JP6574202B2 - 視覚補正系及び検眼用双眼鏡装置 - Google Patents

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Description

本発明は、概して、検眼の分野に関する。
本発明は、より具体的には、視覚補正系(visual compensation system)と、このような系を含む検眼用双眼鏡装置(optometric binocular device)とに関する。
患者の視力の測定に関連して、例えば検眼用縁(trial frame)により、又はフォロプタなどの屈折器により提供される視覚補正を模擬することが既に提案されている。
検眼用縁は、患者に好適な補正が発見されるまで、様々な補正を提供する検眼レンズを連続して収容することができる。
この解決策は、非実用的であり、検眼レンズを専用箱内に別個に格納する必要がある。この解決策はさらに、レンジ変更を伴い、補正度数において望ましくなく且つ非連続的な遷移を生じる。
フォロプタでは、検眼レンズは、手動で又は電動機構を使用して回転される複数のディスク上に配置される。
しかし、このような物体は、各ディスク上に配置されるレンズの数に関係するかなりの嵩及び重量を有することが理解される。
加えて、フォロプタを介した視野は、様々な補正値を得るために一列に並べられる複数のレンズのために制限される(トンネル効果)。
本発明を提示する前に、以下の説明において使用される概念のいくつかの定義を記載する。
屈折力(optical power)は光学素子が光線を集束又は発散させることができる度合いである。屈折力はジオプタで表現され、メートルで表された焦点長の逆数に対応する。
屈折力がレンズのすべての経線面において同じ(光軸に関して回転対称)である場合、球面度数(spherical power)と言う。
対称的に、屈折力がレンズの経線に応じて変化する場合、非点収差(astigmatism)と言う。乱視用光学素子の場合、円柱度数(cylindrical power)は、すなわち、第1の基準経線に沿った最大屈折力と第2の経線に沿った最小屈折力との差を指す。これは円環状又は円柱状面の場合である。
これに関連して、本発明は、可変度数の光学的補正により観測の光軸に沿った観測を可能にする視覚補正系において、光軸を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ光軸に沿った第1の円柱度数を有する第1の光学素子と、光軸を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ光軸に沿った第2の円柱度数を有する第2の光学素子と、軸について前記光軸を有し、且つ可変球面度数のレンズとを含むことを特徴とする、視覚補正系を提供する。
第1の光学素子と第2の光学素子とは、少なくとも1つの位置において、第1の光学素子と第2の光学素子との合成により生成される結果的な円柱度数が無視できる値(例えば、0.1ジオプタ未満)又はさらには零の値を有するように、互いに独立に回転可能であり得る。
実際には、第2の円柱度数の絶対値は例えば第1の円柱度数の絶対値に等しい(又は少なくともほぼ等しい)ため、前記合成円柱度数値は少なくとも1つの位置において零(又はほぼ零)である。
換言すれば、この場合、第2の円柱度数は第1の円柱度数に等しい又は逆極性である。しかし、第1の円柱度数と第2の円柱度数とは、その合成(すなわち、結果的な)円柱度数が少なくとも1つの位置において相殺する整合を得るように、2つのレンズ間の間隔を補正するために異なり得る(Gullstrandの式に従って)。
したがって、以下に続く記載において説明するように、第1の光学素子の角度位置(以下に続く記載では角度α1)と第2の光学素子の角度位置(以下に続く記載では角度α2)を互いに独立に変更し、可変球面度数のレンズの球面度数SVを変更することにより、系(第1の光学素子、第2の光学素子及び可変球面度数のレンズにより形成される)の球面度数S、円柱度数C、及び非点収差αの角度を所定範囲にわたり独立に変更することが可能である。
特に、円柱度数の2つの光学素子の相互配位を変更する能力により、系の円柱度数Cが低い系の少なくとも1つの位置が存在する。第1の円柱度数と第2の円柱度数とが絶対値で等しい又はほぼ等しい場合、系の円柱度数Cが無視できる又は零ですらある、これらの2つの素子の少なくとも1つの相対位置が存在する。したがって、球面度数のみの補正値を生成することが可能である。
さらに、可変球面度数は特に、球面度数を相殺するか、又は所望の球面度数に従って全体で(完全系の)球面度数を得るかのいずれかのために、円柱度数の光学素子同士の関連付けにより生成される球面度数を補正できるようにすることに注意されたい。したがって、第1の光学素子と第2の光学素子との合成により導出される球面度数は、可変球面度数のレンズにより少なくとも部分的に補正され得る。
したがって、この視覚補正系は、3つの光学素子がパラメータの前述の範囲内の可変補正値を生成するのに十分であるため、小さい嵩を有することに加えて、可変補正値を生成するのに特に好適である。
この系はさらに、ジャクソンクロスシリンダ(Jackson−cross−cylinder)関数が2つの円柱度数光学素子の急速回転により提供され得るようにする。この関数(屈折プロトコルにおいて頻繁に使用される)を提供するために、垂直な軸及び反対の符号で同一度数の2つの平坦−円柱(plane−cylindrical)レンズで構成される交差二重円柱(crossed bicylinder)が使用される。交差二重円柱の球面度数は零であり、交差二重円柱は、二重円柱を回転することにより円柱度数の値を急速に変更するために使用される。この高速変化は、ここでは、第1の光学素子と第2の光学素子とを一斉に回転させるように駆動することにより、補足的光学素子の追加無しに実現可能である。
可変球面度数のレンズは、例えば、流体を含む変形可能レンズ、又は換言すれば流体と変形可能膜とを含むレンズである。
第1のモータにより駆動される第1の機構であって、光軸を中心とする回転運動により第1の光学素子を回転するように設計された第1の機構と、任意選択的に、第2のモータにより駆動される第2の機構であって、光軸を中心とする回転運動により第2の光学素子を回転するように設計された第2の機構とが設けられ得る。
一方では第1の機構及び第1のモータと、他方では第2の機構及び第2のモータとは、第1のアクチュエータ及び第2のアクチュエータをそれぞれ形成し、それぞれ第1及び第2の光学素子の一方の位置を調整できるようにする。
視覚補正系は、設定点データ(例えば、視覚補正系のユーザにより操作される遠隔制御装置から受信される設定点データ)に応じて第1のモータと第2のモータとをそれぞれ制御するように設計された制御要素を含み得る。
制御要素は、例えば温度センサ及び/又は配向データムを提供するように設計された配向又は運動のセンサを含む。
制御要素は特に、前記設定点データ及び前記配向データムのうちの少なくとも1つに応じて制御信号を生成し、且つ第1のモータと第2のモータとにそれぞれに宛てられた制御信号を発するように設計された計算機を含むようにされ得る。
したがって、モータへ送信される制御信号は、例えば重力に起因して液体レンズに導出される度数効果を補正するために視覚補正系の配向を考慮することになる。
制御要素はまた、前記設定点データ及び系の一部と系を通して観測する眼との間の距離のうちの少なくとも1つに応じて制御信号を生成するように設計され得る。
第1の機構は、例えば第1のモータの駆動軸へ確実に固着される第1のウォームスクリュと相互作用する第1の歯を含み得、第1の光学素子は第1の歯に取り付けられ得る。
同様に、第2の機構は、例えば第2のモータの駆動軸へ確実に固着される第2のウォームスクリュと相互作用する第2の歯を含み得、第2の光学素子は第2の歯に取り付けられ得る。
このような機構により、モータの出力速度を低減できるようにする。視覚補正系はしたがって特に高い分解能を有し、系の補正を規定するパラメータS、C、及びαはしたがって前述の範囲内でほぼ連続な値の組を有し得る。加えて、このような機構により、歯及びしたがってこれらの歯により担持される光学素子は、モータへの電力供給が無い場合でも適切な位置に維持される。したがって、光学素子(すなわち、第1の光学素子、第2の光学素子及びレンズ)は、電力の供給無しに(電力の供給無しでさえも)それらのそれぞれの設定点位置を維持するように(視覚補正系内に)取り付けられる。
視覚補正系は、関連光学素子(第1の光学素子、第2の光学素子、又はレンズのいずれか)の位置を判断するように前記歯に関連付けられた少なくとも1つの光学セル(実際には各歯に関連付けられた1つの光学セル)を含み得る。
視覚補正系は、例えば、少なくとも1つの第1の部分及び1つの第2の部分を組み立てることにより形成されたケース内に収容され得、第1の歯が前記第1の部分上に回転可能に取り付けられ、第2の歯が前記第2の部分上に回転可能に取り付けられるようにすることが可能である。
第1のモータは、例えば前記第1の部分に取り付けられ、及び/又は第2のモータは、例えば前記第2の部分に取り付けられる。
可変球面度数のレンズの球面度数を制御するためのリングを駆動して回転させるように設計された第3のモータにより駆動される第3の機構も設けられ得る。
したがって、球面度数はまた、第3のモータ及び第3の機構で形成されたアクチュエータにより調整され得る。
第3の機構は、例えば、第3のモータの駆動軸へ確実に固着される第3のウォームスクリュと相互作用する第3の歯を含み、制御リングは第3の歯へ確実に固着される。
第1のモータ、第2のモータ及び第3のモータは、例えばレンズの有効半径に可能な限り近い(例えば、レンズの有効半径から20mm未満(又は、さらに10mm未満))距離において、光軸を中心とする円状幾何学形状を少なくとも120°にわたって(例えば180°にわたって)確保するように配置され、したがって小さい嵩のアセンブリが得られる。
前述の制御要素(例えば、前述の計算機を使用する)は、前記設定点のうちの少なくとも1つと温度センサにより生成される温度データムとに応じて、第3のモータへ宛てられた少なくとも1つの制御信号を生成するように設計され得る。したがって、温度のいかなる変動による可変球面度数のレンズの球面度数の変動も補正することが可能である。
ケースはさらに、第3のモータが場合により取り付けられる第3の部分を含み得る。
想定可能な実施形態(例えば、以下に説明されるもの)によると、第1の光学素子は第1の平坦−円柱レンズの面上に形成された第1のジオプタであり、及び/又は第2の光学素子は第2の平坦−円柱レンズの面上に形成された第2のジオプタである。正確には、第1のレンズが凸状平坦−円柱レンズとなり、及び/又は第2のレンズが凹状平坦−円柱レンズとなるようにされ得る。
さらに、第1の光学素子、第2の光学素子及びレンズは、第1の光学素子、第2の光学素子及びレンズで形成される系の円柱度数及び/又は非点収差の角度が(それぞれ)2つの別個の値間で交互に切り替わるようにジャクソンクロスシリンダ関数を提供するように制御され得る。
換言すれば、本発明は、可変度数の光学的補正により観測の光軸に沿った観測を可能にする視覚補正系において、
− 光軸を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ光軸に沿った第1の円柱度数を有する第1の光学素子と、
− 光軸を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ光軸に沿った第2の円柱度数を有する第2の光学素子と、
− 軸について前記光軸を有する可変球面度数のレンズであって、前記球面度数を連続的に変化させるように機械的に作動可能なレンズと
を含むことを特徴とする、視覚補正系を提供する。
本発明はまた、例えば共通ホルダ上に取り付けられる2つの光学系を含む検眼用双眼鏡装置であって、2つの光学系のうちの1つ(又はさらに2つの光学系のそれぞれ)が上に提示したような視覚補正系である、検眼用双眼鏡装置を提供する。
非限定的例として与えられる添付図面に関する以下の説明は、本発明の本質と本発明が実施され得る方法とを明確に説明する。
本発明の一例示的実装形態において使用される光学素子を概略的に示す。 本発明の教示による例示的視覚補正系の断面図を示す。 図2の視覚補正系の円柱レンズの側面からの切欠図を示す。 図2の視覚補正系の可変球状レンズの側面からの切欠図を示す。 図2の視覚補正系を制御するための要素を概略的に示す。
図1は、本発明の教示による例示的視覚補正系の主要光学素子を概略的に示す。
これらの光学素子は、円柱度数C0の凸状平坦−円柱レンズ2と、負の円柱度数−C0の凹状平坦−円柱レンズ4と、可変球面度数SVのレンズ6とを含む。
したがって、凹状平坦−円柱レンズ4の円柱度数(ここでは−C0)の絶対値(又は係数)(ここではC0)は、凸状平坦−円柱レンズ2の円柱度数(C0)の絶対値(C0)(又は率)に等しい。
3つのレンズ2、4、6は同じ光軸X上に配置される。正確には、3つのレンズ2、4、6のそれぞれは光軸Xを中心とするほぼ円柱状の外形を有する。本明細書で説明する例では、レンズ2、4、6は25mm、25mm、20mmの直径(それらの嵩を定量化する)をそれぞれ有する。
直径の大きい円柱度数のレンズ2、4が可変球面度数レンズ6(それ自体は患者の眼に対するその近接性により広いと感じられる)により画定される視野を制限しないように、可変球面度数レンズ6側に位置する患者の眼によりこの視覚補正系10を使用することが好ましいことに注意されたい。
3つのレンズ2、4、6のそれぞれは、光軸Xに垂直な第1の平坦面と、第1の面に対向するとともに光学活性された第2の面とを含み、
− レンズ2の光学活性面は形状が円柱状凸であり(この面を画定する円柱の軸Y1は光軸Xに垂直である)、
− レンズ4の光学活性面は形状が円柱凹状であり(この面を画定する円柱の軸Y2は光軸Xに垂直である)、及び
− 可変球面度数SVのレンズ6の光学活性面は変形可能であり、したがって凸状球形状(図1の点線により示す)、平坦形状又は凹状球形状(実線により示す)を採用し得る。
可変球面度数SVのレンズ6は、例えば欧州特許第2,034,338号明細書に記載されたタイプのレンズである。このようなレンズは、透明な変形可能膜と平坦な可動透明壁とにより閉ざされた空洞を含み、空洞は、したがって球状凹面、平坦面、又は球状凸面のいずれかである膜を変形するために、程度の差はあっても可動面により制約された一定量の透明液体を含む。使用されるレンズでは、ナット/ボルト系からなる運動の変換が回転及び直線運動の変換を保証する。したがって、例えば前述の欧州特許第2,034,338号明細書で説明したように、ケース26に取り付けられたリングを回転することでレンズ6の一部を平行移動させ、これにより透明膜の前述の変形を引き起こす。したがって、レンズ6に対する機械的作用を介して球面度数SVを連続的に変更することが可能である。本明細書で説明する例では、レンズ6は−40mm〜40mmの可変焦点長、すなわち−25D〜25Dの可変球面度数SVを有する(Dは、両眼転導(vergence)を測定する単位ジオプタであり、焦点長の逆数でありメートルで表される)。
さらに、平坦−円柱レンズ2、4は、それぞれ、既に示したように−C0及びC0の円柱度数を有する(ここではC0=5D)。
以下により詳細に説明するように、凹状平坦−円柱レンズ4と凸状平坦−円柱レンズ2とは、軸Xを中心として回転可能(軸Xを中心とする回転運動)に取り付けられる。
したがって、凸状平坦−円柱レンズ2の光学活性面上に形成される凸状円柱の軸Y1は基準軸Y0(固定され、且つ光軸Xに垂直である)と可変角度α1をなし得る。
同様に、凹状平坦−円柱レンズ4の光学活性面上に形成される凹状円柱の軸Y2は基準軸Y0と可変角度α2をなし得る。
様々な経線上の両眼転導を計算することにより、これまでに述べた3つの光学素子2、4、6で形成された系の球面度数S、円柱度数C、及び非点収差αの角度の下記式が得られる。
式3の項(−C/2)は円柱度数を提供する2つのレンズの合成により生成される球面度数に対応することに注意されたい。
以下に説明するように、凸状平坦−円柱レンズ2の回転位置と凹状平坦−円柱レンズ4の回転位置とを互いに独立に制御することにより、角度α1、α2のそれぞれを0°〜360°で独立に変更し、したがって−2C0〜2C0(すなわち、ここでは−10D〜10D)の調整可能な円柱度数Cを得ることが可能であり、0°〜360°で調整可能な非点収差の任意の角度が2つのレンズの同時制御により得られる。式3が示すように、2つの円柱レンズの配向の合成から生じる球面度数は、可変球面度数のレンズを使用することにより補正される。
さらに、球状レンズ6の球面度数SVを変更することにより、3つのレンズ2、4、6で形成される系の球面度数Sを調整することが可能である。
1つの想定可能な変形形態によると、設定された円柱度数を提供するレンズは、同じ(正又は負の)円柱度数C0を有し得、2つの任意選択的に同一の凸状平坦−円柱レンズ、又は代替として2つの任意選択的に同一の凹状平坦−円柱レンズの問題であり得る。
具体的には、この場合、これら2つのレンズと可変球面度数を提供するレンズとで形成される系の球面度数S、円柱度数C、及び非点収差αの角度は下記式により与えられる。
項C0−C/2は、円柱度数を提供する2つのレンズの合成により導出される球面度数に対応する。
したがって、この場合も、円柱度数を提供するレンズを回転する(互いに独立して)ことにより、及び可変球面度数を提供するレンズの球面度数を変更することにより、円柱度数Cが零となるように、球面度数S、円柱度数C、及び非点収差αの角度を調整することが可能である。
これまでに説明した光学素子を使用する例示的視覚補正系10を図2に示す。
以下の説明では、説明を明確にするために、図2、3、及び4の配向を規定する「上側」又は「下側」などの用語が使用される場合がある。この配向は、説明した系からなり得る用途であって、唯一の基準方向が光軸Xである用途には必ずしも適用可能ではないことが理解される。
視覚補正系10は、光軸Xに沿って連続に配置されるとともに光軸Xに垂直な面内に対で組み立てられる第1の部分14、第2の部分16及び第3の部分18で形成されるケース12を含む。
第1の歯22は、ケース12の第1の部分14における光軸Xを中心とする回転運動により回転することができるように取り付けられ、この目的のために設けられる開口内の第1の歯22の中心に凸状平坦−円柱レンズ2を担持する。第1の歯22と凸状平坦−円柱レンズ2とは同軸であり、換言すれば、光軸Xに垂直な面内の断面では、第1の歯22の外周と凸状平坦−円柱レンズ2の外周とは光軸Xを中心とする同心円を形成する。
同様に、第2の歯24は、ケース12の第2の部分16における光軸Xを中心とする回転運動により回転することができるように取り付けられ、この目的のために設けられる開口内の第2の歯24の中心に凹状平坦−円柱レンズ4を担持する。第2の歯24と凹状平坦−円柱レンズ4とは同軸であり、換言すれば、光軸Xに垂直な面内の断面では、第2の歯24の外周と凹状平坦−円柱レンズ4の外周とは光軸Xを中心とする同心円を形成する。
ケース12の第3の部分18内の光軸Xを中心とする回転運動により回転することができるように第3の歯27が取り付けられる。第3の歯27は、可変球面度数のレンズ6を担持するケース26の外周上に設けられるリングに確実に固着され、球面度数SVが制御され得るようにする。可変球面度数のレンズ6のケース26はケース12の第3の部分18に取り付けられる。
図3に明確に見られるように、第1の歯22は、その駆動軸が第1のウォームスクリュ32(第1の歯22と係合する)を担持する第1のモータ42により(光軸Xを中心として)回転される。第1のモータ42は、例えばケース12の第1の部分14に取り付けられる。
第1の歯22の現在位置は第1の光学セル52により監視される。
同様に、第2の歯24は、その駆動軸が第2のウォームスクリュ34(第2の歯24と係合する)を担持する第2のモータ44により光軸Xを中心として回転される。第2のモータ44は、例えばケース12の第2の部分16に取り付けられる。
第2の歯24の現在位置は第2の光学セル54により監視される。
図4に示すように、第3の歯27のその一部は、第3の歯27と係合する第3のウォームスクリュ36が取り付けられ駆動軸を有する第3のモータ46により(光軸Xを中心として)回転される。第3のモータ46は、例えばケース12の第3の部分18に取り付けられる。
第3の歯27の現在位置は第3の光学セル56により監視される。
光学セル52、54、56のそれぞれは、例えば少なくとも1つの光センサを含むいくつかの素子で形成され、その対の他の素子は例えば発光器(又は、変形形態として反射素子、この場合、発光器は光センサを伴う)である。
第1、第2、及び第3のモータ42、44、46は、例えば20ステップ/回転の分解能を有するステッピングモータであり、ここでは1ステップの8分の1単位で設定される(以下ではマイクロステップと呼ばれる)。変形形態として、これらのモータは1ステップの16分の1単位で設定され得る。
ケース12の内容積(及び、同様に第1の部分、第2の部分及び第3の部分14、16、18のそれぞれの内容積)は、モータ42、44、46を収容するための空間(図2、3、及び4のケース12の上側領域)と光学素子2、4、6を収容するための空間(図2、3、及び4のケース12の下側領域)とに再分割され得る。
モータ42、44、46を収容するための空間は、光学素子2、4、6を収容するための空間の方向に(同図の最下部に向かって)開き、ケース12の上面19により反対端において(同図の最上部に向かって)閉じたほぼ平行六面体の形状を有する(ケース12の上面19は、ケース12の第1、第2及び第3の部分14、16、18のそれぞれを組み立てて形成される)。
モータ42、44、及び46の配置は、有利にはレンズの有効半径に可能な限り近い光軸を中心とする円状幾何学形状を180°にわたって使用できるようにするようにされる。
光学素子2、4、6を収容するための空間は、モータを収容するための空間とは対照的に、ケース12の外周の半分にわたって第3の歯27の形状と一致する円柱形状(ケース12の壁に囲まれた)を有する。
換言すれば、ケース12(及びしたがってケース12の第1、第2、及び第3の部分14、16、18のそれぞれ)は光学素子2、4、6を収容するための空間内に、第3の歯27の直径(光軸Xに垂直である)とほぼ同じであり、且つ若干大きい直径を有する筒形状を有する。
歯22、24、27のそれぞれの直径は、光学系の厚さにもかかわらず視野を維持するように選択される。
第1のモータ42及び第1のウォームスクリュ32は、モータを収容するための空間内に第1のモータ42が収容され、一方で光学素子を収容するための空間内に第1のウォームスクリュ32が存在するように、ケース12内でケース12の上面に垂直(及びしたがって特に光軸Xに垂直)な方向Zに延びる。
第2のモータ44及び第2のウォームスクリュ34は、ケース12内において、同じ方向であるが、円柱度数レンズ2、4に対して第1のモータ42及び第1のウォームスクリュ34と対向して延びる。第2のモータ44はモータを収容するための空間内に収容され、一方で第2のウォームスクリュ34は光学素子を収容するための空間内に存在する。
したがって、第1のウォームスクリュ32及び第2のウォームスクリュ34は、第1の歯22と第2の歯24とで形成されたアセンブリの両側に配置されることと、これらの様々な部品(第1のウォームスクリュ32、第2のウォームスクリュ34、第1又は第2の歯22、24)の横方向の嵩(前述の軸X及びZに垂直な軸Yに沿った)は、第1及び第2のウォームスクリュ32、34がそれらを収容するのに必要な余分な空間無しに光学素子を収容するための空間内に含まれるように、第3の歯27の直径より小さいこととに注意されたい。
さらに、第1及び第2のモータ42、44はそれぞれ、第1及び第2の歯22、24のそれぞれより大きく、且つケース12の第1及び第2の部分14、16のそれぞれよりさらに大きい、光軸Xに沿った嵩を有する。しかし、これら第1及び第2のモータ42、44は、上に示すようにケース12のそれぞれの側に配置されるため(軸Zに対して)、それぞれ、ケース12の第1の部分14及び第2の部分16に沿って光軸Xに沿って延びる空間を占め得る。
例えば、第1及び第2モータ42、44のそれぞれは6〜12mm(例えば10mm)の横方向の嵩(モータの外径)を有し、第1及び第2の歯22、24はそれぞれ1〜4mm(例えば2.5mm)の厚さ(軸Xに沿った嵩)を有する。
第3のモータ46及び第3のウォームスクリュ36は、対称的に、ケース12の第3の部分18に沿って軸Xに沿って延びる領域内のモータを収容するための空間内に配置される。したがって、第3のウォームスクリュ36は第3の歯27とその上側部分で係合し、これにより、上に示すようにケース12が第3の歯27の下側部分におけるケース12の形状に密に従うようにする。
説明した例では、図4に示すように、第3のモータ46及び第3のウォームスクリュ36の軸はケース12の上面に対して(特に前述の軸Yに対して)若干傾斜される。
第3の歯27の厚さは、例えば0.3mm〜2mmに含まれるようにされ得る。
様々な要素のこの配置により、通常は15〜20mmの厚さを有する比較的薄いケースが得られるようにする。
ケース12はまた、例えばモータを収容するための空間の上側領域内に、ここでは共通プリント回路基板により担持される複数の集積回路から形成される制御要素50を含む。
さらに、電力貯蔵装置ここでは電池58(変形形態として、スーパーキャパシタであり得る)が装置をスタンドアロンにするために設けられる。例えば、電力貯蔵装置58を再充電するための無接触素子もまた設けられ得る。電池58は特に、モータ42、44、46と制御要素50とに電力が供給され得るようにする。
このような制御要素50の主要素子と、前述のモータ42、44、46及び前述の光学セル52、54、56へのそれらの接続とが図5に概略的に示される。
制御要素50は、設定点データ(すなわち、光学素子2、4、6で形成された光学系により生成される補正を規定する球面度数S、円柱度数C、及び非点収差αの角度のユーザにより要求される値を示すデータ)をここでは無線リンクを介し受信するように設計された受信モジュール60を含む。
受信モジュール60は、例えばユーザにより制御される赤外線発射遠隔制御装置からこの設定点データを受信する赤外線受信モジュールである。変形形態として、これらの設定点データが無線リンク(例えば、ローカル無線通信ネットワーク)を介してパーソナルコンピュータから受信されるようにし得、この場合、ユーザはコンピュータ上で会話型選択により視覚補正系の球面度数S、円柱度数C及び非点収差αの角度の値を選択し得る。
受信モジュール60は、受信された設定点データS、C、αを、計算機66(例えば、以下に述べるように計算機の機能を行うようにコンピュータプログラムを実行するプロセッサからなる)へ、特にこの計算機66により制御される計算モジュール68へ送信する。
計算モジュール68は、入力として受信された設定点値S、C、αを得るために必要な角度α1、α2の値と球面度数SVの値とを上記式を使用して計算する。平坦−円柱レンズ2、4が−C0及びC0の円柱度数をそれぞれ有する場合、例えば下記式が使用される。
計算機66はまた、他のものと無関係にモータ42、44、46のそれぞれを制御して、所望の値が得られるようにする歯22、24、27のそれぞれの位置を得るために、計算モジュール68により計算された角度α1、α2及び球面度数SVの値を入力として受信するとともに、制御信号をモータ42、44、46へ発する制御モジュール70を含む。
− 制御モジュール70は、凸状平坦−円柱レンズ2(第1の歯22により担持される)の光学活性円柱表面の軸Y1が基準方向Y0と角度α1をなす位置まで、第1の歯22を光軸Xを中心として回転させるように第1のモータ42を制御し、
− 制御モジュール70は、凹状平坦−円柱レンズ4(第2の歯24により担持される)の光学活性円柱表面の軸Y2が基準方向Y0と角度α2をなす位置まで、第2の歯24を光軸Xを中心として回転させるように第2のモータ44を制御し、及び
− 制御モジュール70は、可変球面度数の制御リングが球面度数SVを計算モジュール68により計算された度数へ設定する位置まで、第3の歯27を光軸Xを中心として回転させるように第3のモータ46を制御する。
各歯22、24、27の位置は、それぞれが関連付けられた歯上のホイールの外周上の基準点(例えば、歯の無い点)に対して光学セルを通過した歯の数を測定する光学セル52、54、56により、それぞれ各時点で知られる。
本明細書で説明する例では、第1のモータ42/第1のウォームスクリュ32/第1の歯22のアセンブリは、第2のモータ44/第2のウォームスクリュ34/第2の歯24のアセンブリと全く同様に、歯22、24の1つの回転が関連モータ42、44の15040マイクロステップに対応するような歯車比を有する。したがって、分解能(1マイクロステップの歯22、24の回転角)は角度α1、α2に対して0.024°である。
第3のモータ46/第3のウォームスクリュ36/第3の歯46のアセンブリの一部は1回転当たり16640マイクロステップの歯車比を有する。可変球面度数を制御するためのリングは、−25D〜25D(すなわち、50Dの変化のスパン)の球面度数の変化を得るように120°の(したがって、5547マイクロステップに対応する)角度スパンにわたって調整可能である。したがって、分解能(1マイクロステップに対する球面度数SVの変化)は、0.009Dである。
1つの想定可能な実施形態によると、視覚補正装置の度数設定点を任意選択的に補正するために、球状レンズ6の入口面と視覚補正系を通して観測する眼の角膜の頂点との間の距離を制御要素50に考慮させるようにさせ得る。この距離(「レンズ−眼距離」(lens−eye distance)を略したLEDで表される場合もある)は、そのようにするための公知の手段により得ることができる。
等価焦点距離Fの球面度数Sの例を挙げると、位置決め誤差εは、球面度数S’と等価な補正焦点長F’が必要とされるであろうことを意味するであろう。ここで、
であり、これは第一近似では次式となる。
S’=S・(1+ε・S)
したがって、制御要素50は、入力として受信された設定点値S、C、αだけでなく眼−装置(ここでは角膜−レンズ6の入口面)距離にも応じて角度α1、α2の値と球面度数SVの値(及び、上に示すようにモータへそれぞれ印加される制御信号)とを、この実施形態に従って判断する。レンズ−眼距離は、本明細書では、未補正設定点を受信する制御要素50により考慮される(すなわち、レンズ−眼距離が考慮されない)ことに注意されたい。
さらに、初期設定点値α1、α2、SVから新しい設定点値α’1、α’2、S’Vへの移行中、第1、第2及び第3のモータ42、44、46のそれぞれが、設定点変化のうちの1つの設定点変化の振幅(例えば、球面度数の変化(絶対値)|S’V−SV|)に任意選択的に依存し得る所定長の時間T(秒)の間、作動され得るようにすることができる。ここで、|x|はxの絶対値である。
これを行うために、計算機66は、例えば、角度α1から角度α’1への移行を可能にするモータ42のマイクロステップの数p1、角度α2から角度α’2への移行を可能にするモータ44のマイクロステップの数p2、球面度数SVから球面度数S’Vへの移行を可能にするモータ46のマイクロステップの数p3を判断する。次に、計算機66は、モータ42に1秒当たりp1/Tマイクロステップの速度で回転するように、モータ44に1秒当たりp2/Tマイクロステップの速度で回転するように、及びモータ46に1秒当たりp3/Tマイクロステップの速度で回転するように命令する。
制御要素50はまた、測定された周囲温度に関するデータムを提供する温度センサ62と、例えば視覚補正系10の配向(例えば垂直に対する)に関するデータムを提供する加速度計の形式を取る傾斜計64とを含む。
計算機66は、温度センサ62により生成された温度データムと傾斜計64により生成された配向データムとを受信し、これらのデータをモータ42、44、46へ送信すべき命令の判断に関連して使用する。
説明した例では、制御モジュール70は、温度に起因するレンズ6の球面度数の変化(記載の例では約0.06D/℃)を補正するために温度データムを使用し、視覚補正系10の配向の変化に起因する駆動系(モータ、ウォームスクリュ、歯)の潜在的擾乱を補正するために配向データムを使用する。
視覚補正系10は、ジャクソンクロスシリンダ関数、単にフリップクロスシリンダとも呼ばれるジャクソンクロスシリンダを提供するために使用され得る。
第1の例によると、この関数は、必要な円柱補正(cylindrical correction)(「円柱軸」と称する場合もあるパラメータ)の角度α0を検証する(又はさらには発見する)ために使用され得る。ここでは、球面度数補正値S0及び円柱度数補正値C0もまた事前に判断されていると仮定する。
ジャクソンクロスシリンダ関数は、例えば以下の2組の設定点、すなわち、角度α0により定義された軸から45°における円柱度数Cvar(例えば0.5D)の加算に対応する第1の組の設定点、
− 非点収差設定点の角度α1=α0+0.5atan(Cvar/C0)、
− 円柱度数設定点C1=Root(C0 2+Cvar 2)(ここで、Rootは平方根関数である)、及び
− 球面度数設定点S1=S0+C0/2−C1/2、
並びに角度α0により定義された軸から45°における円柱度数−Cvarの加算に対応する第2の組の設定点、
− 非点収差設定点の角度α2=α0−0.5atan(Cvar/C0)、
− 円柱度数設定点C2=Root(C0 2+Cvar 2)、及び
− 球面度数設定点S2=S0+C0/2−C2/2
を交互に高速に適用することにより提供される。
第2の例によると、この関数は必要な円柱度数補正値C0の値を検証する(又はさらに発見する)ために使用され得る。ここでは、球面度数補正値S0及び非点収差値α0の角度もまた事前に判断されていると仮定する。
ジャクソンクロスシリンダ関数は、例えば以下の2組の設定点、すなわち、角度α0により定義された軸上の円柱度数Cvar(例えば0.5D)の加算に対応する第1の組の設定点、
− 非点収差設定点の角度α1=α0、
− 円柱度数設定点C1=C0+Cvar、及び
− 球面度数設定点S1=S0−Cvar/2、
並びに角度α0により定義された軸上の円柱度数−Cvarの加算に対応する第2の組の設定点、
− 非点収差設定点の角度α2=α0、
− 円柱度数設定点C2=C0−Cvar、及び
− 球面度数設定点S2=S0+Cvar/2
を交互に高速に適用することにより提供される。
本開示は以下を含む。
[構成1]
可変度数の光学的補正により観測の光軸(X)に沿った観測を可能にする視覚補正系(10)において、
− 前記光軸(X)を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ前記光軸(X)に沿った第1の円柱度数を有する第1の光学素子(2)と、
− 前記光軸(X)を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ前記光軸(X)に沿った第2の円柱度数を有する第2の光学素子(4)と、
− 軸について前記光軸を有し、且つ可変球面度数のレンズ(6)と
を含むことを特徴とする、視覚補正系(10)。
[構成2]
前記第1の光学素子(2)と前記第2の光学素子(4)とは、少なくとも1つの位置において、前記第1の光学素子(2)と前記第2の光学素子(4)との合成により生成される結果的な円柱度数が0.1ジオプタ未満の値を有するように、互いに独立に回転可能である、構成1に記載の視覚補正系。
[構成3]
前記第1の光学素子(2)と前記第2の光学素子(4)とは、少なくとも1つの位置において、前記第1の光学素子(2)と前記第2の光学素子(4)との前記合成により生成される前記結果的な円柱度数が零の値を有するように、互いに独立に回転可能である、構成1又は2に記載の視覚補正系。
[構成4]
前記第1の光学素子(2)と前記第2の光学素子(4)との前記合成により導出される球面度数は、可変球面度数の前記レンズ(6)により少なくとも部分的に補正される、構成1〜3のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成5]
可変球面度数の前記レンズ(6)は流体と変形可能膜とを含むレンズである、構成1〜4のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成6]
第1のモータ(42)により駆動される第1の機構(32、22)は、前記光軸(X)を中心とする回転運動により前記第1の光学素子(2)を回転するように設計され、第2のモータ(44)により駆動される第2の機構(34、24)は、前記光軸(X)を中心とする回転運動により前記第2の光学素子(4)を回転するように設計される、構成1〜5のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成7]
第3のモータ(46)により駆動される第3の機構(36、27)は、可変球面度数の前記レンズ(6)の前記球面度数を制御するためのリングを駆動して回転させるように設計される、構成1〜6のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成8]
制御要素(50)は、設定点データに応じて前記第1のモータ(42)と前記第2のモータ(44)とをそれぞれ制御するように設計される、構成6又は7に記載の視覚補正系。
[構成9]
前記制御要素(50)は温度センサ(62)を含む、構成8に記載の視覚補正系。
[構成10]
前記制御要素(50)は、配向データムを提供するように設計された配向又は運動のセンサ(64)を含む、構成8又は9に記載の視覚補正系。
[構成11]
前記制御要素(50)は、前記設定点データ及び前記配向データムのうちの少なくとも1つに応じて制御信号を生成し、且つ前記第1のモータ(42)と前記第2のモータ(44)とにそれぞれに宛てられた制御信号を発するように設計された計算機(66)を含む、構成10に記載の視覚補正系。
[構成12]
前記制御要素(50)は、前記設定点データ及び前記系の一部と前記系を通して観測する眼との間の距離のうちの少なくとも1つに応じて制御信号を生成するように設計される、構成8〜11のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成13]
前記第1の機構は、前記第1のモータ(42)の駆動軸へ確実に固着される第1のウォームスクリュ(32)と相互作用する第1の歯(22)を含み、前記第1の光学素子(2)は前記第1の歯(22)に取り付けられ、前記第2の機構は、前記第2のモータ(44)の駆動軸へ確実に固着される第2のウォームスクリュ(34)と相互作用する第2の歯(24)を含み、前記第2の光学素子(4)は前記第2の歯(24)に取り付けられる、構成6〜12のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成14]
前記第3の機構は、前記第3のモータ(46)の駆動軸へ確実に固着される第3のウォームスクリュ(36)と相互作用する第3の歯(27)を含み、前記制御リングは前記第3の歯(27)へ確実に固着される、構成7が構成6に従属する場合の構成7〜13のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成15]
前記第1のモータ(42)、前記第2のモータ(44)及び前記第3のモータ(46)は、前記レンズの有効半径から20mm未満の距離において、前記光軸(X)を中心とする円状幾何学形状を少なくとも120°にわたって確保するように配置される、構成13に従属する場合の構成14に記載の視覚補正系。
[構成16]
前記関連光学素子(2;4;6)の位置を判断するように前記歯(22;24;27)のうちの1つに関連付けられた少なくとも1つの光学セル(52;54;56)を含む、構成13〜15のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成17]
前記第1の光学素子、前記第2の光学素子及び前記レンズは、電力の供給無しにそれらのそれぞれの設定点位置を維持するように取り付けられる、構成1〜16のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成18]
前記第1の光学素子(2)及び前記第2の光学素子(4)は、前記光軸(X)に沿った1mm未満の次元の空間により隔てられる、構成1〜17のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成19]
前記第1の光学素子(2)は第1の平坦−円柱レンズの面上に形成された第1のジオプタであり、前記第2の光学素子(4)は第2の平坦−円柱レンズの面上に形成された第2のジオプタである、構成1〜18のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成20]
前記第1の光学素子(2)は凸状平坦−円柱レンズであり、前記第2の光学素子(4)は凹状平坦−円柱レンズである、構成19に記載の視覚補正系。
[構成21]
前記第1の光学素子(2)、前記第2の光学素子(4)及び前記レンズ(6)は、ジャクソンクロスシリンダ関数を提供するように制御される、構成1〜20のいずれか一項に記載の視覚補正系。
[構成22]
可変度数の光学的補正により観測の光軸(X)に沿った観測を可能にする視覚補正系(10)において、
− 前記光軸(X)を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ前記光軸(X)に沿った第1の円柱度数を有する第1の光学素子(2)と、
− 前記光軸(X)を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ前記光軸(X)に沿った第2の円柱度数を有する第2の光学素子(4)と、
− 軸について前記光軸を有する可変球面度数のレンズであって、前記球面度数を連続的に変化させるように機械的に作動可能なレンズ(6)と
を含むことを特徴とする、視覚補正系(10)。
[構成23]
2つの光学系を含む検眼用双眼鏡装置であって、前記2つの光学系のうちの少なくとも1つは構成1〜22のいずれか一項に記載の視覚補正系である、検眼用双眼鏡装置。

Claims (13)

  1. 可変度数の光学的補正により観測の光軸(X)に沿った観測を可能にする視覚補正系(10)において、
    − 前記光軸(X)を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ前記光軸(X)に沿った第1の円柱度数を有する第1の光学素子(2)と、
    − 前記光軸(X)を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ前記光軸(X)に沿った第2の円柱度数を有する第2の光学素子(4)と、
    − 軸について前記光軸を有し、且つ可変球面度数のレンズ(6)と
    を含み、
    モータ(46)により駆動される機構(36、27)は、可変球面度数の前記レンズ(6)の前記球面度数を制御するためのリングを駆動して回転させるように設けられており、
    可変球面度数の前記レンズ(6)は流体と変形可能膜とを含むレンズであり、
    前記リングはケースに取り付けられ、前記リングの回転は可変球面度数の前記レンズ(6)の一部を平行移動させて前記変形可能膜の変形を引き起こす、ことを特徴とする、視覚補正系(10)。
  2. 前記第1の光学素子(2)と前記第2の光学素子(4)とは、少なくとも1つの位置において、前記第1の光学素子(2)と前記第2の光学素子(4)との合成により生成される結果的な円柱度数が0.1ジオプタ未満の値を有するように、互いに独立に回転可能である、請求項1に記載の視覚補正系。
  3. 第1のモータ(42)により駆動される第1の機構(32、22)は、前記光軸(X)を中心とする回転運動により前記第1の光学素子(2)を回転するように設計され、第2のモータ(44)により駆動される第2の機構(34、24)は、前記光軸(X)を中心とする回転運動により前記第2の光学素子(4)を回転するように設計される、請求項1〜のいずれか一項に記載の視覚補正系。
  4. 制御要素(50)は、設定点データに応じて前記第1のモータ(42)と前記第2のモータ(44)とをそれぞれ制御するように設計される、請求項に記載の視覚補正系。
  5. 前記制御要素(50)は温度センサ(62)を含む、請求項に記載の視覚補正系。
  6. 前記制御要素(50)は、配向データムを提供するように設計された配向又は運動のセンサ(64)を含み、
    前記制御要素(50)は、前記設定点データ及び前記配向データムのうちの少なくとも1つに応じて制御信号を生成し、且つ前記第1のモータ(42)と前記第2のモータ(44)とにそれぞれに宛てられた制御信号を発するように設計された計算機(66)を含む、
    請求項又はに記載の視覚補正系。
  7. 前記制御要素(50)は、前記設定点データ及び前記系の一部と前記系を通して観測する眼との間の距離のうちの少なくとも1つに応じて制御信号を生成するように設計される、請求項のいずれか一項に記載の視覚補正系。
  8. 前記第1の機構は、前記第1のモータ(42)の駆動軸へ確実に固着される第1のウォームスクリュ(32)と相互作用する第1の歯(22)を含み、前記第1の光学素子(2)は前記第1の歯(22)に取り付けられ、前記第2の機構は、前記第2のモータ(44)の駆動軸へ確実に固着される第2のウォームスクリュ(34)と相互作用する第2の歯(24)を含み、前記第2の光学素子(4)は前記第2の歯(24)に取り付けられ、
    前記機構は、前記モータ(46)の駆動軸へ確実に固着される第3のウォームスクリュ(36)と相互作用する第3の歯(27)を含み、前記リングは前記第3の歯(27)へ確実に固着される、
    請求項のいずれか一項に記載の視覚補正系。
  9. 連光学素子(2;4;6)の位置を判断するように前記歯(22;24;27)のうちの1つに関連付けられた少なくとも1つの光学セル(52;54;56)を含む、請求項に記載の視覚補正系。
  10. 前記第1の光学素子、前記第2の光学素子及び前記レンズは、電力の供給無しにそれらのそれぞれの設定点位置を維持するように取り付けられる、請求項1〜のいずれか一項に記載の視覚補正系。
  11. 前記第1の光学素子(2)、前記第2の光学素子(4)及び前記レンズ(6)は、ジャクソンクロスシリンダ関数を提供するように制御される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の視覚補正系。
  12. 可変度数の光学的補正により観測の光軸(X)に沿った観測を可能にする視覚補正系(10)において、
    − 前記光軸(X)を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ前記光軸(X)に沿った第1の円柱度数を有する第1の光学素子(2)と、
    − 前記光軸(X)を中心とする回転運動により回転可能であり、且つ前記光軸(X)に沿った第2の円柱度数を有する第2の光学素子(4)と、
    − 軸について前記光軸を有する可変球面度数のレンズであって、前記球面度数を連続的に変化させるように機械的に作動可能なレンズ(6)と
    を含み、
    モータ(46)により駆動される機構(36、27)は、可変球面度数の前記レンズ(6)の前記球面度数を制御するためのリングを駆動して回転させるように設けられており、
    可変球面度数の前記レンズ(6)は流体と変形可能膜とを含むレンズであり、
    前記リングはケースに取り付けられ、前記リングの回転は可変球面度数の前記レンズ(6)の一部を平行移動させて前記変形可能膜の変形を引き起こす、ことを特徴とする、視覚補正系(10)。
  13. 2つの光学系を含む検眼用双眼鏡装置であって、前記2つの光学系のうちの少なくとも1つは請求項1〜12のいずれか一項に記載の視覚補正系である、検眼用双眼鏡装置。
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