張豪平

三棱鏡矯正斜視眼和眼位異常教學(xué)演示儀

張豪平

(上海第二工業(yè)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)(國際)學(xué)院,上海201209)

針對眼視光技術(shù)專業(yè)斜視眼、眼位異常矯正原理的教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計(jì)制作了斜視眼、眼位異常光學(xué)矯正原理的教學(xué)演示儀,介紹了該教學(xué)演示儀的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)及其處理方法。所設(shè)計(jì)制作的教學(xué)演示裝置在眼視光技術(shù)專業(yè)的教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)中達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

斜視;眼位異常;三棱鏡;矯正

0 引言

人的眼球運(yùn)動主要依靠的是眼外肌。眼外肌共有6條,分為3對,1對水平肌由內(nèi)直肌和外直肌構(gòu)成;1對垂直肌由上直肌和下直肌構(gòu)成;1對斜肌由上斜肌和下斜肌構(gòu)成。各條眼外肌的主要及次要動作分別是:內(nèi)直肌,主要動作是內(nèi)收;外直肌,主要動作是外展;上直肌,主要動作是上轉(zhuǎn),次要動作是內(nèi)收、內(nèi)旋;下直肌,主要動作是下轉(zhuǎn),次要動作是內(nèi)收、內(nèi)旋;上斜肌,主要動作是內(nèi)旋,次要動作是下轉(zhuǎn)、外展;下斜肌,主要動作是外旋,次要動作是上轉(zhuǎn)、外展[1]。兩眼不用作任何努力,眼外肌就可維持平衡,并可保持雙眼合像者,稱為正位眼。其他所有肌力不平衡者,稱為斜視[2]。在眼視光技術(shù)專業(yè)驗(yàn)光學(xué)理論課程教學(xué)中描述用三棱鏡矯正斜視眼或眼位異常原理時,教師主要是用課堂理論教學(xué)方法對學(xué)生進(jìn)行矯正原理的講解,學(xué)生對講解的內(nèi)容理解得并不直觀,不利于學(xué)生深刻地理解和掌握三棱鏡光學(xué)矯正斜視眼或眼位異常成像原理。為了徹底改變當(dāng)前這種教學(xué)方式的狀況,上海第二工業(yè)大學(xué)眼視光技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室工程技術(shù)人員精心設(shè)計(jì)并制作了一種新型三棱鏡光學(xué)矯正斜視眼或眼位異常原理教學(xué)演示儀。該裝置用三棱鏡像移演示光學(xué)矯正斜視眼或眼位異常現(xiàn)象,它主要包含2個方面的內(nèi)容: (1)三棱鏡度數(shù)的大小;(2)三棱鏡基底的方向。本文將對此新型三棱鏡光學(xué)矯正斜視眼或眼位異常原理教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、數(shù)據(jù)與處理方法作簡要介紹。

1 實(shí)驗(yàn)原理

本教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置采用的光源是半導(dǎo)體激光器,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光波顏色為紅色,光波波長λ為650 nm,功耗為0.2 mW。激光同時具有4個特性:方向性好、單色性高、相干性好、亮度高[3]。因此,可以在教室內(nèi)直接進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)教學(xué),不需要提供特別的暗室條件。

在眼鏡驗(yàn)光學(xué)課程中三棱鏡的主要用途是矯正斜視眼或眼位異常。描述三棱鏡偏向作用的物理量稱為棱鏡屈光力,用偏向角表示。偏向角的單位可以是一般角度單位,如(°)、rad等。

在空氣中,三棱鏡屈光力

其中:ε為三棱鏡屈光力(°);α為三棱鏡的頂角(°); n為三棱鏡材料的折射率。

描述三棱鏡棱鏡度的符號為Δ(prism diopter),這是國際眼科界通用的單位。它表達(dá)了在已知距離處物、像所出現(xiàn)的位移。1Δ的棱鏡是指當(dāng)光線通過該棱鏡時,使出射光線相對入射光線在100單位距離處,偏移1單位的距離,即在1 m處能使光線偏移1 cm的棱鏡為1Δ,若能偏移3 cm即為3Δ[4]。然而在眼視光學(xué)中標(biāo)記三棱鏡參數(shù)時包含2個內(nèi)容: (1)三棱鏡度數(shù)的大小;(2)三棱鏡基底的方向。

首先調(diào)整激光器射出光與三棱鏡在光具座上等高和同軸,再調(diào)整半導(dǎo)體激光器的射出紅色光束的斑點(diǎn)位置,讓射出紅色光束直接投照在專門設(shè)計(jì)的像屏上(見圖2)。依據(jù)上述三棱鏡棱鏡度的定義,像屏應(yīng)放置在離半導(dǎo)體激光器1 m以上距離的地方,通過調(diào)節(jié)激光器微調(diào)旋鈕觀察像屏上的紅色光斑大小,使紅色光束斑點(diǎn)達(dá)到最小,即完成了測試前的調(diào)整工作。

然后將待測三棱鏡放入離像屏距離1 m位置的支架上,觀察像屏上的偏離光斑,光斑偏離中心點(diǎn)位置的距離,即為棱鏡度。再讀出光斑偏離的方向,即為基底的方向。

圖1 三棱鏡矯正斜視眼、眼位異常裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Diagram of the structure of correction of strabismus and ocular position abnormal by using prism

圖2 像屏指示毫米刻度、角度讀數(shù)及基底方向Fig.2 Image screen indicating a millimeter scale,angle and direction of the basal

2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)的測量操作過程:見圖1,實(shí)驗(yàn)者先將光具座導(dǎo)軌7放置于平整的實(shí)驗(yàn)桌面上,認(rèn)真觀察、仔細(xì)調(diào)整調(diào)節(jié)底腳9使光具座導(dǎo)軌處于水平狀態(tài);按圖1所示將各個零部件放置于光具座導(dǎo)軌相應(yīng)的位置上,通過調(diào)節(jié)高度螺母6使1、4、5部件處在同一高度上;調(diào)節(jié)一維滑座8使光具座導(dǎo)軌上1、4、5三個部件的光軸處于同一條直線上。按啟半導(dǎo)體激光器專用電源開關(guān),調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器的光斑微調(diào)旋鈕,使半導(dǎo)體激光器射出的紅色光束光斑投照在像屏圖上的光斑點(diǎn)最小。調(diào)整三棱鏡支架上的三棱鏡片與像屏之間的距離為1 m,實(shí)驗(yàn)者通過觀察光具座上毫米刻度尺上的刻度讀數(shù)給予確認(rèn)。通過半導(dǎo)體激光器三維支架上的3個調(diào)節(jié)旋鈕(上下調(diào)節(jié)、左右調(diào)節(jié)、傾角調(diào)節(jié)),將半導(dǎo)體激光器射出的紅色光束斑點(diǎn)調(diào)整到對準(zhǔn)像屏圖中的中心點(diǎn)位置(見圖2)。

將待測三棱鏡片(1Δ)放到三棱鏡支架上,半導(dǎo)體激光器射出的紅色光束透過三棱鏡投照在像屏上。實(shí)驗(yàn)者認(rèn)真讀取像屏上紅色光斑點(diǎn)偏離中心點(diǎn)位置距離的刻度值、基底方向,將測量的6次原始數(shù)據(jù)分別填入表1內(nèi)。表1中:i為測量次數(shù);di為偏離距離。若用不確定度表征測量結(jié)果的可靠程度,則實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果表達(dá)式可寫成下列標(biāo)準(zhǔn)形式:

其中:d為實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果;ˉd為測量的平均值;Ud為測量總的不確定度[5];Er為實(shí)驗(yàn)測量相對誤差。正確處理原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

表1 三棱鏡鏡片1Δ(儀器最小分刻度:1 mm;儀器誤差: δ=0.5 mm)的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 Prism lens of 1Δ(The minimum scale instrument:1 mm;Instrumental error:δ=0.5 mm)單位:mm

3 實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)和處理

用貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差:

實(shí)驗(yàn)測量總的不確定度:

實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果:

實(shí)驗(yàn)測量相對誤差:

4 結(jié)語

在實(shí)際驗(yàn)光配鏡工作過程中,驗(yàn)光師通過認(rèn)真、仔細(xì)地對顧客進(jìn)行整套驗(yàn)光項(xiàng)目的檢查,尤其是遮蓋實(shí)驗(yàn)、馬氏桿透鏡、偏振十字視標(biāo)等定性檢測和定量分析,在顧客的驗(yàn)光處方報告單上給出結(jié)論,即顧客的眼睛是否存在斜視或眼位異常癥狀。若顧客的眼睛在水平方向存在外斜視或者內(nèi)斜視,教師可用本教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置加入基底方向向內(nèi)或者基底方向向外的三棱鏡進(jìn)行光學(xué)矯正演示;若顧客的眼睛在垂直方向存在上斜視或者下斜視,教師可用本教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置加入基底方向向下或者基底方向向上的三棱鏡進(jìn)行光學(xué)矯正演示。整個教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)過程操作方便、簡單,矯正演示光路解析清楚,使眼視光技術(shù)專業(yè)的學(xué)生能夠更加清晰、直觀、深刻地理解三棱鏡光學(xué)矯正斜視眼或眼位異常的光學(xué)成像原理?？傊?本教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)具有良好的教學(xué)效果。

[1]齊備.眼鏡驗(yàn)光員(高級)[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2008.

[2]徐廣第.眼科屈光學(xué)[M].北京:軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社, 2005.

[3]張豪平,羅琳.散光鏡片成像(焦線)的測量[J].上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011(4):313-317.

[4]瞿佳.眼鏡技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2005.

[5]滕琴.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)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

張豪平(1959–),男,上海人,工程師,主要研究方向?yàn)檠垡暪饧夹g(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)。電子郵箱hpzhang@sspu.edu.cn。