专利名称：用于确定矫正眼用透镜的取向的方法和设备及光学设计矫正透镜的方法
技术领域：
本发明涉及为了用于安装在眼镜的未来佩戴者所选择的框架中的矫正 眼镜透镜的个人化光学设计的目的而对未来佩戴者执行几何形态测量。更 具体地说，本发明还涉及用于在佩戴状态下确定眼镜的矫正眼用透镜相对 于未来佩戴者的头部的取向的至少一个分量的设备和方法。
背景技术：
在矫正眼用透镜的光学设计期间，目前期望对用于个人化光学设计中 且与佩戴者和所选框架相关联的各个几何形态M进行最佳可行的解释。 具体地说，这些参数包括在佩戴状态下透镜相对于佩戴者的头部的三维位
形。三维位形由以下确定i)透镜相对于佩戴者的相应眼睛的取向；和ii) 透镜和佩戴者的相应眼睛之间的距离。
为了确定在用于安装的矫正透镜的三个维度中的取向，已知测量水平 面中的第一角度和测量垂直平面内的第二角度，其中，第一角度大体上对 应于框架的巻绕曲率，第二角度大体上对应于透镜与垂直线形成的所谓的 "全景"角度。
为此，在已经选择框架之后，目艮镜商将一副显示眼镜放置在佩戴者的 鼻子上。显示眼镜包括由佩戴者选择的框架，该框架具有安装在该框架的 框部中的非矫正透镜。
为了测量每一个显示透镜和佩戴者的相应眼睛之间的距离，目艮镜商从 侧面观察佩戴者，并且通过使用透明尺手动地估计测量。同样，为了测量 全景角度，目艮镜商在仍然从侧面观察佩戴者的同时使用具有刻度线的量角 器手动地估计测量，所述刻度线使得确定透镜的中平面(mean plane)和垂直线之间的角度成为可能。
可以通过一种设备来测量弯曲角，该设备专门设计用来从框架的每一 个框部的内轮廓进行读数。然而，这样的用于读数框架的设备是昂贵的、 使用复杂的。为了更加简单地测量该角度，还已知使框架的臂部和框部静 放在一板上，该板象量角器一样按角度标记刻度。该刻度线使得近似地估 计在水平面中透镜的迹线相对于基准水平线而形成的角度成为可能，所述 基准水平线基本与鼻梁桥相切(并且，因此与对称框架的垂直平面垂直)。
目艮镜商还测量与佩戴者的形态相关联的另外两个参数，即，瞳孔距离 或两个瞳孔半距离、以及瞳孔相对于框架的高度。为了测量两个瞳孔之间 的距离或者两个瞳孔半距离，最常用的方法在于使用尺子。也可以使用称 为瞳孔计的专用设备。为了确定瞳孔相对于框架的高度，目艮镜商通常使用 放置在显示透镜的前面上的尺来测量在框架上的基准点处的瞳孔的位置之 间的距离。
因此，上述进行几何形态参数的测量的操作需要使用若干不同的工具。 从而，目艮镜商需要执行大量的操作，对于眼镜商和佩戴者来说，这又是费 时的、不好使用的。这些操作可以构成错误源，或者至少不准确之源。使 用放置在框架上的量角器或尺子以及手动地、近似地读数导致测量通常是 不准确的。
另外，发现由弯曲角和全景角确定每一个矫正透镜的取向是不可靠的。 具体地说，从这两个角度通过组合旋转来确定透镜的取向，并且，执行组 合的顺序影响所得到的透镜的取向。
发明内容
本发明的目的在于简化确定用于要安装在框架中的矫正透镜的个人 化光学设计的各个几何形态参数的操作，并且使这些操作更快、更准确、 更方便、且更宜人。
为此，本发明提供了 一种在佩戴状态下确定眼镜的矫正眼用透镜相对
于未来佩戴者的头部的取向的至少一个分量的方法，该方法包括下述步骤将位置识别系统安装在框架上和/或在与框架相配合的显示透镜上，
该识别系统包括具有至少 一种已知的几何特征的至少 一个识别元件；
通过图像拍摄仪器在垂直的面部平面内的两个维度上拍摄识别元件
的图像；
对识别元件的拍摄图像进行处理，以在该图像中测量取决于识别元件
的已知的几何特征的几何特征；以及
通过比较识别元件的拍摄图像的所测量的几何特征和识别元件的已 知的几何特征，计算透镜的取向的至少一个分量。
位置识别系统包括至少一个水平识别元件和用于将所述元件直接或 间接地安装在框架的框部上或者在与框架相配合的显示透镜上的装置，该 水平识别元件被布置为使得识别元件的拍摄图像的所测量的几何特征取 决于框架的所述框部或所述显示透镜相对于佩戴者的头部的取向关于基本 上垂直的轴的水平分量。
本发明还提供一种适合实施该方法的设备。
通过下述方式在佩戴位形中确定要设计的矫正透镜的取向处理图 像，从而使得在眼镜商方需要最少量的操作的同时进行测量而无需与佩戴 者进行所述接触或佩戴视觉设备成为可能。眼镜商仅仅需要将位置识别系 统放置在框架上，然后拍摄佩戴者所佩戴的组件的图像。
另外，该设备提供了这样一种可能性使用有限数目的工具，并且， 基于一次图像拍摄，测量多种几何形态参数。这样确保了更快、更可靠且 更有条理地进行几何形态参数的测量。
与识别元件的已知的几何特征相比较的识别元件的拍摄图像的所测 量的几何特征代表透镜的取向的期望的分量，从而能够计算该分量。
矫正透镜的取向的水平分量取决于框架的所述框部或所述显示透镜 的取向的水平分量。因此，将水平识别元件布置在框架上，使得能够确定 矫正透镜的取向的水平分量。
根据本发明的另一特性，有利的是，进行了如下设置
位置识别系统包括至少两个水平识别元件，所述至少两个水平识别元9件中的第 一水平识别元件直接或间接地安装在框架的两个框部之一上或者 在与框架相配合的两个显示透镜之一上，所述至少两个水平识别元件中的 第二水平识别元件安装在框架的另一框部上或者在另一显示透镜上；
拍摄步骤包括在面部平面上的两个维度中拍摄水平识别元件的图像；
处理步骤包括对于每一个识别元件，处理所述拍摄图像，以从其中 测量取决于相应识别元件的已知的几何特征的几何特征；以及
比较步骤包括在识别元件的拍摄图像的所测量的几何特征和对应于 所述水平识别元件的已知的几何特征之间进行比较，以及根据所述比较计 算每一个矫正透镜相对于未来佩戴者的头部的取向的至少 一个水平分量。
使用两个水平识别元件使得如下成为可能确定框架的两个框部或两 个显示透镜的取向的水平分量，从而准确地确定矫正透镜的取向的水平方 向。
根据本发明的另一有利特性，与眼睛的平分线相对于图像拍摄仪器的 取向的水平分量相对应的姿势角(posture angle)是根据水平识别元件的 拍摄图像的所测量的几何特征与对应的已知的几何特征的比较来计算的。因此，基于水平识别元件的拍摄图像的所测量的几何特征之间的不 同，确定头部相对于垂直轴的转动角(pivot angle)。确定称为姿势角的 此转动角，使得校正所进行的测量成为可能。
根据本发明的另一有利特性，识别系统包括至少一个垂直识别元件和 用于将所述元件直接或间接地安装在框架的框部上或在与框架相配合的显 示透镜上的装置，所述垂直识别元件布置为使得所述识别元件的拍摄图 像的所测量的几何特征取决于框架的所述框部或所述显示透镜相对于佩戴 者的头部的取向关于一轴的垂直分量，该轴基本上是水平的，并且垂直于 佩戴者的弧矢平面。根据所述比较，计算矫正透镜相对于佩戴者的头部的 取向的至少一个垂直分量。
根据本发明的另一个特性，位置识别系统包括至少一个垂直识别元 件，所述至少一个垂直识别元件直接或间接地安装在框架上或者在与框架 相配合的显示透镜上，所述垂直识别元件被布置为使得所述比较代表框架在弧矢平面中的取向的垂直分量，并且，期望的取向分量包括矫正透镜 的取向的垂直分量。
根据本发明的另一个有利特性，在与框架相配合的每一个显示透镜和 相应眼睛之间测量距离，并且，根据所i^巨离计算矫正透镜相对于佩戴者 头部的位形的至少一个参数。
根据本发明的另一个有利特性，测量图像拍摄装置和位置识别系统之 间的距离。该距离使得计算拍摄图像的比例因子以及远视时的两只眼睛之 间的瞳孔距离成为可能。
根据本发明的另 一个有利特性，在考虑比例因子的同时在拍摄图像中
测量下述个人化特性中的至少一种瞳孔距离、瞳孔半距离、每一个显示 透镜的宽度和高度尺寸、和每一个瞳孔的高度。
这些参数是使得在设计矫正透镜的同时将指数梯度(index gradient) 准确地分布在透镜上成为可能的几何形态参数。
根据本发明的另一个有利特性，根据所测量的姿势角校正在瞳孔距 离、瞠孔半距离和每一个显示透镜的宽度尺寸的拍摄图像中测量的值，并 且，根据所计算的取向的垂直分量，校正每个显示透镜的高度和每个瞳孔 的高度的值。
根据本发明的另一个有利特性，对于远视时的佩戴者，计算瞳孔距离 和/或瞳孔半距离。
根据本发明的另一个有利特性，根据图像拍摄装置和位置识别系统之 间的距离，计算瞳孔距离和/或瞳孔半距离。
有利地，同 一识别元件用于识别透镜的取向的水平分量和垂直分量。 当该识别元件与 一只眼睛相关联时，更加精确地确定与该眼睛相关联的矫 正透镜的取向的垂直分量。因此，更加可靠地确定透镜的取向。
根据本发明的另一个有利特性，至少一个棱镜效应光学元件与佩戴者 的两只眼睛中的一只眼睛相关联，所述元件呈现与其棱镜效应的方向平行 的边缘，并且被安装成相对于位置识别系统基本上垂直地平移，以便能够 放置在测量位置中，从而使得当在面部视图中观看时，所述边缘与眼睛的瞳孔相交，从而使瞳孔的一部分的图像偏移，并且，其中，处理装置被设 计为响应由棱镜效应光学元件偏移的所述瞳孔的一部分的图像而减少与框 架相配合的显示透镜和相应眼睛之间的距离。有利地，对于关注的眼睛， 该装置具有单个棱镜效应光学元件。
根据本发明的另 一个有利特性，提供用于通过弹性回复力或通过重力 使棱镜效应光学元件挤压显示透镜的装置。
根据本发明的另一个有利特性，对于具有代表框架或显示透镜的取向 的至少一个已知的几何特征的所述识别元件，所述紧固装置使得该系统能 够在框架上绕一轴倾斜，该轴基本上是水平的，并且包含在框架或显示透 镜的中平面中。当位置识别系统设计为在框架上绕水平轴倾斜时，使得可 以识别框架或显示透镜的取向的垂直分量，从而可以识别将i殳计的矫正眼 用透镜的取向的垂直分量。
有利地，然后，提供弹力或重力回复装置，以使/f吏位置识别系统相对 于显示透镜或框架恢复倾斜。这些回复装置使得位置识别系统能够倾斜到 这样的位形中，该位形使得准确地确定要设计的矫正眼用透镜的取向的垂 直分量成为可能。
下面通过非限制性的例子而参照实施例的附图给出的描述使得清楚地 理解本发明的内容以及如何实施该本发明成为可能。
在附图中
图l是一副显示眼镜的透视图； 图2是位置识别系统的透视图3是在正视图中拍摄的显示眼镜和位置识别系统的图像的示意图； 图4是用于确定显示透镜和相应眼睛之间的距离的装置的视图； 图5是用于识别紧固在显示眼镜上的位置的图2的系统、和与处理和 计算系统相通信的图像拍摄装置的透视图6是以这样的位形佩戴显示眼镜的佩戴者的头部的侧面图，在该位形中，佩戴者的头部是直的；
图7是以这样的位形佩戴显示眼镜的佩戴者的平面图，在该位形中，
头部被转过了一定角度；
图8是与显示透镜相配合的目艮镜的框架的平面图9是示出位置识别系统和图像拍摄装置的原理的平面图10是变形实施方式中的用于确定显示透镜和相应眼睛之间的距离
的装置的视图11是图IO的距离确定装置和佩戴者的相应眼睛的前视图12是变形实施例中的位置识别系统的平面示意图13是安装在图12的位置识别系统上的天线的视图14是与佩戴者相关的参考框架的示意图，该示意图示出该系统在4皮
紧固于框架上之前的位置识别元件的一部分；以及
图15是图14的系统在被安装于框架上之后的位置识别元件的一部分
的前平面投影示意图。
具体实施例方式
在下面的描述中，在佩戴位形中的与佩戴者相关且相对于佩戴者的眼 睛的参考系中，确定用于每一个矫正眼用透镜(未示出)的参考系的位形， 所述每一个矫正眼用透镜要安装在用于眼镜的框架10中。通过根据相对于 佩戴者参考系的透镜参考系计算透镜的光学有效面中的一个面和/或另一 面的形状和/或透镜的指数梯度，确定用于每一个矫正眼用透镜的参考系相 对于佩戴者参考系统的位形，从而用于实施对矫正眼用透镜的个人化光学 i殳计的方法。
例如，使用地球参考系，例如眼镜商的办公室的参考系。该地球参考 系由水平面PH和垂直方向V限定，该水平面PH由两个相互垂直的轴Hl 和H2构成。获得由轴V和H1限定的第一垂直平面PV1，并且，获得由 轴V和H2限定的第一垂直平面PV2。
佩戴者处于佩戴者头部直立的静坐或站立的位形中，即，与佩戴者的头部相对应的法兰克福平面PF基本上是水平的。如图6所示，法兰克福 平面PF定义为经过佩戴者的底眼窝点OR和左耳点PO的平面，其中， 耳点是对应于耳屏点的听道的颅骨中的最高点。佩戴者的凝视轴是主凝一见 轴，即，在佩戴者水平直线地正视前方时。也就是说，佩戴者正处于正立 位置，即，最不费力的位置。
弧矢平面定义为包含两只眼睛OG和OD之间的平分线AO的垂直平 面。眼睛间的平分线AO是经过由两只眼睛的转动CROG和CROD的中 心限定的区段的中点且平行于法兰克福平面PF的轴线。垂直眼平面PCO 也定义为与眼睛的中心CROG和CROD相连的垂直平面。
每一个矫正透镜的参考位形由以下确定
用于安装在框架上的每一个矫正透镜相对于佩戴者的相应眼睛的取 向；以及
在弧矢平面PSAG的水平方向(如下面定义的轴Z的方向)上在佩戴 位形中透镜和佩戴者的相应眼睛之间的距离。
透镜的取向由与在安装交叉点处相切于透镜的平面垂直的矢量的分量 给出。该安装交叉点对应于透镜上的与眼睛瞳孔对准的点，从而透镜精确 地执行为其设计的光学矫正功能。透镜的取向的垂直分量对应于与透镜平 面垂直的轴或矢量相对于面部平面的投影到弧矢平面上的形成的角度。透 镜的取向的水平分量也这样定义，即，对应于与透镜平面垂直的轴或矢量 相对于面部平面的投影到法兰克福平面上的形成的角度。
通过在确定与佩戴者和框架有关的、且占据要设计的矫正透镜的位置 的几何形态参数的同时确定与销售框架和测量目的相配合的两个显示透镜 100， 101中的每一个的参考系的位形，来获得每一个矫正透镜的参考系。
图5示出用于确定佩戴一副显示眼镜的佩戴者的各个几何形态^t的 设备。具体地说，各个几何形态参数包括要设计的每一个矫正透镜的参考 系相对于佩戴者参考系的位形、以及下面说明的几何形态参数。
该设备包括位置识别系统20，用于安装在框架10上；以及图像拍 摄装置卯，用于在佩戴位置中拍摄安装在框架10上的位置识别系统20的图像，该图像在前图像拍摄平面PCI中被拍摄。图像拍摄装置卯与用于 处理拍摄图像的处理和计算系统93相连接。
该副显示眼镜包括由佩戴者选择的框架10,该框架具有显示(非矫正) 透镜IOO， 101。在所示的例子中，该副眼镜带有框，即，每一个透镜都安 装在框架10的框部11， 12中。在变形例中，该副显示眼镜可以是穿孔型的， 即，透镜是穿孔的，并且，每一个透镜由鼻梁桥的一端和与透镜相关联的 臂部的一端保持，该鼻梁桥与臂部与穿孔协同地工作。
如图1和2所示，位置识别系统20包括具有由铰链29相互连接的两 个基本上直线、基本上同平面的横梁23，24的铰接支架，该铰链29具有铰 接轴A1，在佩戴位形中，该铰接轴Al是基本上垂直的。
每一个横梁23，24设置有一对紧固装置25, 26, 27, 28，在这里，所述 紧固装置被示出为夹子的形式。这些夹子使得每一个横梁23， 24能够这样 被紧固每一个横梁23， 24绕着框架(图3 )的相应框部11， 12的基本上 水平的顶部转动，或者，当眼镜是穿孔型的时，每一个横梁23， 24绕着相 应显示透镜的基本上水平的顶部转动。
呈三角形板的形式的水平识别元件70, 80方文置在每一个横梁23, 24上， 该水平识别元件70， 80具有一定的厚度，其边缘具有几何图形71， 81，所 述几何图形71， 81被这样设计当投影到所述正视图像拍摄平面PCI上时， 所述几何图形71, 81的几何位形代表所述水平识别元件70， 80的取向的水 平分量。本发明的取向的水平分量由所述元件的纵向方向和面部平面PVO 之间的投影到法兰克福平面PF上的角度限定。类似地，元件的取向的垂 直分量由所述元件的纵向方向相对于面部平面PVO的投影到弧矢平面 PS AG上的所形成的角度限定。
在该例子中，几何图形由以已知的间隔的重复的基本花紋(motif)构 成，所述基本花紋由暗条紋和白条紋交替构成，从而提高足够的对比度。 几何图形71, 81的基本花紋在水平识别元件70， 80的相应边缘的纵向方向 上延伸。结果，在该例子中，在佩戴位形中，每一个暗条紋是基本上垂直 的。每一个水平识别元件70, 80以这样方式紧固在相应的横梁23， 24上 首先，具有几何图形71， 81的边缘是从前面可见的，其次，几何图形延伸 的方向(即，相应边缘的纵向方向)相对于横梁23， 24的纵向方向(即， 经过紧固夹的直线)在水平面PH中形成约30°的角度THETA。
这两个水平识别元件70， 80也通过中间识别元件190相互连接，中间 识别元件190与这两个水平识别元件70， 80机谢目关联，以恒定地保持在 一个位置上，该位置相对于这两个元件70， 80的对称的垂直中平面是固定 的，所述垂直中平面与框架的对称平面PS基本上重合(本身与佩戴者的 弧矢平面PSAG基本上重合)。该中间识别元件具有已知的几何图形，从 而使得与水平识别元件70， 80的图像结合来确定识别系统20在三个维度中 的取向和位置成为可能，如下面更加详细的解释那样，在通过图像拍摄装 置90观看时，所述已知的几何图形呈现为投影到图像拍摄平面PCI上的 图像。
具体地说，中间识别元件190由保持条(holder bar)构成，该保持条 的纵向方向与对称平面PS基本上垂直，从而与弧矢平面PSAG基本上垂 直。在保持条190中形成沿着条的纵向方向定向的两个长形的槽缝191和 192。槽缝191和192接收两个导向螺栓195，196，所述导向螺栓附着于识 别元件70， 80的顶面。然后，每一个识别元件70, 80相对于保持条190在 棒的纵向方向上滑动。螺栓195， 196沿着槽缝引导识别元件70， 80的运动。
识别元件70, 80相对于保持条190的此滑动运动与其绕枢轴Al的转 动运动相结合，使得水平识别元件70， 80能够以这样的方式通过横梁23， 24 而被紧固而没有压迫框部11， 12:自由地跟随框部11,12和/或框架10的透 镜的取向的水平分量。
保持条190在其边缘还包括面向图像拍摄装置90的几何图形193，该 几何图形由相互间隔已知距离的暗条紋构成。如下面所解释的那样，这些 暗条紋可以用于计算位置识别系统20和图像拍摄装置卯之间的距离，从 而确定拍摄图像比例因子。
还设置定心装置，该定心装置使得能够将位置识别系统20的中心置于框架的对称平面PS上，从而将鼻梁桥15的中心置于轴Al上。
位置识别系统20还包括垂直识别元件60，该垂直识别元件由在基本 上垂直于与透镜100， 101相关联的两个水平识别元件70， 80的中间平面的 平面上延伸的给定厚度的三角形板构成。垂直识别元件60在其面向图像拍 摄装置90的边缘之一上具有几何图形61，几何图形61由几何基本条紋构 成，所述几何基本条紋由上述的沿着识别元件60的相应边缘的纵向方向延 伸的相互间隔已知距离的暗条紋构成。在该例子中，这样导致在佩戴位形 中每一个暗条玟基本上水平地设置，几何图形61在基本上垂直的方向上延 伸。
垂直识别元件60在其中心处被紧固在保持条190的顶面上。元件60 的边缘的几何图形61在基本上平行于一条线的平面上延伸，该线使眼睛的 转动CROG、 CROD的中心相互连接，并且在弧矢平面PSAG上与保持 条l卯(图2)顶面的平面的法线N卯形成30。的恒定角度GAMMA。
在横梁23， 24的自由端附近设置有垂直于横梁23， 24的两个相互平行 的直立部分21，22。在佩戴位形中，直立部分21, 22基本上是垂直的。当 位置识别系统20紧固在框架上时，直立部分21， 22位于佩戴者的左右太阳 穴旁边，靠近框架10的臂部13， 14 (参见图3 ).
两个水平杆37， 38被安装成沿着直立部分21， 22滑动。每一个杆在其 指向另一杆的端部上具有棱镜对30， 40，所述棱镜对由具有相互相反的斜 率的成对的棱镜31和32、 41和42构成。如图4所示，在每对中的两个棱 镜之间出现分隔线33。这两个棱镜使在水平方向Hl上或沿着轴OX的光 线沿着相反的方向偏转相同的量。如下所述，每一个棱镜对30, 40用来测 量每一个透镜100， 101和相应眼睛OD， OG之间的距离。位置识别系统20 的结构以这样的方式设计当位置识别系统20紧固在置于佩戴者的鼻子上 的框架10上时，棱镜31， 32, 41， 42在重力下支承在显示透镜100,101上。 通过将位置识别系统以这样的方式设计来获得在重力下的这种支撑其重 力的中心位于前方，即，在与几何图形相同的一侧上。还可以使三角形板 的前方加重。在变形例中，为了将棱镜压在透镜上，可以提供作用在承载棱镜的直立部分21， 22上的弹力回复装置。
支撑棱镜对30, 40的杆37， 38相对于位置识别系统20的直立部分21， 22在水平方向上静止。因此，棱镜被设计为水平地延伸到这样的程度，不 管佩戴者的瞳孔距离的大小都能够覆盖佩戴者的瞳孔PG, PD。
图像拍摄装置卯通常包括便携式的数字照相机或安装在支持架或支 架上的照相机。在所示的例子中，图像拍摄装置90设置有支架91,可以 调节该支架的高度，从而可以容易地拍摄佩戴者所佩戴的整个框架10和位 置识别系统20的图像。
图像拍摄装置90以这样的方式设计在佩戴者处于坐立位置的同时拍 摄图像。因此，图像拍摄装置卯相对比较小，并且可以放置在面向佩戴者 所坐的座位的工作台上。在变形例中，可以对图像拍摄装置卯进行这样的 设置将图像拍摄装置90设计成在佩戴者处于站立位形中拍摄图像。
图像拍摄装置90优选地包括发光二极管(LED) 92，首先，该发光二 极管用来获得在拍摄图像中容易识别的角膜反射，其次，该发光二极管用 来将佩戴者的注意力引导到处于已知位置的所述LED。这样有助于处理拍 摄图像。
作用在获取的图像中的处理和计算系统93包括在其上安装有作用在 获取的图像上的处理和计算软件的微计算机。在变形例中，可以将处理和 计算系统设置为独立系统，首先，该独立系统包括用于传送所获得的结果 的显示器，其次，该独立系统包括用于将结果传送到其它i殳备的连接装置。 在独立的处理系统中，还可以将系统设置为可选地集成在图像拍摄装置卯中。
上述确定设备可以实施下述方法用于确定要安装在框架中的每一个
矫正透镜的参考系相对于佩戴者的参考系的位形。
自然地，下述的用于右眼OD的方法对左眼OG也有效。
如图5所示，目艮镜商将具有位置识别系统20的一副显示眼镜放置在佩
戴者的鼻子上。佩戴者可以处于坐立或站立的位置，并且保持头部直立，
即，法兰克福平面PF基本上水平。如图3所示，将横梁23的两个紧固夹25, 26施加到框架10的右框部 ll的顶部。类似地，将横梁24的两个紧固夹27，28施加到框架10的左框 部12的顶部。优选，每一对紧固夹25和26、以及27和28彼此尽可能远 地间隔开，从而相应的横梁23， 24跟随该横梁紧固在其上的框部11, 12的 取向的水平分量。每一个框部的取向的水平分量大体上对应于在投影到法 兰克福平面上时相关显示透镜相对于弧矢平面的倾斜。
保持条190用来确保这两个水平识别元件70， 80保持基本上同平面。 结果，在位置识别系统20安装在框架10上时(参见图3和5 ),垂直识 别元件60的确在框架的对称平面上延伸。
目艮镜商将由可调高度的杆37， 38支承的每一个棱镜对30， 40放置成与 相应眼睛的瞳孔PG， PD对准。更确切地"^兌，在佩戴者的前视图中，目艮镜 商寸吏得每一个棱镜对30, 40中的分隔线33经过相应瞳孔PG， PD的中心(图 4)。
位置识别系统20以这样的方式设计放置成与相关瞳孔PG, PD对准 的每一个棱镜对30， 40在重力下支承在相应显示透镜100， 101的前面上。 通过绕倾斜轴倾斜的横梁23， 24，使得棱镜30， 40在重力下支承在相应显 示透镜100,101上，所述倾斜轴基本上平行于经过两个瞳孔的中心的轴(并 且，因此基本上垂直于弧矢平面PSAG且平行于如下所定义的轴X)。因 此，紧固夹充当使位置识别系统能够绕倾斜轴倾斜的铰链。
结果，保持条190的顶面的平面的法线N90跟随框架10的取向的垂 直分量，该垂直分量大体上对应于框架的框部的中间平面相对于垂直平面 PVO的在弧矢平面PSAG中的倾角(图6)。
紧固夹25, 26支承在框架10的框部11上的两个点和棱镜对30支承在 显示透镜100上的点(即，对应于安装交叉的点)限定在佩戴位形时与矫 正透镜的中间平面相关联的显示透镜100的中间平面PLD (图1和图3 )。 显示透镜101的相同平面PLG定义为经过紧固夹27， 28在框架10的框部 12上的两个支承点和棱镜对40支承在显示透镜101上的点。
如图1所示，参考系定义为与框架相关联(因此，与佩戴者的头部间接相关联)且具有相互正交的轴(O、 X、 Y、 Z)，用附图标记20表示。 举例来说，该参考系的中心O位于使紧固夹26， 27相互连接的区段的中点。 X轴是水平的、且经过夹26， 27。 Y轴垂直于法兰克福平面，从而在该例 子中是垂直的。于是，OYZ平面是垂直的，并且对应于弧矢平面PSAG， 也称为对称平面PS。轴OZ平行于眼睛的平分线AO。平面OXZ平行于 法兰克福平面PF，从而在该例子中是水平的。平面OXY称为框架垂直平 面PVM，并且基本上平行于前图像拍摄平面PCI。
每一个透镜的取向由垂直于在安装交叉点CMG, CMD处与透镜相切 的平面的矢量在参考系(O, X， Y， Z)中的分量给出。该安装交叉点对应于透 镜的与佩戴者的眼睛的瞳孔对准的点，从而透镜精确地执行光学校正功能， 为了所述光学校正功能而设计该透镜。透镜的取向的垂直分量对应于在投 影到弧矢平面上时由垂直于透镜平面的轴或矢量相对于面部平面而形成的 角度。透镜的取向的水平分量也定义为对应于在投影到法兰克福平面上时 由垂直于透镜框架的轴或矢量相对于面部平面而形成的角度。
为了知道要制作的每一个矫正透镜相对于佩戴者的参考系的取向，需 要确定平面PLG, PLD的取向。为了确定平面PLG, PLD中的每一个的取 向，确定轴XLG和XLD的取向，其中，轴XLG和XLD经过棱镜对30， 40 4皮支承在显示透镜100,101上的点，并且它们垂直于平面PLG, PLD。
如图8所示，轴XLGH和XLDH定义为轴XLG， XLD #皮投影到水平 面或法兰克福平面上的投影轴。同样地，轴XLV定义为轴XLG， XLD4皮 投影到弧矢平面上的投影轴(图6)。这里，假设轴XLG， XLD被投影到 弧矢平面上均给出相同的投影轴XLV。在变形例中，可以区分轴XLG， XLD被投影到弧矢平面上的两个投影轴。
每一个透镜100， 101的取向的水平分量对应于由轴XLGH， XLDH与 佩戴者的头部的弧矢平面PS AG所形成的角度AXLGH， AXLDH 。类似地， 每一个透镜100， 101的取向的垂直分量对应于由轴XLV与法兰克福平面 所形成的角度AXV。于是，为了确定每一个透镜相对于佩戴者的取向，仍 需要确定角度AXLGH、 AXLDH和AXV。在轴XLGH和弧矢平面PSAG之间形成的角度AXLDH基本上对应 于在水平面PH上在第一的直线D1和第二的框架垂直平面PVM之间形成 的角度AMD，其中，直线D1经过位于右框部11上且分别靠近鼻梁桥15 和右臂部13的紧固夹25，26。同样地，角度AXLGH基本上对应于在第一 的直线D2与第二的框架垂直平面PVM之间形成的角度AMG，其中，直 线D2经过位于左框部12上且靠近鼻梁桥15和右臂部14的紧固夹27, 28。 因此，为了确定角度AXLGH和AXLDH中的每一个，确定角度AMG和 AMD就足够了。
同样地，如图6所示，角度AXV基本上等于在投影到弧矢平面PSAG 上时在第一的垂直平面PVO和第二的两个透镜100, 101 (或者框架10的 两个框部11,12)的中间平面PMC之间形成的角度AMV，其中，垂直平 面PVO经过眼睛OG, OD且垂直于透镜的弧矢平面PSAG。为了确定角度 AXV，确定角度AMV就足够了。
目艮镜商将便携式图像拍摄仪器90面向佩戴者的头部，调节图像拍摄装 置卯的支架91，并且，在拍摄平面PCI中拍摄佩戴一副显示眼镜的佩戴 者的头部的图像，其中，所述眼镜安装有位置识别系统20。所得到的图像 对应于图3的图像。通常在拍摄平面PCI中以离佩戴者的50厘米(cm) 至120 cm的范围内的距离进行图像拍摄。拍摄平面PCI是面部的，即， 基本上平行于平面PVO和PVM (图5和6 )。
如图2所示，角度ARHD定义为在水平面PH或法兰克福平面PF中 在第一的框架垂直平面PVM和第二的几何图形71的纵向方向之间形成的 角度。当该角度ARHD改变时，在投影到平行于平面PVM的图像拍摄平 面PCI上时，黑条紋之间的间距也改变。该角度ARHG等于角度AMG 加上恒定角度THETA之和，该恒定角度THETA等于30°。因此，角度 ARHD以与角度AMD相同的方式改变。这同样适用于水平识别元件80， 对于水平识别元件80，角度ARHG定义为角度AMG加上恒定角度 THETA之和，该恒定角度THETA等于30。。
在佩戴位形中，处理和计算系统93测量在拍#_的图像中在水平识别元条紋之间的间距。为了限制对拍摄图像的测量误 差，由于拍摄图像的像素，处理和计算系统93测量该副眼镜中的条玟之间 的间距，并且计算该间距的平均值。其后，通过与用于几何图形71的参考 位形进行比较，系统确定佩戴位形和参考位形之间的条紋间距中的变化， 其中，对于该几何图形71，已知角度ARHD和条紋之间的间距。然后， 处理和计算系统93根据所述间距变化确定角度ARHD。于是，基于角度 ARHD来确定角度AMD。
为了对条紋之间的间距进行有效的比较，处理和计算系统需要考虑拍 摄图像的比例因子。知道比例因子的作用是将在拍摄图像中测量的条紋间 距值和参考条紋间距值还原(reduce)到共同比例，从而能够比较条紋间 距。根据位置识别系统和图像拍摄装置之间的距离来确定比例因子。
可以通过下面解释的计算方法来获得用附图标记D表示的间隔距离。 如图9示意性所示，当从上方观看确定装置时，保持条l卯的几何图 形193的纵向方向与光轴AOP的垂直线NAOP形成角度ALPHA0。类似 地，相应的识别元件70， 80的每一个几何图形71, 81的纵向方向与保持条 190的几何图形193的纵向方向形成角度BETAO。此夕卜，假设几何图形71, 81均具有相同的已知的长度H，并且几何图形193同样地具有已知的长度 L。
利用暗条紋之间的间距，在透镜94的焦平面PFOC中测量保持条190 的几何图形193的表观长度T。应用下面关系
L*cos(ALPHAO)*F/D = T 其中，F是透镜94的焦距，D是图像拍摄，卯与同位置识别系统20相 关联的参考系的原点O之间的距离。
还可以测量几何图形71和81在焦平面PFOC中的表》见长度T1和T2。 应用下面关系
H*cos(BETAO-ALPHAO)*F/D = Tl 以及 H*cos(BETAO+ALPHAO)*F/D = T2 。 然后，通过对这两个表观长度Tl和T2求和，计算BETAO的近似值Tl +T2 = 2*cosBETA0*cosALPHA0*H*F/D 并且，假设cosALPHA0接近1 ，则得到下述结果
Tl+T2 = 2*cosBETA0*H*T/L， 才艮据该结果，可以得出BET AO的近似值。
其后；计算这两个长度之间的比值K，以消除IPF/D:
^ =-~—~~-^-_-----_
由于已知K和BETA0的值，所以可以使用下述关系来计算ALPHA0:
tan(ALPHAO〉 -
因此，在假i殳已知F和L的值的情况下，使用对T的测量来推导出距 离D:
D = L*cos(ALPHA0)*F/T 还可以使用激光二极管测距器来直接确定所述间隔距离。 在佩戴位形中，处理和计算系统93还测量拍摄图4象中的水平识别元件 80的几何图形81的暗条紋之间的间距。如上所述，为了限制拍摄图像中 由于拍摄图像的像素导致的测量误差，处理和计算系统93测量该副眼镜中 的条紋之间的间距，并且计算该间距的平均值。其后，通过与用于几何图 形81的参考位形进行比较，确定佩戴位形和参考位形中的条紋之间的间距 变化，在参考位形中，角度ARHG和条玟之间的间距是已知的。在考虑拍 摄图像的比例因子的同时比较条紋间距。然后，处理和计算系统93根据所 述间距变化确定角度ARHG。然后，由角度ARHG确定角度AMG。
如图2所示，将角度ARV确定为在投影到弧矢平面PSAG时在第一 的框架垂直平面PVM和第二的几何图形61的纵向方向之间形成的角度。 当该角度ARV改变时，在投影到图像拍摄平面PCI时暗条紋之间的间距 同样地改变。该角度ARV等于由角度AMV加上几何图形61相对于法线度GAMMA之和，其中，恒定角度GAMMA为30。。 因此，角度ARV以与角度AMV相同的方式变化。
然后，处理和计算系统93测量已经拍摄的图像上的几何图形61的条 紋之间的间距。如上所述，为几何图形61提供参考位形，在参考位形中， 由角度ARV和条紋之间的间距构成的数据对是已知的。通过比较对拍摄 图像中的条紋间距测量的值和条紋间距的参考值，处理和计算系统93推导 出间距变化。如上所述，在考虑拍摄图像的比例因子的同时，比较条紋间 距。其后，处理和计算系统根据所述间距变化确定角度ARV。然后，由角 度ARV确定角度AMV。
处理和计算系统由此确定左右透镜的轴XLG， XLD相对于法兰克福平 面以及相对于弧矢平面PSAG的取向。因此，在佩戴者的参考系中，获知 与左右显示透镜中的每一个相关联的平面的取向。从而获知用于安装在框 架中的每一个矫正透镜相对于相应眼睛的取向。
为了计算透镜100和眼睛OD之间的距离，处理和计算系统93确定由 第一棱镜31所偏转的瞳孔PD的图像的顶部PDS的中心和由第二棱镜32 所偏转的透镜PD的图像的底部PDI的中心之间的水平偏移DD (图4 )。
然后，处理和计算系统93借助于比例关系基于偏移DD确定在弧矢平 面PSAG的水平方向上(即，沿着Z轴)的透镜100和眼睛OD之间的距 离。同样地，透镜101和眼睛OG之间的距离由通过棱镜对40观看在眼睛 OG的图像的顶部和底部之间测量的水平偏移DG确定。
然后，从每一个透镜100,101和相应眼睛OD， OG之间的距离以;^每 一个透镜的取向推导出用于每一个矫正透镜的参考系的位形，所述每一个 矫正透镜是相对于佩戴者的眼睛制作。
在佩戴者直视前方的佩戴位形中，即，在弧矢平面PSAG垂直于图像 拍摄平面PCI的佩戴位形中，角度AMG必须等于角度AMD。
当角度AMG， AMD具有不同的值时，于是，可以推导出佩戴者的头 部绕垂直线转动了给定的姿势角APIV。
如图7所示，姿势角APIV是在两只眼睛间的平分线AO和垂直于图像拍摄平面PCI的轴之间在水平面PH上形成的角度。
角度AMG和角度AMD之间的差值与姿势角APIV的值成比例。然 后，处理和计算系统93根据在角度AMG和AMD之间的测量的差值计算 姿势角APIV的值。姿势角APIV的该值用来校正角度AMG和AMD的 值。
另外，为了提高光学上设计的每一个透镜的个人化，还确定几何形态 参数，该几何形态参数用来在设计透镜时提高指数梯度的分布。
因此，处理和计算系统93考虑比例因子执行图像识别，从而确定包围 显示透镜的框部11 ， 12中的每一个的宽度尺寸B和长度尺寸A的尺寸。 处理和计算系统93还在考虑比例因子的同时通过测量拍摄图像中的距离 来使用图像识别确定相应眼睛OG， OD的高度HG， HD ，其中，该距离是 位于瞳孔PG, PD的中心处的分隔线34和被视为透镜的最低点的参考点之 间的距离。
为了测量瞳孔距离PDS，处理和计算系统93使用图像识别来为每一 只眼睛确定在点Nl和N2之间限定的区段的中心(图4)。点Nl和N2 由分隔线34和瞳孔的顶底轮廓的偏转图像之间的最远的相交点限定。由于 每一个棱镜对中的棱镜所引起的偏转是大小相同，但是方向相反，从而上 述限定的区段Nl N2的中心的确对应于瞳孔的非偏转中心。以这样的方式 获得的由两个瞳孔PG和PD的中心限定的区段提供瞳孔距离PDS。另夕卜， 有可能的是，通过测量每一个瞳孔PG, PD的中心相对于鼻梁桥15的中心 的水平位置来测量瞳孔半距离PDSl， PDS2。
在该例子中，针对参考会聚位形，测量瞳孔距离PDS或瞳孔半距离 PDS1，PDS2。在该参考会聚位形中，规定佩戴者的眼睛稳定地凝视图像拍 摄装置上的灯，例如，LED 92。然后，处理和计算系统根据拍摄距离和瞳 孔距离PDS (或半距离)的相应测量值来确定远视时所述瞳孔距离的值。
自然地，对图像执行的所有的测量都考虑了比例因子。
此外，有可能的是，通过根据前面所计算的角度AMD, AMG或者根 据姿势角APIV或才艮据眼睛OD， OG和相应透镜100， 101之间的距离差校正计算值，来提高为瞳孔距离、瞳孔半距离和宽度A计算的值的准确度。 同样地，可以通过考虑角度AMV的值来改ii^高度尺寸B和每一只眼睛 的瞳孔的高度HG, HD的测量。
几何图形71, 81的纵向方向相对于横梁23， 24的纵向方向的倾斜用来 增大在角度AMG， AMD改变时条紋间的间距变化的值。因此，由角度 AMG， AMD相对于已知的参考位形的变化所引起的两个条故之间的间距 是可更加容易识别的。这样，比较间距代表框架的框部11, 12中的每一个 的取向的水平分量，由此代表每一个透镜的取向的水平分量，从而限制测 量误差。
这同样适用于几何图形61的纵向方向相对于法线N卯的倾斜。该倾 斜增大在角度AMV改变时条紋之间的间距变化的值。
在变形例中，如图IO所示，有可能的是，针对每一只眼睛，仅使用一 个棱镜31。于是，其底边缘34起到分隔线的作用。如图11所示，由底边 缘34限定的分隔线位于佩戴者的瞳孔PD的中心之上。瞳孔的顶部的图像 水平地偏转了距离D3，而瞳孔的底部的图像可以直接通过图像拍摄装置 90看见而没有偏转。如上所述，使用距离D3来推导出透镜100和眼睛OD 之间的距离。同样地推导出眼睛OG和透镜101之间的距离。
另外，由于图像拍摄装置卯可以直接看见每一只眼睛的底部，所以， 处理和计算系统93可以考虑比例因子来直接从拍摄图像测量瞳孔距离 PDS或瞳孔半距离PDS1, PDS2。从每一只眼睛消除一个棱镜也使得减少 所使用的部件的数目成为可能，从而节省重量。
还提供第二实施例。该第二实施例重新使用如图2和3所具体示出的 第一实施例的元件中的一些元件。如图12所示，可以看见位置识别系统 200,该位置识别系统200包括与佩戴者的左眼OD或左透镜相关联的识别 元件700和与佩戴者的右眼OD或右透镜相关联的识别元件800。如上所 述，每一个识别元件700，800均具有显示几何图形710,810的边缘，所述 几何图形710， 810沿着边缘的纵向方向延伸。如上所述，识别元件700, 800 安装在横梁上，从而每一个几何图形710， 810相对于相应横梁的纵向方向形成约30。的角度THETA。类似地，存在用于在佩戴位形中使这两个识别元件700， 800绕垂直轴 转动的转动装置296。类似地，存在具有长形开口的保持条290，附着于识别元件700， 800 的导向螺栓294， 295可以沿着所述长形开口移动。在该第二实施例中，省 略了在第 一 实施例中具有的垂直识别元件60。与第一实施例一样，横梁设置有紧固装置，该紧固装置放置在相应透 镜的框部上。类似地，诸如第一实施例所描述的、且在图2或10中示出的棱镜的棱 镜(未示出)用于测量每一只眼睛和相应透镜之间的距离。这些棱镜在安 装交叉的位置处支承在显示透镜上，从而可以如上所述限定在安装交叉的 位置处相切于显示透镜的平面PLG和PLD(图1 )。这些平面PLG和PLD 被视为类似地在其安装相交点处相切于要设计的矫正透镜的平面。于是， 确定与相应平面PLG， PLD垂直的矢量使得确定显示透镜的取向成为可 能，从而确定要"&计的矫正透镜的取向。这两个识别元件700， 800具有与第一实施例的两个识别元件70， 80相 同的结构，但是，它们以不同的方式使用。总体来说，在该第二实施例中， 由相应识别元件700， 800在图像拍摄平面中的取向来确定要设计的每一个 矫正透镜的取向，然而在第一实施例中，不仅由相应水平识别元件70， 80 而且还由垂直识别元件60确定要设计的每一个矫正透镜的取向。下面针对左透镜描述在该第二实施例中确定要设计的每一个矫正透镜 的取向的方法，但是，该方法自然地适用于确定右透镜。以与第一实施方式相同的方式定义参考系OXYZ。考虑在拍摄图像的佩戴位形中的平面PLG的取向是这样旋转的结果 在最初平行于平面OXY (即，面部平面)的平面中绕垂直轴OY旋转角度 ALPHA,然后绕水平轴OX旋转角度BETA。如图14所示，假设平面PLG最初平行于垂直平面OXY，紧固在透镜 的框部上的横梁沿着轴OX定向。具有几何图形701的识别元件700的边缘由其端部AB标识。由于几何图形701沿着边缘的整个长度延伸，所以， 这样考虑几何图形701的边缘端或端部给出同样的结果。记得边缘的纵向 方向相对于相应横梁的纵向方向形成约30。的角度THETA。然后，假设在佩戴位形中与平面PLG—样对具有端部A, B的区M 示的边缘进行下述旋转绕垂直线OY旋转角度ALPHA,然后绕水平轴 OX旋转角度BETA。与图3所示的第一实施例一样，图像拍摄装置拍摄紧固在由佩戴者的 头部承载的框架上的位置识别系统200的图像。在图像拍摄平面PCI中执 行该图像拍摄，这里，图像拍摄平面PCI被视为平行于平面OXY。下面使用拍摄图像计算角度ALPHA和BETA。处理和计算系统93在 考虑比例因子的同时在拍摄图像中测量区段AB投影在水平轴OX上的投 影长度LN和区段AB在垂直轴OY上的投影长度LM (图15 )。与第一 实施例一样，使用保持条计算与图像拍摄距离和图像拍摄装置的透镜的焦 距相关联的比例因子。下面陈述的详细的计算涉及使角度ALPHA和BETA能够由投影长度 LN和LM确定的爿^式。如上所述，拍摄图像提供将区段AB投影到平面OXY的投影。为了 简化计算，最初，即在任何旋转角度ALPHA或BETA之前，假设端部A 位于轴OX上，端部B位于轴OZ上。然后，点A和B的坐标为如下下面在OXY参考系中给出使得在绕轴OY旋转角度ALPHA之后能 够绕轴OX旋转角度旋转BETA的旋转矩阵MAB:通过将该矩阵应用到区段AB的点A， B的坐标上，获得区段AB在佩 戴位形中的点A',B'的坐标A(L*cos(THETA), 0, 0)和 B(0， 0， L*sin(THETA))。cos(ALPHA)-sin(ALPHA广sin(BETA)sin(ALPHA〉cos(BETA) cos(BETA〉-sin(ALPHA)-sin(BETArcos(ALPHA)cos(ALPHA广cos(BETA)-L*cos(THETA)*sin(ALPHA)*sin(BETA), -L*cos(THETA)*cos(BETA)*sin(ALPHA))以及B' - (-L*sin(THETA)*sin(ALPHA)，-L*sin(THETA)*sin(BETA)*cos(ALPHA)， L*sin(THETA)*cos(ALPHA)*cos(BETA》通过为每一个点A', B'取第一两个坐标，可以在投影长度LM和LN 与角度ALPHA和BETA之间推导出下述关系 LN = L夫cos(THETAALPHA)以及 LM = L*sin(BETA)*sin(THETA ALPHA)然后，可以使用下述关系推导出ALPHA和BETA: ALPHA = arccos(NL/L) + THETA以及 BETA = arcsin(ML/L/sin(THETA-ALPHA))处理系统将旋转矩阵MAB应用到在OXYZ参考系中的坐标(O,O,l)的 矢量OZ，即，当平面PLG在最初即任何旋转之前平行于平面OXY时， 在安装交叉点处垂直于平面PLG的矢量。这提供垂直于平面PLG的期望 矢量VAB，其中，对平面PLG进行了两次旋转，即，旋转角度ALPHA 和BETA。在参考系OXYZ中，该矢量VAB具有下述分量VAB-(-sin-ALPHA)， -sin(BETA)*cos(ALPHA), cos(ALPHA)*cos(BETA))。因此，由在佩戴位形中垂直于面PLG的上述计算得到的矢量VAB确 定左矫正透镜的取向。类似地，通过确定在佩戴位形中在安装交叉点处垂直于平面PLD的矢 量的分量，来确定右矫正透镜的取向。与第一实施方式一样，通过测量瞳孔的图像的偏转，借助于一个或两 个棱镜来确定每一只眼睛和相应透镜之间的距离。一旦确定了要设计的每一个矫正透镜的取向及其离相应眼睛的距离，每一个透镜的参考系相对于佩戴者的参考系(具体地说，相对于相应眼睛 的参考系)的位形就也是已知的。处理系统还确定称为指数梯度分布参数的几何形态参数，例如，瞳孔 距离、瞳孔半距离、每一个瞳孔的高度、以及框架的框部的宽度和长度尺 寸。另夕卜，对于第一实施例，如果为与平面PLG相关联的角度ALPHA确 定的值不同于为与平面PLD有关的角度ALPHA确定的值，并且假设框架 是对称的，则推断出佩戴者的头部绕轴OY转动了给定的姿势角APIV。 如上所述，确定该姿势角与角度ALPHA的测量值之间的差成比例，并且， 根据所确定的姿势角重新计算在拍摄图像上测量的长度。此外，为了对于 角度ALPHA和BETA以及在图像上执行的测量获得更加准确的值，有可 能的是，执行一次或多次重复计算。如图12和13所述，还进行这样的设置提供固定到圆形基底601且 指向所述基底的法线的天线600或杆(stick)。基底设置在保持条2卯的 边缘的中心处，该保持条2卯面向图像拍摄装置90 ，并且具有几何图形293 。 结果，天线基本上位于水平面PH中。假设在精确地平行于面部平面OXY的平面上进行图像拍摄并且框架 是对称的，天线的端部位于基底的圆形面的中心处的拍摄图像(即，投影 图像)中。假设在与面部平面OXY不平行的平面上进行图像拍摄，并且/ 或者，假设框架不是对称的，天线的端部相对于基底的圆形面的中心水平 地偏移。然后，处理系统才艮据对天线的端部测量的偏移距离来确定头部的 姿势角APIV和/或框架的左右部分的非对称性。此外，处理系统在合适的 时候可以考虑透镜的旋转角度ALPHA的测量值来准确地确定姿势角的值 和这两个透镜的非对称性的值。进行这样的设置为了获得透镜的旋转角 度ALPHA和佩戴者的头部的姿势角的精确值，执行多次重复。然后，将根据上述确定的角度值校正在图像上执行的测量。^使用对称框架，通过确定在投影到面部平面上时在天线的端部和基底 的中心之间没有偏移，可以在拍摄图像前使用天线来正确地定位佩戴者的头部，从而具有零的头部姿势角。此外，使用保持条2卯以这样的方式定向拍摄图像轴OX完全地位 于水平面上。如果在保持条2卯的在轴OX方向的纵向方向相对于拍摄图 像的纵向方向之间测量非零角度，则处理系统应用沿相反方向且相同值的 旋转，从而重新建立与水平面平行的轴OX。本发明在任何方面都不局限于所描述和示出的实施例，并且，本领域 的技术人员知道如何根据本发明的精神来提供任何变形例。在变形例中，对要涉及的设备进行这样的设置用与地球参考系的水 平面PH不平行的法兰克福平面的取向进行操作。此外，在上述的第一实 施例和第二实施例中可能的是，执行相同的方法，但是，假设相对于佩戴者而不是相对于地球参考系来定义垂直方向。换句话说，于是，垂直方向 定义为垂直于佩戴者的主凝视轴且被包含在弧矢平面PSAG中的方向。于 是，垂直于垂直方向的水平面定义为与法兰克福平面重合。对于一副穿孔型眼镜，也可以应用用于第一实施例和第二实施例及其 变形例中的所描述的方法。在这些情况下，每一个横梁直接紧固到相应显 示透镜。然后，相对于安装在穿孔型框架上的显示透镜，执行上述与框部 有关的测量(形状，取向)执行计算。在变形例中，对于有框型框架，可 以这样设置使用不具有显示透镜的框架来执行这些方法。在该情况下， 棱镜棒压靠框架的框部。此外，对于每一个框部，可以限定经过安装交叉 位置的总中间平面。然后，执行上面就第一实施方式和第二实施方式描述 的方法，以发现所述平面的取向。另外，对于有框型的框架，有可能的是，仅仅提供一个左或右显示透 镜，假设可以相对于框架的对称平面对称地推导出另一个透镜的参考系的 位形。在这种情况下，可以保持两个识别元件与两只眼睛相关联，从而确 定任何可能的姿势角。此外，可以提供与两只眼睛中的仅一个相关联的唯 一一个识别元件，同时假设头部的确是直立的，并且，框架的对称平面与 弧矢平面重合。在变形例中，为了使用仅一个棱镜来计算透镜和相应眼睛之间的距离，可以通过使用在棱镜的底边缘上具有的刻度或通过借助于尺子进行手动测 量。
权利要求
1.一种在佩戴状态下确定眼镜的矫正眼用透镜相对于未来佩戴者的头部的取向的至少一个分量的方法，该方法包括下述步骤将位置识别系统(20；200)安装在框架(10)上和/或在与框架相配合的显示透镜(100；101)上，该识别系统包括具有至少一种已知的几何特征的至少一个识别元件(60，70，80；700，800)；通过图像拍摄仪器在垂直平面部平面(PCI)内的两个维度上拍摄识别元件(60，70，80；700，800)的图像；对识别元件的拍摄图像进行处理，以在该图像中测量取决于识别元件的已知的几何特征的几何特征；以及通过比较识别元件的拍摄图像的所测量的几何特征和识别元件的已知的几何特征，计算透镜的取向的至少一个分量，该方法的特征在于所述位置识别系统(20)包括至少一个水平识别元件(70)和用于将所述元件直接或间接地安装在框架(10)的框部(11)上或者在与框架(10)相配合的显示透镜(100)上的装置(25，26)，该水平识别元件(70)被布置为使得所述识别元件的拍摄图像的所测量的几何特征取决于框架(10)的所述框部(11)或所述显示透镜(100)相对于佩戴者的头部的取向关于基本上垂直的轴的水平分量；以及，根据所述比较，计算所述矫正透镜相对于佩戴者的头部的取向的至少一个水平分量。
2.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述位置识别系统(20)包括至少两个水平识别元件(70， 80)，所 述至少两个水平识别元件中的第一水平识别元件(70)直接或间接地安装 在框架(10)的两个框部之一 (11)上或者在与框架相配合的两个显示透 镜之一 (100 )上，所述至少两个水平识别元件中的第二水平识别元件(80 ) 安装在框架(10)的另一框部(12)上或者在另一显示透镜(101)上；所述拍摄步骤包括在面部平面(PCI)上的两个维度中拍摄水平识别 元件(70， 80)的图像；所述处理步骤包括对于每一个识别元件，处理所述拍摄图像，以从 其中测量取决于相应识别元件的已知的几何特征的几何特征；以及所述比较步骤包括在识别元件的拍摄图像的所测量的几何特征和对 应于所述水平识别元件(70， 80)的已知的几何特征之间进行比较，以及 根据所述比较计算每一个矫正透镜相对于未来佩戴者的头部的取向的至少 一个水平分量。
3.根据前述权利要求所述的方法，其中，与眼睛的平分线(AO)相 对于图像拍摄仪器的取向的水平分量(APIV)相对应的姿势角(APIV) 是根据水平识别元件(70， 80)的拍摄图像的所测量的几何特征与对应的 已知的几何特征的比较来计算的。
4. 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述识别系统(20)包 括至少一个垂直识别元件(60)和用于将所述元件直接或间接地安装在框 架(10 )的框部(11)上或在与框架(10 )相配合的显示透镜(100 )上的 装置(25， 26)，所述垂直识别元件(60)被布置为使得所述识別元件 的拍摄图像的所测量的几何特征取决于框架(10)的所述框部(11)或所 述显示透镜(100 )相对于佩戴者的头部的取向关于基本上是水平的并且垂 直于佩戴者的弧矢平面(PSAG)的轴的垂直分量；并且，其中，根据所 述比较计算矫正透镜相对于佩戴者的头部的取向的至少一个垂直分量。
5. 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，测量在所述图像拍摄装 置(卯)和所述位置识别系统(20)之间的距离(X)。
6. 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在考虑比例因子的同时 在拍摄图《象中测量下述个人化参数中的至少一个瞳孔距离(PDS)、瞳 孔半距离(PDS1, PDS2)、每一个显示透镜(100, 101)的宽度和高度 尺寸(A和B)、和每一个瞳孔的高度(HG， HD)。
7. 根据权利要求3和6所述的方法，其中，根据所测量的姿势角 (APIV )校正在拍摄图像中测量的瞳孔距离(PDS )、瞳孔半距离(PDS1，PDS2)和每一个显示透镜(100， 101)的宽度尺寸(A)的值，并且，根 据所计算的取向的垂直分量，校正每一个显示透镜的高度(B)和每一个瞳孔的高度(HG， HD)的值。
8.根据从属于权利要求5的两个前述权利要求中的任一项所述的方 法，其中，根据所述图像拍摄装置(卯)和位置识别系统(20)之间的距 离(D ),对于远视的佩戴者，计算瞳孔距离(PDS )和/或瞳孔半距离(PDS1， PDS2)。
9. 一种个人化光学设计矫正眼用透镜的方法，该方法包括下述两个步 骤执行根据前述任一权利要求的确定矫正眼用透镜相对于未来佩戴者的 头部的取向的至少一个分量的方法；以及根据所确定的矫正透镜的取向的 分量，计算透镜的光学有效面的一个和/或另一个的形状、以t或者透镜的 指数梯度。
10. —种在佩戴状态下确定眼镜的矫正眼用透镜相对于未来佩戴者 的头部的取向的至少一个分量的设备，该设备包括位置识别系统(20; 200)，包括第一，使该位置识别系统能够紧固 在框架(10)上或在安装于所述框架上的至少一个显示透镜上的装置(25， 26);以及，第二，具有至少一种已知的几何特征的至少一个识别元件(60， 70， 80; 700， 800);图像拍摄仪器，其适于当所述位置识别系统(20; 200)被紧固于由佩 戴者承载的框架(10)上时拍摄所述识别元件(60， 70， 80; 700， 800) 的垂直面部平面(PCI)的二维图像(90);以及计算和处理装置，用于作用在拍摄图像上，第一，用来测量取决于识 别元件的已知的几何特征的几何特征，第二，用来根据识别元件的拍摄图 像的所述测量的几何特征以及才艮据识别元件的已知的几何特征计算透镜的 取向的至少一个分量；该设备的特征在于所述位置识别系统(20)包括至少一个水平识别 元件(70; 700 )和用于将所述元件直接或间接地安装在框架(10 )的框部 (11)上或者在与框架(10 )相配合的显示透镜(100 )上的装置(25， 26 )， 该水平识别元件(70; 700)被布置为使得所述识别元件的拍摄图像的所 测量的几何特征取决于框架(10 )的所述框部(11)或所述显示透镜(100 )相对于佩戴者的头部的取向的水平分量；以及，所述计算装置被设计为， 根据所述比较，计算矫正透镜相对于佩戴者的头部的取向的至少一个水平 分量。
11. 根据前述权利要求所述的设备，其中，所述位置识别系统(20) 包括至少第一和第二水平识别元件(70， 80; 700， 800 )和安装装置(25，， 28)，所述安装装置用于将所述第一水平识别元件(70; 700)安 装在框架(10)的两个框部之一 (11)上或者在与框架(10)相配合的两 个显示透镜之一 (100)上，以及将所述第二水平识别元件(80; 800)安 装在框架(10)的另一框部(12)上或者在另一显示透镜(101)上。
12. 根据前述权利要求所述的设备，其中，两个识别元件(70， 80; 700， 800)都绕枢轴(Al)铰接地安装，该枢轴(Al)基本上是垂直的。
13. 根据权利要求10至12中的任一项所述的设备，包括用于测量在 所述图像拍摄装置(卯)和所述位置识别系统(20)之间的距离(X)的 装置。
14. 根据权利要求10至13中的任一项所述的设备，其中，所述识别 元件(60， 70, 80; 700， 800)的已知的几何特征包括以这样的方式设计 的几何图形(61， 71， 81; 701， 801):被投影到所述正视图像拍摄平 面(PCI)上的所述几何图形(61， 71, 81; 701， 801)的几何位形代 表所述识别元件(60， 70， 80; 700， 800)的取向的至少一个分量。
15. 根据权利要求10至14中的任一项所述的设备，包括与佩戴者的 两只眼睛(OG， OD)中的一只眼睛相关联的至少一个棱镜效应光学元件(31)，所述元件呈现与其棱镜效应的方向平行的边缘(33; 34)，并且 被安装成相对于位置识别系统(20; 200)基本上垂直地平移，以便能够放 置在测量位置中，从而使得当从前方观看时，所述边缘(33; 34)与眼睛(OG)的瞳孔(PG)相交，从而使瞳孔(PG)的部分(PGS)的图像偏 移，并且，其中，所述处理装置(93)被i殳计为响应由所述棱镜效应光学 元件(31)偏移的所述瞳孔(PG)的部分(PGS)的图像而得出与框架相 配合的显示透镜(100)和相应眼睛(OG)之间的距离。
16. 根据前述权利要求所述的设备，对于关注的眼睛，该设备具有单 个棱镜效应光学元件(31)。
17. 根据权利要求10至16中的任一项所述的设备，其中，对于具有 代表框架(10)或显示透镜的取向的至少一种已知的几何特征的所述识别 元件(60, 70， 80; 700， 800),所述紧固装置使得该系统能够在框架上 绕一轴倾斜，该轴基本上是水平的，并且包含在框架或显示透镜的中平面 中。
18. 根据前述权利要求所述的设备，其中，设置有弹力或重力回复装 置，以便使所述位置识别系统相对于所述显示透镜(100， 101 )或框架(10 ) 倾斜。
19. 一种计算机程序产品，其包括用于实施根据权利要求9的个人化 光学设计矫正眼用透镜的方法的指令。
20. —种计算机程序产品，包括用于实施根据权利要求1至8中的任 一项的确定矫正透镜相对于未来佩戴者的头部的至少 一 个取向分量的方法 的指令。
全文摘要
本发明涉及一种用于在佩戴状态下确定眼镜的矫正眼用透镜相对于未来佩戴者的头部的取向的至少一个分量的设备和方法。其中，将位置识别系统(20)安装在框架(10)上或与框架相配合的显示透镜上，该识别系统(20)包括具有至少一种已知的几何特征的至少一个识别元件(60，70，80)，用于在垂直面部平面中拍摄二维的识别元件的图像，用于处理所述拍摄图像以测量取决于识别元件的已知的几何特征的识别元件的图像的拍摄几何特征，并且用于通过比较拍摄几何特征和已知的几何特征来计算透镜的取向的至少一个分量。本发明还涉及一种光学设计矫正透镜的方法。
文档编号G02C13/00GK101517459SQ200780034090
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月10日 优先权日2006年9月14日
发明者F·利埃瓦, J-P·肖沃 申请人:埃西勒国际通用光学公司