидетельствах SU 1711367 и SU 1727230 в качестве плоского фокусатора применен ЭКО в виде фазового рельефа. Этот фазовый рельеф, нанесенный на плоскую прозрачную подложку, представляет собой не что иное, как аналог зонной пластинки (или синтезированной фазовой голограммы), полученный по алгоритму, разработанному его авторами. Это техническое решение позволило существенно снизить вес фокусаторов, избавиться от тех многочисленных видов искажений, которые присущи неплоским фокусаторам. Вместе с тем данные фокусаторы с ЭКО обладают существенным недостатком, а именно для каждого вида патологии (а точнее для каждого пациента) необходимо разрабатывать свой алгоритм, т.е. он не универсален, в отличие от технического решения, описанного в заявке RU 96119295/28 (решение о выдаче патента от 15.12.99), которое заключается в том, что в качестве универсального средства коррекции используют оптический элемент, центральная ось которого совмещена со зрительной осью глаза, а диаметр его апертуры d составляет 1,90 диаметра первой зоны Френеля и функционально связан с величиной рефракции глаза. Для изготовления таких плоских фокусаторов используют один алгоритм, а именно формулу Релея [2], которая в преобразованном варианте имеет вид

где D - величина рефракции глаза, которую необходимо скорректировать, диоптрий;
0,00141 - размерный коэффициент, м.

Из приведенного выражения следует, что диаметр оптического элемента d функционально связан с величиной рефракции глаза D по модулю, т.е. абсолютная величина D будет одна и та же как для положительных, так и отрицательных значений рефракции. Максимальный диаметр апертуры оптического элемента при D = ±1 (нормальное зрение) не превышает 1,41 мм.

По сравнению с традиционными линзами, апертура которых имеет диаметр, например, 40 мм, светосила оптического элемента с диаметром апертуры 1,41 мм уменьшается в 800 раз, что ограничивает область его применения рамками защиты глаз от высокоинтенсивных источников прямого и косвенного излучения. Внешние фокусаторы (очки) с апертурой 1,41 мм, кроме 800-кратного уменьшения светосилы, существенно сужают обзор, что затрудняет использование их при движении. Отсюда следует, что перспективным направлением устранения этих недостатков является увеличение диаметра апертуры оптического элемента при сохранении функциональной связи d = f(D).

Сущностью изобретения является универсальное средство для коррекции патологических нарушений органов зрения, содержащее оптический элемент, зрительная ось которого совмещена со зрительной осью глаза, а его центральная зона имеет диаметр d , функционально связанный с величиной рефракции глаза соотношением

где d - диаметр центральной зоны оптического элемента, м;
D - величина рефракции глаз, диоптрий;
0,00141 - размерный коэффициент, м,
при этом оптическим элементом является зонная пластинка Френеля с внешним диаметром, определяемым как

где d - внешний диаметр пластинки;
n - число концентрических окружностей пластинки.

На чертеже приведен рисунок ЗПФ, изготовленной с помощью алгоритма (2), где d - диаметр центральной зоны оптического элемента; d - внешний диаметр оптического элемента.

Пример 1. Преломляющая сила нормального глаза складывается из преломляющей силы роговицы (40 диоптрий) и хрусталика (20 диоптрий), составляя в сумме 60 диоптрий [3].

Для удобства анализа приведем функцию (1) к табличному виду (см. таблицу в конце описания).

Из таблицы следует, что числовые значения рефракции человеческого глаза |D| лежат в диапазоне 20≥|D|≥1, т.е. от нормального |D| = 1 до афокального зрения |D| = 20 (отсутствует хрусталик). Подставив значения |D| в (1), получим диапазон диаметров центральной корректирующей части оптического элемента 1,41≥d ≥0,32.

Рассчитаем параметры оптического элемента для афокального зрения |D| = 20. Подставив это значение в (1), получим диаметр центральной зоны оптического элемента ЗПФ d = 0,32 мм. Диаметр искусственного хрусталика d = 5 мм. Подставив значения d и d в (2), получим n = 250 - число концентрических окружностей, умещающихся на плоской подложке, заготовленной для искусственного хрусталика диаметром 5 мм. Эти окружности образуют кольцевые зоны. Зачернив соседние зоны через одну, получим n/2 = 125 чередующихся светлых и темных зон. Перенеся эти зоны с помощью фотометода на прозрачную подложку, получим диапозитив ЗПФ [4]. Таким образом, увеличивается апертура оптического элемента от d = 0,32 до d = 5 мм, что приводит к увеличению его светосилы по сравнению со светосилой центральной зоны оптического элемента d в 250 раз, если коэффициент амплитудного пропускания полученной ЗПФ подчиняется закону синусоидальной периодической функции, или в 125 раз - для прямоугольной периодической функции [4] при сохранении диаметра центральной зоны оптического элемента d = 0,32.

Пример 2. Рассчитаем параметры ЗПФ для внешних фокусаторов (очков).

Чтобы скорректировать D = ±4 диоптрии с помощью внешних фокусаторов с диаметром d = 40 мм, из таблицы для D = ±4 найдем диаметр центральной зоны оптического элемента d = 0,71 мм. Подставив значения d и d в (2), получим n = 3200 - число кольцевых зон или, после зачернения соседних зон через одну, n/2 = 1600 зон Френеля. Таким образом, увеличение диаметра апертуры оптического элемента по сравнению с центральной зоной оптического элемента от 0,71 до 40 мм приводит к увеличению его светосилы в 3200 раз, если коэффициент амплитудного пропускания ЗПФ подчиняется закону синусоидальной периодической функции (фазовый рельеф), или в 1600 раз - для прямоугольной периодической функции, при сохранении размера центральной зоны оптического элемента d = 0,71 мм.

Таким образом, увеличение апертуры оптического элемента относительно его центральной зоны d в

раз, обеспечивает соответствующее увеличение светосилы и угла обзора оптического элемента в целом, что, в свою очередь, делает устройство:
- универсальным, т.е. с помощью одного алгоритма можно изготовить ЭКО, пригодным для коррекции близорукости, дальнозоркости, астигматизма и др.;
- сохраняющим обратную информационную связь мозг - глаз и естественный процесс автокоррекции, присущий нормальному глазу;
- пригодным для использования во внешних легких плоских фокусаторах (очках) для коррекции больших значений рефракции глаза вплоть до ±20 диоптрий;
- бездисторционным, т.е. не искажающим пространственную перспективу даже при движении.

Источники информации
1. Дашевский А. И. Рефракция и аккомодация глаза. В кн.: Многотомное руководство по глазным болезням. Под ред. Архангельского В.Н. Т.1, кн.1, М., 1962.

2. Фабрикант В. А. Камера-обскура. В кн.: Физический словарь. Под ред. проф. Беликова Л.Н. Т.2, М., 1937.

3. Архангельский В.Н. Глазные болезни. Изд. 2-е, "Медицина", М., 1969, с.86.

4. Кольер и др. Оптическая голография. - М., 1973, с. 60.

Claims (1)

1. Универсальное средство для коррекции патологических нарушений органов зрения, содержащее оптический элемент, зрительная ось которого совмещена со зрительной осью глаза, а его центральная зона имеет диаметр d', функционально связанный с величиной рефракции глаза соотношением:
   

   

   
   где d' - диаметр центральной зоны оптического элемента, м;
   D - величина рефракции глаза, диоптрий;
   0,00141 - размерный коэффициент, м,
   отличающееся тем, что оптическим элементом является зонная пластинка Френеля с внешним диаметром, определяемым как
   

   

   
   где d - внешний диаметр пластинки;
   n - число концентрических окружностей пластинки.

Images