三棱镜矫正斜视眼和眼位异常教学演示仪

张豪平

三棱镜矫正斜视眼和眼位异常教学演示仪

张豪平

(上海第二工业大学高等职业技术(国际)学院,上海201209)

针对眼视光技术专业斜视眼、眼位异常矫正原理的教学内容,设计制作了斜视眼、眼位异常光学矫正原理的教学演示仪,介绍了该教学演示仪的实验原理、实验方法、实验原始数据及其处理方法。所设计制作的教学演示装置在眼视光技术专业的教学演示实验中达到了良好的教学效果。

斜视;眼位异常;三棱镜;矫正

0 引言

人的眼球运动主要依靠的是眼外肌。眼外肌共有6条,分为3对,1对水平肌由内直肌和外直肌构成;1对垂直肌由上直肌和下直肌构成;1对斜肌由上斜肌和下斜肌构成。各条眼外肌的主要及次要动作分别是:内直肌,主要动作是内收;外直肌,主要动作是外展;上直肌,主要动作是上转,次要动作是内收、内旋;下直肌,主要动作是下转,次要动作是内收、内旋;上斜肌,主要动作是内旋,次要动作是下转、外展;下斜肌,主要动作是外旋,次要动作是上转、外展[1]。两眼不用作任何努力,眼外肌就可维持平衡,并可保持双眼合像者,称为正位眼。其他所有肌力不平衡者,称为斜视[2]。在眼视光技术专业验光学理论课程教学中描述用三棱镜矫正斜视眼或眼位异常原理时,教师主要是用课堂理论教学方法对学生进行矫正原理的讲解,学生对讲解的内容理解得并不直观,不利于学生深刻地理解和掌握三棱镜光学矫正斜视眼或眼位异常成像原理。为了彻底改变当前这种教学方式的状况,上海第二工业大学眼视光技术专业实验室工程技术人员精心设计并制作了一种新型三棱镜光学矫正斜视眼或眼位异常原理教学演示仪。该装置用三棱镜像移演示光学矫正斜视眼或眼位异常现象,它主要包含2个方面的内容: (1)三棱镜度数的大小;(2)三棱镜基底的方向。本文将对此新型三棱镜光学矫正斜视眼或眼位异常原理教学演示实验装置的实验原理、操作步骤、数据与处理方法作简要介绍。

1 实验原理

本教学演示实验装置采用的光源是半导体激光器,其结构如图1所示。半导体激光器发出的光波颜色为红色,光波波长λ为650 nm,功耗为0.2 mW。激光同时具有4个特性:方向性好、单色性高、相干性好、亮度高[3]。因此,可以在教室内直接进行演示实验教学,不需要提供特别的暗室条件。

在眼镜验光学课程中三棱镜的主要用途是矫正斜视眼或眼位异常。描述三棱镜偏向作用的物理量称为棱镜屈光力,用偏向角表示。偏向角的单位可以是一般角度单位,如(°)、rad等。

在空气中,三棱镜屈光力

其中:ε为三棱镜屈光力(°);α为三棱镜的顶角(°); n为三棱镜材料的折射率。

描述三棱镜棱镜度的符号为Δ(prism diopter),这是国际眼科界通用的单位。它表达了在已知距离处物、像所出现的位移。1Δ的棱镜是指当光线通过该棱镜时,使出射光线相对入射光线在100单位距离处,偏移1单位的距离,即在1 m处能使光线偏移1 cm的棱镜为1Δ,若能偏移3 cm即为3Δ[4]。然而在眼视光学中标记三棱镜参数时包含2个内容: (1)三棱镜度数的大小;(2)三棱镜基底的方向。

首先调整激光器射出光与三棱镜在光具座上等高和同轴,再调整半导体激光器的射出红色光束的斑点位置,让射出红色光束直接投照在专门设计的像屏上(见图2)。依据上述三棱镜棱镜度的定义,像屏应放置在离半导体激光器1 m以上距离的地方,通过调节激光器微调旋钮观察像屏上的红色光斑大小,使红色光束斑点达到最小,即完成了测试前的调整工作。

然后将待测三棱镜放入离像屏距离1 m位置的支架上,观察像屏上的偏离光斑,光斑偏离中心点位置的距离,即为棱镜度。再读出光斑偏离的方向,即为基底的方向。

图1 三棱镜矫正斜视眼、眼位异常装置结构示意图Fig.1 Diagram of the structure of correction of strabismus and ocular position abnormal by using prism

图2 像屏指示毫米刻度、角度读数及基底方向Fig.2 Image screen indicating a millimeter scale,angle and direction of the basal

2 实验方法

实验的测量操作过程:见图1,实验者先将光具座导轨7放置于平整的实验桌面上,认真观察、仔细调整调节底脚9使光具座导轨处于水平状态;按图1所示将各个零部件放置于光具座导轨相应的位置上,通过调节高度螺母6使1、4、5部件处在同一高度上;调节一维滑座8使光具座导轨上1、4、5三个部件的光轴处于同一条直线上。按启半导体激光器专用电源开关,调节半导体激光器的光斑微调旋钮,使半导体激光器射出的红色光束光斑投照在像屏图上的光斑点最小。调整三棱镜支架上的三棱镜片与像屏之间的距离为1 m,实验者通过观察光具座上毫米刻度尺上的刻度读数给予确认。通过半导体激光器三维支架上的3个调节旋钮(上下调节、左右调节、倾角调节),将半导体激光器射出的红色光束斑点调整到对准像屏图中的中心点位置(见图2)。

将待测三棱镜片(1Δ)放到三棱镜支架上,半导体激光器射出的红色光束透过三棱镜投照在像屏上。实验者认真读取像屏上红色光斑点偏离中心点位置距离的刻度值、基底方向,将测量的6次原始数据分别填入表1内。表1中:i为测量次数;di为偏离距离。若用不确定度表征测量结果的可靠程度,则实验的测量结果表达式可写成下列标准形式:

其中:d为实验测量结果;¯d为测量的平均值;Ud为测量总的不确定度[5];Er为实验测量相对误差。正确处理原始实验数据并对其进行相关计算。

表1 三棱镜镜片1Δ(仪器最小分刻度:1 mm;仪器误差: δ=0.5 mm)的原始实验数据Tab.1 Prism lens of 1Δ(The minimum scale instrument:1 mm;Instrumental error:δ=0.5 mm)单位:mm

3 实验原始数据和处理

用贝塞尔公式计算标准差:

实验测量总的不确定度:

实验测量结果:

实验测量相对误差:

4 结语

在实际验光配镜工作过程中,验光师通过认真、仔细地对顾客进行整套验光项目的检查,尤其是遮盖实验、马氏杆透镜、偏振十字视标等定性检测和定量分析,在顾客的验光处方报告单上给出结论,即顾客的眼睛是否存在斜视或眼位异常症状。若顾客的眼睛在水平方向存在外斜视或者内斜视,教师可用本教学演示实验装置加入基底方向向内或者基底方向向外的三棱镜进行光学矫正演示;若顾客的眼睛在垂直方向存在上斜视或者下斜视,教师可用本教学演示实验装置加入基底方向向下或者基底方向向上的三棱镜进行光学矫正演示。整个教学演示实验过程操作方便、简单,矫正演示光路解析清楚,使眼视光技术专业的学生能够更加清晰、直观、深刻地理解三棱镜光学矫正斜视眼或眼位异常的光学成像原理。总之,本教学演示实验具有良好的教学效果。

[1]齐备.眼镜验光员(高级)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2008.

[2]徐广第.眼科屈光学[M].北京:军事医学科学出版社, 2005.

[3]张豪平,罗琳.散光镜片成像(焦线)的测量[J].上海第二工业大学学报,2011(4):313-317.

[4]瞿佳.眼镜技术[M].北京:高等教育出版社,2005.

[5]滕琴.大学物理实验教程[M].北京:机械工业出版社, 2008.

Teaching Demonstration Instrument of Correction on Strabismus and Abnormal Eye Position by Using Triple Prism

ZHANG Hao-ping
(School of Higher Vocational(International),Shanghai Second Polytechnic University, Shanghai 201209,P.R.China)

The instrument of correction on strabismus and abnormal eye position is designed to help the teaching of principle of strabismus and ocular position anomaly correction for major of optometry&ophthalmology.The principle of the test device,test method and test data processing method is introduced.The device has achieved a good teaching effect of demonstrating optometric technology professional experiment.

strabismus;abnormal eye position;triple prism;correction

R778.1

A

1001-4543(2014)04-0320-04

2014-04-01

张豪平(1959–),男,上海人,工程师,主要研究方向为眼视光技术专业实验。电子邮箱hpzhang@sspu.edu.cn。