裂隙灯显微镜校准装置及校准方法的研究

关键词：裂隙灯显微镜；校准装置；校准方法

裂隙灯显微镜是由显微镜和能够产生裂隙图像的照明系统组成的一种仪器，是眼科检查必不可少的重要仪器之一，其方法是由灯光透过一个裂隙对眼睛进行照明。由于是一条窄缝光源，因此被称为“光刀”。将这种“光刀”照射于眼睛形成一个光学切面，即可依据所产生裂隙图像检查眼睛各部位的健康状况，是验光配镜和眼科医学检查时使用最频繁的光学仪器。其本身量值的准确与否，直接影响到眼科临床诊断质量，是人体健康安全的重要保障。

目前，市场上对裂隙灯显微镜的校准装置的研究甚少，随着《裂隙灯显微镜校准规范》的颁布实施，考虑到裂隙灯显微镜广泛用于眼科医疗行业临床诊断，笔者根据JJF（浙）1169-2019《裂隙灯显微镜校准规范》和YY 0065-2016《眼科仪器 裂隙灯显微镜》中的相关计量性能要求和技术指标，建立试验装置，实验研究，理论探索，实现裂隙灯显微镜的视角放大率、裂隙像平行度等技术参数测量校准。使裂隙灯显微镜的准确度及有效性得到保证，提高眼科临床诊断质量，为人体健康安全提供技术保障。

1 裂隙灯显微镜校准装置的研究

图1 裂隙灯显微镜校准器组

研究设计的裂隙灯显微镜校准装置，包括一望远镜以及玻璃线纹尺、玻璃平行尺，望远镜上设有目镜、目尺以及十字尺，目尺包括多个等距间隔设置的刻度线，十字尺呈“十”字。望远镜包括测微装置和望远系统，通过成像机理，进行功能融合，实现调节物镜焦距，获取标准尺的清晰刻度线量值，具有较低的阿贝误差。玻璃线纹尺测量范围不小于10mm，分度值不大于0.1mm，最大允许误差小于5um；玻璃平行尺选用膨胀系数较小的玻璃平板尺，横向测量范围不小于1mm，纵向测量范围不小于20mm，分度值不大于0.1mm，平行度最大允许误差小于0.1°。

1.1 望远镜测微装置的成像机理研究及标准器研制

由于裂隙灯显微镜的目镜本身不具有测量功能，需研究现有测微装置和望远系统，通过成像机理，实现测量功能。

测微装置的成像机理为开普勒望远镜结构，主要构成组件为物镜组和目镜组，以及介于二者之间的转像棱镜。目标光线通过低度正透镜，再通过高度正透镜，物镜的聚合光线被目镜还原成平行光线，光学成像原理如图2所示。

图2 测微目镜成像原理

放大倍率计算公式：

M＝M1ＸM2

式中：M为测微装置总放大倍率，M1为物镜放大倍率，M2为目镜放大倍率。

测微装置设计原理利用显微镜光学系统对标准尺的分度进行放大、细分和读数。测微装置由目镜、调焦手轮、标尺、测微鼓轮、物镜组、刻尺组成，测量时转动微动手轮，使可动分划板上的十字刻线与标准尺线纹象对准，从测微鼓轮读数。

1.2 玻璃线纹尺、玻璃平行尺的研制

玻璃线纹尺包括第一玻璃片以及设置在第一玻璃片上的多条等距间隔设置的直线纹，玻璃平行尺包括第二玻璃片以及设置在第二玻璃片上的多条等距间隔设置的平行线，平行线的长度方向为玻璃平行尺的纵向，多条平行线间隔排列方向为玻璃平行尺的横向，望远镜通过裂隙灯显微镜观察玻璃线纹尺，能使玻璃线纹尺上直线纹与上述目尺的刻度线同时显示在同一视角区域内，望远镜通过裂隙灯显微镜观察玻璃平行尺，能使上述平行线、裂隙灯的裂隙像、十字尺同时显示在同一个视角区域内，望远镜上还设有微调手轮，转动微调手轮能使十字尺移动。

玻璃线纹尺还包括若干线纹刻度值，各线纹刻度值均对应一个直线纹，若干线纹刻度值等距间隔设置，所述玻璃平行尺还包括若干纵向刻度值以及若干横向刻度值，若干纵向刻度值沿玻璃平行尺纵向等距间隔设置，若干横向刻度值沿玻璃平行尺横向等距间隔设置。

各玻璃片均设置在尺座上，尺座上设有与玻璃片一一对应的玻璃孔，玻璃孔一端闭合，另一端开口，玻璃片位于对应玻璃孔内，玻璃孔内设有白底背景，白底背景设置在玻璃片朝向玻璃孔孔底的一侧，玻璃片另一侧设有一限位压环，限位压环呈环状，限位压环外周设有外螺纹，玻璃孔内壁上配合设有内螺纹，限位压环设置在玻璃孔内与玻璃孔螺纹连接，限位压环一侧朝外，限位压环另一侧压靠在玻璃片上，直线纹或平行线位于对应限位压环的内孔范围内。

2 裂隙灯显微镜校准方法的研究

2.1 对裂隙灯显微镜放大率的校准步骤

a. 将玻璃线纹尺装入尺座的玻璃孔内，尺座转接在裂隙灯显微镜的颏托上，调整颏托高度，使玻璃线纹尺上的直线纹位于裂隙灯显微镜的物面中央，对裂隙灯显微镜调焦，并将视度调至零视度；

b. 用带测微目镜的望远镜对准裂隙灯显微镜目镜，通过带测微目镜的望远镜的目镜读取出物面上玻璃线纹尺某一长度，然后用带测微目镜的望远镜上的目尺测量读取长度所对应目尺上的长度；

c. 按照裂隙灯显微镜视角放大率计算公式计算视角放大率，裂隙灯显微镜视角放大率计算公式为：

其中：

Γ为裂隙灯显微镜的放大率；

f'为望远镜物镜的焦距，单位为毫米（mm）；

l为通过望远镜读取的物面上玻璃线纹尺某一长度的读数，单位为毫米（mm）；

l'为通过目尺测量读取长度的读数，单位为毫米（mm）；

常数250的单位为毫米（mm）。

d. 若裂隙灯显微镜有多个视角放大率时，应按上述a、b、c逐个测量计算。

2.2 对裂隙灯显微镜视角放大率误差的校准步骤

a. 对裂隙灯显微镜按照2.1中a、b、c进行校准测量，测量计算至少进行3次，总测量的平均值即为裂隙灯显微镜视角放大率Γ_均"；

b. 按照裂隙灯显微镜视角放大率相对误差计算公式计算相对误差，裂隙灯显微镜视角放大率相对误差计算公式为：

其中：

△Γ为裂隙灯显微镜视角放大率相对误差；

Γ_均为裂隙灯显微镜视角放大率总测量的平均值；

Γ_标为裂隙灯显微镜放大率标准值。

2.3 裂隙灯显微镜左右观察系统视角放大率相对误差校准步骤

a. 对裂隙灯显微镜左右观察系统均按照2.2中的a进行校准测量，分别计算左右观察系统的视角放大率"Γ_l、Γ_r；

b. 按照裂隙灯显微镜左右观察系统视角放大率相对误差公式计算相对误差，裂隙灯显微镜左右观察系统视角放大率相对误差公式为：

其中：

V_r为裂隙灯显微镜左右观察系统视角放大率相对误差；

Γ_l为裂隙灯显微镜左观察系统视角放大率；

Γ_r为裂隙灯显微镜右观察系统视角放大率；

Γ_max为、 两者中较大的值。

2.4 对裂隙灯的裂隙像两边平行度的校准步骤

a. 将玻璃平行尺装入尺座的玻璃孔内，尺座转接在裂隙灯显微镜的颏托上，调整颏托高度，使玻璃平行尺上的平行线位于裂隙灯显微镜的物面上，将裂隙灯显微镜的裂隙像宽度调至0.2mm，裂隙像长度调至最大，使裂隙像其中一条边与专用玻璃平行尺的纵向长平行线相重合，从横向刻度读出裂隙像的另一边与专用玻璃平行尺上间隔0.2mm的长平行线间的最大偏离量△X和裂隙最大长度，用以下公式计算其两边平行度。

b. 按照裂隙像两边平行度计算公式计算平行度，平行度计算公式为：

其中：

△X为裂隙像两边的平行度，单位为度（°）；

δ为裂隙像两边的最大偏离量，单位为毫米（mm）；

L为裂隙像的裂隙最大长度，单位为毫米（mm）。

3 小结"

本套裂隙灯显微镜校准装置对测微装置和望远系统特点研究，通过成像机理，将测微装置应用于望远系统，实现目镜无测量装置的读数功能，配合玻璃线纹尺和玻璃平行尺，对裂隙灯显微镜的视角放大率和裂隙像两边的平行度进行校准，不仅操作方便，且校准测量精度高，填补了国内在裂隙灯显微镜校准领域的技术空白。

参考文献：

[1] YY 0065-2016《眼科仪器 裂隙灯显微镜》

[2] JJF（浙）1169-2019《裂隙灯显微镜校准规范》

项目资助：金华市科技计划项目（2022-4-072）裂隙灯显微镜校准装置的研发和应用。

作者单位：1. 金华市计量质量科学研究院

2. 金华市知识产权保护中心