CN106133584B

CN106133584B - 用于增强现实的系统和方法

Info

Publication number: CN106133584B
Application number: CN201580018119.4A
Authority: CN
Inventors: 马修·久伊洛特; 保利娜·可拉斯; 塞巴斯蒂恩·弗里克; 本杰明·卢梭
Original assignee: Essilor International Compagnie Generale dOptique SA
Current assignee: EssilorLuxottica SA
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2019-09-24
Anticipated expiration: 2035-03-10
Also published as: CN106133584A; IL248094A0; WO2015150030A1; US20170031179A1; EP3126898A1; EP3126898B1; IL248094B; US10203519B2

Abstract

本发明涉及用于增强现实的方法。本发明更具体地涉及用于改善配备有头戴式设备的佩戴者的视觉舒适度的镜片、系统和方法，该头戴式设备被配置成用于显示信息内容。

Description

用于增强现实的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于增强现实的方法、系统、和设备。

本发明更具体地涉及用于改善配备有头戴式显示设备的佩戴者的视觉舒适度的镜片和方法。

背景技术

头戴式显示设备(如‘智能眼镜’)在本领域中是已知的。这样的设备可以允许佩戴者享有双重可视化：一方面是通过‘自然’视觉得到的对‘现实生活’物体的可视化；而另一方面是‘虚拟’事物在显示器上的可视化。这些‘虚拟’事物一般是计算机生成的信息内容，如文本、图像等。

发明内容

对于屈光不正佩戴者而言，‘现实生活’物体的可视化需要矫正。这可以用被设计用于矫正佩戴者的视力缺陷以使佩戴者享有最佳视觉敏锐度的处方眼科镜片来实现。这些眼科镜片可以有利地针对个体佩戴者进行定制以获得改进的视觉舒适度。这些眼科镜片可以是接触镜片或眼内镜片。然而，这些类型的镜片不适合所有佩戴者。一些佩戴者还可能出于个人原因而非实际的医学禁忌症候而喜欢眼镜。那么这样的佩戴者选择眼镜片。

因此，使用头戴式显示设备的屈光不正佩戴者需要该设备包括在‘自然’视觉和‘虚拟’视觉两种情形下提供增强的视觉舒适度的眼镜片。

在广义上，本发明提供了让使用头戴式显示设备的屈光不正佩戴者获得改善的视觉舒适度的方法、系统和设备。

根据本发明，该头戴式显示设备包括眼科镜片和显示元件。该显示元件被安排成一种构型，使得当佩戴者佩戴该头戴式显示设备时，该眼科镜片位于该显示元件与佩戴者的眼睛/脸之间。这与显示元件嵌入镜片体积中的头戴式设备形成对比。

一方面，本发明提供了一种眼科镜片供应系统。该镜片供应系统允许基于佩戴者数据(如处方数据和/或生物统计学数据)、并且基于头戴式显示设备数据来供应个性化/定制的眼科镜片。

另一方面，本发明提供了一种用于确定(计算)旨在配适到头戴式显示设备上的眼科镜片的计算机实施方法。该方法依赖于对镜片的相关视觉区的设计优化、并且尤其是对镜片的可用于‘虚拟’视觉的这部分的优化。

另一方面，本发明提供了一种用于供应或制造此类眼科镜片的方法。

另一方面，本发明提供了一种用于实施本发明的这些方法的计算机程序产品和计算机可读介质。

另一方面，本发明提供了一种头戴式显示设备，该头戴式显示设备包括眼科镜片和显示元件，其中，该镜片的设计在其相关区域进行了特殊优化，以实现对由该显示元件显示的信息内容的可视化。

根据本发明，该眼科镜片可以是单焦镜片或渐进式多焦点镜片。

根据本发明，该头戴式显示设备可以是一幅眼镜(智能眼镜)。

本发明的这些系统、方法和设备对配备有头戴式显示设备的屈光不正佩戴者提供了改进的视觉舒适度，这样佩戴者对于‘现实生活’世界的‘自然’视觉和由该设备提供的信息内容的‘虚拟’视觉的体验得到增强。

这是通过镜片的、针对自然视觉进行优化的中央视力区与该镜片的针对虚拟视觉进行优化的专门周边视力区的特定组合来实现的。

本发明涉及‘自然’视觉的光焦度与‘虚拟’视觉的光焦度相同或不同的情形。因此在一些实施例中，该显示元件用于显示在无限距离处的信息内容显示，而在其他实施例中，该显示元件用于显示在有限距离处的信息内容。例如，在一些实施例中，该显示元件可以被配置成用于显示在0.8至4m的距离(例如0.8至1m的距离)处的信息内容。

参照下面列出的附图，本发明的进一步的特征和优点将从本发明的以下实施例(作为非限制性实例给出)的描述中显现。

附图说明

-图1至图3以图解方式示出了眼睛和镜片与从眼睛的转动中心跟踪的光线的光学系统；

-图4和图5分别为带有微标记的表面和为不带有微标记的表面示出了所定义的关于微标记的坐标系；

-图6和图7示出了镜片的视野区；

-图8至图12展示了本发明的HMD设备和镜片；

-图13示意性地展示了本发明的示例性眼科镜片供应系统。

-图14至图38示出了根据本发明的镜片的光学图或表面图。

可以认识到，展示图中的元件是为了简单和清晰起见并且不必按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

具体实施方式

提供了以下定义来对本发明进行描述。

“处方数据”在本领域中是已知的。处方数据指的是为佩戴者获得的并且为每只眼睛指示以下内容的一项或多项数据：处方远视觉平均光焦度P_FV、和/或处方散光值CYL_FV和/或处方散光轴线AXE_FV和/或适合于矫正每只眼睛的屈光不正和/或远视眼的处方下加光A。平均光焦度P_FV是通过将处方散光值CYL_FV的半值加到处方球镜值SPH_FV上获得的：P_FV＝SPH_FV+CYL_FV/2。然后，通过将处方下加光A加到针对同一只眼睛处方的远视觉平均光焦度P_FV上针对近距离(近)视觉获得每只眼睛的平均光焦度：P_NV＝P_FV+A。在渐进式镜片的处方的情况下，处方数据包括为每只眼睛指示SPH_FV、CYL_FV及A的值的佩戴者数据。需要处方来矫正具有至少0.25D的光焦度或散光模数的屈光不正。也针对阅读者(“柜台交易”眼镜)定义了处方。

“眼科镜片”在本领域中是已知的。根据本发明，眼科镜片可以选自渐进式镜片，包括渐进式多焦点镜片；单焦(单光)、双焦、或更普遍地多焦点镜片。该镜片是用于头戴式设备中，例如眼镜(目镜)。该镜片可以是处方镜片。该镜片还可以适合于滤除经过它或不经过它的特定振幅和/或光谱的光。根据本发明可获得的所有眼科镜片可以与另一个镜片成对从而形成一副镜片。

“注视方向”可由一对角度值(α，β)标识，其中所述角度值是关于中心在眼睛转动中心(CRE)上的参考轴位测量的。更准确地，图1表示这种系统的透视图，展示了用来定义注视方向的参数α和β。图2是平行于佩戴者头部的前后轴位的竖直平面图，并且在当参数β等于0时的情况下该竖直平面穿过眼睛转动中心。将眼睛转动中心标记为Q’。图2上以一条点划线示出的轴位Q'F'是穿过眼睛转动中心并且在佩戴者前方延伸的水平轴位，即对应于主注视方向的轴位Q'F'。此轴位在称为装配十字的一个点上切割镜片的前表面，该点存在于镜片上从而使得眼科医生能够将镜片定位在一个眼镜架中。这个装配十字指的是镜片上必须与佩戴者看向一定距离时其视线相交的参考点。装配十字对应于0°的降低角α和0°的方位角β。镜片的后表面与轴位Q’F’的相交点是点O。如果O位于后表面上，它可以是装配十字。中心Q’的及半径q’的顶点球面在水平轴位的一个点拦截了镜片的后表面。作为实例，25.5mm的半径q’的值对应于一个常用值，并且在佩戴镜片时提供令人满意的结果。

给定的注视方向-在图1上由实线所表示-对应于眼睛绕着Q’转动的位置和顶点球面的点J(参见图2)；角β是在轴位Q’F’与直线Q’J在包括轴位Q’F’的水平平面上的投影之间形成的角；这个角出现在图1的示意图上。角α是在轴位Q’J与直线Q’J在包括轴位Q’F’的水平平面上的投影之间形成的角；这个角出现在图1和图2的示意图上。给定的注视视野因此对应于顶点球面的点J或者对应于一对(α，β)。如果下降注视角的值为正并且越大，则注视下降越大；并且如果该值为负并且越大，则注视上升越大。

在给定的注视方向上，在物体空间中位于给定物距处的点M的图像形成在对应于最小距离JS和最大距离JT的两个点S与T之间，该最小距离和最大距离将是矢状局部焦距和切向局部焦距。在点F’处形成了无穷远处的物体空间中一点的图像。距离D对应于镜片的后正平面。

针对每个注视方向(α，β)，定义了光焦度P_α,β、散光模数Ast_α,β及此散光的轴位Axe_α,β、以及所产生的(也被称为剩余的或不想要的)散光模数Asr_α,β。

“工作视景(Ergorama)”是将物点的通常距离与每个注视方向相关联的函数。典型地，在遵循主注视方向的远视觉中，物点处于无穷远处。在遵循基本上对应于在朝向鼻侧的绝对值为约35°的角α和约5°的角β的注视方向的近视觉中，物距大约为30cm到50cm。为了了解关于工作视景的可能定义的更多细节，可以考虑美国专利US-A-6,318,859。该文献描述了工作视景、其定义及其建模方法。对于本发明的方法而言，点可以处于无穷远处或不处于无穷远处。工作视景可以是佩戴者的屈光不正的函数。在单焦点镜片的环境下，工作视景可以被定义为一个位于无穷远距离处的平面。

使用这些元素可以在每一个注视方向上定义佩戴者的光焦度和散光。针对一个注视方向(α，β)来考虑在由工作视景给定的一个物距处的物点M。在物体空间中在对应光线上针对点M将物体接近度ProxO定义为顶点球面的点M与点J之间的距离MJ的倒数：

ProxO＝1/MJ

这使得能够在针对顶点球面的所有点的薄镜片近似法内计算物体接近度，该薄镜片近似法用于确定工作视景。对于真实镜片而言，物体接近度可以被视为物点与镜片的前表面之间的在对应光线上的距离的倒数。

对于同一注视方向(α，β)而言，具有给定物体接近度的点M的图像形成于分别对应于最小焦距和最大焦距(其将是矢状焦距和切向焦距)的两个点S与T之间。量ProxI称为点M的图像接近度：

通过用一个薄镜片的情况类推，因此针对一个给定注视方向和一个给定物体接近度，即，针对物体空间在对应光线上的一点，可以将光焦度Pui定义为图像接近度与物体接近度之和。

Pui＝ProxO+ProxI

借助于相同的符号，针对每个注视方向并针对给定物体接近度，将散光Ast定义为：

此定义对应于由镜片产生的一条光束的散光。

图3展现了一种配置的透视图，其中，参数α和β非零。因此，可以通过示出固定参考系{x，y，z}和与眼睛关联的参考系{x_m，y_m，z_m}来展示眼睛的转动的影响。参考系{x，y，z}的原点在点Q’处。x轴是Q’O轴，并且是从镜片朝向眼睛定向。y轴是竖直的并且向上定向。z轴使得参考系{x，y，z}是正交且直接的。参考系{x_m，y_m，z_m}关联于眼睛，并且其中心是点Q’。x_m轴对应于注视方向JQ'。因此，对于主注视方向而言，这两个参考系{x，y，z}和{x_m，y_m，z_m}是相同的。已知的是，镜片的性质可以用若干不同的方式表示，并且值得注意的是，用表面和光学方式表示。因此，表面表征等效于光学表征。在眼科镜片的情况下，该表征可以是表面类型或光学类型，这两种表征能用两个不同视点描述同一物体。每当镜片的表征为光学类型时，它指代上述工作视景眼镜片系统。为了简单，术语‘镜片’用于本说明书中，但是须被理解为‘工作视景眼镜片系统’。表面项的值可以相对于各点来表示。

光学项中的值可针对注视方向来表示。注视方向通常是由它们的降低程度以及原点在眼睛转动中心的参考系中的方位角来给定。当镜片被安装在眼睛前方时，对于主注视方向而言，称为装配十字的点被置于眼睛的瞳孔前面或眼睛转动中心Q'前面。该主注视方向对应于佩戴者正直视前方的情形。在所选择的参考系中，不论装配十字定位在镜片的哪个表面(后表面或前表面)，该装配十字因此对应于0°的降低角α和0°的方位角β。

以上参考图1至图3所进行的描述是针对中央视觉给出的。在周边视觉中，由于注视方向固定，因此瞳孔的中心取代眼睛的转动中心而被考虑并且周边光线方向取代注视方向而被考虑。当考虑周边视觉时，角α和角β对应于光线方向，而非注视方向。

在该描述的剩余部分，可以使用术语如“向上”、“底部”、“水平”、“竖直”、“以上”、“以下”，或其他指示相对位置的字。在镜片的佩戴条件下理解这些术语。值得注意地，镜片的“上”部分对应于一个负降低角α<0°以及镜片的“下”部分对应于一个正降低角α>0°。类似地，镜片的表面的“上”部对应于一个沿y轴的正值，并且优选地对应于一个沿y轴的大于对应于该装配十字处的y值的值，以及镜片的或半成品镜片毛坯的表面的“下”部对应于一个沿如以上关于图4和图5定义的参考系内的y轴的负值，并且优选地对应于一个沿y轴的小于该装配十字处的y值的值。

通过渐进式镜片看到的“视野区”对于技术人员是已知的并且被示意性地展示在图6和图7中。该镜片包括位于该镜片的上部的远视力区26、位于该镜片的下部的近视力区28和位于远视力区26和近视力区28之间的中间区30。该镜片还具有一条属于例如前表面并且穿过这三个区域且限定鼻侧和颞侧的表面子午线32。

眼科镜片可以被分成两个部分：中央视力区和周边视力区。该中央视力区和周边视力区是互补的，因为在合在一起时它们允许重新构成完整的镜片。中央视力区(相应地周边视力区)是关于佩戴者限定的，考虑了镜片的位置/取向以及眼睛的转动中心的位置。

眼科镜片的“中央视力区”是指镜片的、佩戴者通过它可以享有自然视觉的这部分。这对应于镜片的被最有用的或反射的注视方向拦截的部分。这个中央视力区可以使用眼睛追踪方法、例如用眼睛追踪眼镜来确定。

眼科镜片的“周边视力区”是指镜片的、与镜片的中央视力区互补的部分。在一些实施例中，该周边视力区是由这组注视方向(αi，βi)所拦截的镜片部分，其中αi、βi用度数(°)表示，使得SQRT(αi²+βi²)≥15°。

“散光”指的是镜片产成的散光，或指与处方散光(佩戴者散光)和镜片产生的散光之间的差异对应的残余散光(不想要的散光)；在每种情况下，与振幅或振幅和轴位两者相关。

“最小曲率”CURV_min在非球面表面上的任一点处由以下公式定义：

其中，R_max为局部最大曲率半径，用米来表示，并且CURV_min用m^-1来表示。

“最大曲率”CURV_max可以在非球面表面上的任一点处由以下公式来定义：

其中，R_min为局部最小曲率半径，用米来表示，并且CURV_max用m^-1来表示。

标记为SPH_min和SPH_max的“最小及最大球镜度”可根据所考虑的表面的种类来推导。

当所考虑的表面是物体侧表面(前表面)时，这些表示如下：

并且

其中，n为镜片的成分材料的折射率。

如果所考虑的表面是眼球侧表面(后表面)，那么这些表示如下：

并且

“平均球镜度”SPH_mean在非球面表面上的任一点处也可以通过以下公式来定义：

因此，平均球镜度的表示取决于所考虑的表面：

-如果该表面是物体侧表面，那么

-如果该表面是眼球侧表面，那么

-柱镜度CYL也用公式CYL＝|SPH_max-SPH_min|来定义。

“柱镜轴位”γ_AX为最大曲率CURV_max的定向相对于参考轴位并且在所选的转动方向上的角度。在TABO惯例中，参考轴位是水平的(此参考轴位的角度为0°)并且该转动方向在看向佩戴者时对于每一只眼而言是逆时针的(0°≤γ_AX≤180°)。因此，+45°的柱镜轴位γ_AX的轴位值表示一条倾斜定向的轴线，在看向佩戴者时，该轴线从位于右上方的象限延伸到位于左下方的象限。

镜片的任何非球面的特性可以借助于局部平均球镜度和柱镜度来表示。

因此，表面可以局部由一个三元组来定义，该三元组由最大球镜度SPH_max、最小球镜度SPH_min和柱镜轴位γ_AX构成。可替代地，该三元组可以由平均球镜度SPH_mean、柱镜度CYL和柱镜轴位γ_AX构成。

协调标准ISO 8990-2规定“微标记”在渐进式镜片上是强制的。“临时标记”也可以应用在该镜片的两个表面中的至少一个上，指示该镜片上的控制点(参考点)的位置，例如，如针对远视觉的控制点、针对近视觉的控制点、棱镜参考点和装配十字。这里在将微标记连接的直线段的中点处考虑了棱镜参考点PRP。如果没有临时标记或者其已经被清除，技术人员始终可以通过使用安装图纸和永久性微标记在镜片上定位这些控制点。类似地，在半成品镜片毛坯上，标准ISO 10322-2要求应用微标记。

“佩戴者数据”(WD)指获得的关于佩戴者的一项或多项数据。佩戴者数据通常包括“处方数据”(PD)和/或“生物统计数据”(BD)。上文定义了处方数据。佩戴者生物统计数据包括关于佩戴者的形态的数据，并且通常包括以下各项中的一项或多项：单目瞳孔距离、瞳孔间距、眼睛的轴向长度、眼睛的转动中心(CRE)的位置。佩戴者数据还包括“佩戴者镜架数据”，这是与当配适到镜架上并由佩戴者佩戴时镜片的取向相关的数据，诸如全视角、包角、顶点距离、针对主注视方向在眼睛的转动中心与镜片的眼睛侧表面之间的距离等。佩戴者数据还可以包括如头/眼增益等行为数据或如CAPE角等姿势数据。佩戴者数据还可以包括安装数据，该安装数据是用于将佩戴者的眼睛相对于镜架定位的数据，例如，像佩戴者的瞳孔间距和瞳孔高度。通常为每只眼睛提供佩戴者数据，但佩戴者数据还可以包括双目生物统计数据。

一般佩戴条件应当理解为镜片相对于标准佩戴者的眼睛的位置，尤其是由(-7°)的全视角、镜片的眼睛侧表面与眼睛转动中心之间的25.5mm的距离以及7°的包角来限定的。

“镜架数据”(FD)指的是表征HMD镜架的一项或多项数据的集合。所述数据可以包括以下各项中的一项或多项：待装配的镜片的尺寸(长度和高度)、用于镜片的预期装配的镜架的内镜圈形状、镜片之间的距离(DBL)、镜架的凸性、镜架镜圈的倾斜角度等。镜架数据可以通过对实际镜架进行物理测量获得，例如，使用镜架阅读器。镜架数据还可以在于对目录或对预定镜架的集合(范围)的引用。

“头戴式设备数据(HMDD)”包括HMD的“镜架数据”(FD)和与显示元件在镜架上的位置、显示元件相对于一个镜片或另一个镜片的相对位置、显示元件在镜架上的取向、显示元件相对于一个镜片或另一个镜片的相对取向、显示元件的几何形状(包括形状和/或一个或多个尺寸)、使得显示元件能够显示由佩戴者看得见的信息内容的距离(“虚拟图像显示距离”)有关的“显示元件数据”(DED)。

“镜片数据”(LD)指的是表征眼镜片的一项或多项数据的集合。所述数据包括定义镜片的一个或多个几何(表面)特性和/或一个或多个光学特性的数据，如镜片材料的光学折射率。镜片架数据还可以延伸至进一步的信息，诸如镜片设计的类型、镜片材料、镜片上一个或多个可能涂层的选择等)。此类特性可以是从以上列出的光学参数中选择的。镜片数据可以是电子文件的形式，例如表面文件。所述表面文件可以对应于有待制造的镜片的成品后表面，例如其中，该镜片是可以通过对半成品毛坯的后表面进行机械加工获得的。所述表面文件还替代地对应于有待制造的镜片的前表面。所述镜片数据还可以包括两个表面文件，一个用于每个前和后表面、其相对位置和镜片材料的折射率。

“眼镜片的目标光学功能”表示对于所述镜片而言要达到的全局光学性能，即，眼镜片应该具有的特性的集合。在本发明的上下文中以及在本说明书的其余部分中，为了方便而使用术语“镜片的目标光学功能”。这种使用不是严格正确的，因为目标光学功能是相对于眼镜片和工作视景系统的给定佩戴者定义的。

此类系统的光学目标功能是在许多给定注视方向上定义的一个或多个光学参数的目标值的集合。在每个给定注视方向上为每个光学参数定义了一个目标值。光学参数目标值的结果集合就是目标光学功能。

一方面，可以用单个光学参数定义一个目标光学功能，例如，光焦度或不希望的散光或散光。另一方面，可以用两个光学参数定义目标光学功能，如光焦度和不想要的散光，或者光焦度和散光。另一方面，可以用进一步的光学参数定义目标光学功能，如光焦度和散光的线性组合，或者可以考虑涉及更高阶像差的其他参数。目标光学功能中使用的光学参数的数量N取决于所期望的精度水平。事实上，光学参数越多，得到的镜片越可能满足佩戴者的需要。然而，增加参数数量N可能导致增加计算所花费的时间。所考虑的参数数量N的选择将可以是这两种需要之间的折中。关于目标光学功能、光学参数定义和光学参数求值的更多细节可以在WO 2011/042504中找到。

目标光学功能用于镜片“光学优化”过程中。所述过程通常包括

-定义目标光学功能的步骤，其中，定义了目标光学功能。所述目标光学功能通常是通过考虑到佩戴者处方数据、佩戴者生物统计数据、及其他因素(如佩戴者行为，包括头/眼行为)而设计的；

-定义初始镜片的步骤；

-定义当前镜片的步骤，为所述当前镜片定义了当前光学功能，该当前镜片初始地被定义为初始镜片；

-一个或多个用于将该当前光学功能与该目标光学功能之间的差异最小化的光学优化的步骤，例如，通过修改当前镜片。

综上所述，技术人员理解针对给定镜片定义“当前光学功能”或“中间光学功能”。当前或中间镜片的所述当前或中间光学功能是所述镜片在与目标光学功能相同的注视方向上一个或多个相同光学参数的值的集合。光学优化的目的是将当前光学功能与目标光学功能之间的差异最小化。该优化可通过迭代执行，例如，通过使用光线追踪方法。EP-A-0990 939中描述了使用目标定义进行镜片光学优化的实例。

头戴式显示设备

头戴式显示设备(HMD)在本领域中是已知的。这类设备要佩戴在佩戴者的头上或周围，包括头盔式显示器、光学头戴式显示器、头戴式显示器等等。它们包括用于显示(计算机生成的)信息内容以便佩戴者可看到的显示元件。HMD可以提供计算机生成的信息内容的显示，有利地提供对计算机生成的信息内容(‘虚拟显示’)和‘现实生活’视野二者的可视化。HMD可以是单目的(单眼)或双目的(双眼)。本发明的HMD可以采取各种形式，包括眼镜、面具(如滑雪或潜水面具)、眼罩等。HMD可以包括一个或多个镜片。

根据本发明，HMD是这样的：它包括具有物体侧表面(S1)和眼睛侧表面(S2)的眼科镜片、以及显示元件。该镜片和显示元件以一种方式安排成使得，该显示元件被安排来通过朝佩戴者的眼睛发出光来显示信息内容，其方式为使得该显示元件发出的光在到达佩戴者眼睛之前被该眼科镜片的所述物体侧表面(S1)折射、并且接着被所述眼睛侧表面(S2)折射。因此该显示元件被安排成一种构型，使得当佩戴者佩戴该头戴式显示设备时，该眼科镜片位于该显示元件与佩戴者的眼睛/脸之间。这与显示元件嵌入镜片体积中的头戴式设备形成对比。

镜片供应系统

本发明涉及用于提供旨在由佩戴者佩戴的眼科镜片的一种系统和多种方法，其中，该镜片旨在配适到并且被设计成用于配适到头戴式设备上。

一方面，本发明提供了一种用于提供旨在用于佩戴者的眼科镜片的眼科镜片供应系统，其中：

-该眼科镜片具有物体侧表面和眼睛侧表面，

其中，该眼科镜片被安排成用于矫正该佩戴者的一只眼睛的屈光不正，并且该眼科镜片旨在配适到头戴式设备上，

-该头戴式设备设有显示元件，

其中，该显示元件被安排成通过朝该佩戴者的眼睛发出光来显示信息内容，其方式为使得该显示元件发出的光在到达该佩戴者眼睛之前被该眼科镜片的所述物体侧表面折射、并且接着被所述眼睛侧表面折射。

有利地，该镜片为佩戴者在自然视觉和虚拟视觉两方面都提供了改进的视觉舒适度。该镜片旨在矫正佩戴者的屈光不正，并且它可以选自单光镜片和渐进式多焦点镜片。

根据本发明，该供应系统包括：

-被配置成用于对眼镜片下订单的第一处理装置(PM1)，其中，所述第一处理装置(PM1)位于镜片订购侧(LOS)，并且其中，所述第一处理装置(PM1)包括：

■被配置成用于输入佩戴者数据(WD)的第一输入装置(IM1)，

其中，所述佩戴者数据(WD)可以包括与所述眼睛有关的处方数据(PD)，如处方光焦度(P)和/或处方散光(A)和生物统计数据，以及

■被配置成用于输入头戴式设备数据(HWDD)的第二输入装置(IM2)，

其中，所述头戴式设备数据(HMDD)可以包括显示元件数据(DED)，如关于该显示元件的位置、方位和几何形状的数据、或虚拟现实距离，即，该显示元件显示该信息内容以便该佩戴者看得见时所处的距离；

-被配置成基于佩戴者数据(WD)和头戴式设备数据(HMDD)来处理镜片数据(LD)的第二处理装置(PM2)，这样该眼科镜片包括：

■中央视力区，该中央视力区被安排成用于矫正该佩戴者的所述眼睛的屈光不正，从而提供该佩戴者敏锐的自然视觉，以及

■周边视力区，该周边视力区包括光学系统，该光学系统被安排成用于矫正该佩戴者的所述眼睛的屈光不正，从而提供该佩戴者对由该显示元件显示的信息内容的敏锐的虚拟视觉；

其中，所述第二处理装置位于镜片确定侧(LDS)，并且其中，所述第二处理装置(PM2)包括被配置成用于输出所述镜片数据(LD)的输出装置(OM)，以及

-被配置成用于将所述佩戴者数据(WD)和头戴式设备数据(HMDD)从所述第一处理装置(PM1)传输到所述第二处理装置(PM2)的第一传输装置(TM1)；并且

可选地其中，该供应系统进一步包括：

-被配置成用于基于镜片数据(LD)来制造眼科镜片的制造装置(MM1，MM2)，其中，所述制造装置(MM1，MM2)位于镜片制造侧(LMS)，以及

-被配置成用于将所述镜片数据(LD)从所述第二处理装置(PM2)传输到所述制造装置(MM1，MM2)的第二传输装置(TM2)。

有利地根据本发明，该处理装置被配置成用于通过考虑该眼睛的转动中心的位置、该镜片相对于该眼睛的位置和取向、与该显示元件相对于该眼睛和镜片的位置、取向和几何形状之间的关系来确定该光学系统。

该镜片订购侧(LOS)通常在为佩戴者(顾客)订购镜片的眼部保养专业人员或眼科医生的处所内。

镜片确定侧(LDS)装配有处理装置，该处理装置可有利地被安排成用于执行如在此所述的镜片确定方法中的任何一种方法，或者可有利地包括如下文中所描述的计算机程序产品。

以上输入装置(IM)中的每一个输入装置可以是任何适合于相关数据的输入的输入装置。所述输入装置是优选地为方便界面(例如，可与显示装置相连使用)而选择的，并且可以是计算机(诸如个人计算机或膝上型计算机、平板计算机、手机、终端、遥控器等)的键盘。

本发明的系统可进一步包括被配置成用于镜架数据(FD)的输入的输入装置(IM3)，其中，所述镜架是意在用于装配镜片的眼架，和/或被配置成用于佩戴者生物统计数据(BD)的输入的输入装置(IM4)。

根据本发明，输入装置(IM1-IM4)可(部分地或完全地)彼此不同或可被组合起来。例如，一种情况可以是(IM1)＝(IM2)或者(IM1)＝(IM2)＝(IM4)等。

镜片制造侧通常位于光学实验室里，即，装备有用于基于先前获得或生成的镜片数据制造符合镜片订单的镜片的制造装置的地方。

镜片制造装置(MM、MM1、MM2)在本领域是已知的，并且技术人员熟悉合适的制造装置。所述制造装置可包括以下各项中的一项或多项：表面修整(包括数字表面修整)、抛光、磨边装置等。镜片制造侧(LMS)可包括制造装置的组合，包括若干不同的表面修整装置和/或若干抛光装置等。

镜片制造侧可进一步包括被配置成用于从所述第二处理装置接收信息的输入装置并且进一步将该信息传输到相关制造装置。

镜片制造侧(LMS)可进一步包括第三处理装置(PM3)。第三处理装置可以例如相对于制造装置发送进一步的数据，诸如特定制造装置或与特定制造装置一起使用的制造规则的指定(选择)，例如，给定制造协议的选择或关于特定制造装置的设置的特定制造参数的标识。

在本发明的系统中，传输装置(TM1、TM2)可包括所有类型的合适的传输装置。本领域技术人员熟悉镜片供应系统领域中有用的合适的传输装置。合适的装置包括电子通信，诸如通过网络连接，例如通过一个或多个服务器，电子邮件通信等。

在本发明的一个方面，该第一和/或第二和/或第三处理装置(PM1、PM2、PM3)可以是计算机实体并且可包括存储器(MEM)。这些计算机实体可通过一个或多个服务器彼此连接。所述服务器可以包括存储器形式的存储装置。

存储器在本领域中是已知的并且技术人员熟悉被配置成在镜片供应系统内实施的存储器。该存储器可以被配置成用于存储数据，如：输入数据、输出数据、中间数据(如中间计算结果)。存储器作为工作存储器和/或对存储指令序列会是有用的。存储器可被设置在一个或多个存储元件/装置中，并且可作为服务器的一部分。

在图13示意性地展现了本发明的示例性眼科镜片供应系统。

镜片设计及优化方法

另一方面，本发明提供了一种用于提供旨在用于佩戴者的眼科镜片(L)的计算机实施方法，其中：

-该眼科镜片(L)具有物体侧表面(S1)和眼睛侧表面(S2)，

其中，该眼科镜片(L)被安排成用于矫正该佩戴者的一只眼睛(E)的屈光不正，并且该眼科镜片旨在配适到头戴式设备(HMD)上，该头戴式设备(HMD)旨在由该佩戴者佩戴；

并且其中，该眼科镜片包括：

-该头戴式设备(HMD)设有显示元件(DE)，

其中，在该头戴式设备(HMD)被该佩戴者佩戴时，该显示元件(DE)被安排成用于通过朝该佩戴者的该眼睛(E)发出光来显示信息内容，其方式为使得该显示元件发出的光在到达该佩戴者眼睛之前被该眼科镜片的该物体侧表面(S1)的第一子部分(SP1)折射、并且接着被该眼睛侧表面(S2)的第二子部分(SP2)折射；并且其中：

■所述第二子部分(SP2)包括位于该镜片的眼睛侧表面(S2)上、在拦截该周边视力区的注视方向上的几何质心；

■所述第二子部分(SP2)可以在以该眼睛的转动中心为中心的角坐标系(α，β)中进行定义，α是降低角并且β是方位角；

■该光学系统包括具有稳定光学性能的区，其中，所述具有稳定光学性能的区是由该第一子部分(SP1)和第二子部分(SP2)限定的；

■优选地，所述具有稳定光学性能的区被安排成使得，在一般佩戴条件下，所述第二子部分(SP2)可以内接于该眼睛侧表面(S2)的、具有12°-30°边长的正方形内，该边长是在(α，β)坐标系内作为距离测量的，α、β用度数(°)表示，其中按照SQRT((α_M-α_N)²+(β_M-β_N)²)来计算两个点M、N之间的距离，其中SQRT是平方根函数。

该方法提供了镜片计算，即，确定其设计，从而使得接着可以制造镜片。

根据本发明，所述用于确定眼科镜片的方法包括以下步骤：

(i)提供包括与该佩戴者的该眼睛(E)有关的处方数据(PD)的佩戴者数据(WD)；

(ii)提供与该头戴式设备(HMDD)有关的、包括显示元件数据(DED)的数据，

(iii)基于步骤(ii)的数据，限定所述具有稳定光学性能的区在该镜片上的位置；可选地确定所述具有稳定光学性能的区的闭合孔径张角轮廓C，该闭合孔径张角轮廓可以在该(α，β)角坐标系中进行定义，α是眼睛降低角并且β是眼睛方位角

(iv)通过以下方式来确定该眼科镜片(L)：

■考虑步骤(i)的数据，并且

■通过光学定义或表面定义的方式来确定所述具有稳定光学性能的区。

例如，步骤(iii)可以使用光线追踪方法、眼镜追踪方法、例如使用眼睛追踪器(如眼睛追踪眼镜)来进行。

有利地，步骤(iii)允许标识(界定)镜片的可用于虚拟视觉的区，即佩戴者看得见该显示元件显示的信息内容。接着可以为此具体目的而将这个区在其光学设计和/或表面设计方面进行优化。

本发明的方法是有利的，因为它在镜片中获得了具有稳定性能的区。相应地，这允许使光学缺陷稳定，从而根据本发明所确定的镜片可以与各种各样的显示器一起使用，而与所述显示器的精确规格无关。

在此方面，在本发明的所有方法和设备中，所述具有稳定光学性能的区可以是这样的：该区中的光焦度不同于‘自然视觉’的光焦度。相反，在所有方法和设备中，所述具有稳定光学性能的区可以是这样的：该区中的光焦度与‘自然视觉’的光焦度相同。

通过目标介导的光学优化进行镜片设计的方法

在一些实施例中，步骤(iv)可以包括通过执行光学优化来确定眼科镜片(L)的步骤。例如，步骤(iv)可以包括以下步骤：

(a)可选地根据将可视化距离与注视方向(α，β)关联起来来选择工作视景；

(b)根据多个注视方向(α_i，β_i)来定义所述眼科镜片(L)的目标光学功能；

(c)通过以下方式来进行优化：

■选择初始镜片；

■定义当前镜片，为该当前镜片定义当前光学功能，该当前镜片初始地被定义为该初始镜片；

■例如以代价或优值函数来进行光学优化以使该当前光学功能与该目标光学功能之间的差异最小化；

在对工作视景的定义中，能够考虑虚拟图像显示距离，即，显示元件用来显示信息内容以便佩戴者可得见的距离。这个距离因此可以用来定义在镜片的对应区中工作视景的相关特性。

当前光学功能与目标光学功能之间的差可以用最小二乘法来计算，例如高斯-牛顿、或Levenberg-Marquardt，如在《数值最优化》，Bonnas等人，施普林格出版社2003中描述的。

在一些实施例中，步骤(iv)可以包括通过进行光学优化来确定眼科镜片(L)的步骤，其中，在步骤(iv)：

-步骤(b)包括在所述具有稳定光学性能的区内设定目标值；和/或

-步骤(c)的光学优化包括优化所述具有稳定光学性能的区内的视觉性能，例如通过针对各个注视方向用权重值来定义该代价或优值函数、并且在所述具有稳定光学性能的区内所包括的一个或多个注视方向上选择较高数值的权重系数。

有利地根据本发明，这样的步骤(iv)实现该区针对信息(虚拟)视觉的特定优化。这种优化允许在感兴趣区中实现光学目标判据。

进一步地，该目标光学功能定义步骤(b)可以是这样的：在所述具有稳定光学性能的区中提供改进的光学性能。例如，该目标光学功能可以考虑关于所述具有稳定光学性能的区及其光学特性的以下判据中的一个或多个或所有判据：

■它可以内接于具有12°-30°边长的正方形内，该边长是在所述(α，β)坐标系内作为距离测量的，其中α、β用度数(°)表示；

■其几何质心位于在所述(α，β)坐标系中测量的距镜片的光学中心为15°的距离处；即，对于在所述(α，β)坐标系中位于(α_B，β_B)处的几何质心，SQRT(α_B ²+β_B ²)≥15°，其中SQRT是平方根函数；

■它在光焦度和不想要的散光方面是稳定的，使得在整个区上，光焦度和不想要的散光基本上具有恒定值，例如恒定值+/-0.12D或恒定值+/-0.06D；光焦度可以指所有轴位的平均光焦度；

■光焦度P_S的所述恒定值基本上等于在该镜片的光学中心处的光焦度值P_C，例如ABS(P_S-P_C)≤0.25D或≤0.12D，其中ABS表示绝对值；并且

不想要的散光Asr_S的所述恒定值基本上等于在镜片的光学中心处的光焦度值Asr_C，例如ABS(Asr_S-Asr_C)≤0.25D或≤0.12D，其中ABS表示绝对值。

这些特征在下文更详细地进行了描述。

通过表面组合进行镜片设计的方法

在一些实施例中，步骤(iv)可以包括通过表面组合、通过加上和/或减去一个或多个表面进行的表面计算步骤，用于获得对该眼科镜片(L)的物体侧表面(S1)和/或眼睛侧表面(S2)的表面定义。

这些表面是位于三维空间内的多个点的二维轨迹，在该表面中对于不同的点显示出变化的‘海拔’(高度)。它们可以在笛卡尔坐标系中用数学函数z＝f(x，y)来定义，其中对于表面的每个点，高度(z)是对于具有(x，y)平面坐标的点定义的海拔。可以使用多个预先定义的表面来提供表面‘库’，其中各种表面轮廓对应于各种表面特性。接着可以将这些预先定义的表面(一些是球面，一些不是)通过相加和/或相减来进行组合从而定义S1和/或S2。当组合了表面之后，可以在加法或减法之前对这些表面进行加权。

例如，步骤(iv)可以包括以下步骤：

-提供一组表面，每个表面适合于给定的处方数据；

-选择加法或减法表面，其中加法或减法表面被定义为在该镜片上、除了在所述具有稳定光学性能的区的至少一个部分之外具有零值的镜片表面，其中在所述部分上，该加法或减法表面不是零，例如，该表面包括球面、非球面或环曲面；

-将来自所述组的一个表面与一个或多个加法表面或与一个或多个减法表面进行组合，

-优选地选择两个加法或减法表面并且在组合之前进行加权；

以达到所述具有稳定光学性能的区的希望的光学性能。

此步骤(iv)允许专门设计所述具有稳定光学性能的区，即，以在所述区中提供稳定的光学性能的方式。这改善了佩戴者的虚拟视觉舒适度。

例如，S1可以被定义为球面，并且S2可以由第一加权球面与在所述具有稳定光学性能的区中为环曲面的第二加权球面的组合来得到。在另一个实例中，S1可以是第一加权球面与除了在所述具有稳定光学性能的区中之外为零值的另一个第二加权表面(其中该表面是球面)的组合，而S2可以是球面。设想到了所有这样的可能组合(与加权和非加权表面)。进一步地，技术人员了解，S1可以是镜片的前(物体侧)表面，或者它可以是镜片的后(眼睛侧)表面。使用的第一和第二权重可以通过优化方法来确定。

有利地根据本发明，可以与(预)优化过的表面进行表面组合。这出乎意料地允许达到权利要求中引用的光学性能，尤其满足在此描述的以及在实例中详述的判据C1、C2和C3。

镜片设计和优化方法：多个具有稳定光学性能的区

在一些实施例中，可以针对具有稳定光学性能的区的至少两个可能位置和/或几何形状来重复本发明的方法。这对于以下情形是特别有利的：HMD被配置成使得显示元件可以在HMD镜架上采取两种或更多相异的构型。

有利地，可以针对这两种(或更多)不同的构型来实施本发明的优化方法，从而在该设备的这两种构型中均实现虚拟视觉的视觉舒适度。这两种构型可以有利地被选择成该显示元件的两个‘极端’位置和/或取向。

因此，在一些实施例中，

-该显示元件(DE)被配置成使得该佩戴者可以将其位置和/或取向设置成至少两种不同的构型，

-针对每种构型执行步骤(ii)和(iii)，以便确定具有稳定光学性能的相应区的相应位置，并且

-步骤(iv)包括确定所述具有稳定光学性能的相应区。

镜片提供和制造方法

另一方面，本发明提供了一种用于提供或制造旨在由佩戴者佩戴的眼科镜片的方法，该方法包括如在此描述的用于镜片确定的计算机实施方法。

计算机程序

另一方面，本发明提供了一种(非瞬态)计算机程序，该计算机程序包括一个或多个存储的指令序列，这些指令是处理器可存取的并且在被该处理器执行时致使该处理器实施本发明的方法的步骤。

另一方面，本发明提供了一种(非瞬态)计算机可读介质，该计算机可读介质实施所述计算机程序产品的一个或多个指令序列。

旨在用于屈光不正佩戴者的眼科镜片

另一方面，本发明提供了一种旨在用于佩戴者的一只屈光不正眼睛的眼科镜片，其中：

-该眼科镜片具有物体侧表面(S1)和眼睛侧表面(S2)；

-该眼科镜片被安排成用于矫正该佩戴者的眼睛的屈光不正；

-该眼科镜片旨在配适到设有显示元件的头戴式设备上，并且

-该眼科镜片包括：

■周边视力区，该周边视力区包括光学系统，该光学系统被安排成用于矫正该佩戴者的所述眼睛的屈光不正，从而提供该佩戴者对由该显示元件显示的信息内容的敏锐的虚拟视觉。

在一些实施例中，该眼科镜片是这样的：

-其中，该显示元件被安排成用于通过朝该佩戴者的该眼睛发出光来显示信息内容，其方式为使得该显示元件发出的光在到达该佩戴者眼睛之前被该眼科镜片的该物体侧表面(S1)的第一子部分(SP1)折射、并且接着被该眼睛侧表面(S2)的第二子部分(SP2)折射；

-所述第二子部分(SP2)包括位于该镜片的眼睛侧表面(S2)上、在拦截该周边视力区的注视方向上的几何质心；

-所述第二子部分(SP2)可以在以该眼睛的转动中心为中心的角坐标系(α，β)中进行定义，α是降低角并且β是方位角，

-该光学系统包括具有稳定光学性能的区，其中，所述具有稳定光学性能的区是由该第一子部分(SP1)和第二子部分(SP2)限定的；

-优选地，所述具有稳定光学性能的区被安排成使得，在一般佩戴条件下，所述第二子部分(SP2)可以内接于该眼睛侧表面(S2)的、具有12°-30°边长的正方形内，该边长是在(α，β)坐标系内作为距离测量的，α、β用度数(°)表示，其中按照SQRT((α_M-α_N)²+(β_M-β_N)²)来计算两个点M、N之间的距离，其中SQRT是平方根函数。

一方面，本发明的镜片是这样的：

-该眼科镜片是旨在配适到头戴式设备上的单光镜片，并且

-在该中央视力区，该眼科镜片包括在该物体侧表面(S1)上的第一光学中心和在该眼睛侧表面(S2)上的第二光学中心；下文中，第二光学中心被称为“光学中心”。光学中心是上文定义的PRP。

-在一般佩戴条件下，该周边视力区被定义为该镜片的被这组注视方向(αi，βi)所拦截的部分，其中αi、βi用度数(°)表示，使得SQRT(αi²+βi²)≥15°。因此，该周边视力区被定义为‘位于’距镜片的光学中心为15°或更大距离处的一组注视方向，其中该距离是在(α，β)坐标系中测量的。这是有利的，因为其最小化了对中央视觉的影响，并且因此基本上不影响佩戴者的中央(自然)视觉。

一方面，本发明的镜片是这样的：在一般佩戴条件下：

-所述具有稳定光学性能的区在光焦度和/或不想要的散光方面是稳定的，使得在整个区上，光焦度和/或不想要的散光基本上具有恒定值，例如恒定值+/-0.12D或恒定值+/-0.06D；光焦度可以指所有轴位的平均光焦度；

-光焦度P_S的所述恒定值基本上等于在该镜片的光学中心处的光焦度值P_C，例如ABS(P_S-P_C)≤0.25D或≤0.12D，其中ABS表示绝对值；和/或

-不想要的散光Asr_S的所述恒定值基本上等于在该镜片的光学中心处的不想要的散光值Asr_C，例如ABS(Asr_S-Asr_C)≤0.25D或≤0.12D，其中ABS表示绝对值。

在以上定义中，具有稳定光学性能的区是在光焦度的意义上表征的，但技术人员了解，焦度也可以在球镜值和/或柱镜值的意义上表示。

表述“具有稳定光学性能的区内接于正方形”中指示，所述区可以完全配合在此正方形中。并不要求这个区的轮廓的最少数量的点与该正方形的轮廓重合。然而要求这个区的轮廓或表面区域的任何点都在这个正方形的轮廓上或在该正方形内。在表面积的意义上，这指示这个区的表面积可以是小于30°×30°、或小于20°×20°。

在一些实施例中，单光镜片旨在用于至少2.00、优选地至少3.00D的镜片光焦度绝对值、和/或用于至少2.00、优选地至少3.00D的镜片散光值。

在一些实施例中，单光镜片旨在用于至少2.00、优选地至少3.00D的处方焦度绝对值、和/或用于至少2.00、优选地至少3.00D的处方散光值。

在一些实施例中，单光镜片是这样的：光焦度绝对值为至少2.00、优选地至少3.00D和/或散光值为至少2.00、优选地至少3.00D，其中所述值是在镜片的光学中心处测量的。

本发明的这种特定的镜片设计出乎意料地展现出虚拟视觉的改进光学性能，同时不有损真实/自然视觉。实际上，本发明的这些设计对于熟悉单光(SV)镜片的常规光学设计的技术人员而言是非常反直觉的。具体地，根据本发明，可以通过在所述SV镜片的周边视力区的特定且界定的位置中选择特定的光学设计来获得改善的光学性能。然而，如本领域已知的，常规SV镜片基本上具有旋转对称设计，并且意外发现不对称设计仍为佩戴者提供了舒适的视觉体验、同时在真实视觉和虚拟视觉两方面均实现优化的视觉性能。

根据本发明，所述具有稳定性能的区可以具有任何形状。具体地，子部分SP1和/或SP2可以具有任何形状、并且可以是四角形(四边形)、正方形、矩形、梯形、平行四边形等、并且可以可选地是变形的、扁平的或长形的。所述具有稳定性能的区可以用其轮廓、即闭合轮廓来定义。所述轮廓可以在所述坐标系(α，β)中定义。

有利地根据本发明，为了佩戴者在虚拟视觉方面的舒适度而对该稳定区的位置、大小和/或取向进行优化。

进一步有利地，根据本发明，该镜片适合于与安排在镜片的物体侧上的显示元件一起使用。根据本发明，该稳定区可以被确定成略微大于为了使佩戴者看到显示元件显示的全部信息内容而严格要求的大小。相应地，本发明的镜片和方法可以用于各种佩戴者体型和/或用于显示元件相对于镜片的各种位置。因此，在一些实施例中，本发明提供了在所谓的“柜台交易阅读眼镜”(已做好的阅读眼镜)中适合的镜片：该镜片可以有利地提供自然视觉和虚拟视觉二者的视觉敏锐度，其中所述镜片是与提供所述虚拟视觉的显示元件的各种定位和/或取向兼容的。因此，该镜片是有利的，因为它可以与各种显示元件成对，从而显示器和镜片可以分开地进货。

所述具有稳定光学性能的区可以位于周边视力区中、并且展现出希望的光学特性以矫正佩戴者的屈光不正。所述区偏离镜片的光学中心从而不影响中央视觉(基本上对自然/真实视觉有用)、同时还提供虚拟显示的最佳视觉。

有利地根据本发明，所述具有稳定光学性能的区是某些光学参数稳定、即具有“高台”取值分布的区。这指示中心值在整个高台上是基本上恒定的，+/-有限误差/可接受的偏差。技术人员可以根据光学参数的性质来确定可接受的偏差值。

在一些实施例中，该镜片是这样的：在一般佩戴条件下，所述第二子部分(SP2)或所述第二子部分(SP2)的周边包含至少一个点，在该点，θ≥45°，其中θ以度数表示，其中

-θ针对每个点被定义为以下各项之间的锐角的绝对值：

■在所述点处不想要的散光的梯度方向，以及

■连接所述点与该镜片的光学中心的直线的方向；

-所述第二子部分(SP2)的周边被定义为该眼睛侧表面(S)的、位于距所述第二子部分(SP2)为5°或更小距离处的一组点，其中，该距离是在所述(α,β)坐标系中测量的，其中，按照SQRT((α_M-α_N)²+(β_M-β_N)²)来计算两个点M、N之间的距离，其中SQRT是平方根函数，

优选地其中：

-θ≥70°，并且

-可选地，所述第二子部分(SP2)的几何质心在所述(α，β)坐标系中位于(α_B，β_B)处，其中，ABS(α_B)≤10°或ABS(β_B)≤10°，其中，ABS表示绝对值。

如本领域已知的，梯度方向垂直于相关的等值线。这样的镜片出乎意料地提供了改善的视觉舒适度。这是未预料到的，因为在常规SV镜片中，这些梯度是基本上指向镜片的光学中心的。相比之下，根据本发明，通过如光焦度和不想要的散光等光学参数的非径向梯度方向，实现了稳定的光学性能。这样的特殊设计对于SV镜片是非常反直觉的、并且出乎意料地提供了优化的虚拟视觉、同时还在镜片的中央视力区(自然视觉)保持了视觉舒适度。

在一些实施例中，所述第二子部分(SP2)或所述第二子部分(SP2)的周边包含至少两个、至少五个或至少十个点，在这些点，θ≥45°。

在一些实施例中，ABS(α_B)≤10°或ABS(β_B)≤10°。

在一些实施例中，ABS(α_B)≤8°或ABS(β_B)≤8°。

在一些实施例中，ABS(α_B)≤5°或ABS(β_B)≤5°。

因此，根据本发明，所述具有稳定光学性能的区可以位于镜片的周边且在一条镜片轴线附近。

在一些实施例中，所述第二子部分(SP2)或所述第二子部分(SP2)的周边包含至少一个点，在该至少一个点处，在一般佩戴条件下：

-该光焦度梯度的模数是该光焦度梯度的平均模数的值的至少五倍，和/或

-该不想要的散光的梯度的模数是该不想要的散光的梯度的平均模数的值的至少五倍，

其中，该光焦度梯度的模数、相应地该不想要的散光的梯度的模数是如下确定的：

-沿着该镜片的、经过所述第二子部分(SP2)的几何质心和该镜片的光学中心的第一参考线，或

-沿着该镜片的、与该第一参考线垂直并且经过该镜片的光学中心的第二参考线；

并且优选地是如下确定的

-沿着该第一参考线的第一线段，或

-沿着该第二参考线的第二线段，

其中，所述第一和第二线段均以该镜片的光学中心为中心并且均具有相同长度(SL)，其中，所述长度(SL)小于该镜片的光学中心与所述第二子部分(SP2)的任一点相隔的最大距离的两倍。

同样，这样的特征超乎意料地在该区中提供了虚拟视觉的改善的视觉舒适度。这样的设计对于SV镜片而言是非常规的，其中这些设计被选择成避免这些光学参数在镜片上的突变。相比之下，根据本发明，可以在所述具有稳定光学性能的区中或在其周边实施光学参数的梯度的模数的显著变化。

用途

另一方面，本发明提供了在此描述的任何眼科镜片用于改善配备有头戴式显示设备的佩戴者的视觉舒适度的用途。

头戴式显示设备

另一方面，本发明提供了一种旨在由佩戴者佩戴的头戴式设备，该头戴式设备包括：

-眼科镜片，

其中，该眼科镜片具有物体侧表面(S1)和眼睛侧表面(S2)；

其中，该眼科镜片被安排成用于矫正该佩戴者的眼睛的屈光不正，从而提供该佩戴者敏锐的自然视觉；

-显示元件，

其中，该显示元件被安排成用于通过朝该佩戴者的该眼睛发出光来显示信息内容，其方式为使得该显示元件发出的光在到达该佩戴者眼睛之前被该眼科镜片的所述物体侧表面(S1)折射、并且接着被所述眼睛侧表面(S2)折射。

如上文指出的，这表明该HMD是这样的：镜片位于该佩戴者眼睛与显示元件之间。这与显示元件嵌入镜片体积中的HMD形成对比。

根据本发明，该眼科镜片包括光学系统，该光学系统被安排成用于矫正该佩戴者的眼睛的屈光不正，从而提供该佩戴者对由该显示元件显示的信息内容的敏锐的虚拟视觉。

如上文解释的，所述区可以通过光线追踪来确定。其可以用其轮廓来定义，该轮廓是闭合轮廓、并且可以在(α，β)坐标系中定义。

在一些实施例中，该头戴式设备是这样的

-其中，该显示元件被安排成用于通过朝该佩戴者的该眼睛发出光来显示信息内容，其方式为使得该显示元件发出的光在到达该佩戴者眼睛之前被该眼科镜片的该物体侧表面(S1)的第一子部分(SP1)折射、并且接着被该眼睛侧表面(S2)的第二子部分(SP2)折射，并且

-该光学系统包括具有稳定光学性能的区，其中，所述具有稳定光学性能的区是由该第一子部分(SP1)和第二子部分(SP2)限定的。

有利地，根据本发明，该光学系统包括稳定光学性能区，其中所述具有稳定光学性能的区是由该第一子部分(SP1)和第二子部分(SP2)限定的。该光学系统和所述具有稳定光学性能的区可以使用光线追踪技术来确定。该显示元件被配置成发出光，该光在到达佩戴者眼睛之前被该物体侧表面折射、并且接着被该眼睛侧表面折射。光线追踪允许确定该物体侧表面和眼睛侧表面的相关子部分(子区域)。这种确定可以涉及确定所述这些子部分的轮廓，以便定义根据本发明的所述具有稳定光学性能的区。

在一些实施例中，本发明提供了一种头戴式设备，其中，眼科镜片是在此描述的眼科镜片或一种渐进式多焦点镜片。

信息内容被显示的距离

根据本发明，在一些实施例中，该显示元件可以被配置成用于显示在无限距离处的信息内容，而在其他实施例中，该显示元件可以被配置成用于显示在有限距离处的信息内容。例如，该显示元件可以被配置成用于显示在0.8至4m的距离(例如0.8至1m的距离)处的信息内容。

这样的针对虚拟可视化的有限距离值在佩戴者的视觉舒适度的意义上是有利的。这是因为，在双视觉(自然视觉和虚拟视觉)的情形下，佩戴者在这两个视觉之间切换和/或看到是这两个视觉的叠加的一个视野。虚拟可视化距离的有限值使得将佩戴者为获得敏锐度所需的调节力度最小化、并且因此将视觉疲劳最小化。

通过以下非限制性实例来对本发明进行说明。

实例

实例1：头戴式显示设备

图8和图9展示了示例性HMD。该HMD包括镜架F和显示元件DE。其还包括镜片L，该镜片具有物体侧表面S1和眼睛侧表面S2。这些图示出了眼睛E、镜片L和显示元件DE的相对位置。

图10以及图11a与图11b展示了HMD的两种不同构型。HMD与眼睛之间的距离在图10的HMD中比在图11a中短。虚线示出了用于确定所述具有稳定光学性能的区(虚拟视觉、稳定的光学特性)的可能光线追踪。图11b和图12示出了子部分SP1、SP2。

实例2：镜片

针对以下处方值(P,Asti)＝(6.00,0.00)设计多个镜片，

为了镜片设计，实施以下方法：

-无优化(无OPTIM)；

-使用目标介导的光学优化的第一方法(OPTIM1)；

-使用目标介导的光学优化的第二方法(OPTIM2)；

-使用表面组合的第三方法(OPTIM3)。

无OPTIM

-镜片后表面是球面并且设计成在镜片的光学中心处达到希望的处方值；

-在佩戴条件下分析该镜片

-对虚拟视觉有用的镜片区域(具有稳定光学性能的区)具有大于0.5D的光焦度和散光缺陷；

-在镜片的光学中心处，还存在光焦度(0.06D)和散光(0.19D)缺陷。

结果在图14上示出。

OPTIM1

-在希望的区域中使用目标定义来优化镜片；

-优化是通过光线追踪(包角7°、全视度(-7°)、以及CRE到镜片距离25.5mm)来进行的；

-可以加上棱镜值(0.14°)以补偿包角造成的偏差。

结果在图15上示出。

OPTIM2

-在希望的区域中使用目标定义(包括在具有稳定光学性能的区中设定目标)来优化镜片；

结果在图16上示出。

OPTIM3

-使用表面组合来设计镜片；

-起始镜片可以是OPTIM1中产生的镜片；

-通过以适当的加权系数减去表面来进一步优化后(眼睛侧)表面。

结果在图17上示出。

其他处方值

针对以下处方值重复这些方法：

- +3.00 0.00，图18至图21。

- -3.00 0.00，图22至图25。

- -6.00 0.00.图26至图29。

实例3：单光镜片

例示了根据本发明的进一步的镜片(图30至38)。

实例2和3的所有结果都表明，根据本发明满足了以下判据C1、C2、C3中的一个或多个判据：

C1：所述具有稳定光学性能的区(SP1，SP2)被安排成使得：

■所述第二子部分(SP2)可以内接于眼睛侧表面(S2)的、具有12°-30°边长的正方形内，该边长是在所述(α，β)坐标系内作为距离测量的，其中α、β用度数(°)表示；

■所述第二子部分(SP2)包括位于该镜片的眼睛侧表面(S2)上、沿着周边视力注视方向在眼睛侧表面(S2)的某个位置的几何质心；其中，该周边视力区被定义为一组注视方向(αi，βi)，其中αi、βi用度数(°)表示，使得SQRT(αi²+βi²)≥15°；

■它在光焦度和/或不想要的散光方面是稳定的，使得在整个区上，光焦度和不想要的散光基本上具有恒定值，例如恒定值+/-0.12D或恒定值+/-0.06D；

■不想要的散光Asr_S的所述恒定值基本上等于在该镜片的光学中心处的光焦度值Asr_C，例如ABS(Asr_S-Asr_C)≤0.25D或≤0.12D，其中ABS表示绝对值；

C2：θ≥45°，其中θ以度数表示。

■优选地，θ≥70°，并且

■可选地，所述具有稳定光学性能的区的几何质心在所述(α，β)坐标系中位于(α_B，β_B)处，其中，ABS(α_B)≤10°或ABS(β_B)≤10°，其中ABS表示绝对值。

C3：其中，所述第二子部分(SP2)或所述第二子部分(SP2)的周边包含至少一个点，在该至少一个点处：

并且优选地是如下确定的：

-沿着该第一参考线的第一线段，或

-沿着该第二参考线的第二线段，

附图图例

-粗线的四角形对应于在HMD镜架上显示元件的两种极端构型。

-虚线的框示出了具有稳定光学性能的区所内接于其中的正方形。

-双箭头示出了梯度并且展示了θ的值。

-C1(相应地，C2、C3)表明判据C1(相应地，C2、C3)被满足。

Claims

1.用于提供旨在用于佩戴者的眼科镜片的眼科镜片供应系统，其中：

-该眼科镜片具有物体侧表面和眼睛侧表面，

-该头戴式设备设有显示元件，

其中，该显示元件(DE)被安排成用于通过朝该佩戴者的该眼睛发出光来显示信息内容，其方式为使得该显示元件发出的光在到达该佩戴者眼睛之前被该眼科镜片的所述物体侧表面折射、并且接着被所述眼睛侧表面折射，

其中，该眼科镜片供应系统包括：

-被配置成用于对眼科镜片下订单的第一处理装置(PM1)，其中，所述第一处理装置(PM1)位于眼科镜片订购侧(LOS)，并且其中，所述第一处理装置(PM1)包括：

■被配置成用于输入佩戴者数据(WD)的第一输入装置(IM1)，其中，所述佩戴者数据(WD)包括与所述眼睛有关的处方数据(PD)，包括处方光焦度(P)和/或处方散光(A)和生物统计数据，以及

■被配置成用于输入头戴式设备数据(HMDD)的第二输入装置(IM2)，

其中，所述头戴式设备数据(HMDD)包括显示元件数据(DED)，包括关于该显示元件的位置、取向和几何形状的数据、或虚拟现实距离，即，该显示元件显示该信息内容以便该佩戴者看得见时所处的距离；

-被配置成基于佩戴者数据(WD)和头戴式设备数据(HMDD)通过执行用于确定眼科镜片的计算机实施方法来处理眼科镜片数据(LD)的第二处理装置(PM2)，这样该眼科镜片包括：

■周边视力区，该周边视力区包括光学系统，该光学系统被安排成用于矫正该佩戴者的所述眼睛的屈光不正，从而提供该佩戴者对由该显示元件(DE)显示的信息内容的敏锐的虚拟视觉；

其中，在该头戴式设备(HMD)被该佩戴者佩戴时，该显示元件(DE)被安排成用于通过朝该佩戴者的该眼睛(E)发出光来显示信息内容，其方式为使得该显示元件发出的光在到达该佩戴者眼睛之前被该眼科镜片的该物体侧表面(S1)的第一子部分(SP1)折射、并且接着被该眼睛侧表面(S2)的第二子部分(SP2)折射，并且其中：

■所述第二子部分(SP2)在以该眼睛的转动中心为中心的角坐标系(α，β)中进行定义，α是降低角并且β是方位角；

其中，该方法包括以下步骤：

(ii)提供与该头戴式设备(HMDD)有关的、包括显示元件数据(DED)的数据；

(iii)基于步骤(ii)的数据，定义所述具有稳定光学性能的区在该镜片上的位置；

(iv)通过以下方式来确定该眼科镜片(L)：

■考虑步骤(i)的数据，并且

■通过光学定义或表面定义的方式来确定所述具有稳定光学性能的区，

-其中，所述第二处理装置位于眼科镜片确定侧(LDS)，并且其中，所述第二处理装置(PM2)包括被配置成用于输出所述眼科镜片数据(LD)的输出装置(OM)，以及

-被配置成用于将所述佩戴者数据(WD)和头戴式设备数据(HMDD)从所述第一处理装置(PM1)传输到所述第二处理装置(PM2)的第一传输装置(TM1)。

2.根据权利要求1所述的眼科镜片供应系统，其中，该供应系统进一步包括：

3.用于确定旨在用于佩戴者的眼科镜片(L)的计算机实施方法，其中：

-该眼科镜片(L)具有物体侧表面(S1)和眼睛侧表面(S2)，

其中，该眼科镜片(L)被安排成用于矫正该佩戴者的一只眼睛(E)的屈光不正，并且该眼科镜片旨在配适到头戴式设备(HMD)上，该头戴式设备(HMD)旨在由该佩戴者佩戴，

并且其中，该眼科镜片包括：

■周边视力区，该周边视力区包括光学系统，该光学系统被安排成用于矫正该佩戴者的所述眼睛的屈光不正，从而提供该佩戴者对由设置在该头戴式设备(HMD)上的显示元件(DE)显示的信息内容的敏锐的虚拟视觉；

其中，该方法包括以下步骤：

(iv)通过以下方式来确定该眼科镜片(L)：

■考虑步骤(i)的数据，并且

4.根据权利要求3所述的计算机实施方法，其中，所述具有稳定光学性能的区被安排成使得，在一般佩戴条件下，所述第二子部分(SP2)内接于该眼睛侧表面(S2)的、具有12°-30°边长的正方形内，该边长是在角坐标系(α，β)内作为距离测量的，α、β用度数(°)表示，其中，按照SQRT((αM-αN)²+(βM-βN)²)来计算两个点M、N之间的距离，其中SQRT是平方根函数。

5.根据权利要求3或4所述的计算机实施方法，其中，步骤(iii)进一步包括确定所述具有稳定光学性能的区的闭合孔径张角轮廓C，该闭合孔径张角轮廓在该角坐标系(α，β)中进行定义，α是眼睛降低角并且β是眼睛方位角。

6.如权利要求3所述的计算机实施方法，

其中，步骤(iv)包括通过执行光学优化来确定该眼科镜片(L)的步骤，包括以下步骤：

(c)通过以下方式来进行优化：

■选择初始镜片；

■以代价或优值函数来进行光学优化以使该当前光学功能与该目标光学功能之间的差异最小化。

7.根据权利要求6所述的计算机实施方法，其中，在步骤(iv)中，通过执行光学优化来确定该眼科镜片(L)的步骤包括步骤(a)根据将可视化距离与注视方向(α，β)关联起来来选择工作视景。

8.根据权利要求6所述的计算机实施方法，其中，在步骤(iv)中：

-步骤(c)的光学优化包括优化所述具有稳定光学性能的区内的视觉性能，通过针对各个注视方向用权重值来定义该代价或优值函数、并且在所述具有稳定光学性能的区内所包括的一个或多个注视方向上选择较高数值的权重系数。

9.根据权利要求3所述的计算机实施方法，其中，步骤(iv)包括通过表面组合、通过加上和/或减去一个或多个表面进行的表面计算步骤，用于获得对该眼科镜片(L)的该物体侧表面(S1)和/或该眼睛侧表面(S2)的表面定义，包括以下步骤：

-提供一组表面，每个表面适合于给定的处方数据；

-选择加法或减法表面，其中加法或减法表面被定义为在该镜片上、除了在所述具有稳定光学性能的区的至少一个部分之外具有零值的镜片表面，其中在所述部分上，该加法或减法表面不是零，包括球面、非球面或环曲面；

以达到所述具有稳定光学性能的区的希望的光学性能。

10.根据权利要求9所述的计算机实施方法，其中，选择两个加法或减法表面并且在组合之前进行加权。

11.根据权利要求3所述的计算机实施方法，其中

-该显示元件(DE)被配置成使得该佩戴者将其位置和/或取向设置成至少两种不同的构型，

-步骤(iv)包括确定所述具有稳定光学性能的相应区。

12.(非瞬态)计算机程序产品的存储介质，其存储有计算机程序产品，该计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，或实施所述计算机程序产品的一个或多个指令序列的(非瞬态)计算机可读介质，这些指令是处理器可存取的并且在被该处理器执行时致使该处理器实施根据权利要求3所述的方法的步骤。

13.旨在用于佩戴者的一只屈光不正眼睛的眼科镜片，其中：

-该眼科镜片具有物体侧表面(S1)和眼睛侧表面(S2)；

-该眼科镜片被安排成用于矫正该佩戴者的该眼睛的屈光不正；

-该眼科镜片旨在配适到设有显示元件的头戴式设备上，并且

-该眼科镜片包括：

-该显示元件被安排成用于通过朝该佩戴者的该眼睛发出光来显示信息内容，其方式为使得该显示元件发出的光在到达该佩戴者眼睛之前被该眼科镜片的该物体侧表面(S1)的第一子部分(SP1)折射、并且接着被该眼睛侧表面(S2)的第二子部分(SP2)折射；

-所述第二子部分(SP2)在以该眼睛的转动中心为中心的角坐标系(α，β)中进行定义，α是降低角并且β是方位角；

其中，在一般佩戴条件下：

-所述具有稳定光学性能的区在光焦度和/或不想要的散光方面是稳定的，使得在整个区上，光焦度和/或不想要的散光基本上具有恒定值+/-0.12D或恒定值+/-0.06D；

-光焦度P_S的所述恒定值基本上等于在该镜片的光学中心处的光焦度值P_C：

具有ABS(PS-PC)≤0.25D或≤0.12D，其中ABS表示绝对值；和/或

-不想要的散光Asr_S的所述恒定值基本上等于在该镜片的光学中心处的不想要的散光值Asr_C：

具有ABS(AsrS-AsrC)≤0.25D或≤0.12D，其中ABS表示绝对值。

14.根据权利要求13所述的眼科镜片，其中：

-所述具有稳定光学性能的区被安排成使得，在一般佩戴条件下，所述第二子部分(SP2)内接于该眼睛侧表面(S2)的、具有12°-30°边长的正方形内，该边长是在所述角坐标系(α，β)内作为距离测量的，α、β用度数(°)表示，其中按照SQRT((α_M-α_N)²+(β_M-β_N)²)来计算两个点M、N之间的距离，其中SQRT是平方根函数。

15.根据权利要求13所述的眼科镜片，其中：

-该眼科镜片是旨在配适到头戴式设备上的单光镜片，并且

-在一般佩戴条件下，该周边视力区被定义为该镜片的被这组注视方向(αi，βi)所拦截的部分，其中αi、βi用度数(°)表示，使得SQRT(αi²+βi²)≥15°，其中SQRT是平方根函数。

16.根据权利要求15所述的眼科镜片，

其中，该单光镜片旨在用于至少2.00D的镜片光焦度绝对值、和/或用于至少2.00D的镜片散光值。

17.根据权利要求16所述的眼科镜片，其中，该单光镜片旨在用于至少3.00D的镜片光焦度绝对值、和/或用于至少3.00D的镜片散光值。

18.根据权利要求14所述的眼科镜片，

其中，在一般佩戴条件下：

所述第二子部分(SP2)或所述第二子部分(SP2)的周边包含至少一个点，在该至少一个点处，θ≥45°，其中θ以度数表示，其中

-θ针对每个点被定义为以下各项之间的锐角的绝对值：

■在所述点处不想要的散光的梯度方向，以及

■连接所述点与该镜片的光学中心的直线的方向；

-所述第二子部分(SP2)的周边被定义为该眼睛侧表面(S)的、位于距所述第二子部分(SP2)为5°或更小距离处的一组点，其中，该距离是在所述角坐标系(α,β)中测量的，其中，按照SQRT((α_M-α_N)²+(β_M-β_N)²)来计算两个点M、N之间的距离，其中SQRT是平方根函数。

19.根据权利要求18所述的眼科镜片，其中：

-θ≥70°，并且

-所述第二子部分(SP2)的几何质心在所述角坐标系(α，β)中位于(α_B，β_B)处，其中，ABS(α_B)≤10°或ABS(β_B)≤10°，其中，ABS表示绝对值。

20.根据权利要求15所述的眼科镜片，

其中，所述第二子部分(SP2)或所述第二子部分(SP2)的周边包含至少一个点，在该至少一个点处：

在一般佩戴条件下：

-沿着该镜片的、与该第一参考线垂直并且经过该镜片的光学中心的第二参考线。

21.根据权利要求20所述的眼科镜片，其中，该光焦度梯度的模数、相应地该不想要的散光的梯度的模数是如下确定的：

-沿着该第一参考线的第一线段，或

-沿着该第二参考线的第二线段，

22.旨在由佩戴者佩戴的头戴式设备，包括：

-眼科镜片，

其中，该眼科镜片具有物体侧表面(S1)和眼睛侧表面(S2)；

其中，该眼科镜片被安排成用于矫正该佩戴者的一只眼睛的屈光不正，从而提供该佩戴者敏锐的自然视觉，

其中，该眼科镜片是根据权利要求13至21中任一项所述的眼科镜片；

-显示元件，

其中，该显示元件被安排成用于通过朝该佩戴者的该眼睛发出光来显示信息内容，其方式为使得该显示元件发出的光在到达该佩戴者眼睛之前被该眼科镜片的所述物体侧表面(S1)折射、并且接着被所述眼睛侧表面(S2)折射；

其中，该眼科镜片包括光学系统，该光学系统被安排成用于矫正该佩戴者的所述眼睛的屈光不正，从而提供该佩戴者对由该显示元件显示的信息内容的敏锐的虚拟视觉。