KR20140125847A

KR20140125847A - 안과용 기구의 파면을 측정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20140125847A
Application number: KR1020147025235A
Authority: KR
Inventors: 미첼 에프. 위드만; 나빈 아가월
Original assignee: 존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-10-29
Also published as: AU2016273907A1; CA2863519C; KR101981034B1; TWI591327B; SG11201404516WA; RU2014136704A; AU2016273907B2; AU2013217073A1; CN104094095A; CN104094095B; EP2812665A1; JP2015507202A; EP2812665B1; US9459204B2; WO2013119764A1; BR112014019813A8; CA2863519A1; US20130307965A1; RU2626999C2; TW201344184A

Abstract

본 발명은 하나 또는 연속 측정으로 형성 맨드릴 상에서 직접, 비-수화된 상태 및 높은 공간 해상도를 갖고서 훨씬 신속한 방식으로 하나 이상의 안과용 기구를 측정하는 데 사용되는 방법 및 파면 측정 장치를 제공한다.

Description

안과용 기구의 파면을 측정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE WAVEFRONT OF AN OPHTHALMIC DEVICE}

관련 출원

본 출원은 그 내용이 신뢰되고 본 명세서에 참고로 포함된, 2012년 2월 10일에 출원된 미국 가출원 제61/579,338호에 대해 우선권을 주장한다.

본 발명은 광학 디지털 파면 센서(optical digital wavefront sensor)를 사용하고 안과용 기구(ophthalmic device)와 접촉하지 않고서, 상기 안과용 기구의 정확한 광학 측정을 얻기 위한 방법 및 장치를 기술한다. 더욱 구체적으로, 장치는 하나 이상의 연속 측정으로 투과된 파면(transmitted wavefront)의 강도 및 위상의 동시 측정을 얻기 위해 광학 디지털 파면 계측 기술을 이용한다.

다양한 기구 및 방법, 즉 광학 계측을 이용하여 콘택트 렌즈의 물리적 특성을 측정하는 것이 알려져 있다. 통상적으로, 광학 계측은 구조물의 프로파일과 같은 다양한 특성을 결정하기 위해, 광학 물체에 입사 빔을 지향시키고, 생성되는 회절된 빔을 측정하고, 회절된 빔을 분석하는 것을 수반한다. 그러나, 전통적인 안과용 렌즈는 흔히 캐스트 성형(cast molding)에 의해 제조되는데, 여기서 단량체 재료가 대향하는 금형 부분품들의 광학 표면들 사이에 한정된 공동(cavity) 내에 침착된다. 그러한 금형 부분품들을 사용하여 렌즈를 제조하기 위해, 비경화 하이드로겔 렌즈 제형이 플라스틱의 일회용 전방 곡선 금형 부분품과 플라스틱의 일회용 후방 곡선 금형 부분품 사이에 배치된다.

전방 곡선 금형 부분품 및 후방 곡선 금형 부분품은 전형적으로 사출 성형 기술을 통해 형성되며, 여기서 용융된 플라스틱이 광학 품질의 적어도 하나의 표면을 가진 고도로 기계가공된 강철 공구(steel tooling) 내로 밀어넣어진다.

전방 곡선 및 후방 곡선 금형 부분품들은 합쳐져서 원하는 렌즈 파라미터에 따라 렌즈를 형상화한다. 렌즈 제형은 후속하여 예를 들어 열 및 광에 대한 노출에 의해 경화되고, 이로써 렌즈를 형성한다. 경화에 이어, 금형 부분품들은 분리되고, 렌즈는 상기 통상적인 광학 계측을 위해 금형 부분품들로부터 제거된다. 그러나, 사출 성형 공정 및 장비의 특성은 특정 환자의 눈 또는 특정 응용에 특유한 맞춤형 렌즈를 형성하는 것을 어렵게 한다. 따라서, 앞선 설명에서, 자유-형태 기술(free-form technique)의 사용을 통해 맞춤형 렌즈를 형성하기 위한 방법 및 장치는 WO 2009/025848 및 WO 2009/025845에서와 같이 기술되었다. 이들 기술의 중요한 태양은 2개의 렌즈 표면들 중 하나가 캐스트 성형, 선반 가공(lathing) 또는 다른 공구 없이 자유-형태 방식으로 형성되는 신규한 방식으로 렌즈가 생성된다는 것이다.

자유 형성된 표면 및 기부는 자유 형성된 표면에 포함된 자유 유동하는 유동성 매체를 포함할 수 있다. 이러한 조합은 때때로 렌즈 전구체로 지칭되는 기구를 생성한다. 렌즈 전구체를 안과용 렌즈로 변환시키기 위해 전형적으로는 고정 방사선(fixing radiation) 및 수화(hydration) 처리가 이용될 수 있다.

이러한 방식으로 생성된 자유형태 렌즈가 렌즈의 물리적 파라미터를 확인하기 위해 측정될 필요가 있을 수 있다. 따라서, 전구체로부터 형성된 렌즈를 측정하기 위한 신규한 장치 및 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명은 광학 디지털 파면 기술을 이용함으로써 안과용 기구, 예를 들어 렌즈에 존재하는 수분을 갖지 않는 UV-경화된 렌즈를 포함하는 드라이 콘택트 렌즈의 측정을 결정하기 위한 비-접촉 광학 기구를 사용하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 몇몇 중요한 이점은 단일 샷(shot) 및 실시간 광학 측정을 통한 드라이 콘택트 렌즈의 정확한 측정을 얻는 훨씬 신속한 방식, 강도 및 파면의 직접적인 시각화, 높은 동적 범위, CCD 카메라 해상도에 직접 관련되는 높은 공간 해상도, 진동 둔감성(vibration-insensitivity), 및 비용 효율성 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명은 안과용 기구의 물리적 특성을 측정하는 장치를 제공하며, 장치는

자유-형태 기술을 사용하여 안과용 기구를 형성하기 위한 광학 맨드릴(optic mandrel)로서, 광학 효과를 포함하는, 상기 광학 맨드릴;

상기 광학 맨드릴의 광학 효과를 집합적으로 상쇄시키기 위해 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 상쇄 시스템(lens cancellation system);

안과용 기구를 향한 방향으로 일정 파장의 방사선을 방출하도록 기능하는 이미터(emitter);

방출된 파장에 기초하여 투과된 파면을 검출하도록 기능하는 센서로서, 투과된 파면의 강도 및 위상은 상기 안과용 기구의 물리적 특성에 기초하여 상이할 것인, 상기 센서; 및

이미터 및 센서 중 하나 또는 둘 모두와 논리 통신하는 프로세서로서, 반사 파면의 강도 및 위상에 기초하여 논리 신호를 전송하도록 프로그램된, 상기 프로세서를 포함한다.

장치는 하나 초과의 물리적 특징을 측정할 수 있다. 바람직하게는, 장치는 안과용 기구의 파면 측정을 얻는다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "이미터"는 "광원"을 의미할 수 있다.

광학 맨드릴, 렌즈 상쇄 시스템, 이미터 및 센서는 정렬될 수 있다. 바람직하게는, 렌즈 상쇄 시스템, 이미터 및 센서는 레일(rail) 상에 장착된다. 레일은 수직 레일, 바람직하게는 수직 광학 레일일 수 있다.

장치에서, 센서는 디지털 파면 카메라를 포함할 수 있다. 디지털 파면 카메라는 2개 이상의 강도 프로파일의 광학 투과축을 따른 거리를 변화시키거나 연속적으로 변동시키도록 이동할 수 있을 수 있다. 디지털 파면 카메라는 진동에 둔감할 수 있다. 디지털 파면 카메라는 광학 투과축을 따른 상이한 위치에서 제2 이미지의 생성을 유발하기 위해 빔 스플리터(beam splitter)를 추가로 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 디지털 파면 카메라는 광원 내의 다이어프램(diaphragm) 및 광원과 디지털 파면 카메라 사이의 작동 거리에 의존하는 하나 이상의 확대 렌즈를 추가로 포함할 수 있다.

장치는 렌즈 상쇄 시스템 및 이미터와의 적절한 정렬을 위한 상기 광학 맨드릴의 배치를 위해 운동학적 마운트(kinematic mount)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 장치는 맨드릴 고정구 및 운동학적 마운트를 유지하기 위한 진공을 추가로 포함할 수 있다.

장치는 상부 개구 및 저부 개구를 추가로 포함할 수 있고, 상기 상부 개구는 저부 개구보다 약간 작고 강도 수송 방정식(intensity transport equation)의 해석을 위한 경계 조건을 정의하는, 관통하는 광 빔을 제한하는 것에 의한 물리적 장벽을 생성하도록 상기 맨드릴과 접촉하지 않고서 맨드릴 고정구의 상부 상에 배치된다. 상부 개구는 상이한 시계(field of view)를 포함하도록 변화될 수 있다. 저부 개구는 또한 동적 측정 범위를 추가로 개선하도록 변화될 수 있다.

본 명세서에서 기술된 장치에 사용된 렌즈 상쇄 시스템은 튜브의 내측에 3개의 렌즈를 포함하는 조립체를 포함할 수 있고, 여기서 광 빔은 상기 렌즈들 각각을 통과할 수 있다. 조립체는 레일에 수직하게 배치될 수 있다. 광 빔은 레일에 수직하게 배치될 수 있다. 3 렌즈 상쇄 시스템은 비구면 렌즈(asphere lens), 평면-볼록 렌즈(plano-convex lens) 및 평면-오목 렌즈(plano-concave lens) 중 하나 이상을 포함하여 형성 광학 맨드릴의 구면 수차(spherical aberration) 및 디포커스(defocus) 중 하나 또는 둘 모두를 상쇄할 수 있고, 이는 후속하여 맨드릴 밖으로 나오는 광이 시준되도록 허용한다.

프로세서는 상기 안과용 기구의 하나 이상의 연속 파면 측정을 발생시키도록 실시간으로 기능할 수 있다.

방출된 방사선은 단색 파장(monochromatic wavelength)을 가진 고품질 광 빔일 수 있다. 방출된 방사선은 약 630 nm 내지 약 635 nm의 단색 파장을 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 안과용 기구의 파면 측정을 얻기 위한 방법을 제공하며, 방법은

안과용 렌즈 파면 시스템을 정렬시키는 단계;

형성 광학 맨드릴의 광학 측정을 수행하고, 형성 광학 맨드릴의 그 강도 측정을 강도 기준 파일로서 저장하는 단계;

렌즈가 그 상에 형성되었을 수 있는 형성 글라스 맨드릴(forming glass mandrel)의 광학 측정을 수행하고, 그 강도 파일을 저장하는 단계;

렌즈의 광학 파면에 대한 값을 실시간으로 얻기 위해 하나의 강도 파일을 적어도 하나의 다른 강도 파일로부터 감산할 수 있는 프로세서 내의 소프트웨어를 사용하는 단계를 포함한다.

방법은 프로세서가 강도 수송 방정식 및 알고리즘을 구현하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 강도 데이터가 후속하여 광학 파면으로 변환될 수 있다. 광학 파면은 광의 강도 및 위상의 측면에서 광의 경로를 기술할 수 있다.

본 발명의 방법에서 사용된 안과용 렌즈 파면 시스템은 본 명세서에서 기술된 임의의 장치를 포함할 수 있다.

<도 1>
도 1은 본 발명을 구현하는 데 사용될 수 있는 방법 단계들을 예시하는 도면.
<도 2>
도 2는 디지털 광학 파면 기술을 포함하는 본 발명을 구현하는 데 유용할 수 있는 장치 구성요소를 예시하는 도면.
<도 3, 도 3a 및 도 3b>
도 3, 도 3a 및 도 3b는 본 발명을 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 운동학적 마운트 장치 구성요소를 예시하는 도면.
<도 4>
도 4는 맨드릴 파면 광학 상쇄가 없는 것에 대조적인 것으로서, 맨드릴 파면 광학 상쇄의 예를 예시하는 도면.
<도 4a>
도 4a는 맨드릴 파면 광학 상쇄 후에 드라이 렌즈 파면의 예를 예시하는 도면.
<도 5>
도 5는 본 발명을 구현하는 데 사용될 수 있는 추가 방법 단계들을 예시하는 도면.

본 개시 내용은 안과용 기구의 광학 파면 측정을 얻기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 하기 단락에서, 발명의 상세한 설명이 주어질 것이다. 바람직한 그리고 대안적인 실시예 둘 모두의 설명은 완전할지라도 단지 예시적인 것이며, 당업자에게는 변형, 수정 및 변경이 명백할 수 있을 것으로 이해된다. 따라서, 예시적인 실시예는 특허청구범위에 의해 한정된 바와 같은 근본적인 본 발명의 태양의 넓은 범위를 제한하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.

용어

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하는"은, "구비하는"뿐만 아니라 "구성되는" 및 "~로 본질적으로 구성되는"을 포함하며, 예컨대, X를 "포함하는" 장치는 배타적으로 X로 구성될 수 있거나, 어떤 추가적인 것, 예컨대 X + Y를 구비할 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "유동성 렌즈 반응성 매체(Fluent lens reactive media)"는 그의 본래 형태, 반응된 형태, 또는 부분적으로 반응된 형태 중 어느 하나로 유동가능한 반응성 혼합물을 의미하고, 반응성 매체의 일부 또는 전부가 추가 처리 시에 안과용 렌즈의 일부로 형성될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "자유-형태"는, 유동성 매체 층을 갖거나 갖지 않고서 복셀 기반(voxel by voxel basis)으로 화학 방사선에 대한 노출을 통해 반응성 혼합물의 가교결합에 의해 형성되고 캐스트 성형, 선반 가공 또는 레이저 제거(laser ablation)에 따라 형상화되지 않는 표면을 지칭한다.

본 명세서에서 "렌즈 형성 혼합물" 및 때로는 "반응성 혼합물" 또는 "RMM"(reactive monomer mixture, 반응성 단량체 혼합물)로 지칭되는 것은 안과용 렌즈를 형성하도록 가교결합될 수 있는 단량체 또는 예비중합체(prepolymer) 재료를 지칭한다. 렌즈-형성 혼합물은 UV 차단제, 틴트(tint), 광개시제 또는 촉매, 및 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈(intraocular lens)와 같은 안과용 렌즈에 사람들이 필요로 할 수 있는 다른 첨가제와 같은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "렌즈 전구체"는 렌즈 전구체 형태 및 렌즈 전구체 형태와 접촉하는 유동성 렌즈 반응성 혼합물로 구성된 복합 물체를 지칭한다. 예를 들어, 유동성 렌즈 반응성 매체는 일정 체적의 반응성 혼합물 내에서 렌즈 전구체 형태를 제조하는 중에 형성될 수 있다. 렌즈 전구체 형태 및 부착된 유동성 렌즈 반응성 매체를 렌즈 전구체 형태를 생성하기 위해 사용된 일정 체적의 반응성 혼합물로부터 분리시키는 것이 렌즈 전구체를 생성할 수 있다. 또한, 상당한 양의 유동성 렌즈 반응성 혼합물의 제거 또는 상당한 양의 유동성 렌즈 반응성 매체의 비-유동성 혼입 재료로의 변환 중 어느 하나에 의해 렌즈 전구체가 상이한 독립체(entity)로 변환될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "렌즈 전구체 형태"는 안과용 렌즈로의 추가 처리 시에 혼입되는 것과 부합하는 적어도 하나의 광학 품질 표면을 가진 비-유동성 물체를 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 그리고 때때로 "안과용 기구" 또는 "렌즈"로 지칭되는 "안과용 렌즈"는 눈 내에 또는 눈 상에 체류하는 임의의 안과용 기구를 지칭한다. 이들 기구는 광학 교정을 제공할 수 있거나, 미용용일 수 있다. 예를 들어, 용어 "렌즈"는 콘택트 렌즈, 안내 렌즈, 오버레이 렌즈(overlay lens), 안구 삽입체(ocular insert), 광학 삽입체, 또는 그를 통해 시력이 교정되거나 변경되게 하는 또는 그를 통해 시력을 방해함이 없이 눈 생리 기능이 미용적으로 향상되게 하는(예를 들어, 홍채 색상) 다른 유사한 기구를 지칭할 수 있다. 본 발명의 바람직한 렌즈는 실리콘 하이드로겔 및 플루오로하이드로겔을 포함하지만 이로 제한되지 않는 하이드로겔 또는 실리콘 탄성중합체로부터 제조된 소프트 콘택트 렌즈일 수 있다.

하나 이상의 안과용 기구의 측정은 그의 비수화된 렌즈 상태에서 그리고 렌즈가 자유-형태 기술을 이용하여 그 상에 형성될 수 있는 맨드릴 상에서 수행될 수 있다.

디지털 파면 카메라 및 대물 렌즈가 본 개시 내용에 포함된다. 또한, 튜브의 내측에 3-렌즈 맨드릴 상쇄 시스템을 포함할 수 있는 운동학적 장착 기구 조립체 상에 장착될 수 있는 맨드릴 고정구, 아래의 저부 개구, 맨드릴 고정구 및 물리적 접촉 없이 글라스 맨드릴의 상부 바로 위에 배치되는 상부 개구, 광원, 핀홀(pinhole), 다이어프램 및 장치의 저부 부분 내에 위치되는 비구면 렌즈가 포함될 수 있다. 이들 구성요소의 전부는 수직 광학 레일 상에 수직하게 장착될 수 있고, 광원으로부터의 출력 빔이 레일과 평행하고 이 빔이 형성 광학 맨드릴을 빠져나감에 따라 시준될 수 있을 때까지 조정될 수 있다. 시준 광은 광학축("z-방향"으로 지칭됨)을 따라 광의 강도가 변화하지 않는 것을 의미하는 편평 파면을 갖는 광의 평행 빔일 수 있다.

일련의 단계가 자유-형성된 비수화된 안과용 렌즈를 측정하기 위해 구현될 수 있다. 우선, 형성 광학 글라스 맨드릴의 광학 측정이 베이스 맨드릴의 광학 파면을 얻기 위해 그 상에 렌즈 없이 투과 모드에서 수행될 수 있다. 그 파면 데이터는 후속하여 기준 파일로서 저장될 수 있다. 상기 운동학적 마운트 조립체 상으로 장착될 수 있는 동일한 정확한 맨드릴 고정구 상에서 렌즈가 후속하여 제조될 수 있다. 후속하여, 그 상에 렌즈를 가진 형성 광학 글라스 맨드릴의 광학 측정이 투과 모드에서 수행될 수 있고, 그 파면 데이터 파일이 또한 저장될 수 있다. 2개의 데이터 파일은 서로로부터 감산될 수 있고, 이로써 투과 시의 렌즈의 광학 파면 측정을 제공할 수 있다. 측정은 투과 모드에서 이루어질 수 있지만, 대안적으로 또는 추가로 반사 모드에서 측정을 수행하는 것이 동등하게 가능할 수 있다.

이제 도 1을 참조하면, 렌즈의 광학 파면을 얻기 위해 사용될 수 있는 방법 단계들을 예시하는 흐름도가 도시된다. 다양한 단계들은 안과용 렌즈 파면(WF) 시스템을 정렬하는 단계(110), 이어서 형성 광학 글라스 맨드릴의 광학 파면 측정을 수행하고 기준 파일(파면 1)로서 그 파면 데이터를 저장하는 단계(120), 이어서 그 특정 광학계 상에 형성되었을 수 있는 렌즈로 형성 광학 글라스 맨드릴의 광학 파면 측정을 수행하고 그 파면 데이터 파일(파면 2)을 저장하는 단계(130), 이어서 파면 1 파일로부터 파면 2 파일을 감산하고 안과용 렌즈의 광학 파면에 대한 값을 얻는 단계(140) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 수직 광학 레일(255)에 수직하게 장착된 예시적인 파면 측정 시스템의 측면도가 도시된다. 광원(200)이 장치를 정렬할 때 나머지 구성요소를 위한 기준으로 역할할 수 있고, 수직 광학 레일(255)로부터 대략 125 mm에 배치될 수 있다. 장치를 정렬하는 것의 전체적인 객관적 목적은 형성 광학 글라스 맨드릴(235)을 빠져나갈 때 시준된 광 빔이 레일(255)에 평행하게 생성될 수 있게 하는 것일 수 있다. 약 633 nm의 파장을 가질 수 있는 광원(200)은 내측에 다양한 광학 요소들을 포함할 수 있고, 고품질 광 빔을 생성할 수 있다. 그러나, 파장은 변할 수 있고, 본 명세서에서 633 nm가 예시적인 목적을 위해 기술되지만, 임의의 다른 단색 파장이 사용될 수 있다. 광 빔의 직경을 조정하는 핀홀(205)이 광의 시준되지 않은 빔을 제한할 수 있다. 비구면 포커싱 렌즈(210)가 후속하여 광의 빔의 초점을 맞추고 이를 시준한다. 시준된 빔이 맨드릴 상쇄 광학 시스템(220)에 입사하기 전에, 비구면 포커싱 렌즈(210) 바로 위에 위치될 수 있고 독립적으로 또는 "LP1A"(축 조정가능한) 스테이지(265)의 저부에 장착될 수 있는 저부 개구(215)가 있을 수 있다. 조정가능한 저부 개구(215)가 비구면 포커싱 렌즈(210)로부터 나오는 시준된 광의 직경을 제어한다. 저부 개구(215)의 목적은 균질하고 균일한 강도 프로파일을 허용하고 디지털 파면 카메라(또는 여기서 "DWC"로 지칭됨)(250)의 포화(saturation)를 방지하기 위해 시계를 제한하는 것일 수 있다.

저부 개구(215)의 바로 위에는 맨드릴 상쇄 광학 시스템(220)을 집합적으로 형성할 수 있는 일련의 렌즈를 그 내측에 포함하는 튜브를 포함할 수 있는 운동학적 장착 기구(225)가 있을 수 있다. 예를 들어, 일 세트의 3개의 렌즈가 사용될 수 있다: 비구면 렌즈, 평면-볼록 렌즈 및 평면-오목 렌즈. 맨드릴 상쇄 광학 시스템(220)의 목적은 형성 광학 글라스 맨드릴(235)의 구면 수차 및 디포커스 둘 모두를 상쇄하는 것일 수 있고, 이는 후속하여 맨드릴(235)로부터 나오는 광이 시준되는 것을 허용한다. 맨드릴 상쇄 광학 시스템(220)의 3개의 렌즈가 존재하는 경우, 3개의 렌즈들 사이의 배율 및 거리는 10 mm 시계에서 맨드릴(235)의 광학 효과를 상쇄하여 DWC가 편평 파면을 검출하게 하는 방식으로 설계될 수 있다. 그렇지 않다면, 맨드릴(235)의 광학 효과가 감산이 없을 때 렌즈 파면의 계산에 오차를 유발할 수 있다. 맨드릴 상쇄 광학 시스템(220) 바로 위에, 상부에 장착될 수 있는 맨드릴 고정구(230)를 위한 운동학적 장착 기구(225)가 있을 수 있다.

이제 도 3 및 도 3a 둘 모두를 참조하면, 도 3에는 예시적인 운동학적 장착 기구 조립체(325)의 개략도가 도시된다. 도 3a는 운동학적 장착 기구 조립체(325)의 평면도를 도시한다. 형성 광학 조립체 글라스 맨드릴 고정구(330)가 2개의 어드저스터 볼 핀(adjuster ball pin)(315)(도 3에는 그 중 하나만 도시됨) 및 플런저(plunger)(310)에 의해 제위치로 유지될 수 있다. 플런저(310)는 그 후방에 스프링(320)을 가질 수 있는 홈 내에서 움직이며, 스프링은 스프링 핀 조립체(345)를 나타내는 스프링 핀 조립체 스크류(340)에 의해 포획될 수 있다. 플런저(310)는 자유롭게 안팎으로 이동할 수 있어서, 노치(355)에서 맨드릴 고정구(330)와 결합할 수 있다. 노치(355)는 스프링(320)이 플런저(310)를 노치(355) 내로 가압할 때 맨드릴 고정구(330)를 원하는 위치로 클로킹된(clocked) 상태로 유지할 수 있다. 스프링 핀 조립체(345)는 플런저(310)를 통해 맨드릴 고정구(330)를 좌측(도 3에서)을 향해 가압하고, 그의 에지는 후속하여 어드저스터 볼 핀(315)에 충돌한다. 어드저스터 볼 핀들(315) 중 어느 하나의 조정은 맨드릴 고정구(330)의 전체 X, Y 위치를 조정할 수 있다. 맨드릴 고정구(330)의 높이 및 레벨은 스크류(305)를 조정하고 볼(300)을 위치시킴으로써 조정될 수 있다. 진공(350)이 맨드릴 고정구(330)와 운동학적 마운트(325) 사이의 공간에 인가될 수 있다. 진공(350)은 볼(300) 상에서 아래로 맨드릴 고정구(330)를 유지하지만, 스프링(320) 및 플런저(310)가 어드저스터 볼 핀(315)에 대항하여 맨드릴 고정구(330)를 가압하는 것이 억제될 수 있는 정도는 아니다. 형성 광학 글라스 맨드릴(335)은 맨드릴 고정구(330) 상에 위치될 수 있다. 다른 기하학적 형상의 운동학적 장착 기구(325)가 사용될 수 있다.

이제 도 3b를 참조하면, 맨드릴 상쇄 광학 시스템의 3개의 렌즈를 수용하는 봉지 렌즈 튜브(encapsulating lens tube)(360) 및 운동학적 장착 기구(325)의 분할된 도면이 도시된다. 운동학적 마운트(325)의 내측에 포함된 맨드릴 상쇄 광학 시스템의 위치가 또한 예시될 수 있다. 운동학적 장착 기구(325)는 로킹 너트(327)를 포함할 수 있다.

도 2를 다시 참조하면, 상부 개구(240)가 맨드릴 고정구(230) 바로 위에서 레일(255)에 부착될 수 있다. 상부 개구(240)는 형성 광학 글라스 맨드릴(235)에 근접하여 이에 실제로 물리적으로 접촉하지 않고서 맨드릴 고정구(230)의 상부 바로 위에 위치될 수 있다. 상이한 기하학적 형상의 상부 개구(240)가 사용될 수 있다. 저부 개구(215)보다 약간 작을 수 있는 상부 개구(240)가 형성 광학 글라스 맨드릴(235)을 빠져나가는 시준된 광 빔의 직경을 제한할 수 있어서, DWC(250)가 단지 상부 개구(240)에 의해 제한된 소정의 구역 내에서만 시준된 광으로부터 강도를 받게 할 수 있다. 상부 개구(240) 직경은 상이한 시계를 포함하도록 변화될 수 있다. 상부 개구의 목적은 상부 개구(240)의 직경의 외측에서의 광의 강도가 0과 같을 수 있는 것을 가정한 강도 수송 방정식의 해법을 위한 경계 조건을 정의하는 그 개구만을 통과하도록 광을 제한함으로써 물리적 장벽을 생성하는 것일 수 있다. 조정가능한 상부 개구(240) 또는 상부 개구(240) 및 저부 개구(215)의 다양한 조합이 동적 측정 범위를 개선하기 위해 사용될 수 있다.

대물 렌즈(245)가 상부 개구(240) 바로 위에 위치될 수 있고, DWC(250)는 대물 렌즈(245)에 부착될 수 있다. DWC(250)는 X, Y 스테이지(260) 상에 장착될 수 있다. 대안적으로, 회전 스테이지가 여기에 장착될 수 있다. DWC의 내측에, 제1 강도 이미지로부터 광학 투과축을 따라 고정된 거리에서 제2 강도 이미지가 형성되게 할 수 있는 빔 스플리터가 있을 수 있다. 2개의 이미지들 사이의 거리는 다른 고정된 값으로 변화될 수 있거나, 이동가능한 카메라를 사용하여 연속적으로 변동될 수 있다. DWC(250)와 광원(200)의 다이어프램 사이의 작동 거리는 사용되는 대물 카메라 렌즈 확대율에 의존할 수 있다. 대물 렌즈 카메라 확대율은 .333일 수 있고, 작동 거리는 69 mm일 수 있다.

DWC(250)의 3개의 정렬 위치가 있을 수 있다. 첫번째로, DWC(250) 및 대물 렌즈(245)는 위치 1에서 수직 광학 레일(255) 상에 위치될 수 있다. 위치 1에서, 대물 렌즈(245)는 이미지 1로서 참조되는, 초점이 맞춰진 제1 이미지를 생성하는 DWC(250) 내의 상부 개구(240)의 이미지를 형성한다. 두번째로, DWC(250) 및 대물 렌즈(245)는 이미지 1이 불분명해지는 위치 2에서 수직 광학 레일(255) 상에서 아래에 위치될 수 있다. 위치 2에서, DWC(250) 내의 빔 스플리터는 후속하여 이미지 2로서 참조되는, 제2 이미지의 생성을 유발할 수 있다. 마지막으로, DWC(250) 및 대물 렌즈(245)는 후속하여 최종 위치에서 이미지 1과 이미지 2 사이에 위치될 수 있다. 최종 위치에서, 이미지 1 및 이미지 2는 둘 모두 동등하게 불분명할 수 있다.

이제 도 4 및 도 4a 둘 모두를 참조하면, 도 4는 맨드릴 광학 상쇄 없이 기준의 컴퓨터 생성 광학 파면(400) 및 맨드릴 광학 상쇄를 갖는 기준 맨드릴의 광학 파면(410)의 예이다. 도 4a는 맨드릴 광학 파면을 제거한 후에 얻어진 드라이 렌즈의 컴퓨터 생성 파면(420)의 예를 예시한다. 시스템이 정렬된 후에, 수행된 제1 측정이 예(410)로서 도시된, 그 상에 렌즈가 없는 글라스 맨드릴의 광학 기준 측정일 수 있다. 그 데이터는 파면 1로서 지칭될 수 있고 저장될 수 있다. 후속하여 그 상에 렌즈를 갖는 글라스 맨드릴의 제2 광학 측정이 수행될 수 있고, 파면 2로서 지칭되는 그 데이터가 저장될 수 있다. 마지막으로, 파면 1이 파면 2로부터 디지털적으로 감산되어 420의 예로서 도시된 렌즈 파면을 산출할 수 있다.

이제 도 5를 참조하면, DWC(510)로부터 이미지 1(520) 및 이미지 2(530)의 획득을 통해 파면 측정(540)이 이뤄질 수 있는 프로세스를 예시하는 도식 다이어그램(500)이 도시된다. 측정 동안, 2개의 강도 이미지, 즉 이미지 1(520) 및 이미지 2(530)가 얻어질 수 있다. 이용되는 소프트웨어는 페이즈뷰(Phaseview)에 의해 디자인된 겟웨이브 소프트웨어(Getwave software)(버전 1.0.9)로서 참조될 수 있다. 그러나, 동일한 기능을 수행하는 다른 소프트웨어가 사용될 수 있다. 예시 목적을 위해, 이미지 1(520)은 강도 분포 1로서 참조될 수 있고 이미지 2(530)는 강도 분포 2로서 참조될 수 있다. 이들 2개의 강도 분포 이미지는 후속하여 2개의 이미지들 사이의 차이에 기초하여 소프트웨어의 내측에서 이루어질 수 있는 계산에 사용될 수 있다. 후속하여, 광학 파면이 측정으로부터 구성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 소프트웨어는 강도 수송 방정식으로서 참조될 수 있는 일반 방적식을 이용하고, 방정식은 다음과 같다:

강도 수송 방정식은 글라스 맨드릴 또는 그 상에 렌즈를 갖는 글라스 맨드릴의 측정을 허용하도록 그리고 양 측정으로부터 강도 데이터를 수집하도록 특정 알고리즘을 사용하는 방식에 의해 구현될 수 있다. 강도 데이터는 후속하여 광학 파면으로 변환될 수 있다. 광학 파면은 광의 강도 및 위상의 측면에서 광의 경로를 기술한다. 파면은 피크 대 밸리(peak to valley, "PTV")로서 제르니케 계수(Zernike coefficients) 및 편평파에 비교하여 파면 제곱 평균 제곱근(root mean square, "RMS") 중 하나 이상의 항으로 측정될 수 있다. 렌즈 없는 글라스 맨드릴의 기준 측정(파면 1) 및 렌즈를 갖는 글라스 맨드릴의 측정(파면 2) 둘 모두에 대한 파면 계산에 후속하여; 2개의 파면 파일, 즉 파면 2 및 파면 1은 렌즈의 광학 파면에 대한 값을 얻기 위해 서로 감산될 수 있다.

결론

전술된 바와 같이 그리고 아래의 특허청구범위에 의해 추가로 한정되는 바와 같이 본 개시 내용은 하나 이상의 안과용 기구의 물리적 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

Claims

안과용 기구(ophthalmic device)의 물리적 특성을 측정하기 위한 장치로서,
자유-형태 기술(free-form technology)을 사용하여 안과용 기구를 형성하기 위한 광학 맨드릴(optic mandrel)로서, 광학 효과를 포함하는, 상기 광학 맨드릴;
상기 광학 맨드릴의 광학 효과를 집합적으로 상쇄시키기 위해 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 상쇄 시스템(lens cancellation system);
상기 안과용 기구를 향한 방향으로 일정 파장의 방사선을 방출하도록 기능하는 이미터(emitter);
상기 방출된 파장에 기초하여 투과된 파면(transmitted wavefront)을 검출하도록 기능하는 센서로서, 상기 투과된 파면의 강도 및 위상은 상기 안과용 기구의 물리적 특성에 기초하여 상이할 것인, 상기 센서; 및
상기 이미터 및 상기 센서 중 하나 또는 둘 모두와 논리 통신하는 프로세서로서, 상기 반사 파면의 강도 및 위상에 기초하여 논리 신호를 전송하도록 프로그램된, 상기 프로세서를 포함하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 맨드릴, 상기 렌즈 상쇄 시스템, 상기 이미터 및 상기 센서는 정렬되는, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 맨드릴, 상기 렌즈 상쇄 시스템, 상기 이미터 및 상기 센서는 레일(rail) 상에 장착되는, 장치.
제3항에 있어서, 상기 레일은 수직 광학 레일인, 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 디지털 파면 카메라를 포함하는, 장치.
제5항에 있어서, 상기 디지털 파면 카메라는 2개 이상의 강도 프로파일의 광학 투과축을 따른 거리를 변화시키거나 연속적으로 변동시키도록 이동할 수 있는, 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 디지털 파면 카메라는 진동에 둔감한(vibration insensitive), 장치.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디지털 파면 카메라는 상기 광학 투과축을 따른 상이한 위치에서 제2 이미지의 생성을 유발하기 위해 빔 스플리터(beam splitter)를 추가로 포함하는, 장치.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디지털 파면 카메라는 광원 내의 다이어프램(diaphragm) 및 상기 광원과 상기 디지털 파면 카메라 사이의 작동 거리에 의존하는 하나 이상의 확대 렌즈를 추가로 포함하는, 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈 상쇄 시스템 및 상기 이미터와의 적절한 정렬을 위한 상기 광학 맨드릴의 배치를 위해 운동학적 마운트(kinematic mount)를 추가로 포함하는, 장치.
제10항에 있어서, 상기 맨드릴 고정구 및 상기 운동학적 마운트를 유지하기 위한 진공을 추가로 포함하는, 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상부 개구 및 저부 개구를 추가로 포함하고, 상기 상부 개구는 상기 저부 개구보다 약간 작고 강도 수송 방정식(intensity transport equation)의 해석을 위한 경계 조건을 정의하는, 관통하는 광 빔을 제한하는 것에 의한 물리적 장벽을 생성하도록 상기 맨드릴과 접촉하지 않고서 상기 맨드릴 고정구의 상부 상에 배치되는, 장치.
제12항에 있어서, 상기 상부 개구는 상이한 시계(field of view)를 포함하도록 변화될 수 있는, 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 저부 개구는 또한 동적 측정 범위를 추가로 개선하도록 변화될 수 있는, 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈 상쇄 시스템은 튜브의 내측에 3개의 렌즈를 포함하는 조립체를 포함하고, 광 빔이 상기 렌즈들 각각을 통과할 수 있고 상기 레일에 수직하게 배치될 수 있는, 장치.
제15항에 있어서, 상기 3 렌즈 상쇄 시스템은 비구면 렌즈(asphere lens), 평면-볼록 렌즈(plano-convex lens) 및 평면-오목 렌즈(plano-concave lens) 중 하나 이상을 포함하여 상기 형성 광학 맨드릴의 구면 수차(spherical aberration) 및 디포커스(defocus) 중 하나 또는 둘 모두를 상쇄할 수 있고, 이는 후속하여 상기 맨드릴 밖으로 나오는 광이 시준되도록 허용하는, 장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 안과용 기구의 하나 이상의 연속 파면 측정을 발생시키도록 실시간으로 기능하는, 장치.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출된 방사선은 단색 파장(monochromatic wavelength)을 가진 고품질 광 빔인, 장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출된 방사선은 약 630 nm 내지 약 635 nm의 단색 파장을 포함하는, 장치.
안과용 기구의 파면 측정을 얻기 위한 방법으로서,
안과용 렌즈 파면 시스템을 정렬시키는 단계;
형성 광학 맨드릴의 광학 측정을 수행하고, 형성 광학 맨드릴의 그 강도 측정을 강도 기준 파일로서 저장하는 단계;
렌즈가 그 상에 형성되었을 수 있는 형성 글라스 맨드릴(forming glass mandrel)의 광학 측정을 수행하고, 그 강도 파일을 저장하는 단계;
렌즈의 광학 파면에 대한 값을 실시간으로 얻기 위해 하나의 강도 파일을 적어도 하나의 다른 강도 파일로부터 감산할 수 있는 프로세서 내의 소프트웨어를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
제20항에 있어서, 상기 프로세서가 강도 수송 방정식 및 알고리즘을 구현하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제20항 또는 제21항에 있어서, 강도 데이터가 후속하여 광학 파면으로 변환될 수 있는, 방법.
제22항에 있어서, 상기 광학 파면은 광의 강도 및 위상의 측면에서 광의 경로를 기술하는, 방법.
제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 파면 시스템은 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 상기 장치를 포함하는, 방법.