автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Принципы построения и основы конструирования приборов индивидуальной оптометрии

На правах рукописи

МИЛАНИЧ Александр Иванович

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПРИБОРОВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ОПТОМЕТРИИ

Специальность 05.11.17 - приборы, системы и изделия медицинского назначения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

п О Г\!'~ ТГП

.. - / ^ J

Москва-2009

003481108

Работа выполнена на Кафедре Медицинской Техники РМАПО

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Цыганов Дмитрий Игоревич Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, Корниловский Игорь Михайлович

доктор технических наук, Беняев Негмат Ефремович

доктор физико-математических наук, Ражев Александр Михайлович.

Ведущая организация: Московский Физико-технический Институт

Защита состоится «'¿3» ИЯЗоЬ^ 2009 г. в /О часов на заседании Диссертационного совета Д 208.001.01 при ФГУ «Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники» Росздравнадзора (ВНИИИМТ) по адресу 129301, Москва, Касаткина, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУ «Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники» Росздравнадзора (ВНИИИМТ)

Автореферат разослан «

2009г.

Ученый секретарь диссертационного совет,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность тематики. В современном мире проблема ухудшения зрения связана как с возросшим объемом информации (основная часть которой воспринимается глазами), так и с повсеместным применением компьютеров, поэтому глобальный мониторинг и достоверное определение параметров зрения больших групп населения приобретает все большее значение. Состояние зрения влияет на производительность труда и работоспособность сотрудников, на успеваемость школьника или студента, на профпригодность. При этом выявленный на начальной стадии процесс ухудшения зрения можно существенно замедлить и даже вернуть зрение к норме. Для надежного инструментального контроля и достоверного определения характеристик зрения требуется большое количество оптометрических приборов, поскольку простых тестов (например, книжных таблиц) недостаточно. Требуется не только выявить, но и проследить изменения основных параметров зрения, чтобы определить причины его ухудшения.

Эти задачи призвана решать «индивидуальная оптометрия» - новое, важное научно-техническое направление оптометрии. Также индивидуальная оптометрия - это совершенно новый класс приборов, поэтому необходимо решать самые разнообразные проблемы, начиная от создания соответствующих таким приборам методик и тестов для измерения рефракции, объема аккомодации, остроты зрения и т.д., до определения критериев оптимизации параметров самих приборов и разработки методов их калибровки. В силу новизны, в индивидуальной оптометрии остро ощущается потребность в разработке теории, в обосновании основ и принципов конструирования приборов класса индивидуальной оптометрии.

Индивидуальные оптиметры (оптометры) должны удовлетворять противоречивым, взаимоисключающим требованиям: высокие эксплуатационные характеристики - надежность, приемлемая точность измерений и достоверность результата; наряду с компактностью, простотой в эксплуатации, небольшим весом, доступной ценой. Отметим, что разработка любых оптометрических приборов - сложная научно-техническая задача, хотя бы потому, что основными единицами измерения в оптометрии являются «ощущения», которые связаны исключительно с работой мозга. Например, такого понятия как красный цвет объективно не существует в природе, но оптометрия должна измерять малейшие отклонения цветовосприятия и т.п.

На момент начала работ в мире существовал единственный прибор Фокометр, производимый в США, который полностью удовлетворял критериям прибора индивидуальной оптометрии. Данное направление оптометрии находясь на стыке медицины и техники, отсутствовало не только в России, но и в Европе, что и предопределило постановку задачи и актуальность выбранной тематики. На фоне ухудшающегося зрения населения, пробел в простых индивидуальных оптометрических приборах для широкого инструментального контроля параметров зрения населения нежелателен. Коррекция плохого зрения всегда связана со значительными материальными затратами, будь то очки, контактные линзы или лазерная коррекция зрения, а широкий мониторинг зрения разных групп населения и ранняя диагностика в большинстве случаев дают возможность сохранить хорошее зрение. Следовательно, поставленная задача имеет «важное социально-культурное и хозяйственное значение», а внедрение таких приборов вносит «значительный вклад в развитие экономики страны» и способствует «повышению ее обороноспособности» (приведенная в кавычках цитата взята из нормативных документов ВАК).

Цель работы: для ранней диагностики и мониторинга состояния зрения населения - разработка базовых принципов индивидуальной оптометрии, а также определение научно-практических основ и принципов конструирования приборов класса индивидуальной оптометрии, включая разработку соответствующих методик измерения основных параметров зрения: рефракции, объема аккомодации, астигматизма и т.д.

Поставленная цель достигалась последовательным решением следующих основных задач:

1. Анализ ранее предложенных методов и уже существующих в оптометрии технических решений с целью выявления наиболее предпочтительных и приемлемых для специфических условий индивидуальной оптометрии.

2. Анализ погрешности измерений стандартного оптометрического оборудования и поиск способов повышения инструментальной точности.

3. Анализ работы глаза и определение причин основных ошибок при измерении рефракции, объема аккомодации, астигматизма и т.д.

4. Разработка методов объективного, раздельного измерения основных параметров зрения (рефракции, объема аккомодации и др.). Поиск методов снижения вклада ошибки, обусловленной субъективной природой зрительного восприятия и корреляционным, взаимным влиянием измеряемых параметров зрения друг на друга.

5. Определение для индивидуальных оптометрических приборов предпочтительных методик калибровки и методов достоверного определения инструментальной точности измерений, в том числе разработка новых методик.

6. Разработка оптимальной конструкции индивидуальных оптометрических приборов (тестеров зрения) для достоверного измерения основных, базовых параметров зрения и их последующее внедрение.

Методы исследования: В работе использованы методы системного анализа, математического моделирования, методы математической статистики и автоматизированной обработки информации, компьютерного проектирования и 3-Д моделирования.

Научная новизна:

Теоретически разработана и практически доказана возможность объективного измерения основных параметров зрения (рефракции, объема аккомодации и т.д.) на основании субъективных зрительных ощущений.

Разработана компьютерная модель глаза.

Предложена модель работы глаза, дополняющая механизм аккомодации Гельмгольца и позволившая оценить предельную точность измерений клинической рефракции, которая согласно расчетам оказалась равной 0,15-0,3 диоптрии.

Предложен новый, математический метод расчета хода лучей для радиально неоднородных оптических сред.

Разработан и успешно применен принципиально новый тип тест-объекта основанный на изменении вида изображения теста, который существенно снижает вклад аккомодационной ошибки и позволяет значительно повысить точность оптометрических измерений.

Предложен метод инструментального улучшения параметров зрения, основанный на создании дозированных нагрузок для тренировки глазных мышц.

Разработаны новые тесты по цветовосприятию и новые оптотипы, адаптированные к специфическим условиям применения в индивидуальных оптиметрах, а также предложены и реализованы новые методики измерения основных параметров зрения.

Разработан и реализован на практике новый класс индивидуального оптометрического оборудования (тестеры зрения) с гарантированной инструментальной точностью лучше 0,25 диоптрии, что соответствует точности измерений профессионального, оптометрического оборудования.

Предложены научные принципы, обоснован и опробован комплекс мер направленных на оптимизацию основных параметров индивидуальных оптиметров.

Разработана и реализована на практике новая методика калибровки и поверки приборов класса индивидуальных оптиметров, основанная на сопоставлении показаниям прибора расчетного расстояния.

Доказана возможность раздельного, объективного измерения основных параметров зрения (рефракции, объема аккомодации, астигматизма и т.д.) без взаимного, корреляционного влияния измеряемых параметров друг на друга.

В результате проведенных исследований обоснованы следующие основные ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Предложенные научно-технические принципы и решения обоснованы и обеспечивают точное и объективное измерение параметров зрения на основе анализа субъективных ощущений пациента.

2. Модель работы глаза и флуктуаций его фокусного расстояния дополняет известный механизм аккомодации Гельмгольца и позволяет оценить величину предельной точности измерения клинической рефракции 0,15-0,3 диоптрии.

3. Метод инструментального улучшения параметров зрения, основанный на дозированных нагрузках и тренировке глазных мышц, позволяет изменять параметры зрения.

4. Предложенный математический метод расчета хода лучей в радиально неоднородных оптических средах сводит задачу расчета траектории луча к решению простого дифференциального уравнения.

5. Предложенный принцип построения тест-объекта на основе сравнения изображения частей теста существенно снижает вклад аккомодационной ошибки при измерениях рефракции и объема

аккомодации и данный принцип возможно использовать в других оптометрических приборах.

6. Предложенные новые принципы и методики по измерению рефракции, цветовосприятия и т.д. носят универсальный характер и большинство из реализованных решений возможно использовать в других оптометрических приборах.

7. Приборы индивидуальной оптометрни позволяют раздельно измерять основные оптометрические параметры зрения: рефракцию, объем аккомодации, степень астигматизма и остроту зрения, при этом в процессе измерений можно полностью исключить взаимное, корреляционное влияние измеряемых параметров друг на друга.

Практическая значимость работы

1. В результате проделанной работы предложены новые принципы, на основе которых на практике реализована конструкция простого и точного бытового прибора класса индивидуальной оптометрии для мониторинга параметров зрения населения.

2. Применение данного прибора (тестера зрения) позволяет своевременно выявлять и начинать лечение основных нарушений зрения на самых ранних стадиях.

3. По своим техническим характеристикам прибор не уступает, а по большинству параметров превосходит известные зарубежные аналоги.

4. В результате комплекса мер по оптимизации основных параметров прибора удалось обеспечить высокую инструментальную точность измерений рефракции лучше ±0,25 дптр., что соответствует точности профессионального оптометрического оборудования.

5. В результате исследований, разработан ряд модификаций прибора, в частности прибор, целиком изготовленный из стекла.

6. Закреплен международный приоритет на данные приборы, как посредством оформления заявок на изобретение, так и в результате участия в международных выставках (тестер зрения удостоен золотой медали на выставке изобретений в Париже в 2000 году).

7. Получены основные сертификаты и документы, необходимые для серийного производства тестеров зрения (ТУ, Акт испытаний и т.д.)

Практические рекомендации

В диссертации предложены, разработаны и исследованы индивидуальные оптометры, которые служат целям первичной

диагностики нарушений рефракции и аккомодации и полезны в различных областях хозяйственной деятельности. Предложенные принципы конструирования и поверки возможно использовать при разработке авторефрактометров, фокометров и аналогичного оптометрического оборудования.

Личный вклад автора. Все изложенные в диссертации новые научно-технические результаты получены лично автором или с соавторами при его непосредственном участии.

Апробация результатов

Основные положения диссертационной работы докладывались специалистам, обсуждались и демонстрировались на выставках и конференциях, среди которых следует отметить: Выставка изобретений Concours Lepine в Париже в 2000 г., Выставка «Оптика 99» в Москве, конференция по Биомеханике глаза в 2007г. и 5 международный конгресс по биотехнологиям в 2009г., доклады в Институте Общей Физики им. A.M. Прохорова, в Институте проблем лазерных и информационных технологий РАН и др.

Тестер Зрения используется в специализированных клиниках в частности: в «Международном Центре Охраны Зрения», врачами клиники академика Ю.А. Утехина, в Научном Центре Охраны Здоровья Детей при РМАН, в Военно-Медицинской Академии Ст. Петербурга и в других организациях. Научные результаты диссертации внедрены: в Физическом Институте им. П.Н. Лебедева РАН, Всероссийском Научно Исследовательском Институте Физической Культуры и Спорта и др. Кроме того, тестер зрения прошел клинические испытания на кафедре офтальмологии РМАПО

Публикации: Всего по тематике получены и поддерживаются 2 патента России. По данной тематике докладывалось и опубликовано свыше 20 работ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа изложена на 227 страницах, содержит 32 рисунка и 4 таблицы, состоит из введения, 4 глав с разделами, заключения, выводов и библиографии из 92 наименований, а также включает 3 Приложения к диссертации на 13 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во Введении обоснована важность и актуальность темы диссертации, сформулированы цели решаемой народнохозяйственной задачи индивидуального контроля зрения населения и обоснована социальная значимость данного направления.

Определен сам термин «индивидуальная» (или «домашняя») оптометрия как: раздел оптометрии и класс оптометрнческнх приборов для простого, надежного врачебного или самостоятельного контроля основных параметров зрения. К приборам этого класса предъявляются особые требования. Например, возможность для пациента самостоятельно (или при минимальных консультациях специалиста) контролировать основные параметры своего зрения.

Согласно имеющимся статистическим данным, примерно 2 миллиарда из 6 миллиардов населения Земли проживающих в развитых странах мира имеют проблемы со зрением. Хотя на национальной статистике сказывается определенная генетическая специфика, в большинстве стран общий процент людей, которым необходима помощь оптометриста, превышает 25%. По официальной статистике в 1995 году в США близорукие люди составляли 24%, а в Японии - 70%. Особенно остро проблема ухудшения зрения стоит среди детей. Так, на основании принятых в России «Санитарных правил и норма» от 1996г., ребенок в возрасте 6 лет может непрерывно работать за монитором 10 минут (при одном уроке в неделю) и только в 9-10 классах - 30 минут на первом часу занятий и 25 минут на втором при 2-х уроках в неделю. Далее у взрослых 4 часа, проведенные перед экраном монитора, вызывают смещение рефракции в сторону близорукости примерно на 0,25 диоптрии.

Поэтому сегодня вопрос ранней диагностики и контроля параметров зрения населения стоит как никогда остро и имеет важное социальное значение.

В Главе 1, Состояние проблемы и постановка задачи - пояснены основные оптометрические термины и приведены важнейшие физические характеристики зрения и глаза человека. Представлен обзор литературы, рассмотрен и проанализирован принцип работы зрения и глаза и определен круг существующих в оптометрии проблем.

§1.1 Глаз как оптический инструмент

Прежде чем приступить к рассмотрению основных задач оптометрии - коррекция зрения и измерение рефракции, целесообразно проанализировать оптико-физические принципы используемого в оптометрии оборудования и процесс зрительного восприятия.

Обзор работ, посвященных данной тематике, охватывает период от зарождения индивидуальной оптометрии (патента США F.A.Hardy №268016 от 1882г) до наших дней и рассматривает принципы работы около 30 устройств класса индивидуальной оптометрии. Обзор заканчивается анализом современного состояния индивидуальной оптометрии. На основании выполненного анализа определены базовые принципы конструирования и проблемы предшествующих оптометрических приборов, которые оставались нерешенными вплоть до настоявшего времени. При разнообразии конструктивных решений индивидуальных оптометров, предпочтительным является принцип перемещения теста и сопоставление его положению значения рефракции. Главными нерешенными задачами индивидуальной оптометрии остаются проблемы: преодоления субъективности зрительного восприятия, влияние аккомодации на точность измерений и разработка методов калибровки приборов. Следовательно, создание эффективных приборов индивидуальной оптометрии требует комплексного решения данных проблем.

Зрение человека занимает особое место среди всех органов чувств. Если принять за 100% информацию, которую воспринимают все органы чувств человека, то по разным оценкам на долю зрения придется от 70% до 80% получаемой извне информации. При этом до 30% ресурсов мозга человека постоянно заняты обработкой поступающей зрительной информации.

Глаза - это парный орган, что помимо объемного (бинокулярного, стереоскопического) зрения увеличивает угол обзора до 180 градусов по горизонтали (один глаз позволяет видеть 60 градусов к носу и 90 градусов к виску) и примерно 125 градусов по вертикали. Зрение человека характеризуется следующими количественными параметрами: размер глазного яблока около 24 мм у взрослого человека и 18 мм у новорожденного; спектральная чувствительность глаза соответствует диапазону от 380 нм до 780 нм (320-950 нм при значительной освещенности) с максимумом вблизи 550 нм (дневное зрение); диаметр зрачка 2-8 мм; межзрачковое расстояние 56-72 мм.

Структура глаза и отдельные функции зрения представлены на Рис. 1

Радужная оболочка Гетчатка

Желтое пятно

Зрачок

Хрусталик

Глазной нерв Стекловидное тело

Рис.1

• Роговица - прозрачное переднее «окошко» глаза. Роговица пропускает и преломляет свет.

• Радужная оболочка - окрашенная часть глаза. Регулирует количество света, которое попадает в глаз, и выполняет роль диафрагмы фотоаппарата.

. Зрачок - темный центр в середине радужной оболочки. В зависимости от освещенности диаметр зрачка изменяется от 2 до 8 мм, что изменяет количество света, попадающего на сетчатку. . Хрусталик - прозрачная линза внутри глаза, которая изменяет радиус кривизны и так фокусирует лучи света на сетчатку.

• Стекловидно тело - прозрачная, желеобразная масса, заполняющая глазное яблоко.

. Сетчатка - нервные окончания, выстилающие глазное дно. Сетчатка состоит из «палочек», определяющих черно-белое (сумеречное) зрение и «колбочек», определяющих цветное (дневное) зрение. Палочки и колбочки чувствительны к свету и генерируют нервные импульсы, идущие к мозгу.

. Желтое пятно (или макула) - небольшая область на сетчатке, где находится основное количество колбочек. Эта область не только цветного, но и наиболее резкого (четкого) зрения.

• Зрительный (или глазной) нерв - соединяет сетчатку с мозгом. Зрительный нерв передает мозгу сформированные сетчаткой нервные импульсы.

• Склера - внешняя оболочка глазного яблока.

Согласно современным представлениям, у человека насчитывается примерно 110-125 млн. «палочек» (до 130 млн. по другим оценкам) и около 6-7 млн. «колбочек» выстилающих глазное дно (сетчатку).

Общеприняты следующие оптические параметры нормального глаза человека по Гульстранду (указаны средние параметры):

Показатели преломления

Роговица 1,376

Водянистая влага и стекловидное тело 1,336

Хрусталик 1,336 Расположение поверхностей от вершины роговицы, в мм

Задняя поверхность роговицы (^толщина роговицы) 0,5

Передняя поверхность хрусталика 3,6

Задняя поверхность хрусталика 7,2

Центральная ямка сетчатки 24,0

Радиусы кривизны поверхностей, в мм

Передняя поверхность роговицы 7,7

Задняя поверхность роговицы 6,8

Передняя поверхность хрусталика 10,0

Задняя поверхность хрусталика 6,0

Преломляющая сила, в диоптриях

Роговица 43,05

Хрусталик 19,11

Весь глаз 58,64 Расположение кардинальных точек от вершины роговицы, в мм

Передний фокус 15,31

Задний фокус 24,17

Передняя главная точка 1,47

Задняя главная точка 1,75 Глаз обладает уникальной чувствительностью и способен

улавливать как отдельные фотоны, так и большие лучистые потоки, при этом многие механизмы его работы до конца не выяснены.

§1.2 Нарушения рефракции и аккомодации

Первоначальная задача глаза - как можно точнее передать изображение на сетчатку, для чего необходимо максимально точно выполнить фокусировку. Как и любой оптической системе глазу присущи аберрации, но не только малые аберрации определяют хорошее зрение. Понимание многообразия причин и процессов,

приводящих к нарушению нормальной рефракции, необходимо для точного измерения и правильной коррекции параметров зрения.

Оптометрист и инженер-оптик часто используют практически одни и те же термины, но оптометрист любые термины относит к глазу. Поэтому целесообразно уточнить основные оптометрические термины, которые используются в диссертации и которые специфичны либо имеют двоякое толкование:

Диоптрия - единица измерения в оптике обратно пропорциональная измеренному в метрах фокусному расстоянию оптической системы. Обозначается D или дптр.

Рефракция (или клиническая рефракция в оптометрии) -преломление лучей оптической системой (в случае клинической рефракции - это преломление глазом и проецирование изображения объекта на сетчатку), а также измеряемая в диоптриях оптическая сила.

Аккомодация - способность глаза подстраивать фокусное расстояние и четко видеть предметы. Фокусировка осуществляется главным образом с помощью цилиарной мышцы, регулирующей кривизну хрусталика и его оптическую силу. Классическая теория аккомодации предложена в 1855 году Германом фон Гельмгольцем (Herman von Heimholte). Согласно модели Гельмгольца при аккомодации изменяется форма хрусталика: происходит уменьшение радиуса передней поверхности с 11.0 до 5.5 мм и задней поверхности с 5.18 до 5.05 мм, а также увеличивается толщина хрусталика на 0.360.58 мм и происходит его смещение вниз на 0.25-0.38 мм. Оптометристы различают три вида рефракции." эмметропия, миопия, гиперметропия.

Эмметропия - состояние нормальной или соразмерной рефракции глаза человека. Согласно принятой в медицине терминологии любые отклонения рефракции от нормы называются аметропией. Близорукость или миопия - вид нарушения рефракции, когда преломляющая сила оптической системы глаза слишком велика и не соответствует длине оптической оси. Доказано, что близорукость можно вызвать целенаправленными действиями. Так Американский исследователь Янг сажал обезьян-макак под непрозрачный колпак с расстоянием от глаз до стенки 35 см. Через 6-8 недель у всех без исключения обезьян развивалась близорукость 0,75 дптр. Дальнозоркость или гиперметропия - вид нарушения рефракции, когда преломляющая сила оптической системы глаза мала и не соответствует длине оптической оси.

Пресбиопия или возрастная дальнозоркость - вид нарушения рефракции, когда из-за возрастных изменений хрусталика и цилиарной мышцы деформация хрусталика уменьшается и недостаточна для фокусировки на близко расположенные предметы. Астигматизм - вид нарушения рефракции, при котором форма поверхности роговицы отлична от сферической. Астигматизм глаза -это независимый оптический параметр и поэтому астигматизм может сочетаться с близорукостью, дальнозоркостью или с почти нормальным зрением. В результате различают:

1. Сложный гиперметропический (обозначают - НН), сочетание гиперметропии разной степени по обоим главным меридианам.

2. Простой гиперметропический (обозначают - Н), сочетание гиперметропии по одному с эмметропией по другому меридиану.

3. Смешанный (обозначают - НМ или МН), сочетание гиперметропии и миопии по разным меридианам.

4. Простой миопический (обозначают - М), сочетание миопии и эмметропии по разным меридианам

5. Сложный миопический (обозначают - ММ), сочетание миопии разной степени по двум меридианам.

Положение главных меридианов астигматического глаза принято отсчитывать по градусной шкале ТАБО от 0 до 180 градусов с отсчетом против часовой стрелки. Астигматизмом прямого типа считаются случаи, когда меридиан с более сильным преломлением лежит в пределах 60-120 градусов шкалы ТАБО (+ 30 градусов от вертикали), обратного типа в пределах 0-30 и 150-180 градусов (+30 градусов от горизонтали) и астигматизмом с косыми осями все оставшиеся случаи.

Небольшой астигматизм 0,5 дптр. прямого типа имеют 90-95% населения Земли, но из-за малой величины такой астигматизм слабо сказывается на остроте зрения.

Дальтонизм - нарушение цветовосприятия в разных областях спектра, которое связано исключительно с наследственностью и поэтому неизлечимо. Фоторецепция начинается в молекулах зрительного пигмента (в палочках это родопсин, а в колбочках это йодопсин) передается глазным нервом и заканчивается возбуждениями в мозгу. Людей, страдающих дальтонизмом, делят на «краснослепых» (наиболее частые случаи), «фиолетослепых» и «зеленослепых», но есть случаи и полной цветовой слепоты. Данная цветоаномалия обусловлена изменениями в Х-хромосоме и встречается примерно у 2-8% мужчин и лишь у 0,4% женщин

(согласно другим данным - более 1% среди мужчин и около 0,1% среди женщин).

Существующий в оптометрии разброс данных и значений, как правило, соответствует до сих пор нерешенным проблемам (например, быстрая аккомодация и т.п.).

В разделе 1.2 также рассмотрены и проанализированы основные, патологические нарушения зрения:

Глаукома - хроническое заболевание глаз, характеризующееся постоянным или периодическим повышением внутриглазного давления.

Катаракта - помутнение хрусталика глаза, уменьшение его прозрачности и снижение остроты зрения.

Отслойка сетчатки - нарушение передачи зрительных возбуждений в мозг, что приводит к частичной или даже к полной потере зрения. Косоглазие - особое состояние зрения, при котором глаза должным образом не ориентируются друг относительно друга и относительно лица.

Диабетическая ретинопатия - случай, когда кровеносные сосуды позади сетчатки разрываются и кровь просачивается на сетчатку, что локально разрушает соответствующие участки сетчатки. Возрастное вырождение макулы (желтого пятна) - случай, когда центральная часть сетчатки глаза (макула) отмирает, оставляя локальную «черную дыру» или скотому вблизи оптической оси глаза. Кератоконус — врожденная патология роговицы, при которой ее поверхность имеет не сферическую, а коническую форму.

Любой или сразу несколько из указанных выше факторов может стать причиной ухудшения зрения, что необходимо учитывать при диагностике, и особенно, при коррекции плохого зрения.

§1.3 Основные методы коррекции рефракции

Две главные задачи оптометрии - это диагностика нарушений рефракции и последующая коррекция плохого зрения. Любым способом скорректировав нарушение рефракции можно вернуть человеку хорошее зрение. Достоверно известно, что Римский император Нерон (54 - 68 нашей эры) вместо очков (очки тогда еще не были изобретены) наблюдал бои гладиаторов через изумрудный «монокль». Это время можно считать датой рождения оптометрии, хотя оптика и опыт изготовления линз уходят в эпоху Древней Греции. Изобретение очков в Европе произошло между 1268 и 1289г.

и их изобретение приписывают Доминиканскому монаху Александру дела Спина (Alessandro della Spina) из Итальянской Пизы. Функцией очков с момента их появления и поныне является коррекция рефракции оптической системы глаза при помощи линз.

Сферические линзы занимают заслуженное первое место в перечне различных средств коррекции зрения. Все сферические линзы, как положительные линзы (плюсовые), так и отрицательные линзы (минусовые) просто совмещают изображение предмета с сетчаткой. Очки со сферическими линзами решают разнообразные задачи: исправляют близорукость, дальнозоркость, возрастное ослабление зрения и даже отсутствие хрусталика после операции по его удалению при катаракте (афакия - отсутствие хрусталика).

Астигматическими (цилиндрическими) линзами корректируют астигматизм, а призматическими очками косоглазие.

Коррекция пресбиопии осуществляется бифокальными и градиентными линзами. Идею изобретения бифокальных очков приписывают Бенджамину Франклину, который впервые соединил в одной очковой оправе две половинки от разных линз.

Необходимо учитывать, что любые очки имеют побочное действие, например, разное увеличение (или уменьшение) на двух глазах пациента. При сферических линзах и разнице, начиная с определенной величины (у взрослых примерно с 2,0...3,0 диоптрий, у детей с 5,0...6,0 диоптрий) мозг не в состоянии компенсировать различие размеров изображений на сетчатке левого и правого глаза и возникает двоение предметов.

Монополия очков в оптометрии закончилась в 1962 году, когда Чешский химик Отто Вихтерле предложил гидрофобные (не смачиваемые водой) материалы для изготовления контактных линз. По назначению все контактные линзы делятся на лечебные и косметические, а по материалам на мягкие и жесткие. Сегодня подавляющее большинство контактных линз это мягкие линзы. Контактные линзы существенно снижают аберрации, увеличивает угол обзора и т.д., хотя работают на одинаковых с очками принципах.

В последние десятилетия врачи научились при помощи лазеров изменять радиус кривизны самой роговицы и таким образом исправлять зрение. Различают и используют следующие основные виды лазерных операций: ФРК (Фоторефрактивная кератэктомия) и LASIK (лазерный кератомилёз). LASIK - это наиболее современный вид коррекции зрения. Принцип любых лазерных методов коррекции состоит в «испарении» (абляции) роговицы под действием мощного

излучения эксимерного лазера (лазера в ультрафиолетовой области спектра 193-248 нм). Происходит абляция тонких слоев биологической ткани без термического воздействия на соседние области, поэтому роговица остается прозрачной. Противопоказаний к применению эксимер-лазерных методов коррекции зрения не так много, но они есть: это наличие сопутствующих заболеваний глаз, например, глаукомы, катаракты, некоторые заболевания сетчатки (отслоение) и т.п.

Таким образом, исправление плохого зрения состоит в коррекции оптических параметров глаза одним из приведенных выше способом. Учитывая сложные механизмы работы глаза, множественность факторов ухудшающих зрение и т.д., практическая коррекция зрения очень сложная (порой невыполнимая) задача оптометрии.

§1.4 Принципы измерения рефракции н аккомодации

Не меньше проблем возникает и при диагностике зрения. Прежде всего, зрительное восприятие в основе своей субъективно, что главным образом и предопределяет низкую точность всех оптометрических измерений. Поэтому даже современные, претендующие на объективность измерений оптометрические приборы без активного участия пациента не могут достоверно и «объективно» измерить рефракцию и другие субъективные параметры зрения.

Обычно в оптометрии по таблицам определяют некую суммарную характеристику глаза, которую условно называют «остротой зрения». Проблема состоит в том, что в результат таких «измерений» неявно входят: собственно острота зрения, рефракция и астигматизм. Кроме того, поскольку вклад пациента в конечную точность измерений огромен, целесообразно изначально различать инструментальную точность прибора и результирующую точность измерения.

Точно измерять реальную остроту зрения очень важно, поскольку нарушение остроты зрения служит надежным индикатором большинства патологий зрения.

Острота Зрення в оптике определена как способность глаза различать предметы с угловым размером в одну угловую минуту, что примерно соответствует двум освещенным фоторецепторам сетчатки при одном неосвещенном в промежутке между ними. Острота зрения глаза точно соответствует известному в физике дифракционному пределу разрешения при диаметре зрачка 2-Змм. Существует

несколько других определений, а правильнее сказать уточнений термина «острота зрения»: это острота зрения по наименьшему видимому (минимально различимая величина черного предмета на белом фоне), наименьшему различимому (когда глаз различает два объекта) и наименьшему узнаваемому (минимальная величина детали, которую глаз безошибочно узнает).

Лишь в 1994 году в Женеве были утверждены единые международные стандарты (International Standard ISO 8597, Optics and Optical Instruments - Visual acuity testing и ISO 8596 Ophthalmic optics.

- Visual acuity testing. - Standard optotype and its presentation). В качестве основного оптотипа при определении остроты зрения рекомендовано использовать кольцо Ландольта с разрывом в одну угловую минуту, определено расстояние до таблицы, уточнено требование к корригирующей линзе и т.д.

Также важно измерять рефракцию, аккомодацию и т.д. Попытки объективно измерить рефракцию и другие характеристики глаза без участия пациента не прекращались с момента возникновения оптометрии. Поэтому сегодня существуют разнообразные оптометрические приборы: рефрактометры, кератометры и офтальмометры, форопторы, штрих-скиаскопы, фокометры и т.д. для инструментального, «объективного» измерения рефракции и других параметров. Большинство измерений рефракции и аккомодации основано на определении «дальней» и «ближней» точки и на том факте, что сетчатка не только поглощает, но и отражает свет. Спроецировав тест (марку) на сетчатку при расслабленных мышцах хрусталика и анализируя получившееся на сетчатке изображение теоретически можно измерить фокусное расстояние глаза и выявить астигматизм. Это принцип работы современного авторефрактометра

- прибора, где вся процедура измерений полностью автоматизирована. Такие приборы должны были полностью автоматически проводить измерение базовых параметров (рефракция, астигматизм и т.д.). Но практика говорит обратное, поскольку невозможно полностью исключить влияние на процесс измерений механизма аккомодации глаза, изменение диаметра зрачка и другие привносимые пациентом в процесс измерений ошибки.

Таким образом, точное измерение реальной рефракции, реального объема аккомодации и других важнейших параметров зрения (например, цветовосприятия, где субъективный вклад пациента в измерения особенно велик), остаются актуальными, до конца нерешенными задачами оптометрии.

Во второй Главе, Теоретические исследования (создание модели) - подробно проанализированы базовые принципы индивидуальной оптометрии на примере конструкции одного из предложенных приборов. В частности, сформулирован базовый принцип индивидуальной оптометрии - сопоставление субъективному ощущению пациента объективной информации о состоянии зрения. Проанализирован ход лучей в нормальном, близоруком и дальнозорком глазу при расслабленном и напряженном хрусталике. В рамках разработанной модели глаза и динамически меняющихся параметров зрения получены оценки предельной точности измерения клинической рефракции 0,15-0,3 диоптрии, что хорошо согласуется с практикой оптометрии, предложена методика математического расчета хода лучей в неоднородных оптических средах.

§2.1 Теоретические основы работы тестера зрения

Ранее отмечалось, что сложность создания оптометрического оборудования обусловлена тем, что основной единицей в оптометрии являются «ощущения».

В оптометрии необходимо измерять следующие базовые характеристики зрения: рефракцию, объем аккомодации, остроту зрения, степень астигматизма и контролировать цветовосприятие. Требуется измерять раздельно каждый из выше перечисленных параметров с учетом их взаимного, корреляционного влияния друг на друга.

Поскольку индивидуальная оптометрия призвана быть простой, доступной и понятной любому пациенту, то приборы и методики индивидуальной оптометрии требуют радикального переосмысления. В индивидуальной оптометрии необходимо решать задачу измерений комплексно, начиная с разработки принципов конструирования приборов и методов их калибровки и кончая разработкой соответствующих оптотипов и т.д.

Основной идеей индивидуальной оптометрии и тестера зрения является попытка, путем несложной процедуры на основании субъективного восприятия самим пациентом некоторого тестового изображения, по виду этого изображения и по положению теста в оптическом устройстве, точно и объективно измерить базовые параметры зрения, причем с хорошей точностью.

Для этого, вместо привычного набора компенсационных линз при неподвижной тест-таблице, за основу оптометра принята

«противоположная» идея - одна достаточно точная линза и движущийся тест-объект. Перемещение тест-объекта вдоль оптической оси линзы, позволяет создавать параллельные (тест-объект в фокусе), расходящиеся (тест-объект перед фокусом) и сходящиеся (тест-объект за фокусом) лучи. Соответствующие таким лучам изображения сможет увидеть: параллельные - нормальный (эмметропический) глаз, расходящиеся - близорукий (миопический) и сходящиеся - дальнозоркий (гиперметропический) глаз.

Хотя при таком подходе и данном методе измерения рефракции требования к точности изготовления линзы возрастают (фокусное расстояние линзы является своеобразным эталоном меры), но отказ от набора линз существенно снижает стоимость прибора и значительно упрощает его конструкцию. Расстояние между линзой и тест-объектом приблизительно соответствует диоптриям рефракции, согласно формуле (1).

Х = ^(1-Р1М) (1)

где Г - фокусное расстояние оптического элемента, N - значение диоптрий на шкале с учетом знака, а X - соответствующее данному N расстояние.

Формула (1) предполагает тонкую линзу (объектив или зеркало) и малое расстояние между глазом и линзой.

Измерения рефракции начинают из области больших положительных диоптрий; затем приближают тест-объект и фиксируют расстояние между линзой и тест-объектом и величину рефракции в тот момент, когда у пациента впервые возникло четкое изображение. Выше приведена принципиальная схема простого варианта тестера зрения, реализующего данную идею (см. Рис.2).

Изображение нанесено на тест-объект 1 и проецируется объективом 2 на сетчатку глаза, шкала 3 соответствует разным расстояниям и градуирована в диоптриях, например, в соответствии с формулой (1), 4 - оптическая ось. Положение тест-объекта в фокусе объектива соответствует нулю шкалы.

В предложенной на Рис. 2 схеме прибора, вдоль оптической оси перемещается линза, но это лишь одна из многих возможных кинематических схем. Кроме того, линзу можно заменить зеркалом, хотя в настоящее время не определены те конфигурации приборов или те диапазоны измерений, когда применение зеркала вместо стеклянной оптики конструктивно и экономически оправдано.

Глач >

Рис. 2

Измеряемые параметры глаза в значительной мере определяются изображением тест-объекта и его качеством. Если в изображении присутствуют объекты разного углового размера, то возможно контролировать остроту зрения и т.д.

Таким образом, довольно простыми методами удалось сопоставить зрительным ощущениям объективную информацию о рефракции глаза.

§2.2 Влняние аккомодации на точность измерения рефракции

В данном параграфе на основании дополненной модели аккомодации проанализирована модель работы глаза, которая учитывает постоянные флуктуации параметров клинической рефракции и рассчитан предел точности измерения клинической рефракции глаза, обусловленный дифракцией и конечным размером палочек и колбочек. В основе расчетов использованы параметры нормального глаза по Гульстранду, которые затем также были подвергнуты критическому анализу.

Предположение о том, что «быструю» аккомодацию можно свести к изменению положения изображения на сетчатке относительно центральной ямки позволяет объяснить «отрицательную» и «быструю» аккомодацию, что дополняет классическую модель аккомодации Гельмгольца.

При этом следует учесть что:

1. Глаз - это принципиально динамическая система с постоянно флуктуирующим фокусом.

2. Изменения основных оптических параметров глаза происходят без участия сознания (рефлекторно).

Тогда, записав уравнение для тонкой линзы:

N + 1/Ь = 1/Г (2)

где а - расстояние до объекта, Ь - расстояние до изображения и 1Г -фокусное расстояние глаза, а N=1/8 - диоптрии соответствующие расстоянию а до объекта в метрах.

И, продифференцировав обе части уравнений (2) при фиксированном расстоянии а до предмета, получим следующее соотношение:

> 2 ДЫ = ДЬ/ Ъ" =Ы? 1 (3)

Таким образом, если изображение от удаленного объекта находится перед сетчаткой или за сетчаткой на некотором расстоянии АЬ, то в рамках геометрической оптики изображение будет оставаться таким же резким при условии, что кружок рассеяния на сетчатке не меняется в сходящихся и расходящихся лучах. Что количественно соответствует соотношению:

ДЬ = агЪ

(4)

где Б - диаметр зрачка, а = 1/3420 радиана - угол соответствующий нормальной остроте зрения.

Подставив численные значения из таблицы Гульстранда, найдем, что для нормальной остроты зрения изменение расстояний АЬ и соответственно АГ примерно на 0,1 мм в процессе аккомодации не влияет на качество изображения на сетчатке.

Следовательно, теоретический предел точности измерения рефракции глаза определяют небольшие изменения фокусного расстояния примерно на 0,1 мм в том числе и за счет изменения положения оптической оси относительно центральной ямки (быстрая аккомодация), что соответствует предельной точности измерения клинической рефракции 0,15-0,3 диоптрии. Предел 0,15-0,3 диоптрии носит универсальный характер для нормального глаза и, в первом приближении, слабо зависит от расстояния до объекта (соответственно почти не зависит и от величины измеряемой

юшнической рефракции) и находится в хорошем соответствии с практикой оптометрии.

Полученная оценка величины предельной точности измерения клинической рефракции 0,15-0,3 дптр. - основной параметр при конструировании любых оптометрических приборов. Кроме того, впервые отмечена связь быстрой аккомодации и точности измерения клинической рефракции.

§2.3 Уменьшения аккомодационной ошибки методом «ступеньки»

Проведенный анализ показал, что как и в других оптометрических приборах, измерения которых основаны на анализе остроты зрения, главный вклад в снижение результирующей точности тестера зрения вносит ошибка, связанная с аккомодацией глаза. Глаз имеет некоторое постоянное, аккомодационное напряжение («привычный тонус»), что существенно влияет на точность измерения не только рефракции, но и других параметров зрения.

С целью устранения аккомодационной ошибки был предложен и успешно реализован новый принцип построения тест-объектов (принцип «ступеньки»). Для этого тест-объект был искусственно разделен на две примерно равные части, отстоящие друг от друга приблизительно на 0,25 дптр. вдоль оптической оси, что соответствует ранее выполненной оценке для предельной точности измерения рефракции. Изображения теста выполнялись на стекле окислами хрома методом фотолитографии.

Переход к принципу «ступеньки» для тест-объектов новое техническое решение, которое следует пояснить подробнее. Глаз очень хорошо «замечает» мельчайшие различия, но лишь при возможности сравнения изображений, и значительно хуже «измеряет» абсолютные величины. Предложенный тест-объект подчеркивает малейшие отличия при измерении рефракции за счет возможности точной фокусировки на сетчатку лишь части изображения. В результате удалось существенно снизить вклад аккомодационной ошибки и значительно повысить точность измерения рефракции.

По принципу «ступеньки» тест-объект может быть разделен на три и на большее число частей, отстоящих на различном расстоянии друг относительно друга вдоль оптической оси и обеспечивающих требуемую точность, например, 0,25 дптр., 0,4 дптр. и 0,6 дптр.

Конструктивно «ступенька» между частями изображения тест-объекта может быть выполнена самыми различными способами. Например, можно использовать дисперсию и разность показателей преломления для красных и фиолетовых лучей (хроматическая аберрация специальных стекол) и др.

В процессе работы экспериментально установлено, что уменьшение величины «ступеньки» между частями тест-объекта до 0,15-0,2 дптр. значительно затрудняет процесс сравнения частей тест-объекта, что соответствует ранее сделанным выводам о предельной точности измерения клинической рефракции.

Для нового тест-объекта была разработана новая методика измерений и соответствующая инструкция. При использовании предложенных тест-объектов не только значительно повышается точность измерений, но сам процесс измерений существенно упрощается, поскольку измерения рефракции и аккомодации свелись к некоторой последовательности изменений вида изображения оптотипа тест-объекта.

рефракция ' " аккомодация

+ Рис. 3

Так при приближении тест-объекта начиная от максимальных плюсовых диоптрий (крайний левый рисунок) до минимальных минусовых (крайний правый рисунок), происходит следующая последовательность смены изображений (см. Рис. 3). Сначала (см. крайний левый рисунок), глаз ничего не видит четко, так как на сетчатку проецируются сходящиеся лучи. Затем в какой-то момент возникает лишь одно четкое изображение. Это соответствует полностью расслабленному глазу и надписи рефракция на Рис.3. Затем, при частично напряженном и деформированном хрусталике (следующий рисунок), за счет быстрой аккомодации одинаково хорошо видны обе части рисунка тест-объекта и так продолжается по мере приближения тест-объекта к объективу вплоть до максимально напряженного состояния глаза (предельная аккомодация и надпись аккомодация). Далее оба изображения снова становятся размытыми.

Смена вида изображения понятна любому (даже ребенку) и не требует специальных навыков и знаний, но в тоже время указанная последовательность изображений точно соответствует определенным состояниям рефракции глаза, что является следствием применения нового типа тест-объекта и предложенной методики.

Таким образом, используя известный принцип измерений по дальней и ближней точке, удалось не только сопоставить субъективным ощущениям пациента объективную информацию о состоянии зрения, но и значительно повысить точность измерений. Важно подчеркнуть, что никогда прежде в оптометрии не ставилась задача изменения вида самого изображения (оптотипа) в строгом соответствии с измеряемыми параметрами зрения.

Данный тип тест-объектов и предложенный принцип уменьшения влияния аккомодации можно успешно применять в других оптических устройствах.

§2.4 Разработка метода расчета хода лучей в градиентных средах

Сегодня оптометристы умеют достаточно точно измерять основные параметры человеческого глаза и зрения. Вместе с тем, развитие компьютерных методов моделирования в оптике позволило выявить определенные недостатки известных моделей глаза.

Например, оптическая сила хрусталика в модели лауреата Нобелевской премии Гульстранда недостаточна и при малых диаметрах зрачка фокус должен находиться примерно на расстоянии 2 мм позади сетчатки, что и подтверждают компьютерные расчеты. Причина указанных расхождений связана с большим, и к тому же градиентным изменением показателя преломления хрусталика по сравнению с моделью Гульстранда.

Была предпринята попытка уточнить оптические параметры глаза по Гульстранду, чтобы обеспечить расчетное пятно фокусировки на сетчатке 6-7 мкм, соответствующее среднему размеру колбочки. Для этого была разработана компьютерная модель глаза и рассчитан ход лучей при расслабленном хрусталике.

Оказалось, что в первом приближении для диметра зрачка 2 мм вместо градиентного изменения показателя преломления достаточно подставить уточненный показатель преломления хрусталика, равный 1,4137. Уточненное значение показателя преломления хрусталика находится между минимальным 1,405 и максимальным 1,454 экспериментально измеренными значениями показателя преломления

хрусталика, тогда как показатель преломления хрусталика по Гульстранду 1,386 выходит за указанные пределы. Новое значение показателя преломления хрусталика обеспечивает расчетное пятно фокусировки примерно 6 мкм при неизменных прочих расстояниях, радиусах и показателях преломления глаза по Гульстранду.

Проведенный расчет минимального размера пятна на сетчатке при последовательном увеличении диаметра зрачка от 4 до 8 мм и при уточненном значении показателя преломления 1,4137 показал, что наблюдается существенный рост аберраций. Так, при диаметре зрачка 8 мм, диаметр пятна на сетчатке составлял 23 мкм, что противоречит имеющимся экспериментальным данным по остроте зрения. Следовательно, большие диаметры зрачка обязательно должны учитывать градиентное изменение показателя преломления хрусталика наряду с более точным описанием формы хрусталика. Но моделирование распространения оптических лучей в средах с изменяющимся показателем преломления - достаточно сложная математическая задача, не имеющая аналитического решения.

Такие среды называются неоднородными (или градиентными). Их исследует новейшее направление оптики, возникшее несколько десятилетий назад.

Показатель преломления хрусталика имеет сложный характер, но функция распределения преломления ближе всего соответствует радиальному распределению показателя преломления.

Локально в любых оптических средах выполняется закон преломления Снелиуса, но расчет хода луча в неоднородной среде требует решения системы дифференциальных уравнений (5), которые решают на компьютере методом Рунге-Кугга. dx/dz = q; dy/dz = р;

2 2'' dq/dz = (\+q~ + р ){т -mg) (5)

X z

2 2'' dp/dz = (l+q +p )(m -m p) У 2

i » i t где z - направление оптической оси, а тх = пх1п и mv = nyln

относительные градиенты показателя преломления по соответствующим координатам.

Рассмотрим предложенный новый метод математического моделирования хода лучей в оптически неоднородных средах.

Пусть имеет место радиальное распределение показателя преломления п(у), где у - расстояние от оптической оси. Запишем уравнение Снелиуса через углы <р между лучом и оптической осью взамен классического угла отсчитываемого от нормали:

л cos(p ) = Н СОБ(р ) (6)

или п cos(cp) = const

Поскольку константой является произведение показателя преломления на косинус угла (б), то и квадрат выражения так же

2 2

константа, которую обозначим, как С = "Ocos и которая задается

граничными условиями (углом входа луча в вещество), что соответствует следующему уравнению: 2 2

п cos (<р)=С (7)

2 2

Как известно - 1/cos hp) = tg Up) + 1, a tg{<p) = dy/dz = у'

Тогда уравнение (7) сводится к решению простого дифференциального уравнения, которое можно представить в виде:

я2(у)/С-1 = (У)2

или с/г = ±

dy/dz = ±Jrr (у)!С-1 (8)

dv

п2(у)/С~ 1

= ■ (9)

п оо/с-1

Особыми точками для данного уравнения являются: точка обращения в ноль косинуса и угол полного внутреннего отражения. Поэтому данное решение справедливо на интервалах между указанными точками, а знак решения определяется физическим смыслом.

Предложенный математический метод приводит большой класс зависимостей показателей преломления к аналитическому виду решений, что особенно важно при исследовании асимптотических зависимостях хода лучей.

П = 1.42 - 0.00111991^ + 0.0008754666^1*

30 п

0 -I->-.-,-1-,

0 1 2 3 4 5

Радиус Зрачка (ив)

Рис. 4

Используя квадратичную итерацию радиальной зависимости показателя преломления хрусталика, вида:

п = 1,42 - 0,00111992 И + 0,0008754666 (10)

где Я - расстояние от оптической оси хрусталика в мм, можно существенно уменьшить аберрации глаза при больших диаметрах зрачка (См. Рис. 4). Наблюдаемое увеличение размера пятна при малых диаметрах связано с увеличением вклада дифракции.

§2.5 Оптимизация и компьютерное моделирование оптометров

Необходимость компьютерного моделирования оптической системы глаз - оптометрический прибор связана со сложностью решаемой задачи. Даже без требования проверки остроты зрения (что соответствует дифракционному пределу разрешения), для точных оптометрических измерений требуется максимально качественное изображение применяемых оптотипов и полная оптимизация оптической системы тестера зрения.

Аналитические принципы компенсации аберраций, разработанные в начале 20 века в работах Чернина, Волластона и Оствальда для очковой оптики и основанные на исправлении астигматизма для аберраций 3-го порядка за счет обращения в ноль соответствующей суммы Зайделя, мало пригодны для тестеров зрения. Это связано с тем, что для тестера зрения необходимо минимизировать аберрации как для действительных, так и для мнимых изображений в достаточно широком диапазоне измерений рефракции.

Кроме того, при моделировании прибора требуется учесть систематическую ошибку, связанную с конечным расстоянием между линзой и глазом (см. Рис. 5), которая возрастает на краях шкалы и искажает результаты измерений.

AN

0.9

0.7 0.5 0.3 0.1

-L J- -' 1— —«

1 I

С 1 I »

1 1

[ 3

1 с

с J < > -

1 » [ J

. с 3 Ч i Мэ i K-i i ?

50мм

20мм

5 мм

-10

-3

-6

+2 +4 N, D

Рис. 5

Для моделирования оптической системы прибора была разработана компьютерная программа, которая в рамках геометрической оптики рассчитывала ход лучей не только для сферической, но и для параболической оптики. Позднее расчеты данной программы сравнивались с аналогичными расчетами, полученными при помощи коммерческих, профессиональных программ и отмечено хорошее взаимное соответствие результатов.

Пример расчета аберраций линзового прибора с помощью разработанной программы представлен в таблице 1.

Далее моделирование хода лучей осуществлялось при помощи профессиональной программы Zemax. При компьютерном моделировании хроматические аберрации учитывались посредством введения весовых коэффициентов, соответствующих стандартной функции видности глаза: 1 - для 555 нм, 0,091 - для 470 нм и 0,107 -для 650 нм.

Кроме учета хроматических аберраций, необходимо оценить влияние температуры и других внешних параметров на точность

измерений и на стабильность параметров оптической системы. Выполненные оценки показали, что суммарная поправка во всем диапазоне рабочих температур 10-35 градусов Цельсия не превысила 20 мкм изменения шкалы прибора и пренебрежимо мала.

Tango F - плосковыпуклая линза из стекла К-8, толщина 3 мм,

п-1-5173, радиус кривизны сферической поверхности 32,4 мм.

N/аберрация h = 3 Х/аберрация h= 1 Х/аберрация h= 2 Х/аберрация h = 3 Х/аберрация h = 4 X min/X max h = 4

+7 /0.2622 Ш.5/0.084 111.8/0.108 113.2/0.265 114.0/0492

+6.5 105.6/0.082 105.7/0.088 106.8/0.224 108.5/0.422 108.1./108.9

+6 /0.1826 100.3/0.083 100.3/0.069 101.2/0.187 102.4/0.359 102.1/102.7

+5.5 95.5/0.0896 95.5/0.0687 96.1/0.1549 97.0/0.3036 96.7/97.3

+5/0.1151 91.2/0.1118 91.2/0.0740 91.5/0.1135 92.2/0.2400 91.9/92.5

+4.5 87.2/0.1180 87.2/0.0744 87.4/0.0864 87.9/0.1948 87.6/88.1

+4 /0.0585 83.6/0.1465 83.6/0.959 83.6/0.582 84.0/01359 83.7/84.2

+3.5 80.2/0.1487 80.2/0.1051 80.2/0.586 80.4/0.1024 80.2/80.6

+3 /0.0836 77.1/0.1690 77.1/0.1321 77.1/0.0726 77.2/0.0696 77.0/77.4

+2.5 74.3/0.2375 74.3/0.2076 74.3/0.1612 74.3/0.1002 74.1/74.5

+2/0.2136 71.6/0.2542 71.6/0.2426 71.6/0.2121 71.6/0.1746 71.5/71.8

+1.5 69.2/0.4263 69.2/0.4152 69.2/0.4054 69.2/0.3988 69.0/69.3

+1 /0.5521 66.8/0.4909 66.8/0.4980 66.8/0.5248 66.8/0.5733 66.7/67.0

+0.75/0.771

+0.5/1.2021 64.7/1.1679 64.7/1.2219 64.7/1.344 64.7/1.539 64.6/64.8

+0.25/2.493

0 62.61

-0.25/2.643

-0.5/1.3557 60.8/1.2444 60.8/1.3637 60.8/1.600 60.8/1.955 60.6/60.9

-0.75/0.922

-1 /0.7063 59.0/0.6000 59.0/0.6729 59.0/0.8142 59.0/1.024 58.9/59.1

-1.5 57.3/0.3812 57.3/0.4375 57.3/0.5451 57.3/0.7035 57.2/57.4

-2 /0.3756 55.7/0.2770 55.7/0.3242 55.7/0.4135 55.7/0.5445 55.6/55.8

-2.5 54.2/0.2252 54.2/0.2664 54.2/0.3438 54.2/0.4569 54.1/54.3

-3 /0.2599 52.8/0.2049 52.8/0.2418 52.8/0.3106 52.8/0.4109 52.7/52.8

-3.5 51.4/0.1472 51.4/0.1806 51.4/0.2428 51.4/0.3331 51.3/51.5

-4/0.1993 50.1/0.1200 50.1/0.1507 50.1/0.2075 50.1/0.2898 50.0/50.2

-4.5 48.9/0.1168 48.9/0.1452 48.9/0.1975 48.9/0.2734 48.8/49.0

-5/0.1614 47.7/0.0884 47.7/0.1147 47.7/0.1632 47.7/0.2333 47.7/47.8

-5.5 46,6/0,0837 46.6/0.1083 46.6/0.1535 46.6/0.2187 46.6/46.7

-6/0.1348 45.6/0.0996 45.6/0.1227 45.6/0.1651 45.6/0.2262 45.5/45.6

-6.5 44.6/0.0964 44.6/0.1182 44.6/0.1580 44.6/0.2153 44.5/44.6

-7 /0.1155 43.6/0.0783 43.6/0.0988 43.6/0.1362 43.6/0.1901 43.5/43.6

Таблица 1

N - цена шкалы, а X соответствующее расстояние, Ь - расстояние от оптической оси. В знаменателе указана соответствующая данному положению величина аберраций.

UftökuE NC f H^PCLYCHROMRTIC LDflsfiR V L I'iE SPREAD FUNCTION

THROUGH FOCUS SPOT OIRGRRH

TRNGO N

RMS RADIUS GEO RRDIUS SCALE BfiR

6,9 22,0 ¡00

TANGO J!

SURFRCE: IHR

Phc. 6 a) Tango N, pe(j)paKiwa +4 am p.

■ ias -S0

Phc. 6 6) Tango N, petjipaKUHH -1 ßnTp.

OBJ: 2.0000 ММ

TRñNSUERSE P-RY FRN PLOT

TANGO N

TRNGD N

MAXIMUM SCRLE: t 100.000 /¿m.

0,550 0.470 0.6Б0

SURFACE: IMRGE

Рис. 6 в) Tango N, рефракция +4 дптр.

Tango N

50 -,

I 40

и 30

о £ 20

s

ю

■по полувысоте ■максмум пятна

A А А 4 А

-1-,-1-,-1-1-,-1-1-1-1-,-(-,-,

+4+2 0-1 -3 -5 -7 -9 Шкала в дптр.

Рис. 6 г) Размер пятна изображения

На Рис. 6 а) представлен пример компьютерного моделирования основных оптических параметров прибора в точке шкалы +4 дптр. В левом верхнем квадранте представлено сечения пятна точечного изображения, а рядом справа вверху соответствующий волновой фронт. В левом нижнем квадранте рассчитаны продольные хроматические аберрации для длин волн 470, 550 и 650 нм и в нижнем правом квадранте расчетное поле интерферограммы с эталонным пучком.

На Рис. 6 б) представлена зависимость размера фокального пятна при смещении относительно плоскости изображения вдоль оптической оси и указан минимальный размер пятна 6,971 мкм.

На Рис. 6 в) представлены зависимости аберраций прибора в плоскости изображения для выбранных длин волн в точке шкалы +4 дптр.

На Рис. 6 г) представлена зависимость величины пятна изображения по полувысоте и по основанию при разных значениях шкалы прибора (соответствует разному положению тест-объекта).

Приведены примеры расчета лишь наиболее важных и типичных зависимостей в отдельных точках шкалы. Всего для каждой линзы, для разных точек шкалы было рассчитано и проанализировано более тысячи аналогичных зависимостей.

Компьютерное моделирование доказало, что дисперсия оптического стекла К-8, хотя и изменяет фокусное расстояние линзы при различном освещении тест-объекта (за счет хроматических аберраций), но слабо влияет на суммарные аберрации прибора. Единственное существенное ограничение при использовании плосковыпуклой линзы связано с предельным размером тест-объекта.

Рис.7

На следующем этапе была разработана конструкция и изготовлены пресс-формы для опытной партии тестеров зрения.

Представленная конструкция прибора серии Tango (см. Рис. 7) была выбрана среди других вариантов из соображений компактности, простоты, надежности и дешевизны. Результаты расчетов для прибора Tango N сведены в таблицу 2.

Tango N - плосковыпуклая линза из стекла К-8, толщина 3 мм,

N X d= 0 X (Zemax) d = 0 X (Zemax) d= 5 X (Zemax) d= 10

+3 111.4 110.475 109.920 109.387

+2.5 105.3 104.520 104.173 103.836

+2 99.8 99.161 98.960 98.764

+1.5 94.9 94.314 94.419 94.110

+1 90.4 89.908 89.866 89.825

+0.75 87,852 87,829 87,807

+0.5 86.4 85.886 85.876 85.867

+0.25 84,003 84,001 83,999

0 82.579 82,363

-0.25 80,469 80,466 80,465

-0.5 79.2 78.808 78.800 78.792

-0.75 77,212 77,195 77,177

-1 76.0 75.678 75.648 75.617

-1.5 73.1 72.780 72.717 72.653

-2 70.4 70.090 69.985 69.879

-2.5 67.9 67.585 67.432 67.276

-3 65.5 65.247 65.042 64.831

-3.5 63.3 63.061 62.798 62.528

-4 61.2 61.011 60.689 60.356

-4.5 59.3 59.086 58.702 58.304

-5 57.5 57.274 56.826 56.363

-5.5 55.8 55.566 55.054 54.522

-6 54.2 53.953 53.376 52.776

-6.5 52.6 52.427 51.786 51.117

-7 51.2 50.981 50.276 49.538

-7.5 49.8 49.610 48,840 48.034

-8 48.5 48.307 47.474 46.599

-8.5 47.3 47.068 46.172 45.230

-9 46.1 45.888 44.930 43.921

-9.5 44.9 44.711 43.744 42.669

-10 43.9 43.689 42.610 41.469

Таблица 2

В таблице 2 использованы прежние обозначения, но дополнительно указан расчетный зазор между глазом и линзой <1. Во 2 столбце приведены расстояния, рассчитанные собственной программой, а остальные столбцы рассчитаны программой 2етах.

Небольшие различия между 2 и 3 столбцами для одних и тех же значений шкалы связаны с различием использованных критериев для оценки качества изображения. Разница в расчетах двумя программами выглядит как систематическая ошибка и в абсолютных величинах расхождение не превышает допустимые 0,25 дптр.

Таким образом, в результате компьютерного моделирования достигнуты минимальные аберраций (10-20 мкм во всем диапазоне измерений, см. Рис. 6г), проведена оптимизация конструкции, уменьшены массо-габариты прибора и т.д.

В диссертации также представлены основные характеристики тестеров зрения серии Tango (ТУ 4431-001-06705227-00 от 20 апреля 2000г.). Краткая выдержка из утвержденных технических требований прибора представлена ниже:

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ 1.1 Требования к конструкторской документации.

1.1.1 Тестеры должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 50444-92 и требованиям настоящих технических условий ТУ 4431-001-06705227-00.

1.2 Основные технические характеристики.

1.2.1 Диапазон измерения рефракции:

- тестер зрения Tango F, диоптрии...........................-7 -г +7

- тестер зрения Tango N, диоптрии........................-10 -4- +3

1.2.2 Предел допускаемого значения основной абсолютной погрешности при измерении рефракции, диоптрии............................................... ± 0.25

1.2.3 Рабочие условия эксплуатации:

- температура, °С........................................+10+ +35

- относительная влажность, %...............................30 + 80

1.2.4 Габаритные размеры, мм.............................. 21 х 19 х 155

Масса, г.......................................................................не более 40

В результате комплекса мер создан простой и компактный оптометрический прибор (тестер зрения). Проведенные в РОСТЕСТ-МОСКВА и другие независимые испытания подтвердили инструментальную точность тестера зрения лучше 0,25 диоптрии во всем диапазоне измерений (14 дптр.). Прибор соответствует всем предъявляемым к массовой продукции требованиям.

Тестер зрения защищен патентами России (А.И. Миланич «Рефрактометр (Тестер Мштанича)» № 2137414 от 20.09.1999 и № 2202937 от 27.04.2003) и прошел клинические испытания.

В диссертации проанализирован ряд технологических проблем и методы их решения, в частности усовершенствована технология изготовления тест-объектов, и т.д.

Кроме измерений рефракции и аккомодации, тестер зрения позволяет улучшать зрение в некоторых пределах, осуществляя «тренировку» зрения за счет создания дозированных нагрузок на мышцы глаза. Инструментальная тренировка зрения и соответствующие «тренажеры зрения» - это совсем новая и еще мало изученная, но весьма перспективная область офтальмологии и оптометрии. Имитируя различный ход лучей можно заставить работать или расслабляться мышцы глаза, а варьируя длительность нагрузки можно изменять в определенных пределах параметры рефракции и объема аккомодации и так адаптировать глаз и зрение к новым условиям. Выполнены предварительные эксперименты.

Таким образом, в результате компьютерного моделирования проведена полная оптимизация прибора, уменьшено влияние фактора расстояния между глазом и линзой при измерении рефракции и аккомодации, что дополнительно повысило точность измерений прибора (тестера зрения) и т.д.

Глава 3 Экспериментальное исследование индивидуального оптометра - посвящена вопросам практического применения тестера зрения и разработки соответствующих методик и тестов.

§3.1 Исследование метода компенсационного измерения астигматизма

Несмотря на кажущуюся внешнюю простоту, тестер зрения - это многофункциональный, оптометрический прибор, позволяющий измерять базовые параметры зрения с высокой инструментальной точностью.

Конечно, измерение таких параметров, как астигматизм или острота зрения, в индивидуальной оптометрии намного сложнее и требует помощи или совета специалиста. Поэтому в силу указанных особенностей некоторые из «расширенных» возможностей разработанных приборов были реализованы, как дополнительные функции, в виде отдельных узлов и насадок, что прежде всего относится к измерению астигматизма.

Астигматизм - один из наиболее сложных для оптометриста параметров, поскольку при наличии астигматизма измерения основных параметров зрения как минимум затруднены и неточны.

Измерению астигматизма сопутствует ряд побочных, неприятных эффектов. Например, измерение рефракции астигматического глаза в обычном понимании теряет смысл, поскольку за рефракцию астигматического глаза принимают среднюю арифметическую рефракцию двух главных меридианов. Ее называют сферическим эквивалентом данного глаза. Разность рефракций двух главных меридианов, называют астигматической разностью или степенью астигматизма глаза.

Сегодня существует много способов качественного определения и количественного измерения астигматизма. Например, рассматривая соответствующие «астигматические фигуры» (или «лучистые фигуры») в виде радиальных лучей, можно довольно просто самостоятельно определить главные меридианы астигматического глаза. Но это принципиально субъективный и качественный тест, поскольку только пациент знает его результат.

За основу метода измерений астигматизма индивидуальными оптиметрами выбран метод компенсации астигматизма набором цилиндрических линз, поскольку астигматизм успешно компенсируется цилиндрическими линзами, причем как положительными, так и отрицательными (компенсаторный метод).

Чтобы измерить астигматизм, необходимо и достаточно: поместить цилиндрическую линзу непосредственно перед астигматическим глазом, подобрать оптическую силу цилиндрической линзы, точно компенсирующую астигматическую разность, соответствующим образом сориентировать цилиндрическую линзу для компенсации астигматизма и определить направление ее оси, что соответствует направлению одного из главных меридианов глаза. Отметим, что хотя оси положительной и отрицательной цилиндрической линзы совмещают с различными главными меридианами астигматического глаза, обе цилиндрические линзы должны иметь одинаковую по величине рефракцию, точно равную астигматической разности.

Если оптическая сила цилиндрической линзы не соответствует астигматической разности глаза, то измерения будут затруднены, а результат сомнителен.

Требования к точности угловой ориентации следующие: +5 градусов при астигматической разности менее 0,5 диоптрии, +3 градуса при астигматической разности от 0,5 до 3 дптр. и +2 градуса свыше 3 диоптрий.

Как и при измерении остроты зрения, при проверке астигматизма в соответствии со стандартом необходимо обеспечить требуемый уровень освещенности теста 700 или 1000 лк.

При производстве цилиндрических линз оказалось более технологичным изготовить положительные линзы из стекла (вес цилиндрической линзы при измерениях не имеет значения). Для экспериментов использовали два комплекта положительных цилиндрических линз из стекла К-8 с шагом по рефракции 0,5 дптр. в диапазоне от +0,5 до +3 дптр. Предельная оптическая сила +3 дптр. выбрана равной оптической силе стандартных астигмометров. Каждая из цилиндрических линз закреплялась в оправу из черненого дюраля, на которую гравировкой наносилась шкала ТАБО. Испытания подтвердили работоспособность такого простого приспособления в полном соответствии с теорией компенсации астигматизма цилиндрическими линзами.

При изготовлении цилиндрических линз из пластика, оказалось технологически более предпочтительным использовать отрицательные линзы. В случае отрицательной, цилиндрической линзы ось линзы совмещают с главным меридианом глаза с большей рефракцией. Тогда происходит полная компенсация астигматизма.

Использование минусовых цилиндрических линз целесообразнее аналогичных плюсовых не только потому, что врач выписывает именно отрицательные «цилиндры». Помимо этого, измеренное тестером зрения значение рефракции с отрицательными цилиндрическими линзами меньше, чем с положительными линзами, а значит меньше вероятность при измерениях оказаться на краю шкалы прибора, что дополнительно повышает точность измерений.

В результате проделанной работы разработана техническая документация на комплекты сменных, цилиндрических линз из оптического пластика ЛСО-М с показателем преломления 1,49.

Комплекты цилиндрических линз можно использовать отдельно от тестера зрения с любой таблицей для измерения астигматической разности и определения главных меридианов, поскольку комплект линз можно модифицировать в самостоятельное, автономное устройство для выявления астигматизма. Кроме того, комплекты цилиндрических линз легко адаптировать для работы с другими оптометрическими приборами.

В предварительных экспериментах получена точность измерения рефракции астигматического глаза 0,5 дптр. (шаг по рефракции цилиндрических линз), что ниже точности тестера зрения при

точности определения углов 5 градусов. Это приемлемая точность при экспресс- измерениях астигматизма.

На примере измерения астигматизма доказана возможность раздельного измерения основных оптометрических параметров зрения одним прибором без корреляционного влияния измеряемых параметров друг на друга.

Кроме астигматизма, на схожих принципах «дополнительности» реализована опция тренировки зрения и ряд других оптометрических тестов.

§3.2. Разработка численных методов контроля цветовосприятия и

требования к оптотипамдля индивидуальных оптометров

Анализ практического применения тестера зрения показал, что большинство существующих методик и стандартных тестов плохо соответствуют требованиям индивидуальной оптометрии, поскольку малая площадь тест-объекта накладывает существенные ограничения на тип изображения.

Поэтому помимо разработки новых приборов и соответствующих методик решалась задача разработки новых оптотипов для приборов класса индивидуальной оптометрии и для некоторых других областей оптометрии (например, компьютерные тесты зрения), где использование обычных таблиц или тестов на основе кольца Ландольта затруднено либо невозможно.

Размеры фигур для контроля остроты зрения, в том числе и в таблицах Головина-Сивцева, строго регламентированы. Так, кольцо Ландольта всегда имеет толщину, ширину и разрыв равные 1/5 диаметра. Данному соотношению 1/5 должны соответствовать минимальная ширина деталей буквы и зазора по отношению к стороне квадрата, в который вписан знак или буква.

Согласно существующим международным стандартам ISO 8597 и 8596, при определении остроты зрения рекомендовано использовать кольцо Ландольта с разрывом. На практике для определения остроты зрения чаще используют знаки в виде букв, цифры или специальные фигуры, как одиночные, так и объединенные в таблицу.

При разработке содержания теста на определение остроты зрения для тестеров зрения возникли специфические, дополнительные ограничения. Например, при микро печати на принтере маленькие окружности и кольца имеют низкое качество по сравнению с линиями и прямоугольниками или фигурами из них составленных. Поэтому от кольца Ландольта (как эталонного знака) пришлось

отказаться. В результате был разработан тест (оптотип) на котором пациент должен различить «излом» линии на стороне квадрата и ориентацию крючка Снеллена («буквы» Е или Ш), а врач, контролируя правильность ответов, может оценить остроту его зрения.

В качестве базовой фигуры для проверки остроты зрения в индивидуальных оптиметрах были выбраны «квадрат» и «крест», как фигуры, лучше удовлетворяющие перечисленным выше критериям и занимающие мало места на тест-объекте. У «квадрата» было изменено соотношение 1/5 (на примерно 1/10), но отношение 1/5 сохранено для «креста» (см. Рис.8 и Рис. 9).

2 |1| 2

I_2 I J__■

E-ri+Tr-T

кресты Рис. 8

I1! 10 1 ■_

■■■■■■I - 1.0 ^

I_11 ^ IЕ ш

111

а) в) с)

квадраты

Рис.9

На Рис. 8, 9 представлены не все возможные сочетания, в частности пропущен симметричный крест.

Для «креста» возможна различная пространственная ориентация, которую описывают словами: вверху, внизу, равно, смещен и т.д. Хотя данное описание сложнее, чем для обычных «крючков», но

принцип ломаной линии позволяет точнее измерить остроту зрения, так как оптотип не сводится к стандартной букве Е.

Принцип ломаной линии использован и при построении «квадрата».

Таким образом, отказавшись от кольца Ландольта, можно оценивать остроту зрения пациента в соответствии с остальными требованиями стандартов ISO 8596, ISO 8597. Излом стороны квадрата и размещение крючка Снеллена в центральной части квадрата, служат дополнительным контролем правдивости ответов пациента.

Еще больше проблем возникает при попытке контролировать цветное зрение и совместить тест с компактностью индивидуального оптиметра. Стандартные тесты цветного зрения по полихромным таблицам Рабкина (когда пациент в цветной мозаике из пятен различает ту или иную цифру или фигуру) из-за небольших размеров теста оказались непригодны в индивидуальной оптометрии. Поэтому потребовалось разработать новые методы контроля цветовосприятия.

Единственным, приемлемым решением для контроля цветовосприятия в приборах индивидуальной оптометрии является предложенный метод сравнения близких цветов и контроль правильности ответов пациента. Сформированная на основе компьютерного стандарта RGB цветовая гамма, где оттенки красного (R) , зеленого (G) и голубого (В) соответствуют значениям от 0 до 255 - является основой теста по цветовосприятию. Предложенные идеи реализованы в виде компактных тестов, представляющих графические таблицы, где цвет каждой из ячеек соответствует определенному цвету RGB, а пациент должен определить одинаковые цвета. Цвета в ячейках изменяются от «чистого» цвета (0,0,255) -голубой, (0,255,0) - зеленый и (255,0,0) - красный, до черного (0,0,0) или белого (255,255,255), как это происходит на экране любого цветного монитора.

Метод сравнения цвета полей позволяет легко изменять основные параметры: вид таблицы, «главный цвет» и «шаг» по цвету. Стандартная RGB градация цветов современного компьютера дает в итоге 16777216 возможных оттенков (более 16 миллионов), что превышает примерно 6-10 миллионов оттенков доступных человеческому глазу. Таким образом, готовые компьютерные технологии позволили реализовать проверку цветного зрения человека, причем впервые в численном виде.

Большинство предложенных тестов и оптотипов можно тиражировать на пленке, наклеить на любую ступенчатую основу,

реализовать их программы и т.д.

в виде специализированной компьютерной

§3.3 Разработка метода калибровки оптометров и результаты

поверки

Значительные усилия были направлены на точную калибровку и поверку приборов, поскольку не надо объяснять, что ошибка в калибровке негативным образом сказывается на точности любых измерений. Разработка методики поверки не простой вопрос, поскольку тестер зрения относился к приборам нового класса и ранее не выпускался в России.

При проверке инструментальной точности фактически проверяется правильность рассчитанной на компьютере шкалы, обоснованность метода настройки прибора и всех предложенных принципов конструирования и оптимизации приборов. Для выполнения поверки приборов предложена соответствующая методика и совместно с автором диссертации разработано и изготовлено специальное, поверочное оборудование для РОСТЕСТ-МОСКВА (обозначено как ППТ-1 в описании испытаний), см. Рис. 10

гатх-1

Лишние а Камера Осветитель

Лицевая ^

панель

У

140

~7

ИМ

IV

I

088

Экран Лито а

Тестер

Рис. 10

Целью комплекса испытаний в РОСТЕСТ-МОСКВА была не только проверка инструментальной точности измерений рефракции тестером зрения во всем диапазоне измерений, но и проведение климатических и других испытаний по регламентам промышленного оборудования.

Принцип поверки инструментальной точности состоит в проецировании изображения тест-объекта на экран и в

экспериментальной проверке соответствия шкалы прибора расчетному расстоянию до экрана.

Конструкция тестера зрения успешно выдержала все испытания (в том числе климатические и д.р.), поэтому в заключении РОСТЕСТ-МОСКВА сказано: «утвердить тип тестеров зрения Tango N, Tango F и внести их в Государственный реестр средств измерений». Так же в Акте Испытаний от 10.10.2000г. отмечено, что «предел абсолютной погрешности измерений оптической силы составляет +0,05 диоптрии». Таким образом, в результате комплекса мер достигнута высокая инструментальная точность измерений рефракции и объема аккомодации соответствующая точности профессионального, оптометрического оборудования.

Пример одного из протоколов натурных испытаний прибора серии Tango F представлен ниже.

Проводимые впоследствии другие независимые испытания подтвердили заявленную инструментальную точность прибора.

Протокол испытаний тестера зрения Tango F 19.05.2000

JOB типа OPTIC зав.номер 4

Изготовитель: HITON Владелец: HITON

Поверитель : Чупраков Доверительная вероятность: .95

Наблюд.¡Перев.|Среди.¡Эталон|Пог.эт| НСП |Гр.НСП| СКО Irp.CKOI Погр.| De | Т I | ! Абс. | Абс. | Абс. | Абс. | Абс. | Абс. |

Функция преобразования: Т = De.

Измерение N 1 Комментарий: Tango+7

Число наблюдений ; : 5

б. .89 6.89 7.002 7 0 0.00 0.00 0.07 0.190 0.190

6, . 99 6. 99 Коэффициент Стьюдента = 2.776

7. .24 7 .24

6, . 85 6.85

7 , .04 7.04

Измерение N 2 Комментарий: Tango+6

Число наблюдений : 5

6, .06 6.06 5. 922 6 0 0.08 0.09 0.04 0.113 0.135

5 .95 5.95 СКОсумм = 0.06 Коэффициент = 2.23

5, .84 5.84

5, .84 5.84

5, . 92 5.92

Измерение N 3 Комментарий: Tango+5

Число наблюдений : 5

4, . 95 4.95 4.902 5 0 0.10 0.108 0.02 0.06 0.124

4 , . 95 4.95 СКОсумм = 0.06 Коэффициент = 2.03

4, .88 4.88

4. . 9 4.9

4. .83 4.83

Измерение N 4 Число наблюдений : 5

Комментарий: Tango+4

3. ,95 3. ,95

3. .92 3. . 92

3. .97 3. .97

4. .03 4. ,03

3, .98, 3. ,98

3.97 4 О 0.03 0.03 0.02 0.050 0.06

СКОсумм = 0.025 Коэффициент = 2.27

Измерение N 5 Комментарий: Tango+3 Число наблюдений : 5

3.01 3.01 3.008 3 0 0.01 0.01 0.01 0.03 0.03

3.02 3.02 Коэффициент Стьюдента = 2.776 3.01 3.01

3.03 3.03 2.97 2.97

Измерение N 6 Комментарий: Tango+2 Число наблюдений : 5 1.97 1.97 1.968 2 0 0.03 0.04 0.00 0.01 0.04

1.96 1.96 Коэффициент Стьюдента = 2.776

1.96 1.96

1.97 1.97

1.98 1.98

Измерение N 7 Комментарий: Tango 0 Число наблюдений : 5

3.95 3.95 3.936 4 0 0.06 0.07 0.02 0.05 0.09 3.98 3.98 СКОсумм = 0.04 Коэффициент = 2.09 3.92 3.92

3.87 3.87

3.96 3.96

Измерение N 8 Число наблюдений : 5

2.96 2.96 2.97 3

2.97 2.97 2.96 2.96 3 3 2.96 2.96

Комментарий: Tango-1

0 0.03 0.03

СКОсумм = 0.02

0.01 0.02 0.04 Коэффициент = 2.05

Измерение N 9 Комментарий: Tango-2 Число наблюдений : 5 2 2 1.986 2 0 0.01 0.02 0.01 0.01 0.02

1.98 1.98 СКОсумм = 0.01 Коэффициент = 2.14

1.99 1.99 1.99 1.99 1.97 1.97

Измерение N 10 Число наблюдений : 5 4.88 4.88 4.912 5 4.95 4.95 5 5

4.9 4.9 4.83 4.83

Комментарий: Tango-3

0 0.088 0.10 СКОсумм = 0.06

0.03 0.08 0.124 Коэффициент = 2.11

Измерение N 11 Комментарий: Tango-4 Число наблюдений : 5 3.95 3.95 3.97 4 0 0.03 0.03 0.01 0.04 0.05

4.02 4.02 СКОсумм = 0.02 Коэффициент = 2.19

3.97 3.97

3.97 3.97

3.94 3.94

Измерение N 12 Комментарий: Тапдо-6

Число наблюдений : 5

2.01 2.01 1.994 2 0 0.01 0.01 0.01 0.03 0.03

1.93 1.98 Коэффициент Стьюдента = 2.77 6

1.99 1.99

1.97 1.97

2.02 2.02

В результате проделанной работы была поставлена и успешно решена практически задача создания компактного оптометрического прибора для мониторинга параметров зрения. Кроме того, разработаны, обоснованы и экспериментально проверены принципы конструирования приборов класса индивидуальной оптометрии.

Четвертая Глава, Практическое внедрение - посвящена инженерно-техническим аспектам решаемой задачи разработки различных модификаций тестеров зрения и анализу существующих технологических проблем. Кроме того, проведен детальный, сравнительный анализ различных модификаций оптометров, определены перспективные направления развития и области применения приборов данного класса.

§4.1 Разработка оитометра «Гном», модификации схем приборов

Разнообразие предложенных в патенте №2202937 от 27.04.2003 модификаций прибора, обусловлено разнообразием существующих в индивидуальной оптометрии задач. Как наиболее перспективная рассматривается схема прибора, вовсе лишенная подвижных частей. В таком приборе, следует использовать формулу (11) для расчета шкалы клинической рефракции, которая аналогична приведенной ранее формуле (10).

Х = п*К/(п-1-]1*]Я) (11)

Здесь X расстояние до тест-объекта в стекле измеренное от вершины линзы с радиусом Я и показателем преломления п, N - численное значение диоптрий шкалы прибора с учетом знака.

Формула (11) предполагает «тонкую линзу» и небольшое расстояние между глазом и линзой, что соответствует малым углам и небольшой апертуре.

Были изготовлены первые образцы тестера-тренажера СЫОМе (ТУ 4431-003-06705227-08) из стекла размером 8x8x70 мм для самоконтроля рефракции и аккомодации, где шкала совмещена с

тестом и наносится лазером внутри стекла. Предварительные эксперименты по созданию протяженных тест-объектов в стекле К-8 показали, что необходима оптимизация параметров лазерного излучения и совершенствование технологии лазерного пробоя для устранения сколов заготовки. Сегодня основные технологические трудности успешно преодолены (см. Рис. 11).

Из-за компактности и простоты изготовления целиком стеклянного прибора, а также благодаря исключительно высоким эксплутационным характеристикам по отношению к вибрации, к влиянию климатических изменений и т.п., данный прибор выглядит весьма перспективным. Кроме того, в приборе из стекла автоматически присутствует функция тренировки зрения, что является важным преимуществом данного прибора.

Другие предложенные в патентах схемы приборов технически осуществимы и реализованы на разработанных единых принципах конструирования и оптимизации. Большинство исследованных

Рис. 11 Тестеры зрения серии ОМОМ с

моделей и прототипов легко модифицируются, в том числе и в «электронный» вариант прибора (см. Рис. 12).

Результаты испытаний электронной схемы тестера зрения выявили не только высокие эксплуатационные характеристики, но и определенные технологические проблемы, которые ждут своего решения.

В данном разделе проведен сравнительный анализ различных кинематических схем тестеров зрения, рассмотрены варианты возможных цифровых приборов, выбраны и уточнены принципы оцифровки расстояний и др. Выполнены предварительные работы по полномасштабному 3-Д макетированию ряда перспективных моделей приборов.

В патентах для кинематических схем с подвижными элементами заявлен метод контроля межзрачкового расстояния, но конструктивно предложенный метод пока не реализован в разрабатываемых приборах из-за отсутствия спроса на данную опцию.

В результате анализа представленных в разделе 3.1 ряда кинематических схем сделан вывод, что оптические схемы приборов позволяют на единой основе и общих принципах реализовать разные модификации оптиметров. Но именно удачный выбор кинематики предопределяет простоту, удобство, стоимость и надежность прибора.

Рис. 12 Прототип электронного тестера зрения

§4.2 Применение приборов индивидуальной оптометрии для

диагностики

Поскольку тестер зрения можно сравнить с термометром для глаз, то, как и термометр, тестер зрения не лечит, а лишь предупреждает об опасности и «советует», когда следует обратиться к врачу.

На практике сформировались следующие основные области применения приборов индивидуальной оптометрии:

1. Прежде всего, тестер зрения широко используют школьники и студенты.

2. Тестеры зрения опробованы для контроля зрения у водителей легкового и грузового транспорта.

3. Самое большое число приборов приобретено врачами, причем самых различных профилей и специализаций.

4. Также тестер зрения приобретали магазины по продаже очков и оптических приборов.

5. Функция тренировки зрения имеет большой спрос и в этом направлении получены предварительные результаты.

Это далеко не полный перечень, поскольку проводились пробные продажи, а массовое применение приборов может внести в данный перечень существенные коррективы.

§4.3 Сравнительные характеристики оптоометров «Tango» и

«Focometer»

В этом разделе проведено сравнение технических характеристик тестера зрения с аналогичными характеристиками других приборов.

Сравнение параметров тестера зрения серии «Tango» и Фокометра выполнено на основе сравнительного анализа литературы и патентов. Выявлены существенные преимущества тестера зрения перед Фокометром по ряду важнейших параметров, например:

1. Для обеспечения линейности шкалы Фокометр (Focometer) использует более сложную оптическую систему.

2. Размещение призмы Пехана на оптической оси Фокометра привносит дополнительные аберрации и снижает точность измерения рефракции.

3. Вероятно, у Фокометра существуют трудности при калибровке прибора, поэтому точность измерений тестера зрения ВЫШЕ.

4. По ряду методик отмечено как сходство, так и различие между Фокометром и Тестером зрения даже при решении схожих задач, например, при измерении астигматизма. Методики Фокометра

накладывают ряд существенных ограничений на расстояние до таблицы, которых нет у Тестера Зрения.

5. Тестер зрения имеет некоторые дополнительные функции, которые не заявлены в Американском патенте и отсутствуют в конструкции Фокометра. При этом все функции, доступные Фокометру, доступны и для Тестера зрения.

6. Тестер зрения легче модифицировать под новые задачи.

7. Диапазон измерений у Тестера зрения 14 дптр., вместо 9 дптр. для Фокометра, что является дополнительным преимуществом Тестера зрения.

8. Фокометр более дорогой прибор (495 долларов) по сравнению с Тестером (1200 р.).

9. Вес Фокометра около 1 кГ, против 40 Грамм у Тестера зрения.

Ряд сделанных выше выводов нашел подтверждение у независимых оптометристов, непосредственно использовавших Фокометр в Индии и проверивших при помощи Фокометра 188 глаз пациентов.

Кроме Фокометра, проанализирован продукт компании Edmund Scientific - Vision Tester CR3 8-624 из каталога 2000г, который из-за невысокой точности, вероятно, уже снят с производства.

Сравнительный анализ оптиметров показал, что тестер зрения превосходит известные аналоги по основным техническим параметрам (точность, вес, простота и т.д.). При небольшом весе, компактности и простоте эксплуатации точность измерений тестера зрения соответствует точности профессионального оборудования.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ представлены основные результаты:

1. В результате проделанной работы разработаны и обоснованы принципы конструирования и на их основе реализован простой, компактный и надежный прибор индивидуальной оптометрии (тестер зрения) пригодный как для врачебного мониторинга, так и для и самоконтроля основных параметров зрения (рефракции, объема аккомодации, остроты зрения, астигматизма и т.д.).

2. Предложена модель работы глаза, которая дополняет модель аккомодации Гельмгольца и позволяет точнее рассчитывать ход лучей в частности в неоднородных оптических средах.

3. Предложен новый принцип и новая конструкция тест-объекта пригодная для ряда других оптометрических приборов, которая значительно повышает точность измерений и существенно снижает вклад в измерения «аккомодационной ошибки».

4. Выполнены исследования по оптимизации основных параметров прибора, что обеспечило высокую, официально подтвержденную (*прибор внесен в госреестр средств измерений) инструментальную точность измерений лучше 0,25дптр. во всем диапазоне измерений.

5. Разработаны новые методики измерений и новые тесты, которые адаптированы к специфическим условиям индивидуальной оптометрии.

6. Разработана и успешно применена на практике новая система калибровки тестера зрения пригодная для поверки других приборов данного класса.

7. Проработана эскизная документация на различные варианты и модификации тестера зрения, а также на ряд дополнительных устройств расширяющих функциональные возможности прибора.

8. Подтвержден международный приоритет на изобретение, как посредством оформления заявки по форме РСТ и Американского патента, так и путем участия в международных выставках (тестер зрения удостоен золотой медали на выставке в Париже в 2000 году), что юридически гарантирует беспрепятственную продажу тестера зрения на любых внешних рынках.

9. Оформлены основные сертификаты и получены необходимые документы, дающие право начать серийное производство двух моделей тестеров зрения серии Tango (*приборы Tango N и F имеют соответствующие ТУ, методику поверки, Акт испытаний и т.д.)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ: i Миланич А.И. патент РФ «Рефрактометр (Тестер Миланича)» №2137414 от 20.09.1999

il Миланич А.И. патент РФ «Рефрактометр (Тестер Миланича)» №2202937 от 27.04.2003

iii Миланич А.И международная заявка W01999RU0000356U от 04.05.2000 на REFRACTOMETER (MILANICH'S TESTER)

iv Alexander I. Milanich Заявка на Американский Патент, REFRACTOMETER (MILANICH'S TESTER) Application Number 10/123,286 Date 17.04.2002

v Диплом выставки изобретений 2000 года в Париже о присуждении Тестеру Зрения золотой медали (Concours Lepine, Salon International de L'Invention de Paris 2000).

vi Миланич А.И. Новинка на оптическом рынке России //Независимый оптический журнал «Веко». - 2001. - №6 (50), сентябрь. - с. 58

vii Миланич А.И. Индивидуальные оптиметры и их сравнение //Биомеханика Глаза 2007, сборник трудов межрегиональной конференции с иностранным участием. - 2007. - с. 241

viii Участие в конкурсе изобретений в США в 2004 году «Search For Invention 2004».

ix Участие в телевизионном конкурсе изобретений «Идеи для России» в 2007-2008 годах.

x Миланич А.И. Технические характеристики индивидуального оптиметра из стекла //Биомедицинская радиоэлектроника. - 2008. -№8-9. - с. 86-88

xi Миланич А.И., Цыганов Д.И. История оптометрии //Биомедицинская радиоэлектроника. - 2008. - № 11. - с. 71-76

xii Миланич А.И. Новые оптотипы для проверки остроты зрения //Измерительная Техника. - 2008. - №8. - с. 37-39

xiii Миланич А.И. Количественный контроль аномалий цветовосприятия методом сравнения цвета полей //Метрология. -2008. -№ 11.-с. 31-36

xiv Миланич А.И., Цыганов Д.И. Технические характеристики индивидуальных оптиметров //Биомедицинская радиоэлектроника. -2008.-№12.-с. 63-68

XV Миланич А.И., Цыганов Д.И. Измерения в оптометрии и контроль остроты зрения по таблицам Головина-Сивцева //Труды 51-научной конференции Московского физико-технического института, г. Долгопрудный Моск. обл. -2008. - часть 2. - с. 97-100

xvi Миланич А.И. Особенности измерения астигматизма в индивидуальной оптометрии при помощи набора цилиндрических линз //Труды 51-научной конференции Московского физико-технического института, г. Долгопрудный Моск. обл. - 2008. - часть 2. - с. 93-96

xvii Миланич А.И Особенности тестов индивидуальной оптометрии //Тезисы доклада на Первой международной научно-практической офтальмологической конференции Функциональные Методы Диагностики и Лечения Рефракционных Нарушений, Москва 14-15 февр. 2008. - с. 37

xviii Миланич А.И. О точности измерения клинической рефракции //Тезисы доклада на Первой международной научно-практической офтальмологической конференции Функциональные Методы Диагностики и Лечения Рефракционных Нарушений, Москва 14-15 февр. 2008. - с. 38

xix Миланич А.И. Влияние компьютера на зрение и обзор некоторых индивидуальных оптометрических приборов //Успехи теоретической и клинической медицины. - 2008. - т.2 вып. 7.-е. 113-116

xx Миланич А.И. Теоретический предел точности измерения клинической рефракции //Измерительная Техника. - 2008. -№3. - с. 51 -53

xxi Milanich A.I. The Theoretical Limit to the Accuracy of Clinical Refraction Measurement //Measurement Techniques. - 2008. - Vol. 51, No. 3,-p. 317-319

xxii Milanich A.I. New Optotypes for Checking Visual Acuity //Measurement Techniques. - 2008. -Vol. 51, No. 8. - p. 865-867

xxiii Гудков А.Г., Леушин В.Ю., Миланич А.И. Новые приборы для измерения рефракции глаз и функционального лечения в офтальмологии //Медико-фармацевтический вестник Татарстана. -2008.-№45 (371).-с. 20

xxiv Миланич А.И., Ночевкин В.А. Уточненная модель человеческого глаза //доклад на 5 Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Москва 16-20 марта 2009. - часть 1. - с. 101-102

xxv Миланич А.И. Фовеа и механизм быстрой аккомодации //тезисы доклада на 2-ой международной научно-практической офтальмологической конференции «Функциональные методы диагностики и лечения рефракционных нарушений», Москва 26 марта 2009. - с. 32

ВЫВОДЫ

- В результате проделанной работы заложены принципы построения и основы конструирования приборов индивидуальной оптометрии, а также решена проблема создания индивидуального оптометрического прибора, имеющая важное научно-практическое и народнохозяйственное, социальное значение.

- На основании патентов России реализован прибор нового для оптометрии класса «индивидуальных» (домашних) оптометров, позволяющий с помощью специалиста или самостоятельно измерять рефракцию, объем аккомодации, астигматизм, остроту зрения и цветовосприятие, проводить широкий мониторинг параметров зрения населения и т.д.

- Заложенные в конструкции прибора принципы, позволяют инструментально реализовать функцию тренировки зрения, что является новым, перспективным направлением современной оптометрии.

- При габаритах 155x21x19 мм и весе менее 40 грамм инструментальная точность прибора лучше ±0,25 дптр. соответствует точности профессионального оптометрического оборудования, что официально подтверждено актами государственных испытаний.

- Высокая точность прибора явилась следствием использования новых идей и принципов, всего комплекса мер по оптимизации оптической и кинематической схемы прибора, а также результатом применения разработанного принципиально нового типа тест-объекта сочетающего компактность, технологичность и экономичность.

- По своим техническим характеристикам прибор не уступает, а по основным параметрам и превосходит известные зарубежные аналоги.

Разработаны и успешно реализованы новые принципы и методики измерения основных параметров зрения, при которых измеряемым параметрам зрения (рефракции и аккомодации) однозначно сопоставлены определенные, субъективные последовательности «изображений».

В результате анализа и оптимизации конструкции тестера зрения удалось достичь высоких потребительских свойств прибора, а также успешно выполнить весь комплекс организационно правовых мер предшествующих массовому производству оптического прибора.

Подписано в печать 6 октября 2009 г.

Формат 60x90/16

Объём 3,25 пл.

Тираж 100 экз.

Заказ № 201009250

Оттиражировано на ризографе в ООО «УниверПринт» ИНН/КПП 7728572912\772801001

Адрес: 119333, г. Москва, Университетский проспект, д. 6, кор. 3. Тел. 740-76-47, 989-15-83. Ьнр:/Л№\у.итуегр rint.ru

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ и ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

§1.1 Глаз как оптический инструмент.

§1.2 Нарушения рефракции и аккомодации.

§1.3 Основные методы коррекции рефракции.

§1.4 Принципы измерения рефракции и аккомодации.

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (создание модели)

§2.1 Теоретические основы работы тестера зрения.

§2.2 Влияние аккомодации на точность измерения рефракции.

§2.3 Уменьшения аккомодационной ошибки методом «ступеньки».

§2.4 Разработка метода расчета хода лучей в градиентных средах.

§2.5 Оптимизация и компьютерное моделирование оптометров.

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОПТОМЕТРА

§3.1 Исследование метода компенсационного измерения астигматизма

§3.2 Разработка численных методов контроля цветовосприятия и требования к оптотипам для индивидуальных оптометров.

§3.3 Разработка метода калибровки оптометров и результаты поверки.

ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ВНЕДРЕНИЕ

§4.1 Разработка оптометра «Гном», модификации схем приборов.

§ 4.2 Применение приборов индивидуальной оптометрии для диагностики

§ 4.3 Сравнительные характеристики оптометров «Tango» и «Focometer»

Согласно статистическим данным, сегодня примерно у 2 миллиардов из 6 миллиардов населения Земли проживающих в развитых странах мира (за исключением беднейших стран Африки, где такая статистика отсутствует) существуют определенные проблемы со зрением. Чем более развита страна экономически, тем у большей части населения присутствует нарушение зрения. Хотя на национальной статистике сказывается некоторая «генетическая специфика» страны, но в развитых странах общий процент людей которым необходима помощь оптометриста обычно превышает 25%. Подчеркнем, именно превышает, так как в ряде стран ситуация оказывается существенно хуже: «По официальной статистике в 1995 году в США близорукие люди составляли 24%, а в Японии - 70% » [1, с. 4]. Ниже приведена более детальная статистика США за 2004 [41] (320 мил. населения):

Вид нарушения зрения Число пациентов

Очки или Линзы 100 млн. (70 млн. миопия)

Риск ослепнуть 80 млн.

Число визитов за год 33,7 млн.

Болезни не корректируемые очками 11,4 млн.

Увеличение пациентов за год 6,4 млн.

Дальтоников 2,8 млн.

Катаракта 5,5 млн.

Косоглазие 7,5 млн.

Риск развития глаукомы 60 млн.

Угроза диабетической ретинапатии 16 млн.

Полностью слепых 1,1 млн. (в мире 42 млн.)

В чем же причина столь удручающего состояния зрения населения? Ответ почти очевиден: несомненно, последние годы это эра компьютеров и неудивительно, что у многих пользователей компьютеров в процессе работы возник ряд жалоб на здоровье. Все жалобы объединил единый термин -«компьютерный зрительный синдром» КЗС (или CVS в английской абривиатуре) [13]. Жалобы носят разнообразный характер, но наибольшее число жалоб касается зрения (хотя некоторые медики утверждают, что влияние компьютера на ухудшение зрения не доказано).

Но в чем конкретно заключается вредное воздействие монитора на здоровье и зрение? И каковы механизмы такого воздействия? Не рассматривая неправильную осанку, малоподвижный образ жизни и прочее, рассмотрим только вредное воздействие компьютера на зрение. Кратко на поставленный вопрос можно ответить следующим образом: «В процессе эволюции зрение человека не было приспособлено для длительного рассматривания предметов на небольшом расстоянии от глаз, поэтому зрение большинства людей пока не успело адаптироваться к изменившимся условиям». В процессе эволюции зрение человека часто «перепрыгивало» с предмета на предмет, которые располагались на различном расстоянии и взгляд никогда не фиксировался надолго на близких предметах. Другими словами: «Физиология человека не рассчитана на то, чтобы проводить по восемь часов в день, уставившись в экран монитора».

Кроме того, сами компьютерные «предметы» другие. Экран монитора светится сам (мерцает на частоте 50-100 Гц), в то время как любые реальные предметы освещаются внешним (постоянным) источником, изображение монитора всегда находится под стеклом и поэтому, исходя из законов оптики, не может быть таким же четким как предмет в реальном мире или точка на бумаге и т.д. Но главная причина ухудшения зрения населения кроется в долговременной фиксация зрения на близких расстояниях и адаптации глаза к этим новым условиям, что сводится к изменению клинической рефракции в сторону близорукости.

Особенно остро проблема ухудшения зрения существует для детей школьного возраста [31]. Согласно принятым в России «Санитарным правилам и нормам» от 1996г., ребенок в возрасте 6 лет может непрерывно работать за монитором только 10 минут (при одном уроке в неделю) и лишь в 9-10 классах это время увеличивается до 30 минут на первом и 25 минут на втором часу занятий (при 2-ух уроках в неделю). Иначе возникает опасность возникновения детской прогрессирующей близорукости, поскольку даже у взрослых людей 4 часа проведенные перед экраном монитора вызывают смещение рефракции в сторону близорукости на 0,25 диоптрии [11]. Отметим, что своевременный отдых в начале процесса ухудшения зрения в большинстве случаев позволяет за 1-2 недели вернуть зрение к норме.

Трудно представить ситуацию, когда ребенок будет сам добровольно соблюдать данные нормы, особенно если компьютер стоит дома и там инсталлирована какая-нибудь компьютерная игра или компьютер подключен к интернету. Добавьте сюда телевизор, возросший объем различной литературы и т.п. и проблема ухудшения зрения становится глобальной и присущей всем развитым странам, поскольку причины плохого зрения связаны с изменившимися условиями жизни в современном обществе.

Из статистических данных следует, что большему риску подвержены азиатские расы, вероятно, имеющие большую генетическую предрасположенность к близорукости. Поэтому по мере продвижения компьютеров в повседневную жизнь все больше и больше молодых людей в Азии вынуждены носить очки либо контактные линзы (на Тайване это 90% выпускников школ).

Известно, что своевременная профилактика многих заболеваний более эффективна и дает существенно больший эффект, чем лечение болезни. Данное утверждение в полной мере относится к нарушениям зрения, хотя нарушение рефракции не совсем заболевание, а скорее определенное отклонение от нормы. Необходимо учитывать, что индивидуальные причины плохого зрения достаточно разнообразны и связаны как с патологическими изменениями, так и с различными изменениями оптических параметров глаза, общим состоянием организма и т.п. Поэтому вопрос ранней диагностики и контроля параметров зрения населения стоит сегодня особенно остро.

Актуальность работы: Проблема ухудшения зрения населения вызывает все большую озабоченность в современном обществе, поэтому своевременное, раннее выявление и профилактика нарушений зрения приобретает важное научно-практическое значение и вызывает потребность в разработке новых оптометрических методик и приборов. Требуется не только выявить, но и проследить изменения основных параметров зрения, чтобы определить причины его ухудшения. Пробел в простых и сравнительно недорогих, индивидуальных оптометрических приборах для широкого инструментального контроля параметров зрения населения крайне нежелателен, особенно на фоне существенно возросшей информационной нагрузки на зрение и быстрого развития компьютерных технологий. Состояние зрения влияет на производительность труда и работоспособность сотрудников, на успеваемость школьника или студента. Плохо видящий человек существенно ограничен в выборе профессии, не годен к военной службе, не может полноценно заниматься спортом и т.п., а широкий мониторинг зрения населения во многих случаях дает возможность сохранить хорошее зрение, конечно, при своевременном обращении к врачу. Коррекция плохого зрения связана со значительными материальными затратами будь то очки и контактные линзы или лазерная коррекция зрения. Таким образом, поставленная задача имеет «важное социально-культурное и хозяйственное значение». Разработка принципов конструирования и внедрение оптометрических приборов для мониторинга зрения населения вносит «значительный вклад в развитие экономики страны и повышение ее обороноспособности» (цитата взята из нормативных документов ВАК).

Индивидуальная оптометрия - не только новое, важное научно-техническое направление оптометрии на стыке медицины и техники, но и новый класс приборов. В силу новизны в индивидуальной оптометрии остро ощущается потребность в разработке теории, в обосновании основ и принципов конструирования приборов данного класса. Разработка любых оптометрических приборов - достаточно сложная научно-техническая задача, хотя бы потому, что основными единицами в оптометрии являются субъективные «ощущения», которых объективно не существует в природе и которые связаны с работой мозга, но которые должна измерять оптометрия.

Термин «индивидуальная» (или «домашняя») оптометрия определим как: раздел оптометрии и класс оптометрических приборов для простого, надежного врачебного или самостоятельного контроля основных параметров зрения.

На момент начала работ, данное направление оптометрии отсутствовало не только в России, но и в Европе. Предстояло решить большое число разнообразных проблем, начиная от разработки соответствующих таким приборам методик и тестов для базовых измерений, до создания методов их калибровки и оптимизации параметров самих приборов.

Цель работы: для ранней диагностики и мониторинга состояния зрения населения - разработка базовых принципов индивидуальной оптометрии, а также определение научно-практических основ и принципов конструирования приборов класса индивидуальной оптометрии, включая разработку соответствующих методик измерения основных параметров зрения: рефракции, объема аккомодации, астигматизма и т.д.

Для достижения поставленной цели в ходе работ требовалось решить следующие основные задачи:

1. Проанализировать ранее предложенные методы и уже существующие в оптометрии технические решения с целью выявления наиболее предпочтительных и приемлемых для специфических условий измерений индивидуальной оптометрии.

2. Проанализировать погрешности измерений стандартного оптометрического оборудования и предложить способы повышения инструментальной точности.

3. Проанализировать работу глаза и определить причины основных ошибок при измерении рефракции, объема аккомодации, астигматизма и т.д.

4. Разработать методы объективного, раздельного измерения основных параметров зрения (рефракции, объема аккомодации и т.д.). Поиск методов снижения вклада ошибки обусловленной субъективной природой зрительного восприятия и корреляционным, взаимным влиянием измеряемых параметров зрения друг на друга.

5. Определить для индивидуальных оптометрических приборов предпочтительные методики калибровки и методы достоверного определения инструментальной точности измерений, в том числе разработать новые методики.

6. Разработать оптимальную конструкцию индивидуальных оптометрических приборов (тестеров зрения) для достоверного измерения основных, базовых параметров зрения и последующее внедрение приборов.

выводы

- Таким образом, в результате проделанной работы заложены принципы построения и основы конструирования приборов индивидуальной оптометрии, а также решена проблема создания индивидуального оптометрического прибора, имеющая важное научно-практическое и народнохозяйственное, социальное значение.

- На основании патентов России [3, 4], реализ ован прибор нового для оптометрии класса «индивидуальных» (домашних) оптометров, позволяющий с помощью специалиста или самостоятельно измерять рефракцию, объем аккомодации, астигматизм, остроту зрения и цветовосприятие, проводить широкий мониторинг параметров зрения населения и т.д.

Заложенные в конструкции прибора принципы, позволяют инструментально реализовать функцию тренировки зрения, что является новым, перспективным направлением современной оптометрии.

- При габаритах 155x21x19 мм и весе менее 40 грамм инструментальная точность прибора лучше ±0,25 дптр. соответствует точности профессионального оптометрического оборудования, что официально подтверждено актами государственных испытаний.

- Высокая точность прибора является следствием использования новых идей и принципов, всего комплекса мер по оптимизации оптической и кинематической схемы прибора, а также результатом применения разработанного принципиально нового типа тест-объекта сочетающего компактность, технологичность и экономичность.

- По своим техническим характеристикам прибор не уступает, а по основным параметрам и превосходит известные зарубежные аналоги.

- Разработаны и успешно реализованы новые принципы и методики измерения основных параметров зрения, при которых измеряемым параметрам зрения (рефракции и аккомодации) однозначно сопоставлены определенные, субъективные последовательности «изображений».

- В результате анализа и оптимизации конструкции тестера зрения удалось достичь высоких потребительских свойств прибора, а также успешно выполнить весь комплекс организационно правовых мер предшествующих массовому производству оптического прибора.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

- Теоретически разработана и практически доказана возможность объективного измерения основных параметров зрения (рефракции, объема аккомодации и т.д.) на основании субъективных зрительных ощущений.

- Разработана компьютерная модель глаза.

- Предложена модель работы глаза, дополняющая механизм аккомодации Гельмгольца и позволившая оценить предельную точность измерений клинической рефракции, которая согласно расчетам оказалась равной 0,15-0,3 диоптрии.

- Предложен новый, математический метод расчета хода лучей для радиально неоднородных оптических средах.

- Разработан и успешно применен принципиально новый тип тест-объекта, основанный на изменении вида изображения теста, который существенно снижает вклад аккомодационной ошибки и позволяет значительно повысить точность оптометрических измерений.

- Предложен метод инструментального улучшения параметров зрения, основанный на создании дозированных нагрузок для тренировки глазных мышц.

- Разработаны новые тесты по цветовосприятию и новые оптотипы адаптированные к специфическим условиям использования индивидуальных оптиметров, а также предложены и реализованы новые методики измерения основных параметров зрения.

- Разработан и реализован на практике новый класс индивидуального оптометрического оборудования (тестеры зрения) с гарантированной инструментальной точностью лучше 0,25 диоптрии, что соответствует точности измерений профессионального, оптометрического оборудования.

- Предложены научные принципы, обоснован и опробован комплекс мер направленных на оптимизацию основных параметров индивидуальных оптиметров.

- Разработана и реализована на практике новая методика калибровки и поверки приборов класса индивидуальных оптиметров, основанная на сопоставлении показаниям прибора расчетного расстояния.

- Доказана возможность раздельного, объективного измерения основных параметров зрения (рефракции, объема аккомодации и т.д.) без взаимного, корреляционного влияния измеряемых параметров друг на друга.

Практические рекомендации

В диссертации предложены, разработаны и исследованы индивидуальные оптометры, которые служат целям первичной диагностики нарушений рефракции и аккомодации и полезны в различных областях хозяйственной деятельности. Предложенные принципы конструирования и поверки возможно использовать при разработке авторефрактометров, фокометров и аналогичного оптометрического оборудования.

Практическая значимость работы

Таким образом, в диссертации предложены и исследованы индивидуальные опто^етры работающие на новых принципах заявленных в патентах [3,4], проанализированы и определены наиболее перспективные конструкции.

1. В результате проделанной работы предложены новые принципы и на практике реализована идея создания простого и точного прибора класса индивидуальной оптометрии для мониторинга параметров зрения.

2. Применение данного прибора позволяет своевременно выявлять и начинать лечение основных нарушений зрения на самых ранних стадиях.

3. По своим характеристикам прибор не уступает, а по основным параметрам превосходит известные зарубежные аналоги.

4. В результате комплекса мер по оптимизации основных параметров прибора, на практике удалось обеспечить высокую инструментальную точность измерений рефракции лучше +0,25 дптр., соответствующую точности профессионального оптометрического оборудования.

5. Проведены исследования по разработке других модификаций прибора, в частности оптиметра целиком изготовленного из стекла.

6. Заявлен международный приоритет на изобретение посредством оформления заявки по форме РСТ [5] и путем участия в международных выставках (тестер зрения удостоен золотой медали на выставке изобретений в Париже в 2000 году), что юридически гарантирует беспрепятственное использование данного изобретения в любых странах мира.

7. Получены основные сертификаты и документы для серийного производства тестеров зрения серии Tango (ТУ, Акт испытаний и т.д.)

ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Предложенные научно-технические принципы и решения, обоснованы и обеспечивают точное и объективное измерение параметров зрения на основе анализа субъективных ощущений пациента.

2. Модель работы глаза и флуктуаций его фокусного расстояния дополняет известный механизм аккомодации Гельмгольца и позволяет оценить величину предельной точности измерения клинической рефракции 0,150,3 диоптрии

3. Метод инструментального улучшения параметров зрения, основанный на дозированных нагрузках и тренировке глазных мышц, позволяет изменять параметры зрения.

4. Предложенный математический метод расчета хода лучей в радиально неоднородных оптических средах сводит задачу расчета траектории луча к решению простого дифференциального уравнения.

5. Предложенный принцип построения тест-объекта на основе сравнения изображения частей теста существенно снижает вклад аккомодационной ошибки при измерениях рефракции и объема аккомодации и данный принцип возможно использовать в других оптометрических приборах.

6. Предложенные новые принципы и методики по измерению рефракции, цветовосприятия и т.д. носят универсальный характер и большинство из реализованных решений возможно использовать в других оптометрических приборах.

7. Приборы индивидуальной оптометрии позволяют раздельно измерять основные оптометрические параметры зрения: рефракцию, объем аккомодации, степень астигматизма и остроту зрения, при этом в процессе измерений можно полностью исключить взаимное, корреляционное влияние измеряемых параметров друг на друга.

1. Розенблюм Ю.З. Наши глаза и их помощники - СПб.: Веко, 2000

2. Al 2071716 RU А61ВЗ/028. Способ Грушникова диагностики зрения / Грушников И.А. патент РФ № 2071716; Заявл. 04.04.1995

3. С2 2137414 RU A61B3/103. Рефрактометр (Тестер Миланича) / Миланич А.И. патент РФ № 2137414; Заявл. 20.09.1999

4. С2 2202937 RU A61B3/103. Рефрактометр (Тестер Миланича) /Миланич

5. A.И. патент РФ № 2202937; Заявл. 28.09.1999

6. Al WO 00/24308 А61ВЗ/103. REFRACTOMETER (MILANICH'S TESTER)/ Milanich A.I. PCT/RU99/00356; Заявл. 04.05.2000

7. Optometer / Hardy F.А. патент США № 698833; Заявл. 29.04.1902

8. Refractometer for measuring spherical refractive errors / Berger I.B., Spitzberg L.A. патент США №5455645; Заявл. 03.10. 1995

9. Рожкова Г.И., Токарева В.С. Таблицы и тесты для оценки зрительных способностей М.: Владос, 2001

10. Справочник конструктора оптико-механических приборов (под редакцией

11. B.А. Панова). Л.: Машиностроение, 1980

12. Миланич А.И. Новинка на оптическом рынке России //Независимый оптический журнал «Веко». -2001. -№6(50), сентябрь. с. 58

13. Медведев Ю. Как обезопасить себя от компьютера //Техника — Молодежи. 1998. - сентябрь. - с. 13

14. Розенблюм Ю.З. Оптометрия. СПб.: Издательство Гиппократ, 1996

15. Розенблюм Ю.З., Корнюшина Т.А., Фейгин А.А. Компьютер и орган зрения. М.: Типография Россельхоз академии, 1998

16. Al 906508 SU A61B3/103. Рефрактометр / Магарилл С.Я., Трифонов В.А., Джалиашвили О.А. Авторское свидетельство СССР № 906508; Заявл. 23.02.1982

17. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика, том 4. М.: Физматлит, 2005

18. CI conformation No 9563 US class 351/223. REFRACTOMETER (MILANICH'S TESTER) / Milanich A. I. Application Number 10/123,286 Date 17.04.2002 (Заявка на Патент США)

19. Gullstrand А. Handbuch der physiologischen Optik von H. Helmholtz. Von A. Gullstrand und Hamburg und Zeipzig. 1909. - Wl.

20. Светлова O.B., Кошнц И.Н. Современные представления о теории аккомодации Гельмгольца (Учебно-методическое пособие) СПб.: МАЛО, 2002

21. Ходоров Б. И. Импульс Нервный //Большая Советская Энциклопедия, Издательство «Советская энциклопедия» в 30 томах 1969 1978

22. Квасова М. Д. Зрение и наследственность. М.: СПб. Изд-во Диля Паблишир, 2002

23. Murthy GVS, Johnson Gordon J The Focometer: Use in Aphakic Correction // J Comm Eye Health. 1999. - vol. 12(31). - p. 43

24. Миланич А.И. Новые оптотипы для проверки остроты зрения // Измерительная техника. 2008. - №8. - с. 37 -39

25. Миланич А.И. Количественный контроль аномалий цветовосприятия методом сравнения цвета полей // Метрология. 2008. - №11. - с. 31-36

26. Миланич А.И. Теоретический предел точности измерения клинической рефракции // Измерительная техника. 2008. - №3. - с. 51-53

27. Миланич А.И., Цыганов Д.И. История оптометрии //Биомедицинская радиоэлектроника. 2008. - № И. - с. 71-76

28. Миланич А.И., Цыганов Д.И. Технические характеристики индивидуальных оптиметров //Биомедицинская радиоэлектроника. 2008. -№ 12.-с. 63-68

29. Миланич А.И., Цыганов Д.И. Измерения в оптометрии и контроль остроты зрения по таблицам Головина-Сивцева //Труды 51-научной конференции Московского физико-технического института, г.Долгопрудный Моск. обл. 2008. часть 2. - с. 97-100

30. Миланич А.И. Особенности измерения астигматизма в индивидуальной оптометрии при помощи набора цилиндрических линз //Труды 51 -научной конференции Московского физико-технического института. г. Долгопрудный Моск. обл. — 2008. часть 2. - с. 93-96

31. Миланич А.И. Особенности тестов индивидуальной оптометрии // Доклад на Первой международной научно-практической офтальмологической конференции Функциональные Методы Диагностики и Лечения Рефракционных Нарушений, Москва 14-15 февраля 2008. с. 37

32. Миланич А.И. О точности измерения клинической рефракции //Тезисы на 1 международной научно-практической офтальмологической конференции Функциональные Методы Диагностики и Лечения Рефракционных Нарушений, Москва 14-15 февраля 2008. с. 38

33. Миланич А.И. Влияние компьютера на зрение и обзор некоторых индивидуальных оптометрических приборов // Успехи теоретической и клинической медицины. 2008. - т.2 вып. 7. - с. 113-116

34. Миланич А.И. Технические характеристики индивидуального оптиметра изстекла // Биомедицинская радиоэлектроника. 2008. - № 8-9. - с. 86-88

35. Миланич А.И. Индивидуальные оптиметры и их сравнение // Биомеханика

36. Глаза 2007. Сборник трудов межрегиональной конференции с иностранным участием. 2007. - с. 241

37. Milanich A.I. The Theoretical Limit to the Accuracy of Clinical Refraction Measurement // Measurement Techniques. 2008. -Vol. 51, No. 3. - p. 317-319

38. Milanich A.I. New Optotypes for Checking Visual Acuity // Measurement Techniques. 2008. -Vol. 51, No. 8. - p. 865-867

39. Русинов M.M., Грамматин А.П., Иванов П.Д. и др. Вычислительная Оптика.

40. Справочник. М.: Изд-во ЛКИ, 2008

41. Гудков А.Г., Леушин В.Ю., Миланич А.И. Новые приборы для измерения рефракции глаз и функционального лечения в офтальмологии // Медико-фармацевтический вестник Татарстана. 2008. - № 45 (371). - с. 20

42. Миланич А.И., Ночевкин В.А. Уточненная модель человеческого глаза // Тезисы доклада на 5 Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» Москва 16-20 марта 2009.-часть. 1.-е. 101-102

43. Миланич А.И. Фовеа и механизм быстрой аккомодации // Тезисы доклада на 2-ой международной научно-практической офтальмологической конференции «Функциональные методы диагностики и лечения рефракционных нарушений», Москва 26 марта 2009. с. 32

44. Кравков С.В. Глаз и его работа. М.: Изд-во АН СССР, 1950. - с. 532

45. University of Washington, Department of Ophthalmology. 2004. - internet edition

46. Филин B.A. Анатомия Саккад. M.: Изд-во Моск-ого Университета, 2002

47. Гуриков В.А. Становление прикладной оптики. XV-XIX вв. М.: Наука,1983

48. Spectacles Through the Years //American Academy of Ophthalmology. 2001.internet edition

49. Ланутина E. Родословная очков // Журнал Здоровье. 1976. - №4. - с. 25-26.

50. Stoy V, Wichterle О., Stoy А. патент США № 4095877; Заявл. 20.06.1978,

51. Хацевич Т.Н. Медицинские оптические приборы: Ч I. Физиол. Оптика: Учеб. пособие. Новосибирск: СГГА, 1997. - с. 98

52. Trokel S.L., Srinivassan R., Braren В. Excimer laser surgery of the cornea // American Journal of Ophthalmology. 1983. - Vol. 96. - p. 710.

53. Hardy F.A. патент США №268016; Заявл. 28; 11.1882

54. Porter G.B. патент США №712719; Заявл. 04.11.1902

55. Grolman В., William R. патент США № 4055900; Заявл. 01.11. 1977

56. Lynn J. R., Tate G. W. патент США № 3969020; Заявл. 13.07.1976

57. Good С. R. патент США № 4027954; Заявл. 07.07.1977

58. Guyton D.L. патент США №4105303; Заявл. 08.08.1978

59. Humphrey W.E. патент США №4113363; Заявл. 12.09.1978

60. D'Amato R. J. патент США № 4368959; Заявл. 18.01.1983

61. Lewis W. M. патент США № 4452515; Заявл. 05.06.1984

62. Kamppeter В. патент США № 5420651; Заявл. 30.05.1995

63. Giannone F. С. патент США № 4057054; Заявл. 08.11. 1977

64. Hayashi А, патент США № 5731863; Заявл. 24.03.1998

65. Dyer А. МсК. патент США№ 5914772; Заявл. 22.01.1999

66. Gould Н. L. патент США № 4682867; Заявл. 28.07.1987

67. VegaE. L. патент США № 4750831; Заявл. 14.07.1988

68. Teichin А. патент США № 4953970; Заявл. 04.09.1990

69. Cushman W. В.патент США № 4997269; Заявл. 05.03.1991

70. Eydelman М. В., Wray S. Н.патент США № 5206671; Заявл. 27.04.1993

71. Brunette М. D. патент США № 5208618; Заявл. 04.05.1993

72. Barnett М. патент США № 5486879; Заявл. 23.01.1996

73. Harbour R.C. патент США № 5,729,324; Заявл. 17.03.1998

74. Weiss J. N. патент США № 6068378; Заявл. 30.05.2000

75. Bransome R. патент США № 6144508; Заявл. 07.11.2000

76. W. Е. Humphrey патент США № 3947097; Заявл. 30.03.1976

77. Мешков В.В. Основа светотехники. Д.: Госэнергоиздат, 1961. - с. 416

78. Пинегин Н.И. Кванты света и зрения// Тр. ГОИ. 1963. -Т.ХХХИ. - Вып. 161. - с. 90.

79. Новиков С.А., Рейтузов В.А. История очков // WebOptika. 2007-2008, Электронное СМИ per. №ФС77-31435

80. Киваев A.A., Шапиро Е.И. Исторические аспекты контактной коррекции зрения // ВЕКО. 1997. - № 6. - стр. 26 -29.

81. Басов Н.Г., Брунин А.Н., Данилычев В.А., Керимов О.М., Миланич А.И., Ходкевич Д.Д. Установки для экспериментов с газовыми лазерами //Письма в ЖТФ (СССР). 1977. - т.3(24). - с. 1297-1301

82. Данилычев В.А., Зубков В.М., Керимов О.М., Миланич А.И., Сагитов С.И. Лучевая прочность интерференционных покрытий в УФ области спектра //Квантовая электроника (СССР). 1978. - т.5(9), - с. 2027-2029

83. Basov N.G., Glotov Е.Р., Danilychev V.A., Milanich A.I., Soroka A.M. Self sustained electrophotoionized discharge // Journal de Physique (France). 1979. - v.40, CI.- p. 393-394

84. Керимов O.M., Максютов E.M., Миланич А.И. и др. Фотохимия алифатических нитросоединений и импульсный фотолиз //Известия Академии Наук СССР (Химия). 1979. - т.З. - с. 623-624

85. Cl 2171661 RU A61F9/008. Способ лечения герпетического кератита /Багаев С.Н., Черных В.В., Ражев A.M. и др. Патент РФ №2171661; Заявл. 10.08.2001

86. Лебедева Л.И., Ахмаметьева Е.М., Ражев A.M. и др. Цитогенетические эффекты УФ лазерных излучений с длинами волн 248, 223 и 193'нм // Радиобиология. 1990. - Т. 30. № 6. - с. 821-826.

87. Вавилов С.И. Глаз и Солнце. СПб.: Амфора, 2006. - с. 111.

88. Луизов A.B. Глаз и свет. Л.: Энергия, 1983. - с. 140.

89. Фернандес Э., Вабре Л., Герман Б. и др. // Фотоника. 2008. - №1. - с. 2-4

90. Dubinin A. et al. // Proc. SPIE. 2006.- v.6138. - p.613813.

91. Navarro R. et al. // J. Opt. Soc. Am. -1985. A2. - p.1273

92. Artal P. et al. // Opt J. of Vision. 2001. - v.l. - p.l.

93. Liou H.-L., Brennan N. J. // Opt. Soc. Am. 1997. - A14. - p.1684-1694

94. Дубинин А., Черезова Т., Кудряшов A. // Фотоника. 2008. - №1. - с. 6-9

95. Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов. Л.: Машиностроение,1975.-с. 303

96. Гудков А. Г., Леушин В.Ю., Миланич А.И., Цыганов Д.И. Новые приборыдля измерения рефракции глаз и функционального лечения в офтальмологии // Биомедицинская радиоэлектроника. -2009. №9. - с.71-76

97. УТВЕРЖДАЮ 4 '^«.генерального директора Ростест Москва1. К'1. А.С.Евдокимов 2000 г.

98. АКТ ИСПЬ1ТАНИИ1ЯЪГ^ДЕЛЕЙ УТВЕРЖДЕНИЯ ТИПА ТЕСТЕРОВ ЗРЕНИЯ Tango N, Tango F производства Научно-исследовательского производственного кооператива «Хитон».

99. Испытания проведены в период с 18 января по 07 сентября 2000 г. на основании поручения Госстандарта России № 410/13-2522 от 17.12.1999 г.

100. Испытания проводились на испытательной базе ГЦИ СИ Ростест-Москва

101. На испытания были представлены по три образца тестеров зрения Tango N и Tango F.

102. Тестеры зрения Tango N и Tango F предназначены для субъективного измерения клинической рефракции глаза, т.е. для определения отклонения зрения от нормального (близорукость, дальнозоркость), а также для определения глубины аккомодации глаза.

103. Область применения тестеров использование в быту для периодического индивидуального контроля состояния зрения человека, а также использование в условиях лечебно-профилактических учреждений.

104. Тестеры зрения имеют две модификации Tango N и Tango F, отличающиеся диапазонами измерения рефракции.

105. Конструкция тестеров зрения Tango N и Tango F защищена Патентом России № 2137414 от 20.09.1999г. и Международным приоритетом PCT/RU 99/00356 от 28.09.1999г

106. Основные технические и метрологические ха рактеристики:

107. Техническая характеристика Tango N Tango F

108. Диапазон измерения рефракции, диоптрии -10.+3 -7.+7

109. Предел допускаемой абсолютной погрешности результата измерения рефракции, диоптрии ±0.25 ±0.25

110. Рабочие условия эксплуатации: -температура, °С -относительная влажность, % + 10.+35 30.80 + 10.+35 30.80

111. Габаритные размеры, мм 21 х 19 х 155 21 х 19 х 155

112. Масса, г не более 40 не более 40

113. Тестеры зрения Tango N, Tango F. Акт испытаний1. Стр. 2

114. ГЦИ СИ Ростест Москва провел испытания тестеров зрения Tango N, Tango F в соответствии с программой испытаний для целей утверждения типа, разработанной и утвержденной ГЦИ СИ Ростест - Москва.

115. В результате проведенных испытаний установлено, что тестеры зрения Tango N, Tango F соответствуют нормам, установленным в нормативно-технической документации (ТУ 4431-001-06705227-00) и программе испытаний.

116. Поверка проводится в соответствии с методикой поверки, включенной в Руководство по эксплуатации 4431-001-06705227-00 РЭ тестеров зрения Tango N, Tango F, согласованной ГЦИ СИ Ростест-Москва и опробованной в процессе проведения испытаний.