CN107847121B - 视觉补偿装置、控制视觉补偿装置的方法及双眼验光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种允许沿观察光轴(X)以焦度可变的光学矫正进行观察的视觉补偿装置，所述视觉补偿装置包括：镜片(6)，所述镜片沿所述光轴具有根据第一控制可变的球镜度；以及光学组件(2，4)，所述光学组件沿所述光轴产生根据应用到所述光学组件(2，4)的至少一个第二控制可变的柱镜矫正。所述视觉补偿装置还包括用于接收所述光学矫正的至少一个设定点的模块、以及用于根据所述设定点借助于考虑到所述镜片(6)与所述光学组件(2，4)分离开的距离(β2)的模型来确定所述第一控制和所述第二控制的模块。还提出了一种用于控制视觉补偿装置的方法以及一种双眼验光装置。

Description

视觉补偿装置、控制视觉补偿装置的方法及双眼验光装置

技术领域

本发明涉及具体旨在用于主观眼睛测试的验光设备。

本发明更具体地涉及视觉补偿装置、用于控制视觉补偿装置的方法以及双眼验光装置。

背景技术

在主观眼睛测试的背景下，通常使用视觉补偿装置来允许沿观察光轴以焦度可变的光学矫正进行观察。

例如，这样的装置例如从文献US 2004/032 568中已知；这种装置包括：镜片，所述镜片沿所述光轴具有取决于第一设定值的可变球镜度；以及光学组件，所述光学组件沿所述光轴产生取决于应用于所述光学组件的至少一个第二设定值的可变柱镜矫正。

在这样的系统中，例如提出了在屏幕上显示通过应用电流设定值而获得的光学矫正值，由此允许从业者修改设置以获得其他光学矫正值。

然而，这种解决方案是不切实际的，因为它要求从业者通过反复试验找到他在主观眼睛测试过程中希望测试的视觉矫正值。

发明内容

在这个背景下，本发明提供了一种允许沿观察光轴以焦度可变的光学矫正进行观察的视觉补偿装置，所述视觉补偿装置包括：镜片，所述镜片沿所述光轴具有取决于第一设定值的可变球镜度；以及光学组件，所述光学组件沿所述光轴产生取决于应用于所述光学组件的至少一个第二设定值的可变柱镜矫正，所述视觉补偿装置的特征为用于接收所述光学矫正的至少一个设定点的模块、以及用于根据所述设定点借助于考虑到所述镜片与所述光学组件分离开的距离的模型来确定所述第一设定值和所述第二设定值的模块。

因为上述距离(即镜片与光学组件之间的间距)被考虑在内，由此间距产生的耦合效应被考虑在内，并且在分别对镜片和光学系统应用第一设定值和第二设定值之后，获得了与所述设定点(即从业者所希望的矫正)精确对应的矫正。

用于确定所述第一设定值和所述第二设定值的所述模块还可以包括：用于根据所述设定点确定第一近似设定值和第二近似设定值的模块；用于基于所述模型来评估至少一个矫正值的模块，所述矫正值是通过对所述镜片应用所述第一近似设定值和对所述光学组件应用所述第二近似设定值而获得的；以及用于基于所述设定点与所评估的矫正值之间的比较来确定经矫正的第一设定值和经矫正的第二设定值的模块。

用于确定所述第一设定值和所述第二设定值的所述模块然后可以使用所述经矫正的第一设定值和所述经矫正的第二设定值分别作为第一设定值和第二设定值。

因此，实时地获得设定值，这允许获得所希望的设定点值。

根据另一可设想到的实施例，用于确定所述第一设定值和所述第二设定值的所述模块可以被设计为从基于所述模型构建的查找表中读取所述第一设定值(以及可选地所述第二设定值)。

在某些实施例中，所述光学组件可以包括第二镜片和第三镜片；在这种情况下，所述模型还可以考虑第二镜片与第三镜片分离开的距离。

本发明还提供了一种用于控制视觉补偿装置的方法，所述视觉补偿装置允许沿观察光轴以焦度可变的光学矫正进行观察并且包括镜片和光学组件，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-接收所述光学矫正的至少一个设定点；

-根据所述设定点借助于考虑到所述镜片与所述光学组件分离开的距离的模型来确定第一设定值和第二设定值；

-根据所述第一设定值来修改所述镜片沿所述光轴的球镜度；并且

-根据所述第二设定值来修改由所述光学组件沿所述光轴产生的柱镜矫正。

确定第一设定值和第二设定值的所述步骤可以包括以下子步骤：

-根据所述设定点确定第一近似设定值和第二近似设定值；

-基于所述模型来评估至少一个矫正值，所述矫正值是通过对所述镜片应用所述第一近似设定值和对所述光学组件应用所述第二近似设定值而获得的；

-基于所述设定点与所评估的矫正值之间的比较来确定经矫正的第一设定值和经矫正的第二设定值。

所述控制方法然后可以任选地包括以下子步骤：

-基于所述模型来评估至少一个新矫正值，所述新矫正值是通过对所述镜片应用所述经矫正的第一设定值和对所述光学组件应用所述经矫正的第二设定值而获得的；

-基于所述设定点与所评估的新矫正值之间的比较来确定新的经矫正的第一设定值和新的经矫正的第二设定值。

在这种情况下，倘若所述设定点与所述经评估的新矫正值之间的差距大于预设阈值，则可以重复所述评估至少一个新矫正值的子步骤和所述确定新的经矫正的第一设定值和新的经矫正的第二设定值的子步骤。

根据上述变化形式，所述确定第一设定值和第二设定值的步骤可以包括从基于所述模型构建的查找表中读取所述第一设定值(以及可选地所述第二设定值)的子步骤。

本发明还提供了一种包括两个光学装置的双眼验光装置，所述光学装置例如安装在共同的固持器上，其中，所述两个光学装置中的一者(或者甚至是所述两个光学装置中的每一者)是如上介绍的视觉补偿装置。

附图说明

参照这些附图、通过非限制性示例给出的描述将使得容易理解本发明包括的内容以及如何实现本发明。

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装置的截面视图；

-图3示出了从柱面镜片侧看到的图2中的补偿装置的剖开视图；

-图4示出了从可变球面镜片侧看到的图2中的补偿装置的剖开视图；

-图5示意性地示出了用于控制图2中的视觉补偿装置的元件；

-图6示出了可以构建允许计算图5的控制元件的模块的可能方式的实例。

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装置的主要光学元件。

这些光学元件包括柱镜度为C₁(此处等于C₀)的凸平面柱面镜片2、柱镜度为C₂(此处为负的并等于-C₀)的凹平面柱面镜片4、以及可变球镜度为S_V的镜片6。

因此，凹平面柱面镜片4的柱镜度(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的柱镜度(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。在此处描述的实例中，镜片2、4、6具有以下直径(对它们的大小进行量化)，分别是：25mm、25mm、20mm。

应当指出的是，优选使用此视觉补偿装置10，其中患者的眼睛位于球镜度可变的镜片6的一侧，使得柱镜度镜片2、4(其直径更大)不限制球镜度可变的镜片6所限定的视野，由于该镜片距离患者的眼睛近，感知到其本身是大的。

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反并且旋光的第二面：

-镜片2的旋光面的形状是凸柱面(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(柱面的轴线Y₂限定此面垂直于光轴X平铺)；并且

-可变球镜度为S_V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中的等长虚线所示)、平面形状(如实线所示)或凹面球面形状(如不等长虚线所示)。

可变球镜度为S_V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；所述空腔容纳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，用螺母/螺栓系统实现的运动转换可以确保旋转和线性运动的转换。因此，旋转安装在外壳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镜度S_V。在此处所描述的实例中，镜片6具有介于-40mm与40mm之间的可变焦距，即，介于-25D与25D之间的可变球镜度S_V(D是屈光度，所述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柱镜度，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是围绕轴线X可旋转地安装的(以轴线X为中心旋转)。

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线Y₂可以与参考轴线Y₀形成可变角α₂。

凸平面柱面镜片2和凹平面柱面镜片4沿光轴间隔开距离e₁；凹平面柱面镜片4与可变球镜度为S_V的镜片6沿光轴间隔开距离e₂。在下面参照图2描述的实施例中，e₁例如(约)1mm(一般地，e₁可以包括在0.5mm和2mm之间)，并且e₂例如(约)5mm(一般地，e₂可以包括在2mm和10mm之间)。

为了解释刚刚以简单方式描述过的系统的光学行为，以下将给出由这三个光学元件2、4、6形成的系统的球镜度S、柱镜度C和散光角α的公式，这些公式是通过在模型中计算不同子午线的聚散度而获得的，其中忽略了由各个镜片之间的间距e₁、e₂引起的耦合效应：

C＝C₀(cos2(α-α₂)-cos2(α-α₁))(公式2)

将指出的是，公式3中的项(-C/2)对应于提供柱镜度的2个镜片的合体所生成的球镜度。

通过如下文所述的相互独立地设定值凸平面柱面镜片2的旋转位置和凹平面柱面镜片4的旋转位置，针对通过同时控制这两个镜片来获得的在0°与360°之间可调节的任何散光角，可以从0°到360°独立地改变角α₁和α₂中的每一个角并且因此获得在-2.C₀与2.C₀(即，此处在-10D与10D之间)之间可调节的柱镜度C。如公式3所指示的，使用焦度可变的球面镜片来补偿这2个柱面镜片的取向的合体产生的球镜度。

而且，通过改变球面镜片6的球镜度S_V，可以调节由这三个镜片2、4、6形成的系统的球镜度S。

根据一个可设想到的变化形式，提供设定值球镜度的镜片可以具有相同的(正或负)柱镜度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镜度的镜片形成的系统的球镜度S、柱镜度C和散光角α：

C＝C₀(cos2(α-α₂)+cos2(α-α₁))(公式5)

项C₀-C/2对应于提供柱镜度的两个镜片的组合引起的球镜度。

因此，在这种情况下，还可以通过对提供柱镜度的镜片进行旋转(独立于彼此)并且通过改变提供可变球镜度的镜片的球镜度来调节球镜度S、柱镜度C和散光角α，具体地使得柱镜度C为零。

图2中示出了用刚才已经描述的光学元件的示例性视觉补偿装置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装置的将可能进行的用途，在该用途中仅参考方向是光轴X。

视觉补偿装置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，所述部分沿着光轴X依次放置并且成对地组装在垂直于光轴X的平面中。

第一齿轮22被安装成能够以中心在光轴X上的旋转运动的方式在外壳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外壳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。

第三齿轮27被安装成以中心在光轴X上的旋转运动的方式在外壳12的第三部分18中旋转。第三齿轮27被牢固地紧固到在外壳26的周长上设置的环上，所述第三齿轮支承球镜度可变的镜片6并且允许控制球镜度S_V。球镜度可变的镜片6的外壳26安装在外壳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)旋转第一齿轮22，所述电机的驱动轴支承着与第一齿轮22啮合的第一蜗杆32。第一电机42例如安装在外壳12的第一部分14中。

第一齿轮22的当前位置由第一光学单元52监测。

同样，通过第二电机44绕光轴X旋转第二齿轮24，所述电机的驱动轴支承着与第二齿轮24啮合的第二蜗杆34。第二电机44例如安装在外壳12的第二部分16中。

第二齿轮24的当前位置由第二光学单元54监测。

如从图4中所示，通过第三电机46(绕光轴X)旋转第三齿轮27，所述电机具有驱动轴，与第三齿轮27啮合的第三蜗杆36安装在所述驱动轴上。第三电机46例如安装在外壳12的第三部分18中。

第三齿轮27的当前位置由第三光学单元56监测。

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(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。作为变化形式，这可能是关于具有编码器的直流电机的问题。

外壳12的内部容积(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容积以相同的方式)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中的外壳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中的外壳12的下部区域)。

用于接纳电机42、44、46的空间具有在用于接纳光学元件2、4、6的空间的方向上开放(朝向图中的底部)而在对端(朝向图中的顶部)被外壳12的上面19(外壳12的上面19由分别外壳12的第一、第二和第三部分14、16、18的组装上面形成)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所述光轴上，离镜片的有效半径尽可能近。

与用于接纳所述电机的空间相比，用于接纳光学元件2、4、6的空间具有与第三齿轮27在所述齿轮的一半周长上的形状匹配的圆柱形状(以外壳12的壁为界)。

换言之，外壳12(以及因此外壳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)与第三齿轮27的直径大致相同并且比其稍微更大。

齿轮22、24、27各自的直径被选择成以便提升对视野的保护而不管光学系统的厚度怎样。

第一电机42和第一蜗杆32沿着垂直于外壳12的上面的方向Z(并且因此确切地垂直于光轴X)在外壳12中延伸，其方式使得第一电机42被封装在用于接纳所述电机的空间中，而第一蜗杆32位于用于接纳所述光学元件的空间中。

关于第二电机44和第二蜗杆34，它们沿着同一方向在外壳12中延伸，但相对于柱镜度镜片2、4，与第一电机42和第一蜗杆34相对。第二电机44被封装在用于接纳所述电机的空间中，而第二蜗杆34位于用于接纳所述光学元件的空间中。

因此，将指出的是，第一蜗杆32和第二蜗杆34位于由第一齿轮22和第二齿轮24形成的组件的两侧，并且这些各种零件(第一蜗杆32、第二蜗杆34、第一或第二齿轮22、24)的横向大小(沿着垂直于上述轴线X和Z的轴线Y)小于第三齿轮27的直径，这样使得第一和第二蜗杆32、34被容纳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齿轮22、24中的每一个齿轮的大小更大的大小，并且甚至比外壳12的第一和第二部分14、16中的每一个部分的大小更大。然而，因为这些第一和第二电机42、44如上指示放置在外壳12的两侧(相对于轴线Z)，所以它们各自占据沿着光轴线X与外壳12的的第一部分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)的横向大小(电机的外径)，而第一和第二齿轮22、24各自具有包括在1mm与4mm之间(例如，2.5mm)的厚度(沿着轴X的大小)。

第三电机46和第三蜗杆36相比之下位于用于接纳所述电机的空间中，在沿着轴线X、与外壳12的第三部分18成一条直线延伸的区域中。因此，第三蜗杆36与在第三齿轮27的上部与第三齿轮啮合，由此使得外壳12可以紧随着外壳12在第三齿轮27的下部的形状，如上所指示的。

在所描述的实例中，如图4中所示，第三电机46和第三蜗杆36的轴线相对于外壳12的上面(确切地相对于上述轴线Y)稍微倾斜。

例如设置了第三齿轮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外壳，通常具有包括在15mm与20mm之间的厚度。

外壳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，在此，所述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，为了使设备独立，提供了一种用于存储电力的装置，在此，为电池58(作为变化形式，尽管其可以是超级电容器)。还例如设置了用于对储电装置58进行再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，所述接收模块被设计成用于接收(在此通过无线链路)设定点信息，即，指示使用者所希望的球镜度S、柱镜度C和散光角α的值的信息，所述值限定由光学元件2、4、6形成的光学系统所产生的补偿。

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信息的红外线接收模块。作为变化形式，可以设置通过无线链路(例如，本地无线网络)从个人计算机接收此设定点信息；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视觉补偿装置的球镜度S、柱镜度C和散光角α的值。

接收模块60将所接收到的设定点信息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所述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实现的转换模块68。

转换模块68根据以下参照图6描述的内容来确定所需的角α₁、α₂的值和球镜度S_V的值以便获得接收到的设定点值S、C、α作为输入。

计算机器66还实现控制模块70，所述控制模块接收转换模块68所计算的角α₁、α₂和球镜度S_V的值作为输入并向电机42、44、46发出控制信号，以便相互独立地控制电机42、44、46中的每一个电机以获得齿轮22、24、27各自的位置，所述位置允许获得所希望的值：

-控制模块70控制第一电机42以便使得第一齿轮22绕光轴X转动远达凸平面柱面镜片2(由第一齿轮22支承)的旋光柱面平面的轴线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以便使得第二齿轮24绕光轴X转动远达凹平面柱面镜片4(由第二齿轮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；并且

-控制模块70控制第三电机46以便使第三齿轮27绕光轴X转动远达用于控制可变球镜度的环将球镜度S_V设定为转换模块68所计算的焦度的位置。

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)已经经过了光学单元的齿的数量，每一个齿轮22、24、27的位置在每一瞬间都是已知的。

在此处所描述的实例中，第一电机42/第一蜗杆32/第一齿轮22组件就像第二电机44/第二蜗杆34/第二齿轮24组件一样具有使得齿轮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(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36/第三齿轮46组件就其本身而言具有16640微步每匝的齿轮比。用于控制可变球镜度的环在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镜度从-25D到25D的变化(即，50D的变化跨度)。因此，分辨率(针对一个微步的球镜度S_V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的入射面与透过视觉补偿装置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焦度设定点。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的球镜度S为例，定位误差ε将意味着需要矫正相当于球镜度S’的焦距F’，其中：

F'＝F-ε并且

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不仅根据作为输入而接收到的这些设定点值S、C、α而且还根据镜片-装置(在此为角膜-镜片6的入射面)距离来确定角度α₁、α₂的值以及球镜度S_V的值(以及分别有待施加到如上所指示的电机的控制信号)。应当指出的是，在此控制元件50将镜片-眼睛距离考虑在内，所述控制元件接收原始设定点(即没有考虑镜片-眼睛距离)。

而且，在从初始设定点值α₁、α₂、S_V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，在球镜度绝对值变化时，|S'V-S_V|，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的允许从球镜度S_V转到球镜度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还包括产生关于所测量的环境温度的信息的温度传感器62、以及例如采取加速计形式的测斜仪64，所述测斜仪产生关于视觉补偿装置10相对于例如竖直方向的取向的信息。

计算机器66接收温度传感器62产生的温度信息项和测斜仪64所产生的取向信息项并且将这些信息项用于确定有待发送至电机42、44、46的命令的环境中。

在所描述的实例中，控制模块70使用温度信息项以便补偿镜片6的球镜度由于温度引起的变化(在所描述的实例中约为0.06D/℃)和使用取向信息项以便补偿由于视觉补偿装置10的取向变化引起的驱动系统(电机、蜗杆、齿轮)的可能干扰。

现在将参照图6描述可以构建转换模块68的方式的实例。

如已经指示出的，这个转换模块68被设计为确定为了获得作为输入而接收到的设定点值S、C、α而需要的角α₁、α₂的值和球镜度S_V的值，此处使用了考虑到各镜片分离开的距离e₁、e₂的模型。

如已经针对计算机器66所指示的，转换模块68在图6中以功能块的形式示出，但是实际上可以通过由处理器(例如微处理器)执行计算机程序指令来实现。

转换模块68包括第一块80，所述第一块接收设定点值S、C、α作为输入并且在此基础上确定角α₁、α₂以及球镜度S_V的近似值

例如如下：

应当指出的是，这些公式是基于上面给出的公式，并且没有考虑各镜片分离开的间距e₁、e₂(因此所获得的结果被指定为“近似值”)。

近似值

被传输到第二块82和加法器块88。

第二块82接收所述近似值作为输入，并且如果在所述装置中使用接收到的近似值

则估计将获得的球镜度S'、柱镜度C'和散光角α'的值(其中光学系统由两个柱面镜片2、4和具有可变球镜度的镜片6形成)。这种估计是基于考虑了各镜片分离开的距离e₁、e₂的模型。

在此，例如，使用古尔斯特兰德(Gullstrand)方程，每条子午线的光焦度(用角φ表示)是(光学系统由两个柱面镜片2、4和具有可变球镜度的镜片6形成)：

P(φ)＝S_V+A₁(S_V).P₁(φ)+A₂(S_V).P₂(φ)+A₃(S_V).P₁(φ).P₂(φ)

其中

A₁(S_V)＝1+(e₁-e₂-K)·S_V

A₂(S_V)＝1-(e₂+K)·S_V

A₃(S_V)＝-e₁·(1-(K(S_V)+e₂)·S_V)

其中w₀是镜片6的弓度，h是镜片6的厚度，n_LV是填充镜片6的液体的折射率，K是膜的静止位置与可变镜片的主物面之间的距离。

因此，参数A1、A2和A3是S_V的可变函数，而其他参数是系统的常数(其可以被校准)。

通过限定光学系统的球镜度、柱镜度和散光角，对于每条子午线，这个光焦度P还可以写成：P(φ)＝S'+C'sin²(α'-φ)。

因此，例如可以通过计算函数P(φ)的导数dP/dφ并且通过取2个特定值(例如φ＝0和φ＝π/4)来获得C'和α’，这允许获得tan 2α'和C'²。

而且，根据上面的方程，P(φ)的常数部分得到S'。

作为第二块82的输出所产生的球镜度S'、柱镜度C'和散光角α'的值被传输到减法器块84，所述减法器块计算这些值中的每一个值与对应的设定点值S、C、α之间的差值。减法器块84因此输出以下值(其针对每个参数表示由于使用近似值而导致的误差)：

ΔS＝S-S'；ΔC＝C-C'；Δα＝α-α'。

从减法器块84输出的误差值ΔS、ΔC、Δα被输入到第三块86中，所述第三块被设计为确定与这些误差值ΔS、ΔC、Δα相关联的设定值α₁、α₂、S_V的变化Δα₁、Δα₂、ΔS_V(例如，通过等式的线性化：

S'+C'sin²(α'-φ)＝S_V+A₁(S_V).P₁(φ)+A₂(S_V).P₂(φ)+A₃(S_V).P₁(φ).P₂(φ)

围绕值S'、C'、α’以及

)。例如，针对

和

通过分别取导数

和

来获得ΔS的值。针对ΔC和Δα的过程相同。接下来，使用特定值常规地求解所获得的方程组。

然后，将设定值值Δα₁、Δα₂、ΔS_V输入到加法器块88中，所述加法器块还如已经指示的那样接收第一块80生成的近似值

作为输入。

这个加法器块88因此生成如下设定值作为输出：

借助于以上执行的计算，这些设定值α₁、α₂、S_V允许在考虑了与镜片之间的间距有关的耦合效应的情况下获得设定点值S、C、α，其中最小误差与在第三块86内使用的线性化期间进行的近似相关。

根据一个可设想到的变化形式，如图6中的虚线所示，可以应用上述过程的一次或多次新的迭代，以便使得误差值ΔS、ΔC、Δα中的每一者向0靠拢(当所述误差值均低于预设阈值时，迭代过程例如停止)。对于这些后续的迭代，从前一迭代中输出的设定值α₁、α₂、S_V通过近似值

来用于当前迭代中。

应当理解的是，刚描述过的过程允许根据设定点值S、C、α通过考虑了各个镜片2、4、6分离开的距离e₁、e₂的模型来实时确定设定值α₁、α₂、S_V。

根据另一可设想到的实施例，转换模块68可以在存储器中(查找表或LUT内)存储许多设置值三元组(α₁，α₂，S_V)以及对于每个三元组(α₁，α₂，S_V)使用所讨论的设定值α₁、α₂、S_V所获得的值三元组(S，C，α)。

与设定值三元组(α₁，α₂，S_V)相关联的值三元组(S，C，α)使用考虑了镜片2、4、6分离开的距离的模块(例如，通过以上给出的等式)被预先计算出来并且存储在转换模块68中已经指示的存储器中。

实际上，与在可设想的值范围上规则地分布的S和C的可能值相关联的三元组被存储在存储器中。例如，使用了在[-20D，20D]范围(这对应于0.25D的间隔)内的S的160个值以及在[0，8D]范围(这也对应于0.25D的间隔)内的C的32个值，并且通过简单旋转对参数α进行处理，这允许各自与一对(S，C)相关联的5120个设定值三元组(α₁，α₂，S_V)存储在存储器中。

在操作中，转换模块68从所存储的三元组(S，C，α)中选择其值最接近作为输入接收到的设定点值S、C、α的三元组；转换模块68然后(在查找表中)读取与所选择的三元组相关联的设定值三元组(α₁，α₂，S_V)并且输出所读取的值。

在刚刚提到的实际实例中，三元组(α₁，α₂，S_V)各自与一对(S，C)相关联地存储在存储器中，并且转换模块68读取与其值最接近设定点值S、C的对相关联的值(α₁，α₂，S_V)，并且进行旋转矫正以将角α考虑在内。

根据一个可设想的变化形式，可以此外考虑温度(以便如上所指示地补偿由于温度引起的镜片6的球镜度的变化)。例如在这种情况下，转换模块68在存储器中存储多个查找表，每个查找表与一个给定的温度相关联。在使用时，转换模块68选择与由温度传感器62传送的温度信息项相关联的查找表，并且使用所选择的查找表执行上述处理。

根据另一可设想到的实施例，转换模块68可以通过光线跟踪模拟来确定为了获得作为输入而接收到的设定点值S、C、α而需要的角α₁、α₂的值和球镜度S_V的值，所述光线跟踪在镜片2、4、6在其各自的位置被建模的环境中执行，并且因此考虑了这些镜片2、4、6分离开的距离。

视觉补偿装置10可以用来提供杰克逊交叉圆柱镜功能，杰克逊交叉圆柱镜也被称作翻转交叉圆柱镜。

根据第一实例，可以使用这种功能来验证(或甚至找到)所需球镜矫正的角度α₀(参数有时表示为“柱镜轴位”)。在此，假设球镜度矫正值S₀和柱镜度矫正值C₀也已预先确定。

杰克逊交叉柱镜功能则是例如通过快速交替地应用两组设定点来提供的，即与在和由角度α₀限定的轴线成45°处的柱镜度增加量C_var(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(C_var/C₀)；

-柱镜度设定点C₁＝根(C₀ ²+C_var ²)，其中根是平方根函数；并且

-球镜度设定点S₁＝S₀+C₀/2-C₁/2，

以及与在和由角度α₀限定的轴线成45°处与柱镜度增加量-C_var相对应的第二组设定点：

-散光角设定点α₂＝α₀-0.5.atan(C_var/C₀)；

-柱镜度设定点C₂＝Root(C₀ ²+C_var ²)；并且

-球镜度设定点S₂＝S₀+C₀/2-C₂/2。

根据第二实例，可以使用这种功能来验证(或甚至找到)所需柱镜度矫正值C₀。在此，假设球镜度矫正值S₀和散光角α₀也已预先确定。

杰克逊交叉柱镜功能则是例如通过快速交替地应用两组设定点来提供的，即与在和由角度α₀限定的轴线上的柱镜度增加量C_var(例如0.5D)相对应的第一组设定点：

-散光角设定点α₁＝α₀；

-柱镜度设定点C₁＝C₀+C_var；并且

-球镜度设定点S₁＝S₀-C_var/2，

以及与在由角度α₀限定的轴线上的柱镜度增加量-C_var相对应的第二组设定点：

-散光角设定点α₂＝α₀；

-柱镜度设定点C₂＝C₀-C_var；并且

-球镜度设定点S₂＝S₀+C_var/2。

Claims (12)

1.一种允许沿观察光轴(X)以焦度可变的光学矫正进行观察的视觉补偿装置，所述视觉补偿装置包括：

-镜片(6)，所述镜片沿所述光轴具有取决于第一设定值(S_V)的可变球镜度；以及

-光学组件(2，4)，所述光学组件沿所述光轴产生取决于应用到所述光学组件(2，4)上的至少一个第二设定值(α₁，α₂)的可变柱镜矫正，

其特征为：

-用于接收所述光学矫正的至少一个设定点(S，C，α)的模块(60)；以及

-用于根据所述设定点(S，C，α)借助于考虑到所述镜片(6)与所述光学组件(2，4)分离开的距离(e₂)的模型来确定所述第一设定值(S_V)和所述第二设定值(α₁，α₂)的模块(68)。

2.如权利要求1所述的视觉补偿装置，其中，用于确定所述第一设定值(S_V)和所述第二设定值(α₁，α₂)的所述模块(68)包括：

-用于根据所述设定点(S，C，α)确定第一近似设定值

和第二近似设定值

的模块(80)；

-用于基于所述模型来评估至少一个矫正值(S′，C′，α′)的模块(82)，所述矫正值是通过对所述镜片(6)应用所述第一近似设定值

和对所述光学组件(2，4)应用所述第二近似设定值

而获得的；

-用于基于所述设定点(S，C，α)与所评估的矫正值(S′，C′，α′)之间的比较(ΔS，ΔC，Δα)来确定经矫正的第一设定值(S_V)和经矫正的第二设定值(α₁，α₂)的模块(84，86，88)。

3.如权利要求2所述的视觉补偿装置，其中，用于确定所述第一设定值和所述第二设定值的所述模块(68)被设计为使用所述经矫正的第一设定值(S_V)和所述经矫正的第二设定值(α₁，α₂)分别作为第一设定值和第二设定值。

4.如权利要求1所述的视觉补偿装置，其中，用于确定所述第一设定值和所述第二设定值的所述模块(68)被设计为从基于所述模型构建的查找表中读取所述第一设定值。

5.如权利要求1所述的视觉补偿装置，其中，所述光学组件包括第二镜片(2)和第三镜片(4)，并且其中，所述模型考虑到所述第二镜片(2)与所述第三镜片(4)分离开的距离(e₁)。

6.一种用于控制视觉补偿装置的控制方法，所述视觉补偿装置允许沿观察光轴(X)以焦度可变的光学矫正进行观察并且包括镜片(6)和光学组件(2，4)，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-接收所述光学矫正的至少一个设定点(S，C，α)；

-根据所述设定点(S，C，α)借助于考虑到所述镜片(6)与所述光学组件(2，4)分离开的距离(e₂)的模型来确定第一设定值(S_V)和第二设定值(α₁，α₂)；

-根据所述第一设定值(S_V)来修改所述镜片(6)沿所述光轴的球镜度；以及

-根据所述第二设定值(α₁，α₂)来修改所述光学组件(2，4)沿所述光轴产生的柱镜矫正。

7.如权利要求6所述的控制方法，其中，确定第一设定值(S_V)和第二设定值(α₁，α₂)的所述步骤包括以下子步骤：

-根据所述设定点(S，C，α)确定第一近似设定值

和第二近似设定值

-基于所述模型来评估至少一个矫正值(S′，C′，α′)，所述矫正值是通过对所述镜片(6)应用所述第一近似设定值

和对所述光学组件(2，4)应用所述第二近似设定值

而获得的；

-基于所述设定点(S，C，α)与所评估的矫正值(S′，C′，α′)之间的比较(ΔS，ΔC，Δα)来确定经矫正的第一设定值(S_V)和经矫正的第二设定值(α₁，α₂)。

8.如权利要求7所述的控制方法，包括以下子步骤：

-基于所述模型来评估至少一个新矫正值，所述新矫正值是通过对所述镜片应用所述经矫正的第一设定值和对所述光学组件应用所述经矫正的第二设定值而获得的；

-基于所述设定点与所评估的新矫正值之间的比较来确定新的经矫正的第一设定值和新的经矫正的第二设定值。

9.如权利要求8所述的控制方法，其中，倘若所述设定点与所评估的新矫正值之间的差距大于预设阈值，则重复所述评估至少一个新矫正值的子步骤和所述确定新的经矫正的第一设定值和新的经矫正的第二设定值的子步骤。

10.如权利要求6所述的控制方法，其中，所述确定第一设定值(S_V)和第二设定值(α₁，α₂)的步骤包括从基于所述模型构建的查找表中读取所述第一设定值的子步骤。

11.如权利要求6至10之一所述的控制方法，其中，所述光学组件包括第二镜片(2)和第三镜片(4)，并且其中，所述模型考虑到所述第二镜片(3)与所述第三镜片(4)分离开的距离(e₁)。

12.一种包括两个光学装置的双眼验光装置，其中，所述两个光学装置中的至少一者是根据权利要求1至5之一所述的视觉补偿装置。

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