确定用于虚拟图像的矫正光学功能的方法与流程

本发明涉及一种用于确定待应用在待向光学系统的使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能的矫正方法及相应的组件。本发明进一步涉及一种与使用者相适配的光学系统、以及一种头戴式设备，所述头戴式设备被配置成用于由使用者配戴并且包括这种组件。

背景技术：

头戴式系统(hmd)是由配戴者配戴在头部上的电光设备。通常此类系统是电子地控制的，以便在不同阶段之间切换或以便向配戴者显示信息。头戴式系统通常像具有电子地控制的眼镜片的眼镜架一样。

本发明涉及根据不同使用模式使用的头戴式系统(如非沉浸式头戴式系统)，所述系统允许配戴者在使用所述头戴式系统或切断外部视野的沉浸式头戴式系统的同时与他们的环境交互。

更具体地，本发明涉及包括环视机构或透视机构的头戴式系统。

头戴式透视显示系统能够在现实世界视图上叠加信息，例如计算机生成的信息。此类头戴式透视显示系统特别地用于实现增强现实。

需要提供一种与配戴者或配戴者群体相适配的、特别以简单的方式与他们的生活方式、他们的视觉需求和/或他们的请求相适配的光学设备，必要时并且优选地在制造所述光学设备的后期步骤中采用模块化方法，以便限制单位生产成本。

在头戴式显示系统的实例中，需要根据配戴者的视力来定制这样的系统，因为配戴者透过所述系统看到现实世界。如果配戴者需要矫正性眼科镜片来正确地看现实世界，头戴式透视系统应当适配于此类需求。

因此，需要提供一种与配戴者或配戴者群体并且特别是配戴者的处方相适配的光学设备，例如头戴式透视系统。

配戴者的处方是光焦度、散光以及下加光(在相关情况下)的一组光学特性，这些光学特性是由眼科医师或验光师确定的以便例如借助于被定位在他的眼睛前方的镜片来矫正配戴者的视觉缺陷。例如，针对渐变多焦点镜片的处方包括在远视点处的光焦度值和散光值、以及下加光值(在适当情况下)。

因此，本发明的目的是提供一种光学设备，所述光学设备包括显示设备，所述显示设备与配戴者的视觉需求相适配，无论是配戴者的处方还是其他视觉需求，如光衰减、颜色感知、防眩光、视觉舒适度的提高。

技术实现要素：

为此目的，本发明提出一种由计算机装置实施的确定待应用在待向光学系统的使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能的方法，所述光学系统至少包括：

-光学镜片，所述光学镜片被设计成有待放置在所述使用者眼睛的前方并且至少包括具有光学设计的背面；

-透视显示设备，所所述透视显示设备被设计和配置成用于朝所述使用者的眼睛显示所述虚拟图像，所述虚拟图像至少被透射过所述光学镜片的背面，从而在所述背面上限定显示区域；

所述方法包括：

-光学设计数据提供步骤，在该步骤过程中，提供与所述光学镜片的背面的光学设计有关的光学设计数据；

-显示区域数据提供步骤，在该步骤过程中，提供与所述显示区域的至少一个参数有关的显示区域数据；以及

-矫正光学功能确定步骤，在该步骤过程中，至少基于所述光学设计数据和所述显示区域数据来确定矫正光学功能。

有利地，根据本发明的、确定待应用在虚拟图像上的矫正光学功能的方法允许提供与使用者相适配的光学系统，并且其中，针对使用者优化了虚拟图像的使用和虚拟舒适度。

通过本发明，对光学镜片的可能视力矫正的考虑提供了对在光学系统的使用期间待显示的虚拟信息的均匀呈现。由这种光学镜片产生的像差在具有高焦度或可变焦度的镜片上甚至更可见，这取决于镜片(例如渐变或多焦点镜片)上的区。

根据实施例，所述光学镜片进一步包括正面，所述正面与所述背面相反并且具有另一种光学设计，并且所述虚拟图像被进一步透射过所述光学镜片的正面。此外，在光学设计数据提供步骤过程中，进一步提供与所述光学镜片的正面的光学设计有关的光学设计数据，并且基于与所述光学镜片的正面的光学设计有关的所述光学设计数据进一步确定所述矫正光学功能。

根据与前一实施例相容的并且可以单独考虑或组合考虑的进一步实施例：

-所述正面和所述背面被设计和安排成用于形成与所述使用者的处方相适配的眼科镜片；

-所述眼科镜片是渐变光学镜片和/或多焦点光学镜片；

-所述显示区域的至少一个参数包括所述显示区域至少相对于所述背面的相对位置和/或所述显示区域至少相对于所述背面的相对角度范围和/或所述虚拟图像的投影距离。

本发明的另一个目的涉及一种用于提供与使用者相适配的光学系统的方法，所述光学系统至少包括光学镜片和透视显示设备，所述方法至少包括：

-光学镜片提供步骤，在该步骤过程中，提供所述光学镜片，所述光学镜片被设计成有待放置在所述使用者的眼睛的前方并且至少包括具有光学设计的背面；

-透视显示设备提供步骤，在该步骤过程中，提供透视显示设备，所述透视显示设备被设计和配置成用于朝所述使用者的眼睛显示虚拟图像，所述虚拟图像至少被透射过所述光学镜片的背面，从而在所述背面上限定显示区域；

-矫正光学功能确定步骤，在该步骤过程中，根据本发明确定待应用在待向所述光学系统的使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能；

-光学系统调节步骤，在该步骤过程中，基于所确定的矫正光学功能来调节所述光学系统。

根据与前一实施例相容的并且可以单独考虑或组合考虑的进一步实施例：

-所述光学系统调节步骤包括光学设备提供步骤，在该步骤过程中，提供光学设备，所述光学设备被设计成有待放置为使得所述虚拟图像被进一步透射过所述光学设备，并且所述光学设备具有基于所确定的矫正光学功能的光学功能；

-所述光学系统调节步骤包括虚拟源像处理步骤，在该步骤过程中，基于所确定的矫正光学功能来处理从其显示所述虚拟图像的虚拟源像。

本发明还涉及一种用于确定待应用在待向光学系统的使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能的矫正确定组件，所述光学系统至少包括：

-光学镜片，所述光学镜片被设计成有待放置在所述使用者眼睛的前方并且至少包括具有光学设计的背面；

-透视显示设备，所所述透视显示设备被设计和配置成用于朝所述使用者的眼睛显示所述虚拟图像，所述虚拟图像至少被透射过所述光学镜片的背面，从而在所述背面上限定显示区域；

所述矫正确定组件，包括：

-存储器，所述存储器被配置成用于存储计算机可执行指令，以及

-处理器，所述处理器用于执行存储在所述存储器中的计算机可执行指令，其中，所述计算机可执行指令包括用于以下内容的指令：

·提供与所述光学镜片的背面的光学设计有关的光学设计数据，

·提供与所述显示区域的至少一个参数有关的显示区域数据，以及

·至少基于所述光学设计数据和所述显示区域数据来确定矫正光学功能。

根据实施例，所述光学镜片进一步包括正面，所述正面与所述背面相反并且具有另一种光学设计，并且所述虚拟图像被进一步透射过所述光学镜片的正面；并且所述计算机可执行指令进一步包括用于以下内容的以下指令之一：

·提供与所述光学镜片的正面的光学设计有关的光学设计数据，以及

·基于与所述光学镜片的正面的光学设计有关的所述光学设计数据来确定所述矫正光学功能。

本发明的另一个目的涉及一种与使用者相适配的光学系统，所述光学系统包括：

-光学镜片，所述光学镜片被设计成有待放置在所述使用者眼睛的前方并且至少包括具有光学设计的背面；

-透视显示设备，所述透视显示设备被设计和配置成用于朝所述使用者的眼睛显示所述虚拟图像，所述虚拟图像至少被透射过所述光学镜片的背面，从而在所述背面上限定显示区域；

-矫正确定组件，所述矫正确定组件被配置成用于根据本发明确定待应用在待由所述透视显示设备向使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能；以及

-光学系统调节组件，所述光学系统调节组件被配置成用于基于所确定的矫正光学功能来调节所述光学系统。

根据与前一实施例相容的并且可以单独考虑或组合考虑的进一步实施例：

-所述光学系统调节组件包括光学设备，所述光学设备被设计成有待放置为使得所述虚拟图像被进一步透射过所述光学设备，并且所述光学设备具有基于所确定的矫正光学功能的光学功能。

-所述光学系统调节组件包括：

·存储器，所述存储器被配置成用于存储计算机可执行指令，以及

·处理器，所述处理器用于执行存储在所述存储器中的计算机可执行指令，其中，所述计算机可执行指令包括用于基于所确定的矫正光学功能来处理从其显示所述虚拟图像的虚拟源像的指令。

本发明还涉及一种头戴式设备，所述头戴式设备被配置成用于由使用者配戴，包括与所述使用者相适配的根据本发明的光学设备。

本发明进一步涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，所述指令序列是处理器可存取的、并且在被所述处理器执行时致使所述处理器至少实施根据本发明的方法的步骤，以用于确定待应用在待向使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能。

本发明还涉及一种上面记录有程序的计算机可读存储介质；其中，所述程序使计算机至少执行根据本发明的方法的步骤，以用于确定待应用在待向使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能。

本发明进一步涉及一种包括处理器的设备，所述处理器被适配用于存储一个或多个指令序列并且至少实施根据本发明的方法之一的步骤，以用于确定待应用在待向使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能。

本发明进一步涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，所述指令序列是处理器可存取的、并且在被所述处理器执行时致使所述处理器至少实施根据本发明的方法的步骤，以用于提供与使用者相适配的光学系统。

本发明还涉及一种上面记录有程序的计算机可读存储介质；其中，所述程序使计算机至少执行根据本发明的方法的步骤，以用于提供与使用者相适配的光学系统。

本发明进一步涉及一种包括处理器的设备，所述处理器被适配用于存储一个或多个指令序列并且至少实施根据本发明的方法之一的步骤，以用于提供与使用者相适配的光学系统。

除非另有具体规定，从以下讨论中明显的是，将认识到贯穿本说明书，使用了如“计算”、“运算”等术语的讨论是指计算机或计算系统或类似的电子计算设备的动作和/或过程，所述动作和/或过程对于在所述计算系统的寄存器和/或存储器内表示为物理(如电子)量的数据进行操纵和/或将其转换成在所述计算系统的存储器、寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内类似地表示为物理量的其他数据。

本发明的实施例可以包括用于执行在此所述操作的装置。此装置可以是为所期望的目的而专门构建的，或此装置可以包括通用计算机或被储存在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的数字信号处理器(“dsp”)。这样的计算机程序可以被存储在计算机可读存储介质中，例如，但不限于以下任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、cd-rom、磁光盘、只读存储器(rom)，随机存取存储器(ram)、电子可编程只读存储器(eprom)，电可擦写可编程只读存储器(eeprom)，磁卡盘或光卡片，或任何其它类型适于存储电子指令并且能够接入计算机系统总线的介质。

本文所提出的方法和显示器并非本来就与任何具体的计算机或其他装置相关。各种通用系统都可以与根据此处的传授内容的程序一起使用，或者其可以证明很方便地构建更专用的装置以执行所期望的方法。

各种这些系统所期望的结构将从以下描述中得以明了。此外，本发明的实施例并没有参照任何特别的编程语言而进行描述。将认识到的是，各种编程语言都可以用来实施如本文中描述的本发明的传授内容。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从权利要求和以下通过实例而不限于参照附图给出的一些实施例的描述中变得更清楚，在附图中：

-图1是根据本发明的头戴式设备的实施例的示意性表示，

-图2是根据本发明的显示管理方法的实施例的一般流程图，并且

-图3是根据本发明的用于提供与使用者相适配的光学系统的方法的实施例的一般流程图。

附图中的元件仅为了简洁和清晰而展示并且不一定按比例绘制。例如，这些图中的某些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大，以便帮助提高对本发明的实施例的理解。

具体实施方式

如图1展示的，本发明涉及一种头戴式设备10，所述头戴式设备被配置成用于由使用者配戴并且包括与使用者相适配的光学系统12。

光学系统12至少包括光学镜片14，所述光学镜片被设计成有待放置在使用者眼睛的前方。光学镜片14至少包括背面16和正面18，所述背面具有光学设计，所述正面与背面16相反并且具有另一种光学设计。

措辞“光学设计”是广泛使用的措辞，其由本领域的技术人员已知在眼科领域中用于指定允许限定眼科镜片的屈光功能的参数集；每个眼科镜片设计者具有其自己的设计，特别是针对渐变眼科镜片。就实例而言，渐变眼科镜片“设计”是渐变表面的优化的结果，以便恢复远视者在所有距离处看清楚的能力，而且还最优地关注如中央窝视力、中央凹外视力、双眼视力等所有生理视觉功能，并且使不想要的散光最小化。例如，渐变镜片设计包括：

-沿着镜片配戴者在白天生活活动过程中使用的主注视方向(子午线)的焦度轮廓，

-在镜片侧面上(即，背离主注视方向)的焦度(平均焦度、散光……)分布。

这些光学特性是由眼科镜片设计者限定并计算、并且配备有渐变镜片的“设计”的一部分。

屈光功能对应于根据注视方向而变的光学镜片焦度(平均焦度、散光等……)，并且是光学镜片的正面和背面的光学设计的组合的结果。

更确切地，在本发明的意义上，光学功能对应于针对每个注视方向提供光学镜片对穿过所述光学镜片的光线的影响并且取决于光学镜片的正面和背面的光学设计的组合的功能。

光学功能可以包括如屈光功能、光吸收、偏振能力、对比度加强能力等……

优选地，正面和背面被设计和安排成用于形成与使用者的处方相适配的眼科镜片。例如，眼科镜片是渐变光学镜片和/或多焦点光学镜片。

光学系统12进一步包括透视显示设备20，所述透视显示设备被设计和配置成用于朝使用者的眼睛显示虚拟图像。虚拟图像至少被透射过光学镜片14的背面16，从而在背面16上限定了显示区域。

例如，透视显示设备20包括显示设备，所述显示设备包括显示源(未展示)、准直源(未展示)以及光传导元件(未展示)。光传导元件被配置成用于透过所述光传导元件的出射面朝向配戴者的眼睛输出补充光。例如，光传导元件可以是光导光学元件(loe)。

此类显示系统允许二维图像源被成像到无限远或有限远并且朝配戴者的眼睛反射。

更确切地，光学透视显示设备20允许在向使用者显示信息的同时使用者与其环境交互。所述设备基于源像显示使用者的环境的增强现实图像。

此外，光学系统12包括矫正确定组件30，所述矫正确定组件被配置成用于确定待应用在待由透视显示设备20向使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能。

矫正确定组件30包括：存储器32，所述存储器被配置成用于存储计算机可执行指令；以及处理器34，所述处理器用于执行存储在存储器32中的计算机可执行指令。

这些计算机可执行指令包括用于以下内容的指令：

·提供与光学镜片背面的光学设计有关的光学设计数据，

·提供与显示区域的至少一个参数有关的显示区域数据，以及

·至少基于光学设计数据和显示区域数据确定矫正光学功能。

优选地，计算机可执行指令进一步包括用于以下内容的以下指令之一：

·提供与所述光学镜片的正面的光学设计有关的光学设计数据，以及

·基于与光学镜片正面的光学设计有关的光学设计数据确定矫正光学功能。

光学系统12进一步包括光学系统调节组件40，所述光学系统调节组件被配置成用于基于所确定的矫正光学功能来调节光学系统。

根据优选实施例，光学系统调节组件40包括光学设备42，所述光学设备被设计成被放置为使得虚拟图像被进一步透射过光学设备。光学设备42具有基于所确定的矫正光学功能的光学功能。

根据与前一优选实施例相容的另一个优选实施例，光学系统调节组件40包括：

-存储器44，所述存储器被配置成用于存储计算机可执行指令，以及

-处理器46，所述处理器用于执行存储在存储器44中的计算机可执行指令。

计算机可执行指令包括用于基于所确定的矫正光学功能来处理从其显示虚拟图像的虚拟源像的指令。

现在将参照图2详述根据本发明的方法。所述方法旨在由计算机装置来实施，并且允许如上文所述的确定待应用在待向光学系统的使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能。

所述方法包括：

-光学设计数据提供步骤s2，

-显示区域数据提供步骤s4，以及

-矫正光学功能确定步骤s6。

更确切地，在光学设计数据提供步骤s2过程中，提供与光学镜片背面的光学设计有关的光学设计数据。

然后，在显示区域数据提供步骤s4过程中，提供与显示区域的至少一个参数有关的显示区域数据。

优选地，显示区域的参数可以是：

-显示区域至少相对于背面的相对位置，

-显示区域至少相对于背面的相对角度范围，

-虚拟图像的投影距离。

最后，在矫正光学功能确定步骤s6过程中，至少基于光学设计数据和显示区域数据来确定矫正光学功能。

根据虚拟图像被进一步透射过光学镜片14的正面18的实施例，在光学设计数据提供步骤s2过程中，进一步提供与光学镜片正面的光学设计有关的光学设计数据。此外，基于与光学镜片正面的光学设计有关的光学设计数据进一步确定矫正光学功能。

参考图3，本发明进一步涉及一种用于如上文所述的提供与使用者相适配的光学系统12的方法。该方法至少包括：

-光学镜片提供步骤s10，

-透视显示设备提供步骤s12；

-矫正光学功能确定步骤s14，以及

-光学系统调节步骤s16。

在光学镜片提供步骤s10过程中，提供光学镜片14，光学镜片已经被设计成有待放置在使用者眼睛的前方。

然后，在透视显示设备提供步骤s12过程中，提供透视显示设备20。透视显示设备20被设计和配置成用于朝使用者的眼睛显示虚拟图像，使得虚拟图像至少被透射过光学镜片14的背面16。

在矫正光学功能确定步骤s14过程中，根据上文所述的方法确定待应用在待向光学系统12的使用者显示的虚拟图像上的矫正光学功能。

然后，在光学系统调节步骤s16过程中，基于所确定的矫正光学功能来调节光学系统12。

根据实施例，光学系统调节步骤s16进一步包括光学设备提供步骤s18，在所述光学设备提供步骤过程中，提供光学设备42。光学设备42预先被设计为有待放置成使得虚拟图像被进一步透射过光学设备，并且光学设备42具有基于所确定的矫正光学功能的光学功能。

根据可以与前一实施例相容的第二实施例，光学系统调节步骤s16包括虚拟源像处理步骤s20，在所述虚拟源像处理步骤过程中，基于所确定的矫正光学功能处理从其显示虚像的虚拟源像。

根据与先前的实施例相容的实施例，光学镜片可以是有源光学镜片，所述有源光学镜片具有由光学功能控制器控制的可编程光学功能。这种有源光学镜片具有根据配戴者的观察条件和/或其活动针对配戴者更加个性化的优点。

在这种实施例中，在光学设计数据提供步骤s2过程中，随时间提供至少与背面的光学设计有关的光学设计数据。

在矫正光学功能确定步骤过程中，基于光学设计数据随时间的演变来确定并因此更新矫正光学功能。

因此，如果光学设备也是具有可编程光学功能的有源光学镜片，则在光学设备提供步骤s18过程中，还可以基于更新后的矫正光学功能来更新光学设备的光学功能。

同样地，在虚拟源像处理步骤s20过程中，可以基于更新后的矫正光学功能来更新虚拟源像的处理。