接触透镜优化器的制造方法

接触透镜优化器的制造方法
【专利摘要】公开了视力测试方法和装置，该方法包括：测量由接触透镜施加的光的波阵面的调节，确定对于模拟戴在患者眼睛上的透镜的光学属性所必须的波阵面调节，产生通过患者可观察到的静态或者动态图像，调节远离患者的图像的波阵面来获得模拟戴在患者眼睛上的透镜的光学性能所必须的波阵面，并且将波阵面中继到患者眼睛附近、上或内的平面。该装置包括用来测量接触透镜施加的光的波阵面的调节的设备，确定对于模拟戴在患者眼睛上的透镜的光学属性所必须的波阵面调节的设备，生成通过患者可观察的静态或者动态图像的设备，调节远离患者的图像的波阵面来获得模拟戴在患者眼睛上的透镜的光学属性所必须的波阵面的设备，以及将波阵面中继到患者眼睛附近、上或内的平面的设备。
【专利说明】接触透镜优化器
[0001]公开背景
[0002]领域
[0003]公开了一种在真实世界条件下在远距离、近距离和中间距离处以及在单眼或者双眼观看条件下模拟患者的眼睛上佩戴的一个或多个接触透镜的光学属性的方法和装置。
[0004]相关技术说明
[0005]已知的第一个接触透镜是在19世纪后期被制造和装配。到20世纪中期，塑料透镜被设计并且被制作得更小、更薄并且具有改善的舒适性和观察效果的设计。很多患者戴硬透镜都有困难，1971年Baush和Lomb引入由被称作甲基丙烯酸羟乙酯(hydroxy 1-ethylmethacrylate) (HEMA)的吸水塑料制造的第一个商业可用的软接触透镜。这种软透镜更薄并且更舒适，让更多的患者成为成功的接触透镜的使用者。目前，美国销售的接触透镜大约90%为软透镜。
[0006]被设计成为远视眼患者提供近观察距离和远观察距离的矫正的双焦或更准确地来说多焦的接触透镜在1982年第一次可用。因为它们的引入，多焦接触透镜发生了相当大的改善，且目前多焦接触透镜有许多不同的设计可利用。
[0007]Toshida (Clinical Ophthalmology 2008:2 (4) 869 - 877)将多焦接触透镜分类为交替或转换视觉透镜和同时视觉透镜，其还可以进一步分为折射透镜和衍射透镜。
[0008]转换视觉透镜也被叫做分割透镜，其中分别在透镜的上部和下部提供远距矫正和近距矫正。透镜是由眼下睑来控制转换的，从而当患者低头阅读时将接触透镜的阅读部分和视轴对齐。
[0009]折射型的同时视觉透镜可以分类为DeCarle型的透镜，这种透镜的中间和周围的部分被分别用于远视和近视。在Alges类型的折射透镜中，这些区域被逆转，且在透镜的中心部分提供阅读校正。
[0010]在折射的老花眼矫正接触透镜中，佩戴者看到近处和远处的图像，且大脑对其感兴趣的对象的感知图像进行优化。这种类型的透镜一个优势是，它通常不存在透镜旋转的问题，但通过瞳孔对透镜进行拟合和确定中心是很重要的。
[0011]另一种类型的折射的多焦透镜是一种非球面的或非球状的类型的透镜。在非球面透镜中，前表面、或者前表面和后表面为非球面，且中心和近中心部分分别提供远距离和近距离观察。透镜的能力在透镜的不同部分之间逐渐改变。
[0012]另一种类型的折射多焦透镜是这样一种设计:其中透镜的光学中心被轻微护鼻地转移以接近眼睛的视轴，视轴对于很多患者来说相对于瞳孔的几何中心是在下方的且是护鼻的。这种透镜与好的近距离观察关联。
[0013]在衍射多焦接触透镜中，后表面上有同轴的沟槽，这些沟槽会造成光的衍射，就像菲涅耳透镜的设计。衍射接触透镜的中央部分通常被设计成提供良好的远距离视觉，而衍射区则提供近处聚焦。衍射设计的一个缺点是:经常存在差的对比和眩光的问题。
[0014]除了这些多焦接触透镜，还可以为患者安装单视觉接触透镜。在单视觉安装中，医生通常给患者的主眼提供远距离矫正接触透镜，且为对侧眼提供近距离矫正，虽然有时这种方式在某些患者身上会颠倒。患者学着适应单视觉，并且一些患者可以不需要额外的矫正就适应所有的距离。
[0015]还有一些透镜被设计来提供修改的单视觉，例如由酷博设计的频率55多焦，其为主眼在中心装备用于远距离视觉的D透镜，为非主眼在中心装备近距离视觉的N透镜，以及在中心装备D透镜(远距离视觉)的UltraVueTM2000环面多焦和在中心的N透镜(近距离视觉)，以及用于透镜的后部的环面设计。
[0016]随着越来越多的老花眼矫正接触透镜变得可用，眼保健专业人员和他们的患者接触到越来越多的难以给出客观评价的选项和营销要求。老花眼矫正接触透镜的临床经验已经证明了，并不是所有的患者都适合这些透镜且不满他们的视力，要求接触透镜被不同设计的透镜代替。对于患者来说，试戴和替换大量的透镜来达到满意的视力是不方便的而且是昂贵的。
[0017]本领域普通技术人员还知道，相同标称放大率的接触透镜具有非常不同的设计，其提供不同的视觉质量。图2示出通过商业可用的透镜测试设备测量的13种市面上存在的软接触透镜的放大率分布(power profile)。虽然图2示出的每个透镜的标称放大率均为-3D，但是透镜的外围放大率分布明显不同。这些在放大率上的不同将为患者提供如同瞳孔扩大的不同质量的视觉。那些具有大量先前存在的球面像差的患者会注意到，相较于提供球面像差的本质矫正的透镜设计，利用不矫正、或者加剧瞳孔外围的球面像差的透镜设计，夜间视力会大幅下降。这些透镜利用并不是大多数的从业人员可利用的非常昂贵的专业的光学仪器进行测试。因此，现有技术的安装接触透镜的装置不能为从业者提供为特定的患者选择最佳矫正接触透镜所需要的信息。
[0018]现有技术的方法不能为患者提供在多个设计当中预览、比较、并选择为他们提供最好的视觉的透镜设计的任何装置。例如，图2和图3所示的透镜必须以顺序的方式先后进行尝试。插入一个透镜以后，这个透镜提供的视觉质量可以被观察到，然后透镜被取出且再插入不同的透镜，且然后这个透镜提供的视觉质量可以被观察到。这个序列比较法是对透镜设计进行有效比较的差的方法，因为透镜不能在并排的基础上同时进行比较。
[0019]接触透镜的光学属性的测量。测量接触透镜的光学属性的方法是已知的。欧洲专利EP0129388A2和EP1759167教导了通过使用光学探测手段测量软的且气体可渗透的接触透镜的方法和装置。目前市场上有的可以测量接触透镜的光学属性的仪器是由纽约罗彻斯特的Lumetrics公司生产的ClearWave?接触透镜精密像差计。
[0020]空间解析折射仪是已知的，如Webb在第6，000, 800号美国专利中描述的设备。在该公开中，Webb教导了空间解析折射仪可以被配置来确定光学系统例如接触透镜的光学属性。
[0021]接触透镜模拟器。多焦接触透镜模拟器是已知的，例如美国专利申请US2011/0080562中描述的设备。该公开教导了一种多焦接触透镜模拟器，其包括允许通过其观察物体的光学系统，和固定规定的测试用接触透镜的测试透镜架。接触透镜架被安装在与观测者的眼睛所在的位置光学地共轭(optically conjugate)的位置。
[0022]但是，现有技术的模拟接触透镜光学属性的方法不能为患者提供接触透镜将提供的视觉质量的真实评估，因为既没有提供观测不同大小、形状、颜色、对比和照度的物体的方式，而且之前的专利申请也没有教导在近距离、中间距离、远距离对物体进行观察或者允许在双眼的情况下测试的方式。
[0023]现有技术的设备不能提供临床实践方法来确定可利用的接触透镜设计中的哪一个(如果有的话)将会在患者佩戴上给定设计的接触透镜时给特定的患者带来满意的视觉功能水平，现在技术的设备也不能允许患者基于对接触透镜的图像产生属性的比较来预览、比较和选择他们更喜欢的接触透镜设计。
[0024]为了解决这些尚未解决的问题，本公开教导了一种新的方法和装置，其允许患者预览和比较特定的接触透镜设计将提供的远距离的、中距离的和近距离的视觉，并允许患者在观察各种观察距离下的真实场景的真实图像时比较多种设计提供的视觉。这为患者提供了在分配透镜之前预览、比较并选择最有可能提供令人满意的视觉功能的接触透镜设计的能力。
[0025]概述
[0026]公开了一种接触透镜优化器。提供了一种测量通过接触透镜的图像的波阵面的调节的光学设备。提供了接触透镜视力模拟器，包括观察站、波阵面发生器和聚焦系统。
[0027]在波阵面发生器中，投射器，优选地数字显示器，通过在计算机控制下的光学元件投射静态或动态图像。聚焦系统，优选地球面场镜，将波阵面发生器聚焦到与患者眼睛光学地共轭的位置。聚焦系统可以提供近观察显示配件和眼睛跟踪器来稳定被投射的图像的位置。
[0028]然后，调整波阵面发生器来在患者的视网膜上产生图像，其模拟当要被模拟的接触透镜被戴在患者的角膜上时产生的图像。
[0029]本公开教导在一定范围的不同距离和观察条件内测试预期的接触透镜患者对不同的接触透镜设计的容限的能力。这允许在自然的条件下的接触透镜模拟，排除了现有技术中存在的仪器障碍和其他限制，并且它允许患者从多个设计中预览、比较和选择接触透镜设计，其将为患者的特定视力需要提供具有最小视觉负面效应的最佳视力。
[0030]附图简要说明
[0031]图1描绘不同光学设计的三种不同的多焦接触透镜A、B、C，示出在浅色中远距视觉D的区域和在深色中近视觉矫正N的区域。
[0032]图2描绘市场上存在的13种单焦接触透镜的放大率分布，其每一种具有在屈光度中-3D的标称放大率，随着以毫米为单位的距透镜中心的水平距离而变。
[0033]图3描绘图2中的透镜，示出自然眼睛和当戴上CIBA和Acuvue透镜时透镜的右侧的放大率分布和波阵面误差的Zernicke系数。
[0034]图4是患者椅和接触透镜模拟器的后塔台的图解侧视图。
[0035]图5是装置的透视图。
[0036]图6是去除可调节的光学元件的用于右眼和左眼的波阵面发生器的部分俯视平面图。
[0037]图7是在可调节的透镜放在合适的位置上时用于右眼的波阵面发生器的实施方式的部分详细视图。
[0038]图8是列出在图7中示出的可调节的透镜元件的身份的表格。
[0039]图9是系统计算机的输入和输出的框图。
[0040]图10是本发明的优选实施方式的图解的侧视图，其中用于每个眼的光学通道具有两个独立的波阵面发生器。
[0041]图11是示出接触透镜模拟器的近距离观察配件的图解的前透视图。
[0042]图12描述当接触透镜优化器正在生成模拟通过不同接触透镜设计形成的图像时场镜和近距离观察配件的患者右单眼视图，从而允许患者预览、比较和选择将在配合后提供最好的视觉的接触透镜设计。

【具体实施方式】
[0043]装置的一个实施方式具有两个组件。接触透镜测量装置被用于特征化一个或多个接触透镜的光学属性并且用于确定当它被放置在患者眼睛的角膜上时再现或模拟接触透镜的光学属性所必须的图像的波阵面的调节。第二组件是接触透镜模拟器装置，其再创造出用于患者检测的接触透镜的光学属性。在可替换的实施方式中，可以在任何地方提供接触透镜的光学属性。
[0044]图1示出具有不同光学设计的三种多焦接触透镜A、B、C。三种透镜被示出用于以示例的目的示出当下应用的三种主要类型的老花眼矫正接触透镜:双焦型、衍射型和折射型。这个仪器不限于模拟这些类型的设计，且它还可以被用于模拟被研发的将来设计。除此之外，这个仪器还可以用来测量给定类型的任何数量的设计，但是其在它们的设计特点、尺寸、材料和其他属性上变化，包括单视觉球面透镜和环面接触透镜。未示出的光学特征装置被用于独立地特征化每一个接触透镜的光学属性。这种适合于在这种装置中使用的光学特征装置是已知的，并且可以通过在纽约罗彻斯特内的Lumetrics公司制造的Clearwave?接触透镜精密像差计提供。在其他实施方式中，光学特征装置可以是空间解析折射计、Schack-Hartmann波阵面传感器或者使用光学探针装置的类似设备。除了测量由接触透镜对图像施加的相位变化，通过合适的设备例如分光仪可以测量随波长而变的图像强度的变化和/或图像强度。在利用光学特征装置测量之后，接触透镜的光学属性可以用数学函数来描述，例如Zernicke系列、Fournier变换系列或泰勒展开式系列。本领域普通技术人员熟悉这些和其他的数学函数，其可以用于描述相位变化，或者是当光线通过接触透镜时发生的对光的波阵面的调节。
[0045]本领域普通技术人员还知晓，通过接触透镜施加的光波的总的相位变化随接触透镜的前表面和后表面的形状以及在接触透镜的折射率和接触透镜周围的介质的折射率之间的差而变。材料的折射率是光在真空中的速度和光通过该材料的速度的比。因为接触透镜被设计来被戴在角膜上，并且已知环绕接触透镜的眼泪的折射率为1.33698，所以当接触透镜佩戴在角膜上时，即使是在空气中进行接触透镜的测量，可以应用适当的校正因子来准确地确定接触透镜的光学属性。
[0046]图2示出利用上面描述的适当的光学特征装置测量以后的13种市场上存在的单焦接触透镜的放大率分布。通过图2，很明显的是，这些透镜的放大率分布差异很大，尽管每个透镜都有标称放大率值-3D。
[0047]图3的左侧示出了这些透镜偏离标称-3D放大率的程度随着它们距透镜的中心的水平距离而变。图3的中间部分示出了在没有矫正的情况下戴CIBA和Acmme接触透镜时眼睛的波阵面放大率。明显的，同样标称放大率的透镜给眼睛带来不同程度的矫正。
[0048]图4和图5示出接触透镜模拟装置包括塔台1、检查椅2A、封装反射场镜4和可选的摄像机4A的观察口 3和操作者控制终端5。通过接触透镜模拟器进行视力测试的患者IA坐到检查椅座位8上，其被调整成将患者的眼睛置入通过框9标记的需要的检查位置内。图像由波阵面发生器10里的波阵面发生器生成且指向观察口 3里的场镜4，在该处其被反射到位于期望的检查位置9内的患者眼睛。在患者后面，后柜子I封装有计算机、电源和其它专用电子设备来控制波阵面发生器10。由波阵面发生器投射的图像被场镜4反射，并且被坐在检查椅8处的患者观察。
[0049]图4示出接触透镜模拟器的检查椅2A的透视图，检查椅2A与竖直塔台I毗邻，且在竖直塔台I前面，并且它从塔I优选地机械隔离，以便在椅内的患者移动不传输到塔台内的部件。检查椅具有座位部分8，其位置通过在椅11的底座内设置的电机装置是可调的，这可以响应于系统计算机而做出。座位靠背具有头枕12，其可以手工进行调整或者可以通过响应于系统计算机而做出的自动方式来调整。可选的头部保护系统(未示出)可以从光学托盘(optical tray) 10的下方布置来帮助在检测的过程中稳定患者的头部。
[0050]检查椅具有扶手13，每个扶手具有用来支持患者输入装置15的平台14。在一个实施方式中，输入装置是旋转的触觉控制器，在检查的过程中，患者可以旋转、平移或者按压旋转的触觉控制器来向系统计算机提供输入。合适的触觉控制器由加利佛尼亚95131的圣约瑟的Immers1n Technologies生产，并且这样的控制器非常适合于在检查的过程中向系统提供直观的输入。已知许多其他的输入设备，如鼠标、操纵杆、旋转控制、触摸屏、声音和其他控制装置，其中任何都可以被用作可替换的实施方式。
[0051]图6示出去除可调节的透镜和配件透镜的用于右眼18和左眼19的波阵面发生器的俯视图。用于右眼的显示装置20和用于左眼的显示装置21产生图像。一个合适的图像产生装置是由华盛顿州贝尔维尤市的EMagin公司制造的型号SXGA 0LED-XL?。现有技术中已知大量的其他图像产生装置和形式，包括LED、OLED、DLP、CRT和其他装置，其中任何及全部都可以适合于可替换的实施方式。
[0052]由20和21产生的图像经过准直透镜22和23。然后图像的准直光穿过可调节的光学元件和配件透镜元件的堆，如图7中详细示出和下文所述，其中准直光通过光束转换镜24和26被重新导向用于右眼，且通过光束转换镜25和27被重新导向用于左眼，此处然后，它们被引导向场镜29。转换镜24、25、26和27的位置和角度可以响应于系统计算机通过致动装置18A做出，以便将光束引导向场镜并且调节在左和右光束路径之间的间隔至患者的内部瞳孔距离的间隔28。在优选的实施方式中，转换镜24、25、26和27可以响应于眼睛和/或视线跟踪系统而做出来帮助沿着患者测试的需要路径引导光束。
[0053]适合在波阵面发生器里使用的可调节的透镜是被Alvarez在美国专利3，305, 294中描述的透镜。通常来说，这些透镜包括两个元件，其每一个表面都可以被三次多项方程式表示并且每一个元件都是其同伴元件的镜像。本领域普通技术人员已知的，定义Alvarez透镜元件的形状的公式的系数可以被优化来改善它们的光学性能并且最小化不需要的像差，这种优化通过例如使用适合的光学设计软件例如ZeMax (第112东北大街3001号Radiant ZEMAX LLC, Suite 202，贝尔维尤，WA 98004-8017美国)。可调节的透镜的这样的修改在本公开的范围内是完全可预期的。
[0054]由于Alvarez透镜对的元件被制造成相对于彼此在垂直于元件的光轴的方向平移，穿过它们施加到图像上的光强随着平移量而变化。透镜安装在周围的框架上，并且它们然后通过致动器装置例如示例的控制线缆18A平移，以便它们的动作响应于系统计算机而做出。可替换的透镜致动装置在现有技术中已知，并且在本公开的范围内。
[0055]现有技术中已知其他类型的可调节的透镜和镜子，其可以被用在波阵面发生器中来调节图像的波阵面，并且它们被认为是在本发明的范围内。已知可以响应于计算机做出的可变形的镜子，例如位于NJ08007-1308的巴林顿的101东格洛斯特派克的EdmundsOptics制造的那些。作为可替换的实施方式，通过固定透镜，通过一个或多个可变形的镜子或通过固定透镜、可变形的镜子和Alavrez透镜的任意结合可以代替上述可调节的Alvarez透镜，并且其保持在本公开的范围内。另一个实施方式涉及使用一个或者多个分立的透镜，其被布置在机架中或者以其他的布局布置并且被用来调节图像的波阵面。
[0056]图7示出用于右眼的波阵面发生器的更加详细的视图，示出被用来修改由显示装置20制造的图像的波阵面的可调节的Alvarez透镜对和配件透镜对29-45。一个实施方式的这些透镜的身份在图8中列出。
[0057]通常来说，可以预期的，图8中列出的光学元件将被选择成调节图像的波阵面以便利用从-20D到+20D的接触透镜提供折射误差的全范围矫正和直到或超过8D的散光矫正。除了向波阵面提供球面和柱面调节，透镜将可以对波阵面施加较高阶像差，包括球面像差和彗形像差。作为可替换的实施方式，波阵面发生器可以利用固定的和可调节的透镜元件来向波阵面施加球形和柱形调节，并且采用可变形的镜子元件来向图像的波阵面施加更尚阶的像差。
[0058]例如通过将PMMA或其他合适的光学材料加工制成需要的形状而制备的相位板(phase plate)可以被插入到波阵面发生器的配件槽29、30和41_45，以便向波阵面施加通过可调节的光学部件没有施加的其他调节，以便有效地模拟通过光学特征系统D测量的接触透镜的波阵面调节。
[0059]图4示出观察口 3的侧视图，观察口 3封装场镜4。在优选的实施方式中，场镜的形状是圆形的，且它具有曲率半径大约为2.5M且半径在10”和24”之间的球形凹面弯曲。这样的镜在望远镜应用中已知，并且合适的镜可以从GA 30263 - 7424的Newnan的星星装备(Star Instruments)采购。球面镜的可替换的实施方式是已知的，例如CFRP(碳纤维增强聚合物)球面矩形镜子，其可以从Arizona的Composite Mirrors Applicat1ns采购。用于聚焦系统的可替换的实施方式包括使用非球面镜子、环形镜子、形状非圆形的镜子和平面镜子(piano mirror)。
[0060]在优选的实施方式中，镜4的曲率半径对应于患者的眼睛(在标称的测试位置9)的角膜平面至镜和从波阵面发生器10的中心至场镜4之间的大概距离。本领域普通技术人员知晓，被放置在等于镜的曲率半径的距球面凹面镜一定的距离处的物体在镜的共轭光平面产生放大倍数等于一的图像。因为可调节的透镜和角膜平面被设置在相对于场镜共轭的光学平面，可调节的透镜将会在角膜平面具有和它们在波阵面发生器中具有的有效放大率相同的有效放大率。换句话说，当眼睛前面的空间没有物理透镜或其他仪器时，场镜光学地中继波阵面发生器中的可调节的透镜至或接近角膜平面。
[0061 ] 在这种“单位放大”条件下或者接近这种“单位放大”条件下操作仪器是优选的实施方式。但是，已知由在非单位放大下成像的Alvarez透镜产生的有效的透镜放大率的改变可以由校准表和/或通过调节波阵面发生器10中的可调节的光学元件来矫正在这种非单位放大下设备的运行来补偿。这样的矫正可以由系统计算机自动进行而不需要操作者的输入。也是已知的，在Alvarez堆中只有一个位置是准确地在沿着镜的光轴在曲面的中心，并且一些矫正因子必须应用到位于毗邻曲面中心的位置波阵面发生器的透镜。
[0062]如图4所示，提供桌子5A来支撑显示终端5，显示终端5被操作者使用来提供对计算机的控制输入和接收来自设备的显示。在检查期间，可以通过常规的键盘、鼠标或者其他的触觉装置提供操作者输入来控制接触透镜模拟器。这些设备通过常规的线缆、光纤或无线装置连接到系统计算机。
[0063]图9示出系统计算机50到装置的不同子系统的输入和输出。摄像机46为患者位置检测器49提供信息，其提供系统计算机50的输入。操作者输入端47和患者输入端48被提供到系统计算机。
[0064]系统计算机50接收输入并且提供到数据库存储系统52的输出，其在优选的实施方式中可以通过因特网51传输。
[0065]系统计算机50提供输出到显示驱动器55，显示驱动器55运行数字显示器57和58，其在优选的实施方式中可以是上面描述的有机发光二极管。系统计算机50提供输出到透镜运动控制系统56，透镜运动控制系统56引导致动器，致动器驱动分别地用于波阵面发生器的右侧和左侧通道59和60的可调节的透镜。透镜运动控制器60也控制配件透镜的位置，配件透镜可以包括相位板，其可以被引入如在29、30和41-45中示出和在下面更详细的描述的波阵面发生器的一个或多个配件透镜槽。
[0066]图10示出其中每个眼睛两个波阵面发生器(总共是四个)被封装在光学托盘中的优选的实施方式的侧视图。对于右眼通道，上部波阵面发生器61的图像和下部波阵面发生器62的图像通过光束合并元件63合并，并且其后朝向场镜4引导出波阵面发生器。如接下来将要描述的，每个眼睛多个波阵面发生器允许患者观察并比较由在并排和同时基础上通过不同设计的接触透镜的模拟光学属性产生的图像。
[0067]图11示出装置的聚焦系统的近距离观察显示器64。当使场镜4将光束路径从65重定向到66时，在近距离观察显示器64内侧的镜子(未示出)沿着路径67和68将光束重定向到患者的眼睛里。该镜子使图像相对彼此产生偏离，并且呈现给检查椅中的患者，就好像图像是从近距离观察显示器64的观察表面73出现的。
[0068]图12示出观察口 4的患者右眼视图和近距离观察显示器73的表面。当使用具有两个或更多个的波阵面发生器的实施方式时，患者能够利用通过场镜4和近距离观察显示器64的表面73在近距离Bn和Cn以及远距离Bd和Cd观察距离处在并排基础上模拟接触透镜B和接触透镜C的图像的波阵面来预览和比较图像。
[0069]接下来描述用来确定多个接触透镜的光学性能和在预期的患者上的那些接触透镜的性能的模拟的装置的使用。
[0070]在图1中三个不同设计的三个接触透镜示出为A、B和C。通过接触透镜测量装置测量每一个接触透镜的光学属性，并且这些波阵面分别通过数学函数Ea、Eb、Ec表示。这些数学函数描述在光穿过接触透镜之后在特定距离处光的波阵面的三维形状。适合用来描述该波阵面的函数包括Zernicke多项式展开系列、Fournier函数、泰勒展开式系列、或类似的数学表达式。可选地，可以测量除了由接触透镜施加的相变以外的光学性质，例如随波长而变的光透射，并且这个信息可以被波阵面发生器用来提高接触透镜的模拟的精准度。
[0071]接下来，确定接触透镜的非球面放大率E’ a、E’ b和E’ c是否可以由在图8中列出的波阵面发生器的可调节的光学部件模拟是必须的。一般来说，对于有连续的放大率转换的折射设计的接触透镜，可以用可调节的Alvarez透镜和可变形的镜子的组合来模拟接触透镜放大率。但是，对于采用Fresnel光学的衍射接触透镜和在区域之间具有显著光强变化的折射设计，获得PMMA的相位板或者其他合适的光学材料可能是必须的，当与在波阵面发生器中的可调节的光学元件串联放置时，相位板或者其他合适的光学材料将产生接触透镜的光学属性的准确模拟。
[0072]总的来说，可以通过从接触透镜测量的剩余非球面放大率例如上文提到的E’ a、E’b和E’c中减去通过在图8列出的可调节的透镜可以产生的最合适的波阵面来确定需要的相位板的形状。
[0073]一旦获得对于待模拟的接触透镜所必要的相位板(如果需要)，可以如上所述继续在预期的患者身上的接触透镜的模拟。
[0074]在可替换的实施方式中，通过将其放置在一个适当的容器架并且在适当的位置将它插入波阵面发生器，例如图7示出的配件槽29，将实际上要被模拟的接触透镜放置到波阵面发生器里。装置的各种实施方式允许将接触透镜放在空气中或者在合适的流体中。
[0075]波阵面发生器里的可调节的光学元件被插在光束路径上来模拟接触透镜的光学属性，就像将接触透镜戴在眼睛的角膜上一样。
[0076]当图像产生装置20生成的图像经过波阵面发生器18并被场镜14聚焦时，其将会出现在患者的身上，就像当接触透镜戴在患者的角膜上时图像穿过接触透镜一样。换句话说，对于在镜4里观察远距离物体的患者，当接触透镜戴在患者的角膜上时，物体将出现，就好像来自物体的光线穿过接触透镜。
[0077]在控制患者老花眼方面，对于患者来说，评估近距离、远距离和中间观察距离的视觉质量是值得期望的，以评估不同接触透镜的性能。
[0078]图11示出患者在装置中观察近距离图像。为了观察近距离图像，场镜4被向下倾斜以便将光束从路径65重定向到路径66，其使光线穿过近距离观察组件64。
[0079]为了近距离观察，波阵面发生器18和19里的可调节的球面透镜被调节来向与近观察距离关联的图像的波阵面施加合适的发散(divergence)。例如，为了合适地模拟当其位于距患者眼睛25cm处时近观察组件64的观察表面73呈现的图像的观察，近似于-4D的球面透镜放大率将被添加到在波阵面发生器里的可调节的光学元件的先前存在的设置，并且该-4D的发散然后被如上所述的场镜光学地中继到患者的视图平面。对于患者来说，其将出现，就好像图像是从近距离观察组件的表面73出现一样。
[0080]在优选的实施方式中，场镜4对眼睛和视线跟踪系统做出响应，其接收来自摄像机4A的输入。当眼睛和视线跟踪系统检测到患者的视线向下朝向近距离观察组件64的观察表面73时，场镜4向下倾斜以便它将光束从路径65重定向到路径66，从而使它们通过近距离观察组件64。
[0081]图12示出场镜4的患者右眼观察和近距离观察组件64的近距离观察表面73。波阵面发生器61通过模拟接触透镜B的光学属性所需要的光学元件的必要的结合产生图像B，并且波阵面发生器62通过模拟接触透镜C的光学属性所需要的光学元件的必要结合产生图像C。
[0082]因此，患者可以预览、比较和选择提供最好质量的图像的接触透镜B或者接触透镜C的接触透镜光学。这些图像可以同时比较或者可以在并排的基础上进行大致同时的比较。类似地，当观察近距离观察表面73时，通过重定向场镜4和通过调节波阵面发生器中的可调节的透镜来产生用于近距离观察组件64的观察表面73的观察距离的光的合适的发散，以类似的方式产生图像A和B。这样，多个接触透镜被或者可以被同时模拟或者可以被患者同时感知。
[0083]通过激活用于左眼的波阵面发生器，可以以类似的方式获得图像B和C的双眼比较。
[0084]上面的公开相对于现有技术方法提供了许多有用的发明特征。
[0085]装置被提供来特征化任何接触透镜的光学属性，并且来准确地模拟在近距离、中间距离和远距离内在真实观察条件下在预期的接触透镜患者上的那些光学属性。这允许预期的接触透镜患者预览、比较、并选择它们基于患者的主观评价更喜欢的特定的接触透镜设计。
[0086]与现有技术的方法不同，本装置和方法提供在没有阻碍现有技术的光学仪器和其他限制的自然观察条件下通过多个观察距离比较不同接触透镜设计的性能的能力。因为老花镜矫正设计的主要好处是提供在常用范围的观察距离内清晰的视觉，所以该设备提供了一种有用的装置，用于患者测试在患者需要的全范围的观察距离内的接触透镜设计的性會K。
[0087]本装置和方法的另一个新特征是它的用于患者评估在一定范围的图像照度、颜色、和对比度内的各种接触透镜设计的性能的能力。通过调节图像投射器的输出，患者可以看到接触透镜设计如何随照度和对比度的升高或降低以及颜色变化而比较。现有技术方法不提供该能力。
[0088]本设备提供的新能力将允许医生确定哪些患者是老花眼矫正接触透镜、单视觉接触透镜和其他类型的接触透镜等的良好的人选以及哪些不是，并且其将提供选择最可能为患者提供最令人满意的可视结果的特定类型的接触透镜有用的信息。
[0089]另一个新的特征是通过使用眼睛和视线跟踪器将图像稳定到合适的图像平面上的能力。这使得患者在测试的过程中不必一直保持不动，并且它便于在自然观察条件下更加真实地模拟接触透镜性能。测试还在患者的观察区域内没有仪器或其他视觉障碍的情况下进行，不像现有技术的方法和设备。用于制造或选择接触透镜的光学参数可以以更高分辨率的增量确定，比如0.01D，与现有技术方法中使用的0.25D的增量不同。随着接触透镜制造技术和方法的改进，本发明的方法和装置现在提供规定和/或定制制造透镜的方式，相较于使用各种现有技术方法规定的接触透镜，其向患者提供极大改进的视力。类似地，本公开向实践者提供利用包括用于较高阶像差的诱导或矫正的规格的接触透镜改善视觉功能的装置。
[0090]尽管本文已经示出了并且详细描述了用于视力测试以便向患者提供视力矫正接触透镜的方法和装置及其修改，但是可以进行各种其他改变和修改而不会脱离本公开或所附权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种视力测试的方法，其允许患者预览用来矫正患者视力的接触透镜的光学属性，包括下述步骤: a.确定要被模拟的接触透镜的光学属性； b.生成由患者可观察的静态或动态(电影)图像； c.调节所述图像的波阵面来在患者的视网膜上产生模拟当所述接触透镜放在患者的角膜上时将产生的图像的图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中调节所述图像的波阵面是远离患者执行的。
3.如权利要求1所述的方法，其中由患者同时模拟或同时感知多个接触透镜。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述调节步骤包括在所述波阵面发生器内插入接触透镜，并且通过所述接触透镜投射所述图像。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述修改步骤响应于患者提供的输入。
6.如权利要求1所述的方法，其中第二波阵面发生器模拟由第二接触透镜在患者的视网膜上产生的图像，以便允许患者以大致同时的方式比较两个图像。
7.如权利要求1所述的方法，其中在患者的视网膜上产生模拟多个接触透镜的多个波阵面，以便允许患者比较和选择更喜欢的图像。
8.—种视力测试装置，其允许患者预览、比较和选择由接触透镜提供的光学属性，包括: 用于测量或输入接触透镜的光学属性的装置； 用于通过在计算机控制下的光学元件投射来自波阵面发生器的图像的装置； 用于将所述图像聚焦到与患者的眼睛光学地共轭的位置的装置；以及用于调整所述波阵面发生器来在患者的视网膜上产生图像的装置，该图像模拟当所述接触透镜戴在角膜上时将产生的图像。
9.如权利要求8所述的装置，其中用于修改图像的波阵面的调节的所述装置响应于患者提供的输入。
10.如权利要求8所述的装置，包括一个或多个接触透镜，其插入所述波阵面发生器中，用于通过所述一个或多个接触透镜投射所述图像来产生患者可观察的多个图像。
11.如权利要求8所述的装置，包括一个或多个接触透镜，其插入所述波阵面发生器中，用于通过所述接触透镜投射所述图像。
12.如权利要求8所述的方法，包括输入装置，其用于响应于患者的输入而调整波阵面发生器图像。
【文档编号】A61B3/10GK104470418SQ201380019590
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年2月13日 优先权日:2012年2月13日
【发明者】基思·P·汤普森, 乔斯·R·加西亚 申请人:迪吉塔尔视觉有限责任公司