Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля
Проанализированы оптические характеристики микропризменных элементов Френеля. Исследованы особенности технологии изготовления и методики применения таких элементов в офтальмологии. Предложены методы контроля качества оптических поверхностей на основании анализа дифракционных эффектов. Разработаны ме...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Datum: | 2008 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7586 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля / В.В. Петров, Н.М. Сергиенко, С.А. Рыков, Е.Е. Антонов, С.М. Шанойло, М.В. Шевколенко // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2008. — Т. 10, № 3. — С. 5-17. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860220243359563776 |
|---|---|
| author | Сергиенко, Н.М. Рыков, С.А. Антонов, Е.Е. Шанойло, С.М. Шевколенко, М.В. Петров, В.В. |
| author_facet | Сергиенко, Н.М. Рыков, С.А. Антонов, Е.Е. Шанойло, С.М. Шевколенко, М.В. Петров, В.В. |
| citation_txt | Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля / В.В. Петров, Н.М. Сергиенко, С.А. Рыков, Е.Е. Антонов, С.М. Шанойло, М.В. Шевколенко // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2008. — Т. 10, № 3. — С. 5-17. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| description | Проанализированы оптические характеристики микропризменных элементов Френеля. Исследованы особенности технологии изготовления и методики применения таких элементов в офтальмологии. Предложены методы контроля качества оптических поверхностей на основании анализа дифракционных эффектов. Разработаны методики измерения величины содружественного косоглазия модифицированными призмами Френеля.
Проведено аналіз оптичних характеристик мікропризмових елементів Френеля. Досліджено особливості технології виготовлення та методики застосування таких елементів у офтальмології. Запропоновано методи контролю якості оптичних поверхонь на основі аналізу дифракційних ефектів. Розроблено методики вимірювання величини співдружньої косоокості модифікованими призмами Френеля.
An analysis of optical characteristics of Fresnel microprism elements is conducted. The features of manufacturing technology and methods of utilizing such elements in ophthalmology are investigated. Diagnostic method for optical surfaces quality by diffraction phenomena is proposed. The method of measurement the value of concomitant strabismus by modified Fresnel prisms is developed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:18:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2008, Т. 10, № 3 5
УДК 535.241; 617.758.1; 681.7.065
В. В. Петров1, Н. М. Сергиенко2, С. А. Рыков3,Е. Е. Антонов1,
С. М. Шанойло1,М. В. Шевколенко3
1Институт проблем регистрации информации НАН Украины
ул. Н. Шпака, 2, 03113 Киев, Украина
2Киевская медицинская академия последипломного образования им. П.Л. Шупика
ул. Дорогожицкая, 9, 04112 Киев, Украина
3Киевская городская клиническая офтальмологическая больница
«Центр микрохирургии глаза»
проспект Комарова, 3, 03680 Киев, Украина
Технология изготовления и методика применения
в офтальмологии микропризменных элементов Френеля
Проведен анализ оптических характеристик микропризменных эле-
ментов Френеля. Исследованы особенности технологии изготовления
и методики применения таких элементов в офтальмологии. Предло-
жены методы контроля качества оптических поверхностей на основе
анализа дифракционных эффектов. Разработаны методики измерения
величины содружественного косоглазия модифицированными призма-
ми Френеля.
Ключевые слова: микропризменный элемент Френеля, коэффициент
потерь излучения, технология изготовления, дифракционные явления,
содружественное косоглазие.
Выбор метода лечения косоглазия, характер и дозирование хирургического
вмешательства с целью его исправления, а также оценка результатов эффективно-
сти как консервативного, так и хирургического лечения разных видов косоглазия,
в большей мере зависит от точности измерения величины угла косоглазия. Попу-
лярными методами измерения угла косоглазия — страбометрии — являются ме-
тоды с использованием призм, однако они требуют наличия наборов призм или
призменных приспособлений с достаточным диапазоном измерений. Стеклянные
призмы или микропризмы на гибких прозрачных пленках [1] по разным причинам
не очень удобны для такой диагностики, поэтому был разработан диагностиче-
ский набор оптических компенсаторов косоглазия КК-42 для измерения угла ко-
соглазия на основе модифицированных призм Френеля [2, 3]. Целью разработки
являлось повышение точности измерения угла содружественного косоглазия и
обеспечение удобства диагностики.
© В. В. Петров, Н. М. Сергиенко, С. А. Рыков,Е. Е. Антонов, С. М. Шанойло,М. В. Шевколенко
В. В. Петров, Н. М. Сергиенко, С. А. Рыков,Е. Е. Антонов, С. М. Шанойло,М. В. Шевколенко
6
Расчет параметров микропризменных элементов Френеля
Будем называть микропризменным элементом Френеля, как это принято в
офтальмологии, прозрачную жесткую или гибкую пластину со специальным мик-
рорельефом, который позволяет поворачивать проходящий луч света на заданный
угол. Такое оптическое устройство обладает рядом существенных преимуществ
перед традиционными стеклянными призмами и поэтому все более широко при-
меняется в современной офтальмологии для изменения направления луча зрения
при проведении диагностики и лечении косоглазия.
Рассмотрим типичный микропризменный элемент с рельефом в виде серии
одномерных углублений треугольного профиля, сформированным на одной из
поверхностей плоской прозрачной пластины (рис. 1).
Рис. 1. Схема микропризменного элемента Френеля
Такой рельеф можно полностью задать величиной преломляющего угла мик-
ропризмы , обратным углом , который определяется технологическими требо-
ваниями, и шагом рельефа W0. Глубина рельефа L0 зависит от этих трех величин,
однако она представляет и самостоятельный интерес, например, с точки зрения
выбора необходимой толщины образующей пластины. Величины n1 и n2, указан-
ные на рис. 1, есть показатели преломления материала пластинки с микрорелье-
фом и среды, в которую она помещена, соответственно.
Оптическую силу микропризменных элементов по аналогии с обычными
стеклянными призмами измеряют в призменных диоптриях (PD) [1]. Из опреде-
ления призменной диоптрии следует, что величина однозначно связана с углом
отклонения луча γ независимо от материала призмы, при этом tgγ = (см)/100. Со-
отношение же между углом отклонения микропризменной структуры γ и прелом-
ляющим углом можно установить с использованием закона Снеллиуса [4], ко-
торый для случая нахождения элемента в воздухе (n2 = 1,0) удобно преобразовать
к следующему виду:
tg = sinγ / (n1 – cosγ). (1)
Согласно (1), для микропризмы, изготовленной из поликарбоната (n1 = 1,585)
и находящейся в воздушной среде, значения оптической силы = 1–50 PD, важ-
Технология изготовления
и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2008, Т. 10, № 3 7
ные для офтальмологов, соответствуют углам преломления 0 = 0º29'23''–
32º55'37''. Для полиметилметакрилата (n1 = 1,492) этот диапазон углов преломле-
ния микропризм 0 составляет 0º34'56''–36º48'38''.
Теоретические основы и методы изготовления микропризменных световоз-
вращателей и элементов Френеля практически одинаковые. Разница состоит лишь
в том, что в первом случае главной целью является достижение максимально воз-
можного коэффициента световозвращения R(0), а в другом необходимо обеспе-
чить смещение луча света на строго определенный угол γ с максимально качест-
венным изображением при минимальных потерях светового потока.
Величину потерь излучения можно оценить следующим образом. Поток све-
та, который проходит через зону микропризмы ВG (рис. 1), испытывает полное
внутреннее отражение от боковой грани ВС и рассеивается внутри призмы. Соот-
ветствующий коэффициент k1 потерь за счет экранирования части потока боковой
гранью микропризмы (так называемое «виньетирование») можно определить [5]
как отношение отраженного потока Ф1 (зона BG) ко всему падающему на призму
потокуФ0 (зона АВ):
k1 = Ф1/Ф0 = (tg∙tg) / (1+ tg∙tg)}. (2)
Коэффициент потерь излучения k2, связанный с внутренним отражением све-
тового потока AG от преломляющей грани АС микропризмы, в зависимости от
угла , определяется с использованием формул Френеля 6, которые с учетом (1)
можно записать таким образом:
k2 = 0,5{tg2(γ) / tg2(2 + γ) + sin2(γ) / sin2(2 + γ)}. (3)
Наконец, для расчетов дополнительных потерь излучения, связанных с пря-
мым отражением светового потока Ф0 от внешней поверхности микропризмы АВ,
применимы приближенные формулы Френеля 6 для нормального падения лу-
чей:
k3 = (n1 – n2) / (n1 + n2)
2. (4)
Например, для поликарбоната (n1 = 1,585) в воздухе (n2 = 1,0) коэффициент k3 для
одной отражающей грани составляет 5,12 %; для полиуретана (n1 = 1,50) значение
k3 = 4,00 %; для полиметилметакрилата (n1 = 1,492) величина k3 = 3,90 %.
При расчетах суммарных потерь излучения в микропризмах рассчитывался
суммарный прошедший поток ФC = Ф0(1 – k1)∙(1 – k2)(1 – k3) с учетом всех трех
коэффициентов потерь k1, k2 и k3. При этом полагалось, что потери света на по-
глощение излучения внутри материала микропризм несущественны, что полно-
стью оправдано в рассматриваемых условиях. Зависимость от преломляющего
угла величины суммарных потерь светового потока kC = (Ф0 – ФC)/Ф0 в микро-
призме приведена на рис. 2 для нескольких значений обратного угла , которые в
случае изготовления матриц-оригиналов методом «алмазного» резания [5], в ос-
новном определяются углом заточки режущего инструмента.
В. В. Петров, Н. М. Сергиенко, С. А. Рыков,Е. Е. Антонов, С. М. Шанойло,М. В. Шевколенко
8
0
8
16
24
32
40
0 10 20 30 40 50
Призменные диоптрии, PD
П
о
те
р
и
по
то
ка
,%
..
Рис. 2. Суммарные потери светового потока в случае изготовления
элемента Френеля из полиметилметакрилата (n1 = 1,492):
1 — угол заточки резца ζ = 90˚; 2 — ζ = 79,1˚; 3 — ζ = 69,6˚; 4 — ζ = 63,6˚
Из полученных данных следует, что коэффициенты потерь k2 и k3 мало меня-
ются при изменении углов и . В то же время, величина коэффициента потерь k1
сильно зависит от значения угла , причем для k1 > 10–15 % наблюдается замет-
ное затемнение оптической картины при рассмотрении внешних объектов через
микропризму, что также приводит к снижению регистрируемой остроты зрения
пациента из-за недостаточного освещения объекта. Если же задать предельные
потери светового потока k1 на уровне 5 %, то микрорельеф на подложке необхо-
димо формировать с помощью алмазных резцов с четырьмя значениями углов ре-
зания θ = 90,0˚, 77,14741˚, 69,59239˚ и 63,56659˚. Эти данные и приведены на рис.
2. При этом обратный угол микропризмы оказывается меньше 6,0˚. Полученные
значения суммарных потерь необходимо учитывать при проектировании практи-
ческих микропризменных устройств смещения изображений.
Конструкция и технология изготовления
призменных компенсаторов косоглазия
Конструктивно микропризменный элемент Френеля состоит из плоской про-
зрачной жесткой пластинки с микрорельефом и защитного стекла, устанавливае-
мые в специальный корпус круглой формы с ручкой-держателем, на которой про-
маркированы направление и величина призматического действия. Плоское за-
щитное стекло из поликарбоната располагается со стороны микрорельефа и слу-
жит для защиты от внешних загрязнений и повреждений в процессе эксплуатации.
Корпус элемента Френеля по своим габаритам соответствует конструктивным
особенностям пробной очковой оправы. Пластинка с микрорельефом и защитное
стекло вакуумно плотно соединяются с корпусом при помощи ультразвуковой
сварки или термической вальцовки.
Диагностический набор призменных компенсаторов косоглазия КК-42 состо-
ит из 42-х микропризменных элементов (21 на каждый глаз), призматическое дей-
ствие которых имеет значения от 0,5 до 30 PD. В диапазоне 1,0–10 PD дискет-
Технология изготовления
и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2008, Т. 10, № 3 9
ный шаг составляет 1,0 PD, в диапазоне 10–30 PD шаг увеличен до 2,0 PD. Набор
КК-42 позволяет измерять угол девиации до 60 PD (по 30 PD на каждый глаз).
Технологический цикл изготовления микропризменных элементов начинает-
ся с изготовления матрицы-оригинала. Микрорельеф необходимого профиля соз-
дается на заготовке из особо прочного алюминия на специальном станке с помо-
щью алмазного резца. Типовой шаг микрорельефа W0 составляет 400 мкм. Режу-
щая грань резца затачивается предварительно под необходимым углом θ. Держа-
тель резца обеспечивает установку резца под заданными углами наклона к пред-
варительно спланированной поверхности заготовки в диапазоне от 45 до 65˚ в
плоскости, перпендикулярной направлению резания микропризменной структуры
Френеля. С помощью лазерной системы регулирования необходимый угол накло-
на резца с выбранным углом заточки режущей грани устанавливается с ошибкой
не больше 20 угловых секунд.
Далее в управляющую ЭВМ вводят данные о величине линейного перемеще-
ния стола, периоде микропризменной структуры, размере рабочей зоны, глубине
подачи резца при одном проходе, количестве проходов резца. После этого компь-
ютер по заданной программе включает приводы перемещения позиционера, стола
линейного перемещения заготовки, подачи резца, системы подвода смазочно-
охлаждающей жидкости и таким образом осуществляет процесс формирования
микрорельефа.
Конечные микропризменные изделия изготавливаются методом термопрес-
сования из плоских заготовок, сделанных из поликарбоната или полиметилметак-
рилата толщиной 1,5–2,0 мм, с использованием матрицы-оригинала. В процессе
термопрессования осуществляется тщательный контроль всех основных парамет-
ров (температура заготовки, давление и время прессования, время охлаждения об-
разца, температура и ток нагрева матрицы, скорость протока охлаждающей жид-
кости).
Технология позволяет, конечно, и формирование микропризменного рельефа
на гибкой прозрачной пленке необходимой толщины для установки элемента с
микрорельефом непосредственно на обычные лечебные очки. Однако, использо-
вание для диагностики косоглазия набора микропризм КК-42 является более
удобным, по сравнению с применяемыми ранее гибкими френелевскими призма-
ми [7]. В процессе эксплуатации гибких призм Френеля поверхность с микро-
призменным рельефом непосредственно контактирует с окружающей средой и не
защищена от загрязнений, вследствие чего ухудшается прозрачность элементов и
точность измерений угла косоглазия из-за рассеивания луча света. Эластический
материал, из которого изготовлена такая призма, в результате деформации пла-
стины постоянно поддается оптическим аберрациям. Преимуществом диагности-
ческого набора КК-42 является полная герметичность микропризменных элемен-
тов, так как рельеф располагается внутри оптического компенсатора косоглазия и
защищен специальной защитной пластиной из поликарбоната толщиной 0,6 мм
[3]. Микропризменный растр не контактирует с окружающей средой, не подверга-
ется загрязнениям и оптическим аберрациям.
В. В. Петров, Н. М. Сергиенко, С. А. Рыков,Е. Е. Антонов, С. М. Шанойло,М. В. Шевколенко
10
Контроль оптических параметров микропризменных элементов
Основным требованием для элементов Френеля является обеспечение строго
заданной величины отклонения луча, высокого светопропускания, создание чет-
кого и контрастного изображения. В частности, значение призматической силы
микропризмы должно соответствовать номинальному значению с точностью
±0,05 PD в диапазоне 0,5–5,0 PD; ±0,10 PD в диапазоне 5–15 PD и ±0,15 PD в диа-
пазоне 15–30 PD. При этом суммарный коэффициент пропускания должен быть
не меньше 80 %.
Качество готовых изделий контролируется визуально с использованием мик-
роскопов и автоколлимационными методами [1]. Оптическая сила элементов оп-
ределяется на специальном стенде с помощью гелий-неонового лазера. Принцип
работы стенда основан на том факте, что отклонение на экране луча лазера
Δ = 1 см на расстоянии до экрана LЭ = 1 м соответствует изменению оптической
силы микропризменного элемента на одну призменную диоптрию. До начала из-
мерений с помощью фотодиода, усилителя и измерительного вольтметра устанав-
ливается нулевое значение измеряемого сигнала в положении, соответствующем
нулевому углу отклонения луча. Затем в специальную оправу устанавливается
измеряемый образец и по максимуму регистрируемого сигнала определяется ве-
личина смещения пятна на экране относительно начального нулевого положения.
Величина отклонения луча лазера от нулевого положения однозначно определяет
величину призматического действия микропризменной структуры Френеля. Об-
разцы, не соответствующие по величине своей оптической силы установленным
допускам, отбраковываются.
Для контроля качества рабочих поверхностей элементов Френеля удобно ис-
пользовать метод диагностики на основе анализа дифракционной картины, кото-
рая возникает при прохождении луча лазера через прозрачную микропризменную
структуру. Вследствие наличия рельефа с шагом W0 и глубиной L0 равномерно
распределенный начальный поток Ф0 после прохождения через микропризму и
поворота на угол γ преобразуется в систему светлых и темных полос, соответст-
вующих зонам пропускания и отражения света (см. рис. 1). Поэтому микроприз-
менная структура Френеля фактически является дифракционной решеткой, рабо-
тающей в проходящих пучках света. Ширину светлой полосы S0 по аналогии с
дифракционной решеткой будем называть эффективной апертурой микропризмы,
а шаг рельефа W0, равный сумме светлой и темной полос, является аналогом пе-
риода решетки D0. Понятно, что в зависимости от угла наблюдения φ возникает
дополнительная разность хода лучей АА1 и СС1, и на экране в плоскости СF будет
наблюдаться интерференционная картина. Сравнивая реально наблюдаемые зоны
расположения интерференционных максимумов и их количество с теоретически-
ми данными, можно сделать определенные выводы о качестве поверхностей мик-
ропризм.
Для практического рассмотрения явлений дифракции при прохождении пучка
света через микрорельеф можно использовать упрощенную модель, в которой
световая волна считается плоской. Как и раньше будем считать, что поглощение
потока в материале микропризменного элемента несущественно. Будем также
считать, что начальная разность хода интерферируемых лучей Δ = (АА1 – CС1) для
Технология изготовления
и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2008, Т. 10, № 3 11
угла φ = 0˚ может быть учтена простым поворотом системы координат на угол γ,
который легко определить из закона инвариантности излучения Снеллиуса 4. В
новой системе координат направление распространения пучка света вдоль луча γ
будет соответствовать углу дифракции φ = 0˚. Тогда, с учетом сделанных упроще-
ний для описания интерференционных явлений, можно использовать известные
формулы для плоской дифракционной решетки [6]:
I = I0 (sinA sin NB)∙(A∙sin B)–1, (5)
где А = (π S / λ) sinφ; B = (π D / λ) sinφ; I0 — амплитуда светового потока от одной
щели дифракционного решетки в направлении φ = 0; λ — длина волны рассматри-
ваемого излучения; D — период решетки; S — ширина одной щели; N — число
щелей в решетке.
В направлении γ (рис. 1) эффективный период решетки D1 = D0 cosγ = W cosγ,
а ширина светлой зоны (эффективная апертура) S1, которая является аналогом ве-
личины S в формуле (5), для случая = 0 равна:
S1 = D0 cosγ – L0 sinγ = D0 (cosγ – tgα∙sinγ). (6)
При использовании для диагностики излучения гелий-неонового лазера с
длиной волны λ = 632,8 нм, множители А и В в формуле (5) приобретают такой
вид:
А = (π D0 (cosγ – tgα∙sinγ) / 0,6328) sinφ,
B = (π W cosγ / 0,6328) sinφ. (7)
Величина N в нашем случае имеет смысл размера площадки микрорельефа,
которая освещается лучом лазера, и ее величина зависит от диаметра DS луча ла-
зера, используемого для диагностики. При расчетах в большинстве случаев значе-
ние N = 4, что при типовом значении D0 = 400 мкм соответствует диаметру луча
DS = 1,6 мм.
Результаты расчетов согласно (5)–(7) интерференционной картины, которая
возникает на экране после прохождения луча лазера через микропризменный
рельеф, приведены на рис. 3–6. Для удобства углы дифракции пересчитаны непо-
средственно в расстояния от положения «нулевого» главного максимума, учиты-
вая, что для шага микрорельефа D0 = 400 мкм и расстояния до экрана LЭ = 1,0 м,
расстояние 1,0 мм соответствует изменению оптической силы микропризмы на
0,1 PD.
Главной особенностью является то, что в случае дифракции света на микро-
призменном элементе Френеля ширина светлой зоны S1 практически совпадает с
шагом микрорельефа D1 ≈ S1, поэтому в структуре при экспериментальном на-
блюдении дифракции должен наблюдаться только один центральный интерфе-
ренционный максимум (см. рис. 3).
В. В. Петров, Н. М. Сергиенко, С. А. Рыков,Е. Е. Антонов, С. М. Шанойло,М. В. Шевколенко
12
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
0 1 2 3 4 5 6 7
Расстояние от центра, мм
И
нт
ен
си
в
но
ст
ь
..
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0 1 2 3 4 5 6
Расстояние от центра, мм
И
нт
ен
си
в
но
ст
ь
..
Рис. 3. Дифракционные эффекты для микропризмы PD = 30: 1 — интерференционная
картина для случая N = 4; 2 — дифракционная картина от одной щели для трех
значений (0, 6, 15˚); 3 — интегральная дифракционная картина для угла = 0
Было установлено, что даже для максимального значения преломляющего уг-
ла призмы = 28º16'38'' (PD = 30) изменение обратного угла существенно не
влияет на характер расположения дифракционных максимумов и их количество
(рис. 4). Для меньших значений призматического действия эта зависимость прак-
тически отсутствует. Поэтому единственным следствием увеличения обратного
угла является рост потерь светового потока вследствие «виньетирования» и уве-
личение коэффициента потерь k1. При рассмотрении влияния обратного угла
призмы на характер интерференционной картины вычислялись изменения отно-
сительных размеров светлой зоны S1 (отрезок FC на рис. 1) в зависимости от угла .
Рис. 4. Влияние обратного угла микропризмы на характер интерференционной
картины для микропризмы PD = 30 (число щелей N = 4): 1 — = 0˚; 2 — = 6˚; 3 — = 15˚.
Увеличение числа N до 6–8, что для случая D0 = 400 мкм соответствует уве-
личению диаметра сканирующего луча лазера до 2,4–3,2 мм, приводит к сужению
дифракционных пиков и к соответствующему исчезновению интерференционных
дополнительных максимумов, вследствие чего интегральная картина оказывается
более резкой.
Технология изготовления
и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2008, Т. 10, № 3 13
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
5,70 5,80 5,90 6,00 6,10 6,20 6,30
Призменные диоптрии, PD
Ін
те
нс
и
в
но
ст
ь
.
Экспериментальные исследования оптических свойств изготовленных мик-
ропризменных структур осуществлялись с помощью одномодового гелий-неоно-
вого лазера с лучом диаметром DS = 4,0 мм. В частности, на рис. 5 приведены экс-
периментальные данные по распределению интенсивности на экране для микро-
призмы с призматическим действием PD = 6,0, которая была изготовлена в начале
работ без соответствующей коррекции угла заточки резца и в не оптимальных ус-
ловиях термопрессования. На графике реального спектрального распределения
интенсивности (кривая 1), который получен с узкой регистрирующей щелью (ши-
рина щели SР = 140 мкм, т.е. одного порядка с характерным размером спектраль-
ных полос на экране), можно четко видеть дополнительные, по сравнению с тео-
ретическими данными, максимумы и минимумы интенсивности, так называемые
духи Роуланда [6]. Это свидетельствует о наличии дефектов оптических поверх-
ностей микропризмы. Визуально, при рассмотрении внешних объектов через
микропризму, это проявляется в ухудшении качества изображения, уменьшении
его четкости и контрастности, что является главной причиной регистрируемого
снижения остроты зрения пациента при диагностике косоглазия.
Рис. 5. Экспериментальные данные для микропризмы PD = 6,0:
1 — ширина регистрирующей щели Sр = 130 мкм; 2 — SР = 1500 мкм; 3 — SР = 2800 мкм
В то же время, картина распределения интегральной интенсивности излуче-
ния, полученная с использованием широкой сканирующей щели (кривая 3, вели-
чина SР = 2800 мкм, которая существенно превышает характерный размер полос),
свидетельствует о соответствии величины призматического действия рассматри-
ваемой микропризмы PD = 6,0 техническим требованиям.
На рис. 6 приведены экспериментальные данные для другой микропризмен-
ной структуры (PD = 20,0), для которой была проведена соответствующая кор-
рекция угла заточки резца и условий термопрессования. Картина распределения
интенсивности на экране (кривая 1, узкая регистрирующая щель) практически
совпадает с теоретическими расчетами. Четко выделен один центральный макси-
мум (n = 0), и наблюдаются еще два небольших боковых максимума (n = ±1) пер-
вого порядка. В случае регистрации интегральной интенсивности (кривая 2, ши-
рокая щель) характер ее зависимости от угла наблюдения свидетельствует о соот-
В. В. Петров, Н. М. Сергиенко, С. А. Рыков,Е. Е. Антонов, С. М. Шанойло,М. В. Шевколенко
14
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
19,70 19,80 19,90 20,00 20,10 20,20 20,30 20,40
Призменные диоптрии
И
нт
ен
си
в
но
ст
ь
ветствии величины призматического действия этой микропризмы техническим
требованиям.
Рис. 6. Экспериментальные данные для микропризмы PD = 20,0:
1 — ширина регистрирующей щели SР = 140 мкм; 2 — SР = 2800 мкм
Таким образом, сравнение экспериментально полученного распределения ин-
тенсивности лазерного луча после его прохождения через микрорельеф с расчет-
ными данными относительно зон расположения интерференционных максимумов
и их количества дает возможность оценить качество оптических поверхностей
микрорельефа.
Методика измерения угла содружественного косоглазия
Для страбометрии в пробную очковую оправу устанавливались призмы Фре-
неля и при необходимости линзы для коррекции аметропии. Призмы устанавли-
вались таким образом, чтобы треугольный индекс маркировки, указывающий на-
правление действия, был противоположным направлению девиации: при эзотро-
пии — направленный темпорально, при экзотропии — назально; в случаях гипер-
тропии — книзу, а при гипотропии — кверху. При комбинированном горизон-
тальном и вертикальном отклонении косящего глаза измерялся горизонтальный
компонент девиации, а после этого, не снимая призм, компенсирующих горизон-
тальную девиацию, регистрировался вертикальный компонент путем установки
дополнительных призм вертикального действия.
Применяются разные методики измерения угла косоглазия призмами в зави-
симости от клинических особенностей косоглазия.
I. Одновременный тест с призмами и прикрытием глаза (simultaneous prism
cover test) [8]. Алгоритм этого теста представлен на рис. 7.
Угол косоглазия оценивается методом Гиршберга. Призма, необходимая для
нейтрализации девиации, устанавливается на 2–3 секунды перед косящим глазом
одновременно с прикрытием окклюдором фиксирующего глаза. Если на косящем
глазе наблюдаются рефиксационные движения, это означает, что компенсация
угла косоглазия не достигнута. Тогда призма и окклюдор одновременно устраня-
ются на несколько секунд для возобновления бинокулярной фузии. После замены
Технология изготовления
и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2008, Т. 10, № 3 15
призмы на более сильную этот процесс повторяется до прекращения установоч-
ных движений на косящем глазе при прикрытии фиксирующего глаза. Сила приз-
мы, с помощью которой устраняются рефиксационные движения, определяет ве-
личину девиации. Измеренная таким методом девиация соответствует величине
явной девиации (гетеротропии), без учета латентной гетерофории.
Рис. 7. Алгоритм одновременного теста
II. Альтернирующий тест с призмами и прикрытием глаза (prism alternate
cover test) [8]. Алгоритм этого теста представлен на рис. 8.
Альтернирующий тест с призмами и прикрытием позволяет определить об-
щую девиацию — явную и латентную (гетеротропию и гетерофорию). Согласно
этому методу перед одним глазом устанавливаются призмы возрастающей силы,
направление действия которых противоположно отклонению глаза, и поочередно
прикрываются оба глаза для определения наличия рефиксационных движений.
Если такие установочные движения присутствуют, призмы меняются (увеличи-
ваются или уменьшаются) для полной нейтрализации девиации. Сила призм мо-
жет распределяться произвольно между двумя глазами. Альтернирующую окклю-
В. В. Петров, Н. М. Сергиенко, С. А. Рыков,Е. Е. Антонов, С. М. Шанойло,М. В. Шевколенко
16
зию продолжают проводить до момента нейтрализации установочных движений.
Сила призмы, нейтрализующая движения глаз, определяет величину угла косогла-
зия.
Рис. 8. Алгоритм альтернирующего теста
Страбометрия призмами является достаточно точной, так как основывается
на нейтрализации (компенсации) угла девиации в естественных условиях, физио-
логической основой которой является направление обоих фовеол на один объект
фиксации [8]. Диагностическим критерием компенсации угла косоглазия призма-
ми является прекращение рефиксационных движений глаз при проведении теста
прикрытия.
Отметим, что точное значение призматического действия реализуется только
при строго нормальном падении луча на образующую поверхность микроприз-
менной структуры (со стороны, обратной рельефу). Использование же при диаг-
ностике микропризменных элементов в пробной оправе, вместо толстых и тяже-
лых стеклянных призм, позволяет легко обеспечить строго нормальное располо-
жение микропризмы относительно направления зрительной оси и тем самым по-
высить достоверность диагностики
В ходе проведенных исследований было установлено, что процедура страбо-
метрии с помощью разработанного диагностического набора КК-42 проста, зани-
мает мало времени (2–3 минуты), пригодна для обследования детей дошкольного
Технология изготовления
и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2008, Т. 10, № 3 17
возраста и может быть использована при профосмотрах, обследованиях детей в
домашних условиях, а также в офтальмологических кабинетах поликлиник.
Выводы
Проведен анализ оптических характеристик микропризменных элементов
Френеля. Исследованы особенности конструирования и технологии изготовления
таких элементов.
Разработан метод диагностики качества рабочих поверхностей элементов, ос-
нованный на анализе дифракционной картины, возникающей при прохождении
луча лазера через периодическую микропризменную структуру.
Предложена методика применения микропризменных элементов Френеля для
диагностики и лечения дефектов зрения в практической офтальмологии. Страбо-
метрия с помощью модифицированных призм Френеля позволяет с достаточной
точностью, при ошибке ±2,0 PD (1°), измерять углы девиации до 60 PD (30°) у де-
тей в возрасте 3-х лет и старше при офтальмологических обследованиях.
1. Урмахер Л.С. Оптические средства коррекции зрения / Л.С. Урмахер, Л.И. Айзенштат. —
М.: Медицина, 1990. — 256 с.
2. Патент 18152 України А61В3 /08. Пристрій для вимірювання кута косоокості / Сергієнко
М.М., Петров В.В., Риков С.О., Шанойло С.М., Шевколенко М.В., Крючин А.А.: заявник Київська
міська клінічна лікарня «Центр мікрохірургії ока». — № u200607554; Заявл.07.07.2006;
Опубл.16.10.2006; Бюл № 10.
3. Патент 25549 України, А61В 3/08. Пристрій для діагностики косоокості / Петров В.В., Сер-
гієнко М.М., Риков С.О., Шанойло С.М., Шевколенко М.В., Крючин А.А., Антонов Є.Є: заявник
ІПРІ НАН України. — № u200704035, Заявл.12.04.2007; Опубл.10.08.2007; Бюл. № 12.
4. Борн М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. — М.: Наука, 1973. — 720 с.
5. Світлоповертання: проблеми та досягнення / В.В. Петров, С.М. Шанойло, Є.Є. Антонов [та
ін.] // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2008. — Т. 10, № 1. — С. 3–15.
6. Ландсберг Г.С. Оптика. — М.: Наука, 1976. — 928 с.
7. Применение призматических линз в офтальмологии / Т.П. Кащенко, С.Г. Чернышова, Ю.З.
Розенблюм [и др.] // Вестник оптометрии. — 2005. — № 1. — С. 33–27.
8. Wright K.W. Handbook of Pediatric Strabismus and Amblyopia / K.W. Wright, P.H. Spigel, L.S.
Thompson // Springer Science+Busness Media, Inc. — 2006. — Р. 143–160.
Поступила в редакцию 16.07.2008
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7586 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1560-9189 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:18:16Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сергиенко, Н.М. Рыков, С.А. Антонов, Е.Е. Шанойло, С.М. Шевколенко, М.В. Петров, В.В. 2010-04-02T13:43:57Z 2010-04-02T13:43:57Z 2008 Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля / В.В. Петров, Н.М. Сергиенко, С.А. Рыков, Е.Е. Антонов, С.М. Шанойло, М.В. Шевколенко // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2008. — Т. 10, № 3. — С. 5-17. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7586 535.241; 617.758.1; 681.7.065 Проанализированы оптические характеристики микропризменных элементов Френеля. Исследованы особенности технологии изготовления и методики применения таких элементов в офтальмологии. Предложены методы контроля качества оптических поверхностей на основании анализа дифракционных эффектов. Разработаны методики измерения величины содружественного косоглазия модифицированными призмами Френеля. Проведено аналіз оптичних характеристик мікропризмових елементів Френеля. Досліджено особливості технології виготовлення та методики застосування таких елементів у офтальмології. Запропоновано методи контролю якості оптичних поверхонь на основі аналізу дифракційних ефектів. Розроблено методики вимірювання величини співдружньої косоокості модифікованими призмами Френеля. An analysis of optical characteristics of Fresnel microprism elements is conducted. The features of manufacturing technology and methods of utilizing such elements in ophthalmology are investigated. Diagnostic method for optical surfaces quality by diffraction phenomena is proposed. The method of measurement the value of concomitant strabismus by modified Fresnel prisms is developed. ru Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля Технологія виготовлення та методика застосування в офтальмології мікропризмових елементів Френеля Technology of Manufacturing and Method of Utilizing in Ophthalmology of Fresnel Microprism Elements Article published earlier |
| spellingShingle | Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля Сергиенко, Н.М. Рыков, С.А. Антонов, Е.Е. Шанойло, С.М. Шевколенко, М.В. Петров, В.В. Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| title | Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля |
| title_alt | Технологія виготовлення та методика застосування в офтальмології мікропризмових елементів Френеля Technology of Manufacturing and Method of Utilizing in Ophthalmology of Fresnel Microprism Elements |
| title_full | Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля |
| title_fullStr | Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля |
| title_full_unstemmed | Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля |
| title_short | Технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов Френеля |
| title_sort | технология изготовления и методика применения в офтальмологии микропризменных элементов френеля |
| topic | Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| topic_facet | Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7586 |
| work_keys_str_mv | AT sergienkonm tehnologiâizgotovleniâimetodikaprimeneniâvoftalʹmologiimikroprizmennyhélementovfrenelâ AT rykovsa tehnologiâizgotovleniâimetodikaprimeneniâvoftalʹmologiimikroprizmennyhélementovfrenelâ AT antonovee tehnologiâizgotovleniâimetodikaprimeneniâvoftalʹmologiimikroprizmennyhélementovfrenelâ AT šanoilosm tehnologiâizgotovleniâimetodikaprimeneniâvoftalʹmologiimikroprizmennyhélementovfrenelâ AT ševkolenkomv tehnologiâizgotovleniâimetodikaprimeneniâvoftalʹmologiimikroprizmennyhélementovfrenelâ AT petrovvv tehnologiâizgotovleniâimetodikaprimeneniâvoftalʹmologiimikroprizmennyhélementovfrenelâ AT sergienkonm tehnologíâvigotovlennâtametodikazastosuvannâvoftalʹmologíímíkroprizmovihelementívfrenelâ AT rykovsa tehnologíâvigotovlennâtametodikazastosuvannâvoftalʹmologíímíkroprizmovihelementívfrenelâ AT antonovee tehnologíâvigotovlennâtametodikazastosuvannâvoftalʹmologíímíkroprizmovihelementívfrenelâ AT šanoilosm tehnologíâvigotovlennâtametodikazastosuvannâvoftalʹmologíímíkroprizmovihelementívfrenelâ AT ševkolenkomv tehnologíâvigotovlennâtametodikazastosuvannâvoftalʹmologíímíkroprizmovihelementívfrenelâ AT petrovvv tehnologíâvigotovlennâtametodikazastosuvannâvoftalʹmologíímíkroprizmovihelementívfrenelâ AT sergienkonm technologyofmanufacturingandmethodofutilizinginophthalmologyoffresnelmicroprismelements AT rykovsa technologyofmanufacturingandmethodofutilizinginophthalmologyoffresnelmicroprismelements AT antonovee technologyofmanufacturingandmethodofutilizinginophthalmologyoffresnelmicroprismelements AT šanoilosm technologyofmanufacturingandmethodofutilizinginophthalmologyoffresnelmicroprismelements AT ševkolenkomv technologyofmanufacturingandmethodofutilizinginophthalmologyoffresnelmicroprismelements AT petrovvv technologyofmanufacturingandmethodofutilizinginophthalmologyoffresnelmicroprismelements |