TW202339662A - 用於確定由光學濾波器引起的受試者的眼睛的屈光值的偏移之裝置及方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於確定由光源發射的光束照亮的受試者的眼睛的屈光值的偏移之裝置(10)，所述偏移係由光學濾波器引起的，所述光束穿過該光學濾波器傳輸到受試者的眼睛，所述裝置(10)包括一個或多個記憶體和一個或多個處理器(12)，其中：- 所述一個或多個記憶體(11)中存儲有：所述光源的一個或多個初始光譜特徵的一個或多個值(100)、所述光學濾波器的一個或多個光學特徵的一個或多個值(200)、以及將與所述偏移相關聯的量值與傳輸到受試者的眼睛的光束的一個或多個光譜特徵關聯的屈光偏移模型(300)；並且其中，- 所述一個或多個處理器(12)被程式設計為執行以下步驟：基於所述光源的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值和所述光學濾波器的一個或多個光學特徵的所述一個或多個值，確定(400)穿過所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的一個或多個光譜特徵的一個或多個值；以及基於所述屈光偏移模型和穿過光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的光譜特徵的所述值，確定(500)受試者的眼睛的屈光的所述偏移。
Description
本揭露內容關於一種用於確定由光學濾波器引起的受試者的眼睛的屈光值的偏移之裝置及方法。
當光束傳輸到受試者的眼睛時，不同波長的可見光會聚焦在距視網膜不同的距離處，由受試者看到的圖像就在那裡形成。
波長長的光(例如對應於紅色光)聚焦在視網膜稍後的點，而波長短的光(例如藍光)聚焦在視網膜稍前的點。這種散焦的幅度(即焦點與視網膜之間的距離)取決於波長並且被稱為「縱向色差」(LCA)。
此現象意味著不同顏色的圖像(即不同波長的圖像)或圖像對應於不同顏色或不同波長的組成部分在被受試者的眼睛看到時可能具有不同的清晰度。
同時，彩色鏡片的使用越來越廣泛，並且彩色鏡片也越來越特定和複雜。彩色鏡片係多色的光學濾波器。
眼鏡中使用的光學濾波器旨在保護眼部系統以及改善在不同的光條件下的舒適度和視覺性能。彩色濾波器的提出也是為了審美的目的。彩色濾波器可以與具有矯正焦度或不具有矯正焦度的鏡片相關聯。
由於具有不同波長的光束在眼睛中的聚焦位置不同，使用改變傳輸到受試者的眼睛的光的波長分佈的光學濾波器可能修改視網膜上的最佳焦點。
申請人的實驗結果表明，在到達眼睛的光中，長波長與短波長的比例高會引起顯著的遠視偏移。短波長與長波長的比例高會導致顯著的近視偏移。近視偏移的幅度高於遠視偏移的幅度。
由於在人的眼睛前面存在光學濾波器而產生的屈光不正偏移可能引起疲勞並且降低視覺性能，比如視覺敏銳度、對比度敏感度、閱讀速度。
換句話說，在眼睛前面添加光學濾波器可能引起受試者的視覺感知的屈光不正偏移，並且可能降低受試者的舒適度和視覺品質。
特別地，當眼睛的屈光特徵被確定以便推導出用於改善受試者的視覺的矯正眼科鏡片的矯正焦度時，眼睛的屈光特徵被確定以便將波長包括在綠色光與紅色光之間的光聚焦在視網膜上，使得與紅色光相關聯的散焦相當於與綠色光相關聯的散焦。
針對對可見光的吸收可忽略不計的透明鏡片，眼睛的屈光特徵以及因此矯正眼科鏡片的矯正焦度係用環境自然光或人工白光來確定的。
添加光學濾波器則可能改變如此確定的矯正眼科鏡片對受試者的眼睛的矯正效果。
為了解決此問題，可以考慮用所選鏡片或光學濾波器的實際光譜透射來測量配戴者的屈光異常，以允許光完美聚焦在視網膜上並且產生適合的處方。配戴者將具有更清晰的視覺，並且產生較少的調節努力。
然而，要得到這種準確的測量需要精確的方法及精確的儀器，並且該等測量將是漫長而乏味的。
因此，本發明之一個目的係提供一種用於快速且容易地確定由光學濾波器引入的眼睛的屈光值的偏移之裝置。
根據本發明，上述目的是藉由提供一種用於確定由光源發射的光束照亮的受試者的眼睛的屈光值的偏移之裝置來實現的，所述偏移係由光學濾波器引起的，所述光束穿過該光學濾波器傳輸到受試者的眼睛，所述裝置包括一個或多個記憶體和一個或多個處理器，其中：
- 所述一個或多個記憶體中存儲有：
所述光源的一個或多個初始光譜特徵的一個或多個值，
所述光學濾波器的一個或多個光學特徵的一個或多個值，以及
將與所述偏移相關聯的量值與傳輸到受試者的眼睛的光束的一個或多個光譜特徵關聯的屈光偏移模型；並且其中，
- 所述一個或多個處理器被程式設計為執行以下步驟：
基於所述光源的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值和所述光學濾波器的一個或多個光學特徵的所述一個或多個值，確定穿過所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的一個或多個光譜特徵的一個或多個值；以及
基於所述屈光偏移模型和穿過光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的光譜特徵的所述值，確定受試者的眼睛的屈光的所述偏移。
由於根據本發明的裝置，由光學濾波器引起的受試者的眼睛的屈光偏移可以基於光學濾波器的光學特徵、在最少的測量下來確定，該光學濾波器的光學特徵可以是預先確定的、藉由任何種類的手段已知的或測量的。
由於根據本發明的裝置確定了屈光不正偏移，則可以考慮：
- 基於光學濾波器的光學特徵調整處方，以例如藉由用矯正鏡片的焦度補償由濾波器引起的屈光偏移來改善受試者的視覺品質或視覺舒適度，
- 使用由光學濾波器引起的屈光偏移來改善受試者在特定條件下的視覺性能。例如，可以考慮使用視近任務中的近視偏移來發揮作用，並且部分地代替矯正鏡片的球鏡焦度。
針對受試者的特定活動，眼科矯正鏡片的球鏡焦度可以藉由此鏡片的顏色代替。
根據本發明的裝置提供了一種工具來預測與具有任何光譜透射的光學濾波器相關聯的散焦，而不需要對受試者進行任何實際測量。
考慮到所述散焦允許考慮到相應的屈光不正偏移，因此由於考慮到光學濾波器而調整矯正眼科鏡片的處方，提供了更好的視覺性能並且降低疲勞。
根據本發明的裝置的其他有利特徵如下：
- 所述光源的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值包括由所述光源發射的所述光的初始光譜，並且所述光學濾波器的一個或多個光學特徵的所述一個或多個值包括對穿過所述光學濾波器的光的透射進行量化的值；
- 所述一個或多個處理器被程式設計為確定穿過所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的光譜，以穿定藉由所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的一個或多個光譜特徵的所述一個或多個值；
- 所述一個或多個記憶體中進一步存儲有與受試者的眼睛的一個或多個光學特徵有關的資料，並且所述一個或多個處理器被程式設計為考慮到該等資料來確定穿過所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的一個或多個光譜特徵的一個或多個值；
- 與眼睛的一個或多個光學特徵有關的所述資料包括與光穿過眼睛的前部部分向眼睛的視網膜的傳輸有關的資料；
- 所述一個或多個記憶體中存儲有代表受試者的眼睛的視網膜在一個或多個波長下的光敏感度的加權因子，並且其中，所述一個或多個處理器被程式設計為考慮到該等加權因子來確定穿過所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的一個或多個光譜特徵的所述一個或多個值；
- 穿過所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的光束的所述一個或多個光譜特徵包括代表穿過所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的光譜的波長分佈的波長統計值；
- 代表所述光譜的波長分佈的所述波長統計值包括所述光譜的波長質心；
- 所述一個或多個記憶體中存儲有與取決於傳輸到眼睛的光束的波長的眼睛的縱向色差有關的資料，並且其中，所述屈光偏移模型包括受試者的眼睛的屈光偏移與受試者的眼睛在所述波長統計值下的縱向色差之間的關係；
- 所述光源的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值包括由所述光源發射的所述光的初始光譜；所述一個或多個處理器被程式設計為基於由所述光源發射的所述光的所述初始光譜確定代表由光源發射並且在沒有光學濾波器的情況下傳輸到受試者的眼睛的參考光束的參考光譜的波長分佈的參考波長統計值；並且所述屈光偏移模型考慮到受試者的眼睛在所述參考波長統計值下的縱向色差；
- 所述屈光偏移模型提供了等於眼睛在波長統計值下的縱向色差與眼睛在所述參考波長統計值下的縱向色差之間的差的偏移值；
- 穿過光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的光束的所述一個或多個光譜特徵包括穿過所述光學濾波器傳輸到眼睛的所述光束在預定全域波長範圍內的光譜；
- 所述一個或多個記憶體中存儲有與預定基本波長範圍相關聯的基本偏移值，並且所述屈光偏移模型包括屈光偏移與所述基本偏移值的針對所述預定全域波長範圍內所包括的所有所述基本波長範圍的總和之間的關係，所述基本偏移值由在相應基本波長範圍內穿過所述濾波器傳輸到眼睛的所述光的光譜的積分加權；
- 所述屈光偏移模型提供了等於所述總和與在預定全域波長範圍內穿過所述濾波器傳輸到眼睛的所述光的所述光譜的積分之間的比率的偏移值；
- 所述基本偏移值係考慮到包括傳輸到眼睛的光的多個測試光譜和所述眼睛中相應的屈光偏移測量值的資料庫、藉由最小化每個屈光偏移測量值與屈光偏移計算值之間的差來確定的，所述屈光偏移計算值係使用所述關係和與所述屈光偏移測量值相對應的傳輸到眼睛的光的測試光譜來確定的。
本發明還關於一種用於受試者的自我調整眼睛配戴物，該自我調整眼睛配戴物包括：
- 具有可變焦度和/或可變濾波器的眼科鏡片，其變化由控制器控制，
- 如上所述的裝置，
其中，所述裝置與所述控制器進行通信，並且所述控制器被程式設計為考慮到由所述裝置確定的受試者的眼睛的屈光偏移來確定所述眼科鏡片的焦度變化和/或色調變化。
本發明還關於一種用於確定由光源發射的光束照亮的受試者的眼睛的屈光值的偏移之方法，所述偏移係由光學濾波器引起的，所述光束穿過該光學濾波器傳輸到受試者的眼睛，所述裝置包括一個或多個記憶體和一個或多個處理器，該方法包括以下步驟：
- 確定所述光源的一個或多個初始光譜特徵的一個或多個值，
- 確定所述光學濾波器的一個或多個光學特徵的一個或多個值，以及
- 提供將與所述偏移相關聯的量值與傳輸到受試者的眼睛的光束的一個或多個光譜特徵關聯的屈光偏移模型；
- 基於所述光源的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值和所述光學濾波器的一個或多個光學特徵的所述一個或多個值，確定穿過所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的一個或多個光譜特徵的一個或多個值；以及
- 基於所述屈光偏移模型和穿過光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的光譜特徵的所述值，確定受試者的眼睛的屈光的所述偏移。
如在介紹部分提到的和圖1所示的，由於人眼E的縱向色差，具有不同波長的光束在眼睛E中呈現出不同的聚焦位置BF、RF。
圖1示出了由入射到眼睛E的兩條光線L1、L2界定的光束LB的路徑。眼睛晶狀體EL將所述光束LB的具有較短波長(對應於藍色)的部分聚焦在視網膜前面的點BF處，對應於光線L'1、L'2處，而眼睛晶狀體將所述光束LB的具有較長波長(對應於紅色)的部分聚焦在眼睛視網膜後面的點RF處，對應於光線L''1、L''2。紅色光束的散焦係視網膜與點RF之間的距離LCA1。藍色光束的散焦係視網膜與點BF之間的距離LCA2。
下面考慮的情況在圖1中示意性地示出：受試者的眼睛E接收由具有給定光譜特徵的光源S發射的所述光束LB。圖1中虛線所示的光學濾波器OF被放置在光源S與眼睛E之間的光束LB的路徑上。
這種光學濾波器OF可以包括有色光學元件(比如有色基材)，或者可以包括與透明的或也是有色的基礎基材相關聯的有色光學膜。膜/基材的色調可以是從染料組成物獲得的，該染料組成物至少包括一種吸收性染料或不同吸收性染料的組合，以便限定彩色膜/基材、太陽鏡膜/基材、過濾光源的特定波長範圍的濾波膜/基材(比如抗UV膜/基材或藍光截止膜/基材)或偏振膜/基材。
一般來說，有色膜/基材被限定為降低光源D65的可見光透射Tv，以遵守以下特定類別的太陽鏡：
- 可見光透射Tv為80%以上的光學元件，也稱為「0類」光學元件，
- 可見光透射Tv在46%與79%之間的光學元件，也稱為「1類」光學元件，
- 可見光透射Tv在18%與45%之間的光學元件，也稱為「2類」光學元件。
上述光學濾波器還可以包括至少一種可激活的吸收性染料。各種類型的可激活染料對於熟悉該項技術者來說係眾所周知的。結果，光學濾波器可以在不同的配置之間可切換，即在比如外部光源等外部源的情況下在活性狀態與非活性狀態之間可切換。可激活染料包括例如光致變色或電致變色類型的染料。
使用光學濾波器OF改變了傳輸到受試者的眼睛E的光束LB的波長分佈，然後可能全域修改由受試者看到的圖像的清晰度。
本發明提供了一種裝置10及一種方法來預測由光學濾波器OF引起的針對受試者的眼睛E的散焦，而不必執行涉及所述受試者的任何測量。
更準確地說，所述裝置係用於確定由光源S發射的光束LB照亮的受試者的眼睛E的屈光值的偏移之裝置10，所述偏移係由光學濾波器OF引起的，所述光束LB穿過該濾波器傳輸到受試者的眼睛E。此裝置10在圖2中示意性地表示。所述裝置10包括一個或多個記憶體11和一個或多個處理器12，其中：
- 所述一個或多個記憶體11中存儲有：
所述光源S的一個或多個初始光譜特徵的一個或多個值100，
所述光學濾波器OF的一個或多個光學特徵的一個或多個值200，以及
將與所述偏移相關聯的量值與傳輸到受試者的眼睛E的光束LB的一個或多個光譜特徵關聯的屈光偏移模型300；並且其中，
- 所述一個或多個處理器12被程式設計為執行以下步驟：
a)基於所述光源S的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值100和所述光學濾波器OF的一個或多個光學特徵的所述一個或多個值200，確定400穿過所述光學濾波器OF傳輸到受試者的眼睛E的所述光束LB的一個或多個光譜特徵的一個或多個值；以及
b)基於所述屈光偏移模型300和穿過光學濾波器OF傳輸到受試者的眼睛E的所述光束LB的光譜特徵的所述值，確定500受試者的眼睛E的屈光的所述偏移。
所述光源S的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值100包括例如由所述光源S發射的所述光的初始光譜。
所述光學濾波器OF的一個或多個光學特徵的所述一個或多個值200包括例如對穿過所述光學濾波器OF的光的透射進行量化的值。
圖3示出了所述光源的初始光譜的示例。此圖示出了商業螢幕的輻亮度隨波長而變的圖表。替代地，光源的初始光譜可以包括強度、光度、亮度或任何關聯的量值隨波長而變的圖表。光源的初始光譜也可以被存儲為標準光源，亮度或光度的值，輻亮度、強度或其他關聯量值的值隨波長而變的表格。
此初始光譜可以藉由光譜儀來測量，或者可以從所述光源的內置信息中檢索。
所述光學濾波器OF的所述一個或多個光學特徵可以包括穿過所述光學濾波器OF的光的透射或透射率的值的圖表或表格。
所述光學濾波器OF的光學特徵還可以包括對構成光學濾波器OF的膜和/或基材的光學幾何描述，包括屈光鏡的幾何形狀、其相對位置以及材料的折射率。
所述光學濾波器OF的光學特徵還可以包括關於由濾波器本身生成的縱向色差的資訊。
濾波器在給定波長下的透射率值等於由濾波器透射的光束的亮度除以入射光束在所述波長下的亮度。濾波器在給定波長下的透射率值也可以定義為由濾波器透射的光束的輻亮度除以入射光束在所述波長下的輻亮度。
濾波器在給定波長下的透射率值等於由濾波器透射的光束的強度除以入射光束在所述波長下的強度。
關於縱向色差的資訊可以提供為材料色散、或縱向色差的值、或縱向色差的係數。
穿過所述光學濾波器OF傳輸到受試者的眼睛E的所述光束LB的一個或多個光譜特徵的所述一個或多個值可以包括藉由在每個波長下將光源的初始光譜乘以對穿過所述光學濾波器OF的光的透射進行量化的值而確定的透射穿過濾波器的所述光束的光譜。
傳輸到眼睛的光束的光譜特徵還可以包括在光束內、例如在光束中所包括的波長範圍內的縱向色差的量。
在這種情況下，所述一個或多個處理器12被程式設計為在步驟a)中確定穿過所述光學濾波器OF傳輸到受試者的眼睛E的所述光束LB的光譜。
例如，光源的初始光譜包括針對一組波長值的強度、亮度或輻亮度值，並且所述光學濾波器OF的一個或多個光學特徵的值包括針對所述一組波長的濾波器的透射或透射率值。傳輸到眼睛的光束LB的光譜特徵的值包括乘以濾波器針對所述組的每個波長的透射的光源的強度值或者乘以濾波器針對所述組的每個波長的透射率的光源的亮度或輻亮度值。
當然，其他因素或參數也可以被考慮在內。
視需要，所述一個或多個記憶體11中可以進一步存儲有與受試者的眼睛E的一個或多個光學特徵有關的資料，並且所述一個或多個處理器12被程式設計為考慮到該等資料來確定穿過所述光學濾波器OF傳輸到受試者的眼睛E的所述光束LB的一個或多個光譜特徵的所述一個或多個值。
與眼睛E的一個或多個光學特徵有關的所述資料可以例如包括與光穿過眼睛E的前部部分向眼睛E的視網膜的傳輸有關的資料。眼睛E的前部部分對應於眼睛E位於視網膜前面的部分。眼睛E的此前部部分確實呈現出預定的透射特徵，並且充當放置在視網膜前面的附加光學濾波器，檢測光束的細胞位於視網膜上。
在這種情況下，所述一個或多個處理器12被程式設計為在步驟a)中例如藉由將光源的強度或亮度值乘以濾波器針對所述組的每個波長的透射或透射率以及乘以眼睛的前部部分針對每個波長的透射或透射率來確定穿過所述光學濾波器OF傳輸到受試者的眼睛E的所述光束LB的光譜。
光學濾波器OF和/或眼睛E的前部部分的透射或透射率可以在初步校準步驟中測量，或者可以從資料庫中檢索。
眼睛E的前部部分的透射或透射率可以包括藉由對受試者的測量或考慮到受試者的個人特徵(比如受試者的年齡或眼睛的前部部分或前眼部介質的光譜透射)為受試者定制的特定值。
圖4呈現了針對不同年齡的受試者與取決於波長的眼睛的前部部分的總透射率有關的資料的示例。資料在這裡被示出為眼睛的前部部分的透射率與波長的圖表。
替代地，眼睛E的前部部分的透射或透射率可以包括針對受試者的參考群體或任何受試者而確定的平均透射或透射率值。
在更精細的實施方式中，所述一個或多個記憶體11中存儲有代表受試者的眼睛E的視網膜在一個或多個波長下的光敏感度的加權因子。所述一個或多個處理器12則被程式設計為考慮到該等加權因子來確定穿過所述光學濾波器OF傳輸到受試者的眼睛E的所述光束LB的一個或多個光譜特徵的所述一個或多個值。
這種加權因子可以基於檢測光束的視網膜細胞的反應曲線Response_S、Response_M、Response_L、例如基於以下S、M和L中指出的三種類型視錐細胞來得出。與眼睛的視錐細胞的反應曲線有關的資料可以從CIE(國際照明委員會)獲得並且被表示在圖6中，其中示出了取決於波長的每種類型視錐細胞的光敏感度。光敏感度可以被定義為代表針對每個波長被視網膜吸收的光子數量的函數。
所考慮的加權因子Wf可以被確定為三種類型視錐細胞針對每個波長的反應的加權平均值。例如，加權因子被計算為Wf(λ) = ws * Response_S(λ) + wl * Response_L(λ) + wm * Response_M(λ)，其中ws、wm和wl係確定每種視錐細胞反應的權重的三個標量。示出該等標量係如何確定的示例將在後面展開。
將與所述偏移相關聯的量值與傳輸到受試者的眼睛E的光束LB的一個或多個光譜特徵關聯的屈光偏移模型300可以藉由使用在參考資料庫上訓練的機器學習演算法來確定。
因此，根據本發明之方法的初步步驟可以包括建立參考資料庫，該參考資料庫包括參考受試者的測量的屈光異常值。
例如，此參考資料庫係基於對一組參考受試者的心理視覺研究的結果建立的。使用對擁有具有預先確定的已知光譜特徵的不同光學濾波器的該等參考受試者測量的屈光異常來對由預先確定的光學濾波器引起的屈光不正偏移進行建模。
在下面描述的示例中，參考資料庫包括藉由對30個年輕成年人進行心理視覺研究而收集的資料。已經測量了屈光不正偏移。針對受試者和光學濾波器的每種組合，藉由主觀屈光法針對每只眼睛來測量單眼等效球鏡度(MES)。在沒有光學濾波器的情況下進行相同的測量。每個受試者的年齡也是已知的。
下面描述了兩個不同的實施方式。
第一實施方式中使用的方法使用眼睛的生理參數來計算散焦。
第二實施方式中使用的方法係基於實驗資料來確定散焦函數。
第一實施方式
根據此實施方式，所述光源的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值包括由所述光源發射的所述光的初始光譜。一個或多個處理器12被程式設計為確定由所述光源發射並且在沒有任何添加的光學濾波器OF的情況下到達受試者的眼睛E的視網膜的參考光束的一個或多個參考光譜特徵的一個或多個值。
例如，一個或多個處理器12被程式設計為確定參考光束的參考光譜Spect_ref。例如，此參考光譜Spect_ref係藉由針對每個波長將光源的初始光譜Spect_source乘以眼睛的前部部分的透射或透射率Trans_eye來確定的，或者：
Spect_ref (λ) = Spect_source(λ) * Trans_eye(λ)。
一個或多個處理器還被程式設計為確定由所述光源發射並且穿過添加的光學濾波器OF到達受試者的眼睛的視網膜的測試光束的一個或多個測試光譜特徵。
例如，一個或多個處理器12被程式設計為確定測試光束的測試光譜。例如，此測試光譜Spect_test係藉由在每個波長下將光源的參考光譜Spect_ref乘以光學濾波器的透射或透射率Trans_filter來確定的，或者：Spect_test(λ) = Spect_ref(λ) * Trans_filter(λ)。
穿過所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的光束(即測試光束)的所述一個或多個光譜特徵可以包括代表穿過所述光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的所述光束的光譜(即測試光譜)的波長分佈的波長統計值。在下文中，此值將被命名為「測試波長統計值」。
類似地，在沒有所述光學濾波器OF的情況下傳輸到受試者的眼睛E的光束(即參考光束)的所述一個或多個光譜特徵可以包括代表由光源發射並且在沒有光學濾波器的情況下傳輸到受試者的眼睛的參考光束的參考光譜的波長分佈的波長統計值。
所述一個或多個處理器12被程式設計為確定代表參考光譜的波長分佈的所述波長統計值。在下文中，此值將被稱為「參考波長統計值」。參考波長統計值係基於由所述光源發射的所述光的所述初始光譜來確定的。
例如，代表所述測試光譜、相應地所述參考光譜的波長分佈的所述波長統計值包括所述測試光譜、相應地所述參考光譜的波長質心WLbar_test、WLbar_ref。
波長質心WLbar_test、WLbar_ref可以被確定為光譜的波長的加權平均值，加權因子等於光譜在每個波長下的歸一化值(在強度、亮度、輻亮度、光度等方面)。可以使用下面的公式來確定所述波長質心：
在此第一實施方式中，所述一個或多個記憶體11中還存儲有與取決於傳輸到眼睛的光束的波長的眼睛的縱向色差有關的資料。
這種資料的示例被示出在圖5中，其中表示了眼睛的縱向色差(以屈光度為單位)與波長的圖表。
替代地，所述資料可以包括與相應波長相關聯的縱向色差的值表。
所存儲的眼睛縱向色差可以是人眼的平均縱向色差，也可以是自訂的縱向色差。自訂的縱向色差可以基於受試者的個人特徵(比如年齡、性別、屈光不正的類型)來確定。自訂的縱向色差可以基於受試者群體的縱向色差的統計值來確定。也可以測量受試者的眼睛的縱向色差。
所述屈光偏移模型則包括受試者的眼睛的屈光偏移與受試者的眼睛在所述波長統計值下的縱向色差之間的關係。
在實踐中，所述屈光偏移模型考慮到受試者的眼睛在所述參考波長統計值下的縱向色差。
更準確地說，所述屈光偏移模型提供了等於眼睛在測試波長統計值WLbar_test下的縱向色差LCA(WLbar_test)與眼睛在所述參考波長統計值WLbar_ref下的縱向色差LCA(WLbar_ref)之間的差的偏移值S(見圖5)：
S = CA_test – CA_ref with CA_test = LCA(WL_test)並且CA_ref = LCA(WLbar_ref)。
視需要，除了眼睛的縱向色差外，屈光偏移模型還可以考慮到光學濾波器的基材的縱向色差。在這種情況下，要考慮的縱向色差值LCA(WLbar_test)或LCA(WLbar_ref)係基材的縱向色差和眼睛的縱向色差之和。
如前所討論的，作為變體，一個或多個處理器可以被程式設計為考慮到加權因子Wf(λ)來確定參考光譜。加權因子Wf(λ)係基於以下三種類型的視網膜視錐細胞的反應曲線來確定的：S、M和L(CIE數據)。
這種加權因子Wf(λ)可以基於檢測光束的視網膜細胞的反應曲線Response_S(λ)、Response_M(λ)、Response_L(λ)、例如基於以下S、M和L中指出的三種類型視錐細胞來得出。
加權因子Wf(λ)可以被確定為三種類型視錐細胞針對每個波長的反應的加權平均值。例如，加權因子被計算為Wf(λ) = ws * Response_S(λ) + wl * Response_L(λ) + wm * Response_M(λ)，其中ws、wm和wl係為了確定每種視錐細胞反應的權重而要定義的三個標量。
例如，一個或多個處理器12被程式設計為藉由將光源的初始光譜Spect_source乘以眼睛的前部部分的透射或透射率Trans_eye以及加權因子Wf來確定參考光束的參考光譜：
Spect_ref(λ) = Spect_source (λ) * Trans_eye(λ) * Wf(λ)。
一個或多個處理器12則被程式設計為考慮到相同的加權因子Wf、藉由將光源的參考光譜Spect_ref乘以光學濾波器的透射或透射率Trans_filter來確定測試光譜Spect_test，或者：Spect_test(λ) = Spect_ref(λ) * Trans_filter(λ)。在參考光譜Spect_ref的值中考慮了加權因子Wf。
加權因子Wf(λ)可以藉由以下過程來確定。
針對參考受試者群體中的每個參考受試者和一組參考濾波器中的每個濾波器，藉由上述方法估計屈光不正偏移，而不考慮加權因子。然後針對每個光學濾波器測量每個受試者的每只眼睛的等效球鏡度的偏移。
該等步驟的實現方式的示例可以在檔US 2020315448中找到。
然後藉由優化演算法確定標量ws、wm和wl的值，以便使估計的屈光不正偏移與每個受試者的每只眼睛針對每個濾波器測量的等效球鏡度的偏移之間的差最小化。在本示例中，優化結果如下：
ws = 0.05、wm = -0.5、wl = 0.87。
這裡的優化空間並不限於正因素。
圖7示出了所得的加權因子Wf(λ)。加權因子曲線在任何地方皆為正的。
然後，為了測試根據第一實施方式的此方法，將屈光偏移模型應用到對應於商業太陽鏡和多巴胺的一組新的9個濾波器。由於該方法，針對每個濾波器確定了計算的偏移。
圖8示出了這一組新的9個濾波器中每個濾波器(標為太陽鏡或濾波器A至I)的光譜SA、SB、SC、SD、SE、SF、SG、SH、SI。
由這一組新的濾波器中每個濾波器引入的屈光偏移的測量值也是針對30個參考受試者中的每個參考受試者測量的。與每個濾波器相關聯的測量的偏移係藉由對該等測量值進行平均而獲得的。確定30個測量值的標準差。然後將用屈光偏移模型確定的計算的偏移與測量的偏移進行比較。結果匯總在下表中。
[表1]
| 濾波器 | 測量的偏移 | 計算的偏移 | 測量的偏移的標準差 |
| 太陽鏡A | 0.146 | 0.077 | 0.102 |
| 太陽鏡B | -0.059 | 0.003 | 0.082 |
| 太陽鏡C | -0.043 | 0.034 | 0.095 |
| 太陽鏡D | 0.169 | 0.085 | 0.102 |
| 太陽鏡E | -0.022 | 0.027 | 0.067 |
| 太陽鏡F | 0.028 | 0.045 | 0.073 |
| 太陽鏡G | -0.029 | 0.022 | 0.077 |
| 太陽鏡H | 0.124 | 0.083 | 0.076 |
| 太陽鏡I | -0.204 | -0.218 | 0.112 |
該等結果也被匯總在圖9中，示出了這一組新的9個濾波器中每個濾波器的測量的偏移值和計算的偏移值。結果表明，在9個濾波器中，有5個濾波器引起較小的屈光偏移，而有4個濾波器引起較大的屈光偏移。
更準確地說，太陽鏡B、C、E、F、G引起的屈光偏移小於0.05 D。
針對該等濾波器，平均測量的屈光偏移小於所有30個參考受試者的標準差(σ約0.09 D)。與鏡片製造中通常的處方公差(約0.12 D)相比，平均測量的屈光偏移也很小。最後，平均測量的屈光偏移可能低於大多數受試者的處方敏感度。因此，該等屈光偏移被認為係可忽略的，並且準確計算該等偏移並不至關重要。
太陽鏡A、D、H和I引起的屈光偏移高於0.1 D。
針對該等濾波器，平均測量的屈光偏移大於30個參考受試者的測量的偏移值的標準差。此外，有一部分受試者對該等屈光偏移值很敏感，這意味著他們將能夠感知到它。因此，該等屈光偏移被認為係重要的。
針對該等濾波器，上述的屈光偏移模型正確地預測了屈光偏移的符號。屈光偏移的平均絕對誤差係0.05 D，考慮到資料的分散性，該平均絕對誤差係令人滿意的。
這裡針對具有圖3所示光譜的給定光源分析了計算的屈光偏移和測量的屈光偏移。此特定的光源針對確定的波長具有較高的輻亮度。為了確定光源對計算的屈光偏移的影響，考慮了兩種不同的陽光條件：
i)早日出，色溫約3000 K
ii)中午的太陽，色溫約5500 K。
其他測試的照明條件包括用圖10中標記為ETDRS的7個LED光源照亮的視力表、以及標為CS的具有圖3的光譜的商業螢幕。
針對45歲的受試者，針對兩種陽光條件(針對具有圖3的光譜的商業螢幕CS和用7個LED光源(EDTRS)照亮的視力表)的計算的屈光偏移被確定並且進行比較。
結果示出在圖10中。此圖10顯示，針對四個濾波器A、D、H和I，計算的屈光偏移相對於光源係相對穩定的。於是，計算的屈光偏移可以在不同的光條件下皆為有用的。根據本發明的方法允許考慮到所用光源的光譜特徵。
因此，上述方法允許在沒有任何測量的情況下以令人滿意的準確度確定針對不同光源由濾波器引入的屈光偏移。
第二實施方式
根據第二實施方式，穿過光學濾波器傳輸到受試者的眼睛的測試光束的所述一個或多個光譜特徵包括所述測試光束在預定全域波長範圍內的測試光譜。
此預定全域波長範圍較佳的是覆蓋光的可見光譜。例如，此預定全域波長範圍對應於包括在380 nm與800 nm之間或400 nm與700 nm之間的波長範圍。
在此實施方式中，此預定全域波長範圍被劃分為基本波長範圍B
i，並且確定由每個基本波長範圍B
i引起的基本偏移值S
i。
基本波長範圍B
i對應於波長波段，如圖11示意地表示。
基本波長範圍B
i較佳的是以連續方式覆蓋整個全域範圍，其中B
i= [λ
i1, λ
i2[=[λ
i, λ
(i + 1)[。
在實踐中，所述一個或多個記憶體11中存儲有與預定基本波長範圍B
i相關聯的所述基本偏移值S
i，並且所述屈光偏移模型包括屈光偏移與所述基本偏移值S
i的針對所述預定全域波長範圍內所包括的所有所述基本波長範圍B
i的總和之間的關係，所述基本偏移值由在相應基本波長範圍B
i內穿過所述濾波器OF傳輸到眼睛的所述光的光譜的積分加權。
如第一實施方式所述，針對具有預定初始光譜的給定光源，一個或多個處理器12被程式設計為確定測試光束的測試光譜。例如，此測試光譜Spect_test(λ)係藉由將光源的參考光譜Spect_ref(λ)乘以光學濾波器的透射或透射率Trans_filter(λ)來確定的，或者：Spect_test(λ) = Spect_ref(λ) * Trans_filter(λ)。例如，參考光譜Spect_ref(λ)係藉由將光源的初始光譜Spect_source(λ)乘以眼睛的前部部分的透射或透射率Trans_eye(λ)來確定的，或者：Spect_ref (λ) = Spect_source(λ) * Trans_eye(λ)，如前所述。
一個或多個處理器也可以被程式設計為當確定參考光譜時考慮加權因子，比如第一實施方式中所描述的加權因子。
計算的屈光偏移考慮了全域波長範圍中的每個波段的由該波段內所述測試光譜的積分加權的基本偏移在全域波長範圍內的加權和。
所述屈光偏移模型提供了等於所述總和與在預定全域波長範圍內穿過所述濾波器傳輸到眼睛的所述光的所述光譜的積分之間的比率的偏移值。
一個或多個處理器12則被程式設計為用以下公式確定計算的屈光偏移：
例如，所述基本偏移值S
i係考慮到包括傳輸到眼睛的光的多個測試光譜和所述眼睛中相應的屈光偏移測量值的資料庫、藉由最小化每個屈光偏移測量值與屈光偏移值之間的差來確定的，該屈光偏移值係使用所述關係和與所述屈光偏移測量值相對應的傳輸到眼睛的光的測試光譜來確定的。
在實踐中，作為此第二實施方式的實現方式的示例，可以在400 nm與700 nm之間定義六個50 nm的基本波長範圍(如圖11所示)。
使用測量的屈光偏移的資料庫來優化基本偏移值S
i，以最小化計算的屈光偏移與測量的屈光偏移之間的差。如在第一實施方式的示例中已提到的，此資料庫可以是藉由對針對30個參考受試者、使用描述為太陽鏡A至I的9個濾波器而測量的屈光偏移進行收集來獲得的。
如此獲得的基本偏移值S
i匯總在下表2中。
圖12示出了針對9個濾波器「太陽鏡A至I」的測量的屈光偏移與計算的屈光偏移之間的比較。
注意到，計算的屈光偏移與測量的屈光偏移相當接近，尤其是在四個濾波器A、D、H和I上。在該方法的此第二實施方式中使用的屈光偏移模型係準確的。
在此示例中，屈光偏移模型具有6個自由度，即6個基本屈光偏移值S
i，而第一實施方式的屈光偏移模型僅具有3個自由度，即加權因子的3個標量。
在第二實施方式的另一個示例中，可以在400 nm與700 nm之間定義三個100 nm的基本波長範圍。
然後確定的基本偏移值S
i'匯總在下表3中。
3個基本波長範圍的結果與6個基本波長範圍的結果幾乎一樣令人滿意。針對所有濾波器，測量的屈光偏移與根據本發明的方法計算的屈光偏移之間的差都小於0.04 D。
視需要，除了眼睛的縱向色差外，屈光偏移模型還可以考慮到光學濾波器的基材的縱向色差。在這種情況下，需要針對多種基材材料建立基本偏移值S
i。當預測給定光學濾波器的屈光偏移時，應該使用與光學材料的特定基材相對應的S
i值。
因此，本發明的裝置及方法允許容易地、快速地、無需執行任何測量地確定由濾波器OF引入的受試者的眼睛E的屈光偏移。
根據所述的裝置及方法計算的屈光偏移可以用於許多不同的應用。
該屈光偏移可以用於修改包括濾波器的矯正鏡片的焦度，以補償此屈光偏移並且確保準確的視覺矯正。
矯正鏡片的焦度可能是固定的：然後在製造眼睛配戴物之前對該焦度進行修改。在這種情況下，根據本發明的裝置可以被嵌入到鏡片製造計算器中，該鏡片製造計算器根據所選的光學濾波器特徵來設計鏡片。
在包括有可變焦度和/或可變濾波器的眼科鏡片的情況下，該焦度也可以被即時地修改。在這種情況下，考慮到由光學濾波器的待定色調引起的屈光偏移來調整焦度變化和/或色調變化。根據本發明的裝置可以被嵌入到配戴具有可變焦度和/或可變濾波器的眼科鏡片的鏡架中、或嵌入到適於與控制具有可變焦度和/或可變濾波器的所述眼科鏡片的控制器進行通信的任何裝置中，較佳的是可由受試者配戴。
因此，根據本發明的用於受試者的自我調整眼睛配戴物包括：
- 具有可變焦度和/或可變濾波器的眼科鏡片，其變化由控制器控制，
- 根據本發明和上述的所述裝置，
其中，所述裝置與所述控制器進行通信，並且所述控制器被程式設計為考慮到由所述裝置確定的受試者的眼睛的屈光偏移來確定所述眼科鏡片的焦度變化和/或色調變化。
進一步，可以修改屈光偏移模型，以考慮到鏡片基材和/或濾波器的材料的折射率。
10:裝置
11:記憶體
12:處理器
100:光源的一個或多個初始光譜特徵的一個或多個值
200:光學濾波器的一個或多個光學特徵的一個或多個值
300:屈光偏移模型
S:光源
LB:光束
OF:光學濾波器
L1:光線
L2:光線
E:眼睛
EL:眼睛晶狀體
L'1:光線
L'2:光線
L''1:光線
L''2:光線
BF:聚焦位置
RF:聚焦位置
LCA:縱向色差
參考附圖給出的以下描述將使本發明包括的內容以及實現本發明的方式變得清晰。本發明不限於附圖中所展示的實施方式。相應地，應當理解的是，在申請專利範圍中提到的特徵後面帶有附圖標記的情況下，包括這種附圖標記僅是出於增強申請專利範圍的可理解性的目的，而決不是對申請專利範圍之範圍的限制。
在附圖中：
- [圖1]係示出了縱向色差的示例的眼睛剖面示意圖，
- [圖2]係示出了根據本發明的裝置的主要部分和由此裝置執行的方法的步驟之方框圖，
- [圖3]係商業光源的輻亮度相對於波長繪製之示例圖表，
- [圖4]係不同年齡的人眼的透明眼部介質的總透射率相對於波長繪製的圖表表示，
- [圖5]係眼睛的縱向色差隨波長而變的圖表表示，
- [圖6]係人眼的三種不同類型視錐細胞隨波長而變的反應曲線之圖表表示，視錐細胞反應係L、M和S視錐細胞的相對光譜敏感度並且與光子被晶狀體和黃斑色素或眼睛的前部部分(也稱為前眼部介質)過濾之後到達視網膜的吸收概率(無特定單位)相關，
- [圖7]係視錐細胞反應的加權因子隨波長而變的圖表表示，
- [圖8]係不同濾波器透射光譜隨波長而變的圖表表示，
- [圖9]係針對不同濾波器測量的和藉由本發明裝置的第一實施方式計算的屈光不正偏移之圖表表示，
- [圖10]係針對不同濾波器和不同光源藉由本發明第一實施方式裝置計算的屈光不正偏移之圖表表示，
- [圖11]係針對本發明裝置的第二實施方式中的光源光譜的示例考慮的波長範圍之圖表表示，
- [圖12]係針對不同濾波器測量的和藉由本發明裝置的第二實施方式計算的屈光不正偏移之圖表表示。
10:裝置
11:記憶體
12:處理器
100:光源的一個或多個初始光譜特徵的一個或多個值
200:光學濾波器的一個或多個光學特徵的一個或多個值
300:屈光偏移模型
Claims (16)
- 一種用於確定由光源(S)發射的光束照亮的受試者的眼睛(E)的屈光值的偏移之裝置(10)，所述偏移係由光學濾波器(OF)引起的，所述光束穿過該光學濾波器傳輸到該受試者的眼睛(E)，該裝置(10)包括一個或多個記憶體(11)和一個或多個處理器(12)，其中： - 所述一個或多個記憶體(11)中存儲有： 所述光源(S)的一個或多個初始光譜特徵的一個或多個值(100)， 所述光學濾波器(OF)的一個或多個光學特徵的一個或多個值(200)，以及 將與該偏移相關聯的量值與傳輸到該受試者的眼睛(E)的光束的一個或多個光譜特徵關聯的屈光偏移模型(300)；並且其中， - 所述一個或多個處理器(12)被程式設計為執行以下步驟： 基於所述光源(S)的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值和所述光學濾波器(OF)的一個或多個光學特徵的所述一個或多個值，確定(400)穿過所述光學濾波器(OF)傳輸到該受試者的眼睛的所述光束的一個或多個光譜特徵的一個或多個值；以及 基於所述屈光偏移模型和穿過該光學濾波器(OF)傳輸到該受試者的眼睛(E)的所述光束的光譜特徵的所述值，確定(500)該受試者的眼睛(E)的屈光的所述偏移。
- 如請求項1所述之裝置，其中，所述光源(S)的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值包括由所述光源(S)發射的所述光的初始光譜，並且所述光學濾波器(OF)的一個或多個光學特徵的所述一個或多個值包括對穿過所述光學濾波器(OF)的光的透射進行量化的值。
- 如請求項1和2中任一項所述之裝置，其中，所述一個或多個處理器(12)被程式設計為確定穿過所述光學濾波器(OF)傳輸到該受試者的眼睛(E)的所述光束的光譜，以確定穿過所述光學濾波器傳輸到該受試者的眼睛的所述光束的一個或多個光譜特徵的所述一個或多個值。
- 如請求項1至3中任一項所述之裝置，其中，所述一個或多個記憶體(11)中進一步存儲有與該受試者的眼睛(E)的一個或多個光學特徵有關的資料，並且所述一個或多個處理器被程式設計為考慮到該等資料來確定穿過所述光學濾波器(OF)傳輸到該受試者的眼睛(E)的所述光束的一個或多個光譜特徵的一個或多個值。
- 如請求項4所述之裝置，其中，所述一個或多個記憶體(11)中存儲有代表該受試者的眼睛(E)的視網膜在一個或多個波長下的光敏感度的加權因子(Wf)，並且其中，所述一個或多個處理器(12)被程式設計為考慮到該等加權因子(Wf)來確定穿過所述光學濾波器(OF)傳輸到該受試者的眼睛(E)的所述光束的一個或多個光譜特徵的所述一個或多個值。
- 如請求項1至5中任一項所述之裝置，其中，穿過所述光學濾波器(OF)傳輸到該受試者的眼睛(E)的光束的所述一個或多個光譜特徵包括代表穿過所述光學濾波器(OF)傳輸到該受試者的眼睛(E)的所述光束的光譜的波長分佈的波長統計值。
- 如請求項6所述之裝置，其中，代表所述光譜的波長分佈的所述波長統計值包括所述光譜的波長質心。
- 如請求項6和7中任一項所述之裝置，其中，所述一個或多個記憶體(11)中存儲有與取決於傳輸到該眼睛(E)的光束的波長的該眼睛的縱向色差有關的資料，並且其中，所述屈光偏移模型包括該受試者的眼睛的屈光偏移與該受試者的眼睛在所述波長統計值下的縱向色差之間的關係。
- 如請求項8所述之裝置，其中： - 所述光源的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值包括由所述光源(S)發射的所述光的初始光譜； - 所述一個或多個處理器(12)被程式設計為基於由所述光源(S)發射的所述光的所述初始光譜確定代表由該光源發射(S)並且在沒有該光學濾波器(OF)的情況下傳輸到該受試者的眼睛的參考光束的參考光譜的波長分佈的參考波長統計值；並且 - 所述屈光偏移模型考慮到該受試者的眼睛(E)在所述參考波長統計值下的縱向色差。
- 如請求項9所述之裝置，其中，所述屈光偏移模型提供了等於該眼睛在所述波長統計值下的縱向色差與該眼睛在所述參考波長統計值下的縱向色差之間的差的偏移值。
- 如請求項1至5中任一項所述之裝置，其中，穿過該光學濾波器(OF)傳輸到該受試者的眼睛(E)的光束的所述一個或多個光譜特徵包括穿過所述光學濾波器(OF)傳輸到該眼睛(E)的所述光束在預定全域波長範圍內的光譜。
- 如請求項11所述之裝置，其中，所述一個或多個記憶體(11)中存儲有與預定基本波長範圍(B i)相關聯的基本偏移值(S i)，並且所述屈光偏移模型包括屈光偏移與所述基本偏移值(S i)的針對所述預定全域波長範圍內所包括的所有所述基本波長範圍(B i)的總和之間的關係，所述基本偏移值由在相應基本波長範圍(B i)內穿過所述濾波器傳輸到該眼睛的所述光的光譜的積分加權。
- 如請求項12所述之裝置，其中，所述屈光偏移模型提供了等於所述總和與在該預定全域波長範圍內穿過所述光學濾波器(OF)傳輸到該眼睛(E)的所述光的所述光譜的積分之間的比率的偏移值。
- 如請求項12和13中任一項所述之裝置，其中，所述基本偏移值(S i)係考慮到包括傳輸到眼睛的光的多個測試光譜和所述眼睛中相應的屈光偏移測量值的資料庫、藉由最小化每個屈光偏移測量值與屈光偏移計算值之間的差來確定的，所述屈光偏移計算值係使用所述關係和與所述屈光偏移測量值相對應的傳輸到該眼睛的光的測試光譜來確定的。
- 一種用於受試者的自我調整眼睛配戴物，該自我調整眼睛配戴物包括： - 具有可變焦度和/或可變濾波器的眼科鏡片，其變化由控制器控制， - 如請求項1至14中任一項所述之裝置， 其中，所述裝置與所述控制器進行通信，並且所述控制器被程式設計為考慮到由所述裝置確定的該受試者的眼睛(E)的屈光偏移來確定所述眼科鏡片的焦度變化和/或色調變化。
- 一種用於確定由光源(S)發射的光束照亮的受試者的眼睛(E)的屈光值的偏移之方法，所述偏移係由光學濾波器(OF)引起的，所述光束穿過該光學濾波器傳輸到該受試者的眼睛(E)，所述裝置包括一個或多個記憶體(11)和一個或多個處理器(12)，該方法包括以下步驟： - 確定所述光源的一個或多個初始光譜特徵的一個或多個值(100)， - 確定所述光學濾波器的一個或多個光學特徵的一個或多個值(200)，以及 - 提供將與所述偏移相關聯的量值與傳輸到該受試者的眼睛的光束的一個或多個光譜特徵關聯的屈光偏移模型(300)； - 基於所述光源(S)的一個或多個初始光譜特徵的所述一個或多個值和所述光學濾波器(OF)的一個或多個光學特徵的所述一個或多個值，確定(400)穿過所述光學濾波器(OF)傳輸到該受試者的眼睛(E)的所述光束的一個或多個光譜特徵的一個或多個值；以及 - 基於所述屈光偏移模型和穿過該光學濾波器(OF)傳輸到該受試者的眼睛(E)的所述光束的光譜特徵的所述值，確定(500)該受試者的眼睛(E)的屈光的所述偏移。
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