Tunable lenses: Dynamic characterization and fine-tuned control for high-speed applications

Tunable lenses are becoming ubiquitous, in applications including microscopy, optical coherence tomography, computer vision, quality control, and presbyopic corrections. Many applications require an accurate control of the optical power of the lens in response to a time-dependent input waveform. We present a fast focimeter (3.8 KHz) to characterize the dynamic response of tunable lenses, which was demonstrated on different lens models. We found that the temporal response is repetitive and linear, which allowed the development of a robust compensation strategy based on the optimization of the input wave, using a linear time-invariant model. To our knowledge, this work presents the first procedure for a direct characterization of the transient response of tunable lenses and for compensation of their temporal distortions, and broadens the potential of tunable lenses also in high-speed applicationsVA and EL acknowledge financial support from Comunidad de Madrid and Marie Curie Action of the European Union FP7/2007-2013 COFUND 291820; XB from Comunidad de Madrid Doctorado Industrial IND2017/BMD-7670; EL from Spanish Government Ramon y Cajal Program RyC-2016-21125; EG from Spanish Government Torres-Quevedo Program PTQ-15-07432; LS from EU H2020 SME Innovation Associate GA-739882; EG from EIT Health; SM from ERC Grant Agreement ERC-2011-AdC 294099 and Spanish Government Grants FIS2014-56643-R; SM and CD from Spanish Government Grant FIS2017-84753-R; and CD from DTS16-0012

CATRA: Interactive Measuring and Modeling of Cataracts

We introduce an interactive method to assess cataracts in the human eye by crafting an optical solution that measures the perceptual impact of forward scattering on the foveal region. Current solutions rely on highly-trained clinicians to check the back scattering in the crystallin lens and test their predictions on visual acuity tests. Close-range parallax barriers create collimated beams of light to scan through sub-apertures, scattering light as it strikes a cataract. User feedback generates maps for opacity, attenuation, contrast and sub-aperture point-spread functions. The goal is to allow a general audience to operate a portable high-contrast light-field display to gain a meaningful understanding of their own visual conditions. User evaluations and validation with modified camera optics are performed. Compiled data is used to reconstruct the individual's cataract-affected view, offering a novel approach for capturing information for screening, diagnostic, and clinical analysis.Alfred P. Sloan Foundation (Research Fellowship)United States. Defense Advanced Research Projects Agency (Young Faculty Award

Holographic and hybrid spectacle lenses

Die vorliegende Arbeit behandelt das Design und die Analyse von neuartigen hologra- phischen und holographisch-refraktiven Brillengläsern. Ziel ist es hierbei, das Potential von Hologrammen, wie die Möglichkeit komplizierte optische Funktionen in einer dün- nen Schicht zu realisieren oder die Möglichkeit die Dispersion von refraktiven Linsen zu kompensieren, für verbesserte Designs von Brillengläsern zu nutzen. Eine besondere Schwierigkeit an dieser Aufgabenstellung besteht darin, die Eigenschaften von Hologram- men wie hohe Winkel- und Wellenlängenabhängigkeit der Beugungseffizienz und starke Dispersion so zu kontrollieren, dass sie für das Design von Brillengläsern vorteilhaft oder zumindest nicht nachteilig sind. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, Konzepte aus dem Design herkömmlicher Brillengläser, wie die gleichzeitige Optimierung für verschie- dene Blickrichtungen des Auges, auf Hologramme anzuwenden und diese entsprechend anzupassen. Zu diesem Zweck wurde eine Designmethode neuentwickelt, die es ermög- licht entsprechend für den Einsatz in Brillengläsern geeignete Hologramme zu entwer- fen und zu analysieren. Diese Methode ist geeignet um sowohl holographische als auch holographisch-refraktive Brillengläser zu entwerfen und zu optimieren. Die Brillengläser können dabei einfache Einstärkengläser oder Gleitsichtgläser sein. Das Verständnis dieser Arbeit erfordert Vorkenntnisse aus den Bereichen Holographie und dem Design von Brillengläsern. Da dies eine in der Literatur so bisher noch nicht vorgekommene Kombination ist, werden die Historie und der Stand der Technik von so- wohl Holographie als auch vom Design von Brillengläsern in der Einleitung dieser Arbeit beschrieben. Kapitel II greift die in der Einleitung als Überblick beschriebenen Konzepte auf und erläutert die für das Verständnis der neu entwickelten Designmethode benötig- ten Methodiken und theoretische Hintergründe im Detail. Besonders wichtig ist hierbei, wie im Design von Brillengläsern mit den verschiedenen Blickrichtungen des Auges um- gegangen wird und die Beschreibung von Volumenhologrammen und ihrer Beugungsef- fizienz. Die neu entwickelte Designmethode wird in Kapitel III beschrieben. Nach einer Abschätzung, wie groß die benötigten Winkel- und Wellenlängen für die Beugungseffizi- enz der Hologramme sind, wird mittels der Fourier Modal Methode ein Parameterbereich aus Gitterperiode, Gitterdicke und Modulationsstärke des Brechungsindex identifiziert, in dem die Anforderungen an die Beugungseffizienz der Hologramme erfüllt sind. Ein fes- ter Parameterbereich für die Gitterperiode wirkt sich auf die möglichen Ablenkwinkel zwischen einfallendem und gebeugten Strahl der ersten Beugungsordnung aus und er- laubt es nicht Ablenkwinkel von 0◦ einzustellen. Daher ist es in diesem Fall nicht möglich, dass Licht der ersten Beugungsordnung gerade durch die Linsenmitte eines Brillenglases mit einem Hologramm geht. Diese Limitation wird in der Designmethode dadurch um- gangen, dass ein Tandem aus zwei Hologrammen genutzt wird, deren Dispersion und Ablenkwinkel sich teilweise oder vollständig kompensieren können. Dies ermöglicht ei- ne gerade Durchsicht durch die Linsenmitte sowie eine reduzierte Dispersion des Holo- grammtandems. Die Dispersion des Hologrammtandems kann weiterhin mit der Disper- sion einer refraktiven Linse in einem holographisch-refraktiven Brillenglas kompensiert werden. Um von diesen Erkenntnissen bezüglich Beugungseffizienz und Dispersion zu einem holographischen Brillenglasdesign zu kommen, ist es notwendig, die lokale Varia- tion der Hologramm Parameter, wie der Gitterperiode und der Neigung des Gittervektors im Volumen, zu kontrollieren und für jede Blickrichtung des Auges anzupassen. Im Kapi- tel III wird daher auch detailliert beschrieben, wie eine geschickte Implementierung der Hologramm Parameter in einer Optikdesignsoftware und vorher berechnete Initialwerte der fraglichen Parameter genutzt werden können, um die Leistung von holographischen und holographisch-refraktiven Brillengläsern gezielt zu optimieren. Dabei wird auch be- schrieben, wie komplizierte optische Funktionen wie etwa die einer Gleitsichtbrille mit Hologrammen nachgebildet werden können. Die mit Hilfe der neu entwickelten Designmethode gewonnenen Designs für hologra- phische oder holographisch-refraktive Brillengläser werden in Kapitel IV präsentiert und diskutiert. Für holographisch-refraktive Einstärkengläser wird dabei gezeigt, dass es mög- lich ist, den bei hohen Brechkräften störenden Farbfehler durch die Kompensation von Dispersion deutlich zu reduzieren und dabei auch die Randdicke der Gläser zu redu- zieren. Außerdem ist es teilweise möglich, die durch Asphären mögliche Korrektur der Brechkraft und des Astigmatismus mittels Hologrammen zu ersetzen. Für Gleitsichtglä- ser wird gezeigt, dass es für Additionsbrechkräfte von bis zu zwei Dioptrien möglich ist, die optische Funktion von refraktiven Gleitsichtgläsern mit holographischen Gleitsicht- gläsern nachzubilden. Zum Abschluss wird noch über die Ergebnisse dieser Arbeit hinaus diskutiert, wie die hier vorgestellten Konzepte im Bereich Augmented Reality (AR) oder speziellen Brillen zur Prävention von Myopie genutzt werden können

Optical and visual characterization of multifocal contact lenses and multifocal intraocular lenses

Vision is presented and universally accepted as the most precious of the human senses.lt is structured in three main parts: the optical system {eye), the photo-sensor {eye's retina), and the data processor (brain). If one of them is affected by any disease or dysfunction, vision will be terrible or even nonexistent One of the most common dysfunction is presbyopia.lt i s an age-related disorder that is undergone by all the population s ince their mid-late-40s and it is consists in the loss of the ability to focus near objects (accommodation). A huge number of possible corrections of it can be easily found. On one hand, there are temporary corrections ,as progressive spectacle tenses or multifocal contact tenses. On the other hand, permanent corrections as multifocal i ntraocular lenses, multifocal cornea! ablation, accommodating intraocular tenses, monovision systems, or scleral modifications are also applied to correct presbyopia. Another age-related dysfunction is cataract. Cataract is the opacification of the crystalline fens and decreases the quality of the visual function. Consequently, it is one of the leading visual impairments in adults over 60 years old, affecting the half of the adults aged between 75-85 years old. The only possible solution far cataract is the extraction of the opacified fibers of the crystalline lens and the replacement of them with an intraocular lens by surgery. Due to the fact that all the patients affected by an age-related cataract are also affected by presbyopia it is totally understandable that a number of patients choose mulltifocal introcular lens to substitute their crystalline tenses .This way, only one surgery is needed to salve both age-related dysfunctions. Usually, young presbyopes choose a temporary correction as a first option to correct presbyopia. Some presbyopia corrections are based on the simultaneous vision principie, as, far example, multifocal contact or intraocular lenses. The optical design of these kind of lenses is very complex. Consequently, It is characterization is also difficult When these lenses were launched into the market, it was only possible to characterize optical quality before the implantation or the adaptation of them (characterization in vitro) and the visual quality after the surgery or the clinical adaptation was performed (characterization) .M. present and thanks to the technological advances, different new commercial instruments that are to perform characterization in vivo of the visual quality before the implantation or the adaptation of simultaneous vis ion tenses. They are based on the simulation of the vision that these tenses give to the implanted eye. Some experimental prototypes and commercial aberrometers or double­ pass systems have used to perform an optical quality characterization in vivo, but some issues have been reported. Taking into account all this information, the main goal of this thesis is the design and the assembly of a new open-field double-pass system with asymmetric focus that is suitable to characterize invivo optical quality in patients implanted or adapted with multifocal intraocular or contact lenses. In order to achieve this aim, different studies and processes were carried out Review of presbyopia corrections and the characterization of them (Clinical study about objective over-refraction wearing multifocal contact lenses); Verification of the suitability of one commerciat simulator (Clinical study with the commercial simulator VirtlOL (10lens S.l.)); Design and assembly of the double-pass system with asymmetric focus (Opto-mechanical design/ Validation of all the elements included in the system/ Optical validation of the system); Programming of the softwares to manage the system; Validation of the new prototype (Two clinical studies characterizing eyes implanted with multifocal introcular tenses by using the new system were done).La visió és entesa i, universalment acceptada, com el sentit humà més valorat .Aquesta esta estructurada en tres parts principals: el sistema òptic (l'ull), el fot-sensor (la retina ocular) iel processador (el cervell). Si una d'aquestes parts es veu afectada per una disfunció o malaltia, la visió pot arribar a ser de molt baixa qualitat i, fins hi tot, inexistent Una de les disfuncions més comunes és la presbícia. La presbícia és una disfunció lligada a l'edat que pateix tota lla població a partir dels 40 anys, aproximadament. Consisteix en la pèrdua de la capacitat d'enfocar objectes propers (acomodació). Actualment, es troba un ampli nombre de possibles correccions. Per una banda, tenim les correccions temporals, com ulleres o lents de contacte progressives, i, per l'altre, correccions permanents, com lents intraoculars multifocals , ablacions corneals multifocals, lents intraoculars acomodatives, sistemes de monovisió, o modificacions esclerals, entre altres. Una altre disfunció associada a l'edat és la cataracta, la qual crea la opacificació del cristal·lí impedint una visió nítida. Conseqüentment, la cataracta és una de la deficiències visuals més estesa a partir dels 60 anys, afectant a la meitat de la població entre els 75 i els 85 anys . La única solució per eliminar les cataractes és eliminant les fibres opacificades i substituir-les per una lent intraocular quirúrgicament. Donat que tots els pacients amb cataractes són, a la vegada, prèsbites, està justificat que un nombre de pacients decideixi implantar-se lents intraoculars multifocals per substituir el seu cristal·lí. D'aquesta manera es solucionen dues degeneracions associades a l'edat en una sola cirurgia. Els joves prèsbites acostumen a optar per correccions prèsbites temporals, mentre que molts dels prèsbites amb cataractes opten per solucions permanents. Algunes de les correccions de la presbícia, com les lents de contacte o intraoculars multifocals , estan basades en el principi de visió simultània. Els dissenys òptics d'aquest tipus de lents són molt complexos, cosa que fa que la seva caracterització sigui molt complicada. Quan aquestes lents van aparèixer al mercat, només era possible caracteritzar-les òpticament abans de la seva implantació o adaptació de manera in vitro, i de caracteritzar-les visualment després de la seva adaptació o implantació de manera in vivo. Actualment, i gracies a tots els avenços tecnològics, diferents instruments clínics han estat desenvolupats per realitzar mesures de les qualitats visuals abans de la seva implantació. Tots ells, es basen en simular-li al pacient la visió que tindria després de ser implantat. Per un altre cantó, alguns prototips experimentals iaberrometres o sistemes de doble-pas comercials han estat utilitzats per dur a terme la caracterització de la qualitat in vim en pacients implantats o adaptats amb sistemes multifocals, pero diferents problemes han estat plantejats. Tenint en compte tota aquesta informació, el principal objectiu d'aquesta tesi ha estat la de dissenyar i muntar un nou sistema de doble-pas d'enfocament asimètric de camp obert que fos capaç de fer una caracterització de la qualitat òptica in vivo de pacients implantats o adaptats amb lents de contacte o intraoculars multifocals. I per arribar a aquest objectiu, s'han dut a terme els següents passos: Revisió de les correccions per a la presbícia i caracterització d'elles (Estudi clínic de la sobre-refracció objectiva de pacients adaptats amb lents de contacte multifocals); Validació de la capacitat de mesura d'un simulador comercial (Estudi clínic amb el simulador comercial VirtlOL (1OLens S.L); Disseny i muntatge del sistema de doble-pas amb enfocament asimètric (Disseny opto-mecànic/ Validació de tots els components del sistema/ Validació òptica del sistema); Programació dels programes informàtics que gestionen el sistema i processenPostprint (published version

Optical and visual characterization of multifocal contact lenses and multifocal intraocular lenses

Vision is presented and universally accepted as the most precious of the human senses.lt is structured in three main parts: the optical system {eye), the photo-sensor {eye's retina), and the data processor (brain). If one of them is affected by any disease or dysfunction, vision will be terrible or even nonexistent One of the most common dysfunction is presbyopia.lt i s an age-related disorder that is undergone by all the population s ince their mid-late-40s and it is consists in the loss of the ability to focus near objects (accommodation). A huge number of possible corrections of it can be easily found. On one hand, there are temporary corrections ,as progressive spectacle tenses or multifocal contact tenses. On the other hand, permanent corrections as multifocal i ntraocular lenses, multifocal cornea! ablation, accommodating intraocular tenses, monovision systems, or scleral modifications are also applied to correct presbyopia. Another age-related dysfunction is cataract. Cataract is the opacification of the crystalline fens and decreases the quality of the visual function. Consequently, it is one of the leading visual impairments in adults over 60 years old, affecting the half of the adults aged between 75-85 years old. The only possible solution far cataract is the extraction of the opacified fibers of the crystalline lens and the replacement of them with an intraocular lens by surgery. Due to the fact that all the patients affected by an age-related cataract are also affected by presbyopia it is totally understandable that a number of patients choose mulltifocal introcular lens to substitute their crystalline tenses .This way, only one surgery is needed to salve both age-related dysfunctions. Usually, young presbyopes choose a temporary correction as a first option to correct presbyopia. Some presbyopia corrections are based on the simultaneous vision principie, as, far example, multifocal contact or intraocular lenses. The optical design of these kind of lenses is very complex. Consequently, It is characterization is also difficult When these lenses were launched into the market, it was only possible to characterize optical quality before the implantation or the adaptation of them (characterization in vitro) and the visual quality after the surgery or the clinical adaptation was performed (characterization) .M. present and thanks to the technological advances, different new commercial instruments that are to perform characterization in vivo of the visual quality before the implantation or the adaptation of simultaneous vis ion tenses. They are based on the simulation of the vision that these tenses give to the implanted eye. Some experimental prototypes and commercial aberrometers or double­ pass systems have used to perform an optical quality characterization in vivo, but some issues have been reported. Taking into account all this information, the main goal of this thesis is the design and the assembly of a new open-field double-pass system with asymmetric focus that is suitable to characterize invivo optical quality in patients implanted or adapted with multifocal intraocular or contact lenses. In order to achieve this aim, different studies and processes were carried out Review of presbyopia corrections and the characterization of them (Clinical study about objective over-refraction wearing multifocal contact lenses); Verification of the suitability of one commerciat simulator (Clinical study with the commercial simulator VirtlOL (10lens S.l.)); Design and assembly of the double-pass system with asymmetric focus (Opto-mechanical design/ Validation of all the elements included in the system/ Optical validation of the system); Programming of the softwares to manage the system; Validation of the new prototype (Two clinical studies characterizing eyes implanted with multifocal introcular tenses by using the new system were done).La visió és entesa i, universalment acceptada, com el sentit humà més valorat .Aquesta esta estructurada en tres parts principals: el sistema òptic (l'ull), el fot-sensor (la retina ocular) iel processador (el cervell). Si una d'aquestes parts es veu afectada per una disfunció o malaltia, la visió pot arribar a ser de molt baixa qualitat i, fins hi tot, inexistent Una de les disfuncions més comunes és la presbícia. La presbícia és una disfunció lligada a l'edat que pateix tota lla població a partir dels 40 anys, aproximadament. Consisteix en la pèrdua de la capacitat d'enfocar objectes propers (acomodació). Actualment, es troba un ampli nombre de possibles correccions. Per una banda, tenim les correccions temporals, com ulleres o lents de contacte progressives, i, per l'altre, correccions permanents, com lents intraoculars multifocals , ablacions corneals multifocals, lents intraoculars acomodatives, sistemes de monovisió, o modificacions esclerals, entre altres. Una altre disfunció associada a l'edat és la cataracta, la qual crea la opacificació del cristal·lí impedint una visió nítida. Conseqüentment, la cataracta és una de la deficiències visuals més estesa a partir dels 60 anys, afectant a la meitat de la població entre els 75 i els 85 anys . La única solució per eliminar les cataractes és eliminant les fibres opacificades i substituir-les per una lent intraocular quirúrgicament. Donat que tots els pacients amb cataractes són, a la vegada, prèsbites, està justificat que un nombre de pacients decideixi implantar-se lents intraoculars multifocals per substituir el seu cristal·lí. D'aquesta manera es solucionen dues degeneracions associades a l'edat en una sola cirurgia. Els joves prèsbites acostumen a optar per correccions prèsbites temporals, mentre que molts dels prèsbites amb cataractes opten per solucions permanents. Algunes de les correccions de la presbícia, com les lents de contacte o intraoculars multifocals , estan basades en el principi de visió simultània. Els dissenys òptics d'aquest tipus de lents són molt complexos, cosa que fa que la seva caracterització sigui molt complicada. Quan aquestes lents van aparèixer al mercat, només era possible caracteritzar-les òpticament abans de la seva implantació o adaptació de manera in vitro, i de caracteritzar-les visualment després de la seva adaptació o implantació de manera in vivo. Actualment, i gracies a tots els avenços tecnològics, diferents instruments clínics han estat desenvolupats per realitzar mesures de les qualitats visuals abans de la seva implantació. Tots ells, es basen en simular-li al pacient la visió que tindria després de ser implantat. Per un altre cantó, alguns prototips experimentals iaberrometres o sistemes de doble-pas comercials han estat utilitzats per dur a terme la caracterització de la qualitat in vim en pacients implantats o adaptats amb sistemes multifocals, pero diferents problemes han estat plantejats. Tenint en compte tota aquesta informació, el principal objectiu d'aquesta tesi ha estat la de dissenyar i muntar un nou sistema de doble-pas d'enfocament asimètric de camp obert que fos capaç de fer una caracterització de la qualitat òptica in vivo de pacients implantats o adaptats amb lents de contacte o intraoculars multifocals. I per arribar a aquest objectiu, s'han dut a terme els següents passos: Revisió de les correccions per a la presbícia i caracterització d'elles (Estudi clínic de la sobre-refracció objectiva de pacients adaptats amb lents de contacte multifocals); Validació de la capacitat de mesura d'un simulador comercial (Estudi clínic amb el simulador comercial VirtlOL (1OLens S.L); Disseny i muntatge del sistema de doble-pas amb enfocament asimètric (Disseny opto-mecànic/ Validació de tots els components del sistema/ Validació òptica del sistema); Programació dels programes informàtics que gestionen el sistema i processe

Aberraciones cromáticas, monocromáticas y diseños multifocales: interacción e impacto en la visión

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Óptica y Optometría, leída el 21/01/2021An important part of the information that we receive from the world is through the sense of vision: the eye projects images on the retina, which transforms them into nerve impulses that reach the neuronal cortex, where these impulses are interpreted. However, the images projected onto the retina are not perfect, as they are affected by diffraction, scattering, and aberrations, which degrade contrast and decrease the resolution limit of the eye. To understand the effect of aberrations on vision, it is necessary to develop technologies and experiments that allow objectively and subjectively assess their interaction. In this sense, Adaptive Optics (AO) has played an important role in increasing our knowledge about the neural processes of vision, since AO can be used to measure, correct and induce aberrations. Understanding what role aberrations play and what their impact is on vision will help to develop better correction designs for the eye. The manipulation of the wavefront using AO also allows to induce a certain visual correction, so it can be used as a basis for visual simulators. As AO allows studying a new lens design or comparing across different lens designs even before they are manufactured, this is an excellent tool to test and improve optical corrections before they are implanted in the eye of a patient. Different technologies including deformable mirrors (DM), spatial light modulators (SLM), or temporal multiplexing by an optotunable lens (SimVis), are currently being validated and launched into the clinical practice. In this thesis, AO technologies have been implemented and used both to study the effect of aberrations and to cross-validate different simulator modalities...Una importante parte de la información que recibimos del mundo lo hacemos a través del sentido de la visión: el ojo proyecta las imágenes en la retina, la cual las transforma en impulsos nerviosos que llegan hasta el córtex neuronal, donde se interpretan estos impulsos. Sin embargo, las imágenes proyectadas en la retina no son perfectas, ya que están afectadas por la difracción, la dispersión y las aberraciones, que degradan el contraste y reducen el límite de resolución del ojo. Para entender el efecto de las aberraciones en la visión es necesario desarrollar tecnologías y experimentos que permitan valorar objetiva y subjetivamente su interacción. En este sentido, la Óptica Adaptativa (AO) ha jugado un papel importante en el incremento de nuestro conocimiento acerca de los procesos neuronales de la visión, ya que la AO se puede utilizar para medir, corregir e inducir aberraciones. Comprender qué papel juegan las aberraciones y cuál es su impacto en la visión, ayudará a desarrollar mejores diseños de corrección para el ojo, sin embargo, aún no se entiendo completamente. La manipulación del frente de onda mediante AO permite, además, inducir una cierta corrección visual, por lo que se puede utilizar como base de simuladores visuales. Estudiar un nuevo diseño o comparar varios diseños entre ellos antes incluso de que sean fabricados, plantea la AO como una excelente herramienta para probar y mejorar una corrección antes de que sea implantada. Para ello, diferentes tecnologías como los espejos deformables, los Moduladores Espaciales de Luz (SLM), la multiplexación temporal inducida por una lente optoajustable (SimVis), están siendo en la actualidad validados y lanzados a la práctica clínica. En esta tesis se ha utilizado la AO tanto para estudiar el efecto de las aberraciones como comparar diferentes simuladores visuales...Fac. de Óptica y OptometríaTRUEunpu

Current Challenges and Advances in Cataract Surgery

This reprint focuses on new trials related to cataract surgery, intraocular lens power calculations for cataracts after refractive surgery, problems related to high myopia, toric IOL power calculations, etc. Intraoperative use of the 3D Viewing System and OCT, studies on the spectacle dependence of EDOF, IOL fixation status and visual function, and dry eye after FLAC are also discussed. Proteomic analysis of aqueous humor proteins is also discussed

Biometric measurements in the crystalline lens: applications in cataract surgery

En esta tesis, hemos desarrollado una nueva metodología para medir el desalineamiento de la IOL implantada en pacientes con cirugía de cataratas a partir de imágenes de OCT en-face del segmento anterior. También hemos cuantificado la forma y la topografía 3D del cristalino del ojo in vivo, sus propiedades ópticas y sus cambios con la anterior y posterior del cristalino, y cambios estructurales con la edad. La metodología de OCT cuantitativa y modelos de ojo personalizados en pacientes han sido validados en pacientes operados de cirugía de cataratas, mediante comparaciones de las aberraciones simuladas y medidas en los mismo pacientes, y han permitido comprender la contribución relativa de los factores ópticos geométricos y quirúrgicos relacionados con la calidad de la imagen, como la identificación del centrado óptimo de la IOL. Estos son clave en los cálculos avanzados de la potencia de la IOL, la optimización de la selección individual o diseño de IOLs personalizados que puedan proporcionar una solución visual óptima al paciente.Departamento de Cirugía, Oftalmología, Otorrinolaringología y FisioterapiaDoctorado en Ciencias de la Visió

Computational Light Transport for Forward and Inverse Problems.

El transporte de luz computacional comprende todas las técnicas usadas para calcular el flujo de luz en una escena virtual. Su uso es ubicuo en distintas aplicaciones, desde entretenimiento y publicidad, hasta diseño de producto, ingeniería y arquitectura, incluyendo el generar datos validados para técnicas basadas en imagen por ordenador. Sin embargo, simular el transporte de luz de manera precisa es un proceso costoso. Como consecuencia, hay que establecer un balance entre la fidelidad de la simulación física y su coste computacional. Por ejemplo, es común asumir óptica geométrica o una velocidad de propagación de la luz infinita, o simplificar los modelos de reflectancia ignorando ciertos fenómenos. En esta tesis introducimos varias contribuciones a la simulación del transporte de luz, dirigidas tanto a mejorar la eficiencia del cálculo de la misma, como a expandir el rango de sus aplicaciones prácticas. Prestamos especial atención a remover la asunción de una velocidad de propagación infinita, generalizando el transporte de luz a su estado transitorio. Respecto a la mejora de eficiencia, presentamos un método para calcular el flujo de luz que incide directamente desde luminarias en un sistema de generación de imágenes por Monte Carlo, reduciendo significativamente la variancia de las imágenes resultantes usando el mismo tiempo de ejecución. Asimismo, introducimos una técnica basada en estimación de densidad en el estado transitorio, que permite reusar mejor las muestras temporales en un medio parcipativo. En el dominio de las aplicaciones, también introducimos dos nuevos usos del transporte de luz: Un modelo para simular un tipo especial de pigmentos gonicromáticos que exhiben apariencia perlescente, con el objetivo de proveer una forma de edición intuitiva para manufactura, y una técnica de imagen sin línea de visión directa usando información del tiempo de vuelo de la luz, construida sobre un modelo de propagación de la luz basado en ondas.<br /