KR20140134648A - 멀리 떨어진 파면 발생기를 지닌 굴절계 - Google Patents

Abstract

시력 검사 방법 및 장치가 개시되고, 이러한 방법은 이미지를 발생시키는 단계, 환자로부터 멀리 떨어진 이미지의 파면을 변조하는 단계, 환자의 눈 부근의, 환자의 눈에, 또는 환자의 눈 내에 있는 평면에 변조된 파면을 중계하는 단계, 환자 또는 조작자의 반응에 기초한 파면의 변조를 수정하는 단계, 및 파면 변조의 값을 조작자에게 전달하는 단계를 포함한다. 시력 검사 장치는 이미지를 발생시키고, 환자로부터 물리적으로 멀리 떨어진 이미지의 파면을 변조하며, 이미지의 변조된 파면을 환자의 눈 부근에, 환자의 눈에, 또는 환자의 눈 내에 있는 평면에 중계하고, 환자 또는 조작자의 반응에 기초한 이미지의 파면의 변조를 수정하며, 연속적으로 변조된 파면의 값을 조작자에게 전달하기 위한 장치들을 포함한다.

Description

멀리 떨어진 파면 발생기를 지닌 굴절계{A REFRACTOMETER WITH A REMOTE WAVEFRONT GENERATOR}

본 발명은 주관적인 두 눈 용의(binocular) 환자 대화식(patient-interactive) 시력 검사에 관한 것이다.

미국 특허 4,523,822호에 설명된 것과 같은 포롭터(phoropter) 렌즈 다이얼은 현재 사용중에 있는 가장 흔한 시력 검사 장치이다. 이 포롭터는 0.25D 또는 0.125D 증분(increment)들만큼 변하는 고정된 구 형상 또는 원통형 파워(power)의 렌즈들의 다이얼(dial)들로 이루어진다. 시력 검사 동안, 포롭터는 환자의 눈 앞에 놓이고, 환자가 선택된 렌즈들을 통해 시력 검사표 상의 글자들을 보는 동안, 상이한 렌즈들이 장치의 보기 구멍 내로 다이얼된다. 각각의 렌즈 조합으로 환자에 의해 인지된 이미지 명확도에 있어서의 증가 또는 감소에 기초하여, 눈의 굴절 파워(refractive power) 측정자는 반복적으로 시력을 보정하는 구 형상 그리고 원통형인 렌즈들의 최상의 조합을 결정한 다음, 안경알 처방으로서 이들 값을 기록한다. 당업자에게는 종래의 안경알 처방들이 렌즈 굴절 파워, 즉 "D"(+1디옵터의 옵티컬 파워를 지닌 렌즈는 1m에서 나란한 광에 초점을 맞춘다)로 제공되고, 0.25D 또는 0.125D의 해상도(1/4 디옵터 또는 1/8 디옵터)의 증분들을 가진다는 점이 알려져 있다.

당업자에게는, 포롭터가 그것의 고정된 파워 렌즈들의 파워에 있어서의 차이만큼 제한되는 측정 해상도를 포함하는 부족분들과, 기구 조절(accommodation), 제한된 시계, 및 일부 환자들이 불명료하게 느끼는 검사 작업들을 야기하는 경향이 존재한다는 사실이 알려져 왔다.

미국 특허 3,305,294호에서는, Alvarez가 옵티컬 파워를 조정할 수 있는 2개의 소자로 된 렌즈 시스템을 설명하였다. Alvarez 렌즈는 쌍으로 된 렌즈 소자들로 이루어져 있고, 그러한 렌즈 소자 각각은 3차 다항식에 의해 규정된 표면 형상을 지니고 있다. Alvarez 렌즈 쌍의 한 소자가 그것의 광학 축에 수직인 방향으로 옮겨졌을 때에는, 렌즈 쌍의 옵티컬 파워가 그 옮겨진 양에 따라 변한다.

미국 특허 3,874,774호에서는 Humphrey가 HVA(Humphrey Vision Analyzer)라고 본 명세서에서 언급되는 주관적이고, 두 눈 용의 시력 검사 기구를 설명하였다. 고정된 파워의 렌즈를 사용하기보다는 HVA는 구형 보정을 제공하기 위해서는 가변적인 파워 Alvarez 렌즈들의 단일 쌍을 통합하였고, 각각 0°내지 90°와 45°내지 135°의 축을 따라 가변적인 난시용 보정 파워를 제공하기 위해서 기구의 광학 축을 따라 연속하게 배치된 Alvarez 렌즈들의 제 2 쌍과 제 3 쌍을 통합하였다. 고정된 축들과 가변적인 파워의 2개의 Alvarez 원통형 렌즈들의 용도는 0.125D 또는 0.25D 증분들만큼 임의의 바라는 축에서 결과로서 생기는 원통형 파워를 발생시키기 위해 사용되었다. HVA 굴절계에서의 가변적인 파워 Alvarez 렌즈들의 사용은 포롭터에서의 고정된 파워의 렌즈들과 유사한 종래 기술의 장치들에 비해 독창적인 특징이었다.

포롭터와 유사한 종래 기술의 방법들에서는, 보정 렌즈들이 환자의 바로 앞에 물리적으로 놓인다. HVA에서는, 렌즈들이 환자와 조작자 사이에 개재된 캐비닛에 멀리 떨어져 위치하였고, Alvarez 렌즈들의 광학 성질들이 이미지화되거나 또는 환자로부터 대략 3m 앞에 위치한 오목한 필드 미러(field mirror)에 의해 환자의 눈 부근의 적절한 평면으로 광학적으로 중계되었다. Humphrey는 이러한 배치를 "팬텀(phantom) 렌즈 아키텍처"라고 부르고, 이러한 배치는 환자의 눈들에 가까이에 부피가 큰(bulky) 장치의 배치를 제거하였다. HVA 필드 미러로 이미지들을 볼 때, 환자에게는 눈에 보이지 않는 "팬텀(phantom)" 보정 렌즈들이 환자의 눈들 앞에 놓여 있는 것처럼 보이게 되고, 기구 조절, 포롭터들에 내재된 에러의 공통 소스, 및 유사한 종래 기술의 장치들의 유도 없이, 자연스런 보기 상태 하에서 시력 검사가 행해지는 것이 허가된다.

1975년에 특허 문헌 3,874,774호가 나온 이래로, 렌즈 제조 기술에 있어서의 향상이 이제는 안경 렌즈들이 포롭터, HVA, 및 다른 종래 기술의 시력 검사 방법들에 의해 제공된 0.125D 및 0.25D의 해상도보다 대략 10배나 더 큰 해상도인 0.01D 이하인 해상도까지 제조될 수 있게 한다. 이제는 콘택트 렌즈 제조에서, 그리고 LASIK 및 PRK 수술을 통해 레이저 비전 치료(vision treatment)에 의해, 비슷한 해상도들이 얻어질 수 있다.

수차계들, 파면 센서들, 및 공간적으로 분해된(resolved) 굴절계들이 또한 구면수차, 코마(coma), 및 트레포일(trefoil)과 같은 눈의 더 높은 차수의 수차들을 측정하기 위해 최근에 이용 가능하게 되었다. 다양한 광학 보정들의 디자인들로 수차분석 측정들을 통합하는 것은, 0.125D 또는 0.25D로 제한된 해상도를 가지는 구 형상 렌즈와 원통형 렌즈의 종래의 안과 측정들에만 기초하는 보정들보다는 환자들에게 더 나은 시력, 향상된 착용감, 및 개선된 필드의 깊이를 제공할 수 있다.

뉴로(neuro)-안구전체수차 에러에 기초한 시력 측정의 새로운 방법과, 종래의 안과 처방 또는 안구의 수차분석 측정들보다 훨씬 더 정확하다고 본 발명의 발명자들이 주장하는 측정 규준에 관한 미국 특허 7,703,919B2호와 7,926,944B호가 발표되었었다.

비록, Humphrey 시력 분석기가 종래 기술의 두 눈 용의 시력 검사 장치들에 비해 개선된 특징들을 가졌지만, HVA의 굴절 광학 해상도는 포롭터의 것보다 더 나은 것이 없었는데, 이는 장치들의 조정 가능한 렌즈들이 안과 처방을 대리 실행하기 위해 사용되었고, 장치의 최대 측정 해상도가 0.125D였기 때문이다. HVA는 더 높은 차수의 수차들이나 뉴로-안구전체수차 에러와 같은 새로운 시력 측정 규준들을 얻을 가능성을 가지고 있지 않았다. 달리 말하자면, HVA는 0.125D의 최소 증분들로 고정된 구면원주 방식을 제외하고 이미지의 파면을 변조할 수 없었다.

HVA에서, 환자는 이미지를 수직 방향으로 10°오프셋된 각도로 필드 미러로 이미지를 보았다. 이러한 축에서 벗어난 보기 각도는 원치 않는 난시 및 더 높은 차수의 수차들 모두를 유발하였다. 이렇게 유발된 난시를 보상하려는 시도로, Humphrey는 구 형상 미러를 교시한 다음, 그러한 미러를 미국 특허 4,043,644호에 설명된 기계적인 클램프(clamp)로 도넛 형상으로 변형하였다. 하지만, 일단 의사의 사무실에서 설치되면, 그러한 미러가 시간에 따라 원하는 형상을 유지하는 것을 보장할 수 없었다. 축을 이탈한 보기 및/또는 미러 형상의 왜곡에 의해 야기된 더 높은 차수의 수차들은 HVA 장치에서 검출되거나 보정되지 않았다. 이들 결점은 장치의 광학적 성능과 정확도, 그리고 HVA에 의해 이루어진 굴절 측정을 제한하고, 이로 인해 그러한 측정을 이용하여 처방된 교정 안경의 성능을 떨어뜨렸다.

3,874,774호 발명의 또 다른 한계는 바라는 교정 파워로 HVA를 설정하는데 필요한 복잡한 방법이었다. 조작자는 먼저 구 형상 파워를 설정하기 위해 하나의 제어 휠(wheel)을 다이얼한 다음, 바라는 난시도와 축을 설정하기 위해 2개의 상이한 휠을 다이얼하는 것이 요구된다. 난시 교정이 각각 상이한 다이얼에 의해 제어된 2개의 Alvarez 원통형 렌즈의 파워의 결과로 생기는 벡터 합이었기 때문에, 난시의 파워 및 축을 설정하는 것은, 조작자, 특히 단일 놉(knob)이 원통형 파워의 축을 제어하고, 제 2 놉이 원통형 파워를 제어한 포롭터의 사용에 대해 훈련된 조작자에 대해서는 어렵고 이해하기 쉽지 않은 일이었다.

HVA 광학은 실험실 공간의 상당한 부분을 점유하는 검사자와 완자 사이에 개재된 부피가 큰 책상에 수용되었다. 그러한 책상은 눈 건강 검사들을 행하기 위해 필요한 기구들인 간접 검안경과 슬릿 램프 현미경을 의사가 사용하지 못하게 하고, 환자로의 의사의 접근을 방해하였다. 이는 작업 흐름에 있어서의 지연과 환자에 불편함을 야기하였다.

특허 문헌 3,874,774호에 기재된 장치가 지닌 이러한 그리고 다른 한계를 극복하기 위해, 시력 검사를 위한 새로운 방법 및 장치가 본 명세서에서 설명된다.

이미지를 발생시키는 단계, 환자로부터 멀리 떨어진 이미지의 파면을 변조하는 단계, 환자의 눈 부근의, 환자의 눈에, 또는 환자의 눈 내에 있는 평면에 변조된 파면을 중계하는 단계, 환자 또는 조작자의 반응에 기초한 파면의 변조를 수정하는 단계, 및 파면 변조의 값을 조작자에게 전달하는 단계를 포함하는 시력 검사 방법이 개시된다.

이미지를 발생시키기 위한 수단, 환자로부터 물리적으로 멀리 떨어진, 이미지의 파면을 변조하기 위한 수단, 이미지의 변조된 파면을 환자의 눈 부근에, 환자의 눈에, 또는 환자의 눈 내에 있는 평면에 광학적으로 중계하기 위한 수단, 환자 또는 조작자의 반응에 기초하여 이미지의 파면의 변조를 변화시키기 위한 수단, 및 연속적으로 변조된 파면의 값을 조작자에게 전달하기 위한 수단을 제공하는 시력 검사 장치가 개시된다.

도 1은 환자가 검사 의자에 착석한 상태에 있는, 장치의 개략 측면도.
도 2는 환자가 착석하는 의자와 후방 타워의 사시도.
도 3은 조정 가능한 렌즈들이 제거된 우측 눈과 좌측 눈에 대한 파면 발생기들의 부분 평면도.
도 4는 조정 가능한 렌즈들이 제 위치에 있는 상태에서의 우측 눈에 대한 파면 발생기의 부분 상세도.
도 5는 도 4에 도시된 조정 가능한 렌즈 요소들의 동일성을 열거하는 테이블.
도 6은 시스템 컴퓨터의 입력들과 출력들의 블록도.

일반적으로, 본 발명의 장치는 8'×10'의 전형적인 치수들을 가진, 눈 돌봄 전문가들(eye care professionals)의 검사 레인(lane)에서 배치되도록 의도된다. 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 장치는 타워(1), 검사 의자(2A), 반사성 필드 미러(4)와 하나 이상의 선택적 카메라(4A)를 수용하는 뷰포트(viewport)(3), 및 조작자 제어 단말기(5)로 이루어진다. 장치로 시력 검사를 받는 환자(1A)는 박스(9)로 표시된 바라는 검사 위치 내에서 환자의 눈들에 놓이도록 조정되는 검사 의자 시트(8)에 착석한다. 이미지들은 광학 트래이(tray)(10)에서의 파면 발생기들(10A)이나 다른 수단에 의해 발생되고, 그러한 이미지들이 바라는 검사 위치(9) 내에 위치한 환자의 눈들에 반사되는 뷰포트(3)에서 필드 미러(4)로 향한다. 환자 뒤에서는, 후방 캐비닛(1)이 컴퓨터, 전원, 및 다른 전문 전자 장치들을 수용하여, 광학 트래이(10)에 위치한 파면 발생기들을 제어한다. 광학 트래이로부터 투영된 이미지들은 필드 미러(4)에 의해 반사되고 환자에게 보여진다.

도 2는 수직 타워(1) 앞에 인접하게 위치하는 검사 의자(2A)의 사시도를 보여주는 것으로, 이러한 검사 의자(2A)는 바람직하게는 기계적으로 타워(1)로부터 고립되어, 의자에서의 환자의 움직임들이 타워에서의 광학 구성 성분들로부터 고립된다. 검사 의자는 시트 부분(8)을 가지고, 이러한 시트 부분(8)의 위치는 시스템 컴퓨터에 반응하도록 만들어질 수 있는 의자(11)의 베이스에 위치한 모터 수단을 통해 조정 가능하다. 시트 백(back)은 시스템 컴퓨터에 반응하도록 만들어진 수동 수단이나 자동 수단을 통해 조정 가능할 수 있는 헤드 레스트(rest)(12)를 가진다. 검사 동안 환자를 안정시키는데 도움을 주기 위해 광학 트래이(10)의 밑면으로부터 선택적인 헤드 구속장치(restraint)(도시되지 않음)가 배치될 수 있다.

검사 의자는 각각 환자 입력 수단(15)을 지원하기 위한 플랫폼(14)을 가지는 팔걸이(13)들을 가진다. 바람직한 일 실시예에서, 입력 수단은 환자가 검사 동안 시스템 컴퓨터에 입력을 제공하기 위해 회전하고, 다른 형태로 바꾸며, 내리누를 수 있는 회전식 햅틱(haptic) 다이얼이다. 적절한 햅틱 제어기들은 Immersion Technologies사(San Jose, California 95131)에 의해 제조되고, 그러한 제어기들은 특히 검사하는 동안 시스템에 직관적으로 얻는 입력을 제공하기에 적합하다. 마우스, 조이스틱, 회전 제어, 접촉에 민감한 스크린, 목소리, 및 다른 제어 수단과 같은 다수의 다른 입력 장치들이 알려져 있고, 그들 중 임의의 것은 본 발명의 장치로 사용하기 위한 대안적인 실시예들로서 이용될 수 있다.

도 3은 조정 가능한 렌즈들과 액세서리 렌즈들이 제거된, 우측눈(18)과 좌측눈(19)에 대한 파면 발생기들의 평면도를 보여준다. 우측눈(20)과 좌측눈(21)을 위한 디스플레이 수단이 이미지들을 발생시킨다. 한 가지 적절한 이미지 발생 수단은 Emagin Company사(Bellevue, Washington)에 의해 만들어진 모델 SXGA OLED-XL^TM이다. 다수의 다른 이미지 발생 수단과 양상들이 LED, OLED, DLP, CRT, 및 다른 수단을 포함하는 분야에 알려져 있고, 이들 중 임의의 것 또는 전부는 본 발명의 장치로 사용하기 위한 대안적인 실시예들에 대해 적합할 수 있다.

우측눈(20)과 좌측눈(21)에 의해 발생된 이미지들은 조준 렌즈들(22, 23)을 통과한다. 그러면 이미지들의 조준된 광은 도 4에 상세히 도시되고 아래에 설명된 액세서리 렌즈 요소들과 조정 가능한 Alvarez 렌즈 요소들의 더미를 횡단하고, 그러한 더미에서, 우측눈에 대해서는 빔 터닝(beam turning) 미러들(24, 26)에 의해, 좌측눈에 대해서는 터닝 미러들(25, 27)에 의해 방향이 바뀐 다음 필드 미러(29) 쪽으로 향하게 된다. 빔이 필드 미러를 향하게 하고, 환자의 동공 사이 거리(28)의 것에 좌측 빔 경로와 우측 빔 경로 사이의 간격을 조정하기 위해, 렌즈들(24, 25, 26, 27)의 위치 및 각도는 시스템 컴퓨터에 반응하도록 만들어진다. 장치용으로 적합한 조정 가능한 렌즈들은 미국 특허 3,305,294호에서 Alvarez에 의해 설명된 렌즈들이다. 이들 렌즈들은 렌즈 요소들의 쌍들로 이루어지고, 이러한 렌즈 요소들 각각은 3차 다항식에 의해 설명될 수 있는 표면 형상을 가지며, 각각의 요소는 동료(fellow) 요소의 미러 이미지이다. 렌즈 요소들이 그러한 요소의 광학 축에 수직인 방향으로 서로에 대해 병진 운동하게 될 때에는, 그러한 렌즈 요소들을 통과하는 이미지에 주어진 옵티컬 파워는 병진 운동의 양의 함수로서 변한다. 렌즈들은 주위 프레임들에 장착되어 있고, 그것들의 움직임이 시스템 컴퓨터에 반응하도록 모션(motion) 수단(28)에 의해 병진운동이 이루어진다. 이미지의 파면은 그러한 이미지가 각각의 렌즈 요소를 횡단할 때 변한다. 이미지가 파면 발생기의 마지막 광학 요소를 빠져나갈 때 주어진 총 변화를 본 명세서에서는 이미지의 파면의 변조(modulation)라고 부른다. 그러한 변조는 또한 당업자에게 알려진 다른 적합한 광학 수단에 의해 실행될 수 있다.

당업자에게는 Alvarez 렌즈 요소들의 형상을 규정하는 방정식들의 계수들이, 예를 들면 ZeMax(Radiant ZEMAX LLC, 3001 112th Avenue NE, Suite 202, Bellevue, WA 98004-8017 USA)와 같은 적합한 광학 디자인 소프트웨어를 이용함으로써, 그것들의 광학적 성능을 향상시키도록 최적화될 수 있다는 사실이 알려져 있다. 성능을 향상시키기 위한 조정 가능한 렌즈들의 그러한 변경예들은 본 개시물의 범주 내에서 충분히 구상된다.

이미지의 파면을 변조하기 위해 파면 발생기에서 사용될 수 있는 다른 타입의 조정 가능한 렌즈들과 미러들이 관련 분야에 알려져 있고, 그것들은 본 개시물의 범주 내에 있는 것으로 간주된다. Edmunds Optics사(101 East Gloucester Pike, Barrington, NJ08007-1380)에 의해 만들어진 것들과 같은, 컴퓨터에 반응하도록 만들어질 수 있는 변형 가능한 미러들이 알려져 있다. 하나의 대안적인 실시예로서, 위에서 설명한 조정 가능한 Alvarez 렌즈들이 고정된 렌즈들, 하나 이상의 변형 가능한 미러들, 또는 고정된 렌즈들, 변형 가능한 렌즈들, 및 Alvarez 렌즈들의 임의의 조합으로 대체될 수 있고, 본 개시물의 범주 아래에 남아 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서는 받침대나 다른 장치에 배치된 하나 또는 복수의 분리된 렌즈들이 이미지의 파면을 변조하기 위해 대체될 수 있다.

도 4는 조정 가능한 Alvarez 렌즈 쌍들과, 디스플레이 수단(20)에 의해 생성되는 이미지의 파면을 수정하기 위해 사용되는 액세서리 렌즈 쌍들(29 내지 45)을 보여주는 우측눈용 파면 발생기를 좀더 상세히 보여주는 도면이다. 이들 렌즈의 동일성은 도 5에 도시되어 있다.

바람직한 일 실시예에서, Alvarez 렌즈 요소들의 선형 분리와 이미지의 파면의 구 형상 변조 사이의 관계는 2.1㎜=1D인 것으로 발견되었고, Alvarez 렌즈 요소들의 선형 분리와 이미지의 파면의 원통 형상 변조 사이의 관계는 1.8㎜=1D인 것으로 발견되었다.

적합한 자기 또는 광학 위치 인코더(Renishaw's Encoder Read Head T100115A and Encoder Scale A-9420-0006M에 의해 제공된 것과 같은)는 렌즈 요소들(29-45)의 바닥에 놓여질 수 있고, 렌즈 요소들의 위치를 결정하는데 사용하기 위해 신호가 시스템에 보내진다. 그러한 수단은 연속 동작 목적들을 위해 또는 교정을 위해 이용될 수 있다.

일반적으로, 도 5에 열거된 광학 요소들은 -20D부터 +20D까지 걸쳐 있는 구-원통 굴절 에러들 정정의 전 범위와 8D까지 또는 8D를 넘는 난시 교정을 제공하기 위해 이미지의 파면을 변조하도록 선택될 것이라는 점이 구상되어진다. 이러한 장치는 0.005D 내지 20D 증분들 사이의 범위에서 조작자에 의해 바라는 임의의 증분만큼 연속적으로 조정 가능한 파면 변조를 제공할 수 있다. 이러한 가변적인 해상도의 연속적으로 조정 가능한 파면 변조는, 종래 기술의 HVA, 포롭터, 및 다른 종래 기술에 비해 보다 중요한 개선점인데, 이는 높은 해상도 스텝(step)들(예를 들면, 0.01D)이 최상의 시력을 달성하고, 0.125D와 0.25D의 해상도로 제한되는 종래의 안과학 안경 처방보다 훨씬 더 높은 해상도의 시력 교정 안경에 대한 사양들을 생성하기 위해 매우 정교한 파면 변조들을 제공하도록 선택될 수 있다. 이러한 창의적인 특징을 제공함으로써, 본 발명의 장치는 안경 렌즈 제조 기술들의 새로운 발생이 이제 정확하게 생성할 수 있는 해상도까지 시력 교정 안경에 대한 사양들을 제공할 수 있다. 그러한 가변적인 해상도는 또한 시력 검사를 빠르게 하기 위해 낮은 시력을 지닌 환자들을 검사하는 것과 같은 일정한 상황들에서, 조작자가 낮은 해상도의 스텝들(예를 들면, 1.0D)로 장치를 설정하기에 유용하다.

이미지의 파면의 구 형상 성분과 원통 형상 성분을 변조하는 것 외에, 본 명세서에서 설명된 파면 발생기는 렌즈 요소들(31, 32)의 모션들을 조종하는 것에 의한 구면 수차와 렌즈 요소들(33, 34)의 모션들을 조종하는 것에 의한 코마 수차와 같은 더 높은 차수의 수차들의 교정을 달성하기 위해, 파면을 변조할 수 있다. 한 가지 대안적인 실시예로서, 파면 발생기는 구면 에러와 난시 에러를 변조하기 위해 고정되고 조정 가능한 렌즈 요소들을, 그리고 이미지의 파면의 더 높은 차수의 수차들을 변조하기 위해 변형 가능한 미러 요소들을 이용할 수 있다.

도 1은 필드 미러(4)를 수용하는 뷰포트(3)의 측면도를 보여준다. 바람직한 일 실시예에서, 필드 미러는 그 형상이 둥글게 되어 있고, 대략 2.5M의 곡률 반경과 10"와 24" 사이의 직경을 지닌 구 형상의 오목한 굴곡을 가진다. 그러한 미러들은 망원경 적용예들에서 알려져 있고, Star Instruments사(Newnan, GA30263-7424)로부터 적합한 미러가 획득될 수 있다. Arizona에 있는 Composite Mirrors Applications사로부터 획득할 수 있는 CFRP(carbon fiber reinforced polymer) 구 형상의 직사각형 미러들과 같은 구 형상 미러들에 대한 대안적인 실시예들이 알려져 있다.

필드 미러에 대한 대안적인 실시예들은 비구면 미러, 도넛형 미러, 형상이 원이 아닌 미러, 및 플라노(plano) 미러의 사용을 포함한다.

바람직한 일 실시예에서, 미러의 곡률 반경은 미러까지의 환자의 눈들의 안경 평면(명목상의 검사 위치(9)에서의)과 필드 미러까지의 파면 발생기에서의 렌즈들의 중심으로부터 사이의 대략적인 거리에 대응한다. 당업자에게는 오목한 구면 미러의 초점 길이(또는 곡률 반경에서의)의 2배인 거리에 놓인 실제 물체가 배율이 1인, 즉 "단위 배율(unity magnification)"을 지닌 물체의 실제 반전된 이미지를 만들게 된다는 점이 알려져 있다. 이러한 구성에서, 물체와 이미지는 켤레 면(conjugate image)들을 점유하고 있다고 말해지고, 렌즈들과 미러들의 성질은 당업자에게 공지되어 있다. 달리 말하자면, 물체와 그것의 이미지가 켤레 면들을 점유할 때, 물체 평면에서의 물체의 광학적 특성들은, 마치 물리적 물체 자체가 이미지 평면에 위치한 것처럼 이미지 평면에서 이미지에 의해 정확히 재현된다고 얘기될 수 있다. 또한 물체는 켤레 이미지 평면에 광학적으로 중계되었다고 얘기될 수 있다.

특허 문헌 3,874,774호의 창의적인 특징은, 오목한 미러들의 광학 중계 특성이 물리적인 물체들뿐만 아니라 교정 광학 렌즈들에 적용될 수 있다는 인식이었다. 구체적으로, Humphrey는 오목한 필드 미러의 곡률 반경과 같은 거리에 위치한 조정 가능한 Alvarez 렌즈들의 교정 파워(corrective power)가 켤레 이미지 평면에서 오목한 미러로부터 등거리인 위치로 효과적으로 중계된다는 점을 인지하였다. 환자의 안경 평면이 필드 미러의 곡률 중심에 위치하고, 교정 조정 가능한 렌즈들이 동일한 거리만큼 떨어져 있었다면(비록 미러에 대해 약간 상이한 각도일지라도), 교정 조정 가능한 렌즈들의 특성들은 환자의 안경 평면에 광학적으로 중계된다.

또한, 장치를 "단위 배율"로 또는 "단위 배율"의 상태 가까이에서 동작시키는 것이 하나의 바람직한 실시예라는 점이 당업자에게 분명하게 될 것이다(즉, 교정 렌즈들과 환자의 안경 렌즈들이 곡률 반경과 같은 거리만큼 오목한 구 형상 필드 미러로부터 거리를 두고 위치할 때). 하지만, 비(non)-단위 배율로 이미지화된(imaged) Alvarez 렌즈들로부터 생긴 유효 렌즈 파워에 있어서의 변화들은 다음 방정식에 의해 보상될 수 있다는 점이 알려져 있다.

Po = Pc(M)²

여기서, Po는 환자의 안경 평면에서의 렌즈의 유효 파워이고, Pc는 파면 발생기에서의 교정 렌즈들의 파워이며, M은 Do/Di로 주어진 배율이고, 이 경우 Do는 교정 렌즈들과 필드 미러 사이의 거리이며, Di는 필드 미러와 환자의 눈들 사이의 거리이다. 이러한 관계는 환자의 눈들이 곡률 반경에서 외의 필드 미러로부터 일정 거리들만큼 떨어져 있을 때 Po를 조정하기 위해 이용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨터로의 제어 입력들을 제공하고 장치로부터 디스플레이들을 받기 위해 조작자에 의해 사용된 디스플레이 단말기(5)를 지원하기 위해, 데스크(5A)가 제공된다. 시스템으로의 조작자 입력은 종래의 키보드, 마우스, 또는 검사 동안 장치를 제어하기 위한 선택적인 햅틱 수단(15)에 의해 제공될 수 있다. 이들 장치는 종래의 케이블, 광섬유, 또는 무선 수단을 통해 시스템 컴퓨터에 연결된다. 목소리와 제스처 입력과 같은 다른 입력 수단이 당업자에게 알려져 있고, 이들 및 다른 입력들은 본 개시물의 범주 내에 있는 것으로 간주된다.

도 6은 장치의 상이한 서브시스템들로의 시스템 컴퓨터(50)의 입력들과 출력들을 보여준다. 카메라(46)는 정보를 시스템 컴퓨터(50)로 입력을 제공하는 환자 위치 검출기(49)에 제공한다. 조작자 입력들(47)과 환자 입력(48)들이 시스템 컴퓨터에 제공된다.

시스템 컴퓨터(50)는 입력들을 받고 데이터베이스 저장 시스템(52)에 출력들을 제공하는데, 이러한 입력들과 출력들은 바람직한 일 실시예에서는 인터넷(51)을 통해 전송될 수 있다.

시스템 컴퓨터(50)는 디지털 디스플레이(57, 58)를 실행시키는 디스플레이 드라이버(55)들에 출력들을 제공하고, 이러한 디지털 디스플레이(57, 58)는 전술한 유기 발광 다이오드들일 수 있다. 시스템 컴퓨터(50)는 각각 파면 발생기들(59, 60)의 좌측 채널과 우측 채널용 조정 가능한 렌즈들을 구동하는 액추에이터들을 조종하는 렌즈 모션 제어 시스템(56)에 출력들을 제공한다.

바람직한 일 실시예에서, 하나 이상의 카메라(4A)로부터의 정보는 환자의 눈들과 뷰포트 미러 사이의 거리를 결정하기 위해, SmartEye(스웨덴 Gothenburg 소재의 Smart Eye AB에 의해 생성된); Tobbi(스웨덴 Danderyd 소재의 Tobii Technology AB에 의해 생성된); 또는 faceLAB(미국 애리조나주 Tucson 소재의 Seeing Machines사에 의해 생성된)와 같은 적절한 눈 추적(tracking) 소프트웨어로 보내질 수 있다. 일단 이러한 거리가 알려지면, 위에서 열거된 공식이 환자의 실제 위치에서의 렌즈의 유효 파워를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 특징은 시스템이 파면 발생기에서 렌즈들의 유효 파워에 적용될 교정을 자동으로 계산하면서, 정해진 범위(9) 내에서 환자가 자유롭게 움직이는 것을 허용한다. 이는 종래 기술에 비해 독창적인 한 가지 중요한 특징인데, 이는 그러한 본 발명의 특징으로 인해 환자가 자연스런 보기 상태 하에서 검사를 받고 이마 또는 머리 받침대에 의해 구속되지 않고 자유롭게 움직이는 것을 허용하기 때문이다. 또한 적절한 보정 인자가 환자의 실제 위치에 기초하여 적용되는 것을 보장함으로써, 측정의 정확도를 향상시킨다.

이러한 공식은 그러한 비단위(non-unity) 배율들에서 장치의 동작에 대해 교정하기 위해, 보정 테이블들을 통해 및/또는 Alvarez 스택(25A)에서 렌즈들을 조정함으로써, 교정 전환(corrective conversion)들을 제공할 수 있다. 그러한 교정들은 조작자에 의한 입력 없이 자동으로 컴퓨터 시스템에 의해 만들어질 수 있다. 또한 Alvarez 스택에서 하나의 위치만이 곡률 중심에 있을 수 있고, 교정 인자들은 곡률의 중심에 인접하게 위치하는 스택에서의 렌즈들에 적용되어야 한다는 점이 알려져 있다. 장치의 교정 및 정확도를 더 증대시키기 위해, 공간적으로 분해된 굴절계, 또는 Hartmann Schack 장치와 같은 파면 센서가 검사 중에 환자의 눈들에 의해 잠재적으로 점유될 수 있는 위치들에 놓일 수 있다. 파면 센서를 박스(9)에서의 각각의 위치에 놓고, 각각의 위치에서 파면 변조의 전체 범위를 만들도록 파면 발생기를 설정함으로써, 각 위치에 대한 보정 또는 교정 값들과, 파면 변조의 정도를 제공하는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이, 이러한 개시 내용은 환자들과 그들을 진단하는 기구들에 의사가 방해받지 않고 접근하는 것을 허용하면서, 종래 기술의 HVA 장치에 의해 요구되는 것보다 검사 레인 발자국의 단편(fraction)을 점유하고, 무게와 크기가 감소한 향상된 구성을 지닌 원격 파면 발생기를 굴절계에 제공한다.

본 발명의 장치는 종래 기술의 HVA 장치에서 보상되거나 측정되지 않았던 필드 미러를 통한 축-이탈(off-axis) 보기(viewing)에 의해 유발된 더 높은 차수의 수차들과 난시 교정을 위해 제공하고, 기계적으로 주름이 잡힌(crimped) 필드 미러의 사용을 회피함으로써, HVA보다 훨씬 더 향상된 광학 성능을 그 특징으로 한다. 이러한 장치의 광학적 성능은 환자의 눈들의 위치, 축을 벗어난 방식으로 필드 미러를 사용하는 것, 및 조정 가능한 렌즈 요소들의 누적되는 에러들에 의해 유발된 알려진 광학 에러들에 기초한 파면 발생기에서의 조정 가능한 렌즈 요소들의 자동 조정에 의한 광학 에러들의 교정에 의해 더 향상된다. 이러한 장치는 또한 종래 기술의 HVA에서 사용된 렌즈 쌍들에 비해 우수한 이미지 품질을 제공하도록 최적화되는 형상들을 지닌 조정 가능한 Alvarez 렌즈들을 사용한다.

이러한 장치는 다양한 처방에 의해 제공된 시각적 성과와 상이한 교정 제품들을 비교하기 위해 매우 사실적인 실제(real-world) 장면들의 투영을 포함하는, 임의의 형상, 컬러, 또는 원하는 콘트라스트를 지닌 이미지들을 발생시키기 위한 향상된 수단을 제공한다. 고정되거나 움직이는 장면들의 이미지들이 시력 검사를 위해 제공될 수 있어, 종래 기술의 방법들에 비해 환자의 검사 경험을 더 향상시킨다. 이러한 장치는 검사 동안의 교정 렌즈들의 파워를 매우 정확하게 결정하기 위한 향상된 디지털 수단과, 기구를 보정하기 위한 향상된 수단을 제공한다. 이러한 장치는 조작자에게 바라는 임의의 분리된 범위, 예를 들면 0.01 또는 1.0D 스텝들로 굴절 파워을 변경하기 위한 수단을 제공한다. 조작자는 또한 조작자의 돌봄 없이 자동으로 렌즈들이 취할 교정을 열거할 수 있다. 장치는 조작자를 위한 향상된 수단과, 좀더 직관적이고, 좀더 정밀하며, 조작자들과 환자들이 사용하기에 더 쉬운 환자 제어 입력을 제공한다. 이러한 장치는 종래 기술의 시력 검사 장치들의 사용에 비해 새롭고 호감이 가는 임상 경험을 환자에게 제공하면서, 좀더 정확하고 더 높은 해상도 측정을 가져오는 더 빠른 자각식 굴절검사(subjective refraction)를 허용하게 된다.

장치의 파면 발생기에 있어서의 교정 렌즈들은 컴퓨터에 의해 자동으로 움직여짐으로써, 종래 기술의 장치들에 있어서 요구되는 것과 같이, 조작자에게 수동 조작과 높은 수준의 손재주에 대한 필요성을 경감시킨다.

검사자와 환자 사이에 개재되어 있지 않은 위치에 존재하는 파면 발생기를 포함하는 장치의 고유한 아키텍처는 장치에 공간적으로 분해된 굴절계, 검영기, Schack-hartmann 수차계, 슬릿-램프 생체 현미경, 슬릿-램프 카메라, 및 산동식안저 카메라(fundus camera)와 같은, 많은 광학적인 액세서리들을 추가하는 것을 가능하게 한다. 장치로의 이러한 액세서리 추가는 HVA나 다른 종래 기술 장치들에 의해 제공되지 않는, 눈 돌봄 전문가에게 새롭고 유용한 기능들을 제공할 수 있다.

본 발명의 장치의 사용시, 가변적인 구 형상, 난시, 및 선택적인 더 높은 차수의 광학 파워들을 지닌 광학 요소들로 이루어진 파면 발생기들이 환자의 눈들로부터 멀리 떨어진 위치에 놓여 컴퓨터에 반응하게 만들어진다. 교정 광학 기기들과 환자의 눈들 사이에는 교정 광학 기기들의 실제 이미지의 초점을 환자의 눈 또는 안경 평면에 맞추는 구 형상 또는 도넛 형상의 오목한 필드 미러의 형태로 바람직하게 되어 있는 초점 맞춤 또는 광학 중계 광학 기기들이 놓인다. 프로젝터, 바람직하게는 장치의 컴퓨터의 제어하에 있는 디지털 디스플레이가, 파면 발생기와 환자 사이의 켤레 이미지 위치로 파면 발생기를 통해 실제 이미지를 투영한다. 시력 검사 및 눈의 굴절 파워 측정에 있어서, 시력 교정을 위한 처방을 결정하기 위해 교정 광학 기기(corrective optics)가 주관적인 환자의 반응들에 기초하여 변한다.

컴퓨터의 조종 하에, 필드 미러 자체의 수차들, 환자의 위치, 및 조정 가능한 교정 광학 기기의 누적 에러들에 대해, 축을 벗어난 시야각에서 필드 미러의 사용으로 야기된 다른 수차들과 초점 맞춤 에러들에 관한 자동 교정(auto-correct)을 위한 교정 광학 기기들이 만들어진다. 환자는 목소리 명령들이나 디지털 입력 제어기를 통해 장치에 입력을 제공한다.

이 장치는 종래 기술의 팬텀 렌즈 굴절계들과 시력 교정을 위한 처방들을 궁리하고 시력 장애들을 측정하기 위한 다른 종래 기술의 굴절계들의 결점들을 극복하는 새롭고 창의적인 특징들을 지닌 원격 파면 발생기를 지닌 굴절계를 제공한다. 이러한 장치는 종래 기술의 방법들보다 우수한 수준의 정확도와 정밀도를 가지고 시력을 측정하고 오류 발생이 쉬운 종래 기술의 수단에 비해 우수한 시력 및 향상된 착용 편안함을 제공하는 교정을 위한 디자인들을 지정하도록 눈 돌봄 전문가들이 사용하게 디자인된다.

Claims (24)

1. 시력 검사 방법으로서,
   a. 환자가 볼 수 있는 정적인 또는 동적인(영화) 이미지를 발생시키는 단계;
   b. 파면을 변조하기 위한 수단이 상기 환자로부터 물리적으로 떨어져 있는, 상기 이미지의 파면을 변조하는 단계;
   c. 상기 이미지의 변조된 파면을 상기 환자의 눈 부근에, 환자의 눈에, 또는 환자의 눈 내에 광학적으로 중계하는 단계;
   d. 환자 반응에 기초하여 상기 이미지의 파면의 변조를 변화시키는 단계를 포함하는, 시력 검사 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   a. 변조된 파면의 값을 조작자에게 전달하는 단계를 더 포함하는, 시력 검사 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   파면의 상기 변조하는 단계는 연속적으로 조정 가능한, 시력 검사 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 발생된 이미지는
   a. OLED, LED, 및 SLM, 또는 DLP를 포함하는 그룹으로부터 선택된 장치에 의해 만들어지는, 시력 검사 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   파면을 변조하기 위한 상기 수단은 상기 파면의 구 형상 및 원통 형상의 변경을 주는, 시력 검사 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   파면을 변조하기 위한 상기 수단은 상기 파면에 구 형상, 원통 형상, 및 더 높은 차수의 수차를 주는, 시력 검사 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   파면을 변조하기 위한 상기 수단은
   a. Alvarez 렌즈;
   b. Alvarez 렌즈와 변형 가능한 미러;
   c. 컴퓨터에 의한 제어;
   d. 잭슨(Jackson) 크로스 실린더;
   e. 변형 가능한 미러;
   f. 명목상의 환자 보기 위치들을 벗어난 것에 대한 교정 수단; 및
   g. 하나 이상의 별개의 렌즈들
   을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 요소를 사용하는, 시력 검사 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   광학적으로 중계하는 단계는 오목하고 구 형상인 필드 미러를 사용하는, 시력 검사 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   광학적으로 중계하는 단계는 오목하고 도넛 형상인 필드 미러를 사용하는, 시력 검사 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 환자 반응은
    a. 햅틱스(haptics);
    b. 조이스틱스;
    c. 게임 제어기들;
    d. 핸드 제스처들;
    e. 눈 움직임들;
    f. 목소리 인식 수단; 및
    g. 조작자 제어로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 장치를 사용함으로써 이루어지는, 시력 검사 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    이미지의 파면을 변조하는 단계는, 환자의 눈 중 하나 또는 나머지 하나 또는 모두의 위치에 기초하여 조정되는, 시력 검사 방법.
12. 제 1 항에 있어서,
    이미지의 파면을 변조하기 위한 상기 수단은, 상기 환자와 상기 조작자 사이에 물리적으로 개재되어 있지 않은, 시력 검사 방법.
13. 시력 검사 장치로서,
    a. 환자가 볼 수 있는 정적인 또는 동적인(영화) 이미지를 발생시키기 위한 수단;
    b. 환자로부터 물리적으로 떨어져 있고, 이미지의 파면을 변조하기 위한 수단;
    c. 환자의 눈 부근, 환자의 눈, 또는 환자의 눈 내의 평면에 이미지의 변조된 파면을 광학적으로 중계하기 위한 수단; 및
    d. 환자 반응에 기초하여 이미지의 파면의 변조를 변화시키기 위한 수단을 포함하는, 시력 검사 장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    e. 변조된 파면의 값을 조작자에게 전달하기 위한 수단을 더 포함하는, 시력 검사 장치.
15. 제 13 항에 있어서,
    파면의 상기 변조는 연속적으로 조정 가능한, 시력 검사 장치.
16. 제 13 항에 있어서,
    상기 발생된 이미지는
    f. OLED, LED, 및 SLM, 또는 DLP를 포함하는 그룹으로부터 선택된 장치에 의해 만들어지는, 시력 검사 장치.
17. 제 13 항에 있어서,
    파면을 변조하기 위한 상기 수단은, 파면에 구 형상 및 원통 형상의 변화를 주는, 시력 검사 장치.
18. 제 13 항에 있어서,
    파면을 변조하기 위한 상기 수단은, 파면에 구 형상, 원통 형상, 및 더 높은 차수의 수차를 주는, 시력 검사 장치.
19. 제 13 항에 있어서,
    파면을 변조하기 위한 상기 수단은
    g. Alvarez 렌즈들;
    h. Alvarez 렌즈들과 변형 가능한 미러;
    i. 컴퓨터에 의한 제어;
    j. 잭슨 크로스 실린더;
    k. 변형 가능한 미러; 및
    l. 명목상의 환자 보기 위치들을 벗어난 것에 대한 교정 수단; 및
    m. 하나 이상의 별개의 렌즈들을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 요소를 사용하는, 시력 검사 장치.
20. 제 13 항에 있어서,
    광학 중계 단계는 오목하고 구 형상인 필드 미러를 사용하는, 시력 검사 장치.
21. 제 13 항에 있어서,
    광학적으로 중계하는 단계는 오목하고 도넛 형상인 필드 미러를 사용하는, 시력 검사 장치.
22. 제 13 항에 있어서,
    환자 반응은
    n. 햅틱스;
    o. 조이스틱스;
    p. 게임 제어기들;
    q. 핸드 제스처들;
    r. 눈 움직임들;
    s. 목소리 인식 수단; 및
    t. 조작자 제어로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 장치를 이용하여 이루어지는, 시력 검사 장치.
23. 제 13 항에 있어서,
    이미지의 파면을 변조하는 것은 환자의 눈들의 위치에 기초하여 조정되는, 시력 검사 장치.
24. 제 13 항에 있어서,
    이미지의 파면을 변조하기 위한 상기 수단은 환자와 조작자 사이에 물리적으로 개재되어 있지 않은, 시력 검사 장치.
    

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