CN105283798A - 用于优化光学表面的方法 - Google Patents

Abstract

用于优化光学表面的方法，包括：-初始光学表面提供步骤，-工作光学表面定义步骤，在该步骤过程中，将工作光学表面定义为等于该初始光学表面，-第一表面代价函数提供步骤，在该步骤过程中，提供该表面的n阶导数的第一表面代价函数，-表面代价函数集提供步骤，在该步骤过程中，提供一个表面代价函数集，该表面代价函数集是多个求值区上的至少一个判据的函数，-全局表面代价函数求值步骤，在该步骤过程中，对等于之前这些代价函数的加权和的一个全局表面代价函数进行求值，-修改步骤，在该步骤过程中，修改该工作表面，其中，重复该求值步骤和该修改步骤以便使该全局表面代价函数最小化。

Description

用于优化光学表面的方法

技术领域

本发明涉及一种由计算机装置实施用于优化光学镜片的至少一个光学表面的方法。

背景技术

对本发明的背景的讨论包括于此以解释本发明的上下文。这将不被认为是承认所引用的任何材料被公开、已知或者是权利要求书中的任一项权利要求的优先权日下的公共常识的一部分。

光学镜片典型地是由塑料或玻璃材料制成并且通常具有两个相反的表面，这些表面彼此合作以提供所需的矫正处方。这些相反的表面的形状和位置决定了光学镜片的光学功能。

通常使用优化方法确定每个光学表面的形状。只要一组选择的判据达到或接近目标值，已知的优化方法就得到发展。

随着个人化光学镜片的发展，有待考虑的判据的数量增加了并且优化方法所需要的资源与优化方法所需要的时间一起也增加了。

此外，发明人已观察到用已知的优化方法获得的表面可能尤其在经优化的光学表面的周边上呈现许多的曲率变化。

因此，需要一种允许考虑大量判据并且提供光滑表面的优化方法。

发明内容

本发明的目标是提供这样一种优化方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种由计算机装置实施用于优化光学镜片的至少一个光学表面的方法，该方法包括：

-光学表面参数提供步骤，在该步骤过程中，提供对有待确定的光学表面进行定义的至少一个参数，

-第一表面代价函数提供步骤，在该步骤过程中，提供第一表面代价函数，该第一表面代价函数是由该至少一个参数定义的该表面的n阶导数的函数，其中，n是大于或等于2的整数，

-表面代价函数集提供步骤，在该步骤过程中，提供表面代价函数集，该表面代价函数集中的每个表面代价函数是由该至少一个参数定义的该表面的一个求值区上的至少一个判据的函数并且该表面代价函数集包括至少一个代价函数，

-光学表面参数确定步骤，在该步骤过程中，确定使全局表面代价函数最小化的该至少一个光学表面参数的值，该全局表面代价函数是该第一表面代价函数与该表面代价函数集中的每个表面代价函数的加权和。

有利地，通过使用该第一代价函数，根据本发明的方法允许提供光滑表面。此外，通过在多个求值区上定义表面代价函数集，根据本发明的方法避免了必须在整个表面上定义判据而仅在这些求值区上进行定义。

根据可以单独或组合考虑的进一步的实施例：

-在该光学表面参数提供步骤过程中，提供该至少一个参数的初始值，定义一个初始光学表面，

-该方法进一步包括：

-一个工作光学表面定义步骤(S12)，在该步骤过程中，将一个工作光学表面(Li)定义为等于该初始光学表面(L0)的至少一个部分，

-全局表面代价函数求值步骤(S41)，在该步骤过程中，对该全局表面代价函数进行求值，

-修改步骤(S42)，在该步骤过程中，修改该工作表面，

-该第一代价函数是该工作表面的n阶导数的函数，该表面代价函数集中的每个表面代价函数是在该工作表面的求值区上的至少一个判据的函数，

-重复该求值步骤和该修改步骤来确定该至少一个光学参数的值以便使该全局表面代价函数最小化；和/或

-该表面代价函数集中的每个表面代价函数的至少一个判据是该求值区的至少一部分之上的表面判据；和/或

-该表面代价函数集中的每个表面代价函数的至少一个判据是在由以下各项组成的列表中选择的：该求值区中的至少一个点的最小、最大或平均球面、该求值区上的平均球面、该求值区中的至少一个点的柱面、该求值区上的平均柱面、该求值区中的至少一个点的高度、该求值区上的平均高度、该求值区中的至少一个点的最小、最大或平均球面的梯度、该求值区中的至少一个点的球面的二阶导数、该求值区中的至少一个点的高斯曲率、该求值中的至少一个点的高斯曲率的梯度、该求值区中的至少一个点的最小曲率、该求值区中的至少一个点的法曲率；和/或

-该表面代价函数集的每个表面代价函数的该求值区是在由以下各项组成的列表中选择的：近视觉区、远视觉区、该近视觉区该远视觉区之间的中间通路、周边镜圈、鼻区、以及颞区；和/或

-该光学镜片是适配于佩戴者的眼镜片并且该表面代价函数集中的这些表面代价函数之一的这些判据中的至少一个判据与该佩戴者的处方相关；和/或

-n小于或等于4；和/或

-在该全局表面代价函数中，该第一表面代价函数的权重表示在总权重的0.1％与10％之间；和/或

-该光学镜片是适配于佩戴者的眼镜片；和/或

-该方法在该光学参数确定步骤之前进一步包括一个轮廓数据提供步骤，在该轮廓数据提供步骤过程中，提供表示眼镜架的轮廓的轮廓数据；和/或

-该表面代价函数集中的这些表面代价函数中的至少一个表面代价函数是该眼镜架的轮廓与该眼镜片的表面之间的偏差的函数；和/或

-在该轮廓数据提供步骤过程中提供的该轮廓数据是通过一种由计算机装置实施用于优化该眼镜架的测量轮廓的方法而获得的，该方法包括：

-轮廓数据提供步骤，在该步骤过程中，提供表示该眼镜架轮廓的多个测量点的轮廓数据，

-工作轮廓定义步骤，在该步骤过程中，定义该眼镜架的工作轮廓，

-第一轮廓代价函数提供步骤，在该步骤过程中，提供第一轮廓代价函数，该第一轮廓代价函数是该工作轮廓的至少一个部分的曲线的m阶导数的函数，其中，m是大于或等于2的整数，

-轮廓代价函数集提供步骤，在该步骤过程中，提供一个轮廓代价函数集，该轮廓代价函数集中的每个轮廓代价函数是至少该工作轮廓与该轮廓的这些测量点之间的偏差的函数，并且该轮廓代价函数集包括至少一个轮廓代价函数，

-全局轮廓代价函数求值步骤，在该步骤过程中，对一个全局轮廓代价函数进行求值，该全局轮廓代价函数是该第一轮廓代价函数加权和和该轮廓代价函数集中的每个轮廓代价函数的加权和，

-轮廓修改步骤，在该步骤过程中，修改该工作轮廓，

其中，重复该全局轮廓代价函数求值步骤和该轮廓修改步骤以便使该全局轮廓代价函数最小化。和/或

-m小于或等于4；和/或

-该第一轮廓代价函数是该整个工作轮廓的曲线的m阶导数的函数；和/或

-在该全局轮廓代价函数中，该第一轮廓代价函数的权重表示在总权重的0.1％与10％之间；和/或

根据一个进一步的方面，本发明涉及一种包括一个或多个存储指令序列的计算机程序产品，该一个或多个存储指令序列可由处理器访问并且当由该处理器执行时引起该处理器实施根据本发明的方法的这些步骤。

本发明还涉及一种计算机可读介质，该计算机可读介质承载了根据本发明的计算机程序产品的一个或多个指令序列。

此外，本发明涉及一种使计算机执行本发明的方法的程序。

本发明还涉及一种其上记录有程序的计算机可读存储介质；其中，该程序使计算机执行本发明的方法。

本发明进一步涉及一种包括处理器的装置，该处理器被适配用于存储一个或多个指令序列并且实施根据本发明的方法的这些步骤中的至少一个步骤。

如从以下讨论中明显的是，除非另有具体规定，否则应认识到，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装置的动作和/或过程，该动作和/或过程对于在该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/或将其转换成在该计算系统的存储器、寄存器或其他此类信息存储、传输或显示装置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来执行在此所述操作的设备。此设备可以是为所期望的目的而专门构建的，或此设备可以包括一个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”)。这种计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，如但不限于任何类型的磁盘，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)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁性或光学卡，或任何其他类型的适合于存储电子指令并且能够耦联到计算机系统总线上的介质。

这些过程和显示方式不是与任何具体的计算机或其他设备内在相关的。各种通用系统都可以与根据此处的教导的程序一起使用，或者其可以证明很方便地构建一个更专用的设备以执行所期望的方法。各种这些系统所希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考任何具体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现如在此描述的本发明的传授内容。

附图说明

现在将参照附图来描述本发明的非限制性实施例，在附图中：

o图1是展现了根据本发明的不同实施例的方法的步骤的流程图，

o图2示出了承载由镜片制造商应用的临时标记的镜片，

o图3和图4概略地示出了眼睛和镜片的光学系统，

o图5示出了从眼睛转动中心的光线追踪，并且

o图6是展现了根据本发明的不同实施例的方法的步骤的流程图。

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，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

根据图1上所展示的本发明的实施例，根据本发明的用于优化光学镜片的至少一个光学表面的方法包括：

-光学表面参数提供步骤S1，

-工作光学表面定义步骤S12，

-第一表面代价函数提供步骤S2，

-表面代价函数集提供步骤S3，

-全局表面代价函数求值步骤S41，以及

-修改步骤S42。

重复求值步骤和修改步骤以便使在全局表面代价函数求值步骤S41中被求值的全局表面代价函数最小化。

在光学表面参数提供步骤S1过程中，提供对有待确定的光学表面进行定义的至少一个参数。例如，提供有待优化的初始光学表面IS。

在工作光学表面定义步骤S12过程中定义工作表面WS。工作光学表面WS初始被定义为等于初始光学表面IS。

根据替代性实施例，该工作光学表面WS初始被定义为等于该初始光学表面IS的一部分。

在第一表面代价函数提供步骤S2过程中，提供第一表面代价函数J1。第一表面代价函数J1是工作表面WS的n阶导数的函数，其中，n是大于或等于2的整数。根据本发明的实施例，n小于或等于4。

根据本发明的优选实施例，该第一表面代价函数与工作表面WS的n阶导数成正比。换言之，当工作表面的n阶导数最小时第一代价函数J1最小。

在表面代价函数集提供步骤S3过程中，提供表面代价函数集J2、J3、……、Jp，p是大于或等于2的整数，即，表面代价函数集包括至少一个代价函数。

该表面代价函数集中的每个表面代价函数是工作光学表面的求值区上的至少一个判据的函数。

根据本发明的实施例，在初始表面上限定至少一个求值区并且代价函数与该求值区相关联。代价函数是求值区的至少一个判据的值的函数。

求值区可以是任何类型的并且具有任何形状。例如，求值区可以是周边镜圈，尤其是所选择的旨在与眼镜片一起使用的眼镜架的镜圈。

求值区可以进一步是光学镜片的鼻区或颞区。

当有待优化的光学表面是渐进式多焦点镜片的光学表面时，求值区可以是近视觉区、和/或远视觉区、和/或近视觉区与远视觉区之间的中间通路。远视觉区与远视觉点周围的区相对应而近视觉区与近视觉点周围的区相对应。

渐进式镜片包括已经被协调标准ISO8990-2作成强制性的微标记。还可以在镜片的表面上应用临时标记，从而指示镜片上的屈光度测量位置(有时被称为控制点)(如针对远视和针对近视)，例如棱镜参考点以及拟合交叉点，如在图2上所展现的。应当理解，在此由术语远视觉点和近视觉点所指的可以是包括在镜片的第一表面上的由镜片制造商分别提供的FV和NV临时标记的正交投影中的点中的任何一个点。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种控制点。

代价函数集中的每个代价函数Ji的判据可以是在求值区的给定点处或者在求值区的部分(例如，全部)上的表面判据。

例如，可以在由以下各项组成的列表中选择表面判据：求值区中的至少一个点的球面、求值区上的平均球面、求值区中的至少一个点的柱面、求值区上的平均柱面、求值区中的至少一个点的高度、求值区上的平均高度、求值区中的至少一个点的球面梯度、求值区中的至少一个点的柱面的梯度、求值区中的至少一个点的球面的二阶导数、求值区中的至少一个点的柱面的二阶导数。

如已知的是，非球面表面上的任一点处的最小曲率CURV_min由以下公式来定义： ${\mathrm{CURV}}_{min}=\frac{1}{R_{max}}$

其中，R_max为局部最大曲率半径，用米来表示，并且CURV_min用屈光度来表示。

类似地，非球面表面上的任一点处的最大曲率CURV_max可以由以下公式来定义： ${\mathrm{CURV}}_{max}=\frac{1}{R_{min}}$

其中R_min为局部最小曲率半径，用米来表示，并且CURV_max用屈光度来表示。

可以注意到，当表面局部为球面时，局部最小曲率半径R_min和局部最大曲率半径R_max是相同的，并且相应地，最小和最大曲率CURV_min和CURV_max也是完全相同的。当表面是非球面时，局部最小曲率半径R_min和局部最大曲率半径R_max是不同的。

根据最小曲率CURV_min和最大曲率CURV_max的这些表达式，标记为SPH_min和SPH_max的最小球面和最大球面可以根据所考虑的表面类型来推断。

当所考虑的表面是物体侧表面(也称为前表面)时，这些表达如下：

${\mathrm{SPH}}_{min}=(n-1)*{\mathrm{CURV}}_{min}=\frac{n-1}{R_{max}}$ 并且 ${\mathrm{SPH}}_{max}=(n-1)*{\mathrm{CURV}}_{max}=\frac{n-1}{R_{min}}$

其中，n为镜片的成分材料的指数。

如果所考虑的表面是眼球侧表面(也称为后表面)时，这些表达如下：

${\mathrm{SPH}}_{min}=(1-n)*{\mathrm{CURV}}_{min}=\frac{1-n}{R_{max}}$ 并且 ${\mathrm{SPH}}_{max}=(1-n)*{\mathrm{CURV}}_{max}=\frac{1-n}{R_{min}}$

其中，n为镜片的成分材料的指数。

如熟知的，在非球面表面上的任一点处的平均球面SPH_mean也可以通过下公式来定义：

${\mathrm{SPH}}_{mean}=\frac{1}{2}({\mathrm{SPH}}_{min}+{\mathrm{SPH}}_{max})$

因此，平均球面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

-柱面CYL也通过公式CYL＝|SPH_max-SPH_min|定义。

镜片的任何非球面的特性可以借助于局部平均球面和柱面来表示。

对于非球面表面而言，局部柱面轴线γ_AX可以被进一步定义。

柱面轴线γ_AX为最大曲率CURV_max的取向相对于参考轴线并且在所选择的旋转方向上的角度。在以上定义的惯例中，参考轴线是水平的(此参考轴线的角度为0°)，并且在看向佩戴者时该旋转方向对于每一只眼睛而言是逆时针的(0°≤γ_AX≤180°)。因此，+45°的柱面轴线γ_AX的轴线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。

根据本发明的优选实施例，光学镜片是适配于佩戴者的眼镜片并且表面代价函数集中的这些表面代价函数之一的这些判据中的至少一个判据与佩戴者的处方相关。

此外，考虑到佩戴镜片的人的状况，渐进式多焦点镜片也可以由光学特点定义。因此，这些代价函数的判据可以是光学判据。

图3和图4是眼睛和镜片的光学系统的图形展示，因此示出了在说明书中使用的定义。更精确地，图3展现了这种系统的透视图，展示了用于定义注视方向的参数α和β。图4是平行于佩戴者的头的前后轴线的竖直平面图，并且在参数β等于0的情况下时该竖直平面穿过眼睛的转动中心。

将眼睛的转动中心标记为Q’。图4中以点划线示出的轴线Q’F’是穿过眼睛的转动中心并且在佩戴者前方延伸的水平轴线，即，对应于主注视视角的轴线Q’F’。此轴线在称为拟合交叉点的一个点上切割镜片的非球面，该点在镜片上存在而使得眼科医生能够将镜片定位在一个参考系中。镜片的后表面与轴线Q’F’的交叉点是点O。如果其位于后表面上，那么O可以是拟合交叉点。具有中心Q’和半径q’的顶点球面，在水平轴线的一点上与镜片的后表面相切。作为示例，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结果。

给定注视方向——图3中的实线所表示——对应于眼睛绕着Q’转动的位置和顶点球面的点J。角β是在轴线Q’F’与直线Q’J在包括轴线Q’F’的水平平面上的投影之间形成的角；这个角出现在图3的示意图上。角α是在轴线Q’J与直线Q’J在包括轴线Q’F’的水平平面上的投影之间形成的角；这个角出现在图3和图4的示意图上。因此，一个给定的注视图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；如果该值为负并且越大，则注视上升越大。

在一个给定的注视方向上，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对应于镜片的后冠状平面。

工作视景(Ergorama)是使一个物点的通常距离关联于每一个注视方向的函数。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部侧的绝对值为约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。

使用这些元素可以在每一个注视方向上定义佩戴者的光学屈光力和散光。针对注视方向(α，β)来考虑在由工作视景给定的物距处的物点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一种薄镜片近似内计算物体接近度，该薄镜片近似用于确定工作视景。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：

$\mathrm{Pr}oxI=\frac{1}{2}(\frac{1}{JT}+\frac{1}{JS})$

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，可以将光学屈光力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，针对每个注视方向和一个给定物体接近度，将散光Ast定义为：

$Ast=|\frac{1}{JT}-\frac{1}{JS}|$

此定义对应于由镜片产生的一条射束的散光。可以注意到，该定义在主注视方向上给定了散光的典型值。通常称为轴线的散光角是角γ。角γ是在与眼睛关联的参考系{Q’，x_m，y_m，z_m}中测量的。它对应于借以形成图像S或T的角，该角取决于相对于平面{Q’，z_m，y_m}中的方向z_m所使用的惯例。

在佩戴条件中，镜片的光学屈光力和散光的可能定义因此可以如B.Bourdoncle等人的论文中所阐释那样计算，该论文的题目为“通过渐进式眼镜片的光线追踪(Raytracingthroughprogressiveophthalmiclenses)”(1990年国际镜片设计会议，D.T.Moore编，英国光电光学仪器学会会议记录)。判据佩戴条件应当理解为镜片相对于一位判据佩戴者的眼睛的位置，尤其通过-8°的全景角、12mm的镜片-瞳孔距离、13.5mm的瞳孔-眼睛转动中心以及0°的包角来定义。该广角是眼镜片的光轴与处于主位置的眼睛的视轴之间的竖直平面中的角，通常被视为是水平的。该包角是眼镜片的光轴与处于主位置的眼睛的视轴之间的水平平面中的角，通常被视为是水平的。可以使用其他条件。可以从用于给定镜片的光线跟踪程序来计算佩戴条件。此外，可以计算光学屈光力和散光，使得针对在这些佩戴条件中佩戴眼镜的一位佩戴者在参考点(即，远视中的控制点)处满足处方或者通过前聚焦计来测得处方。

图5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。在毛坯的情况下，只可以使用表面表征。需理解，光学表征要求根据佩戴者的处方来对镜片进行机械加工。相比之下，在眼镜片的情况下，该表征可以是表面类型或光学类型，这两种表征能用两种不同观点描述同一物体。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。

光学项中的值可以针对注视方向来表达。注视方向通常是由它们的降低程度以及原点在眼睛的旋转中心的一个参考系中的方位角来给定。当镜片被安装在眼睛前方时，对于一个主注视方向而言，称为拟合交叉点的一个点被置于眼睛的瞳孔或转动中心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，不论该拟合交叉点定位在镜片的什么表面(后表面或前表面)，该拟合交叉点因此对应于一个0°的降低角α和一个0°的方位角β。

以上参考图3至图5所作的描述是针对中央视觉而给出。在周边视觉中，由于凝视方向固定，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凝视方向而被考虑。当考虑周边视觉时，角α和角β对应于光线方向，而非凝视方向。

在全局代价函数求值步骤S41过程中对全局代价函数进行定义和求值。

全局代价函数G是第一表面代价函数与代价函数集中的每个表面代价函数的加权和，即，

$G=\underset{i=1}{\overset{p}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_i\×J_i$

其中，α_i是第i个代价函数的权重并且

根据本发明的实施例，第一代价函数的权重α₁包括在0.001与0.1之间。

在修改步骤S42过程中，修改工作表面WS并且针对经修改的工作表面重新对全局代价函数进行求值。

重复求值步骤和修改步骤以便使全局代价函数最小化。可以认为具有最小全局代价函数的工作表面WS是求值区上的判据与光学表面的整体平滑度之间的最佳折中。

根据本发明的实施例，该方法可以包括光学表面参数确定步骤，而不是具有工作光学表面定义步骤、全局表面代价函数求值步骤和修改步骤S42。在光学表面参数确定步骤过程中确定使全局表面代价函数最小化的至少一个光学表面参数。

可以实施根据本发明的方法以优化眼镜片表面，例如，适配于佩戴者的眼镜片的前表面。

具体而言，可以使用根据本发明的方法来优化光学镜片的前表面从而完全配合所选择的眼镜架。

因此，该方法在全局表面代价函数求值步骤S41之前可以进一步轮廓数据提供步骤S410，在该轮廓数据提供步骤过程中，提供表示眼镜架的轮廓的轮廓数据。此外，为了实现光学镜片的正面与眼镜架之间的完全配合，表面代价函数集中的这些表面代价函数中的至少一个表面代价函数是眼镜架的轮廓与眼镜片的表面之间的偏差的函数。

可以通过考虑眼镜架的轮廓点(X，Y，Z)集中的每个轮廓点(X，Y，Z)与眼镜片表面的在相同坐标(X，Y)处的相应表面点之间的Z坐标差来定义眼镜架的轮廓与眼镜片的表面之间的偏差。

可以通过考虑轮廓点集中的每个轮廓点与表面的表面点之间的坐标差来定义眼镜架的轮廓与眼镜片的表面之间的偏差，针对该表面点，该表面在所述表面点处的法线与所述轮廓点相交。眼镜架的轮廓与眼镜片的表面之间的偏差可以被定义为如之前定义的轮廓点集中的每个点与表面之间的这些差的总和、最大值或平均值。

技术人员可以考虑任何其他已知的方式来定义眼镜架的轮廓与眼镜片的表面之间的偏差。

根据本发明的这类实施例，光学镜片的正面是例如在近视觉区、远视觉区以及中间视觉区中定义的光学判据与佩戴者所选择的眼镜架的形状之间的最佳折中。有利地，具有这种表面的光学镜片将更容易且稳当地装配到所选择的眼镜架中。

根据本发明的实施例，可以优化这些代价函数的权重以便使眼镜架的轮廓与眼镜片的表面之间的偏差尽可能地接近期望值。

例如，通过改变这些代价函数(尤其是第一代价函数以及是眼镜架的轮廓与眼镜片的表面之间的偏差的函数的代价函数)的权重来实施根据本发明的优化光学表面的方法，以便使眼镜架的轮廓与眼镜片的表面之间的偏差尽可能地接近期望值。

可以从镜架形状数据库中提供或者可以由操作员测量眼镜架的形状。

当操作员测量眼镜架的轮廓时，获得的轮廓数据对应于一个点坐标列表。这类坐标列表用于根据本发明的方法中可能不够准确。实际上，在轮廓数据是点列表时使是眼镜架的轮廓与眼镜片的表面之间的偏差的函数的代价函数最小化会与提供光滑表面(即，使第一代价函数最小化)相冲突。

因此，本发明提出了一种方法用于优化经测量的眼镜架的轮廓的方法，该方法包括：

-轮廓数据提供步骤S410，

-工作轮廓定义步骤S411，

-第一轮廓代价函数提供步骤S412，

-轮廓代价函数集提供步骤S413，

-全局轮廓代价函数求值步骤S414，以及

-轮廓修改步骤S415，

根据本发明的实施例，重复全局轮廓代价函数求值步骤和轮廓修改步骤以便使全局轮廓代价函数最小化。

在轮廓数据提供步骤过程中提供轮廓的测量点。可以使用已知的测量装置来获得此类测量点。

在工作轮廓定义步骤过程中定义工作轮廓Cw。例如，可以通过将轮廓数据中的每个点连接起来或者通过考虑这些数据点的平均值而获得工作轮廓。

根据替代实施例，可以通过考虑两个或更多个连续数据点的多个平均值而获得工作轮廓Cw。

在第一轮廓代价函数提供步骤过程中提供第一轮廓代价函数Jc1。第一轮廓代价函数Jc1是工作轮廓Cw的至少一部分(例如，全部)的曲线的m阶导数的函数。

根据本发明的实施例，m是大于或等于2并且小于或等于4的整数。

在轮廓代价函数集提供步骤过程中提供轮廓代价函数集(Jc2、Jc3、……Jck)，其中，k是大于或等于2的整数，即，该轮廓代价函数集包括至少一个轮廓代价函数。

该轮廓代价函数集中的每个轮廓代价函数是在轮廓的一部分上定义的并且是至少工作轮廓与轮廓的测量点的一部分之间的偏差的函数。例如，每个代价函数被定义成当工作轮廓与轮廓的测量点的一部分之间的偏差最小时是最小的。

作为替代实施例，该轮廓代价函数集中的这些轮廓代价函数中的至少一个轮廓代价函数(例如，所有轮廓代价函数)是在整个轮廓上定义的。

在全局代价函数求值步骤过程中对全局轮廓代价函数进行定义和求值。全局代价函数是第一轮廓代价函数加权和和轮廓代价函数集中的每个轮廓代价函数的加权和，即，

$G_c=\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_i\×J_{ci}$

其中，β_i是第i个轮廓代价函数的权重并且

根据实施例，第一轮廓代价函数的权重β₁大于等或于0.001并且小于或等于0.05。

在轮廓修改步骤过程中修改工作轮廓并且针对经修改的工作轮廓重新对全局轮廓代价函数进行求值。

重复轮廓修改步骤和全局代价函数求值步骤以便获得工作轮廓，针对该工作轮廓，该全局代价函数是最小的。

有利地，所获得的工作轮廓由于第一轮廓代价函数而具有平滑的曲率并且由于另外的代价函数而准确地表示轮廓。

在代价函数集中具有多个轮廓代价函数允许针对眼镜架的轮廓的不同部分具有不同的权重。有人可能想要赋予轮廓的某些部分比其他部分更大的权重。这可以通过定义不同的轮廓代价函数以及为每个轮廓代价函数分配不同的权重而完成。

根据本发明的实施例，该方法可以进一步包括最大偏差步骤，在该步骤过程中定义轮廓的测量点与经优化的轮廓之间的最大偏差值，并且在该步骤过程中调整权重(例如，与第一代价函数相关联的权重)从而使得轮廓的测量点与经优化的轮廓之间的最大偏差等于所述最大偏差值。

本发明进一步涉及一种权重优化方法，在该权重优化方法中适配根据本发明的优化经测量的轮廓的方法中的代价函数(尤其是第一代价函数)的权重，以便使这些测量点与轮廓之间的偏差尽可能地接近期望值。

例如，在这种权重优化方法中，通过改变这些代价函数的权重来实施根据本发明的优化经测量的轮廓的方法以便使这些测量点与轮廓之间的偏差最小化。以上已经借助于实施例描述了发明，这些实施例并不限制本发明的发明构思。

虽然在这些详细描述的实施例中有待优化的光学表面是眼镜片的前表面，但将理解的是，在本发明的替代实施例中有待优化的光学表面可以是眼镜片的后表面。

此外，虽然在所描述的这些实施例中，建议通过机加工方法形成光学镜片的后表面，但将理解的是，在本发明的替代实施例中，镜片的两个或任一表面都可以通过机加工方法形成。

此外，尽管有待优化的表面被表示为凹面，但应认识到，此表面可以同样良好地为凸面或任何其他弯曲的表面。

在参考前述说明性实施例时，许多进一步的修改和变化将对本领域的普通技术人员而言是明显的，这些实施例仅以举例方式给出并且无意限制本发明的范围，本发明的范围仅是由所附权利要求书来确定的。

在权利要求书中，词“包括”并不排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除复数。不同的特征在相互不同的从属权利要求中被叙述这个单纯的事实并不表示不能有利地使用这些特征的一个组合。权利要求书中的任何参考符号都不应被解释为限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一种由计算机装置实施的用于确定光学镜片的至少一个光学表面的方法，该方法包括：

-光学表面参数提供步骤(S1)，在该步骤过程中，提供对有待确定的光学表面进行定义的至少一个参数，

-第一表面代价函数提供步骤(S2)，在该步骤过程中，提供第一表面代价函数，该第一表面代价函数是由该至少一个参数定义的该表面的n阶导数的函数，其中，n是大于或等于2的整数，

-表面代价函数集提供步骤(S3)，在该步骤过程中，提供表面代价函数集，该表面代价函数集中的每个表面代价函数是由该至少一个参数定义的该表面的求值区上的至少一个判据的函数并且该表面代价函数集包括至少一个代价函数，

-光学表面参数确定步骤(S4)，在该步骤过程中，确定该至少一个光学表面参数的使一个全局表面代价函数最小化的值，该全局表面代价函数是该第一表面代价函数与该表面代价函数集中的每个表面代价函数的加权和。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

-在该光学表面参数提供步骤(S1)过程中，提供该至少参数的初始值，从而定义一个初始光学表面，

-该方法进一步包括：

-一个工作光学表面定义步骤(S12)，在该步骤过程中，将一个工作光学表面(Li)定义为等于该初始光学表面(L0)的至少一个部分，

-一个全局表面代价函数求值步骤(S41)，在该步骤过程中，对该全局表面代价函数进行求值，

-一个修改步骤(S42)，在该步骤过程中，修改该工作表面，

并且其中，

-该第一代价函数是该工作表面的n阶导数的一个函数，该表面代价函数集中的每个表面代价函数是在该工作表面的一个求值区上的至少一个判据的一个函数，

-通过重复该求值步骤和该修改步骤来确定该至少一个光学参数的该值以便使该全局表面代价函数最小化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该表面代价函数集中的每个表面代价函数的该至少一个判据是在该求值区的至少一部分上的一个表面判据。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，该表面代价函数集中的每个表面代价函数的该至少一个判据是在由以下各项组成的列表中选择的：该求值区中的至少一个点的最小、最大或平均球面、该求值区上的平均球面、该求值区中的至少一个点的柱面、该求值区上的平均柱面、该求值区中的至少一个点的高度、该求值区上的平均高度、该求值区中的至少一个点的最小、最大或平均球面的梯度、该求值区中的至少一个点的球面的二阶导数、该求值区中的至少一个点的高斯曲率、该求值中的至少一个点的高斯曲率的梯度、该求值区中的至少一个点的最小曲率、该求值区中的至少一个点的法曲率。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该表面代价函数集中的每个表面代价函数的求值区是在由以下各项组成的列表中选择的：近视觉区、远视觉区、该近视觉区与该远视觉区之间的中间通路、周边镜圈、鼻区、以及颞区。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该光学镜片是适配于一位佩戴者的一个眼镜片，并且该表面代价函数集中的这些表面代价函数之一的判据中的至少一个判据与该佩戴者的处方相关。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，n小于或等于4。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在该全局表面代价函数中，该第一表面代价函数的权重表示在总权重的0.1％与10％之间。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中

-该光学镜片是适配于一位佩戴者的一个眼镜片，

-该方法在该光学参数确定步骤之前进一步包括一个轮廓数据提供步骤，在该轮廓数据提供步骤过程中，提供表示一个眼镜架的轮廓的轮廓数据，并且

-该表面代价函数集中的这些表面代价函数中的至少一个表面代价函数是该眼镜架的轮廓与该眼镜片的表面之间的偏差的函数。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在该轮廓数据提供步骤过程中提供的该轮廓数据是通过一种由计算机装置实施用于优化该眼镜架的测量轮廓的方法而获得的，该方法包括：

-一个轮廓数据提供步骤(S410)，在该步骤过程中，提供表示该眼镜架的轮廓的多个测量点的一项轮廓数据，

-一个工作轮廓定义步骤(S411)，在该步骤过程中，定义该眼镜架的工作轮廓，

-一个第一轮廓代价函数提供步骤(S412)，在该步骤过程中，提供一个第一轮廓代价函数，该第一轮廓代价函数是该工作轮廓的至少一个部分的曲线的m阶导数的一个函数，其中，m是大于或等于2的一个整数，

-一个轮廓代价函数集提供步骤(S413)，在该步骤过程中，提供一个轮廓代价函数集，该轮廓代价函数集中的每个轮廓代价函数是至少该工作轮廓与该轮廓的这些测量点之间的偏差的一个函数，并且该轮廓代价函数集包括至少一个轮廓代价函数，

-一个全局轮廓代价函数求值步骤(S414)，在该步骤过程中，对一个全局轮廓代价函数进行求值，该全局轮廓代价函数是该第一轮廓代价函数加权和和该轮廓代价函数集中的每个轮廓代价函数的加权和，

-一个轮廓修改步骤(S415)，在该步骤过程中，修改该工作轮廓，

其中，重复该全局轮廓代价函数求值步骤和该轮廓修改步骤以便使该全局轮廓代价函数最小化。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，m小于或等于4。

12.根据权利要求10或11中任一项所述的方法，其中，该第一轮廓代价函数是该整个工作轮廓的曲线的m阶导数的一个函数。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，在该全局轮廓代价函数中，该第一轮廓代价函数的权重表示在总权重的0.1％与10％之间。

14.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，该一个或多个指令序列对于处理器而言是可存取的，并且在由该处理器执行时致使该处理器实施如权利要求1至13所述的步骤。

15.一种计算机可读介质，该计算机可读介质承载如权利要求14所述的计算机程序产品的一个或多个指令序列。