CN106413523B - 视觉补偿系统和双目型验光装置 - Google Patents

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Abstract

一种使得能够沿观察光轴(X)以可变光学屈光力矫正进行观察的视觉补偿系统(10)包括：‑第一可旋转光学元件(2)，该第一可旋转光学元件的中心在该光轴(X)上并且沿该光轴(X)具有第一柱面屈光力；‑第二可旋转光学元件(4)，该第二可旋转光学元件的中心在该光轴(X)上并且沿该光轴(X)具有第二柱面屈光力；以及‑镜片(6)，该镜片使所述光轴(X)作为其轴线并且此外具有可变球面屈光力。

Description

视觉补偿系统和双目型验光装置
技术领域
本发明总体上涉及验光领域。
本发明更具体地涉及一种视觉补偿系统并且涉及一种包括这样的系统的双目型验光装置。
背景技术
在测量患者的视觉敏锐度的背景下，已经提出对例如通过试验镜架或验光仪(如综合屈光检查仪)有待提供的视觉补偿进行模拟。
试验镜架能够相继地接纳提供不同矫正的试验镜片，直到发现适合于患者的矫正。
这种解决方案是不切实际的，并且需要在专用盒中分开地存储试验镜片。该解决方案进一步涉及变换镜片，从而引起矫正屈光力的不期望且不连续的转变。
在综合屈光检查仪中，试验镜片放置在手动旋转或使用机动化机构旋转的多个盘上。
然而，应当理解到这种物体具有大的体积和重量，与每个盘上放置的镜片的数量有关。
此外，通过综合屈光检查仪的视野是有限的(隧道效应)，因为该多个镜片被对准以获得不同的矫正值。
在介绍本发明之前，应再提起在下面的描述中所使用的几个概念的定义。
光学屈光力是光学元件能够使光线会聚或发散所达到的程度。光学屈光力用屈光度表示并且对应于以米为单位的焦距的倒数。
光学屈光力当在镜片(关于光轴旋转对称)的所有子午面中相同时称作球面屈光力。
与此相反，光学屈光力当依据镜片的子午线而变化时则称作散光。在散光光学元件的情况下，沿第一子午线的最大光学屈光力与沿第二子午线的最小光学屈光力之间的差即称作柱面屈光力。这是复曲面或柱面的情况。
发明内容
在本上下文中，本发明提供了一种允许沿观察光轴以屈光力可变的光学矫正进行观察的视觉补偿系统，其特征在于，该视觉补偿系统包括：第一光学元件，该第一光学元件能够以中心在该光轴上的旋转运动的方式旋转并且沿该光轴具有第一柱面屈光力；第二光学元件，该第二光学元件能够以中心在该光轴上的旋转运动的方式旋转并且沿该光轴具有第二柱面屈光力；以及镜片，该镜片将所述光轴用作轴线并且具有可变球面屈光力。
该第一光学元件和该第二光学元件可以是能够彼此独立旋转的，使得在至少一个位置上，由该第一光学元件和该第二光学元件的组合产生的合成柱面屈光力具有例如低于0.1屈光度的微小值、或者甚至是零值。
在实践中，该第二柱面屈光力的绝对值例如等于(或至少几乎等于)该第一柱面屈光力的绝对值，使得在至少一个位置上，所述合成柱面屈光力值是零(或几乎为零)。
换言之，在这种情况下，该第二柱面屈光力等于或与该第一柱面屈光力相反。然而，该第一柱面屈光力和第二柱面屈光力可以是不同的，以补偿两个镜片之间的间距(根据古尔斯特兰(Gullstrand)方程)以便获得对准，在至少一个位置上这些镜片的组合(即，合成)柱面屈光力抵消了。
因此，通过彼此独立地改变第一光学元件的角位置(在以下描述中为角α1)和第二光学元件的角位置(在以下描述中为角α2)以及球面屈光力可变的镜片的球面屈光力SV，可以在预定范围内独立地改变该系统(由第一光学形成元件、第二光学元件以及球面屈光力可变的镜片形成)的球面屈光力S、柱面屈光力C以及散光角α，如以下描述中所说明的。
具体地，借助于改变这两个柱面屈光力光学元件的相对取向的能力，该系统存在使该系统的柱面屈光力C较小的至少一个位置。当第一柱面屈光力和第二柱面屈光力的绝对值相等或几乎相等时，这两个元件存在使该系统的柱面屈光力C为可忽略的或甚至为零的至少一个相对位置。因此，可以产生仅对球面屈光力的矫正。
此外，应当注意的是，可变球面屈光力尤其使得可以补偿由这些柱面屈光力光学元件的关联而产生的球面屈光力，或为了抵消该球面屈光力，或为了总体(对于整个系统而言)获得与所希望的球面屈光力一致的球面屈光力。因此，可以由该球面屈光力可变的镜片至少部分地补偿由第一光学元件和第二光学元件的组合引起的球面屈光力。
该视觉补偿系统因此特别适合于产生可变矫正；此外，该视觉补偿系统具有较小的体积，因为三个光学元件足以产生上述参数范围内的可变矫正。
该系统另外允许通过这两个柱面屈光力光学元件的快速旋转来提供杰克逊交叉柱镜(Jackson cross cylinder)功能。为了提供这种功能(在折射协议中经常使用)，使用了由具有垂直轴线并具有相反符号和完全相同的屈光力的两个平面柱面镜片组成的交叉双柱镜。该交叉双柱镜的球面屈光力为零，其用来通过旋转该双柱镜来非常快速地改变柱面屈光力的值。通过驱动第一光学元件和第二光学元件一致旋转，这种快速变化在此可在不添加补充光学元件的情况下实现。
该球面屈光力可变的镜片例如是包含流体的可变形镜片或者，换言之，是包含流体和可变形薄膜的镜片。
可以提供的是，由第一电机驱动的第一机构被设计成使该第一光学元件以中心在该光轴上的旋转运动的方式旋转，并且可选地，由第二电机驱动的第二机构被设计成使该第二光学元件以中心在该光轴上的旋转运动的方式旋转。
一方面该第一机构和第一电机以及另一方面该第二机构和第二电机对应地形成第一致动器和第二致动器，每个致动器允许对第一和第二光学元件之一的位置进行调整。
该视觉补偿系统可以包括被设计成根据设定点数据(例如从由该系统的用户操纵的遥控器接收到的数据)对应地控制第一电机和第二电机的控制元件。
该控制元件例如包括温度传感器和/或被设计成传送取向数据的取向传感器或运动传感器。
尤其可以提供的是，该控制元件包括被设计成根据所述设定点数据和所述取向数据中的至少一者生成多个控制信号并且发射出对应地寻址到第一电机和第二电机的控制信号的计算机器。
因此，发送到电机的这些控制信号将考虑到该视觉补偿系统的取向，例如以补偿由于重力在液体镜片中引起的屈光力影响。
该控制元件还可以被设计成根据所述设定点数据和该系统的一部分与透过该系统进行观察的眼睛之间的距离中的至少一者生成多个控制信号。
该第一机构可以包括例如与第一蜗杆螺钉相互作用的第一嵌齿轮，该第一蜗杆螺钉被牢固地紧固到该第一电机的传动轴上；该第一光学元件则可以安装在该第一嵌齿轮上。
同样，该第二机构可以包括例如与第二蜗杆螺钉相互作用的第二嵌齿轮，该第二蜗杆螺钉被牢固地紧固到该第二电机的传动轴上，该第二光学元件则可以被安装在该第二嵌齿轮上。
这样的机构允许降低电机的输出速度。该视觉补偿系统因此具有特别优良的分辨率，并且限定该系统的矫正的参数S、C和α因此可以具有在上述范围内几乎连续的一组值。此外，借助于这样的机构，这些嵌齿轮、并且因此由这些嵌齿轮支承的光学元件被保持在位，即使在没有对这些电机供电的情况下。这些光学元件(即，第一光学元件、第二光学元件以及镜片)因此被安装成(在该视觉补偿系统中)使它们(每个)(甚至)在不供应电力的情况下保持它们各自的设定点位置。
该视觉补偿系统可以包括与所述嵌齿轮相关联的至少一个光学元件(在实践中，每一个嵌齿轮都与一个光学单元相关联)，以便确定所关联的光学元件(第一光学元件、第二光学相关元件或镜片)的位置。
该视觉补偿系统可以被容纳在例如通过组装至少一个第一部分和一个第二部分形成的外壳中；可以提供的是，将第一嵌齿轮可旋转地安装在所述第一部分上并且将第二嵌齿轮可旋转地安装在所述第二部分上。
第一电机例如安装在所述第一部分上，和/或第二电机例如安装在所述第二部分上。
还可以提供的是，将由第三电机驱动的第三机构设计成驱动用于控制该球面屈光力可变的镜片的球面屈光力的环旋转。
因此还可以通过由第三电机和第三机构形成的致动器来调整球面屈光力。
第三机构例如包括与第三蜗杆螺钉相互作用的第三嵌齿轮，该第三蜗杆螺钉被牢固地紧固到第三电机的传动轴上，该控制环被牢固地紧固到该第三嵌齿轮上。
第一电机、第二电机以及第三电机例如被放置成空出一个至少120°范围的、例如180°范围的圆形几何体，所述几何体的中心在该光轴上，离镜片的有效半径尽可能近，例如在离镜片的有效半径小于20mm(或甚至小于10mm)的距离处；从而获得了小体积的组件。
前述控制元件(例如通过其前述计算机器)可以被设计成根据所述设定点中的至少一者和根据由温度传感器生成的温度数据来生成寻址到第三电机的至少一个控制信号。因此，可以补偿由任何温度变化造成的球面屈光力可变的镜片的球面屈光力的变化。
该壳体可以另外包括第三部分，第三电动机机则可能安装在该第三部分中。
根据多个可设想到的实施例(例如，以下所描述的实施例)，第一光学元件形成在第一平面柱面镜片的面上、具有第一屈光度，和/或该第二光学元件形成在第二平面柱面镜片的面上、具有第二屈光度。精确地讲，可以提供的是，第一光学元件是凸平面柱面镜片，和/或第二光学元件是凹平面柱面镜片。
此外，可以对第一光学元件、第二光学元件以及镜片进行控制，以便提供杰克逊交叉柱镜功能，即使由第一光学元件、第二光学元件以及镜片形成的系统的柱面屈光力和/或散光角(每个)在两个不同的值之间交替。
换言之，本发明提供了一种允许沿观察光轴以屈光力可变的光学矫正进行观察的视觉补偿系统，其特征在于，该视觉补偿系统包括：
-第一光学元件，该第一光学元件能够以中心在该光轴上的旋转运动的方式旋转并且沿该光轴具有第一柱面屈光力，
-第二光学元件，该第二光学元件能够以中心在该光轴上的旋转运动的方式旋转并且沿该光轴具有第二柱面屈光力，
-镜片，该镜片将所述光轴用作轴线、具有可变球面屈光力并且可机械地致动以使所述球面屈光力连续地变化。
本发明还提供了一种包括两个光学系统的双目型验光装置，这些光学系统例如安装在共同的固持器上，其中这两个光学系统中的一者(或者甚至是这两个光学系统中的每一者)是如上介绍的视觉补偿系统。
附图说明
以下通过非限制性示例给出的关于附图的描述将清楚地阐释本发明的本质以及其可被实施的方式。
在附图中：
-图1示意性地示出了在本发明的一种示例性实现方式中使用的光学元件；
-图2示出了根据本发明的传授内容的示例性视觉补偿系统的截面图；
-图3示出了从柱面镜片侧看到的图2中的视觉补偿系统的剖开视图；
-图4示出了从可变球面镜片侧看到的图2中的视觉补偿系统的剖开视图；
-图5示意性地示出了用于控制图2中的视觉补偿系统的元件。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的传授内容的示例性视觉补偿系统的主要光学元件。
这些光学元件包括柱面屈光力为C0的凸平面柱面镜片2、负柱面屈光力为-C0的凹平面柱面镜片4、以及可变球面屈光力为SV的镜片6。
因此，凹平面柱面镜片4的柱面屈光力(此处为-C0)的绝对值(或模数)(此处为C0)等于凸平面柱面镜片2的柱面屈光力(此处为C0)的绝对值(C0)(或模数)。
这三个镜片2、4、6放置在同一光轴X上。精确地讲，这三个镜片2、4、6中的每一个镜片具有中心在光轴X上的总体成柱面的外形。在此处描述的示例中，镜片2、4、6具有以下直径(对它们的体积进行量化)，分别是：25mm、25mm、20mm。
应当指出的是，优选使用此视觉补偿系统10，其中患者的眼睛位于球面屈光力可变的镜片6的一侧上，使得柱面屈光力的镜片2、4(其直径更大)不限制球面屈光力可变的镜片6所限定的视野，由于该镜片距离患者的眼睛近，感知到其本身是宽的。
这三个镜片2、4、6包括垂直于光轴X的第一平面面和与该第一面相对并且旋光的第二面：
-镜片2的旋光面的形状是凸柱面(该柱面的轴线Y1限定此面垂直于光轴X平铺)；
-镜片4的旋光面的形状是凹柱面(该柱面的轴线Y2限定此面垂直于光轴X平铺)；并且
-可变球面屈光力为SV的镜片6的旋光面是可变形的，并且因此可以采用凸面球面形状(如图1中的虚线所示)、平面形状或凹面球面形状(如实线所示)。
可变球面屈光力为SV的镜片6是例如文件EP 2 034 338中所描述的那种类型的镜片。这种镜片包括由透明可变形薄膜和平面可移动透明壁封闭的空腔；该空腔包含或大或小程度上受可移动面约束的体积恒定的透明液体，以便使因此是或者球面凹表面或平面表面或者球面凸表面的薄膜变形。在所使用的镜片中，螺母/螺栓系统形成的运动转换确保了旋转和线性运动的转换。因此，旋转安装在壳体26上的环使镜片6的一部分平移，从而致使透明薄膜的上述变形，如在例如上述文件EP 2 034 338中所说明的。因此，通过镜片6上的机械作用可以连续地改变球面屈光力SV。在此处所描述的示例中，镜片6具有介于-40mm与40mm之间的可变焦距，即，介于-25D与25D之间的可变球面屈光力SV(D是屈光度，该单位用于测量聚散度，是与以米表示的焦距的倒数)。
而且，平面柱面镜片2、4分别具有如已经指示的-C0和C0柱面屈光力，其中此处C0＝5D。
如以下更详细地说明的，凹平面柱面镜片4和凸平面柱面镜片2是关于轴线X可旋转地安装的(中心在轴线X上的旋转运动)。
因此，形成在凸平面柱面镜片2的旋光面上的凸柱面的轴线Y1可以与参考轴线Y0(该轴线是固定的并且垂直于光轴X)形成可变角α1。
同样，形成在凹平面柱面镜片4的旋光面上的凹柱面的轴Y2可以与参考轴Y0形成可变角α2。
通过计算各子午线上的聚散度，针对由刚才描述的三个光学元件2、4、6形成的系统的球面屈光力S、柱面屈光力C和散光角α获得以下公式：
Figure GDA0002231326180000081
C＝C0(cos2(α-α2)cos2(α-α1)) (公式2)
Figure GDA0002231326180000082
将指出的是，公式3中的项(-C/2)对应于提供柱面屈光力的2个镜片的合体所生成的球面屈光力。
通过如下文所述的相互独立地控制凸平面柱面镜片2的旋转位置和凹平面柱面镜片4的旋转位置，可以从0°到360°独立地改变这些角α1、α2中的每一个角并且因此获得介于-2.C0和2.C0(即，介于-10D与10D之间)之间的可调节的柱面屈光力C，并且针对0°与360°之间可调节的任何散光角通过同时控制这两个镜片来获得。如公式3所指示的，使用可变球面屈光力的镜片来补偿这2个柱面镜片的取向的合体产生的球面屈光力。
而且，通过改变球面镜片6的球面屈光力SV，可以调节由这三个镜片2、4、6形成的系统的球面屈光力S。
根据可设想的变化形式，提供设定球面屈光力的镜片可以具有相同的(正或负)柱面屈光力C0：其可以是可选地完全相同的两个凸平面柱面镜片或者(作为替代方案)可选地完全相同的两个凹平面柱面镜片的问题。
确切地，在这种情况下，通过以下公式给出了由这两个镜片与提供可变球面屈光力的镜片形成的系统的球面屈光力S、柱面屈光力C和散光角α：
Figure GDA0002231326180000091
C＝C0(cos2(α-α2)+cos2(α-α1)) (公式5)
Figure GDA0002231326180000092
项C0–C/2对应于提供柱面屈光力的两个镜片的组合引起的球面屈光力。
因此，在这种情况下，还可以通过对提供柱面屈光力的镜片进行旋转(独立于彼此)并且通过改变提供可变球面屈光力的镜片的球面屈光力来调节球面屈光力S、柱面屈光力C和散光角α，具体地使得柱面屈光力C为零。
图2中示出了使用刚才已经描述的光学元件的示例性视觉补偿系统10。
在以下描述中，有时为了使解释清晰，将使用如“上部”或“下部”等术语，这些术语限定了图2、图3和图4中的取向。应当理解的是，此取向不一定适用于所描述的系统的将可能进行的用途，在该用途中仅参考方向是光轴X。
示例补偿系统10包括由第一部分14、第二部分16和第三部分18形成的外壳12，这些部分沿着光轴X依次放置并且成对地装配在垂直于光轴X的平面中。
第一嵌齿轮22被安装成能够以中心在光轴X上的旋转运动的方式在壳体12的第一部分14中旋转并且在其中心(在为此目的而设置的孔口中)支承凸平面柱面镜片2。第一嵌齿轮22和凸平面柱面镜片2共轴；换言之，在垂直于光轴X的平面的横截面中，第一嵌齿轮22的外周长和凸平面柱面镜片2的周长形成中心在光轴X上的同心圆。
同样，第二嵌齿轮24被安装成能够以中心在光轴X上的旋转运动的方式在壳体12的第二部分16中旋转并且在其中心(在为此目的而设置的孔口中)支承凹平面柱面镜片4。第二嵌齿轮24和凹平面柱面镜片4共轴；换言之，在垂直于光轴X的平面的横截面中，第二嵌齿轮24的外周长和凹平面柱面镜片4的周长形成中心在光轴X上的同心圆。
第三嵌齿轮27被安装成以中心在光轴X上的旋转运动的方式在壳体12的第三部分18中旋转。第三嵌齿轮27被牢固地紧固到在壳体26的周长上设置的环上，该第三嵌齿轮支承球面屈光力可变的镜片6并且允许控制球面屈光力SV。球面屈光力可变的镜片6的壳体26安装在壳体12的第三部分18中。
如可以从图3中清晰看到的，通过第一电机42(绕光轴X)旋转第一嵌齿轮22，该电机的传动轴支承与第一嵌齿轮22啮合的第一蜗杆螺钉32。第一电机42例如安装在壳体12的第一部分14中。
第一嵌齿轮22的当前位置由第一光学单元52监控。
同样，通过第二电机44绕光轴X旋转第二嵌齿轮24，该电机的传动轴支承与第二嵌齿轮24啮合的第二蜗杆螺钉34。第二电机44例如安装在壳体12的第二部分16中。
第二嵌齿轮24的当前位置由第二光学单元54监控。
如从图4中看到的，第三嵌齿轮27就其本身而言通过第三电机46(绕光轴X)旋转，该电机具有传动轴，与第三嵌齿轮27啮合的第三蜗杆螺钉36安装在该传动轴上。第三电机46例如安装在壳体12的第三部分18中。
第三嵌齿轮27的当前位置由第三光学单元56监控。
每个光学单元52、54、56例如是由包括至少一个光学传感器的一对元件形成的；这对元件中的另一元件例如是光发射器(或，作为变化形式，反射元件，在这种情况下光发射器与光学传感器相关联)。
第一、第二和第三电机42、44、46是例如具有20步/匝分辨率的步进电机，此处设定在步长的8分之一处(下文中被称为微步(micro-step))。作为变化形式，这些电机可以设定在步长的16分之一处。
壳体12的内部体积(并且而且第一、第二和第三部分14、16、18中的每一个部分的内部体积以相同的方式)可以被细分成用于接纳电机42、44、46的空间(图2、图3和图4中的壳体12的上部区域)和用于接纳光学元件2、4、6的空间(图2、图3和图4中的壳体12的下部区域)。
用于接纳电机42、44、46的空间具有在用于接收光学元件2、4、6的空间的方向开放(朝向图中的底部)而在对端(朝向图中的顶部)被壳体12的上面19(壳体12的上面19由分别壳体12的第一、第二和第三部分14、16、18的装配上面形成)封闭的基本上平行六面体的形状。
电机42、44、46的安排如此以便有利地使得可以使用180°范围的圆形几何体，所述圆形几何体的中心在该光轴上，离镜片的有效半径尽可能近。
与用于接纳这些电机的空间相比，用于接纳光学元件2、4、6的空间具有与第三嵌齿轮27在该嵌齿轮的一半周长上的形状匹配的圆柱形状(以壳体12的壁为界)。
换言之，壳体12(以及因此壳体12的第一、第二和第三部分14、16、18中的每一个部分)在用于接纳光学元件2、4、6的空间中具有圆柱形状，其中直径(垂直于光轴X)与第三嵌齿轮27的直径大致相同并且比其稍微更大。
嵌齿轮22、24、27各自的直径被选择成保持视野而不管光学系统的厚度怎样。
第一电机42和第一蜗杆螺钉32沿着垂直于壳体12的上面的方向Z(并且因此确切地垂直于光轴X)在壳体12中延伸，其方式使得第一电机42被封装在用于接纳这些电机的空间中，而第一蜗杆螺钉32位于用于接纳这些光学元件的空间中。
关于第二电机44和第二蜗杆螺钉34，它们沿着同一方向在壳体12中延伸，但相对于柱面屈光力镜片2、4，与第一电机42和第一蜗杆螺钉34相对。第二电机44被封装在用于接纳这些电机的空间中，而第二蜗杆螺钉34位于用于接纳这些光学元件的空间中。
因此，将指出的是，第一蜗杆螺钉32和第二蜗杆螺钉34位于由第一嵌齿轮22和第二嵌齿轮24形成的组件的任一侧上，并且这些各种零件(第一蜗杆螺钉32、第二蜗杆螺钉34、第一或第二嵌齿轮22、24)的横向体积(沿着垂直于上述轴线X和Z的轴线Y)小于第三嵌齿轮27的直径，使得第一和第二蜗杆螺钉32、34包含在用于接纳这些光学元件的空间中而不需额外空间来接纳它们。
而且，第一和第二电机42、44沿着光轴X各自具有比第一和第二嵌齿轮22、24中的每一个嵌齿轮的体积更大的体积，并且甚至比壳体12的第一和第二部分14、16中的每一个部分的体积更大。然而，因为这些第一和第二电机42、44如上指示放置在壳体12的每一侧上(相对于轴线Z)，所以它们各自占据沿着光轴X与壳体12的第一部分14和第二部分16成一条直线延伸的空间。
例如，第一和第二电机42、44中的每一个电机具有包括在6mm与12mm之间(例如10mm)的横向体积(电机的外径)，而第一和第二齿轮嵌22、24各自具有包括在1mm与4mm之间(例如，2.5mm)的厚度(沿着轴线X的体积)。
第三电机46和第三蜗杆螺钉36相比之下位于用于接纳这些电机的空间中，在沿着轴线X与壳体12的第三部分18成一条直线延伸的区域中。因此，第三蜗杆螺钉36在第三嵌齿轮27的上部部分与该第三嵌齿轮啮合，由此使得壳体12可以紧随着壳体12在第三嵌齿轮27的下部部分的形状，如上所指示的。
在所描述的示例中，如图4中所示，第三电机46和第三蜗杆螺钉36的轴线相对于壳体12的上面(确切地相对于上述轴线Y)稍微倾斜。
可以设置例如第三嵌齿轮27的厚度包括在0.3mm与2mm之间。
各元件的这种安排允许获得相对薄的壳体，通常具有包括在15mm与20mm之间的厚度。
壳体12还包括(例如在用于接纳电机的空间的上部区域中)控制元件50，此处，该控制元件由通过公共印刷电路板支承的多个集成电路形成。
而且，为了使该设备独立，提供了一种用于存储电力的装置，此处为电池58(作为变化形式，尽管其可以是超级电容器)。还可以例如提供用于对储电装置58进行充电的非接触式元件。电池58尤其允许为电机42、44、46和控制元件50供电。
图5中示意性示出了这种控制元件50的主要元件及其与上述电机42、44、46和与上述光学单元52、54、56的连接。
控制元件50包括接收模块60，该接收模块被设计成用于接收(此处经由无线链路)设定点数据，即，指示使用者所期望的球面屈光力S、柱面屈光力C和散光角α的值的数据，这些值限定由光学元件2、4、6形成的光学组件所产生的补偿。
接收模块60是例如从使用者控制的红外线发射遥控器接收此设定点数据的红外线接收模块。作为变化形式，可以提供经由无线链路(例如，本地无线网络)从个人计算机接收这些设定点数据；在这种情况下，使用者通过在计算机上进行交互式选择来选择该视觉补偿系统的球面屈光力S、柱面屈光力C和散光角α的值。
接收模块60将所接收到的设定点数据S、C、α传送至计算机器66(例如，由执行计算机程序以便执行该计算机器的功能的处理器组成，如下文所述)，确切地传送至此计算机器66控制的计算模块68。
计算模块68使用以上给出的公式计算所需的角α1、α2的值和球面屈光力SV的值以便获得当输入时接收的设定点值S、C、α。在平面柱面镜片2和4分别具有柱面屈光力–C0和C0的情况下，将例如使用以下公式：
Figure GDA0002231326180000141
Figure GDA0002231326180000142
计算机器66还包括控制模块70，该控制模块当输入时接收计算模块68所计算的角α1、α2和球面屈光力SV的值并向电机42、44、46发出控制信号，以便相互独立地控制这些电机42、44、46中的每一个电机并且获得嵌齿轮22、24、27各自的位置，这些位置允许获得所期望的值：
-控制模块70控制第一电机42以便使得第一嵌齿轮22绕光轴X转动远达凸平面柱面镜片2(由第一嵌齿轮22支承)的旋光柱面表面的轴线Y1与参考方向Y0形成角α1的位置；
-控制模块70控制第二电机44以便使得第二嵌齿轮24绕光轴X转动远达凹平面柱面镜片4(由第二嵌齿轮24支承)的旋光柱面平面的轴线Y2与参考方向Y0形成角α2的位置；
-控制模块70控制第三电机46以便使第三嵌齿轮27绕光轴X转动远达可变球面屈光力的控制环将球面屈光力设定到计算模块68所计算的屈光力SV所在的位置。
分别借助于光学单元52、54、56各自在每一个光学单元所关联的嵌齿轮上测量相对于所讨论的轮的周长上的参考点(例如，没有齿的点)已经经过的光学单元的齿的数量，知道每一个嵌齿轮22、24、27在每一瞬间的位置。
在此处所描述的示例中，第一电机42/第一蜗杆螺钉32/第一嵌齿轮22组件就像第二电机44/第二蜗杆螺钉34/第二嵌齿轮24组件一样具有使得嵌齿轮22、24的一匝对应于相关联的电机42、44的15040个微步的齿轮比。因此，针对角α1和α2，分辨率(嵌齿轮22、24在一个微步的旋转角度)是0.024°。
第三电机46/第三蜗杆螺钉36/第三嵌齿轮46组件就其本身而言具有16640微步每匝的齿轮比。用于控制可变球面屈光力的环在120°的角跨度范围内(因此对应于5547微步)是可调节的以便获得球面屈光力从-25D到25D的变化(即，50D的变化跨度)。因此，分辨率(针对一个微步的球面屈光力SV的变化)是0.009D。
根据一个可设想到的实施例，可以提供的是，控制元件50考虑到球面镜片6的入射面与透过该视觉补偿系统进行观察的眼睛的角膜的顶点之间的距离，以便可选地矫正所讨论的视觉补偿装置的屈光力设定点。可以通过已知的为此目的的手段来获得这个距离(有时用LED表示“镜片-眼睛距离”)。
以等效焦距F的球面屈光力S为例，定位误差ε将意为着需要相当于球面屈光力S’的矫正焦距F’，其中：
F′＝F-ε
并且
Figure GDA0002231326180000151
其相当近似地得出S′＝S·(1+ε·S)。
因此，根据这个实施例，控制元件50不仅根据当输入时接收到的这些设定点值S、C、α而且还根据镜片-装置(此处为角膜-镜片6的入射面)距离来确定角度α1、α2的值以及球面屈光力SV的值(以及分别有待施加到如上所述电机的控制信号)。应当指出的是，在此控制元件50将镜片-眼睛距离考虑在内，该控制元件接收未矫正的设定点(即没有考虑镜片-眼睛距离)。
此外，在从初始设定点值α1、α2、SV转到新的设定点值α′1、α′2、S′V过程中，可以提供的是，在可以可选地取决于这些设定点中的一个设定点的变化幅度(例如，在球面屈光力绝对值变化时，|S′V-SV|，其中，|x|是x的绝对值)的给定时间长度T(以秒计)内致动第一、第二和第三电机42、44、46中的每一个电机。
为此，计算机器66例如确定电机42的允许从角α1转到角α′1的微步数量p1、电机44的允许从角α2转到角α′2的微步数量p2以及电机46的允许从球面屈光力SV转到球面屈光力S′V的微步数量p3。然后，计算机器66命令电机42以p1/T微步每秒的速度旋转、电机44以p2/T微步每秒的速度旋转以及电机46以p3/T微步每秒的速度旋转。
控制元件50还包括传送关于所测量的环境温度的数据的温度传感器62和例如采取加速计形式的测斜仪64，该测斜仪产生关于视觉补偿系统10相对于例如竖直方向的取向的数据。
计算机器66接收温度传感器62产成的温度数据和测斜仪64产成的取向数据并且将这些数据用于确定有待发送至电机42、44、46的命令的环境中。
在所描述的示例中，控制模块70使用温度数据以便补偿镜片6的球面屈光力由于温度引起的变化(在所描述的示例中约为0.06D/℃)和使用取向数据以便补偿由于视觉补偿系统10的取向变化引起的传动系统(电机、蜗杆螺钉、嵌齿轮)的可能的干扰。
视觉补偿系统10可以用来提供杰克逊交叉柱镜功能，杰克逊交叉柱镜又被称作翻转交叉柱镜。
根据第一示例，可以使用这个功能来验证(或甚至找到)所需柱面矫正的角度α0(参数有时表示为“柱面轴线”)。在此，假设球面屈光力矫正值S0和柱面屈光力矫正值C0也已预先确定。
杰克逊交叉柱镜功能是例如通过以快速交替的方式应用两组设定点来提供的，即与在由角度α0限定的与轴线成45°时柱面屈光力Cvar的下加光(例如0.5D)相对应的第一组设定点：
-散光角设定点α1＝α0+0.5.atan(Cvar/C0)；
-柱面屈光力设定点C1＝根(C0 2+Cvar 2)，其中根是平方根函数；以及
-球面屈光力设定点S1＝S0+C0/2-C1/2，
以及与在由角度α0限定的与轴线成45°时的柱面屈光力-Cvar的下加光相对应的第二组设定点：
-散光角设定点α2＝α0-0.5.atan(Cvar/C0)；
-柱面屈光力设定点C2＝Root(C0 2+Cvar 2)；以及
-球面屈光力设定点S2＝S0+C0/2-C2/2。
根据第二示例，可以使用这个功能来验证(或甚至找到)所需柱面屈光力矫正值C0。在此，假设球面屈光力矫正值S0和散光角α0也已预先确定。
杰克逊交叉柱镜功能是例如通过以快速交替的方式应用两组设定点来提供的，即与由角度α0限定的在轴线上的柱面屈光力Cvar的下加光(例如0.5D)相对应的第一组设定点：
-散光角设定点α1＝α0；
-柱面屈光力设定点C1＝C0+Cvar；以及
-球面屈光力设定点S1＝S0-Cvar/2，
以及与由角度α0限定的在轴线上的添加柱面屈光力-Cvar的下加光相对应的第二组设定点：
-散光角设定点α2＝α0；
-柱面屈光力设定点C2＝C0-Cvar；以及
-球面屈光力设定点S2＝S0+Cvar/2。

Claims (26)

1.一种允许沿观察光轴(X)以屈光力可变的光学矫正进行观察的视觉补偿系统(10)，其特征在于，该视觉补偿系统包括：
-第一光学元件(2)，该第一光学元件能够以中心在该光轴(X)上的旋转运动的方式旋转并且沿该光轴(X)具有第一柱面屈光力，
-第二光学元件(4)，该第二光学元件能够以中心在该光轴(X)上的旋转运动的方式旋转并且沿该光轴(X)具有第二柱面屈光力，
-镜片(6)，该镜片以所述光轴为轴线并且具有可变球面屈光力，
其中，由电机(46)驱动的机构(36，27)被设计成驱动用于控制球面屈光力可变的该镜片(6)的球面屈光力的控制环旋转，并且其中该球面屈光力可变的镜片(6)是包含流体和可变形薄膜的镜片，并且其中，所述第一光学元件、所述第二光学元件和所述镜片被安装成在不供应电力的情况下保持它们各自的设定点位置。
2.如权利要求1所述的视觉补偿系统，其中，该控制环被牢固地紧固到嵌齿轮(27)上，并且其中，所述机构包括该嵌齿轮(27)和蜗杆螺钉(36)，该蜗杆螺钉(36)被牢固地紧固到所述电机(46)的传动轴上，所述嵌齿轮(27)与该蜗杆螺钉(36)相互作用使得该嵌齿轮(27)在没有供电的情况下保持在位并使得该镜片(6)在不供应电力的情况下保持其设定点位置。
3.如权利要求1所述的视觉补偿系统，其中，该第一光学元件(2)和该第二光学元件(4)是能够彼此独立旋转的，使得在至少一个位置上，由该第一光学元件(2)和该第二光学元件(4)的组合产生的合成柱面屈光力具有低于0.1屈光度的值。
4.如权利要求1所述的视觉补偿系统，其中，该第一光学元件(2)和该第二光学元件(4)是能够彼此独立旋转的，使得在至少一个位置上，由该第一光学元件(2)和该第二光学元件(4)的组合产生的合成柱面屈光力具有零值。
5.如权利要求1所述的视觉补偿系统，其中，该球面屈光力可变的镜片(6)至少部分地补偿由该第一光学元件(2)和该第二光学元件(4)的组合引起的球面屈光力。
6.如权利要求1至5之一所述的视觉补偿系统，其中，该控制环的旋转被设计为使该球面屈光力可变的镜片(6)的一部分平移，从而致使该可变形薄膜的变形。
7.如权利要求1所述的视觉补偿系统，其中，由第二电机(42)驱动的第二机构(32，22)被设计成使该第一光学元件(2)以中心在该光轴(X)上的旋转运动的方式旋转，并且其中，由第三电机(44)驱动的第三机构(34，24)被设计成使该第二光学元件(4)以中心在该光轴(X)上的旋转运动的方式旋转。
8.如权利要求7所述的视觉补偿系统，其中，控制元件(50)被设计成根据设定点数据对应地控制该第二电机(42)和该第三电机(44)。
9.如权利要求8所述的视觉补偿系统，其中，该控制元件(50)包括温度传感器(62)。
10.如权利要求8所述的视觉补偿系统，其中，该控制元件(50)包括被设计成传送取向数据的取向传感器。
11.如权利要求8所述的视觉补偿系统，其中，该控制元件(50)包括被设计成传送取向数据的运动传感器。
12.如权利要求10或11所述的视觉补偿系统，其中，该控制元件(50)包括被设计成根据所述设定点数据和所述取向数据中的至少一者生成多个控制信号并且发射出分别定址到该第二电机(42)和该第三电机(44)的控制信号的计算机器(66)。
13.如权利要求8所述的视觉补偿系统，其中，该控制元件(50)被设计成根据所述设定点数据和该视觉补偿系统的一部分与透过该视觉补偿系统进行观察的眼睛之间的距离中的至少一者生成多个控制信号。
14.如权利要求7至11和13之一所述的视觉补偿系统，其中，该第二机构包括与第二蜗杆螺钉(32)相互作用的第二嵌齿轮(22)，该第二蜗杆螺钉被牢固地紧固到该第二电机(42)的传动轴上，该第一光学元件(2)安装在该第二嵌齿轮(22)上，并且其中，该第三机构包括与第三蜗杆螺钉(34)相互作用的第三嵌齿轮(24)，该第三蜗杆螺钉被牢固地紧固到该第三电机(44)的传动轴上，该第二光学元件(4)安装在该第三嵌齿轮(24)上。
15.如权利要求12所述的视觉补偿系统，其中，该第二机构包括与第二蜗杆螺钉(32)相互作用的第二嵌齿轮(22)，该第二蜗杆螺钉被牢固地紧固到该第二电机(42)的传动轴上，该第一光学元件(2)安装在该第二嵌齿轮(22)上，并且其中，该第三机构包括与第三蜗杆螺钉(34)相互作用的第三嵌齿轮(24)，该第三蜗杆螺钉被牢固地紧固到该第三电机(44)的传动轴上，该第二光学元件(4)安装在该第三嵌齿轮(24)上。
16.如权利要求1所述的视觉补偿系统，其中，由第二电机(42)驱动的第二机构(32，22)被设计成使该第一光学元件(2)以中心在该光轴(X)上的旋转运动的方式旋转，并且其中，由第三电机(44)驱动的第三机构(34，24)被设计成使该第二光学元件(4)以中心在该光轴(X)上的旋转运动的方式旋转，并且其中，被设计成驱动该控制环旋转的该机构包括与蜗杆螺钉(36)相互作用的嵌齿轮(27)，该蜗杆螺钉被牢固地紧固到驱动被设计成驱动该控制环旋转的所述机构的所述电机(46)的传动轴上，该控制环被牢固地紧固到该嵌齿轮(27)上。
17.如权利要求16所述的视觉补偿系统，其中，该第二机构包括与第二蜗杆螺钉(32)相互作用的第二嵌齿轮(22)，该第二蜗杆螺钉被牢固地紧固到该第二电机(42)的传动轴上，该第一光学元件(2)安装在该第二嵌齿轮(22)上，其中，该第三机构包括与第三蜗杆螺钉(34)相互作用的第三嵌齿轮(24)，该第三蜗杆螺钉被牢固地紧固到该第三电机(44)的传动轴上，该第二光学元件(4)安装在该第三嵌齿轮(24)上，并且其中，该第二电机(42)、该第三电机(44)以及所述电机(46)被放置成空出一个至少120°范围的圆形几何体，所述圆形几何体的中心在该光轴(X)上、在离该镜片的有效半径小于20mm的距离处。
18.如权利要求14所述的视觉补偿系统，包括光学单元(52；54)，该光学单元与所述第二嵌齿轮(22)相关联以便确定所述第一光学元件(2)的位置，或者与所述第三嵌齿轮(24)相关联以便确定所述第二光学元件(4)的位置。
19.如权利要求15所述的视觉补偿系统，包括光学单元(52；54)，该光学单元与所述第二嵌齿轮(22)相关联以便确定所述第一光学元件(2)的位置，或者与所述第三嵌齿轮(24)相关联以便确定所述第二光学元件(4)的位置。
20.如权利要求1所述的视觉补偿系统，其中，该第一光学元件(2)和该第二光学元件(4)沿该光轴(X)分开的间距小于1mm。
21.如权利要求1所述的视觉补偿系统，其中，该第一光学元件(2)是第一平面柱面镜片，并且其中，该第二光学元件(4)是第二平面柱面镜片。
22.如权利要求21所述的视觉补偿系统，其中，该第一光学元件(2)是凸平面柱面镜片，并且其中，该第二光学元件(4)是凹平面柱面镜片。
23.如权利要求1所述的视觉补偿系统，其中，对该第一光学元件(2)、该第二光学元件(4)以及该镜片(6)进行控制以便提供杰克逊交叉柱镜功能。
24.一种允许沿观察光轴(X)以屈光力可变的光学矫正进行观察的视觉补偿系统(10)，其特征在于，该视觉补偿系统包括：
-第一光学元件(2)，该第一光学元件能够以中心在该光轴(X)上的旋转运动的方式旋转并且沿该光轴(X)具有第一柱面屈光力，
-第二光学元件(4)，该第二光学元件能够以中心在该光轴(X)上的旋转运动的方式旋转并且沿该光轴(X)具有第二柱面屈光力，
-镜片(6)，该镜片将所述光轴用作轴线、具有可变球面屈光力并且可机械地致动以使所述球面屈光力连续地变化，
其中，由电机(46)驱动的机构(36，27)被设计成驱动用于控制球面屈光力可变的该镜片(6)的球面屈光力的控制环旋转，并且其中该球面屈光力可变的镜片(6)是包含流体和可变形薄膜的镜片，并且其中，所述第一光学元件、所述第二光学元件和所述镜片被安装成在不供应电力的情况下保持它们各自的设定点位置。
25.如权利要求24所述的视觉补偿系统，其中，该控制环被牢固地紧固到嵌齿轮(27)上，并且其中，所述机构包括该嵌齿轮(27)和蜗杆螺钉(36)，该蜗杆螺钉(36)被牢固地紧固到所述电机(46)的传动轴上，所述嵌齿轮(27)与该蜗杆螺钉(36)相互作用使得该嵌齿轮(27)在没有供电的情况下保持在位并使得该镜片(6)在不供应电力的情况下保持其设定点位置。
26.一种包括两个光学系统的双目型验光装置，其中，这两个光学系统中的至少一者是根据权利要求1或24所述的视觉补偿系统。
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