测量用于使用者的各个配戴情况的光学镜片的方法和设备与流程

本发明涉及眼科光学领域，尤其涉及一种用于测量布置在测量体积中的光学镜片、尤其是眼镜镜片的光学作用的设备。本发明进一步涉及一种用于测量布置在测量体积中的光学镜片、尤其是眼镜镜片的空间折射率分布的设备。本发明进一步涉及一种用于标定对应的装置的方法、用于测量布置在测量体积中的光学镜片的光学作用的计算机实施的方法、以及对应的计算机程序。

背景技术：

在眼镜镜片的情况下通常感兴趣的测量值是顶点焦度（vp）。在某些观察情况下，顶点焦度是镜片的有效变量。因此，vp根据距观察者的距离或镜片倾斜度而不同。通过直接解释穿过镜片的光束来确定vp的测量器具在这种测量器具配置下将总是确定vp。这种有效变量对部件的明确合格证明仅具有有限的用途。因此，定义了isovp来弥补这一点。isovp是在平行入射光的情况下垂直于表面法线测量的vp。为此目的，过去已经开发了特定的测量器具，该特定的测量器具确定镜片的各个位置的isovp。

isovp的优点在于后者是唯一组成变量，而不是像vp一样的有效变量。缺点在于isovp能够与一副在配戴情况下的眼镜的效果（又被称为配戴顶点焦度或配戴值）有偏差。

从de1238690b1已知用于校验现成装上玻璃的眼镜的带眼镜设施的焦度计。使用此焦度计，可以确定已经设置在镜架中的眼镜镜片的顶点焦度。

ep2101143a1已经披露了一种用于捕捉透明折射物体的形状的方法和设备。在捕捉透明折射物体的形状的方法中，要测量的物体被透射地插入到成像系统中。使用以这种方式产生的改进型成像系统，将具有已知结构的网格成像到接收器装置中，并且对出现的图像进行评估。使用具有已知结构的平面网格，该平面网格的网格点指定给网格坐标系中可评估的空间坐标。这些平面网格中的一个或多个平面网格插入到相对于要测量的物体的至少两个不同位置处。

us2016/0109362a1披露了一种用于确定局部折射率的方法和设备。

knaus等人“measuringtherefractivepowerwithdeflectometryintransmission[在透射中使用偏折法测量屈光力]”，dgao学报，2008年，描述了一种用于确定屈光力的偏折方法。

wo2017/134275a1描述了一种用于确定镜片的光轴和/或物理性质的方法和系统、以及其在虚拟成像和头戴式显示装置的情况下的用途。

wo2016/207412a1披露了一种用于测量布置在测量位置中的眼镜的各个数据的设备和方法，所述眼镜具有左眼镜镜片和/或右眼镜镜片。该设备包括用于显示测试结构的显示器。该设备包括通过成像光束路径来捕捉测试结构的图像捕捉装置，该成像光束路径穿过眼镜的左眼镜镜片和/或右眼镜镜片。该设备包括具有计算机程序的计算机单元，该计算机程序根据图像捕捉装置所捕捉的测试结构的图像以及显示器相对于图像捕捉装置的已知空间取向还有眼镜相对于图像捕捉装置的已知空间取向，来确定左眼镜镜片和/或右眼镜镜片的至少一部分的屈光力分布。

现有技术已知的器具是效果测量器具，其中，光学元件的效果最初在一个测量位置确定。

技术实现要素：

在这种背景下，本发明的目的是提供一种有助于更灵活地确定光学镜片的光学作用的测量设备。

根据本披露的第一方面，因此提出提供一种用于测量布置在测量体积中的光学镜片、尤其是眼镜镜片的光学作用的设备，该设备包括显示装置，该显示装置被配置用于显示测试结构；图像捕捉装置，该图像捕捉装置被配置用于通过穿过该镜片的成像束路径从多个视点捕捉该测试结构的图像数据；以及计算单元，其中，该计算单元被配置用于基于图像数据确定该镜片的三维形状；并且基于该镜片的三维形状计算该镜片的光学作用。该镜片可以是眼镜镜片并且该眼镜镜片的光学作用可以是针对给定的使用者配戴位置计算的。

与常规焦度计相比，本发明的主要优点可以尤其包括提高了明确性和/或应用的范围。这一点的原因在于镜片的光学作用始终取决于通过辐射的方向。对于测量布置的情况，只测量光学作用的测量器具可以仅可靠地确定光学作用。由此，已经可能对大量的应用作出非常精确的表述。

然而，眼镜镜片的测量情况和实际配戴情况或配戴位置可能不一致或可能彼此偏差达到可靠的表述不再是可能的程度。因此，需要进一步测量配戴条件下的效果，以确定在该配戴位置中的光学作用。

根据本发明的解决方案遵循不同的方法：提出了一种两阶段程序，在该两阶段程序中，首先确定镜片的三维形状，然后才计算镜片的光学作用。镜片的已知三维形状或形貌允许随后针对任何观看情况或配戴情况计算光学作用。尤其可以包括以下优点：针对各种各样的特定用户请求，结果更准确和表述更个体化。

显示单元显示测试结构。图像捕捉装置从多个视点捕捉测试结构。因为测试结构是已知的，所以可以针对多个视点中的每个视点在图像捕捉装置捕捉的测试结构的图像数据之间进行关联。如果光学镜片现在被放入显示装置与图像捕捉装置之间的测量体积中，则在图像数据的相应像素与测试结构的对应的图像元素之间的束路径受到影响。

然而，如wo2016/207412a1指出的，在该过程中，无法仅确定单个虚拟折射平面。根据提出的解决方案，借助于通过穿过镜片的成像束路径从多个视点捕捉图像数据，尤其可以做出关于前表面的形状的单独表述（从测试结构发出的束路径通过前表面进入光学镜片），并且做出关于后表面的形状的表述（从测试结构发出的束路径经由该后表面从光学镜片出射）。因此，为此目的可以建立具有大量方程的方程组，然后可以基于该方程组重构束路径上的表面。镜片的三维形状继而遵循前表面的形状和后表面的形状。

之后可以使用已知方法实施基于三维形状计算光学作用。

应当理解，不必确定整个镜片的三维形状。通过举例的方式，可以仅对一部分（例如仅对前表面和后边面、而不对侧面）或仅对使用者的视野中的一部分实施该计算。

当通过计算单元确定镜片的三维形状时，可以有利地考虑更深入的信息，比如显示装置相对于进行捕捉的相应视点的已知相对空间位置。

根据本披露的第二方面，提出了一种用于测量布置在测量体积中的光学镜片、尤其眼镜镜片的空间屈光力分布的设备，该设备包括显示装置，该显示装置被配置用于显示测试结构；图像捕捉装置，该图像捕捉装置被配置用于通过穿过该镜片的成像束路径从多个视点捕捉该测试结构的图像数据；接口，该接口被配置用于接收镜片几何形状数据，该镜片几何形状数据描述了该镜片的三维形状；以及计算单元，其中，该计算单元被配置用于基于该图像数据和该镜片几何形状数据计算该镜片的空间折射率分布。

这个解决方案的优点在于，可以确定镜片内的三维屈光力分布。通过举例的方式，描述了一种渐进式镜片，在该渐进式镜片中，通过折射率的三维变化来提供远距离和近距离的光学作用。

根据第三方面，提出了一种用于测量布置在测量体积中的光学镜片的光学作用的设备，该设备包括显示装置，该显示装置被配置用于显示测试结构；图像捕捉装置，该图像捕捉装置被配置用于通过穿过该镜片的成像束路径从多个视点捕捉该测试结构的图像数据；以及计算单元，其中，该计算单元被配置用于：基于该图像数据确定该镜片的三维形状；并且基于该镜片的三维形状计算该镜片的光学作用。该计算单元可以被配置用于进一步考虑到该镜片的一个或多个已知接触点确定该镜片的三维形状。

根据第四方面，提出了一种用于测量布置在测量体积中的光学镜片的光学作用的设备，该设备包括显示装置，该显示装置被配置用于显示测试结构；图像捕捉装置，该图像捕捉装置被配置用于通过穿过该镜片的成像束路径从多个视点捕捉该测试结构的图像数据；以及计算单元，其中，该计算单元被配置用于：基于该图像数据确定该镜片的三维形状；并且基于该镜片的三维形状计算该镜片的光学作用。该计算单元可以被配置用于考虑到边界条件确定该镜片的三维形状，其中，通过读取要测量的镜片的信息来确定该边界条件，尤其其中，通过读取该镜片上的标记或代码来确定该边界条件。

根据本披露的另一个方面，提供了一种用于标定用于测量布置在测量体积中的光学镜片的各个数据的设备的方法，其中，该方法包括以下步骤：将测试结构设置或显示在显示装置上；设置图像捕捉装置与显示装置之间的第一距离，并且从第一距离通过图像捕捉装置捕捉测试结构的图像数据；设置图像捕捉装置与显示装置之间的第二距离，并且从第二距离通过图像捕捉装置捕捉测试结构的图像数据；基于在第一距离处捕捉的图像数据以及在第二距离处捕捉的图像数据确定图像捕捉装置捕捉的入射光束的方向以及图像数据中的对应的像素。

这个解决方案的优点在于可以以简单的方式确定入射光束的方向。这里，用于在任一情况下的测量的显示装置还可以用作标定目的。在标定期间可以优选地考虑显示装置（包括其像点）相对于图像捕捉装置的相对位置。

由于高度调节，改变了入射光束相对于图像捕捉装置、例如相对于图像捕捉装置的相机的角度。根据已知的高度变化与伴随这一点的表示图像数据中测试结构的图像变化之间的关系可以确定入射光的方向。这有助于入射光束的所谓的“反向传播”。

根据本披露的另一个方面，披露了一种用于测量布置在测量体积中的光学镜片、尤其是眼镜镜片的光学作用的方法、尤其是计算机实施的方法，该方法包括以下步骤：提供用于显示在显示装置上的测试结构；通过穿过该镜片的成像束路径从多个视点捕捉该测试结构的图像数据；基于该图像数据确定该镜片的三维形状；以及基于该镜片的三维形状计算该镜片的光学作用。

根据本披露的另外的方面，提出了对应于第三方面和第四方面的方法。

根据本披露的另一方面，提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括指令，在计算机执行程序时，这些指令使得该程序实施前述方法之一。应当理解，在这种情况下的方法步骤被设计成被计算机实施。通过举例的方式，捕捉图像数据可以被理解为是指接收图像数据。因此，术语可以被理解为对由物理图像传感器产生的测量数据的传输。相应地，测试结构可以通过提供测试结构数据来提供。继而，数据可以被显示装置显示。

提供测试结构还可以是未被计算机程序产品实施的前一步骤。

如果没有另外指明，则本文中使用的术语应被理解为在deutschesinstitutfürnormunge.v.[德国标准化协会]制定的标准dineniso13666:2012的含义范围内。

根据dineniso13666:2012标准的第5.8节，术语“前表面”或“物体侧表面”表示眼镜中的眼镜镜片的旨在背离眼睛的表面。根据dineniso13666:2012的第5.19节，术语“后表面”或“眼睛侧表面”表示眼镜镜片的旨在被安装成面向眼睛的那个表面。作为其替代方案，在本披露的范围内的术语“前表面”可以表示镜片的面向显示装置的表面。相应地，在本披露的范围内的后表面可以指代背离显示装置的表面。

在一个配置中，可以提供图像捕捉装置，该图像捕捉装置包括第一相机和第二相机，其中，第一相机被配置用于从第一视点捕捉第一图像数据并且第二相机被配置用于从第二视点捕捉第二图像数据；并且其中，计算单元被配置用于基于第一图像数据和第二图像数据确定镜片的三维形状。作为使用两个相机的替代方案，还可以通过一个相机在不同位置处捕捉第一图像数据和第二图像数据。可以提供移位装置或定位装置以在第一位置与第二位置之间移动相机。

在可选的发展中，第一相机和第二相机可以相对于彼此成角度地布置，使得可以由第一相机从第一角度捕捉测试结构以及由第二相机从第二角度捕捉测试结构。

镜片是眼镜镜片并且针对使用者的给定配戴位置计算眼镜镜片的光学作用。一个优点可以尤其在于，还可以针对使用者的任何给定的指定或期望的配戴位置回顾性地计算光学作用。这里，配戴位置还可能与捕捉图像数据的测量位置显著不同。计算单元未被配置用于针对使用者的指定配戴位置计算眼镜镜片的光学作用，该配戴位置与捕捉图像数据的测量位置不同。特别地，可以存在特定用户适配性和对使用值的灵活计算。相比之下，常规焦度计没有为使用者提供个体化的表述。

在一个配置中，可以提供计算单元，该计算单元被配置用于通过积分法迭代地确定镜片的三维形状。

在另一配置中，可以提供计算单元，该计算单元被配置用于基于向回追踪进入图像捕捉装置的光束确定镜片的三维形状。特别地，进入图像捕捉装置的光束可以向回追踪到显示装置上显示的测试结构的已知原始位置。特别地，已知显示装置与捕捉图像数据的位置或视点的相对位置。可选地，相对位置可以基于上述相机标定、借助于距离或高度的变化来确定。通过举例的方式，可以使用比如反向传播或反向光线追踪等方法来确定镜片的三维形状。简言之，基于对捕捉的图像中的测试结构的一个或多个元件的预期位置和实际位置的比较实施对要测量镜片的表面重构。

在一个配置中，确定镜片的三维形状可以包括将镜片的前表面和/或后表面划分成表面元件并且确定这些表面元件的对齐，尤其确定这些表面元件的表面法线。特别地，可以基于向回追踪进入图像捕捉装置的光束进行这种确定。换句话说，可以针对各个表面元件（针对每一个表面元件）确定表面的对齐。通过举例的方式，可以计算各个区段或表面元件的表面法线。

在发展中，计算单元可以被实施为基于表面元件的对齐确定镜片的前表面和/或后表面的三维形状。镜片的表面，例如前表面或后表面，可以由各个表面元件构成。优选地，表面的构成方式使得在相邻元件之间没有（显著的）跳跃。

在一个配置中，该计算单元可以被配置用于考虑到镜片的前表面或后表面是参数化区域的边界条件确定镜片的三维形状，该参数化区域尤其是平面、球面、环曲面或其某一区段。优点在于计算更快和/或准确性更高，这是因为通过指定边界条件减小了参数空间。

在一个配置中，可以提供计算单元，该计算单元被配置用于进一步考虑到镜片的一个或多个已知接触点确定镜片的三维形状。作为其替代方案或附加于此，可以提供计算单元，该计算单元可以被配置用于考虑到边界条件确定镜片的三维形状，其中，通过读取要测量的镜片的信息、尤其通过读取镜片上的标记或代码来确定该边界条件。再次，优点可以在于计算更快和/或更准确，这是因为进一步减少了自由度。应当理解，还可以考虑多个已知的接触点或镜片玻璃固持器或眼镜固持器。通过举例的方式，关于曲率、材料或折射率的雕刻物、标记可以作为镜片上的代码被读取并且可以在计算时加以考虑。

在一个配置中，可以提供计算单元，该计算单元被进一步被配置用于确定要测量的镜片的折射率、尤其是确定其空间屈光力分布。具有一个折射率的镜片或眼镜镜片可以被认为是特殊情况。优选地，折射率在至少一个部分中是恒定的。进一步地，可以确定所谓的grin（graded-index）镜片的空间屈光力分布。本发明人已经认识到，提出的解决方案不仅可以用于捕捉形状还可以用于确定折射率，即，测量透明本体的内部。通过举例的方式，可以确定具有不同折射率的区域之间的内部交界面。可能的应用包括例如多部分式镜片、由具有不同折射率的材料形成的镜片、消色镜片、光学系统或物镜。

在一个配置中，设备可以进一步包括高度调节装置，该高度调节装置被配置用于改变图像捕捉装置与显示装置之间的距离。进一步地，计算单元可以被进一步被配置用于基于从图像捕捉装置与显示装置之间的不同距离捕捉的图像数据确定图像捕捉装置捕捉的光束的束方向。因此，可以以简单的方式在像素与束方向之间建立关联。

以上针对本发明的第一方面详细描述的优点相应地适用于本发明的其他方面。

不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征以及还有要在下文解释的那些特征不但可以在各自情况下以指定的组合来使用，而且还可以以其他组合来使用或者单独使用。

附图说明

在附图中示出了本发明的实施例，并且在以下描述中更详细地解释了本发明的实施例。

图1示出了用于测量布置在测量体积中的光学镜片的光学作用的设备的示意性图示；

图2示出了通过镜片记录的测试结构的示例性图示；

图3示出了通过倾斜的眼镜镜片记录的结构的示例性图示；

图4示出了通过透明物体的束路径的图示；

图5示出了通过镜片的束路径的图示；

图6示出了由参数化表面元件构成的镜片；

图7示出了用于测量布置在测量体积中的光学镜片的光学作用的设备的示意性图示；

图8示出了用于测量布置在测量体积中的光学镜片的光学作用的设备的另一实施例；

图9示出了用于测量布置在测量体积中的光学镜片的光学作用的方法的配置的流程图；

图10示出了这种方法的配置的详细流程图；

图11示出了标定方法的实施例的流程图；

图12示出了眼睛的示意性图示；

图13示出了具有虹膜的图像表示的眼睛的平面视图的图像表示；

图14示出了用于测量角膜的设备的示意性图示；

图15示出了从不同视点记录的虹膜的图像中的图像特征的关联或相关性；

图16示出了图像特征的另外的相关性；以及

图17示出了用于测量角膜的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1中所示的设备10用于确定光学镜片100、尤其是眼镜镜片的光学作用。设备10包括显示装置20，该显示装置被配置用于显示测试结构21。通过举例的方式，此显示装置可以是屏幕或显示器并且能够显示不同的测试结构。

设备10进一步包括图像捕捉装置30，该图像捕捉装置被配置用于通过穿过镜片100的成像束路径32来从多个视点31、31’、31”捕捉测试结构21的图像数据。在一方面，来自多个不同的视点的成像束路径可以由一个相机相继地记录，该相机相继地布置在多个不同的位置处。然而，优选地提供多个相机，以便并行地捕捉图像数据。应当理解，还可以提供混合的形式。通过举例的方式，图像捕捉装置30可以包括第一相机33和第二相机34，其中，第一相机33被配置用于从第一视点33捕捉第一图像数据，并且第二相机34被配置用于从第二视点33”捕捉第二图像数据。测量体积200位于测试结构21与图像捕捉装置30之间，该测试结构可显示在显示装置20上。

设备10进一步包括计算单元40。通过举例的方式，计算单元40可以是计算机、微控制器、fpga等等。计算单元40被配置用于基于图像数据确定镜片100的三维形状；并且基于该三维形状计算镜片100的光学作用。换句话说，提出了两阶段过程，在该两阶段过程中，首先确定镜片的三维形状，然后才根据镜片的三维形状计算镜片的光学作用。

以下参考图2至图6来更详细地解释根据本披露的这种方法。

图2示出了通过镜片100记录的显示装置20的测试结构21的平面视图。通过举例的方式，这可以是通过镜片100由相机33记录的根据图1的测试结构21。由于镜片100，测试结构21以畸变形式再现。根据束的这种偏转已经可以得出关于镜片100的光学作用的结论。然而，这只能对整个镜片100的作用作出表述。

图3示出了由相机记录的另一示例性图像。然而，在这种情况下，具有光学镜片100的眼镜101以大的倾斜度布置在测量区域中，因此由光学镜片100引起的束偏转仅以有限的准确度重现了在配戴位置时的实际光学作用。

图4示出了穿过透明物体（比如镜片100）的束路径的示例性图示。束路径的原点是显示装置21上的限定点22。从限定点22发出的束路径在表面102处进入镜片101并且在表面103处从镜片出射。因此，这些束路径穿过镜片100。光束在入射表面102和出射表面103处均被折射。根据镜片100相对于显示装置20和图像捕捉装置30的相对空间位置或取向，可以出现不同的光学作用。

发明人已经认识到，凭借从多个视点记录测试结构并且因此捕捉大量的成像束路径（也参见图1）可以解决光学作用的这种不确定性或模糊性，继而可以由此确定插入的镜片的光学性质。换句话说，可以对成像束路径建立具有大量方程的方程组，这些方程各自建立成像束与其在显示装置20上的已知原点之间的关联，这些成像束穿过镜片100并且从多个视点进入图像捕捉装置。由此，继而可以确定镜片100的三维形状，并且可选地还可以确定镜片的折射率或在镜片内的制动力分布。

图5再现了穿过镜片100的束路径的简化示例。显示装置20上的像点22被相机34捕捉。束路径110在镜片100前侧102上的点104处进入镜片并且在镜片的后表面103上的点106处从镜片出射。简言之，因此在仅用一个相机测量的情况下，存在具有两个未知数的方程，即入射点104和出射点105（包括表面在这些点处的空间取向）。凭借从另外的视点记录测试结构的图像捕捉装置30（如由另外的相机33指示的），可以捕捉另外的束路径111和112。在束路径111的情况下，出射点104与相机34的束路径110一致。在束路径112的情况下，入射点105与相机34的束路径110一致。因此，可以建立多个方程，通过这些方程可以确定布置在显示装置20与图像捕捉装置30之间的镜片100的性质。

为此目的，计算单元可以被配置用于优选地将镜片100建模为由参数化表面元件制成的组成表面，如图6中以示例性形式示出的。根据束在点104和105处的偏转可以确定前后表面102、103中的表面元件106、107的取向。可选地，可以在镜片100内进行另一种划分。通过举例的方式，可以确定镜片100内的另外的交界面。可选地，可以进一步实施计算单元来确定镜片100的折射率或者镜片的空间屈光力分布。

可选地，设备可以被实施为用于测量布置在测量体积中的光学镜片的空间屈光力分布的设备。为此目的，可以优选地提供被配置用于接收镜片几何形状数据的接口，该镜片几何形状数据描述了镜片的三维形状。在这种情况下，无需计算镜片的形状；替代地，该接口可以用作基于图像数据和镜片几何形状数据计算镜片的空间屈光力分布的输入参数。

参照图5和图6，计算单元可以被配置用于基于向回追踪进入图像捕捉装置的光束确定镜片的三维形状。已知光束110、111、112进入图像捕捉装置的相机33、34的方向。为此目的，可以仍旧如以下描述的那样标定图像捕捉装置。因此，进入的束可以从相应的相机33、34开始向回追踪。镜片100位于束路径上、在图像捕捉装置或相应的相机（位置已知）与测试结构（位置已知）之间。从镜片100的模型开始，这种模型可以通过计算单元被相继参数化，其方式使得（已知的）测试结构通过镜片100的模型以如下方式被成像，即，出现由图像捕捉装置捕捉的图像数据。为了参数化，尤其可以适配形成镜片表面的表面元件（在此由表面法线129、130表示）的对齐、并且可以改变表面元件之间的距离131，并且可选地可以改变镜片内的折射率n或折射率分布。

图7和图8示出了用于测量布置在测量体积中的光学镜片100的光学作用的设备10的另外的实施例。对应的组件用相同的附图标记表示并且为了避免重复不再详细解释。

图8示出了图像捕捉装置30包括两个相机30、31’的实施例。这些相机从不同视角看到图案或测试结构21。计算单元被实施为根据对应的图像数据重构测试物体4。为此目的，可以根据表面元件或法线129、129’确定梯度场，如图5和图6解释的。

来自测试结构21的定义原点处的定义源的光穿过镜片100并且被图像捕捉装置30从不同视角通过经标定的相机系统捕捉。根据出现的图像重构本体的折射表面。

该原理是用一个相机、两个相机或多台相机工作。在有利的实施例中使用两个相机，因为在这种情况下可以获得良好的成本/使用率。甚至可以使用多个相机来进一步提高准确度。

图像捕捉装置30或相机31、31’以已知的函数方式被标定，借助于该函数可以针对每个传感器坐标根据原点和方向以3d形式推导出唯一的主光线（相机光线）。这种标定可以根据现有技术来执行。替代性地，相机和/或所采用的物镜的已知光学设计可以包括在相机的模型中而非上述相机标定中。

通过举例的方式，显示装置20可以具有自发光源，比如成阵列布置的发光二极管、tft或led显示器、3d显示器、激光源、偏振显示器、或准直的选择性结构的照明单元。也可以将光照在显示设备上。通过举例的方式，光照射在其上的显示设备可以具有测试图表（例如，点图案或棋盘图案）、尤其规则的3d图案、未知的特征丰富的平面图像（其中，在操作期间可以估算位置）、或未知的特征丰富的3d场景（在优化期间估算位置）。

计算单元40可以使用另外的信息来确定三维形状。还尤其可以基于相机的已知视点或位置和测试结构的已知位置重构三维形状，图像数据是从这些已知视点或相机的位置捕捉的。在本示例中，图像数据可以是进入相机的光束在相机检测器上成像的位置。可以根据图像数据和已知视点计算进入图像捕捉装置的光束。图像捕捉装置的标定可以作为这一点的基础。

可选地，考虑一个或多个边界条件，计算单元40可以被进一步配置用于确定镜片的三维形状。通过举例的方式，可以预先确定接触点或止点51。已知镜片100在此点处的相对位置并且当确定镜片的三维形状时可以对其加以考虑。进一步地，可以预先确定比如镜片的前表面和/或后表面的形状、折射率或材料等信息。可选地，设备可以被实施为读取呈现在镜片上的例如雕刻物或标记140形式的信息，并且当确定三维形状时和/或当计算光学作用时对此信息加以考虑。

本发明特别有利的应用在于对眼镜镜片的测量、尤其是对渐进式眼镜镜片（又被称为变焦眼镜镜片）的测量。然而，更简单的眼镜镜片（例如球面镜片、非球面镜片、复曲面镜片、或棱镜镜片）同样可以使用所提出的设备进行测量。

可选地，计算单元可以被配置用于在特定测量器具配置中计算iso顶点焦度或顶点焦度，以便提供相当数据。通过提供配戴者特定数据，比如瞳孔距眼镜镜片的距离（顶点距离）及其相对位置（例如，面部镜圈弧度或配戴前倾角），可以计算使用的顶点焦度。

可选地，可以同时测量测量空间中的多个测试物体。在测量具有左眼镜镜片和右眼镜镜片的一副眼镜的情况下，计算单元可以被进一步实施为确定眼镜镜片相对于彼此的位置和相对位置。由此，例如，可以计算另外的信息，比如光学通道的距离。具有不同作用区的透明本体还可以作为多个测试物体被被提供。通过举例的方式，这可以是一副具有两个镜片或一个带多个区的镜片（双焦点镜片、三焦点镜片或多焦点镜片）的眼镜。

图9示出了用于测量布置在测量体积中的光学镜片、尤其是眼镜镜片的光学作用的方法900的流程图，该方法包括以下阐述的步骤。在第一步骤901，提供用于在显示装置上显示的测试结构。在第二步骤902，通过穿过镜片的成像束路径从多个视点捕捉测试结构的图像数据。在第三步骤903，基于图像数据（以及视点和显示装置相对于彼此的已知位置）确定镜片的三维形状。在第四步骤904，基于镜片的三维形状计算该镜片的光学作用。该计算可以在任何使用情况下实施。因此，计算单元可以被配置用于计算与iso顶点焦度相对应的第一光学作用、以及与使用者的使用情况相对应的第二光学作用。

可选地，测量方法可以从步骤905开始，该步骤用于对设备进行标定。

用于对设备进行标定的对应的方法可以继而包括以下步骤：在第一标定步骤中，测试结构被设置在显示装置上。在第二标定步骤中，设置图像捕捉装置与显示装置之间的第一距离并且借助于图像捕捉装置从第一距离捕捉测试结构的图像数据。

如图8中所示出的，可以提供高度调节装置150，该高度调节装置被配置用于改变图像捕捉装置与显示装置之间的距离。在此背景下，计算单元可以被进一步配置用于基于从图像捕捉装置与显示装置之间的不同距离捕捉的图像数据确定被图像捕捉装置捕捉的光束的束方向。

在用于对设备进行标定的方法的另一步骤中，可以设置图像捕捉装置与显示装置之间的第二距离，并且借助于图像捕捉装置从第二距离捕捉测试结构的图像数据。由此，可以在进一步的步骤中确定由图像捕捉装置捕捉的入射光束的方向以及图像数据中的对应的像点。

图10示出了用于测量布置在测量体积中的镜片的光学作用的方法1000的实施例的详细流程图。

在第一步骤s1011中，测试结构被显示在显示装置上。通过举例的方式，此测试结构可以是全部点或条纹图案。在进一步的步骤s1012中，由图像捕捉装置捕捉测试结构的图像数据。在步骤s1013中，可以确定测试结构的特征的位置，例如，图像数据中图案点的位置（与图像捕捉装置的检测器表面上的位置相对应）。这里，可以存在相机标定步骤s1001，例如如以上解释的或图11详细描述的。在步骤s1014，于是可以确定入射在图像捕捉装置中的光束或这些光束的方向。可以将入射到相机的光束确定为从如通过要测量的镜片观察的所显示的图案的相机图像开始的3d向量。

在步骤s1021中，测试结构的完整或局部图案可以显示在显示装置上。在进一步的步骤s1022，由图像捕捉装置捕捉测试结构的图像数据。在步骤s1023中，可以使图案点与图像数据中的像点相关联。特别地，可以提供一系列不同的测试图案，以便当将图案点与图像数据中的像点相关联时解决可能的模糊性。换句话说，由图像捕捉装置捕捉的图像数据的发光点可以指定给显示装置上的发光点的位置，并且还因此指定给入射到图像捕捉装置中的被计算的光束。作为其替代方案或附加于此，计算单元可以被配置用于根据测试结构的总体图案确定相邻关系。

在步骤s1031，平面照明件可以设置在显示装置上。通过举例的方式，显示装置的所有像素可以显示为“白色”。因此，可以突出镜片的轮廓并且可以在步骤s1032确定镜片的轮廓。在步骤s1033，可以基于捕捉的轮廓确定镜片的相对位置和尺寸。换句话说，可以以简单的方式确定镜片在测量体积中的相对位置。

在步骤s1041中，可以计算“最适合”的参数化镜片。优选地，通过相机光束的反向传播可以确定可以位于器具的测量体积中的“最适合”的参数化镜片。参数化镜片应理解为是指可以通过比如半径、厚度或折射率等几个参数描述的镜片。例如，这些镜片包括球面镜片和复曲面镜片。复曲面镜片是一般折中办法，在此可以被应用。在一个更具体的实施例中，定义镜片上的各个“复曲面区”并且仅描述那里的眼镜镜片可能就足够了。通过举例的方式，这些区中的第一区可以是渐进式镜片的“远用区域”。通过举例的方式，这些区中的第二区可以是渐进式镜片的“近用区域”。除了镜片或各个表面的位置之外，另外的参数可以是半径、厚度和折射率。

在步骤s1042，可以通过相机光线的反向光线追踪确定镜片的前表面和/或后表面的“最适合”的梯度表面。因此，在步骤s1041确定的“最适合”的参数化镜片的表面可以被描述为梯度表面，并且束通路的位置处的梯度可以变化，其方式为使得显示装置上发光点的位置被相机光线的反向传播完美撞击。简言之，因此以如下方式适配镜片的三维形状，使得图像捕捉装置接收的光束以及相关联束源一起配合到显示装置上。

在步骤s1043，通过梯度表面的整合可以获得镜片的前表面和/或后表面。换句话说，根据分段的梯度表面或针对表面元件确定的梯度表面确定（连续）的新表面。此处，此新表面可以是镜片的前表面或后表面。

根据步骤s1044，步骤s1042和s1043可以迭代地重复。通过举例的方式，可以重复这些步骤，直至满足了质量标准为止。可选地，如果无法达到足够的质量，步骤s1041也可以包含在迭代循环中，以便考虑替代性的镜片几何形状。由于迭代，可以获得镜片的三维形状可以。

在另一实施例中，可以预先确定镜片的形状，并且替代地，可以以类似的形式迭代地确定镜片内的空间屈光力分布。

随后可以根据确定的三维形状（可选地，包括折射率）确定一个或多个变量。在步骤s1052中，可以计算使用值，尤其用户特定使用值。为此目的，可以在步骤s1051中提供配戴者特定数据，比如角膜与顶点之间的距离。在步骤s1053中可以确定iso顶点焦度。在步骤s1054中可以确定器具配置下的顶点焦度。

如果多个镜片或眼镜镜片同时布置在测量体积中，则可选地可以确定额外的参数，比如渐变通道的间距。

应当理解，前述步骤可以由计算单元执行，并且该计算单元可以因此出于执行这些步骤的目的而被配置。

图11示出了用于对用于测量布置在测量体积中的光学镜片的各个数据的设备进行标定的方法1100的示例性实施例的流程图。该标定可以尤其用于提供一组函数，这组函数将束方向（比如3d向量）指定给由图像捕捉装置捕捉的图像数据的像点（优选地每个像点），所述3d向量描述了进入图像捕捉装置的束方向或光束。这样一组函数可以具有以下形式：

其中（x0，y0，0）描述了光束在图像捕捉装置的参考平面中的点、优选地光束在图像捕捉装置的相机的镜片系统的参考平面中的点，并且（dx，dy，1）描述了入射束的方向向量。因此，这组函数包含以下四个函数：x0(x，y)、y0(x，y)、dx(x，y)和dy(x，y)，其中，x和y描述了图像捕捉装置（在这种情况下是相机）的图像数据中的像素坐标。

可以凭借测试结构（例如，点图案）显示在显示装置上并且被图像捕捉装置的相机从不同距离观察到来确定这样的一组函数。为此目的，如图8中以示例性形式展示的设备可以包括高度调节装置150，该高度调节装置被配置用于改变图像捕捉装置与显示装置之间的距离。

在图11中示出的方法中，步骤s1101至s1104可以分别与以上描述的图10中的步骤s1011至s1014相对应。图11中示出的步骤s1111至s1113可以各自与上述步骤s1021至s1023相对应。然而，提供了环路，其中，在步骤s1121中改变图像捕捉装置与显示装置之间的距离。如图8中所示出的，距离的变化改变了入射光束的方向。计算单元可以被配置用于基于在第一距离处捕捉的图像数据和在第二距离处捕捉的图像数据确定入射光束的方向。应当理解，这种确定可以进一步取决于显示装置与图像捕捉装置之间的相对位置以及距离的变化。

如图11中所示出的，在步骤s1131中，可以插入图像捕捉装置的多个像点或像素、优选地每个像点或像素的3d光束。随后，在步骤s1132中，可以确定像点的变量x0、y0、dx和dy。在接下来的步骤s1133中，可以对变量x0、y0、dx和dy应用多项式拟合。因此，这可以用来确定一组函数，该组函数将入射光束的方向指定给图像捕捉装置捕捉的图像数据的每个像点。

可选地，可以以类似于相机标定的方式确定如图8中以示例性形式展示的接触点51的相对空间位置。为此目的，显示装置20可以被配置用于显示单色背景或亮度恒定的背景作为测试结构。图像捕获装置在未插入镜片的情况下捕获显示器。在这种情况下，接触点产生阴影（例如，在接触球体的情况下为圆），该阴影被图像捕捉装置捕捉并且包含在图像数据中。计算单元可以被实施为基于这些图像数据确定接触点51的位置。继而，当确定镜片的三维形状时，这些位置可以用作边界条件。当由至少两个相机观察接触点时，可以通过相机光线的插入来确定这些相机的中心点（相对位置）。接触点的位置可以用于为确定眼镜镜片的形状的算法指定该眼镜镜片在测量体积中的位置的期望值。这个配置的优点包括提高了准确度。

应当理解，上文作出的解释可以相应地应用于下文的示例性实施例，反之亦然。为了避免重复，下文尤其旨在讨论另外的方面。前述示例性实施例和下文的示例性实施例的特征可以有利地彼此结合。

本发明人已经认识到，本文描述的构思还可以有利地用于测量角膜。图12示出了眼睛1200的示意性截面图示。眼睛包括角膜1201、虹膜1202、瞳孔1203、和晶状体1204。图13以表示虹膜1202和瞳孔1203的图像示出了眼睛的平面视图。然而，在这种情况下，造成屈光不正的主要原因不是晶状体1204而是角膜1201。造成受试者的屈光不正的主要原因可能是由于角膜曲率。因此，期望能够客观地确定角膜的形状。

图14示出了根据本披露的另一方面、用于测量受试者的角膜的设备的示意性图示。该设备可以包括以下各项：图像捕捉装置（30），该图像捕捉装置被配置用于通过穿过角膜（1201）的成像束路径（32）从多个（已知）视点捕捉受试者的虹膜（1202）的图像数据；以及计算单元（40）。该计算单元被配置用于：提供受试者的眼睛前段的数学模型，该数学模型包括角膜和虹膜的数学模型；标识和登记存在于图像数据的多个图像中的虹膜的图像特征；确定从多个视点捕捉的图像中的虹膜的图像特征的实际位置与考虑到角膜的数学模型和虹膜的相对位置从多个视点捕捉的图像中的虹膜的图像特征的预期位置之间的偏差；适配角膜的数学模型的参数，其方式使得偏差最小化；以及根据角膜的适配的数学模型确定角膜的测量变量。

图像捕捉装置30可以同样具有与图1描述的相同或相似的配置。图像捕捉装置通过穿过角膜1201的束路径捕捉虹膜1202的图像数据。为了从不同的已知视点捕捉图像数据，相机33可以被相继定位在不同的已知位置处。为此目的，可以提供定位装置（未示出）。作为替代方案或附加地，可以提供多个相机33、34，这些相机并行地捕捉图像数据。并行捕捉的优点包括使用者的眼睛在不同测量之间不用移动。

本发明人已经认识到，位于虹膜1202与图像捕捉装置30之间的角膜1201还可以在不知道虹膜1202样子的情况下被计算出来。虹膜1202具有未知结构或未知图案。然而，虹膜1202通常非常有条理。本发明人已经认识到，可以标识虹膜大量的图像特征随后评估它们在从不同位置记录的图像数据的多个图像中的位置。为此目的，可以根据在相应已知位置处捕捉的成像束路径32建立方程组；可以由此计算角膜1201的形状。

图15和图16示出了从不同视点记录的虹膜的图像中的未知图像特征的关联或相关性。图15的左图像示出了通过角膜从第一位置、例如通过图14中的相机33记录的虹膜1202的第一图像表示1500a。图16的右图像示出了通过角膜从第二位置、例如通过图14中的相机34记录的虹膜1202的第二图像表示1500b。因为虹膜通常是非常有条理的区域，可以确定虹膜1201的相同的初始点1501a和1501b之间的相关性1502。由1502’连接的附图标记1503a和1503b指定了对应的点的另一示例。可以对大量的图像1500a至1500d和像点进行这种关联1500，如图16中所示出的。

基于这种相关性或关联分析，可以重构大量的束路径，如图14中所示出的。从所示的束路径32显而易见的是，从虹膜1202上的同一像点发出的光束穿过角膜1201的不同点并且在不同位置处被图像捕捉装置30捕捉。如果现在在图像表示中标识相同的起点，可以作出关于角膜1201的表述，角膜位于虹膜1202上的起点与相机33、34的入射口之间，如以上参考图14所描述的。

图17示出了用于测量受试者的角膜的方法的实施例的流程图。可以在可选的前一步骤中对相机系统进行标定。然而，制造商可能已经进行了标定。在第一步骤1701中，可以通过穿过角膜的成像束路径从多个视点捕捉受试者的虹膜的图像数据。在第二步骤1702中，可以提供受试者的眼睛前段的数学模型，该数学模型具有角膜的数学模型（以及虹膜相对于角膜的相对位置）。在第三步骤1703中，可以标识和登记存在于图像数据的多个图像（优选地存在于所有图像）的虹膜的图像特征（或将其指定在图像中）。在第四步骤1704中，可以确定从多个视点捕捉的图像中的虹膜的图像特征的实际位置与考虑到角膜的数学模型和虹膜的相对位置从多个视点捕捉的图像中的虹膜的图像特征的预期位置之间的偏差。在第五步骤1705中，可以适配角膜的数学模型的参数，其方式使得偏差最小化。优选地，步骤1703和1704可以被迭代地重复。在第六步骤中，现在可以根据角膜适配的数学模型确定角膜的测量变量。通过举例的方式，可以评估屈光力或散光。

总之，本文披露的解决方案可以尤其有助于在眼科光学领域中对布置在测量体积中的镜片元件的简化的非接触式测量或角膜的非接触式测量，尤其减小了对光敏感的使用者的损伤。