KR101404427B1 - 안과용 렌즈를 위한 큐벳 - Google Patents

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Abstract

변형된 마흐젠더(MZ) 간섭계는 다중 렌즈들을 유지할 수 있는 회전가능한 캐러셀을 구비한 큐벳에 렌즈를 설치함으로써 안과용 렌즈의 투과된 비구형 파면을 분석하기 위하여 사용된다. 신선한 온도 제어된 식염수 용액은 렌즈 주위에서 순환하고, 큐벳은 간섭계 구성의 수직 시험 아암에 위치한다. 역광선 추적(reverse raytracing)은 렌즈 바로 뒤에서 간섭계의 검출기로 결상될 때 파면 안으로 유도되는 수차를 제거하는데 사용될 수 있다.
Figure R1020097012750
간섭계, 캐러셀, 큐벳, 안과용 렌즈, 식염수 용액, 역광선 추적

Description

안과용 렌즈를 위한 큐벳{Cuvette for Ophthalmic Lens}
본원은 참고로 전체적으로 합체된 2006년 12월 21일자 출원된 발명의 명칭이 "렌즈의 간섭법 시험, 시스템 및 그 장치"인 미국 임시 특허 출원 제 60/871,319호의 유익을 청구한다.
본 발명의 기술분야는 일반적으로 광학기구, 특히 광학 렌즈의 시험 시스템 및 시험 방법, 렌즈를 보유하는 용기 및 렌즈의 광학 특성을 분석하기 위한 방법에 관한 것이다.
콘택트 렌즈 산업은 더욱 높은 수준의 시력 교정을 향하여 신속한 진보를 겪었다. 제조업자들은 환자의 굴절 교정 및 피팅(fit)에 부합되도록 설계된 콘택트 렌즈를 제공하는 것을 향하여 전진하고 있다. 표준 구형 렌즈를 지나서 이동함으로써, 제조업자들은 양호한 시각적 예민함 및 전체적인 안락감을 콘택트 렌즈 착용자(contact lens wearer)에게 제공할 수 있다.
그러나, 렌즈를 평가하기 위한 계측(측정) 기술 및 기구는 렌즈 기술에서 신속한 진보를 유지하지 않았다. 초점거리 측정기(focimeter) 및 모아레 편향 간섭법(moire deflectometry)에 기초하는 방법과 같은 현재의 계측 기술은 더욱 진보한 렌즈를 정확하게 측정하는데 바람직한 큰 동적 범위, 높은 민감도 및 공간 해상도의 조합이 부족하다. 현재의 계측 기술은 일반적으로 시준이 검출될 때까지 렌즈를 병진이동시킴으로써 굴절력(power)을 간접 측정하는 것과 렌즈의 유효 굴절력의 안과용 시험에 국한된다.
일 형태에서, 본 발명은 안과용 렌즈의 투과된(transmitted) 비구형 파면을 분석하기 위하여 변형된 마흐-젠더(MZ) 간섭계를 사용하는 것을 포함한다. 간섭계(interferometer)는 예를 들어, 구형, 원형, 이중초점 및 다초점 렌즈와 같은 광범위한 렌즈 유형을 분석할 수 있다. 본 발명의 임의의 실시예에서, 렌즈는 렌즈 주위의 신선한 식염수를 회전시키는 큐벳(cuvette)에 설치되고 간섭계 구성의 수직 시험 아암에 위치한다. 역광선 추적(reverse raytracing)으로 언급되는 기술은 결상될 때 파면 안으로 유도되는 수차를 제거하는데 사용될 수 있다.
하기 상세한 설명 뿐 아니라 상술한 요약은 첨부된 도면과 연계하여 읽을 때 더욱 잘 이해된다. 렌즈의 투과 파면 시험을 위한 간섭계의 사용을 도시할 목적으로, 예시적인 구성을 도시하고 있지만, 렌즈의 투과 파면 시험을 위한 간섭계의 사용은 공개된 특정 방법 및 기구에 국한되지 않는다.
도 1은 렌즈의 파면을 획득하기 위한 예시적인 간섭계 구성을 도시하는 다이애그램.
도 2는 예시적인 기준 파면의 이미지를 도시한 도면.
도 3은 포지티브(positive) 시험 렌즈로부터 제거된 원치않는 픽셀을 갖는 투과된 광학 경로차를 도시한 도면.
도 4는 시험 파면의 예시적인 이미지를 도시한 도면.
도 5는 시험 렌즈를 통하여 투과된 측정 파면의 평가를 도시한 도면.
도 6은 보정 렌즈에 대한 모델형 파면 및 측정 파면을 도시한 도면.
도 7은 측정 파면 및 모델형 파면 사이의 다른 파면 차이를 도시한 도면.
도 8은 제르니케면(Zernike surface) 및 그 이미지를 도시한 도면.
도 9는 시험 렌즈의 국부 결함을 도시한 도면.
도 10은 줄무늬가 약간 평탄화된 영역을 도시한 도면.
도 11은 렌즈 주변부에서 가능한 응력 또는 다른 변형을 표시하는 결함부를 도시한 도면.
도 12는 4개의 다른 렌즈에 대한 구면 수차 대 주파수의 플롯을 도시한 도면.
도 13은 원환체 렌즈의 두께를 도시한 도면.
도 14는 큐벳의 횡단면을 도시한 도면.
도 15는 큐벳의 일부의 팽창 횡단면을 도시한 도면.
도 16은 예시적인 커플링 메카니즘을 도시한 도면.
도 17은 큐벳 위치설정 메카니즘을 도시한 상면도.
도 18은 위치 플래그들 및 위치 센서들을 도시한 도면.
도 19는 동봉 큐벳을 도시한 다이애그램.
도 20은 렌즈의 파면을 획득하기 위한 간섭계 구성의 검출기들을 정렬하기 위한 보기 프로세스의 흐름도.
도 21은 검출기 정렬에 사용되는 보기 타겟을 도시한 도면.
본 발명은 렌즈의 투과 파면을 측정함으로써 안과용 렌즈 유형의 광범위한 범위를 평가하는데 사용된 정보를 획득하는 것과 연관된다. 임의의 실시예에서, 마흐-젠더 간섭계는 신선한 식염수를 순환시키는 워터 셀(water cell) 또는 큐벳에 설치되고 식염수에 잠겨진 렌즈와 함께 사용된다. 식염수의 시험 렌즈는 렌즈의 굴절율을 변화시킬 수 있는 렌즈 탈수를 완화시키는 것으로 사료된다. 유도 수차의 제거는 예를 들어 역광선 추적에 의해서 달성되며, 검출기의 파면은 렌즈 바로 뒤의 위치로 역으로 추적된다. 역광선 추적은 투과된 파면 수준에서 성능을 평가하는데 사용될 수 있는 이론적 파면의 발생을 용이하게 한다.
평가될 수 있는 렌즈 유형의 보기는 하드 콘택트 렌즈, 하드 굴절성 콘택트 렌즈, 하드 회절성 콘택트 렌즈, 하드 혼성 굴절성/회절성 콘택트 렌즈, 소프트 콘택트 렌즈, 소프트 굴절성 콘택트 렌즈, 소프트 회절성 콘택트 렌즈, 소프트 혼성 굴절성/회절성 콘택트 렌즈, 활성 약품을 포함하는 하드 콘택트 렌즈, 활성 약품을 포함하는 소프트 콘택트 렌즈, 단초점 렌즈(Single Vision Lens), 원환체 렌즈, 이중초점 콘택트 렌즈, 다초점 렌즈, 미용 칼라 렌즈, 자유형태(freeform) 렌즈, 안과 렌즈, 안과 굴절 렌즈, 안과 회절성 렌즈, 안과 혼성 굴절성/회절성 렌즈, 수용 렌즈, 안경 렌즈, 굴절성 안경 렌즈, 회절성 안경 렌즈 및 혼성 굴절성/회절성 안경 렌즈, 복수의 끼움 재료를 포함하는 복합 렌즈, 광색성 렌즈 및 렌즈 제조용 몰드를 포함한다. 보기 렌즈들은 선행 목록의 보기 렌즈들에 국한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 당기술에 숙련된 기술자들은 다른 유형의 렌즈들이 투과된 파면 분석을 통해서 평가에 적용가능하고 적당하다는 것을 용이하게 인식할 것이다.
도 1은 렌즈의 파면을 획득하기 위한 예시적인 간섭계 구성(12)을 도시하는 다이애그램이다. 간섭계 구성(12)은 2개의 빔 스플리터(beam splitter;18,24) 및 수직 시험 아암(30) 및 기준 아암(36)을 통해서 빛의 빔을 조정하기 위한 4개의 미러(20,22,26,40)를 포함한다. 큐벳(28)은 수직 시험 아암(30)에 위치하고, 시험될 렌즈 또는 렌즈들은 큐벳(28)에 배치된다(도 1에 도시되지 않은 렌즈들). 예를 들어, 레이저와 같은 광원(14)은 간섭광빔을 생산한다. 간섭성은 길이 단위로 측정되고, 예시적인 실시예에서, 광원(14)의 간섭성은 기준 아암(36) 경로 및 수직 시험 아암(30) 경로의 광학 경로 거리의 예상 차이보다 크다. 광원(14)을 떠나는 빛은 시준 렌즈(16)를 사용하여 여과되며 형성된다. 시준 렌즈(16)로부터 방사되는 시준된 광빔은 45도에서 빔 스플리터(18)를 사용하여 두개의 빔으로 분할된다. 본질적으로, 빔 스플리터는 특수한 유형의 미러이고, 빛의 50%는 반사되고, 다른 50%는 투과된다. 따라서, 시준 렌즈(16)로부터 방사되는 시준된 광빔의 50%는 빔 스플리터(18)를 통해서 미러(40)를 향하여 지향되고 시준된 광빔의 다른 50%는 미러(20)를 향하여 지향된다.
미러(20)를 향하여 지향된 빔은 기준 아암(36)을 통해서 미러에 의해서 반사된다. 이 빔은 기준 빔으로서 기술된다. 미러(40)를 향하여 지향된 빔은 수직 시험 아암(30)을 통해서 미러(20)에 의해서 반사된다. 상기 빔은 시험 빔으로 기술된다. 시험 빔은 큐벳(28)과 그 내부에 수용된 시험 렌즈를 통과한다. 동시에, 기준 빔은 공기 또는 기준 아암(36)의 임의의 적당한 가스를 통과한다. 또다른 빔 스플리터(24)를 사용함으로써, 기준 빔 및 시험 빔은 재조합되어서 두 빔 사이에서 간섭이 발생한다. 두개의 빔은 빔 스플리터(24)로부터 방사된다. 결상 렌즈(42)를 향하여 지향된 하나의 빔은 빔 스플리터(24)로부터 반사된 기준 빔의 일부와 조합된 빔 스플리터(24)를 통해서 투과된 시험 빔의 일부를 표시한다. 결상 렌즈(32)를 향하여 지향된 다른 빔은 빔 스플리터(24)를 통해서 투과된 기준 빔의 일부와 조합된 빔 스플리터(24)로부터 반사된 시험 빔의 일부를 표시한다.
결상 렌즈(32)를 향하여 지향된 빔의 간섭은 카메라(34)를 사용하여 기록된다. 카메라(34)는 예를 들어, 전하결합소자(charge coupled device;CCD) 카메라, 상보성 금속 산화 막 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor;CMOS) 카메라, 전하주입소자(charge injection device;CID) 등과 같은 임의의 적당한 유형의 카메라를 포함할 수 있다. 카메라(34)는 사이언스 카메라(science camera)로 기술된다. 결상 렌즈(32)는 시험 렌즈를 카메라 상으로 결상하기 위하여 사이언스 카메라(34) 및 빔 스플리터(24) 사이에 배치된다. 그러므로, 사이언스 카메라(34)에 의해서 기록된 간섭은 시험 대상 렌즈에서 간섭 패턴의 이미지를 포함한다.
결상 렌즈(42)를 향하여 지향된 빔은 결상 카메라로 기술된 카메라(38)에 의해서 집광된다. 카메라(38)는 예를 들어, 전하결합소자(CCD) 카메라, 상보성 금속 산화 막 반도체(CMOS) 카메라, 전하주입소자(CID) 등과 같은 임의의 적당한 유형의 카메라를 포함할 수 있다. 결상 카메라(38)에 의해서 집광된 빛은 기준 아암(22)으로부터 빔 스플리터(24)에 의해서 반사된 빛과 시험 아암(30)으로부터 빔 스플리터(24)를 통해서 투과된 빛을 표시한다. 두개의 카메라(34,38)를 사용하면, 시험 대상 렌즈의 두 관측(view)을 제공한다. 예시적인 실시예에서, 결상 카메라(38)는 상기 결상 카메라(38)가 시험 대상 렌즈 전체를 보고 기록할 수 있도록 허용하는 고정 배율 수준으로 세팅된다. 결상 카메라(38)로부터의 이미지는 시험 렌즈의 광학 영역 내의 분석 구멍의 배치를 세팅할 뿐아니라 직경 호두법(diameter and circularity measurement)에 사용된다. 사이언스 카메라(34)는 시험 렌즈의 광학 영역의 중심부를 본다. 이것은 시험 렌즈의 투과된 파면을 측정할 때 최대 공간 해상도를 제공한다.
간섭계 구성(12)은 보상 광학계(null optics)를 사용하지 않는다. 즉, 간섭계 구성(12)으로 제공될 수 있는 신호를 제거하기 위하여 간섭계 구성(12)으로부터 디바이스를 부가하거나 또는 제거하지 않는다. 보상 광학계를 사용하는 것은 각 렌즈 유형에 대한 보상 광학계의 설계를 필요로 하고, 렌즈 유형의 넓은 범위는 이것을 비실용적으로 만든다. 비보상(non-null) 구성에서 시험하는 것은 간섭계 구성(12)의 적어도 3개의 설계 요소들을 활용하게 한다. 먼저, 파면이 결상 광학계[즉, 사이언스 카메라(34) 및 결상 카메라(38)]에 의해서 모여서 포착되기 때문에, 시험 파면, 결상 렌즈 및 검출기의 변수들은 정합된다. 둘째, 검출기에 입사되는 간섭은 분해된다. 예시적인 실시예에서, 간섭 줄무늬(interference fringe)는 픽셀에 대해서 π이상만큼 위상 변화가 금지되며, 그에 의해서 줄무늬 주파수(fringe frequency)는 검출기에 대한 니퀴스트 주파수(Nyquist frequency)보다 작다. 다른 실시예에서, 그러나, 서브-니퀴스트 간섭법은 산재한 배열의 카메라로써, 비보상 구성의 비구면에 의해서 발생된 고주파수 간섭을 분해하는데 사용된다. 셋째, 검출기에 재구성된 파면은 간섭계(12)의 결상 광학계에 의해서 유도 수차를 보상하도록 보정된다. 기준 아암(36) 및 시험 아암(30) 사이의 공통 경로의 부족으로 인하여, 결과적으로 각 파면에서 다른 수차가 발생한다. 유도 수차를 제거하기 위한 예시적인 보상 공정은 하기에 기술된다.
예시적인 실시예에서, 간섭 패턴은 디지털화되어서 시험된 광학계[시험 렌즈]에 대한 투과 파면을 발생시키도록 처리된 디지털 데이터로 기록된다. 측정된 투과 파면은 직경, 원형, 상대 두께, 결함 및 안경 처방과 같은 시험 광학계의 특성을 결정하기 위하여 분석된다.
예시적인 실시예에서, 기준 아암(36)의 상단에 위치한 미러(38)는 위상 변이 성능을 포함한다. 위상 변이 성능은 예를 들어, 납 지르콘산염 티탄산염(Pb[ZrxTi1-x]O3),PZT)와 같은 임의의 적당한 재료를 사용함으로써 실행될 수 있다. 납 지르콘산염 티탄산염(PZT)은 강유전성 및 압전 특성을 갖는 세라믹 재료이다. 본 실시예에서, 미러(38)는 상단 기준 아암 미러에 부착된 동적 요소이다. 납 지르콘산염 티탄산염(PZT) 재료는 상단 미러(38)에 작은[파장 길이의 일부] 병진운동을 제공한다. 이것은 기록된 간섭 패턴에서 위상 변이를 생성한다. 일련의 패턴이 기록된다. 위상 변이 방향을 결정하면, 시험 광학계의 굴절력의 사인의 모호성을 제거한다. 예를 들어, 정적 간섭계에서, +1D 및 -1D 렌즈는 구별할 수 없다. 그러나, 위상 변이 성능을 갖는 미러(38)를 사용하면 상기 모호성이 제거된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 시험 아암(30)은 수직으로 방위설정된다. 콘택트 렌즈의 자체 중량 상태의 결함을 방지하기 위하여, 렌즈들이 수직 시험 아암(30)에 위치한 큐벳(28) 내에서 수평 방위로 설치된다. 큐벳(28)의 수평 위치설정을 용이하게 하기 위하여, 두개의 빔 스플리터(26,40)는 도 1에 도시된 바와 같이 수직으로 배열된다. 간섭계 구성(12)은 잠망경 미러들(26,40) 사이에 위치한 시험 렌즈용 수직 빔 경로를 제공한다. 간섭계 구성(12)은 시험 대상 렌즈를 둘러싸는 큐벳(28)을 허용하면서, 기준 아암(36) 및 시험 아암(30)에 대한 동일한 시험 경로 길이를 유지한다. 하기에 더욱 상세하게 기술된 바와 같이, 큐벳(28)은 거의 빛이 통하지 않는(light-tight) 환경을 제공하여서, 광학계를 렌즈에 사용된 식염수로부터 보호하고 시스템에서 외부 공기 난류를 차단한다.
결상 렌즈들(32,42)의 직경은 모든 또는 실질적으로 모든 예상 파면을 포착할 수 있다. 간섭계 구성(12)은 볼록 렌즈 및 오목(negative) 렌즈 모두를 시험할 수 있다. 오목 렌즈에서, 시험 대상 렌즈가 발산된 후의 파면, 및 그에 따른 시험 대상 렌즈에서 결상 렌즈까지의 거리가 고려된다. 결상 렌즈의 굴절력은 파면이 결상되는 배율을 결정한다. 따라서, 결상 렌즈들(32,42)의 굴절력은 각 파면이 사이언스 카메라(34) 및 결상 카메라(38)에 의해서 적당하게 결상되는 것을 보장하기 위하여 고려된다.
결상되는 픽셀들의 피치 또는 간격은 통상적으로 검출기의 니퀴스트 주파수를 지시한다. 따라서, 결상되는 픽셀들의 크기 및 피치는 간섭계 구성(12)이 간섭을 적절하게 분해하는 것을 보장하기 위하여 고려된다. 사이언스 카메라(34) 및 결상 카메라(38) 상에 결상되는 픽셀들의 크기는 결상 렌즈(32) 및 결상 렌즈(42)의 작용 f-수(working f-number)[초점 비율, f-비율 및 상대 개구로서 당기술에 공지됨]로 각각 조정된다. 파장에 따른 작용 f-수는 시험 대상 렌즈에 의해서 생성될 수 있는 최소 형태 크기를 제공한다. 이것은 어떤 시스템도 다른 것의 해상도를 제한하지 않도록 픽셀 크기와 정합된다. 용어 "작용 f-수"는 작용 f-수가 결상 시스템의 배율을 고려한다는 점에서 더욱 일반적인 용어인 "f-수"와 상이하다.
상술한 바와 같이, 시험 렌즈 또는 광학계로 언급되는 시험 대상 렌즈는 큐벳(28) 내에서 식염수와 같은 용액에 잠겨진다. 시험 렌즈를 용액에 잠겨짐으로써, 간섭계(12)의 동적 범위는 증가한다. 이것은 시험 광학계 및 주위 매체 사이의 굴절율 차이의 감소에 기인한다. 굴절력의 관점에서, 임의의 특수 간섭계에 대해서 정확하게 시험될 수 있는 굴절력의 양의 상한값이 존재한다. 이 상한값은 픽셀 크기, 픽셀 간격 및 결상 렌즈 직경으로서 상기 변수와 상관된다. 시험 광학계가 잠겨질 때, 투과 파면의 굴절력이 감소함으로써, 간섭계(12)의 동적 범위를 증가시킨다. 예시적인 실시예에서, 큰 픽셀 밀도 및 큰 그레이스케일 해상도를 갖는 고감도 카메라가 잠겨짐과 연계하여 사용되어서 감도 및 동적 범위 모두의 수용가능한 수준을 갖는 시험 베드를 제공한다. 간섭계의 감도를 증가한 동적 침지 범위(dynamic range of immersion)와 조합하면, 광범위한 굴절력, 설계 및 재료에 대해서 시험을 위한 실용적인 기술을 제공할 수 있다.
비록, 용액에 잠겨질 때에도, 그러나, 간섭 파면이 평면이기 때문에, 시험 렌즈의 기본 굴절력은 통상적으로 다수의 줄무늬를 갖는 간섭 패턴을 생성한다. 고주파수 줄무늬를 기록하기 위하여, 예시적인 실시예에서, 사이언스 카메라(34)는 28 mm2에 대해서 4개의 메가 픽셀 CCD 검출기를 포함한다. 그러나, 4개의 메가 픽셀 CCD 카메라의 실행은 예시적이고, 임의의 적당한 검출기가 사용될 수 있다는 것이 강조되어야 한다. 고주파수 줄무늬를 분해하기에 충분한 해상도를 가짐으로써, 사이언스 카메라(34)는 측정 시에 높은 공간 해상도를 제공한다. 이러한 큰 어레이를 용이하게 하기 위하여, 사이언스 카메라(34)의 센서는 충분한 프레임 구조(full frame architecture)를 사용한다. 충분한 프레임 구조는 전하를 적절하게 표시하기 위하여 외부 셔터를 통합한다. 예시적인 실시예에서, 셔터 동작을 제공하기 위하여, 음향 광학계(AO) 조절기는 빔 클리닝을 위하여 사용된 공간 필터와 연계하여 사용된다. 켜져서 정렬될 때, 조절기는 주요 입사된 레이저 광을 수용하는 제 1 순차 빔(order beam)을 생성한다. 제 1 순차 빔은 공간 필터에 정렬된다. 조절기가 꺼질 때, 단지 제로 순차(zero-order) 빔[공간 필터에 의해서 차단됨]이 제공된다. 따라서, 조절기 및 공간 필터는 간섭계 안으로 들어가는 빛에 대한 온/오프 스위치를 생성한다. 음향 광학계(AO) 조절기는 사이언스 카메라(34)에 의해서 구동되고; 그에 따라서 셔터링 및 표시가 동시에 진행된다.
상술한 바와 같이, 역광선 추적은 투과 파면에서 성능을 평가하는데 사용되는 이론적 파면의 발생을 용이하게 한다. 이론적 파면이 어떻게 발생되는지를 이해하는 하나의 방법은 검출되는 것을 고려하는 것이다: 검출기[즉, 사이언스 카메라(34)] 평면에 있는 두개의 파면에 의해서 발생된 간섭. 위상 변이 간섭계(PSI)에 따라서, 간섭은 두 파면들 사이에서 상대 광학 경로의 차이(OPD)를 드러낸다. 바람직한 파면은 그러나 시험 부분[시험 대상 렌즈]의 시험 파면이고 사이언스 카메라(34)가 아니다. 원하는 파면을 얻기 위하여, 공지된 기준 파면은 사이언스 카메라(34)에서 미공지 시험 파면을 추측하기 위하여 OPD와 연계하여 사용된다. 시험 파면이 간섭계(12)의 광학계를 통해서 전파될 때, 수차가 유도된다. 보정 공정은 사이언스 카메라(34)에서 상기 추측된 시험 파면을 콘택트 렌즈의 시험 파면의 최상 평가로 변환하는데 사용된다.
유도된 수차의 일부는 입사 파면에 따라 좌우된다. 그러나, 부가된 수차의 크기(magnitude)는 통상적으로 파면의 크기의 작은 부분이다. 이것은 수차들이 파면에 대한 섭동(perturbation)으로 처리될 수 있게 한다. 수학적으로, 파면을 결상하는 동작은 하기 수학식 1로서 규정된다:
Img{W} = W + A{W}
여기서, W는 최초 파면을 나타내고, A{W}는 유도 수차를 나타낸다. 표시법 A{W}은 유도 수차가 의존성 파면이라는 것을 표시하는데 사용된다. 결상 렌즈(32)는 유도 수차의 소스이다. 다른 파면들이 다른 수차들을 수용하는 이유를 알기 위한 하나의 방법은 다른 파면들을 공액(conjugate)들의 변이들로서 관측하는 것이다. 간섭계의 결상 렌즈(32)에 대한 공액들은 큐벳(28)에 위치한 시험 렌즈를 즉시 추종하는 평면인 시험 평면과, 사이언스 카메라 검출기(34)이다. 상기 공액들은 변화되지 않지만, 시험 렌즈에 대한 임의의 변화는 시험 평면에 제공되는 다른 파면을 도출하고, 그에 따라서 다른 파면은 결상 렌즈(32) 및 사이언스 카메라 검출기(34)에 의해서 완료된 결상 시스템을 통해서 이동한다.
검출된 간섭 패턴들은 두 파면들의 이미지들 사이의 차이를 나타내고, 파면들 자체를 나타내지 않는다. 시험 파면(WT)의 이미지 및 검출기 평면의 기준 파면(WR)의 이미지 사이의 OPDT[시험 빔의 OPD]은 그에 따라서 하기 수학식 2와 같이 수학적으로 표현된다:
OPDT = Img{WT} - Img{WR} = (WT + A{WT}) - (WR + A{WR})
결상 공정에 대한 역동작, 즉 역광선 추적은 렌즈의 파면을 결정하는데 사용될 수 있다. 간섭계의 처방이 알려질 때, 수차를 발생시킨 시스템은 블랙 박스가 아니라, 모델화될 수 있는 광학계의 집합체이다. 모델은 역동작이 결상, 즉 역광선 추적할 수 있게 하는 공구이다. 역광선 추적에 의해서, 시험 평면의 파면, 통상적으로 시험 광학계를 바로 추종하는 평면은 시스템을 뒤로 통과하는 광선을 추적함으로써 검출기의 기준 파면 및 OPD로부터 생산된다. 간섭계의 광이 시험 평면에서 검출기[사이언스 카메라(34)]로 이동하지만, 광선들은 검출기[사이언스 카메라(34)]에서 시험 평면으로 추적되기 때문에, 상기 광선들은 후방으로 추적되는 것으로 언급된다. 수학식 1 및 수학식 2를 사용함으로써, 상기 역동작은 수학적으로 다음과 같이 규정된다:
WT = Img-1{WT + A{WT}) = Img-1{OPDT + Img{WR})
수학식 3은 역광선 추적의 공정을 실행하기 위한 하나의 수단을 도시한다. 간섭계(12)에 있어서, 광선들은 기준 아암(36)을 따라서, 결상 광학계(32)를 통해서 그리고 검출기, 사이언스 카메라(34) 상으로 추적된다. 이것은 WR(Img{WR})의 이미지이다. OPDT는 그때 광선들에 부가되고, 그 위치 및 각도를 모두 변화시킨다. 여기서, WT의 이미지가 얻어질 수 있다. 광선들은 시험 평면으로 뒤로 추적된다. 시험 평면에서, 광선들은 최초 시험 파면 WT의 평가치
Figure 112012038084572-pct00001
인 파면으로 변환된다. 역동작의 결과에 평가치가 표기된 이유는 평가치가 간섭계의 모델이 교정을 제공하는데 사용되는 것이기 때문이다. 모델과 실제 간섭계는 다를 수 있다. 실제 간섭계와 더욱 잘 부합하도록 모델을 교정 또는 보강하는 것은 역최적화(reverse optimization)로 공지된 공정을 통해서 이루어질 수 있다. 모델은 결상 렌즈의 공액들의 배율을 통해서 입증된다. 단지 두 거리들 즉, 큐벳(28)의 상단에서 결상 렌즈(32)까지의 거리 및 결상 렌즈(32)에서 검출기, 즉 사이언스 카메라(34)까지의 거리는 처방으로부터 알려지지 않는다. 사실상, 상기 두 거리는 결상 렌즈(32)에 대한 대상물과 이미지 거리들이다. 결상 렌즈는 알려져 있기 때문에, 공액 평면들 사이의 배율에 대한 지식은 두 거리를 유일하게 결정하는데 충분한 정보를 제공한다. 근축광선추적은 주어진 모델을 가장 최근 배율 측정값으로 갱신하는데 사용된다.
도 2, 도 3, 도 4 및 도 5는 여러 파면들을 도시한다. 도 2는 예시적인 기준 파면, WR, 44의 이미지를 도시한다. 시험 광학계(46)는 평면 볼록렌즈이고, 높이 단위는 파(wave)(543.5nm)이다. 기준 파면 WR (44)은 평탄한 것과 반대로 상당한 양의 굴절력을 갖는 것으로 나타난다. 이것은 검출기, 사이언스 카메라(34)의 기준 파면 WR(44)이 상당한 양의 굴절력을 갖기 때문이다. 도 1의 간섭계(12)에서 도시된 바와 같이, 기준 아암(36)의 시준 광은 사이언스 카메라(34)에서 발산 파면을 생성한다. 이것은 결상 렌즈가 시험 평면 및 검출기를 공액들로서 가지기 때문에, 기준 파면 WR (44)의 이미지이다. 도 3은 볼록 시험 렌즈(50)로부터 제거된 왜곡부를 나타내는 원하지 않는 픽셀들을 갖는 OPDT48을 도시한다. 도 4는 시험 파면 WT (52)의 예시적인 이미지를 도시한다. 측정된 OPDT48은 WT(52)의 이미지를 생성하기 위하여 WR(44)의 이미지에 부가된다. WT(48)의 이미지와 WR(44)의 이미지들은 OPDT 만큼 상이하고, OPDT의 크기는 양 파면보다 상당히 작다. 상기 보기에 대해서 볼록 시험 렌즈가 사용되므로, 시험 파면의 이미지는 기준 파면의 이미지보다[개구에 대해서 작은 처짐(sag)] 긴 곡률 반경을 가진다. 역광선 추적은 시험 파면 WT(52)의 이미지에 적용되어서, 도 5에 도시된 바와 같이 시험 렌즈
Figure 112012038084572-pct00002
(54)를 통과하여 투과된 측정 파면의 평가치로 도출된다.
간섭계(12) 및 역광선 추적에 의한 파면 결정을 이용하여 시험 렌즈 및 모델 렌즈 사이에서 비교가 이루어질 수 있다. 도 6은 보정 렌즈에 대한 모델형 파면(58) 및 측정 파면(56)을 도시한다. 측정 파면 및 모델형 파면 사이를 비교하여서, 예를 들어, 부분 입증에 대한 수단을 제공한다. 측정 데이터 및 모델형 데이터를 비교하기 위하여, 보정 부분이 사용된다. 예시적인 실시예에서, 평면 볼록 유리 렌즈는 보정 부분으로서 사용된다. 인덱스, 중심 두께 및 곡률 반경과 같은 변수들은 독립적으로 측정되어서, 렌즈에 대한 완전한 처방을 제공한다. 시험 부분의 처방과 함께, 간섭계의 처방은 측정 파면과 동일 위치에서 모델형 파면의 발생을 가능하게 한다. 두 파면들로써, 동일 위치, 및 그에 따른 동일 크기, 다른 파면이 모델형 파면에서 측정 파면을 단순히 차감함으로써 계산될 수 있다.
도 7은 측정 파면(56) 및 모델형 파면(58) 사이의 차이의 다른 파면(60)을 도시한다. 이 차이는 에지 영향을 피하기 위하여 두 파면들의 직경의 99%에서 계산된다. 요소들의 조합으로 인하여, 다른 파면(60)의 노이즈는 다른 파면(60)의 일반적인 형상을 불명료하게 한다. 다른 파면(60)의 노이즈는 임의의 적당한 방식 으로 소거될 수 있다. 예를 들어, 제르니케 다항식(zernike polynomial)은 당기술에 공지되어 있다. 제르니케 다항식은 왜곡을 취하하는 것으로 공지되어 있다. 예시적인 실시예에서, 제르니케 핏팅(zernike fitting)은 큰 공간 주파수 노이즈를 제거하는데 사용되고, 제르니케 계수들은 파면에 관한 수차 정보를 계산하는데 사용된다.
도 8은 36항의 제르니케 다항식 피트를 다른 파면(60)에 적용한 후의 제르니케 표면(62) 및 이미지(64)를 도시한다. 제르니케 표면(62)은 초점흐림 영상이 측정 파면 및 모델형 파면 사이를 비교하는데 있어서 주도적인 에러라는 것을 나타낸다. 특별한 이론에 묶이지 않는다면, 이러한 굴절력 차이는 대부분이 간섭계의 주위 식염수 대 모델에 사용된 값과 시험 렌즈에 대한 굴절율의 불일치에 기인한다. 이 차이에 대한 제르니케 계수를 사용함으로써, 굴절력은 -0.019 디옵터에서 측정된다. 공기에서, 이 차이는 -0.054 디옵터가 된다. 얇은 렌즈 모델을 사용함으로써, 굴절력의 차이는 인덱스의 불확실성으로 변환될 수 있다. 렌즈의 처방에 따른 -0.054 디옵터의 차이는 0.0015의 인덱스 차이에 대한 불확실성을 제공한다. 양쪽 인덱스 값들은 현재 약 0.001의 불확실성으로 알려져 있고, 굴절력 에러가 인덱스의 불일치에 원인이 될 수 있다는 판단은 타당성이 있다.
렌즈의 안과 처방을 시험하는 것 이외에, 렌즈의 형태 및 여러 다른 특성들도 검출가능하다. 예를 들어, 도 9의 간섭무늬(interferogram)는 시험 대상 렌즈의 국부 결함(84)을 도시한다. 따라서, 간섭계(12)를 사용하는 투과된 파면 결정(wavefront determination)은 사용된 광의 파장 상태에서 광경로의 편차를 유발하는 광학 성능에서의 결함을 검출하는 능력을 제공한다. 또한, 간섭계(12)를 사용하는 투과된 파면 결정은 임의의 구형 콘택트 렌즈의 구형 굴절력을 생성할 수 있다. 원환체 렌즈에 대해서, 난시 도수 및 난시 축이 얻어질 수 있다. 그러나, 또한, 렌즈의 다른 부분들로부터 편차나는 영역들은 도 10에 도시된 바와 같이, 검출가능하다. 도 10은 줄무늬들이 약간 평탄해지는 영역(86)을 도시한다. 영역(68)은 결함[즉, 도 9의 결함(84)]으로서 특징되지 않지만, 굴절력 변화, 구면 수차 등과 같은 다른 광학 효과를 생성한다. 간섭계(12)를 사용하는 투과된 파면 결정도 역시 도 11의 영역(88)에 도시된 바와 같이, 렌즈 주변부의 다른 변화 또는 가능한 응력의 정보를 검출할 수 있다. 이상적으로, 광학 영역 외측에는, 기준 마크(90)들을 지나는 라인에 대해 줄무늬 패턴이 대칭되어야 한다. 두개의 기준 마크(90) 부근의 줄무늬(88)의 오정렬 또는 소용돌이는 가능한 응력 및/또는 오정렬의 영역을 표시한다.
다량의 정보는 간섭계(12)를 통해서 수집된 투과 파면들을 분석함으로써 얻어질 수 있다. 이 정보는 다른 수준의 첨가물을 갖는 재료들, 다른 양의 수차들을 갖는 디자인들 및 동일한 디자인이지만 다른 재료로 제조된 렌즈들 사이를 구별하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 12는 4개의 다른 렌즈에 대한 평방 밀리미터당 디옵터(D/mm2) 대 주파수에서의 구면 수차(SPHA)의 플롯들(90,92,94,96)을 도시한다. 시험된 각 렌즈들은 1.00 디옵터들(D)의 굴절력을 가졌다. 또한, 파면 분석을 통해서 얻어진 정보의 통계적인 분석은 통계적 블록(82)에 의해서 나타난 바와 같이 실행될 수 있고, 여기서 각 렌즈(90,92,94,96)에 대한 구면 수차의 평균 및 표준 편차가 도시된다.
여러 다른 렌즈 특성들 및 변수들은 파면 분석을 통해서 얻어질 수 있다. 예를 들어, 원환체 렌즈의 두께는 도 13에 도시된 바와 같이 결정될 수 있다. 원환체 콘택트 렌즈들은 눈의 난시를 교정하도록 설계된 구면실린더 렌즈(spherocylinder lenses)이다. 도 13에는, 3개의 렌즈(100,102,104)의 두께가 도시된다. 어두운 영역은 각 렌즈에 대한 밝은 영역과 비교할 때 증가한 두께를 표시하고, 0.0mm 내지 0.500mm 범위를 갖는다.
상술한 바와 같이, 시험 대상 렌즈들은 용액[즉, 식염수]에 잠겨지는 큐벳에 배치될 수 있다. 도 14는 도 1에 도시된 간섭계(12)에 나타난 큐벳(28)의 횡단면도이다. 큐벳(28)을 사용함으로써, 렌즈들은 시험하는 동안 용액에 남아있다. 콘택트 렌즈 제조시에 사용된 재료들은 흡습성인 히드로겔을 포함한다. 렌즈들은 굴절율의 관점에서 수화 상태 및 안정한 상태를 유지하기 위하여 큐벳(28) 또는 워터 셀에 배치된다. 큐벳(28)은 항굽힘성(AR) 코팅된 두 개의 윈도우를 갖는 격실을 포함한다. 시험 대상 렌즈들은 두 윈도우들 사이에 배치된다. 윈도우들은 그 외면에 AR 코팅된다. 윈도우 유리 및 용액 사이의 인덱스 매칭은 내면 상의 AR 코팅에 대한 필요성을 제거한다.
일반적으로, 하기에 더욱 상세하게 기술하는 바와 같이, 전체 큐벳은 예를 들어, 간섭계 구동 시스템과, 전기 제어 및 기구 회로들에 대한 기계식 연결부를 포함하는 자동 연결 시스템에 의해서 그리고 동적 설치를 통해서, 간섭계(12)와 같은 시험 구성과 결부된다. 외벽은 큐벳의 모든 구성요소를 수용한다. 외벽은 시험 용액의 누설을 방지하고 시험 용액의 온도를 모니터하기 위하여 시험 용액을 균일하게 순환시키도록 구성된다. 렌즈 홀더는 용액에 잠겨진 렌즈를 유지하도록 구성된 하나 또는 다중, 시험 셀들을 수용하고, 시험 렌즈들의 배치 및 배향을 유지하면서 큐벳의 외벽 내에서 이동할 수 있다. 제 1 윈도우는 간섭계 시험 아암 빔이 간섭 길이 또는 시준에서의 변화없이 셀 안으로 들어갈 수 있게 구성된다. 제 2 윈도우는 시험 아암 빔이 추가 변화 없이 렌즈를 통과하여 방출 시험 아암 빔으로 간 후에 큐벳을 빠져나갈 수 있게 구성된다. 두 개의 광학 윈도우의 중심들은 서로 정렬되고, 이동가능한 렌즈 홀더가 그 사이에 설치된다. 홀더는 제 1 윈도우와 제 2 윈도우 사이에서 한 번에 하나씩 각 셀을 배치하도록 이동한다.
큐벳 동적 설치는 더브테일 슬라이드를 사용하여 달성되고, 상기 더브테일 슬라이드는 기계식 커넥터, 전기 커넥터 및 센서들에 대한 큐벳의 주요 정렬을 제공하고, 더브테일 슬라이드와 평행한 평면에 큐벳을 정확하고 일치되게 위치시키기 위하여 XY 로케이터와 반경방향 로케이터가 제공되고, 한 쌍으로서 작용하는 액추에이터 아암 및 크라우더(crowder) 아암이 XY 로케이터 및 반경방향 로케이터에서 압축된 큐벳을 유지하는 반경방향의 힘을 제공한다. 기계식 연결부는 큐벳 연결부의 임의의 예비조절없이, 큐벳과 간섭계 사이의 진동 차단(vibration isolation) 및 반복가능한 포지티브 결합을 제공하도록 설계된다.
렌즈 홀더의 각 셀은 입사 시준 빔의 간섭 길이 또는 시준을 변화시키지 않고, 간섭계의 간섭 광원의 파장 또는 파장들이 투과하는 윈도우를 가진다. 상기 윈도우는 시험 렌즈들이 설치되는 표면을 형성한다. 렌즈 홀더의 각 셀의 윈도우는 셀의 시험 렌즈의 정확하고 왜곡없는 설치를 허용하도록 설계된 테이퍼형 벽을 가진다. 각 셀은 간섭계의 이미지형 카메라가 전체 렌즈들을 결상하도록 설계된다. 렌즈 홀더의 각 셀은 용액이 유동할 수 있게 하는 적어도 하나의 채널을 가진다. 큐벳의 양 광학 윈도우는 간섭계의 간섭 광원의 파장 또는 파장들이 투과할 수 있다. 큐벳을 통해서 순환하는 시험 용액은 간섭계의 간섭 광원의 파장 또는 파장들이 광학적으로 투과할 수 있다. 시험 용액의 예를 들면 식염수 용액, 완충 식염수 용액, 탈이온수 및 활성 약품을 함유하는 용액, 그 조합 용액을 포함한다.
큐벳의 외벽은 온도 제어된 시험 용액의 소스에 대한 입구 연결부 및 출구 연결부를 포함한다. 외벽은 온도 프로브를 사용하여 시험 용액의 온도를 모니터하도록 구성된다. 예를 든 구성에서, 온도 프로브는 큐벳의 용액 온도를 안정시키기 위하여 외부 온도 제어기에 정보를 제공하는 저항성 온도 검출기(RTD)를 포함한다. 예를 든 구성에서, 큐벳의 외벽은 시험 용액을 제공할 때 기계적으로 안정된 불투명한 폴리카보네이트 재료로 구성된다.
큐벳은 예를 들어, 하드 콘택트 렌즈, 하드 굴절성 콘택트 렌즈, 하드 회절성 콘택트 렌즈, 하드 혼성 굴절성/회절성 콘택트 렌즈, 소프트 콘택트 렌즈, 소프트 굴절성 콘택트 렌즈, 소프트 회절성 콘택트 렌즈, 소프트 혼성 굴절성/회절성 콘택트 렌즈, 활성 약품을 포함하는 하드 콘택트 렌즈, 활성 약품을 포함하는 소프트 콘택트 렌즈, 단초점 렌즈, 원환체 렌즈, 이중초점 콘택트 렌즈, 다초점 렌즈, 미용 칼라 렌즈, 자유형태 렌즈, 안과 렌즈, 안과 굴절 렌즈, 안과 회절성 렌즈, 안과 혼성 굴절성/회절성 렌즈, 수용 렌즈, 안경 렌즈, 굴절성 안경 렌즈, 회절성 안경 렌즈 및 혼성 굴절성/회절성 안경 렌즈와 같은 다양한 형태의 렌즈들을 취급하도록 구성된다.
도 14에 있어서, 큐벳(28)은 렌즈들이 간섭계(12)를 사용하여 시험될 수 있는 방식으로 용액에 잠긴 콘택트 렌즈들을 보유하기 위한 용기이다. 큐벳(28)은 다중 렌즈들을 수용하도록 설계된다. 예시적인 실시예에서, 큐벳(28)은 30개의 렌즈들을 보유할 수 있다. 각 렌즈들은 큐벳(28)에서 자체 위치(셀)을 가지며 셀들은 큐벳(28) 내에서 이동할 수 있다. 렌즈들은 큐벳(28) 내에서 시험하기 위하여 배치될 수 있으며 양호하게는 큐벳에 의해서 또는 큐벳 내의 임의의 내부 설치물에 의해서 변형되지 않는다. 또한, 시험 대상 렌즈 전체를 볼 수 있는 것이 양호하다. 큐벳의 모든 윈도우들은 양호하게는 투과된 파면에 추가 굴절력을 부여하는 것을 방지하기 위하여 평탄성의 관점에서 동일한 광학 품질을 가진다. 렌즈의 위치 및 프리젠테이션(presentation)은 양호하게는 렌즈 대 렌즈 및 시험 대 시험에 반복가능하다. 렌즈들을 큐벳(28) 안으로 삽입하는 것과 큐벳(28)으로부터 렌즈를 제거하는 것은 통상적으로 간단하고 직선방향이다. 렌즈들은 양호하게는 그들 셀 외측으로 자유롭게 이동하지 않으며, 용액에 형성된 거품들은 측정에 간섭되지 않아야 한다. 즉, 거품들은 셀에서 보여지지 않아야 한다.
큐벳(28)은 외벽(106,108)을 포함한다. 큐벳(28)의 중간부에 있는 부분(110) 또는 캐러셀(carousel)은 다중 렌즈 셀들(112)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 캐러셀(110)은 30개의 렌즈 셀들(112)을 포함한다. 각 셀(112)은 테이퍼형 벽들(114)[렌즈들에 적응할 수 있는], 유체 유동을 위한 채널(116)들 및 렌즈들이 안착되는 셀의 바닥에 있는 윈도우(118)로 구성된다. 외벽들(106,108)은 임의의 적당한 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 외벽들(106,108)은 폴리카보네이트를 포함한다. 폴리카보네이트는 큐벳(28)에 하기 특성들 즉, 경량성, 불투명성, 화학적으로 불활성 및 큐벳(28)을 크기적으로 안정하게 유지하는 낮은 물 흡수성을 제공한다.
도 15는 큐벳(28)의 일부의 팽창된 횡단면도를 도시한다. 간섭계(12)로부터 나오는 광은 상단 윈도우(120)를 통해서 화살표(122) 방향으로 큐벳(28)으로 들어가고, 렌즈 셀(112)에 놓여지는 렌즈들을 통과하여 아래로 이동하고, 그후에 바닥 윈도우(122)를 통과하여 큐벳을 빠져나간다.
예시적인 실시예에서, 렌즈 셀 벽(114)의 상단과 상단 윈도우(120) 사이에는 도 15의 부호 "124"로 지시된 약간의 거리가 있다. 이 작은 갭(124)은 큐벳(28)을 통해서 유지되고 회전하는 동안 각 셀들에서 렌즈를 유지하도록 설계된다. 또한, 예시적인 실시예에서, 각 렌즈 셀(112)에는 4개의 노치들(116)이 있다. 노치들(116)은 순환 용액들이 각 셀(112)을 통과하여 용이하게 유동할 수 있게 하고, 그에 의해서 모든 셀(112)이 열적 평형 상태에서 유지된다. 큐벳(28)에 나타난 노치(116)의 수는 예시적인 것이고, 임의의 적당한 수의 노치들이 실행될 수 있다는 것이 강조되어야 한다. 외부 윈도우들(120,122)은 O 링 또는 가스켓이 설치되는 채널(126)을 제공하고 각 윈도우(120,122) 주위에 시일을 제공하도록 계단식으로 형성된다. 이 구성도 역시 윈도우들이 고정된 설치 방식에 의존하기 보다는 기울어지거나 및/또는 정렬 상태로 경사질 수 있게 한다. 중간 유리 윈도우(128)도 역시 계단식으로 형성되어서 모든 셀(112)들 중 일치된 정합 상태를 제공한다[영역(130)을 참조]. 예시적인 실시예에서, 중간 윈도우(128)는 용액의 거품을 윈도우(128)의 중심부로부터 회피하기 위하여 캐러셀(110)의 바닥에서 돌출한다. 각 셀(112)의 테이퍼형 측부(114)는 렌즈의 중심맞춤을 용이하게 하고 렌즈들을 임의의 방식으로 변형하지 않는다. 또한, 벽 측부들(114)은 렌즈들이 셀(112)의 측부에서 미끄러지고 그후에 일단 셀(112) 밖으로 큐벳(28)으로 제거될 수 있으므로 렌즈의 하역을 돕는다. 렌즈의 적재 및 하역은 큐벳(28)의 도어(151) 등을 통해서 달성될 수 있다. 예시적인 구성에서, 도어가 개방될 때 자동 캐러셀 회전을 방지하는 인터로크[도 19의 인터로크(188) 참조]에 도어가 부착된다. 렌즈와 함께 작용하는데 특수한 도구가 필요하지는 않으며, 예를 들어, 렌즈와 함께 작용하는데 청소 도구가 사용될 수 있다.
다중 렌즈들을 간섭계(12)로써 사용자의 요구사항없이 측정하기 위하여, 예시적인 실시예에서, 간섭계(12)는 자동 인덱싱을 통해서 큐벳(28)을 제어한다. 자동 인덱싱은 적당한 수단에 의해서 달성될 수 있다. 예를 들어, 큐벳(28)은 자체 모터 및 프로세서를 구비할 수 있고, 단순하게 간섭계(12)로부터 신호를 수신할 수 있다. 다른 보기의 실시예에서, 간섭계(12)에는 제어 수단이 더욱 많이 수용될 수 있고, 큐벳(28)에는 제어 수단이 더욱 작게 수용된다. 본 실시예에서, 간섭계(12)는 큐벳(28)과 매칭되는 회전 수단을 제공한다. 이것은 예를 들어, 기어, 벨트, 체인, 랙 및 피니온 등 또는 그 조합물을 사용하여 달성될 수 있다.
도 16은 단일 모터(132), 기어 박스(134), 풀리들(136,138,140) 및 홈형 벨트(142)를 포함하는 예시적인 커플링 메카니즘(131)을 도시한다. 큐벳 풀리(138)를 상향 관통하는 캐러셀(110)은 큐벳(28) 내에 수용된다. 모터(132), 기어 박스(134), 구동 풀리(140) 및 인장 풀리(136)는 간섭계(12) 내의 고정 요소들이다. 큐벳(28)이 간섭계(12) 안으로 가압될 때, 큐벳 풀리(136)와 기어형 벨트(142) 사이에는 커플링이 이루어진다. 이러한 유형의 커플링은 풀리 주위에 중요한 결합을 제공하여서, 미끄러짐의 가능성을 감소시킨다. 다량의 결합은 큐벳 회전의 출발 및 정지를 용이하게 한다. 본 시스템의 응력들은 작고, 벨트의 가요성은 모터와 큐벳 사이의 임의의 커플링을 완화시킨다. 또한, 벨트의 가요성은 모터(132)에 의해서 유도되는 임의의 백래쉬를 완충시킨다. 이러한 설계는 캐러셀(110)을 매달린 상태로 유지한다; 캐러셀(110)의 어느 부분도 큐벳(28)의 바닥을 따라 오르지 않는다. 이것은 마찰 및 고착성[정적 마찰력]을 제거하고 그에 의해서 위치 정확성을 개선한다.
적재를 위해서 통상적으로 세팅된 회전 지점이 필요하지 않다; 벨트(142) 및 풀리(138)는 상관없이 짝지어진다. 인장 풀리(136)들은 적재 힘을 일관성 있게 유지하는데 필요한 대로 조정될 수 있다. 벨트 시스템의 견고함(robustness)은 다중 큐벳(28)과 함께 사용하는데 바람직하다. 큐벳(28)을 간섭계(12)에 적재하기 위하여, 큐벳(28)은 큐벳(28)의 더브테일 슬라이드(144)(도 14 참조)를 따라서 단순하게 밀쳐지고/당겨진다. 더브테일 슬라이드(144)는 큐벳(28)이 간섭계(12) 및 자동 인덱싱을 제어하는 위치 센서와 짝지어질 때 수직 안정성을 제공한다.
도 17은 큐벳 위치설정 메카니즘의 평면도를 도시한다. 예시적인 실시예에서, 셀(112)의 위치는 XY 로케이터(146) 및 반경방향 로케이터(148)의 일부인 두 개의 로케이터 핀에 의해서 결정된다. 느슨하게 설치된 더브테일 슬라이드(144)와 조합된, 두개의 로케이터 핀은 큐벳의 반복가능한 동적 위치설정을 제공한다. 설계된 커플링은 수동 회전을 할 수 있게 한다. 스프로켓(150)[도 14 참조]은 수동 회전을 제공하고 안전 목적을 위하여 클러치된다; 큐벳이 시스템에 적재될 때, 스프로켓과 간섭계 사이에는 핀치 지점이 회피된다. 액추에이터 아암(184) 및 크라우더 아암(crowder arm;186)은 쌍으로 작용하여 스프링 적재 힘을 제공하며, 상기 스프링 적재 힘은 반경방향의 힘을 통해서 XY 로케이터(146) 및 반경방향 로케이터(148)에 대해서 큐벳(28)을 가압된 상태로 유지한다. 따라서, 두개의 아암(184,186)은 큐벳(28)의 동적 적재력을 간섭계에 부여할 수 있게 한다.
자동 인덱싱은 스프로켓(150) 바로 밑에 위치한 플래그(flag;152)[도 14 참조]들을 갖는 휠에 의해서 제공된다. 플래그(152)들은 도 18에 도시된 바와 같이, 간섭계(12)에 부착된 위치 센서(154)와 결부된다. 큐벳(28)이 회전할 때, 플래그(152)들은 위치 센서(154)들을 트리거하고, 상기 위치 센서들은 그때 큐벳(28)을 느리게 하고 그후에 정지시키도록 명령한다. 단순성을 위하여, 단지 3개의 셀 위치 센서들(152)만 도 18에 도시된다. 큐벳(28)은 적재된 렌즈들의 교란을 최소화하도록 느리게 된다. 렌즈 위치설정은 큐벳(28)을 회전시키는데 사용된 메카니즘과는 독립되어 있다. 모터들은 단순하게는 위치 센서(154)들로부터의 신호에 기초하여 출발 및 정지한다. 카운트 또는 다른 모터 세팅이 셀 위치를 결정하는데 사용되지 않는다. 기준 위치(home position) 플래그(156)는 큐벳(28)과 간섭계(12)의 정렬을 개시하는데 사용된다.
도 19는 동봉된 큐벳(28)의 다이애그램을 도시한다. 동봉된 큐벳(28)은 큐벳(28)과 외부 냉각기(chiller)[도 19에 도시되지 않은 외부 냉각기] 사이에서 용액을 순환시킴으로써 온도 안전성을 제공한다. 큐벳 내부의 디자인은 유체가 셀(112)들을 통해서 그리고 셀(112)들 사이에서 유동할 수 있게 한다. 큐벳은 유체 제어를 위한 3개의 소자들; 온도 프로브(158), 흡입 밸브(160) 및 배수구(162)를 포함한다. 또한, 오버플로 커플링(164)도 역시 제공된다. 온도 프로브(158)는 측정 윈도우 부근에서 큐벳(28) 내부의 유체 온도에 대한 전자 판독을 제공한다. 흡입 밸브(160) 및 배수구(162)는 용액이 큐벳(28)을 통해서 순환하기 위한 포트들을 제공한다. 흡입부는 용액이 큐벳(28) 안으로 들어갈 수 있게 하고 배수구 부분은 용액이 큐벳(28)을 빠져나갈 수 있게 한다. 흡입 밸브(160) 및 배수구(162)는 외부 냉각기와 결부되고 적당한 설치물이 설치된 튜브들을 통해서 펌프된다.
큐벳(28)을 갖는 간섭계(12)는 콘택트 렌즈들을 시험하기 위하여 파면 분석을 사용하기 위한 실용적 방법 및 시스템을 제공한다. 평면형 기준 파면에 대한 시험은 절대 렌즈 굴절력의 결정을 가능하게 한다. 렌즈들이 식염수에 잠겨짐으로 인하여 동적 범위가 증가하면, 광범위한 처방 범위가 보상 광학계를 사용하지 않고 또는 렌즈의 벌크 굴절력(bulk power)을 제거하기 위한 다른 수단을 사용하지 않고 시험될 수 있다. 이 방법 및 시스템은 구형 렌즈를 포함하는 여러 렌즈들에 적용될 수 있다. 시험될 부분의 유형에 대해서는 추정이 필요하지 않다. 필요한 모든 것은 시험 렌즈의 처방이다.
도 20은 렌즈의 파면을 획득하기 위한 간섭계 구성의 검출기들을 정렬하기 위한 보기 공정의 흐름도이다. 예시적인 실시예에서, 카메라들[즉, 결상 카메라(38) 및 사이언스 카메라(34)]은 렌즈들을 시험하기 전에 정렬된다. 정렬(alignment)은 결상 카메라(38)의 좌표계를 사이언스 카메라(34)의 좌표계로 변환하는 단계를 포함한다. 정렬을 이루기 위하여, 결상 카메라(38)의 이미지 지점이 선택되고 대응하는 이미지 지점은 사이언스 카메라(34)에서 결정된다. 결상 카메라(38) 및 사이언스 카메라(34)는 적어도 배율 능력에서 차이가 난다. 또한, 카메라들은 각 x축 변위, y축 변위 및/또는 대응 이미지 지점들의 회전 변위에서 상이할 수 있다.
보기의 정렬 공정에서, 시험 타겟[즉, 기준점을 알고 있는 타겟 렌즈들]은 두 카메라들 사이의 관계를 결정하는데 사용된다. 도 21은 보기 타겟 렌즈(178)를 도시한다. 타겟 렌즈(178)는 10개의 동심 원을 포함한다. 보기 이미지 지점(180)은 x축에서 0의 위치 및 y축에서 1의 위치를 가진다. 이것은 도 21의 (0,1)로서 표시된다. 보기 이미지 지점(182)은 x축에서 -2의 위치 및 y축에서 0의 위치를 가진다. 이것은 도 21의 (-2,0)로서 표시된다. 검출기들을 보정하기 위하여, x축과 y축의 교차 지점들 및 원들이 사용된다. 시험 타겟을 사용함으로써, 보기 공정에서 5개의 값들이 결정된다. 단계 166에서, 제 1 검출기의 배율[즉, 사이언스 카메라(34)]이 결정된다. 사이언스 카메라의 배율은 ms로서 본원에 기재된다. 제 2 검출기[즉, 결상 카메라(38)]의 배율은 단계 168에서 결정된다. 결상 카메라의 배율은 본원에서 mI로 기술된다. 단계 170에서, 결상 카메라(38)의 x-축 제로 위치에 대응하는 사이언스 카메라(34)의 x-축 상에서의 이러한 위치가 결정된다. 사이언스 카메라(34)의 x-축 상에서의 이러한 위치는 본원에서 xo로 기술된다. 단계 172에서, 결상 카메라(38)의 y-축 제로 위치에 대응하는 사이언스 카메라(34)의 y-축 상의 위치가 결정된다. 사이언스 카메라(34)의 y-축 상의 위치는 본원에서 yo로 기술된다. 사이언스 카메라(34) 및 결상 카메라(38) 사이의 회전 각도의 차이는 단계 174에서 결정된다. 상기 회전 각도의 차이는 Θs로 기술된다. 단계 176에서, mI, ms, xo,yo 및 Θs의 결정값을 사용함으로써, 결상 카메라(38)에서 측정된 타겟 렌즈의 중심 위치는 사이언스 카메라(34)의 대응 위치로 변환된다. 더욱 일반적으로, mI, ms, xo,yo 및 Θs의 값은 결상 카메라(38) 좌표계를 사이언스 카메라(34)의 좌표계로 변환하는데 사용된다.
보기 실시예에서, 사이언스 카메라(34)의 좌표계의 좌표는 하기 수학식에 따른 대응 지점에 대한 사이언스 카메라의 좌표계의 좌표에서 변환된다.
xs = (xI*cosΘs + yI*sinΘs)mI/ms + xo
ys = (-xI*sinΘs + yI*cosΘs)mI/ms + yo
여기서, xs는 결상 카메라의 대응 지점의 x-축 위치에 대응하는 사이언스 카메라의 x-축 위치를 나타내고, ys는 결상 카메라의 대응 지점의 y-축 위치에 대응하는 사이언스 카메라의 y-축 위치를 나타내고, ms는 사이언스 카메라(34)의 배율을 나타내고, mI는 결상 카메라(38)의 배율을 나타내고, xo는 결상 카메라(38)의 x-축 제로 위치의 사이언스 카메라(34)의 y-축 위치를 나타내고, yo는 결상 카메라(38)의 y-축 제로 위치의 사이언스 카메라(34)의 y-축 위치를 나타내고, Θs는 결상 카메라(38)와 사이언스 카메라(34) 사이의 회전 각도차를 나타낸다.
보기 실시예에서, 사이언스 카메라 및 결상 카메라로부터 얻어진 간섭 무늬는 시험 대상 렌즈들의 일부에 대해서 단일 파면으로 조합된다. 사이언스 카메라 및 결상 카메라 모두의 간섭 패턴이 포착된다. 변조는 결상 카메라에 대해서 계산된다. 변조를 계산하면 결과적으로 결상 카메라에 의해서 포착된 간섭 패턴의 각 픽셀에 대한 값이 도출된다. 변조는 렌즈의 에지와 연계된 픽셀들을 식별하는데 사용된다. 타원은 식별된 픽셀에 맞추어지고 타원의 중심이 결정된다. 임의의 적당한 맵핑 방정식(mapping equation)을 사용함으로써, 결상 카메라에 의해서 포착된 렌즈의 중심을 나타내는 결정된 중심은 사이언스 카메라의 중심으로 맵핑된다. 사이언스 카메라에 의해서 포착된 간섭 패턴의 적당한 영역은 렌즈의 관심 영역을 남겨두도록 마스크된다. 상기 관심 영역의 투과된 파면은 추가 분석을 위하여 계산된다.
본원에 기재된 여러 기술들은 하드웨어 또는 소프트웨어 또는 양자의 조합과 연계하여 실행될 수 있다. 따라서, 렌즈, 또는 임의의 형태 또는 그 일부의 투과된 파면 시험을 위하여 간섭계를 사용하기 위한 방법은 플로피 디스켓, CD-ROM, 하드 드라이브 또는 임의의 다른 기계 판독형 저장 매체와 같은 확실한 매체에서 구현되는 프로그램 코드[즉, 지시들]의 형태를 취할 수 있으며, 여기서, 프로그램 코드가 컴퓨터와 같은 기계에 로딩되어서 실행될 때, 기계는 렌즈들의 투과된 파면 시험을 위한 간섭계를 이용하는 장치가 된다.
프로그램(들)은 바람직하다면, 어셈블리 또는 기계 언어로 실행될 수 있다. 임의의 경우에, 언어는 컴파일러형 언어 또는 해석형 언어로 되어서 하드웨어 실행에 의해서 조합될 수 있다. 렌즈들의 투과된 파면 시험을 위한 간섭계의 사용 방법은 광섬유를 통해서 또는 임의의 다른 형태의 전달 형태를 경유하여, 과전기 배선(over electrical wiring) 또는 케이블 결합과 같은 일부 전달 매체에 대해서 전달된 프로그램 코드 형태로 구현된 통신을 통해서 실행될 수 있으며, 여기서 프로그램 코드가 수용되고 로딩되어서 EPROM, 게이트 어레이, 프로그램가능한 로직 디바이스(PLD), 클라이언트 컴퓨터 등과 같은 기계에 의해서 실행될 때, 기계는 렌즈들의 투과된 파면 시험을 위한 간섭계의 사용 장치가 된다. 추가로, 렌즈들의 투과된 파면 시험을 위한 간섭계의 사용과 연계하여 사용된 임의의 저장 기술은 변함없이 하드웨어 및 소프트웨어의 조합일 수 있다.
렌즈들의 투과된 파면 시험을 위하여 간섭계를 사용하는 것에 대해서 여러 도면의 보기 실시예와 연계하여 기술하였지만, 다른 유사한 실시예들도 사용될 수 있으며 또는 범주 내에서 렌즈들의 투과된 파면 시험을 위한 간섭계의 사용과 동일 기능을 실행하기 위하여 상술한 실시예를 변형하고 추가할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본원에 기술된 렌즈들의 투과된 파면 시험을 위하여 간섭계를 사용하는 것은 임의의 단일 실시예에 국한되지 않으며 첨부된 청구범위에 따른 범위에 따라서 해석되어야 한다.

Claims (21)

  1. 복수의 안과용 렌즈를 유지하도록 구성된 큐벳으로서,
    각 셀이 용액에 잠겨진 상태의 안과용 렌즈를 유지하도록 구성된 복수의 셀을 포함하고, 상기 큐벳 내에서 회전가능한 캐러셀(carousel);
    빛이 셀 안으로 들어갈 수 있게 구성된 제 1 윈도우;
    상기 제 1 윈도우에 대향하여 셀의 표면을 형성하고, 빛이 셀을 빠져나갈 수 있게 구성되며, 셀이 캐러셀의 회전을 통해서 빛이 제 1 윈도우 및 제 2 윈도우를 관통하여 전파되도록 허용하는 위치로 이동될 수 있는, 상기 제 2 윈도우; 및
    상기 캐러셀 주위에 배치되고 용액이 상기 큐벳에서 누설되는 것을 방지하며 상기 복수의 셀들 사이에서 용액을 순환시키도록 구성된 외벽을 포함하는, 큐벳.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 큐벳을 자동 인덱싱 수단에 의하여 간섭계에 결합하고; 및
    상기 간섭계에 제공된 회전 수단에 의해 상기 캐러셀의 회전을 허용하도록 구성된 커플링 메카니즘을 추가로 포함하는, 큐벳.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 커플링 메카니즘은 구동 벨트에 결합가능한 적어도 하나의 풀리를 포함하는, 큐벳.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 커플링 메카니즘은 상기 큐벳과 상기 간섭계 사이를 진동 차단(vibration isolation)하기 위한 수단을 포함하는, 큐벳.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 커플링 메카니즘은 상기 큐벳을 상기 간섭계에 적재하기 위한 수단, 및 상기 큐벳과 상기 간섭계를 초기에 정렬하기 위한 위치설정 수단을 제공하도록 구성된 더브테일(dovetail) 슬라이드를 추가로 포함하는, 큐벳.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 큐벳은 하나의 로케이터 핀(locator pin)을 포함하는 XY 로케이터와, 다른 로케이터 핀을 포함하는 반경방향 로케이터; 및 액추에이터 아암과 크라우더(crowder) 아암을 추가로 포함하고,
    상기 XY 로케이터 및 반경방향 로케이터는 상기 더브테일 슬라이드에 평행한 평면에 상기 큐벳을 위치시키도록 구성되고, 상기 액추에이터 아암 및 크라우더 아암은 한 쌍으로서 작용하여 상기 XY 로케이터 및 반경방향 로케이터에서 상기 큐벳을 압축된 상태로 유지하는 반경방향의 힘을 제공하는, 큐벳.
  7. 제 1 항에 있어서,
    용액이 상기 큐벳 안으로 들어갈 수 있게 구성된 흡입부; 및
    용액이 상기 큐벳을 빠져나갈 수 있게 구성된 배출부를 추가로 포함하는, 큐벳.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 큐벳은 상기 큐벳과 외부 냉각기 사이에 용액을 순환시킴으로써 상기 큐벳 내부에서 용액의 온도를 안정화하도록 구성된, 큐벳.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 큐벳은 내부에서 용액의 온도를 모니터하도록 구성된 온도 프로브를 추가로 포함하는, 큐벳.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 셀은 테이퍼형 벽을 포함하는, 큐벳.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 테이퍼형 벽은 상기 셀에 배치된 안과용 렌즈를 변형시키지 않고 상기 셀 내에 상기 안과용 렌즈의 중심맞춤(centering)을 용이하게 하는, 큐벳.
  12. 제 1 항에 있어서,
    각 셀은 용액이 통과하여 유동할 수 있게 구성된 적어도 하나의 채널을 포함하는, 큐벳.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 외벽은 폴리카보네이트를 포함하는, 큐벳.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 외벽은 불투명한, 큐벳.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 용액은 식염수 용액, 완충 식염수 용액, 탈이온수 및 활성 약품을 함유하는 용액중 적어도 하나를 포함하는, 큐벳.
  16. 제 1 항에 있어서,
    셀 내에서 상기 제 1 윈도우와 상기 제 2 윈도우 사이에 배치된 안과용 렌즈가 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우를 통해서 전체적으로 보이도록 상기 제 1 윈도우의 중심과 상기 제 2 윈도우의 중심이 정렬되는, 큐벳.
  17. 제 1 항에 있어서,
    안과용 렌즈는 셀에 배치될 때 변형되지 않는, 큐벳.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 윈도우와 상기 제 2 윈도우 사이에서 상기 캐러셀의 바닥에 배치된 중간 윈도우를 추가로 포함하는, 큐벳.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 셀의 제 2 윈도우들은 동일한 평면에 있는, 큐벳.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우는 상기 윈도우들을 통하여 전파되는 빛의 간섭성 및 시준성을 보존하도록 구성되는, 큐벳.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 큐벳은 안과용 렌즈의 그룹에서 선택된 적어도 하나의 안과용 렌즈를 수용하도록 구성되고:
    상기 안과용 렌즈의 그룹은 하드 콘택트 렌즈, 하드 굴절성 콘택트 렌즈, 하드 회절성 콘택트 렌즈, 하드 혼성 굴절성/회절성 콘택트 렌즈, 소프트 콘택트 렌즈, 소프트 굴절성 콘택트 렌즈, 소프트 회절성 콘택트 렌즈, 소프트 혼성 굴절성/회절성 콘택트 렌즈, 활성 약품을 포함하는 하드 콘택트 렌즈, 활성 약품을 포함하는 소프트 콘택트 렌즈, 단초점 렌즈(Single Vision Lens), 원환체 렌즈, 이중초점 콘택트 렌즈, 다초점 렌즈, 미용 칼라 렌즈, 자유형태 렌즈, 안과 렌즈, 안과 굴절 렌즈, 안과 회절성 렌즈, 안과 혼성 굴절성/회절성 렌즈, 수용 렌즈, 안경 렌즈, 굴절성 안경 렌즈, 회절성 안경 렌즈 및 혼성 굴절성/회절성 안경 렌즈, 복수의 끼움 재료를 포함하는 복합 렌즈, 광색성 렌즈 및 렌즈 제조용 몰드를 포함하는, 큐벳.
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