ES3033817A1 - Device and method for determining aberrations or measuring optical characteristics - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Dispositivo y método para la determinación de aberraciones o medida de características ópticas Device and method for determining aberrations or measuring optical characteristics
Campo técnico de la invenciónTechnical field of the invention
La presente invención se encuentra dentro del campo de la óptica. En concreto, se refiere a un dispositivo y método para la determinación de aberraciones o medida de características ópticas en lentes ópticas y oftálmicas, oftalmológica o sistemas de varias lentes, tanto de contacto, como las empleadas en gafas y otros sistemas de corrección de aberraciones ópticas. The present invention falls within the field of optics. Specifically, it relates to a device and method for determining aberrations or measuring optical characteristics in optical and ophthalmic lenses, ophthalmological lenses, or multi-lens systems, including contact lenses and those used in eyeglasses and other optical aberration correction systems.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
La óptica y la optometría es un área de estudio de especial interés en la rama de la salud, y que se encuentra en continuo crecimiento debido a la prevalencia de defectos visuales de distintos tipos dentro de la población, dando cada vez más importancia a la labor del ópticooptometrista como profesional sanitario de atención primaria. El actual estilo de vida está llevando a un aumento de determinados defectos refractivos como, por ejemplo, la miopía en las poblaciones jóvenes, y el envejecimiento de la población lleva a un aumento de la presbicia entre los usuarios. En la labor de la figura de óptico-optometrista, una parte fundamental es la de obtener la prescripción óptica adecuada para cada usuario y dar una solución a estos errores refractivos. Para proveer a los usuarios de la compensación óptica adecuada, es necesario seguir una metodología y utilizar el equipamiento óptico-optométrico apropiado. Un error en la medida de la potencia de las lentes o en el marcado de estas lleva a que la prescripción entregada al paciente es incorrecta y, en consecuencia, genera la insatisfacción del usuario por la mala calidad visual. El astigmatismo sin corregir o generado por una mala prescripción lleva a una reducción del rendimiento visual, lo que puede llevar a un impacto a nivel funcional reduciendo la habilidad para otras tareas como leer, trabajar con un ordenador o conducir, así como contribuir potencialmente a desarrollar síntomas de astenopia. Optics and optometry is an area of study of special interest in the healthcare sector, and one that is constantly growing due to the prevalence of various types of visual defects within the population, placing increasing importance on the work of the optician-optometrist as a primary healthcare professional. The current lifestyle is leading to an increase in certain refractive errors, such as myopia in young populations, and the aging of the population is leading to an increase in presbyopia among users. A fundamental part of the work of the optician-optometrist is obtaining the appropriate optical prescription for each user and providing a solution to these refractive errors. To provide users with adequate optical compensation, it is necessary to follow a methodology and use appropriate optical-optometric equipment. An error in measuring the power of the lenses or in their marking leads to an incorrect prescription given to the patient and, consequently, generates user dissatisfaction due to poor visual quality. Uncorrected astigmatism or astigmatism caused by a poor prescription leads to reduced visual performance, which can have a functional impact, reducing the ability to perform other tasks such as reading, working at a computer, or driving, as well as potentially contributing to the development of asthenopia symptoms.
En la presente descripción, se define un sistema óptico como aquel sistema formado por un conjunto de superficies separadoras de medios con distintos índices de refracción. Dichas superficies separadoras pueden presentar múltiples naturales, entre las cuales, se encuentra las lentes oftálmicas. Estas superficies son atravesadas por un haz de rayos, formando un eje óptico del sistema. Por su parte, el eje óptico es una línea imaginaria que define el camino a lo largo del cual la luz se propaga a través del sistema. Generalmente, para un sistema compuesto por lentes y/o espejos simples, el eje pasa por el centro de curvatura de cada superficie y coincide con el eje de simetría rotacional. Se entiende como imagen enfocada aquella imagen que presenta unas características o calidad adecuadas para su visualización, ya que se ha formado directamente sobre el sensor o medio de registro de dicha imagen, o bien la retina en caso de observación directa. En este sentido, se entiende por nitidez del sistema óptico como el contraste de los elementos de un test sobre un fondo iluminado. Es decir, la nitidez es la cualidad de una imagen que indica la claridad o distinción en la reproducción de detalles, relacionado con resolución y contraste. Para su determinación, puede o no ser necesario la intervención del usuario. In this description, an optical system is defined as a system formed by a set of separating surfaces for media with different refractive indices. These separating surfaces may have multiple natural surfaces, including ophthalmic lenses. These surfaces are traversed by a beam of rays, forming the optical axis of the system. The optical axis, in turn, is an imaginary line that defines the path along which light propagates through the system. Generally, for a system composed of simple lenses and/or mirrors, the axis passes through the center of curvature of each surface and coincides with the axis of rotational symmetry. A focused image is understood to be an image that presents characteristics or quality suitable for viewing, since it has been formed directly on the sensor or image recording medium, or on the retina in the case of direct observation. In this sense, the sharpness of the optical system is understood as the contrast of the test elements against an illuminated background. That is, sharpness is the quality of an image that indicates clarity or distinction in the reproduction of details, related to resolution and contrast. Its determination may or may not require user intervention.
Adicionalmente, a la nitidez, se pueden emplear otros criterios para la determinación de la calidad de la imagen resultante. En este sentido, se entiende por borrosidad a la cualidad de una imagen dada por la ausencia de nitidez. Los detalles de la imagen no pueden ser claramente resueltos o distinguidos del fondo. Adicionalmente, los bordes de una imagen digital se pueden definir como transiciones de niveles de gris significativamente distintos, también denominadas discontinuidades. Suministran una valiosa información sobre las fronteras de los objetos y puede ser utilizada para segmentar la imagen, reconocer objetos, etc. La mayoría de las técnicas para detectar bordes emplean operadores locales basados en distintas aproximaciones discretas de la primera y segunda derivada de los niveles de gris de la imagen. Por otro lado, el aumento de un sistema óptico es la relación de aspecto entre el tamaño de la imagen relacionado con el tamaño del objeto. Puede calcularse como el tamaño de la imagen dividido por el tamaño del objeto. La potencia dióptrica de una lente o sistema óptico se define como la inversa de la distancia local del elemento, o conjunto de elementos, expresado en metros. Esta distancia focal está calculada con respecto a los planos principales de la lente los cuales no son elementos físicos visibles, por lo que, para el campo de la oftálmica, oftalmología y optometría, se suele utilizar la potencia dióptrica de vértice posterior, donde la distancia del foco imagen de lente se toma desde el vértice posterior de la lente en lugar de desde el plano principal imagen. In addition to sharpness, other criteria can be used to determine the quality of the resulting image. In this sense, blurriness is understood as the quality of an image given by the lack of sharpness. Image details cannot be clearly resolved or distinguished from the background. Additionally, the edges of a digital image can be defined as transitions between significantly different gray levels, also known as discontinuities. They provide valuable information about object boundaries and can be used for image segmentation, object recognition, etc. Most edge detection techniques employ local operators based on different discrete approximations of the first and second derivatives of the image gray levels. On the other hand, the magnification of an optical system is the aspect ratio of the image size relative to the object size. It can be calculated as the image size divided by the object size. The dioptric power of a lens or optical system is defined as the inverse of the local distance of the element, or set of elements, expressed in meters. This focal distance is calculated with respect to the principal planes of the lens, which are not visible physical elements, so, in the field of ophthalmics, ophthalmology and optometry, the posterior vertex dioptric power is usually used, where the distance of the lens image focus is taken from the posterior vertex of the lens instead of from the principal image plane.
La determinación de las características ópticas, tales como la potencia dióptrica de vértice posterior de las lentes oftálmicas, es fundamental y crucial en el proceso de compensación de errores refractivos. Actualmente los dispositivos más extendidos en los gabinetes optométricos para la medida de la potencia dióptrica son frontofocómetros. Un frontofocómetro, o fronto, es un instrumento de medida de la potencia dióptrica de las lentes cuya función se basa en la determinación de la potencia de vértice posterior de una lente, habitualmente utilizada para la compensación del error refractivo, además de realizar el marcado del posicionamiento de la lente. En el mercado se encuentran comercializados dos tipos principales de frontos: manuales (más asequibles y extendidos) y modelos automáticos (un 40% más costosos) con diferentes capacidades y prestaciones. Determining optical characteristics, such as the posterior vertex dioptric power of ophthalmic lenses, is fundamental and crucial in the process of compensating for refractive errors. Currently, the most widely used devices in optometric offices for measuring dioptric power are fronto-focometers. A fronto-focometer, or fronto, is an instrument for measuring the dioptric power of lenses. Its function is based on determining the posterior vertex power of a lens, commonly used for compensating for refractive error, in addition to marking the lens position. Two main types of fronto-focometers are available on the market: manual (more affordable and widespread) and automatic models (40% more expensive) with different capacities and features.
Los frontos manuales convencionales utilizan un test que el usuario deberá enfocar observándolo a través del ocular y será el observador quien manualmente actúe sobre la rueda de potencia dióptrica variable para lograr este objetivo. Durante la medida de una lente esférica (sin astigmatismo), esta se introduce en el fronto en la posición prevista para ello y, a través del ocular, el observador percibe el desenfoque del test T de manera homogénea. El reenfoque del test T se realiza mediante la rueda de potencia del fronto, dando un resultado de potencia dióptrica cuando se alcanza una imagen nítida y enfocada, donde los elementos del test T pueden ser resueltos por el usuario. Por otro lado, cuando la lente a medir es astigmática, la imagen del test T se desenfoca de manera desigual en función de la potencia de la lente en cada meridiano. Para el reenfoque del test T en este segundo caso, es necesario enfocar cada una de las aspas del test en dos medidas independientes que se realizan siguiendo el mismo método que con una lente esférica con el añadido de la orientación del test T sobre los meridianos principales de la lente. Conventional manual frontos use a test that the user must focus by observing through the eyepiece, and the observer manually adjusts the variable dioptric power wheel to achieve this goal. When measuring a spherical lens (without astigmatism), it is inserted into the fronto in the designated position, and through the eyepiece, the observer perceives the defocus of the T test uniformly. The T test is refocused using the fronto's power wheel, giving a dioptric power result when a sharp, focused image is achieved, where the T test elements can be resolved by the user. On the other hand, when the lens being measured is astigmatic, the T test image defocuses unevenly depending on the lens power in each meridian. For the refocusing of the T test in this second case, it is necessary to focus each of the test blades in two independent measurements that are performed following the same method as with a spherical lens with the addition of the orientation of the T test on the main meridians of the lens.
El resultado final será una composición entre los resultados obtenidos para cada uno de los meridianos principales (planos tangenciales de una lente o sistema óptico donde se encuentran los valores extremos de potencia dióptrica), con el cual deben realizarse una serie de pasos hasta obtener la notación esfero-cilíndrica habitualmente utilizada en la práctica de la optometría y en la fabricación de lentes oftálmicas. Estos pasos que deben realizarse hasta obtener la notación esfero-cilíndrica pueden presentar una serie de problemas derivados como: posibles confusiones al anotar la orientación de los meridianos medidos, tiempo elevado de medida, la subjetividad de la medida y la dependencia del resultado con la ametropía del observador, en definitiva, al tratarse de un proceso completamente manual, existen un conjunto de factores que de forma inherente pueden afectar a la medida realizada. Desgraciadamente este tipo de errores pueden darse con relativa frecuencia al utilizarse este tipo de frontos. The final result will be a composite of the results obtained for each of the principal meridians (tangential planes of a lens or optical system where the extreme dioptric power values are located). A series of steps must be taken to obtain the sphero-cylindrical notation commonly used in optometry and ophthalmic lens manufacturing. These steps, which must be taken to obtain the sphero-cylindrical notation, can present a series of problems, such as: possible confusion when recording the orientation of the measured meridians, long measurement times, the subjectivity of the measurement, and the dependence of the result on the observer's ametropia. In short, since it is a completely manual process, there are a number of factors that can inherently affect the measurement. Unfortunately, these types of errors can occur relatively frequently when using this type of frontos.
Por otro lado, los frontos automáticos, si bien no presentan estos inconvenientes al proporcionar directamente el resultado final de la medida con poca intervención en el proceso por parte del usuario, están basados en tecnologías complejas (sensores de frente de onda, aberrómetros, etc.) y, en consecuencia, presentan un coste más elevado que los manuales. On the other hand, automatic frontos, while not presenting these drawbacks by directly providing the final measurement result with little intervention in the process by the user, are based on complex technologies (wavefront sensors, aberrometers, etc.) and, consequently, are more expensive than manual ones.
Por tanto, a modo resumen, mientras que el frontofocómetro manual está basado en el desplazamiento axial del test en el sistema óptico que lo conforma para obtener la potencia dióptrica de la lente en los diferentes meridianos, el frontofocómetro automático está basado en otros principios ópticos como la aberrometría, lo que incrementa su precio con respecto de los manuales. Algunos ejemplos de este tipo de soluciones, protegidas mediante solicitudes de patente, se pueden encontrar los documentos descritos a continuación. Therefore, in summary, while the manual frontofocometer is based on the axial displacement of the test within the optical system to obtain the dioptric power of the lens in the different meridians, the automatic frontofocometer is based on other optical principles such as aberrometry, which increases its price compared to manual ones. Some examples of this type of solution, protected by patent applications, can be found in the documents described below.
El documento US10976217B2 hace referencia a un aparato de captura de imagen de alta resolución de una lente, permitiendo que el cabezal luminoso LED ilumine el objetivo y capture una imagen del mismo visto a través de una cubeta llena de solución salina. De acuerdo con esta solución, se captura primero una imagen con una potencia óptica de valor cero para, posteriormente, capturar la imagen con la lente de contacto dentro de la cubeta, capturando una imagen a través de la lente en suspensión en la solución alcalina. Mediante esta comparación, se logra calcular la potencia óptica de la lente. Alternativamente, el documento US2002140928 divulga un aparato de medición de las propiedades ópticas de lentes oftálmicas. Dicho documento describe una solución donde se crea una imagen de referencia y se miden las propiedades ópticas de la lente. La medición es realizada en base al desplazamiento de la imagen de referencia desde una posición base en la que las lentes no están depositadas en el sistema frente a una posición medida en la que el camino que recorren los rayos del sistema óptico incluye dichas lentes. Por otro lado, el documento US2018106700 describe sistemas y métodos para determinar parámetros ópticos de lentes oftálmicas. Este documento incluye medios de procesamiento de una imagen de un objeto capturada a través de las lentes, determinando dichas características ópticas en base a, al menos, esa imagen. Por su parte, el documento US2007121100 hace referencia a un sistema de medición de características de lentes oftálmicas, incluida la potencia óptica. Sin embargo, dicho aparato consiste en un sistema de captura y procesamiento de imágenes, un filtro/s polarizador/es, un sistema de reflexión de rayos, lente y un espejo inclinado a 45°. El documento WO2018178493 divulga un método de diseño de lentes oftálmicas y un aparato de medición de sus características ópticas. La invención comprende: el posicionamiento un objeto a una determinada distancia; una montura de referencia al usuario para cada ojo manteniendo uno al descubierto y cubriéndose el otro; una pantalla que se coloca delante del ojo con un orificio pasante desplazando la posición del orificio hasta que se vea dicho objeto a través del orificio. Posteriormente se ajustan las posiciones de los orificios para conseguir visión binocular y diseñar cada lente de acuerdo a dicha posición. La solicitud WO2019002656 describe un dispositivo para medir la potencia óptica de sistemas ópticos de ensayos (4). El dispositivo incluye un conjunto generador de un objeto óptico (2), un soporte (3) para el sistema óptico de ensayo, un detector de imagen digital y un conjunto deflector (6) destinado a producir desplazamiento lateral de la imagen óptica inicial (41), de manera que se genere una imagen óptica desplazada (61) y otra imagen óptica de referencia (60). El detector de imagen digital (5) captura ambas imágenes en al menos una sola que contenga datos sobre el desplazamiento lateral, calculando a partir de los mismos y mediante medios de procesamiento la potencia óptica del sistema a ensayar (4). Por último, el documento ES2171474 presenta un aparato para medir el índice de refracción de un cristal tal como una lente para gafas sin necesidad de medir la geometría superficial del cristal. Incluyendo: a) una fuente de un rayo espacialmente coherente de radiación; b) un divisor de rayo para suministrar un rayo de muestra y un rayo de referencia; c) un retrorreflector trasladable que refleja el rayo de referencia; d) un dispositivo de sujeción; e) un detector que evalúa los rayos de referencia y de muestra reflejados con el fin de producir una señal de salida del detector; y f) un elemento analizador que determina el índice de refracción del material en respuesta a la posición del reflector trasladable y del grosor del material. Document US10976217B2 refers to a high-resolution image capture apparatus for a lens, allowing the LED light head to illuminate the objective and capture an image of it seen through a cuvette filled with saline solution. According to this solution, an image is first captured with an optical power of zero and then captured with the contact lens inside the cuvette, capturing an image through the lens suspended in the alkaline solution. Through this comparison, the optical power of the lens is calculated. Alternatively, document US2002140928 discloses an apparatus for measuring the optical properties of ophthalmic lenses. Said document describes a solution in which a reference image is created and the optical properties of the lens are measured. The measurement is performed based on the displacement of the reference image from a base position in which the lenses are not deposited in the system compared to a measured position in which the path traveled by the rays of the optical system includes said lenses. On the other hand, document US2018106700 describes systems and methods for determining optical parameters of ophthalmic lenses. This document includes means for processing an image of an object captured through the lenses, determining said optical characteristics based on at least that image. For its part, document US2007121100 refers to a system for measuring the characteristics of ophthalmic lenses, including optical power. However, said apparatus consists of an image capture and processing system, polarizing filter(s), a ray reflection system, a lens, and a mirror inclined at 45°. Document WO2018178493 discloses a method for designing ophthalmic lenses and an apparatus for measuring their optical characteristics. The invention comprises: positioning an object at a certain distance; a reference frame for the user for each eye, keeping one eye uncovered and covering the other; a screen that is placed in front of the eye with a through hole, moving the position of the hole until said object is seen through the hole. Subsequently, the positions of the holes are adjusted to achieve binocular vision and each lens is designed according to said position. Application WO2019002656 describes a device for measuring the optical power of optical test systems (4). The device includes an assembly that generates an optical object (2), a support (3) for the optical test system, a digital image detector and a deflector assembly (6) intended to produce lateral displacement of the initial optical image (41), such that a displaced optical image (61) and another reference optical image (60) are generated. The digital image detector (5) captures both images in at least one that contains data on the lateral displacement, calculating from them and by means of processing means the optical power of the system to be tested (4). Finally, document ES2171474 presents an apparatus for measuring the refractive index of a crystal such as an eyeglass lens without the need to measure the surface geometry of the crystal. It includes: a) a source of a spatially coherent beam of radiation; b) a beam splitter for supplying a sample beam and a reference beam; c) a translatable retroreflector that reflects the reference ray; d) a holding device; e) a detector that evaluates the reflected reference and sample rays in order to produce a detector output signal; and f) an analyzing element that determines the refractive index of the material in response to the position of the translatable reflector and the thickness of the material.
Por otro lado, también existen investigaciones relativas a este tipo de soluciones. Así, en el documento “A New Calibration Method for the Dioptric Power of Intraocular Lenses” se divulga una serie de métodos para obtener la potencia dióptrica en lentes intraoculares: cálculo a partir de dimensiones medidas, determinación a partir de la distancia focal posterior medida y obtención a partir del aumento medido. Por su parte, el documento “Refractive index distribution and optical properties of the isolated human lens measured using magnetic resonance imaging (MRI)” presenta una técnica no invasiva de MRI para medir la distribución del índice refractivo a partir de la lente del cristalino, realizando un mapeado del mismo. En esta publicación, se describe realizar medidas de distancia focal obtenidas mediante la propagación de rayos de luz simulados a través. On the other hand, there is also research related to this type of solution. For example, the document "A New Calibration Method for the Dioptric Power of Intraocular Lenses" discloses a series of methods for obtaining dioptric power in intraocular lenses: calculation from measured dimensions, determination from the measured posterior focal length, and determination from the measured magnification. The document "Refractive index distribution and optical properties of the isolated human lens measured using magnetic resonance imaging (MRI)" presents a noninvasive MRI technique for measuring the distribution of the refractive index from the crystalline lens, performing a mapping of the crystalline lens. This publication describes focal length measurements obtained by the propagation of simulated light rays through the lens.
Por último, se puede definir una unidad óptica de foco variable como aquella lente o conjunto de lentes donde, como su nombre indica, se puede modificar el foco. Un ejemplo de este tipo de lentes puede apreciarse en “Electrowetting Lenticular Lens for a Multi-View Autostereoscopic 3D Display”, donde se muestra un sistema de lentes incorporado a aparatos de visualización 3D autoestereoscópicos y que están basadas en electrohumectación. Dichas lentes permiten ajustar la distancia focal de lente aplicando tensión eléctrica. Es decir, las lentes fluídicas basadas en el accionamiento por electrowetting resultan atractivas por su amplio rango de ajuste focal, pero están limitadas por las aberraciones ópticas, ya sean intrínsecas a las propias lentes o debidas a los sistemas de imagen óptica en los que se emplean. Sin embargo, la capacidad de controlar la forma del menisco que forma la superficie refractiva de la lente con un alto grado de precisión espacial permitirá corregir y compensar una amplia gama de estas aberraciones. Existen lentes de potencia variable basadas en electrowetting, por ejemplo, lente opto-fluídica, o lente TOFU, del inglés Tunable Opto Fluidic Unit. Existen lentes controladas solo por cuatro electrodos, lo cual limita la generación de astigmatismo en orientaciones distintas a estas. Alternativamente, existen lentes controladas por 32 electrodos colocados acimutalmente para la que se pueden corregir la mayoría de las aberraciones hasta el cuarto orden radial de Zernike. Dicha lente es ajustable por la acción de un cambio de voltaje. Ejemplos de este tipo de lentes puede encontrarse desarrollados en la solicitud EP3123213A1. Finally, a variable-focus optical unit can be defined as a lens or set of lenses where, as its name suggests, the focus can be modified. An example of this type of lens can be seen in "Electrowetting Lenticular Lens for a Multi-View Autostereoscopic 3D Display," which shows a lens system incorporated into autostereoscopic 3D displays based on electrowetting. These lenses allow the lens focal length to be adjusted by applying electrical voltage. In other words, fluidic lenses based on electrowetting actuation are attractive due to their wide focal adjustment range, but they are limited by optical aberrations, either intrinsic to the lenses themselves or due to the optical imaging systems in which they are used. However, the ability to control the shape of the meniscus that forms the refractive surface of the lens with a high degree of spatial precision will allow for correcting and compensating for a wide range of these aberrations. There are variable-power lenses based on electrowetting, for example, the opto-fluidic lens, or TOFU lens, from the English Tunable Opto Fluidic Unit. Some lenses are controlled by only four electrodes, which limits the generation of astigmatism in orientations other than these. Alternatively, there are lenses controlled by 32 electrodes placed azimuthally, for which most aberrations can be corrected up to the fourth radial Zernike order. This lens is adjustable by the action of a voltage change. Examples of this type of lenses can be found developed in application EP3123213A1.
Las soluciones actualmente conocidas presentan al menos una de las siguientes limitaciones a la hora de determinar aberraciones o medir características ópticas en lentes ópticas y oftálmicas: Currently known solutions present at least one of the following limitations when determining aberrations or measuring optical characteristics in optical and ophthalmic lenses:
- Elevada influencia por parte del profesional que manipule el aparato. - High influence on the part of the professional handling the device.
- Los dispositivos existentes presentan dimensiones grandes - Existing devices have large dimensions
- Baja portabilidad - Low portability
- Baja capacidad de medida en la determinación de los diferentes tipos de aberraciones existentes - Low measurement capacity in determining the different types of existing aberrations
- Incrementar la precisión supone una elevada complejidad y coste - Increasing precision involves high complexity and cost
Por tanto, resulta necesario el desarrollo de nuevas soluciones para la determinación de aberraciones o medir características ópticas en lentes ópticas y oftálmicas. Therefore, it is necessary to develop new solutions for determining aberrations or measuring optical characteristics in optical and ophthalmic lenses.
Sumario de la invenciónSummary of the invention
El objeto de la presente invención es proporcionar una solución a los problemas existentes actualmente a la hora de determinar aberraciones o medir las características ópticas en lentes ópticas y oftálmicas Específicamente, en un primer aspecto, la presente solución se refiere a un dispositivo para la determinación de características ópticas en lentes ópticas y oftálmicas, tanto de contacto, como las empleadas en gafas u otros sistemas de corrección de aberraciones ópticas. Concretamente, la presente solución se refiere a un dispositivo para la determinación de aberraciones o medida características ópticas que comprende una unidad óptica de foco variable como, por ejemplo, una lente TOFU. De este modo, el dispositivo comprende un sistema óptico que comprende los siguientes elementos: una fuente de iluminación, un sistema objeto, un medio soporte, una unidad óptica de foco variable, y un sistema de captura de imagen. The object of the present invention is to provide a solution to the problems that currently exist when determining aberrations or measuring optical characteristics in optical and ophthalmic lenses. Specifically, in a first aspect, the present solution relates to a device for determining optical characteristics in optical and ophthalmic lenses, both contact lenses and those used in glasses or other optical aberration correction systems. Specifically, the present solution relates to a device for determining aberrations or measuring optical characteristics that comprises a variable focus optical unit such as, for example, a TOFU lens. Thus, the device comprises an optical system comprising the following elements: an illumination source, an object system, a support medium, a variable focus optical unit, and an image capture system.
Estos elementos se encuentran dispuestos de manera correlativa formando un eje óptico iniciado en la fuente de iluminación y finalizado en el sistema de captura de imagen. Sin embargo, la posición del medio de soporte puede verse modificada a lo largo del eje óptico formado. La fuente de iluminación está configurada para iluminar a lo largo del eje óptico, en dirección al sistema objeto. El sistema objeto, por ejemplo, un test, se sitúa a continuación de la fuente de iluminación y es el objeto a ser visualizado de manera nítida en el plano donde se sitúa el sistema de captura de imagen. Adicionalmente, el dispositivo comprende un medio de soporte de una lente problema. Dicho medio de soporte está configurado para soportar una lente oftálmica, la lente problema, en una posición de medida sobre el eje óptico formado. Se entiende como lente problema a aquella lente cuyas características quieren ser determinadas. These elements are arranged consecutively, forming an optical axis starting at the illumination source and ending at the image capture system. However, the position of the support means can be modified along the formed optical axis. The illumination source is configured to illuminate along the optical axis, in the direction of the target system. The target system, for example, a test system, is located after the illumination source and is the object to be clearly visualized in the plane where the image capture system is located. Additionally, the device comprises a support means for a test lens. Said support means is configured to support an ophthalmic lens, the test lens, in a measuring position on the formed optical axis. A test lens is understood to be the lens whose characteristics are to be determined.
La unidad óptica de foco variable es un elemento de potencia dióptrica variable, que puede ser tanto solo esférica como solo astigmática, o una combinación de ambas características, con capacidad para generar aberraciones de alto orden, mediante el control electrónico del voltaje aplicado a los electrodos que la conforman, que permite cambiar la curvatura de una interfase de líquidos contenidos en su interior. Es decir, la unidad óptica de foco variable comprende una interfase líquida refractiva, donde dicha interfase comprende un conjunto de zonas de actuación sintonizable. Dicho conjunto sintonizable permite la modificación de la curvatura de la interfase de la unidad óptica de foco variable, alterando su comportamiento. Para ello, la unidad óptica de foco variable comprende un elementocontroladorconfigurado para modificar al menos una zona de actuación de la interfase de la unidad óptica de foco variable. De este modo, la modificación de curvatura de la interfase líquida refractiva de la unidad óptica de foco variable puede compensar el efecto generado por la inclusión de una lente problema en el eje óptico del dispositivo, y dicha modificación puede ser empleada para la determinación de las características ópticas de la lente problema. The variable focus optical unit is a variable dioptric power element, which can be either solely spherical or solely astigmatic, or a combination of both characteristics, capable of generating high-order aberrations by electronically controlling the voltage applied to the electrodes comprising it, which allows the curvature of an interface of liquids contained within it to be changed. That is, the variable focus optical unit comprises a refractive liquid interface, where said interface comprises a set of tunable actuation zones. Said tunable assembly allows the curvature of the interface of the variable focus optical unit to be modified, altering its behavior. To this end, the variable focus optical unit comprises a controller element configured to modify at least one actuation zone of the interface of the variable focus optical unit. In this way, the curvature modification of the refractive liquid interface of the variable focus optical unit can compensate for the effect generated by the inclusion of a problem lens in the optical axis of the device, and said modification can be used to determine the optical characteristics of the problem lens.
Por último, para poder determinar el éxito de la modificación de la curvatura en la unidad óptica de foco variable, el dispositivo comprende un sistema de captura de imagen. Dicho sistema de captura de imagen comprende un detector configurado para captar la imagen del sistema objeto. Finally, to determine the success of the curvature modification in the variable focus optical unit, the device comprises an image capture system. Said image capture system comprises a detector configured to capture the image of the target system.
Por tanto, el dispositivo se encuentra configurado y calibrado inicialmente de tal modo que el sistema objeto puede ser visualizado de manera nítida en el detector del sistema de captura de imagen. Es decir, la inclusión de una unidad óptica de foco variable en un sistema óptico como el descrito permite el enfoque de la imagen de un sistema objeto sobre el sistema de captura de imagen. Mediante el ajuste de la curvatura de la unidad óptica de foco variable, la imagen generada en el plano del detector de sistema de captura de la imagen resulta una imagen nítida y puede ser empleada como imagen referencia. Sin embargo, cuando la lente problema es colocada, en uso, en el medio soporte dispuesto para tal fin en la posición de medida, la imagen aparece desenfocada. La compensación de dicha inclusión puede llevarse a cabo únicamente con el ajuste de la curvatura de la unidad óptica de foco variable. Al no requerirse el empleo de una modificación de la distancia entre lentes, como existe en soluciones ya conocidas, se logra un dispositivo compacto. Therefore, the device is initially configured and calibrated such that the target system can be clearly visualized on the image capture system's detector. That is, the inclusion of a variable-focus optical unit in an optical system such as the one described allows the image of an object system to be focused on the image capture system. By adjusting the curvature of the variable-focus optical unit, the image generated in the image capture system's detector plane results in a sharp image and can be used as a reference image. However, when the test lens is placed, in use, on the support medium provided for this purpose in the measurement position, the image appears out of focus. Compensation for this inclusion can be achieved solely by adjusting the curvature of the variable-focus optical unit. Since it is not necessary to modify the distance between lenses, as is the case with known solutions, a compact device is achieved.
En un segundo aspecto de la invención, la solución se refiere a un método de determinación de aberraciones o medida de una característica óptica de una lente o sistema de lentes. In a second aspect of the invention, the solution relates to a method of determining aberrations or measuring an optical characteristic of a lens or lens system.
En primer lugar, se dispone el dispositivo según la presente invención, calibrando la unidad óptica de foco variable de modo que la imagen formada sobre el detector del sistema de captura de la imagen se aprecia de manera nítida. Para ello, se puede ajustar la curvatura de la unidad óptica de foco variable para que el plano imagen resultante del sistema óptico del dispositivo sea coincidente con el detector, de modo que la imagen captada sea nítida. A continuación, el usuario del dispositivo dispone una lente problema en el medio de soporte configurado para tal fin, dando lugar a una imagen desenfocada en el plano del detector del sistema de captura de la imagen. Para lograr el reenfoque de la imagen, se procede a actuar sobre la curvatura de la unidad óptica de foco variable. El resultado de la modificación de la curvatura de la interfase de la unidad óptica de foco variable es el desplazamiento del plano donde se forma la imagen del sistema objeto permitiendo el reenfoque de la misma sobre el plano donde se sitúa el detector del sistema de captura de imagen. Es decir, la imagen final tomada por el detector de un sistema de captura de la imagen, cuando el reenfoque ha finalizado y la curvatura de la unidad óptica de foco variable es ajustada, es una imagen totalmente enfocada. Por último, una vez realizado el reenfoque, se puede determinar la modificación de la curvatura para reenfocar la imagen, frente a la curvatura ajustada inicialmente, y de este modo, correlacionar la modificación de esta curvatura con una característica óptica de la lente problema, por ejemplo, la potencia dióptrica de la lente. First, the device according to the present invention is arranged, calibrating the variable focus optical unit so that the image formed on the detector of the image capture system is clearly visible. To achieve this, the curvature of the variable focus optical unit can be adjusted so that the image plane resulting from the device's optical system coincides with the detector, such that the captured image is clear. Next, the user of the device places a problem lens on the support means configured for this purpose, resulting in a blurred image in the detector plane of the image capture system. To achieve image refocusing, the curvature of the variable focus optical unit is acted upon. The result of modifying the curvature of the interface of the variable focus optical unit is the displacement of the plane where the image of the object system is formed, allowing refocusing of the image on the plane where the detector of the image capture system is located. That is, the final image captured by the detector of an image capture system, once refocusing is complete and the curvature of the variable-focus optical unit is adjusted, is a fully focused image. Finally, once refocusing is complete, the curvature change can be determined to refocus the image, compared to the initially adjusted curvature, and thus, the change in this curvature can be correlated with an optical characteristic of the target lens, for example, the lens's dioptric power.
Por tanto, la solución propuesta presenta un dispositivo y un método para determinación de aberraciones y la medida de una característica óptica de una lente, por ejemplo, oftálmica, basado en la compensación por parte de una unidad óptica de foco variable del desenfoque producido por la lente problema. Se trata de una solución económica, donde la actividad o influencia por parte del profesional que manipule el aparato es baja. Adicionalmente, se trata de una solución precisa con una configuración compacta, requiriendo un especio reducido, lo que incrementa su capacidad de portabilidad. Therefore, the proposed solution presents a device and method for determining aberrations and measuring an optical characteristic of a lens, for example, an ophthalmic lens, based on compensation by a variable-focus optical unit for the blur produced by the problem lens. This is an economical solution, requiring minimal effort or influence from the professional handling the device. Additionally, it is a precise solution with a compact configuration, requiring little space, which increases its portability.
En las figuras de la presente invención, se hace referencia al siguiente conjunto de elementos: 100 Dispositivo para la determinación de una característica óptica In the figures of the present invention, reference is made to the following set of elements: 100 Device for determining an optical characteristic
1 Fuente de iluminación 1 Lighting source
2 Sistema objeto 2 Object system
3 Lente condensadora 3 Condenser lens
4 Test 4 Test
5 Lente problema 5 Problem lens
6 Unidad óptica de foco variable 6 Variable focus optical unit
61 Interfase 61 Interface
62 Conjunto de zonas de actuación 62 Set of action zones
7 Sistema de captura de imagen 7 Image capture system
8 Lente focalizadora 8 Focusing lens
9 Detector 9 Detector
10 Eje óptico 10 Optical axis
Breve descripción de las figurasBrief description of the figures
La Figura 1 muestra un esquema de una realización de un dispositivo para la determinación de una característica óptica de una lente problema Figure 1 shows a schematic of an embodiment of a device for determining an optical characteristic of a problem lens.
La Figura 2 muestra un esquema de una realización de una unidad óptica de foco variable que comprende una interfase y un conjunto de zonas de actuación formada por 32 electrodos. Figure 2 shows a schematic of an embodiment of a variable focus optical unit comprising an interface and a set of actuation zones formed by 32 electrodes.
La Figura 3 muestra un esquema del detalle la disposición de una realización de una unidad óptica de foco variable entre el test y la imagen. Figure 3 shows a detailed diagram of the arrangement of an embodiment of a variable focus optical unit between the test and the image.
La Figura 4a-4m muestra una fotografía de una imagen desenfocada (izq.) tras la colocación de una lente problema de a) 8,00 D, b) 6,00 D, c) 4,00 D, d) 2,00 D, e) 0,75 D, f) 0,50 D, g) 0,00 D, h) -0,50 D, i) -0,75 D, j) -2,00 D, k) -4,00 D, l) -6,00D, m) -8,00 D y una imagen reenfocada (der.) tras el reajuste de la unidad óptica de foco variable según el primer ejemplo. Figure 4a-4m shows a photograph of an out-of-focus image (left) after insertion of a problem lens of a) 8.00 D, b) 6.00 D, c) 4.00 D, d) 2.00 D, e) 0.75 D, f) 0.50 D, g) 0.00 D, h) -0.50 D, i) -0.75 D, j) -2.00 D, k) -4.00 D, l) -6.00 D, m) -8.00 D and a refocused image (right) after readjustment of the variable focus optical unit according to the first example.
La Figura 5 muestra una fotografía de la imagen de una lente referencia (A), y una imagen desenfocada (izq.) tras la colocación de nueve lentes problemas (B) L10, (C) L11, (D) L12, (E) L13, (F) L14, (G) L15, (H) L16, (I) L17, (J) L18, y una imagen reenfocada (der.) tras el reajuste de la unidad óptica de foco variable según el segundo ejemplo. Figure 5 shows a photograph of the image of a reference lens (A), and an out-of-focus image (left) after the placement of nine test lenses (B) L10, (C) L11, (D) L12, (E) L13, (F) L14, (G) L15, (H) L16, (I) L17, (J) L18, and a refocused image (right) after readjustment of the variable focus optical unit according to the second example.
Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention
En un primer aspecto de la invención, se describe un dispositivo (100) para la determinación de aberraciones o medida de una característica óptica. In a first aspect of the invention, a device (100) for determining aberrations or measuring an optical characteristic is described.
Como se muestra en la Figura 1, el dispositivo (100) comprende un sistema óptico formado por: una fuente de iluminación (1), un sistema objeto (2), un medio soporte, una unidad óptica de foco variable (6), y un sistema de captura de imagen (7). La fuente de iluminación (1) es la encargada de generar un haz de rayos que discurren el eje óptico para iluminar el sistema objeto (2). Este sistema de iluminación (1) puede presentar diversas configuraciones. As shown in Figure 1, the device (100) comprises an optical system formed by: an illumination source (1), an object system (2), a support medium, a variable focus optical unit (6), and an image capture system (7). The illumination source (1) is responsible for generating a beam of rays that run along the optical axis to illuminate the object system (2). This illumination system (1) can have various configurations.
Así, en una primera realización, la fuente de iluminación (1) es una fuente de iluminación con óptica condensadora. En esta realización, la fuente de iluminación (1) comprende una lente condensadora (3) configurada para dirigir el haz de rayos generado por la fuente de iluminación (1) a un test (4), comprendido en el sistema objeto (2), situado a continuación de la lente condensadora (3). Alternativamente, la fuente de iluminación (1) es una fuente de iluminación con óptica colimadora. En esta realización, la fuente de iluminación (1) comprende una lente colimadora, que dirige el haz de rayos generado por la fuente de iluminación (1) a un test (4) del sistema objeto (2). Thus, in a first embodiment, the illumination source (1) is an illumination source with condensing optics. In this embodiment, the illumination source (1) comprises a condensing lens (3) configured to direct the beam of rays generated by the illumination source (1) to a test (4), comprised in the object system (2), located after the condenser lens (3). Alternatively, the illumination source (1) is an illumination source with collimating optics. In this embodiment, the illumination source (1) comprises a collimating lens, which directs the beam of rays generated by the illumination source (1) to a test (4) of the object system (2).
El medio soporte se encuentra dispuesto en una posición de medida y está configurado para soportar una lente problema (5) sobre el eje óptico (10) del sistema óptico. La posición de medida donde se sitúa el medio soporte puede variar. Así, en una realización particular, la posición de medida se sitúa entre el sistema objeto (2) y la unidad óptica de foco variable (6). Alternativamente, también es aceptable el empleo de una posición de medida dispuesta entre la unidad óptica de foco variable (6). El efecto de una inclusión de una lente problema (5) en ambas realizaciones genera la alteración del eje óptico (10), desenfocando la imagen resultante en el plano del detector (9). The support means is arranged in a measuring position and is configured to support a test lens (5) on the optical axis (10) of the optical system. The measuring position where the support means is located may vary. Thus, in a particular embodiment, the measuring position is located between the object system (2) and the variable focus optical unit (6). Alternatively, the use of a measuring position arranged between the variable focus optical unit (6) is also acceptable. The effect of including a problem lens (5) in both embodiments generates the alteration of the optical axis (10), defocusing the resulting image in the detector plane (9).
Por su parte, tal y como se aprecia en la Figura 2, la unidad óptica de foco variable (6) comprende, en primer lugar, una interfase (61) líquida refractiva sintonizable. Es decir, la unidad de foco variable (6) comprende un conjunto de zonas de actuación (62) configuradas para modificar la curvatura de la interfase (61). En una realización particular, la sintonización de la interfase se lleva a cabo vía electrohumectación. De este modo, el conjunto de zonas de actuación (62) es sintonizable vía electrohumectación. Alternativamente, se puede emplear otros medios de sintonización tales como la deformación mecánica de una membrana (accionada por presión y/o torsión, entre otros), elastómeros dieléctricos o, incluso, un control por sonido o temperatura que actualmente se encuentran en desarrollo. En una realización alternativa, la interfase (61) puede sintonizable al emplear membranas de presión. For its part, as can be seen in Figure 2, the variable focus optical unit (6) comprises, first of all, a tunable refractive liquid interface (61). That is, the variable focus unit (6) comprises a set of actuation zones (62) configured to modify the curvature of the interface (61). In a particular embodiment, the tuning of the interface is carried out via electrowetting. In this way, the set of actuation zones (62) is tunable via electrowetting. Alternatively, other tuning means can be used such as the mechanical deformation of a membrane (actuated by pressure and/or torsion, among others), dielectric elastomers or even sound or temperature control that are currently under development. In an alternative embodiment, the interface (61) can be tunable by using pressure membranes.
Adicionalmente, dicha unidad óptica de foco variable (6) comprende un elemento controlador configurado para modificar al menos una zona de actuación de dicho conjunto de zonas de actuación (62). La variación en el conjunto de zonas de actuación de la unidad óptica de foco variable (6) genera una modificación de la curvatura de la interfase (61) comprendida en dicha unidad óptica de foco variable (6), creando una superficie refractiva con unas características definidas, específicamente, por el usuario. Additionally, said variable focus optical unit (6) comprises a control element configured to modify at least one area of action of said set of areas of action (62). The variation in the set of areas of action of the variable focus optical unit (6) generates a modification of the curvature of the interface (61) comprised in said variable focus optical unit (6), creating a refractive surface with characteristics specifically defined by the user.
En una realización particular, la interfase (61) puede presentar una potencia esfero-cilíndrica. Así, en otra realización particular, el conjunto de zonas de actuación (62) comprende al menos dos pares de zonas de actuación. Específicamente, en una realización más particular, el conjunto de zonas de actuación comprende un total de 32 zonas de actuación distribuidas en 16 pares de zonas de actuación opuestas. De este modo, se pueden configurar 16 meridianos sobre los que se actúa en la unidad óptica de foco variable (6). In a particular embodiment, the interface (61) may have a sphero-cylindrical power. Thus, in another particular embodiment, the set of actuation zones (62) comprises at least two pairs of actuation zones. Specifically, in a more particular embodiment, the set of actuation zones comprises a total of 32 actuation zones distributed in 16 pairs of opposite actuation zones. In this way, 16 meridians can be configured on which the variable focus optical unit (6) acts.
Opcionalmente, el medio soporte puede estar configurado para actuar al mismo tiempo como cubierta de la unidad óptica de foco variable (6) y como plataforma para la colocación de la lente problema (5). Un ejemplo de este tipo de medio soporte es una pieza 3D diseñada para tal fin. En esta configuración particular, la posición de medida donde se dispone la lente problema (5) se dispone lo más próxima a la unidad óptica de foco variable (6), evitando efectos de viñeteado en caso de emplear una iluminación convergente. Optionally, the support half can be configured to act simultaneously as a cover for the variable focus optical unit (6) and as a platform for placing the problem lens (5). An example of this type of support half is a 3D part designed for this purpose. In this particular configuration, the measurement position where the problem lens (5) is placed is placed as close as possible to the variable focus optical unit (6), avoiding vignetting effects in the case of using convergent lighting.
Por último, el sistema de captura de imagen (7) comprende un detector (9). El detector (9) está configurado para captar la imagen formada por un test (4) del sistema objeto (2). Adicionalmente, el sistema de captura de imagen (7) puede comprender una lente focalizadora (8), de modo que el detector (9) se encuentra situado en el plano imagen de dicha lente focalizadora (8). En una realización particular, el sistema de captura de imagen (7) puede estar configurado para la digitalización de la imagen resultante captada por el detector (9). Dicha digitalización permite un posterior procesamiento por el individuo o automático mediante un ordenador. Alternativamente, la observación directa, sin digitalizar, puede requerir el empleo de otros elementos conformadores, tales como una lente que amplie el tamaño de la imagen sobre un medio de registro. Finally, the image capture system (7) comprises a detector (9). The detector (9) is configured to capture the image formed by a test (4) of the object system (2). Additionally, the image capture system (7) may comprise a focusing lens (8), such that the detector (9) is located in the image plane of said focusing lens (8). In a particular embodiment, the image capture system (7) may be configured to digitize the resulting image captured by the detector (9). Said digitization allows for subsequent processing by the individual or automatic processing by a computer. Alternatively, direct observation, without digitizing, may require the use of other shaping elements, such as a lens that enlarges the size of the image on a recording medium.
El empleo de una unidad óptica de foco variable (6) en un dispositivo (100) como el descrito en la presente solución permite el ajuste del enfoque de la imagen formada sobre el detector (9) sin la necesidad del empleo de elementos desplazables, u otros medios equivalentes, donde se requiere un espacio adicional para realizar un ajuste en el enfoque de la imagen. The use of a variable focus optical unit (6) in a device (100) such as the one described in the present solution allows the adjustment of the focus of the image formed on the detector (9) without the need to use movable elements, or other equivalent means, where additional space is required to make an adjustment in the focus of the image.
La inclusión de una lente externa, o lente problema (5), en el medio soporte de un dispositivo (100) previamente enfocado puede generar un desenfoque de la imagen en el plano sobre el que se encuentra el detector (9) del sistema de captura de imagen (7). De este modo, analizando la potencia dióptrica, la ausencia de desenfoque tras la inclusión de la lente problema (5) implica que el eje óptico (10) no se ha visto modificado por dicha inclusión, por lo que la lente problema (5) es una lente plana, sin capacidad de modificación. Sin embargo, la generación de desenfoque debido a la inclusión de una lente problema (5) indica que la dicha lente problema (5) presenta una potencia dióptrica diferente a 0. The inclusion of an external lens, or problem lens (5), in the support medium of a previously focused device (100) can generate a blur of the image in the plane on which the detector (9) of the image capture system (7) is located. Thus, analyzing the dioptric power, the absence of blur after the inclusion of the problem lens (5) implies that the optical axis (10) has not been modified by said inclusion, so that the problem lens (5) is a flat lens, without the capacity for modification. However, the generation of blur due to the inclusion of a problem lens (5) indicates that said problem lens (5) has a dioptric power different from 0.
Como se indicaba anteriormente, la unidad óptica de foco variable (6) tiene la capacidad de enfocar la imagen variando la curvatura de la interfase (61). Por ello, modificando la curvatura de la unidad óptica de foco variable (6) a través del elemento controlador se logra el reajuste de la imagen en el plano imagen donde se sitúa el detector (9) del sistema de captura de imagen (7). As indicated above, the variable focus optical unit (6) has the ability to focus the image by varying the curvature of the interface (61). Therefore, by modifying the curvature of the variable focus optical unit (6) through the control element, the image is readjusted in the image plane where the detector (9) of the image capture system (7) is located.
En una realización inicial de la solución, el elemento controlador puede ser accionado por el usuario. Alternativamente, en otra realización particular, dicho elemento controlador también puede ser accionado automáticamente. In an initial embodiment of the solution, the controller element can be actuated by the user. Alternatively, in another particular embodiment, said controller element can also be actuated automatically.
Para poder accionar el elemento controlador automáticamente, el dispositivo (100) puede comprender además un sistema de procesamiento de imágenes, asociado al sistema de captura (7). Dicho sistema de procesamiento de imágenes puede estar configurado para calcular y enviar una señal correspondiente al elemento controlador de la unidad óptica de foco variable (6) de modo que se modifique al menos una zona de actuación de dicha unidad óptica de foco variable (6) resultando en la variación de la curvatura de dicha unidad óptica de foco variable (6). Como se indicaba, la modificación de la curvatura de la unidad óptica de foco variable (6) logra compensar las componentes esférica y astigmática de la lente problema (5). In order to be able to actuate the controller element automatically, the device (100) may further comprise an image processing system, associated with the capture system (7). Said image processing system may be configured to calculate and send a corresponding signal to the controller element of the variable focus optical unit (6) so that at least one area of action of said variable focus optical unit (6) is modified, resulting in the variation of the curvature of said variable focus optical unit (6). As indicated, the modification of the curvature of the variable focus optical unit (6) manages to compensate the spherical and astigmatic components of the problem lens (5).
En una realización adicional, dicho sistema de procesamiento de imágenes puede ser un sistema retroalimentado. De acuerdo con esta característica, el sistema puede realizar una serie de iteraciones, envío de señal al elemento controlador - procesamiento de imagen, hasta obtener una imagen nítida y enfocada. De este modo, la interacción del usuario del dispositivo queda limitada a la inclusión de la lente problema (5) en el medio soporte del dispositivo (100). El sistema de procesamiento está configurado para realizar un análisis numérico del enfoque de la imagen. Dicho análisis numérico está basado en métricas como la nitidez, el aumento final, borrosidad, entre otros. A su vez, el aumento final puede venir determinado por el aumento de la imagen en las distintas orientaciones para guiar la compensación en lentes esfero-cilíndricas en el sentido de la orientación del componente cilindrico o el signo de la potencia (positiva o negativa). In a further embodiment, said image processing system may be a feedback system. According to this feature, the system may perform a series of iterations, sending a signal to the image processing controller element, until a sharp and focused image is obtained. In this way, the user interaction of the device is limited to the inclusion of the problem lens (5) in the support medium of the device (100). The processing system is configured to perform a numerical analysis of the image focus. Said numerical analysis is based on metrics such as sharpness, final magnification, blurriness, among others. In turn, the final magnification may be determined by the magnification of the image in the different orientations to guide the compensation in sphero-cylindrical lenses in the direction of the orientation of the cylindrical component or the sign of the power (positive or negative).
En resumen, el sistema de procesamiento puede estar adaptado para calcular o correlacionar la potencia de la lente a partir de la curvatura de la unidad óptica de foco variable (6). En una alternativa, el sistema de procesamiento puede comprender, además, medios configurados para el uso demachine iearningo aplicación de inteligencia artificial, en el procesado de la imagen hacia la medida del ajuste final. In summary, the processing system may be adapted to calculate or correlate the lens power from the curvature of the variable focus optical unit (6). In an alternative, the processing system may further comprise means configured for the use of machine learning or application of artificial intelligence in processing the image towards the final adjustment measurement.
El uso de un dispositivo (100) de tamaño reducido y características apropiadas para el propósito planteado permite utilizar lentes de distancia focal más corta y eso a su vez, a diferencia de las soluciones actuales, posibilita reducir el tamaño y aumentar la practicidad, de una manera económica para el usuario. The use of a device (100) of reduced size and appropriate characteristics for the purpose set allows the use of shorter focal length lenses and that in turn, unlike current solutions, makes it possible to reduce the size and increase practicality, in an economical way for the user.
La unidad óptica de foco variable (6) puede ser caracterizada con un aberrómetro Hartmann-Shack, midiendo el frente de onda generado por dicha unidad óptica de foco variable (6) en función de la curvatura que presenta. Dicha caracterización de la unidad óptica de foco variable (6) da información de la potencia dióptrica esférica y astigmática (aberraciones de bajo orden) generada por el componente, pero también información de aberraciones de alto orden que pueden usarse o no en la posterior medida sobre una lente problema (5). Es decir, la calibración previa de la unidad óptica de foco variable (6) utilizada permite una caracterización de la lente problema (5) analizada más amplia, al poder determinar también coeficientes de Zernike, que pueden contener más información interesante de la superficie óptica, más allá de la potencia dióptrica con la que se trabaja habitualmente, a nivel oftalmológico y optométrico, en la compensación de errores refractivos. Actualmente, existen otros medios que pueden realizar alternativamente esta caracterización. Es decir, también sería aceptable la caracterización mediante otros aberrométros o sensores de frente de onda. The variable focus optical unit (6) can be characterized with a Hartmann-Shack aberrometer, measuring the wavefront generated by said variable focus optical unit (6) as a function of the curvature it presents. Said characterization of the variable focus optical unit (6) provides information on the spherical and astigmatic dioptric power (low-order aberrations) generated by the component, but also information on high-order aberrations that may or may not be used in the subsequent measurement on a problem lens (5). That is, the prior calibration of the variable focus optical unit (6) used allows a broader characterization of the analyzed problem lens (5), by also being able to determine Zernike coefficients, which may contain more interesting information about the optical surface, beyond the dioptric power with which one usually works, at an ophthalmological and optometric level, in the compensation of refractive errors. Currently, there are other means that can alternatively perform this characterization. That is, characterization using other aberrometers or wavefront sensors would also be acceptable.
En un segundo aspecto de la invención, se describe un método para determinar de aberraciones de una lente problema (5). Dicho método comprende las siguientes etapas: In a second aspect of the invention, a method is described for determining the aberrations of a problem lens (5). Said method comprises the following steps:
- disponer un dispositivo (100) según lo descrito anteriormente, calibrando la unidad óptica de foco variable (6) de modo que la imagen formada sobre el detector (9) del sistema de captura de imagen (7) sea una imagen nítida del sistema objeto (2) del dispositivo (100), - arranging a device (100) as described above, calibrating the variable focus optical unit (6) so that the image formed on the detector (9) of the image capture system (7) is a sharp image of the object system (2) of the device (100),
- disponer una lente problema (5) en el medio de soporte del dispositivo (100), dando lugar a una imagen desenfocada en el plano del detector (9) del sistema de captura de imagen (7). - arranging a problem lens (5) in the support means of the device (100), giving rise to a blurred image in the detector plane (9) of the image capture system (7).
- reenfocar la imagen obtenida sobre el plano del detector (9) actuando sobre la curvatura de la interfase (61) de la unidad óptica de foco variable (6); - refocusing the image obtained on the detector plane (9) by acting on the curvature of the interface (61) of the variable focus optical unit (6);
- determinar la modificación de la curvatura de la unidad óptica de foco variable (6); y - correlacionar la modificación de la curvatura de la unidad óptica de foco variable (6) con una característica óptica de la lente problema (5). - determining the change in the curvature of the variable focus optical unit (6); and - correlating the change in the curvature of the variable focus optical unit (6) with an optical characteristic of the problem lens (5).
En una realización adicional, la medida y compensación del desenfoque de la lente problema (5) se puede llevar a cabo de manera automática, mediante un sistema de procesamiento de imágenes. De este modo, el reenfoque de la imagen comprende las etapas de analizar informáticamente la imagen, enviar una señal al elemento controlador de la unidad óptica de foco variable (6) y actuar sobre la curvatura de la interfase (61). In a further embodiment, the measurement and compensation of the blur of the problem lens (5) can be carried out automatically, by means of an image processing system. In this way, the refocusing of the image comprises the steps of computer analyzing the image, sending a signal to the controlling element of the variable focus optical unit (6) and acting on the curvature of the interface (61).
De este modo, el procesado de la imagen puede definir un proceso iterativo, reatrolimentándose de manera automática hasta la obtención de una imagen enfocada sobre el detector (9) del dispositivo (100). Para ello, se puede realizar un análisis numérico de la imagen basada en métricas como la nitidez, el aumento final, borrosidad, entre otros. A su vez, el aumento final puede venir determinado por el aumento de la imagen en las distintas orientaciones para guiar la compensación en lentes esfero-cilíndricas en el sentido de la orientación del componente cilíndrico o el signo de la potencia (positiva o negativa). In this way, image processing can define an iterative process, automatically feeding back until obtaining a focused image on the detector (9) of the device (100). To do this, a numerical analysis of the image can be performed based on metrics such as sharpness, final magnification, blurriness, among others. In turn, the final magnification can be determined by the magnification of the image in the different orientations to guide the compensation in sphero-cylindrical lenses in the direction of the orientation of the cylindrical component or the sign of the power (positive or negative).
A modo de ejemplo, en una realización particular donde el conjunto de zonas de actuación viene definido por un conjunto de electrodos, el resultado final del procesado de la imagen es una combinación de voltajes para los distintos electrodos que producen en la interfase la curvatura que vuelve a formar la imagen sobre el detector (9) nítidamente, independientemente del tipo de lente problema (5), es decir, tanto si la lente problema es esférica como si introduce astigmatismo. Independientemente del proceso, manual o automático, empleado para el procesamiento de la imagen o ajuste de la curvatura de la unidad óptica de foco variable (6), la imagen final tomada por el detector (9) es una imagen totalmente enfocada, en todas las direcciones. By way of example, in a particular embodiment where the set of action zones is defined by a set of electrodes, the final result of the image processing is a combination of voltages for the different electrodes that produce at the interface the curvature that re-forms the image on the detector (9) clearly, regardless of the type of problem lens (5), that is, whether the problem lens is spherical or introduces astigmatism. Regardless of the process, manual or automatic, used for image processing or adjustment of the curvature of the variable focus optical unit (6), the final image taken by the detector (9) is a totally focused image, in all directions.
Ahora bien, el empleo de un sistema de procesamiento de imágenes automático puede hacer que no sea necesaria la visualización de esta durante el proceso, disminuyendo el número de elementos que componen el dispositivo (100). Esto se distingue de otras soluciones empleadas actualmente, por ejemplo, la observación que se realiza en un frontofocómetro manual para una lente astigmática requiere enfocar cada uno de los meridianos principales por separado, viéndose enfocado solo una dirección del test cada vez que se realiza una medida. However, the use of an automatic image processing system can make it unnecessary to view the image during the process, reducing the number of elements that make up the device (100). This differs from other solutions currently used, for example, the observation made in a manual frontofocometer for an astigmatic lens requires focusing each of the main meridians separately, with only one direction of the test being focused each time a measurement is made.
Por tanto, se logra un dispositivo (100) y un método que permite la determinación de una característica óptica de una lente problema (5), , tanto la componente esférica como la astigmática. El dispositivo (100) propuesto permite la optimización de los elementos, reduciendo sus dimensiones, por lo que se mejora la practicidad y portabilidad del dispositivo descrito. El método por el que se obtiene la medida de la lente es fácilmente entendido por el usuario que utiliza el dispositivo, sin necesitar grandes conocimientos en aberrometría o interferometría. Adicionalmente, puede diseñarse un dispositivo que logra la determinación de manera automática. Es decir, se evita la interacción del usuario durante el calibrado y enfoque de la imagen. Therefore, a device (100) and a method are achieved that allow the determination of an optical characteristic of a problem lens (5), both the spherical and astigmatic components. The proposed device (100) allows the optimization of the elements, reducing their dimensions, thereby improving the practicality and portability of the described device. The method by which the lens measurement is obtained is easily understood by the user who uses the device, without needing great knowledge in aberrometry or interferometry. Additionally, a device can be designed that achieves the determination automatically. That is, user interaction during the calibration and focusing of the image is avoided.
Un primer ejemplo de realización de la presente solución ha sido realizado con los siguientes componentes: A first example of implementation of this solution has been made with the following components:
- Fuente de iluminación (1) que comprende: LED verde (505nm) marca Thorlabs, y una lente condensadora (3): Doblete acromático de distancia focal f<’ 1>= 100 mm, marca Linos. - Lighting source (1) comprising: Thorlabs brand green LED (505nm), and a condenser lens (3): Achromatic doublet with focal length f<’ 1>= 100 mm, Linos brand.
- Un sistema objeto (2) que comprende: un test (4), retículo de contacto de 26 mm de diámetro. Se trata de un objeto circular en el que la mitad superior son líneas concéntricas separadas por 1 mm, mientras que la mitad inferior es una escala radial de ángulos. - An object system (2) comprising: a test (4) contact grid of 26 mm diameter. This is a circular object in which the upper half is concentric lines separated by 1 mm, while the lower half is a radial scale of angles.
- Unidad óptica de foco variable (6) que comprende una lente TOFU de 32 electrodos, según las dimensiones en Tabla 1: - Variable focus optical unit (6) comprising a 32-electrode TOFU lens, according to the dimensions in Table 1:
Tabla 1. Dimensiones del dispositivo entre el test y la imagen según el ejemplo 1 Table 1. Dimensions of the device between the test and the image according to example 1
- Sistema de captura de imagen (7) que comprende una lente focalizadora (8), doblete acromático de distancia focal / 0'& = 40 mm, modelo Edmund Optics 47665; y un detector (9), IDS UI-3582LE-C (AB00488). Es un sensor CMOS que cuenta con una resolución de 2560x1920 píxeles (4,92 Mpx), 15.2 fps, y 2,2 gm de tamaño de píxel. - Image capture system (7) comprising a focusing lens (8), an achromatic doublet with a focal length of 0'& = 40 mm, Edmund Optics model 47665; and a detector (9), IDS UI-3582LE-C (AB00488). It is a CMOS sensor with a resolution of 2560x1920 pixels (4.92 Mpx), 15.2 fps, and a pixel size of 2.2 gm.
En Figura 3 se muestra un esquema parte del dispositivo, específicamente desde el test hasta el detector sin mostrar el sistema de iluminación. En este esquema se muestran una lente problema arbitraria, la lente TOFU (elemento central) y un doblete acromático que hace las veces de lente focalizadora sobre el sensor. Figure 3 shows a schematic of part of the device, specifically from the test to the detector, without showing the illumination system. This schematic shows an arbitrary test lens, the TOFU lens (central element), and an achromatic doublet that acts as a focusing lens on the sensor.
Adicionalmente, para realizar este ejemplo, se ha empleado un sistema de procesamiento de las imágenes. Específicamente, en este caso, se ha empleado un ordenador con el software Matlab. Additionally, to carry out this example, an image processing system was used. Specifically, in this case, a computer with Matlab software was used.
Este ejemplo de realización de la solución enfoca la imagen del test (4) sobre el detector (9) cuando la distancia focal de la lente TOFU es 105 mm, equivalente a 9,5 D aproximadamente. This example of the solution's implementation focuses the test image (4) on the detector (9) when the focal length of the TOFU lens is 105 mm, equivalent to approximately 9.5 D.
A partir de esta posición inicial, de la cual se conoce su curvatura, así como los voltajes que generan dicha curvatura, se obtendrá la medida de la lente problema (5) a partir de los valores de modificación de curvatura para volver a reenfocar la imagen sobre el sensor cuando se incluye una lente problema (5) en la posición de medida (12,5 mm previa la lente TOFU). From this initial position, whose curvature is known, as well as the voltages that generate said curvature, the measurement of the problem lens (5) will be obtained from the curvature modification values to refocus the image on the sensor when a problem lens (5) is included in the measurement position (12.5 mm prior to the TOFU lens).
Adicionalmente, para el control de la lente TOFU, se ha programado un procesado de imagen recibida en el sensor del sistema de captura de la imagen. Sobre la imagen recibida en el sensor, se aplican distintos criterios de combinación, basados en borrosidad, detección de bordes y aumento. Como se indicaba anteriormente, el sistema de procesamiento puede estar adaptado para llevar a cabo un análisis a partir de un conjunto de criterios, siendo la medida de la nitidez el de mayor peso. Additionally, to control the TOFU lens, the image capture system's sensor has been programmed to process the image received. Different combination criteria are applied to the image received by the sensor, based on blurring, edge detection, and magnification. As indicated above, the processing system can be adapted to perform an analysis based on a set of criteria, with sharpness being the most important.
Específicamente, el sistema de procesamiento de imagen puede emplear el tamaño y excentricidad de la imagen borrosa cuando se introduce la lente problema (5) en relación con la imagen de referencia es captada por el detector (9). Estos factores poder servir como guía para establecer una curvatura de partida de la unidad óptica de foco variable (6). Specifically, the image processing system may employ the size and eccentricity of the blurred image when the problem lens (5) is introduced relative to the reference image captured by the detector (9). These factors may serve as a guide to establish a starting curvature of the variable focus optical unit (6).
Para ello, el sistema de procesamiento es capaz de comparar dicho tamaño con una base de datos donde existen imágenes borrosas generadas por diferentes lentes oftálmicas de potencia dióptrica conocida, que permite correlacionar el tamaño de la imagen borrosa con la potencia del equivalente esférico o desenfoque M de la lente problema (5) introducida, siendo M = S C/2, con S el valor de la esfera y C el valor del cilindro. Si bien no es una medida exacta, aporta un valor de partida aproximado M. To do this, the processing system is able to compare said size with a database containing blurred images generated by different ophthalmic lenses of known dioptric power, which allows the size of the blurred image to be correlated with the power of the spherical equivalent or blur M of the problem lens (5) introduced, where M = S C/2, with S being the value of the sphere and C the value of the cylinder. Although it is not an exact measurement, it provides an approximate starting value M.
Adicionalmente, la excentricidad de la imagen del test sobre el detector (9) permite al sistema de procesamiento estimar la presencia y la orientación del astigmatismo, ya que la imagen del test circular puede tomar una forma elíptica y la relación de tamaño entre ambos meridianos puede ser correlacionada con el astigmatismo puro del sistema, de modo que se puede afinar el rango en el que se realiza la siguiente iteración. Adicionalmente, la orientación de dicha elipse está relacionada con la orientación del astigmatismo. Al igual que en el paso previo, la aproximación realizada por la excentricidad no es una medida exacta, pero permite definir o mejorar un primer valor iterativo. Additionally, the eccentricity of the test image on the detector (9) allows the processing system to estimate the presence and orientation of the astigmatism, since the circular test image can take an elliptical shape and the size relationship between both meridians can be correlated with the pure astigmatism of the system, so that the range in which the next iteration is performed can be fine-tuned. Additionally, the orientation of said ellipse is related to the orientation of the astigmatism. As in the previous step, the approximation made by the eccentricity is not an exact measure, but it allows defining or improving a first iterative value.
Con el valor de partida M previamente estimado, el sistema de procesamiento puede realizar un barrido de la potencia puramente esférica necesaria para reenfocar la imagen resultante por la entrada de la lente problema (5). Específicamente, se actúa variando igual cada uno de los electrodos de la lente TOFU, modificando la curvatura de la interfase. Para ello, el valor M puede ser traducido a voltaje VM consultando la caracterización de la unidad óptica de foco variable (6), y se lleva a cabo una variación, manual o automática, del voltaje en un rango centrado en V<m>de modo que la curvatura de la unidad óptica de foco variable sea modificada según se varíe el voltaje. La amplitud de dicho rango puede ser estimada por la excentricidad, de manera que la excentricidad se relaciona con un valor estimado de J, donde J = C/2. El rango viene determinado por el intervalo M ± J, que es traducido a voltaje V y multiplicado por un factor 1,75. En caso de ser un rango en voltajes menor a 0,75 V, se fija un rango de 0,75V. En estos barridos, el detector (9) captura la imagen para cada combinación de voltajes y se computa la nitidez para la nueva imagen hasta encontrar el punto de mejor calidad de imagen, que corresponderá con los voltajes que permiten enfocar la imagen. El cálculo de la nitidez para este caso se ha realizado con los gradientes de intensidad de la imagen recogida por el detector (9). Por ejemplo, si se generan 30 valores distintos de voltaje, se toma una imagen por cada valor de voltaje, se calcula la nitidez de dicha imagen lo que se traduce en 30 valores de nitidez relacionados con el voltaje. With the previously estimated starting value M, the processing system can perform a sweep of the purely spherical power necessary to refocus the resulting image through the input of the problem lens (5). Specifically, it acts by varying each of the electrodes of the TOFU lens equally, modifying the curvature of the interface. To do this, the value M can be translated into voltage VM by consulting the characterization of the variable focus optical unit (6), and a manual or automatic variation of the voltage is carried out in a range centered on V<m> so that the curvature of the variable focus optical unit is modified as the voltage is varied. The width of said range can be estimated by the eccentricity, such that the eccentricity is related to an estimated value of J, where J = C/2. The range is determined by the interval M ± J, which is translated into voltage V and multiplied by a factor of 1.75. In the case of a voltage range less than 0.75 V, a range of 0.75 V is set. In these sweeps, the detector (9) captures the image for each voltage combination and the sharpness for the new image is computed until the point of best image quality is found, which will correspond to the voltages that allow the image to be focused. The sharpness calculation for this case has been carried out with the intensity gradients of the image collected by the detector (9). For example, if 30 different voltage values are generated, one image is taken for each voltage value, the sharpness of said image is calculated, which translates into 30 sharpness values related to the voltage.
La nitidez aumentará hasta un punto de mejor calidad de imagen porque gracias a los criterios previos se podrá determinar aquella curvatura que enfoca la imagen emborronada por la lente problema que se está midiendo. Sharpness will increase to a point of better image quality because, thanks to the previous criteria, it will be possible to determine the curvature that focuses the image blurred by the problem lens being measured.
Posteriormente, este método de operación por barrido y cálculo de la nitidez puede ser realizado para un barrido de orientación, un barrido de astigmatismo y un barrido de ajuste final esférico. This method of operation by scanning and calculating sharpness can then be performed for an orientation scan, an astigmatism scan, and a spherical final adjustment scan.
I. Barrido de orientación: Usando el valor de curvatura de la interfase, se puede estimar un voltaje modificador de la curvatura, relacionado con el astigmatismo J detectado en la medida de excentricidad. Así, se disminuye el voltaje en un único meridiano (correspondiente a un par de zonas de actuación (62a, 62b) del conjunto o, en una realización particular, dos electrodos opuestos) pero se va rotando la orientación de este meridiano. Esto se traduce en disminuir el voltaje de dos electrodos opuestos partiendo de una orientación de 0° hasta 180°. Una de las orientaciones es esperable que dé una calidad de imagen mayor (nitidez), y esto seleccionaría la orientación del astigmatismo de la lente. I. Orientation sweep: Using the interface curvature value, a curvature-modifying voltage can be estimated, related to the astigmatism J detected in the eccentricity measurement. Thus, the voltage is decreased in a single meridian (corresponding to a pair of action zones (62a, 62b) of the array or, in a particular embodiment, two opposite electrodes) but the orientation of this meridian is rotated. This translates into decreasing the voltage of two opposite electrodes starting from an orientation of 0° to 180°. One of the orientations is expected to give better image quality (sharpness), and this would select the orientation of the lens astigmatism.
II. Barrido de astigmatismo: en la orientación escogida en el paso previo, se varía el conjunto de zonas de actuación (62), por ejemplo, modificando el voltaje de los electrodos que la forman. La variación de voltaje se realiza desde 0 D de astigmatismo hasta dos veces el astigmatismo J estimado de la excentricidad. II. Astigmatism scanning: in the orientation chosen in the previous step, the set of action zones (62) is varied, for example, by modifying the voltage of the electrodes that form it. The voltage variation is carried out from 0 D of astigmatism to twice the astigmatism J estimated from the eccentricity.
III. Se centra en el valor calculado de la excentricidad, por ejemplo, ± equivalente a 0,75 D. Para varios valores de voltaje se calcula la nitidez de la imagen resultante y se escoge el voltaje de la imagen con mejor nitidez. III. It focuses on the calculated value of the eccentricity, for example, ± equivalent to 0.75 D. For several voltage values, the sharpness of the resulting image is calculated and the image voltage with the best sharpness is chosen.
IV. Barrido final de ajuste esférico: como comprobación final, se realiza de nuevo un barrido esférico en el que cada zona de actuación se varía por igual, por ejemplo, el voltaje de cada electrodo, partiendo del valor del voltaje obtenido en el paso de barrido de astigmatismo. De nuevo se escogen los valores de curvatura, o voltaje modificador de dicha curvatura, que dan una imagen de mayor nitidez de entre las obtenidas en el barrido. IV. Final spherical adjustment scan: As a final check, a spherical scan is performed again, in which each target area is varied equally; for example, the voltage of each electrode, based on the voltage value obtained in the astigmatism scan step. Once again, the curvature values, or curvature-modifying voltages, that provide the sharpest image among those obtained in the scan are chosen.
La combinación de todos los voltajes da una imagen nítida en todas las orientaciones. Obtener una imagen nítida en todas las direcciones es la señal de que la imagen del test se está formando sobre el detector (9) y que la curvatura de la unidad óptica de foco variable (6) dada por esos voltajes compensa en la potencia dióptrica introducida por la lente problema (5), tanto esférica como astigmática. (con lo que no debe realizarse una medida distinta por cada meridiano donde se encuentran las potencias principales). The combination of all voltages gives a sharp image in all orientations. Obtaining a sharp image in all directions is the sign that the test image is being formed on the detector (9) and that the curvature of the variable focus optical unit (6) given by these voltages compensates for the dioptric power introduced by the problem lens (5), both spherical and astigmatic. (so a different measurement should not be made for each meridian where the principal powers are located).
A continuación, el sistema de procesamiento puede determinar la potencia de la lente problema (5). De acuerdo con una realización particular, se pueden obtener los voltajes de los 32 electrodos de las zonas de actuación (62), de modo que forman una función de forma sinusoidal que puede relacionarse con el perfil de potencia dióptrica de la lente, relacionando los voltajes con la caracterización. Es decir, dicha potencia no se obtiene directamente de los voltajes, o de forma general la curvatura, de la unidad óptica de foco variable (6) sino que son necesarios algunos cálculos aplicando óptica paraxial junto con la caracterización de la unidad óptica de foco variable (6) y/o la utilización de una tabla de consulta con lentes patrón. The processing system can then determine the power of the problem lens (5). In accordance with a particular embodiment, the voltages of the 32 electrodes of the actuation zones (62) can be obtained, such that they form a sinusoidal function that can be related to the dioptric power profile of the lens, relating the voltages with the characterization. That is, said power is not obtained directly from the voltages, or in general the curvature, of the variable focus optical unit (6) but some calculations are necessary applying paraxial optics together with the characterization of the variable focus optical unit (6) and/or the use of a look-up table with standard lenses.
En resumen, el sistema de procesamiento puede estar adaptado para calcular o correlacionar la potencia de la lente a partir de la curvatura de la unidad óptica de foco variable (6). En una alternativa, el sistema de procesamiento puede comprender, además, medios configurados para el uso demachine iearningo aplicación de inteligencia artificial, en el procesado de la imagen hacia la medida del ajuste final. In summary, the processing system may be adapted to calculate or correlate the lens power from the curvature of the variable focus optical unit (6). In an alternative, the processing system may further comprise means configured for the use of machine learning or application of artificial intelligence in processing the image towards the final adjustment measurement.
El uso de un dispositivo (100) de tamaño reducido y características apropiadas para el propósito planteado permite utilizar lentes de distancia focal más corta y eso a su vez, a diferencia de las soluciones actuales, posibilita reducir el tamaño y aumentar la practicidad, de una manera económica para el usuario. The use of a device (100) of reduced size and appropriate characteristics for the purpose set allows the use of shorter focal length lenses and that in turn, unlike current solutions, makes it possible to reduce the size and increase practicality, in an economical way for the user.
El resultado de este tratamiento de la imagen es una respuesta que modifica el voltaje de la lente TOFU hacia valores mayores o menores a nivel local de cada uno de los 32 electrodos que generan la curvatura de la interfase (61). The result of this image processing is a response that modifies the voltage of the TOFU lens towards higher or lower values at the local level of each of the 32 electrodes that generate the curvature of the interface (61).
En las Figuras 4a-4f y Figuras 4h-4m se muestra una fotografía de una imagen desenfocada (izq.) tras la colocación de una lente problema (5) - desde -8 D hasta 8 D, en pasos de 2 D, así como lentes de ± 0,75 D y ± 0,50 D - y una imagen reenfocada (der.) tras el reajuste de la lente TOFU. Por su parte, la Figura 4g muestra el resultado en la posición de referencia, es decir, en ausencia de la lente problema. Figures 4a-4f and Figures 4h-4m show a photograph of an out-of-focus image (left) after insertion of a problem lens (5) - from -8 D to 8 D, in steps of 2 D, as well as lenses of ± 0.75 D and ± 0.50 D - and a refocused image (right) after readjustment of the TOFU lens. Figure 4g shows the result in the reference position, i.e. in the absence of the problem lens.
Por tanto, la incorporación de una lente problema (5), diferente a 0,00 D, en el medio de soporte del dispositivo (100) produce cierta borrosidad. Dicha borrosidad es corregida mediante el ajuste de la lente TOFU, la cual compensa la acción de la lente problema (5), y la imagen final cuando se ha realizado la compensación con la lente TOFU y por lo tanto la medida, en función de potencia esférica de la lente problema (5) indicada por el fabricante. Therefore, the incorporation of a problem lens (5), different from 0.00 D, in the support means of the device (100) produces a certain blurriness. Said blurriness is corrected by adjusting the TOFU lens, which compensates for the action of the problem lens (5), and the final image when the compensation has been carried out with the TOFU lens and therefore the measurement, as a function of the spherical power of the problem lens (5) indicated by the manufacturer.
De este modo, los resultados de las medidas realizadas en lentes problema (5), provenientes de caja de pruebas de potencia esférica conocida desde -8 D hasta 8 D, en pasos de 2 D, así como lentes de ± 0,75 D y ± 0,50 D, muestran que se puede alcanzar una buena sensibilidad, incluso en valores más bajos de potencia. Los resultados en notación vectorial de Fourier se muestran en la Tabla 1. En este caso, puesto que son lentes esféricas, no se incluye la notación convencional porque la esfera en este caso equivale al valor M para cada caso. Además, en la segunda columna desde la izquierda, se incluye el voltaje necesario para actuar sobre la lente TOFU y enfocar la imagen del test (4) sobre el detector (9). En el caso anterior, se han incluido los máximos y mínimos porque al tratarse de lentes con astigmatismo, debe crearse una superficie astigmática, para lo que a nivel local ciertos meridianos (parejas de electrodos) tendrán mayor voltaje o menor. Para el caso de lentes esféricas, la creación de una superficie esférica no se requiere de estas diferencias en los electrodos, se actúa en todos de manera proporcional. Thus, the results of the measurements carried out on test lenses (5), from a test box of known spherical power from -8 D to 8 D, in steps of 2 D, as well as lenses of ± 0.75 D and ± 0.50 D, show that good sensitivity can be achieved, even at lower power values. The results in vector Fourier notation are shown in Table 1. In this case, since they are spherical lenses, the conventional notation is not included because the sphere in this case is equivalent to the M value for each case. Furthermore, in the second column from the left, the voltage necessary to act on the TOFU lens and focus the test image (4) on the detector (9) is included. In the previous case, the maximums and minimums have been included because, since these are lenses with astigmatism, an astigmatic surface must be created, for which, at a local level, certain meridians (pairs of electrodes) will have higher or lower voltage. In the case of spherical lenses, the creation of a spherical surface does not require these differences in the electrodes; they all act proportionally.
Tabla 2. Resultados de potencia dióptrica frontal Table 2. Frontal dioptric power results
Adicionalmente, se ha realizado una simulación a través de Zemax, sobre lentes esferocilíndricas basadas en parámetros de fabricación de lentes oftálmicas. Los parámetros se han escogido para ser lo más similares a lentes reales posibles, aunque el entorno en que se realicen estas medidas sea una simulación digital. Así mismo, el eje del cilindro en estas lentes se ha simulado para distintas orientaciones. Additionally, a Zemax simulation was performed on spherocylindrical lenses based on ophthalmic lens manufacturing parameters. The parameters were chosen to be as similar to real lenses as possible, although the environment in which these measurements were performed was a digital simulation. Likewise, the cylinder axis in these lenses was simulated for different orientations.
Los resultados obtenidos según la simulación se muestran a continuación en la Tabla 3 y 4. The results obtained according to the simulation are shown below in Table 3 and 4.
En la Tabla 3 se encuentran los resultados de potencia frontal de las lentes problema esférocilíndricas, por un lado, los teóricos basados en los radios de curvatura, índice de refracción y espesor; y, por otro lado, la potencia frontal medida a partir de la curvatura de la interfase en la lente TOFU. Se ha representado en notación rectangular de Fourier que permite un tratamiento estadístico fiel de las diferencias. En la primera columna de esta misma tabla aparecen voltaje promedio, máximo y mínimo, para la obtención de la curvatura dada por la simulación. Adicionalmente, se muestra en la Tabla 4 la prescripción de las lentes simuladas y la obtenida en la medida en notación esfero-cilíndrica. Table 3 shows the frontal power results for the spherical-cylindrical test lenses: theoretical results based on the radii of curvature, refractive index, and thickness; and the frontal power measured from the interface curvature in the TOFU lens. It is represented in rectangular Fourier notation, which allows for accurate statistical processing of differences. The first column of this table shows the average, maximum, and minimum voltages used to obtain the curvature given by the simulation. Additionally, Table 4 shows the prescription of the simulated lenses and the one obtained from the measurement in spherical-cylindrical notation.
Tabla 3. Resultados en potencia dióptrica frontal de las simulaciones, en notación rectangular de Fourier. Table 3. Frontal dioptric power results from the simulations, in rectangular Fourier notation.
Tabla 4. Resultados de las medidas en lentes oftálmicas simuladas representado en notación convencional (esfera, cilindro y eje) Table 4. Results of measurements on simulated ophthalmic lenses represented in conventional notation (sphere, cylinder, and axis)
Las diferencias obtenidas en potencia frontal resultan en los promedios de 0,022 ± 0,010 D en las medidas en Zemax y de -0,007 ± 0,018 D en las medidas experimentales. Las diferencias máximas están en 0,036 D y 0,075 D, para las medidas en Zemax y las experimentales respectivamente. Dado que el mínimo paso entre potencias habitualmente utilizado en la refracción de pacientes está en 0,12 D. Los voltajes obtenidos por ambos métodos son similares y siguen el comportamiento esperado por la lente TOFU, donde se tiene en cuenta las tolerancias de fabricación de la lente TOFU. The differences obtained in frontal power averaged 0.022 ± 0.010 D in the Zemax measurements and -0.007 ± 0.018 D in the experimental measurements. The maximum differences were 0.036 D and 0.075 D, for the Zemax and experimental measurements, respectively. Given that the minimum step between powers typically used in patient refraction is 0.12 D, the voltages obtained by both methods are similar and follow the expected behavior of the TOFU lens, taking into account the manufacturing tolerances of the TOFU lens.
Puede, por ejemplo, verse como la posición de referencia requiere un voltaje de 104,147 V en las simulaciones y de 105,548 V en las medidas experimentales. Aunque estos valores son distintos, la diferencia puede explicarse por las tolerancias, y queda dentro de un rango entre las potencias de ± 0,50 D de las lentes de caja de pruebas. Una calibración con lentes de potencia conocida permitiría ajustar más este punto de referencia, y los saltos en voltaje que permiten recrear la curvatura siguen un patrón predecible. Por ejemplo, en el caso de las lentes esféricas, el aumento del voltaje es aproximadamente lineal. For example, the reference position requires a voltage of 104.147 V in the simulations and 105.548 V in the experimental measurements. Although these values are different, the difference can be explained by tolerances and falls within a range between the ±0.50 D powers of the test box lenses. Calibration with lenses of known power would allow this reference point to be further fine-tuned, and the voltage jumps that allow the curvature to be recreated follow a predictable pattern. For example, in the case of spherical lenses, the voltage increase is approximately linear.
Un segundo ejemplo de realización de la presente solución ha sido realizado con los siguientes componentes. El experimento ha sido realizado con los siguientes componentes - Fuente de iluminación (S) que comprende un LED verde (505 nm) marca Thorlabs, y una lente condensadora (L1), doblete acromático de distancia focal f’i = 100 mm, marca Linos. A second embodiment of the present solution has been carried out with the following components. The experiment has been performed with the following components: Illumination source (S) comprising a Thorlabs green LED (505 nm), and a Linos brand achromatic doublet condenser lens (L1), focal length f'i = 100 mm.
- Sistema de objeto (2) que comprende un Test (4), retículo de contacto de 26 mm de diámetro. - Object system (2) comprising a Test (4), contact grid of 26 mm diameter.
- Unidad óptica de foco variable (6) que comprende una lente TOFU esfero-cilíndrica de 32 electrodos según las dimensiones en la Tabla 5. - Variable focus optical unit (6) comprising a 32-electrode sphero-cylindrical TOFU lens according to the dimensions in Table 5.
Tabla 5. Dimensiones del dispositivo entre el objeto (test) y la imagen, según ejemplo 2. Table 5. Dimensions of the device between the object (test) and the image, according to example 2.
- Sistema de captura de imagen (7) que comprende una lente focalizadora (8), doblete acromático de distancia focal / 0'& = 40 mm, modelo Edmund Optics 47665; y un detector (9), IDS UI-3582LE-C (AB00488). Es un sensor CMOS que cuenta con una resolución de 2560x1920 píxeles (4,92 Mpx), 15.2 fps, y 2,2 pm de tamaño de píxel. - Image capture system (7) comprising a focusing lens (8), an achromatic doublet with a focal length of 0'& = 40 mm, Edmund Optics model 47665; and a detector (9), IDS UI-3582LE-C (AB00488). It is a CMOS sensor with a resolution of 2560x1920 pixels (4.92 Mpx), 15.2 fps, and a pixel size of 2.2 pm.
Adicionalmente, para realizar este ejemplo, se ha empleado nuevamente un sistema de procesamiento de las imágenes, basado en el software Matlab. Additionally, to carry out this example, an image processing system based on Matlab software has been used again.
En este segundo ejemplo, se han realizado medidas de 9 lentes oftálmicas (L10-L18), esferocilíndricas, de diferentes fabricantes e índices de refracción. La principal diferencia entre ambos experimentos es el uso de dos lentes TOFU distintas. Como puede verse en la Tabla 1 y 5, hay diferencias en las dimensiones y el orden de los índices de refracción. Estas diferencias deben estar presentes cuando se traducen los voltajes aplicados a la lente en potencia dióptrica, así como otras diferencias en las dimensiones del dispositivo, pero ambas lentes siguen el mismo principio de funcionamiento.De cada lente problema, se obtienen los voltajes que recrean una interfase refractiva que coloca los planos focales del sistema sobre el sensor después de que dichas lentes los hayan desplazado. Estos voltajes, pasando a través de los valores de la calibración con el aberrómetro Hartmann-Shack y de los cálculos de óptica paraxial permiten obtener la potencia dióptrica de la lente problema. In this second example, measurements were taken on nine spherocylindrical ophthalmic lenses (L10-L18), from different manufacturers and with different refractive indices. The main difference between the two experiments is the use of two different TOFU lenses. As can be seen in Tables 1 and 5, there are differences in the dimensions and the order of the refractive indices. These differences must be present when translating the voltages applied to the lens into dioptric power, as well as other differences in the dimensions of the device, but both lenses follow the same operating principle. From each test lens, voltages are obtained that recreate a refractive interface that positions the focal planes of the system on the sensor after the lenses have displaced them. These voltages, when passed through the calibration values with the Hartmann-Shack aberrometer and the paraxial optics calculations, allow the dioptric power of the test lens to be obtained.
Los resultados se muestran en la Tabla 6 y 7. The results are shown in Table 6 and 7.
Tabla 6. Resultados de medidas de potencia dióptrica en lentes oftálmicas esfero-cilíndricas Table 6. Results of dioptric power measurements in sphero-cylindrical ophthalmic lenses.
Tabla 7. Resultados de las medidas de voltaje para cada una de las lentes. Table 7. Voltage measurement results for each lens.
La Figura 5 muestra una fotografía de una imagen desenfocada (izq.) tras la colocación de nueve lentes problemas L10 - L18 y una imagen reenfocada (der.) tras el reajuste de la unidad óptica de foco variable según el segundo ejemplo. Figure 5 shows a photograph of an out-of-focus image (left) after inserting nine problem lenses L10-L18 and a refocused image (right) after readjusting the variable focus optical unit according to the second example.
Por tanto, la realización de dos experimentos con unidades ópticas de foco variable distintas sirve como muestra de la repetibilidad del experimento. En cuanto a las medidas realizadas, la principal diferencia entre ambos experimentos es que el ejemplo 1 muestra medidas experimentales de lentes esféricas (además de resultados simulados), mientras que el ejemplo 2 proporciona medidas experimentales con lentes esfero-cilíndricas, teniendo tanto potencia esférica como astigmática. Es decir, este dispositivo puede ser empleado para la determinación de aberraciones en lentes astigmáticas. Therefore, performing two experiments with different variable-focus optical units serves as a demonstration of the experiment's repeatability. Regarding the measurements performed, the main difference between the two experiments is that Example 1 shows experimental measurements of spherical lenses (in addition to simulated results), while Example 2 provides experimental measurements with sphero-cylindrical lenses, with both spherical and astigmatic power. In other words, this device can be used to determine aberrations in astigmatic lenses.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MIAO XU ET AL. Tunable Focus Liquid Lens with Radial-Patterned Electrode. Micromachines Aug. 2015 MDPI AG Switzerland. , 31/07/2015, Vol. 6, Páginas 1157 - 1165 [en línea][recuperado el 11/10/2024]. ISSN 2072-666X (print), (DOI: doi:10.3390/mi6081157) <p>página 1119, párrafo 2 y figura 1</p> * |
Also Published As
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