CN107466375B - 用于增强现实的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明总体上提供用于虚拟图像的图像显示、如全息图像的显示的系统、方法和眼科镜片。根据本发明，眼科镜片有利地被配置成用于优化所述显示的虚拟图像的可视化。

Description

用于增强现实的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于增强现实的方法和系统。
本发明更具体地涉及虚拟图像的可视化。
背景技术
具有多个显示特征的头戴式设备在本领域中是已知的。这样的设备包括所谓的‘智能眼镜’，这允许其配戴者看得见图像或文本从而增强现实。
为了提高配戴者视觉舒适度，希望提供多种方法和系统，其中，以特别适配于配戴者和/或配戴设备的定制方式显示图像和文本。
对于屈光不正配戴者，视觉舒适性要求不仅要为‘自然视觉’(观看配戴者周围环境)提供合适的矫正，而且还要为虚拟图像或全息图像的可视化提供合适的矫正。
对于正视眼配戴者，例如在调节力储备减小后，或者为了在不同的注视方向(例如视近vs视远)上提供特定的视觉，可能需要针对虚拟视觉进行矫正。
发明内容
本发明总体上提供用于虚拟图像的图像显示的系统、方法和眼科镜片。
根据本发明，眼科镜片有利地被配置成用于矫正配戴者的虚拟视觉。可以对视觉进行如下矫正：对于屈光不正配戴者，可以矫正自然视觉和虚拟视觉两者。对于正视眼配戴者，认为处方数据是为零，使得例如由于缺乏调节力储备，可能不矫正自然视觉、而可能矫正虚拟视觉。在这种情况下，可以根据注视方向和/或根据可视化距离来提供对于虚拟视觉的矫正。
就广义而言，本发明依赖于全息反射镜在眼科镜片中的实现。所述反射镜是全息反射镜，因为它是使用全息过程进行记录的。但是根据本发明，所述全息反射镜用于可视化目的。这种反射镜用于反射图像源产生的光束，以便使配戴者看得见图像。所述全息反射镜不用于对所记录的全息图像进行重建(如传统全息图观看的情况)。由于所述记录，有利地根据本发明，反射镜被赋予光学功能，其能够在反射到所述反射镜上时改变源自图像源的光束的波前。这样允许矫正配戴者的虚拟视觉，因为本发明的镜片(结合了反射镜)可以改变在配戴者的眼睛中产生图像的光束。
虚拟图像因而不一定是全息图像。它可以是任何虚拟图像，如2D或3D图像。图像的性质源于图像源的性质，而不是源于全息反射镜的全息性质。可以使用全息图像源作为图像源，在这种情况下，虚拟图像是全息图像。
本发明的系统
本发明提供了一种眼科镜片供应系统。所述眼科镜片供应系统用于提供旨在被装配在镜架上并由配戴者配戴的眼科镜片，其中，所述眼科镜片包括全息反射镜，并且其中，所述镜架包括内置图像源，所述内置图像源被配置成用于照射所述全息反射镜，以便在反射到所述全息反射镜上时使所述配戴者看得见虚拟图像，其中，所述眼科镜片被配置成用于矫正所述配戴者的虚拟视觉，所述供应系统包括：
-被配置成用于订购眼科镜片的第一处理装置(PM1)，其中，所述第一处理装置(PM1)位于镜片订购侧(LOS)并且包括：
·被配置成用于输入配戴者处方数据(WPD)的输入装置(IM1)，
·可选地，被配置成用于输入镜架数据(FD)的输入装置(IM2)，其中，所述镜架数据(FD)包括至少一项图像源数据；
-被配置成用于基于配戴者处方数据(WPD)来提供镜片数据(LD)的第二处理装置(PM2)，其中，所述第二处理装置(PM2)位于镜片确定侧(LDS)并且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配戴者处方数据(WPD)、以及可选地将所述镜架数据(FD)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)，
其中，所述供应系统可选地进一步包括
-被配置成用于基于镜片数据(LD)和镜架数据(FD)来制造眼科镜片的制造装置(MM)，其中，所述制造装置位于镜片制造侧(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(MM)的第二传输装置(TM2)，
其中，所述制造装置(MM)包括被配置成用于记录全息反射镜的装置。
本发明的方法
本发明提供一种用于提供旨在被装配在镜架上并由配戴者配戴的眼科镜片的方法，其中，所述眼科镜片包括全息反射镜(HM)，并且其中，所述镜架包括内置图像源，所述内置图像源被配置成用于照射所述全息反射镜，以便在反射到所述全息反射镜上时使所述配戴者看得见虚拟图像，其中，所述眼科镜片被配置成用于矫正所述配戴者的虚拟视觉，所述方法包括以下步骤：
(a)提供具有前表面和后表面的眼科镜片，
其中，所述眼科镜片包括未记录的全息介质的膜(F)，
其中，所述眼科镜片可选地进一步包括振幅调制单元，所述振幅调制单元例如选自电致变色单元、偏振单元和光致变色单元，
(b)通过在参考光束(RB)与照明光束(IB)之间产生干涉来进行所述全息介质的全息记录，以便提供包括全息反射镜(HM)的眼科镜片，其中，所述全息记录在至少将所述镜架的配置考虑在内的光学安排中进行，以及
(c)可选地对从步骤(b)获得的所述镜片进行切割。
在一些实施例中，步骤(b)的所述光学记录进一步考虑到：
-所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化距离(D)和/或
-所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化方向和/或
-所述全息反射镜的、用于所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化的区域的数量。
在一些实施例中，所述配戴者存在屈光不正，步骤(a)的所述眼科镜片被配置成用于矫正所述配戴者的对于自然视觉的屈光不正，并且选自单光镜片、多焦点镜片(例如选自双焦点镜片)、以及渐变多焦点镜片。
在一些实施例中，在步骤(a)的眼科镜片中：
-所述未记录的全息介质选自重铬酸盐明胶和感光聚合物，并且
-所述未记录的全息介质的膜(F)设置在所述眼科镜片的前表面上、所述眼科镜片的后表面上、或者在所述眼科镜片的前表面与后表面之间。
在一些实施例中，步骤(b)的所述光学安排使得以以下各项对所述照明光束(IB)在空间上进行配置：
-一个或多个记录镜片(RL，RL1，RL2)，所述记录镜片选自单焦点镜片，如双焦点镜片等多焦点镜片、以及渐变多焦点镜片、或镜片矩阵(LM)、或具有相位调制的有源镜片，以及
-可选地，不透明遮罩(M)。
在一些实施例中，步骤(b)的所述光学安排使得：
-参考光束(RB)模拟用于照射所述全息反射镜的所述内置图像源的光束，以便使所述配戴者在戴着所述镜架时看得见所述虚拟图像的显示，并且
-所述照明光束(IB)被配置成用于限定
·所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化距离(D)和/或
·所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化方向和/或
·所述全息反射镜的、用于所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化的区域的数量。
在一些实施例中，步骤(b)的所述光学安排使得所述照明光束(IB)被配置成用于在所述未记录的全息介质的膜(F)上有差别地记录多个区域(A1，A2，NV，FV)，可选地，其中，每个区域(A1，A2；NV，FV)对应于所述配戴者对所述显示的虚拟图像的可视化距离(D；D_nv，D_fv)的相同或不同值，和/或对应于所述配戴者对所述显示的虚拟图像的相同或不同可视化方向。
在一些实施例中，步骤(b)的所述光学安排使得根据艾格玛函数(ergorama)来配置照明光束(IB)，其中，所述艾格玛函数根据在配戴所述镜架时的注视方向定义配戴者对所显示的虚拟图像的可视化距离(D)和/或可视化方向。
在一些实施例中，所述配戴者存在屈光不正，并且所述方法是一种用于提供渐变多焦点镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点眼镜片，相应地单光镜片)的方法，其中，步骤(a)的所述眼科镜片是渐变多焦点镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点眼镜片，相应地单光镜片)，并且其中，执行步骤(b)的所述全息记录，使得所述全息反射镜(HM)至少包括与所述配戴者对所显示的虚拟图像的可视化距离的不同值(D_nv，D_fv)相对应的、用于视近(NV)的区域和用于视远(FV)的区域。
在一些实施例中，所述配戴者存在屈光不正，并且所述方法是一种用于提供单光镜片的方法，其中，步骤(a)的所述眼科镜片是半成品镜片毛坯，其中，步骤(b)的所述光学安排包括辅助单光镜片(AL)的实现，所述辅助单光镜片的光焦度考虑到为了矫正所述配戴者的屈光不正所需的光焦度以及所述半成品镜片毛坯的光焦度，并且其中，所述辅助单光镜片(AL)用于在空间上配置所述参考光束(RB)或所述照明光束(IB)。
本发明的镜片
本发明提供了一种被配置成用于至少部分地对配戴者的对于所显示的虚拟图像的可视化的视觉进行矫正的眼科镜片，其中，所述眼科镜片包括全息反射镜(HM)或未记录的全息介质的膜(F)，可选地，其中，所述眼科镜片选自单光镜片、如双焦点镜片等多焦点镜片、渐变多焦点镜片以及半成品镜片毛坯。
在一些实施例中，所述眼科镜片旨在被装配在镜架上并且被所述配戴者配戴，其中，所述眼科镜片包括全息反射镜(HM)，并且其中，所述镜架包括内置图像源，所述内置图像源被配置成用于照射所述全息反射镜，以便在反射到所述全息反射镜上时使所述配戴者看得见虚拟图像。
在一些实施例中，所述全息反射镜(HM)由选自重铬酸盐明胶和感光聚合物的材料(相应地所述全息介质)制成，并且其中，所述全息反射镜(HM)(相应地，所述未记录的全息介质的膜(F))设置在所述眼科镜片的前表面上、所述眼科镜片的后表面上、或者在所述眼科镜片的前表面与后表面之间。
在一些实施例中，所述配戴者存在屈光不正，并且所述眼科镜片是渐变多焦点镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点眼镜片，相应地单光镜片)，并且所述全息反射镜(HM)至少包括与所述配戴者对所显示的虚拟图像的可视化距离的不同值(D_nv，D_fv)相对应的、用于视近(NV)的区域和用于视远(FV)的区域。其中，所述眼科镜片被配置成用于至少部分地对所述配戴者的对于所述显示的虚拟图像的可视化的屈光不正进行矫正。
在一些实施例中，所述全息反射镜(HM)至少包括用于视近(NV)的区域和用于视远(FV)的区域，并且
其中，所述全息反射镜(HM)被配置成使得其具有负值的下加光，其中，所述全息反射镜的下加光被定义为以下差值：
P_NV-P_FV
其中，P_NV是用于视近的光焦度，并且P_FV是用于视远的光焦度。
附图说明
图1示出了本发明的多副眼镜的视图。
图2示出了本发明的镜片。
图3示出了记录全息反射镜的原理(左)以及通过在虚拟图像可视化中复原反射镜的光学功能来利用所述反射镜(右)。
图4示出了用于记录全息反射镜的光学安排。
图5示出了本发明的多副眼镜的视图。
图6示出了全息反射镜的反射平面的定义。
图7示出了本发明的多副眼镜的视图。
图8示出了记录全息反射镜的原理以及通过在虚拟图像可视化中复原反射镜的光学功能来利用所述反射镜。
图9示出了本发明的镜片。
图10示出了根据本发明的用于记录全息反射镜的光学安排。
图11示出了与本发明的渐变多焦点镜片有关的实施例(11a)以及艾格玛函数的图示(11b)。
图12示出了本发明的镜片的实施例。
图13示出了根据本发明的用于记录半成品镜片上的全息反射镜的光学安排。
图14示出了包括电致变色单元的本发明的实施例。
图15示出了根据本发明的记录包括电致变色单元的镜片上的全息反射镜的光学安排。
图16示出了根据本发明的用于记录在镜片上具有扩展范围的全息反射镜的光学安排。
图17示出了根据本发明的用于记录全息反射镜的光学安排。
图18示出了根据本发明的用于记录镜片上的全息反射镜的光学安排。
图19示出了根据本发明的用于记录镜片上的全息反射镜的示例性光学安排。
图20示出了根据照明光束与参考光束之间的强度比变化的条纹对比度的变化。
图21-22-23示出了本发明的镜片。
图24-25示出了本发明的供应系统。
附图不一定是按比例绘制的，并且通常用于基于示意图说明目的。有时，没有示出元件，以简化表示。
定义
提供了以下定义来对本发明进行描述。
“计算机生成的图像”在本领域中是已知的。根据本发明，计算机生成的图像包括任何计算机生成的图像，如2D或3D衍射图像、计算机生成的2D或3D全息图像、任何幅值图像等。可以使用计算机生成的图像作为虚拟图像。
“全息图像”在本领域中是已知的。这类全息图像可以通过阅读(照射)全息图而被显示。计算机生成的全息图又被称为合成或数字全息图。计算机生成的全息图通常是通过选择2D或3D图像而获得的，并且以数字方式计算其全息图。全息图像可以通过光学重建(即，通过用合适的光束(全息图的参考光束)照射(读取)全息图)而被显示。全息图像可以是2D或3D的。
“全息反射镜”在本领域中是已知的。这种反射镜可以从特定材料获得，如重铬酸盐明胶或感光聚合物。感光聚合物可以处于任何物理状态(液态、固态、糊状等)，并在标准条件下包括那些固态和那些液态。将镜像功能全息记录在特定的材料中。
感光聚合物制剂通常含有一种或多种单体或低聚物，其呈现至少一种烯属不饱和光可聚合部分以及与至少一种对于照明波长敏感的组分聚合的光引发体系。它们可以包含允许增大可见光的光谱敏感性的范围的光引发剂和光敏剂的组合。
这些感光聚合物制剂可以包含各种添加剂，如非穷举列表中的聚合物、溶剂、增塑剂、转移剂、表面活性剂、抗氧化剂、热稳定剂、防沫剂、增稠剂、匀染剂、催化剂等等。
感光聚合物的实例包括商用感光聚合物，如OmniDex(内穆尔E.I.杜邦公司(EP0377182A2))、Bayfol HX(拜耳公司)、Darol(Polygrama)或SM-TR感光聚合物(Polygrama)。
取决于它们的组成，特别是取决于溶剂存与否及其粘度，可以设想不同类型的处理。感光聚合物层的厚度可以是从1μm至100μm、优选从4μm至50μm。
包含溶剂的制剂可以以不同的方式进行加工，例如通过旋涂、浸涂、喷涂或棒涂(矿物或有机)玻璃平面基材，或通过旋涂、浸涂或喷涂在弯曲的(矿物或有机)玻璃基材上，以便获得希望的厚度。在涂布之后，通常必需溶剂蒸发步骤以获得准备好要记录的感光聚合物层(图2(a))。
当配方不含溶剂时，在它们的粘度不太高时能以相同的方式使用它们。在这种情况下，蒸发步骤不是必需的。尽管如此，优选的方法包括将感光聚合物直接封装在具有平面或弯曲形状的两个(矿物或有机)玻璃片之间(图2(a))。
在这种情况下可以使用两种方法。在第一种方法中，将厚度从5μm至50μm(取决于感光聚合物)所需的液体量沉积在玻璃片上。所述液体包含适配于最终期望的厚度的、直径为从5μm至50μm的、由玻璃或聚合物制成的间隔物。将第二块玻璃片放置在液滴上。其允许铺展和限制感光聚合物。在曝光和聚合之后，感光聚合物成为固体(或至少凝胶化)，并且它将两块玻璃片附接在一起。然后进行周边密封，以保护感光聚合物的边缘不与可能会随时间将其损坏的液体或大气相接触。
在第二种方法中，单元与两块(平面的或弯曲的)玻璃片组装并且沿着周边对除了允许用液体感光聚合物对单元进行填充的孔以外的所有地方进行密封。可以通过将单元置于低压下或真空下并将其插入感光聚合物中来进行填充。然后用有机胶(例如在UV下或热处理下进行聚合的胶)对孔进行密封。
另一种方法包括：
-将感光聚合物沉积在柔性基材上，例如像聚合物膜、聚酯等，
-通过蒸发或加热来去除最终的溶剂，
-使用公知的转移方法将涂有所述感光聚合物的膜转移到具有平面或弯曲形状的(矿物或有机物)基材上，并使它们适配于所使用的材料(膜和感光聚合物)(例如ESSILOR专利申请WO 2007144308 A1、WO 2010010275 A2)。在这种情况下，感光聚合物可以位于转移后的膜的表面或与基材相接触。
在沉积感光聚合物之后且在其曝光之前，需要将其静置通常15分钟至2小时。在此期间与沉积过程相关的应力消失。在记录全息反射镜之后，在UV下进行后曝光以使残留单体聚合。
可以用吸收一部分可见光的光敏剂对感光聚合物层进行着色。优选地选择这些光敏剂在暴露于可见光下之后完全失去其颜色。在UV下或白光下的后曝光减少了残留吸收。
可以根据所使用的材料来实现热处理以提高全息图的折射率调制及其衍射效率。
“头戴式显示设备”(HMD)在本领域中是已知的。这类设备要配戴在配戴者的头上或周围，包括头盔式显示器、光学头戴式显示器、头戴式显示器等等。它们包括用于显示图像以便配戴者看得见的光学安排。HMD可以提供计算机生成的图像和‘现实’视野的叠加可视化。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。所述镜片可以选自处方镜片。根据本发明，HMD包括空间光调制器(SLM)。在优选实施例中，HMD是一副配备有多个镜片的眼镜。
“空间光调制器”(SLM)在本领域中是已知的。所述SLM可以是相位SLM、仅相位SLM、仅振幅SLM、或者相位振幅SLM。在存在的情况下，振幅调制优选地独立于相位调制，并且允许减少图像斑点，以便在灰度方面提高图像质量。SLM可以是：
-反射式SLM(引起显示在SLM上被反射的光束)。其实例包括由LCoS材料(硅上液晶)制成的SLM。可能的商业来源包括德国Holoeye公司、美国博尔德非线性系统公司(Boulder Nonlinear Systems)、美国晶典公司(Syndiant)、剑桥科技公司(Cambridgetechnologies)；或
-透射式SLM(引起显示透射过SLM的光束)。可能的商业来源的实例包括博尔德非线性系统公司和德国Holoeye公司。
“图像源”IS在本领域中是已知的。根据本发明，图像源IS是可以发射适合(被安排成、被配置成)用于显示图像以便配戴者看得见的光束的任何光源。可视化发生在源自图像源的照明光束反射到全息反射镜上之后。关于全息图像的显示，所述光束包括全息图的参考光束。可以从图像数据(例如计算机生成的图像数据)来显示图像。
根据本发明，IS可以是被配置成用于显示虚拟图像(计算机生成的图像)的任何图像源。它可以是屏幕(例如OLED、LCD、LCOS等)、与其光源(例如激光器、二极管激光器等)结合使用的相位和/或幅度SLM(空间光调制器)、投影仪(如微型投影仪(可以使用LED、二极管激光器等的MEMS或DLP))、或任何其他来源。IS还可以包括任何其他图像源(计算机生成的图像源)和/或控制电子器件和/或电源等。
针对单色使用，优选的是被发射用于图像显示的光束包括绿光(波长约500nm-560nm)。绿光的优点在于由于人类视网膜对这个范围中的波长更加敏感，因此需要较低的能量(例如，小于1mW)。在约520-550nm发光的单色光源的实例包括绿光OLED显示器、2类激光器、532nm激光器、520nm激光二极管(例如，来自德国欧司朗公司或日本日亚公司)、在约550nm发光的LED等。优选地，单色源的功率小于10mW。其他合适的单色光源包括红色：615-645nm；绿色：520-550nm；蓝色：435-465nm。
“镜架数据”是指与镜架的结构相关的一个或多个数据集，并且可以包括多个设计参数，如镜架的一个元件的相对位置。实例包括数据，诸如镜架的前倾角、曲线、形状和尺寸等。镜架数据FD可以包括至少一个图像源数据ISD。这包括图像源的位置、图像源相对于镜架中的一个或两个镜片的相对位置(距离和/或空间取向)、图像源相对于镜架中的一个或两个全息反射镜的相对位置(距离和/或空间取向)。例如，当图像源是透过全息反射镜与图像源之间的镜片而成像时，相对位置是图像源的虚拟距离。这还包括与图像源本身的特征有关的数据，如发射波长、功率、光圈等。
“镜片数据”(LD)是指表征眼科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)特征和/或一个或多个光学特征的数据，如镜片材料的光学折射率。镜片数据LD可以对应于镜片的后表面和/或镜片的前表面、或它们的相对位置。所述镜片数据LD可以进一步包括与镜片的总体几何形状有关的数据，例如平均曲率半径、凸度数据等。所述镜片数据LD还可以包括关于存在于镜片上的镜片表面涂层及其特征的数据；与存在于镜片上的全息反射镜及其特征有关的数据；或与存在于镜片中的任何振幅调制材料(如电致变色材料)及其特征有关的数据。
“配戴者眼科数据”或“眼科数据”OD在本领域中是已知的。配戴者眼科数据包括配戴者处方数据PD、配戴者眼睛敏感性数据SD和配戴者眼科生物统计数据BD、以及一般地与任何配戴者视觉缺陷有关的数据，包括(例如)与色散、缺少眼晶状体(缺少晶状体)有关的数据等。
“处方数据”PD在本领域中是已知的。处方数据指的是为配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：处方远视觉平均屈光力PFV、和/或处方散光值CYLFV和/或处方散光轴线AXEFV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。平均屈光力PFV是通过将处方散光值CYLFV的半值加到处方球镜值SPHFV上获得的：PFV＝SPHFV+CYLFV/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屈光力PFV上针对近距离(近)视觉获得每只眼睛的平均屈光力：PNV＝PFV+A。在渐变镜片的处方的情况下，处方数据包括为每只眼睛指示SPHFV、CYLFV及A的值的配戴者数据。在优选实施例中，配戴者处方数据PD选自散光模数、散光轴位、焦度、棱镜和下加光、以及更概括地指示任何给定视觉缺陷的矫正的任何数据。这种缺陷可能是由部分视网膜脱落、视网膜或虹膜或角膜结构变形造成的，
“配戴者眼睛敏感性数据”SD在本领域中是已知的。配戴者眼睛敏感性数据包括光谱敏感性(针对一个或多个波长或光谱带)的数据；一般敏感性，如亮度敏感性，例如，室外亮度敏感性。这类数据对于优化配戴者的图像可视化对比度而言具有重要性。
“配戴者眼科生物统计数据”或“生物统计数据”BD在本领域中是已知的。生物统计数据包括与配戴者的形态有关的数据，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、眼睛的转动中心的位置、眼远点、眼近点等。
具体实施方式
根据本发明的虚拟图像可视化
全息技术在本领域中是已知的。它们通常首先包括在合适的介质(如全息支撑件)上进行记录的步骤、和然后重建全息图像的步骤。记录通常包括用参考光束和照明光束对介质的双重照明。可以通过用参考光束照射记录的介质来重建全息图像。
广义而言，本发明实现了记录步骤，但是不包括如上所述的重建步骤。
根据本发明，使用记录步骤来将光学功能记录(赋予)在全息材料的膜F中。所得到的结果(记录膜)是用于反射来自图像源的光束的反射镜，以便使配戴者看得见虚拟图像。
图3和图8展示了这一点，其中，全息介质是全息反射镜：左侧部分示出了介质记录，并且右侧部分示出了配戴者看得见虚拟图像(来自图像源)。图像源IS提供照射全息反射镜的光束。将来自IS的光束朝向受试者的眼睛反射到反射镜上。在图3中，将要进行可视化的虚拟图像位于配戴者的无限远(或非常大)的距离处。图8展示了在瞳孔共轭的情况下的虚拟图像的可视化。在眼睛瞳孔上形成虚拟图像。
可以根据光学安排进行反射镜的记录。在图4上示出了示例性光学安排。在这个图上，所述记录实现了激光器。偏振分束器PBS允许将光束‘分开’。参考标志PMF是保偏光纤。光束的分离提供了两条光束：照射全息记录介质的一侧的参考光束RB、以及照射全息介质的另一侧的照明光束IB。这样允许全息反射镜HM的记录。一旦设定了光学安排(例如光束的几何形状、大小等)，可以通过改变一个或多个参数来修改全息反射镜的特征，所述参数包括两条光束之间的功率比(影响边缘对比度和衍射效率)、曝光时间(影响衍射和漫射效率-参见图20，其示出了根据照明光束与参考光束之间的强度比变化的条纹对比度的变化)、以及可能使用可旋转支撑件用于光纤端部(影响光束在离开PMF光纤时的偏振)。在图19上示出了光学安排的参数的实例(F：要记录的全息材料的膜，PBS：偏振分束器，PMF：保偏光纤，RL：记录镜片，IB：照明光束，RB：参考光束)。
一般而言，本发明涉及系统、方法和镜片。
本发明提供了一种用于装配到镜架上并由配戴者配戴的眼科镜片，其中，所述眼科镜片包括全息反射镜，并且其中，所述镜架包括内置图像源，所述内置图像源被配置成用于照射所述全息反射镜，以便在反射到所述全息反射镜上时使所述配戴者看得见虚拟图像。所述镜片可以被配置成用于矫正配戴者的虚拟视觉。
这意味着虚拟视觉(配戴者看得见虚拟图像)是通过镜架的内置图像源照射镜片中存在的全息反射镜而产生的。如本文中所提及的，所述眼科镜片可以被配置成用于屈光不正配戴者或正视眼配戴者。根据本发明，在一些方面，所述眼科镜片有利地被配置成用于矫正配戴者的对于自然视觉和所述显示的虚拟图像的可视化两者的屈光不正。在一些实施例中，配戴者的对于虚拟视觉的屈光不正可以被完全矫正或至少部分地矫正。在一些方面：对于正视眼配戴者，例如根据注视方向和/或根据可视化距离，可能不矫正自然视觉、而可能矫正虚拟视觉。
在图1、图5和图7示出了具有本发明的镜片的示例性镜架。
图像源IS位于镜架的眼镜侧杆上，例如位于镜腿水平。图像源IS朝向镜片发射光束。然后通过镜片中的全息反射镜朝向配戴者的眼睛反射光束以用于虚拟图像的可视化。在一些实施例中，从IS发射的光束可以首先通过全息偏转器H defl进行偏转。使用偏转器或任何其他偏转部件(棱镜、微棱镜、全息部件、格栅、准直和/或偏转镜片、及其组合等)允许在空间上对IS进行配置(例如定向、压缩等)。
因而所述全息反射镜是离轴的。此外，所述反射镜是弯曲的，因为其光学功能是‘弯曲的’：其将球面波转换成不同的球面波(例如用于视近的虚拟图像)，或转换成平面波(虚拟图像位于无限远处)。这样使得提供用于在将会矫正配戴者的对于自然视觉和虚拟图像的可视化两者的屈光不正的眼科镜片中使用的全息反射镜是复杂的。例如，镜架的配置可以考虑IS的光发射的取向和因而考虑其立体角。例如，图5示出了图像源的不同取向并且展示了IS的发射立体角(虚线)。镜架的配置还限定了全息反射镜的反射平面与镜架之间的角度。这在图6中进行了展示(Refl Pl：反射平面，HM：全息反射镜，IS：图像源，E：配戴者的眼睛)。IS相对于全息反射镜的横向位置(图7上的x，y)限定了图像相对于配戴者的目光的居中。IS的纵向位置(图7上的z)很重要。IS的位置很重要，因为它直接影响了反射镜反射的波的强度，使得不正确的定位产生具有光学像差(S，C，轴线，高阶像差)的虚拟图像。对于镜架的配置应考虑到这样的参数。
另外，希望配戴者可以在不同距离处看得见虚拟图像，例如视近下的虚拟图像和视远下的虚拟图像。
并且，包括全息反射镜的镜片可以具有不同的结构，其中，全息反射镜HM可以位于镜片的眼睛侧(后)表面上、位于镜片的(与眼睛相对的)前表面上、或在镜片的(大部分)前表面与后表面之间。
因此，有利地根据本发明，提供了考虑到配戴者的屈光不正(尤其是处方数据)的系统、镜片和方法。
根据本发明，可以在虚拟光学功能的方面‘整体’定义全息反射镜的特征。这种功能考虑到光束所采取的光路，与镜片的精确机械结构无关。这考虑到镜片中的可能的折射，并且在任何情况下都考虑到HM上的反射。这种方法因而可以应用于所有可能的镜片结构，例如：来自IS的、在HM上单次反射(HM位于镜片的后侧)的光路；或来自IS的、首先在镜片的后侧上折射、然后在HM上折射、然后在镜片的后侧上再次折射、然后到配戴者眼睛(HM位于镜片的前侧)的光路。可以有利地根据艾格玛函数来定义虚拟光学功能。所述艾格玛函数可以根据在戴着所述镜架时的注视方向来定义配戴者对所述显示的虚拟图像的可视化距离(D)和/或可视化方向。
本发明的系统
本发明提供了一种眼科镜片供应系统。
所述系统用于提供旨在装配到镜架上并由配戴者配戴的眼科镜片，其中，所述眼科镜片包括全息反射镜，并且其中，所述镜架包括内置图像源，所述内置图像源被配置成用于照射所述全息反射镜，以便在反射到所述全息反射镜上时使所述配戴者看得见虚拟图像。
所述系统提供的眼科镜片被配置成用于矫正配戴者的虚拟视觉。
根据本发明，在一些方面，所述眼科镜片有利地被配置成用于矫正配戴者的对于自然视觉和所述显示的虚拟图像的可视化两者的屈光不正。在一些方面：对于正视眼配戴者，例如根据注视方向和/或根据可视化距离，可能不矫正自然视觉、而可能矫正虚拟视觉。
所述供应系统包括：
-被配置成用于订购眼科镜片的第一处理装置PM1，其中，所述第一处理装置PM1位于镜片订购侧LOS并且包括：
·被配置成用于输入配戴者处方数据WPD的输入装置IM1，
·可选地，被配置成用于输入镜架数据FD的输入装置IM2，其中，所述镜架数据FD包括至少一项图像源数据LSD；
-被配置成用于基于配戴者处方数据WPD来提供镜片数据LD的第二处理装置PM2，其中，所述第二处理装置PM2位于镜片确定侧LDS并且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配戴者处方数据WPD、以及可选地将所述镜架数据FD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。
镜架数据FD可以包括图像源数据ISD中的一项或多项(例如空间配置、位置、距镜片或距反射镜的距离、发射角度等中的一项或多项；还可以参见以上定义)。这样的数据可以在目录中或从配戴者所请求的定制信息中进行选择。
在一些实施例中，所述供应系统可以进一步包括第三处理装置PM3，所述第三处理装置被配置成用于输入一项或多项另外的数据，如虚拟图像的可视化距离的一个或多个值、与可视化方向有关的数据、HM的区域的数量(例如，存在至少一个用于视近下的虚拟可视化的区域、以及至少一个用于视远下的虚拟可视化的区域；还参见下文)。
镜片订购侧LOS通常位于为配戴者(顾客)订购镜片的眼睛护理专业人员或眼科医生的处所。
以上输入装置IM中的每一个输入装置可以是被配置成用于输入相关数据的任何输入装置。所述输入装置是优选地为方便界面(例如，可与显示装置结合使用)而选择的，并且可以是计算机(如PC或膝上型计算机、平板电脑、手机、终端、遥控器等)的键盘。
镜片确定侧LDS装备有处理装置，所述处理装置可以有利地适用于执行本领域中已知的镜片确定方法中的任何一种方法。
在一些实施例中，所述供应系统可以可选地进一步包括：
-被配置成用于基于镜片数据LD和镜架数据FD来制造眼科镜片的制造装置MM，其中，所述制造装置位于镜片制造侧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MM的第二传输装置TM2，
其中，所述制造装置MM包括被配置成用于记录全息反射镜的装置。
在一些实施例中，可以将镜架数据FD从LOS直接传输到LDS、然后传输到LMS。在一些实施例中，可以将镜架数据FD从LOS直接传输到LMS。
镜片制造侧LMS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在本领域中是已知的，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可以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。被配置成用于记录全息反射镜的装置在本领域中是已知的，并且在本文中在本发明的一些方面进行了进一步的描述。
镜片制造侧可以进一步包括适合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所述信息传输到相关制造装置。
在替代性实施例中，所述供应系统可以进一步包括：
-第四处理装置PM4，其中，所述第四处理装置PM4位于镜架订购侧LFS，并且包括被配置成用于输入镜架数据FD的输入装置IM4，其中，所述镜架数据FD包括至少一个图像源数据LSD；以及
·被配置成用于将所述镜架数据FD从所述第四处理装置PM4传输到LOS、LDS或LMS的第四传输装置TM4。
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，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，第一和/或第二和/或第三和/或第四处理装置PM1、PM2、PM3、PM4可以是计算机实体并且可包括存储器MEM。这些计算机实体可以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适合于在镜片供应系统内实现的存储器。所述存储器可以适合于存储数据，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。存储器可以被设置在一个或多个存储元件/装置中，并且可以作为服务器的一部分。
在图24-25示意性地表示了本发明的示例性眼科镜片供应系统。
发明方法
本发明涉及一种用于提供旨在装配在镜架上并由配戴者配戴的眼科镜片的方法。所述眼科镜片包括全息反射镜(HM)，并且其中，所述镜架包括内置图像源，所述内置图像源被配置成用于照射所述全息反射镜，以便在反射到所述全息反射镜上时使所述配戴者看得见虚拟图像，其中，所述眼科镜片被配置成用于矫正所述配戴者的虚拟视觉。
根据本发明，在一些方面，所述配戴者是屈光不正的，所述眼科镜片有利地被配置成用于矫正配戴者的对于自然视觉和所显示的虚拟图像的可视化两者的屈光不正。在一些方面：对于正视眼配戴者，例如根据注视方向和/或根据可视化距离，可能不矫正自然视觉、而可能矫正虚拟视觉。
这些方法可以有利地在镜片制造方法中实现。
如本文中所披露的，在一些实施例中，配戴者的对于虚拟视觉的屈光不正可以被完全矫正或至少部分地矫正。
根据本发明，所述方法包括提供具有前表面和后表面的眼科镜片的步骤(a)，其中，所述眼科镜片包括未记录的全息介质的膜F。全息介质在本领域中是已知的。这种介质包括如本文中所描述的重铬酸盐明胶和感光聚合物。在一些实施例中，所述全息介质可以是以液体形式提供的感光聚合物。在这种情况下，所述膜可以形成在两个玻璃层(壁)之间，以便被‘封装’。除了步骤(a)的镜片之外，还可以提供所述玻璃层，或者步骤(a)的镜片可以起到所述玻璃层之一的作用，或者(参见下文)振幅调制单元的壁可以起到一个玻璃层的作用。在优选的实施例中，所述膜可以“封装”在步骤(a)的镜片与玻璃层/壁之间，其中，所述膜可以设置在镜片的前表面或后表面处(参见图12，右侧列中显示的结构)。使用一个玻璃壁而不是两个玻璃壁而使得镜片不那么重，这样是有利的。典型的玻璃壁厚可以是300-2000μm。玻璃层材料的实例包括有机或无机玻璃。在一些实施例中，所述膜可以具有20-30μm的厚度(例如对于重铬酸盐明胶)或5-50μm(例如对于液体态感光聚合物)。在一些实施例中，在步骤(a)的眼科镜片中，未记录的全息介质选自重铬酸盐明胶和感光聚合物，并且未记录的全息介质的膜F设置在眼科镜片的前表面上、在眼科镜片的后表面上、或在眼科镜片的前表面与后表面之间。优选地，可以优选地设置膜F，以便覆盖镜片的整个表面(或者等同于插入到镜片的主体中)。
参考上文在‘全息反射镜’下的定义中提供的描述。
在一些实施例中，步骤(a)的眼科镜片被配置成用于矫正所述配戴者的对于自然视觉的屈光不正，并且选自单光镜片、如双焦点镜片等多焦点镜片和渐变多焦点镜片。
在一些实施例中，所述眼科镜片可以可选地进一步包括振幅调制单元。所述振幅调制单元可以例如选自电致变色单元、偏振单元和光致变色单元。这类单元在本领域中是已知的。在镜片包括光致变色元件时，可以有利地使得光致变色材料在步骤(b)过程中不变暗和/或在LS的照射下不会降解。
图2、图9、图12和图14中描绘了眼科镜片的可能结构；L(Rx)：镜片，如矫正镜片，例如处方镜片，F：未记录的全息材料的膜，HM：全息反射镜；G：玻璃壁或层；EC：电致变色材料或单元(更概括地可以是任何振幅调制材料或单元)。从这些图上可以看出，本发明内包含各种结构，并且HM可以位于镜片的后表面或前表面，可选地具有一个或多个玻璃壁G和/或EC层或单元。本文中设想到所有可能的组合。
另外，所述全息反射镜(HM)(分别是所述未记录的全息介质的膜(F))设置在所述眼科镜片的前表面上、所述眼科镜片的后表面上、或者在所述眼科镜片的前表面与后表面之间。
本发明的方法包括步骤(b)：通过在参考光束RB与照明光束IB之间产生干涉来进行所述全息介质的全息记录，以便提供包括全息反射镜HM的眼科镜片，其中，所述全息记录在至少将所述镜架的配置考虑在内的光学安排中进行。
有利地，根据步骤(b)，RB的配置相对于装配到镜架中的镜片中的HM来模仿(模拟)镜架上的IS的配置。具体地，RB的空间配置反映了一旦将镜片装配到镜架上即可实施用于记录反射镜的空间配置(取向、距离、宽度(投影在镜片上的区的形状和大小)等)。镜架上的内置图像源IS的实际位置因而可以进一步限定二次(重新成像)对应的图像源(例如，图23上的使用镜片L1在与S1的实际位置不同的位置成像的图像源S'1，所述镜片的位置是可调的或具有可调焦点)。因此，IB的配置可以反映物理图像源IS或二次(重新成像的)图像源的发射。
有利地，根据本发明，步骤(b)的光学安排允许提供产生所希望的光学功能的全息反射镜，即通过步骤(b)获得的全息反射镜被‘自动地’配置成用于提供合适用于通过镜片至少部分地矫正配戴者的对于虚拟视觉的屈光不正的光学功能。
参见图10。
如图10的右侧部分所示，对于膜F位于镜片L的前侧的第一种情况，来自图像源IS的光束穿过镜片L并被反射在全息反射镜HM上。被反射的波前WF与照明光束IB的波前相同，意味着虚拟图像似乎从无限远处而来，即如自然图像一样。镜片因而同时矫正自然视觉和虚拟图像的视觉两者。当膜F位于镜片L的后侧时，横穿镜片L之后的照明光束的波前在膜F上是发散的。因此，图像源IS的光束以与透过镜片L看到的现实图像相同的波前进行反射，并且虚拟图像似乎是源自与此现实图像相同的地方。为了实现这一点，镜片可以具有与配戴者的处方数据PD相同或接近的焦度值。
如图13所展示的，所述镜片可以是具有与PD相同或接近的焦度的成品镜片、或半成品镜片与互补镜片AL的组合，这种组合具有与PD相同或接近的焦度。
在一些实施例中，本发明的方法可以可选地包括对从步骤(b)获得的镜片进行切割的步骤(c)。
在一些实施例中，步骤(b)的光学记录可以进一步考虑到配戴者在戴着镜架时对所显示的虚拟图像的可视化距离(D)和/或配戴者在戴着镜架时对所显示的虚拟图像的可视化方向和/或全系反射镜的、用于配戴者在戴着镜架时对所显示的虚拟图像的可视化的区域的数量。
因而可以根据如本文中所定义的艾格玛函数来进行所述记录。艾格玛函数根据在(α，β)角坐标系统中定义的注视方向来定义可视化距离d(以屈光度δ计)：每个注视方向(α，β)对应于给定的可视化距离。在图11b提供了示例性艾格玛函数的图示。例如，在视近(α＝35°和β＝5°)中，可能具有30-50cm的可视化距离。
在一些实施例中，步骤(b)的光学安排被配置成使得以以下各项对照明光束IB在空间上进行配置：
-一个或多个记录镜片RL、RL1、RL2，所述记录镜片选自单焦点镜片，如双焦点镜片等多焦点镜片、渐变多焦点镜片、或镜片矩阵LM、或具有相位调制的有源镜片，以及
-可选地，不透明遮罩M。
具有相位调制的有源镜片包括可变形光学系统，如流体系统、压电反射镜、透射SLM、以及更概括地具有可变(可调谐)焦度的系统。
有利地，根据本发明，可以使用一个或多个记录镜片RL和/或一个或多个遮罩M来在空间上对照射HM的IB进行配置。这样提供了HM中的限定区域的有差别的和/或顺序的记录。参见图16-18。
在一些实施例中，步骤(b)的光学安排被配置成使得：
-参考光束RB模拟用于照射所述全息反射镜的内置图像源的光束，以便使所述配戴者在戴着镜架时看得见所述虚拟图像的显示，并且
-照明光束IB被配置成限定
·所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化距离D和/或
·所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化方向和/或
·所述全息反射镜的、用于所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化的区域的数量。
所述可视化距离D可以是无限的(非常大)或有限的。
在一些实施例中，步骤(b)的光学安排使得照明光束IB被配置成用于在未记录的全息介质的膜F上有差别地记录多个区域A1、A2、NV、FV。在这种情况下，每个区域A1、A2；NV、FV可以对应于所述配戴者对所述显示的虚拟图像的可视化距离D；D_nv、D_fv的相同的或不同的值，和/或可以对应于所述配戴者对所述显示的虚拟图像的可视化方向。从一个区域到另一个区域(在敏锐度矫正的方面)的变化可以是连续的(渐变的)，或者不是连续的。例如参见图16。
在一些实施例中，如以上所解释的，步骤(b)的光学安排使得根据艾格玛函数对照明光束IB进行配置，其中，所述艾格玛函数根据在戴着镜架时的注视方向来限定配戴者对所述显示的虚拟图像的可视化距离D和/或可视化方向。所述艾格玛函数的定义可以至少包括在垂直方向上的注视方向和/或在水平方向上的注视方向(β＝常数和/或α＝常数)。例如参见图11b。还可以对应于镜片上的感兴趣区域、根据感兴趣的注视方向而有差别地定义艾格玛函数。
在一些实施例中，所述方法是一种用于提供渐变多焦点镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点眼镜片，相应地单光镜片)的方法，其中，步骤(a)的所述眼科镜片是渐变多焦点镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点眼镜片，相应地单光镜片)，并且其中，执行步骤(b)的所述全息记录，使得所述全息反射镜HM至少包括与所述配戴者对所显示的虚拟图像的可视化距离的不同值D_nv，D_fv相对应的、用于视近NV的区域和用于视远FV的区域。例如参见图17。
有利地，本发明的方法提供了提供双重虚拟视觉的镜片(例如，单焦点镜片、如双焦点镜片等多焦点镜片、渐变多焦点镜片)，其中HM反射镜被具体地配置成包括用于虚拟视近的至少一个区域和用于虚拟视远的至少一个区域。
在一些实施例中，所述方法提供了包括如本文中描述的振幅调制单元(如电致变色单元)的镜片。例如参见图15中的说明性的光学安排。
在一些实施例中，所述方法可以是一种用于提供单光镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点镜片，相应地渐变多焦点镜片)的方法，其中，步骤(a)的所述眼科镜片是半成品镜片毛坯SF，其中，步骤(b)的所述光学安排包括辅助单光镜片AL(相应地辅助如双焦点镜片等多焦点镜片，相应地辅助渐变多焦点镜片)的实现，所述辅助单光镜片的光焦度考虑到为了矫正所述配戴者的屈光不正所需的光焦度以及所述半成品镜片毛坯的光焦度，并且其中，所述辅助单光镜片AL(相应地辅助多焦点镜片，如双焦点镜片，相应地辅助渐变多焦点镜片)用于在空间上配置所述参考光束RB或所述照明光束IB。例如参见图13。
作为实现辅助镜片(AL)的替代方案，可以使用具有调制相位的有源镜片来直接改变来自IB或RB的波前，例如使用自适应光学技术的变焦镜片。
在一些实施例中，IB使得其覆盖镜片上的扩展范围。例如参见图16。
在下图上展示本发明的方法：
图10示出了用于记录根据本发明的全息反射镜的光学安排、以及在镜架中反射镜的利用/用于(矫正的)虚拟图像可视化的全息反射镜的光学功能的重建。左侧是光学安排的图示。通过记录(附图的中心)，波前WF在步骤(a)的镜片与膜F之间变形。在右侧示出了虚拟图像的重建、以及来自IS的照明。F可以位于步骤(a)的镜片的前表面(顶部)或后表面(底部)处。
图11a示出了与用于没有更多的调节能力的远视眼配戴者的渐变多焦点镜片有关的实施例。在配戴者不能调节或调节力非常小的情况下，这样将会减少合适的焦距的公差值。最简单的情况是不近视的、但远视的配戴者。他/他具有对于平光镜片和正下加光(Vc)的处方。在这种情况下，无论镜片区域(注视方向)如何，都需要在无限远距离处看得见反射镜反射的图像。在图10的光学安排中，具有下加光的区域不允许反射图像直接位于无限远距离处。因此，有利的是“中和”用于HM记录的这种下加光。一个‘简单’的可能情况是具有两个相同的镜片(处方及其配对物的Rx)。可以用这两个镜片进行记录。Rx镜片可以直接被安排在膜F/全息反射镜HM的平面上或下方(或者在另一个实施例中，全息反射镜/膜HM/F可以直接附接至处方镜片，所述处方镜片将会是被提供给配戴者的镜片)，并且第二镜片可以位于等于焦点下加光的总和的距离处(图11a左侧)。通过图10的组件来实现这一点(右下图)。另一种可能情况是使用平光/发散渐变镜片，所述镜片具有与处方镜片的平光部分对应的平光部分、以及使得其焦距(f)和距镜片的距离(e)符合等式f＝fc-e(其中fc是下加光的焦距)的发散部分(图11a右侧)。为了改变处方镜片，可以简单地调整镜片与渐变平光/发散镜片之间的距离，或者保持此距离不变、但是改变渐变镜片。
图13示出了根据本发明的用于记录半成品镜片上的全息反射镜的光学安排。根据全息介质的膜F(半成品毛坯SF的前表面或后表面)的相对位置，辅助镜片AL分别位于半成品镜片的后表面或前表面处。在本实施例中，需要SF将要被使用的处方值。因此，这对于SV镜片是特别有利的。关于记录，可以考虑SF的焦度和旨在实现的处方值Rx两者。如果SF具有焦度VSF并且所希望的焦度值是SRX，则可以对镜片(辅助镜片，AL)加上焦度V，使得V＝VRX-VSF(条件是与这些眼镜的焦点相比SF与AL之间的距离较小)。这适用于两种安排(参见图13)。
图15示出了根据本发明的记录包括电致变色单元的镜片上的全息反射镜的光学安排。电致变色单元EC的存在不影响记录，并且可能在记录期间存在。有利地，可以在步骤(a)的镜片与EC单元之间形成(‘夹持’)膜F。
图16示出了根据本发明的用于记录在镜片上具有扩展范围的全息反射镜的光学安排。扩展范围可以允许覆盖整个镜片表面，由此整个镜片表面被IB光束照射。IB光束可以被配置成在膜/反射镜F/HM上限定若干个区域A1、A2。这具有的优点在于它对应于膜/反射镜/镜片的相应区域在若干个注视方向上提供了虚拟视觉。
图17示出了根据本发明的用于记录镜片上的全息反射镜的光学安排(未示出步骤(a)的镜片)。这展示了一个或多个记录镜片RL的实现，所述镜片可能与一个或多个遮罩相结合在空间上配置照明光束IB和/或参考光束RB。这样有利地允许在有差别的基础上记录膜F的区域，并且具体地有差别地和/或顺序地记录至少两个不同区域，如用于视近NV的至少一个区域和用于视远FV的一个区域。这种方法对于步骤(a)的任何类型的镜片都是有用的。具体地，步骤(a)的镜片可以是平光镜片。在这种情况下，提供了适合于正视眼配戴者的镜片，其中，所述镜片为虚拟视觉提供根据注视方向变化的合适焦距。
图18示出了根据本发明的用于记录镜片上的全息反射镜的光学安排。镜片矩阵LM还允许有差别地记录所述膜的区域，例如发散矩阵用于产生用于视近区域(左)的照明光束。也可以使用渐变多焦点镜片PAL作为记录镜片RL。这样有利地提供了要实现的渐变焦距。这样还有利地提供了由正视眼配戴者配戴的镜片，其中，步骤(a)的镜片可以是平光镜片。例如，可以使用发散PAL来记录膜F的视近NV区域。
本发明的镜片
本发明提供了一种用于至少部分地矫正配戴者的对于所显示的虚拟图像的可视化的视觉的眼科镜片，其中，所述眼科镜片包括全息反射镜HM或未记录的全息介质的膜F。
在一些实施例中，所述镜片可以被配置成用于矫正配戴者的自然视觉和/或虚拟视觉中的屈光不正。在一些实施例中，所述配戴者可能是正视眼的，并且所述镜片使得其提供矫正的虚拟视觉。这对于尽管是正视眼、但缺乏足够的调节力储备的配戴者而言可能是令人希望的。因此，在一些方面：对于正视眼配戴者，例如根据注视方向和/或根据可视化距离，可能不矫正自然视觉、而可能矫正虚拟视觉。
在一些实施例中，所述眼科镜片可以选自单光镜片、如双焦点镜片等多焦点镜片、渐变多焦点镜片以及半成品镜片毛坯。
在一些实施例中，所述眼科镜片旨在被装配在镜架上并且由所述配戴者配戴。
在一些实施例中，所述眼科镜片包括全息反射镜HM，并且所述镜架包括内置图像源，所述内置图像源被配置成用于照射所述全息反射镜，以便在反射到所述全息反射镜上时使所述配戴者看得见虚拟图像，其中，所述眼科镜片被配置成用于至少部分地对所述配戴者的对于所述显示的虚拟图像的可视化的屈光不正进行矫正。以下展示了配戴者的屈光不正可能未被完全矫正的实际情况(实例2)。所述实例的对应的‘公差’值可以适用于本发明的所有镜片。
在一些实施例中，所述全息反射镜HM由选自重铬酸盐明胶和感光聚合物的材料(相应地所述全息介质)制成。所述材料和介质如本文中所披露的。
在一些实施例中，所述全息反射镜HM(相应地所述未记录的全息介质的膜F)设置在所述眼科镜片的前表面上、所述眼科镜片的后表面上、或者在所述眼科镜片的前表面与后表面之间。图2、图9、图12和图14中描绘了眼科镜片的可能结构。本文中设想到其所有可能的组合。在这个方面，所述堆叠结构可以是如本文中描述的任何堆叠结构。
在一些实施例中，如本文中描述的，所述眼科镜片可选地进一步包括振幅调制单元，所述振幅调制单元例如选自电致变色单元、偏振单元和光致变色单元。
在一些实施例中，所述眼科镜片是渐变多焦点镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点眼镜片，相应地单光镜片)，并且所述全息反射镜HM至少包括与所述配戴者对所显示的虚拟图像的可视化距离的不同值D_nv，D_fv相对应的、用于视近NV的区域和用于视远FV的区域。D_nv和D_fv可以具有相等的或不同的值。从NV到FV的距离的变化可以是连续的或不连续的。相应地，虚拟视觉的焦度变化可以以连续或不连续的方式变化。这可以具体地通过图17来展示。
在一些实施例中，全息反射镜HM可以至少包括用于视近NV的区域和用于视远FV的区域，并且全息反射镜(HM)可以被配置成使得其具有负值的下加光，其中，全息反射镜的下加光被定义为以下差值：
P_NV-P_FV
其中，P_NV是用于视近的光焦度，并且P_FV是用于视远的光焦度。全息反射镜的光焦度被定义为曲率，以从图像源中的某一点反射到全息反射镜上之后和离开镜片之后的波前的屈光度表示。凹曲率是指正值的焦度，而凸曲率是指负值的焦度。
在一些实施例中，(P_NV-P_FV)的绝对值随着下加光处方值的增加而减小。
对于本发明的镜片，还参照图2、图9、图11、图12、图14和图21-22。
本发明的眼镜和HMD
本发明还提供眼镜(Eyeglasses、Spectacles)以及更概括地头戴式设备。如本文中描述的，所述设备和眼镜包括至少一个根据本发明的镜片、或至少一个根据本发明获得的镜片。
图1、图5和图7示出了根据本发明的示例性眼镜。
本文(包括附图)描述的镜片、方法、眼镜、HMD和系统的所有实施例都可以部分地或完全地彼此组合。
通过以下非限制性实例来对本发明进行说明。
实例
实例1：本发明的方法和镜片
图19示出了根据本发明的用于记录镜片上的全息反射镜的示例性光学安排。在这个实例中，在532nm下发射激光。
PMF是一种保偏光纤(460-HP Nufern)：熊猫光纤，纤芯直径2.5m，ON 0.13，模场直径：3.5μm@515nm。
未示出步骤(a)的镜片。
所述镜片如下：焦度-3δ，前表面半径87mm，眼镜镜片形状40×50mm或圆直径70mm。层的堆叠如图12左上方所示。
膜F如下：直径70mm，曲率半径87mm，玻璃层厚度850μm，感光聚合物F厚度5-50μm(例如40μm)(由于间隔物)，总堆叠厚度：～1.65mm，取决于感光聚合物的性质，曝光时间：30s至10min。
对于直径为70mm的镜片，对膜F进行沉积：
-在玻璃层上沉积50μL液滴(间隔物：5-50μm，玻璃层：厚度500μm；曲率半径87mm，圆直径70mm；减反射处理或涂层，特别地是532nm)，
-对第二玻璃层进行定位；紧固，
-在照明支撑构件上停留20min。
根据光束强度(例如，参见图20)、感光聚合物的性质和厚度，照射30s至6min。
-通过暴露于可见光下15min(例如卤素灯，50W至75W)进行漂白。
-必要时用胶水进行密封。
在照明期间：
-保护不受物理干扰(空气运动、机械振动、灰尘等)
-稳定化的温度(避免空气对流)
-黑色房间(暗室：例如用于记录绿光的非光化性照明)
-涂布(减反射)到玻璃上(避免寄生反射)。
表征：
-光谱(反射波长和反射镜效率)
-定性光学特性(观察OLED屏幕)
-定量光学性质(波前分析)。
可以与EC单元组合。
实例2：本发明的镜片
本实例与成品或半成品镜片相关。以下的情况3B可以适用于成品镜片、或半成品镜片与具有渐变表面的辅助镜片(AL)的组合。
以下特征通常展示，根据本发明，可以对于虚拟视觉部分地或完全地矫正屈光不正。
1.视远区中的球镜度
如果镜片在视远区域具有球镜度Sv，则全息反射镜的记录可以使得波前在全息反射镜上反射并离开镜片(折射)之后在视远区域具有接近Sv的球镜度Sh。
实际上，这个焦度值Sh的焦度可以
-小于焦度Sv，在不超过2δ的幅度内(这样因此可以施加2δ的配戴者调节力值，因为虚拟图像将在50cm＝1/(2δ)的距离处被可视化)。
-不比Sv超过1δ(眼睛视野深度)
因此：Sv≈Sh，优选地，Sv-2δ≤Sh≤Sv+1δ。
这优选地适用于图像源点位于固定位置(图21和22)的配置，而且在使用可调节位置镜片L1使源点成像的情况下也适用，在这种情况下可以设想通过调整焦点来部分地矫正球镜处方。
参见图21。T：颞侧，N：鼻侧，SV：单光镜片。
在这个图上，球镜度Sv和Sh在镜片的整个表面上是相等的：S＝-1δ。
2.柱镜度
如果镜片具有柱镜度(其特征在于焦度Cv和柱镜轴位Av)，则全息反射镜的记录使得波前在全息反射镜上反射并离开镜片(折射)之后具有值等于或接近镜片的柱镜度Ch和柱镜轴位Ah。
可以认为Cv与Ch之间的柱镜度差应等于或低于0.25D，优选地≤1δ。
因此：Ch≈Cv，并且Av≈Ah，
优选地 abs(Cv-Ch)≤0.25δ或0.5δ或1δ
优选地 abs(Av-Ah)≤10°，对于柱镜≤0.5δ
abs(Av-Ah)≤4°，对于柱镜≥0.5δ。
3.全息反射镜的根据镜片区域(注视方向)变化的特征
参见图22。FV：视远，NV视近。
可以标识若干种情况。
3A.单焦点镜片
优选地，在全息反射镜上反射并离开镜片(折射)之后的波面使得其在镜片的上部(区域)与镜片的下部(区域)之间具有负的焦度变化(负下加光)。
实际上，在镜片下部实现负下加光允许使虚拟图像在有限的距离处可视化，并且因而使虚拟图像和现实视野进入相同的视平面(通常，镜片的下部用于朝向位于近距离处的物体的注视方向)。这样允许同时敏锐地使虚拟图像和真实图像可视化。
例如，SV镜片配戴者透过镜片的下部来观察位于33cm距离处的物体。因此调节力是3.33δ。为了敏锐地看到虚拟图像，这个图像应位于-33cm处，使得反射镜反射的波面具有-3.33δ的焦度。
因此：0≥Addh＝Sh_下-Sh_上
优选地：0≥Addh＝Sh_下-Sh_上≥-3,5δ或-4δ
下加光的变化(Addh)可以是连续的或不连续的。
3B.渐变多焦点镜片
在这种情况下，所述镜片具有渐变式设计，其特征在于镜片的FV区域中用于视远的处方值(Sv，Cv，Av)、以及在视近区域中达到的下加光值(Addv)。
全息反射镜的记录使得在全息反射镜上反射并离开镜片(折射)之后的波面具有焦度变化Addh，其中，Addh使得
ADDH这种焦度变化是：
-其符号与Addv的符号相反：Addh<0
-其振幅随着Addv值的减小而增加：abs(Addh)朝与abs(Addv)相反的方向变化，
-全息图反射的波面的焦度变化跟随镜片焦度变化的位置：在镜片的、达到Addv值的NV区域达到Addh值，并且遵循相同的趋势。
例如：
-具有下加光值1.5δ的正视眼远视配戴者具有至少1.8δ的调节力储备以便在33cm(3.3δ)的距离处聚焦。因此，虚拟图像可以最近位于-55cm的距离处，其对应于全息反射镜反射的波面的-1.8δ的焦度变化。
-具有下加光值3.5δ的正视眼远视配戴者没有调节力储备。因此，为了虚拟敏锐度，虚拟图像应位于无限远距离处，因此由全息图反射的波面的焦度变化为零或接近于零。
3C.全息反射镜产生的波面的取向
参见图22。图像源S'1是从源S1透过镜片L1而成像。
记录全息反射镜，使得波前不具有相同的倾斜度。
反射镜反射的波面在镜片的视远区域中是基本上是水平的。其在眼镜片的下部区域中具有向上的倾斜度，使得光线被引向眼睛。
这样可以反映以下实际情况：反射镜反射的波面的焦点相对于镜片的光轴位于较低位置上。

Claims (15)

1.一种用于提供旨在被装配在镜架上并由配戴者配戴的眼科镜片的眼科镜片供应系统，
其中，所述眼科镜片包括全息反射镜，并且其中，所述镜架包括内置图像源，所述内置图像源被配置成用于照射所述全息反射镜，以便在反射到所述全息反射镜上时使所述配戴者看得见显示的虚拟图像，
其中，所述眼科镜片被配置成用于矫正所述配戴者的虚拟视觉，所述供应系统包括：
-被配置成用于订购眼科镜片的第一处理装置(PM1)，其中，所述第一处理装置(PM1)位于镜片订购侧(LOS)并且包括：
·被配置成用于输入配戴者处方数据(WPD)的输入装置(IM1)，
·被配置成用于输入镜架数据(FD)的输入装置(IM2)，其中，所述镜架数据(FD)包括至少一项图像源数据；
-被配置成用于基于配戴者处方数据(WPD)来提供镜片数据(LD)的第二处理装置(PM2)，其中，所述第二处理装置(PM2)位于镜片确定侧(LDS)并且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配戴者处方数据(WPD)、以及将所述镜架数据(FD)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)，
其中，所述供应系统进一步包括
-被配置成用于基于镜片数据(LD)和镜架数据(FD)来制造眼科镜片的制造装置(MM)，其中，所述制造装置位于镜片制造侧(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(MM)的第二传输装置(TM2)，
其中，所述制造装置(MM)包括被配置成用于记录全息反射镜的装置，通过在参考光束与照明光束之间产生干涉来进行未记录的全息介质的膜的全息记录，以便提供包括全息反射镜的眼科镜片，其中，所述全息记录在至少将所述镜架的配置考虑在内的光学安排中进行，以及
其中，所述光学安排使得：
-所述参考光束(RB)模拟用于照射所述全息反射镜的所述内置图像源的光束，以便使所述配戴者在戴着所述镜架时看得见所述显示的虚拟图像的显示，并且
-所述照明光束(IB)被配置成用于限定
·所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化距离(D)和/或
·所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化方向和/或
·所述全息反射镜的、用于所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化的区域的数量。
2.一种用于提供旨在被装配到镜架上并由配戴者配戴的眼科镜片的方法，
其中，所述眼科镜片包括全息反射镜(HM)，并且其中，所述镜架包括内置图像源，所述内置图像源被配置成用于照射所述全息反射镜，以便在反射到所述全息反射镜上时使所述配戴者看得见显示的虚拟图像，
其中，所述眼科镜片被配置成用于矫正所述配戴者的虚拟视觉，所述方法包括以下步骤：
(a)提供具有前表面和后表面的眼科镜片，
其中，所述眼科镜片包括未记录的全息介质的膜(F)，
其中，所述眼科镜片进一步包括振幅调制单元，所述振幅调制单元例如选自电致变色单元、偏振单元和光致变色单元，
(b)通过在参考光束(RB)与照明光束(IB)之间产生干涉来进行所述全息介质的全息记录，以便提供包括全息反射镜(HM)的眼科镜片，其中，所述全息记录在至少将所述镜架的配置考虑在内的光学安排中进行，以及
其中，所述光学安排使得：
-所述参考光束(RB)模拟用于照射所述全息反射镜的所述内置图像源的光束，以便使所述配戴者在戴着所述镜架时看得见所述显示的虚拟图像的显示，并且
-所述照明光束(IB)被配置成用于限定
·所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化距离(D)和/或
·所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化方向和/或
·所述全息反射镜的、用于所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化的区域的数量。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，步骤(b)中的所述光学记录进一步考虑到
-所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化距离(D)和/或
-所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化方向和/或
-所述全息反射镜的、用于所述配戴者在戴着所述镜架时对所述显示的虚拟图像的可视化的区域的数量。
4.根据权利要求2和3中任一项所述的方法，
其中，所述配戴者存在屈光不正，并且
其中，步骤(a)的所述眼科镜片被配置成用于矫正所述配戴者的对于自然视觉的屈光不正，并且选自单光镜片、如双焦点镜片等多焦点镜片、以及渐变多焦点镜片。
5.根据权利要求2所述的方法，
其中，在步骤(a)的所述眼科镜片中：
-所述未记录的全息介质选自重铬酸盐明胶和感光聚合物，并且
-所述未记录的全息介质的膜(F)设置在所述眼科镜片的前表面上、所述眼科镜片的后表面上、或者在所述眼科镜片的前表面与后表面之间。
6.根据权利要求2所述的方法，
其中，步骤(b)的所述光学安排使得以以下各项对所述照明光束(IB)在空间上进行配置：
-一个或多个记录镜片(RL，RL1，RL2)，所述记录镜片选自单焦点镜片，如双焦点镜片等多焦点镜片、以及渐变多焦点镜片、或镜片矩阵(LM)、或具有相位调制的有源镜片，以及
-不透明遮罩(M)。
7.根据权利要求2所述的方法，
其中，步骤(b)的所述光学安排使得所述照明光束(IB)被配置成用于在所述未记录的全息介质的膜(F)上有差别地记录多个区域(A1，A2，NV，FV)，
其中，每个区域(A1，A2；NV，FV)对应于所述配戴者对所述显示的虚拟图像的可视化距离(D；D_nv，D_fv)的相同或不同值，和/或对应于所述配戴者对所述显示的虚拟图像的相同或不同可视化方向。
8.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述配戴者存在屈光不正，
其中，所述方法是一种用于提供渐变多焦点镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点眼镜片，相应地单光镜片)的方法，
其中，步骤(a)的所述眼科镜片是渐变多焦点镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点眼镜片，相应地单光镜片)，并且
其中，执行步骤(b)的所述全息记录，使得所述全息反射镜(HM)至少包括与所述配戴者对所显示的虚拟图像的可视化距离的不同值(D_nv，D_fv)相对应的、用于视近(NV)的区域和用于视远(FV)的区域。
9.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述配戴者存在屈光不正，
其中，所述方法是一种用于提供单光镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点镜片，相应地渐变多焦点镜片)的方法，
其中，步骤(a)的所述眼科镜片是半成品镜片毛坯，
其中，步骤(b)的所述光学安排包括辅助单光镜片(AL)(相应地辅助多焦点镜片，如双焦点镜片，相应地辅助渐变多焦点镜片)的实现，所述辅助单光镜片的光焦度考虑到为了矫正所述配戴者的屈光不正所需的光焦度以及所述半成品镜片毛坯的光焦度，并且
其中，所述辅助单光镜片(AL)(相应地辅助多焦点镜片，如双焦点镜片，相应地辅助渐变多焦点镜片)用于在空间上配置所述参考光束(RB)或所述照明光束(IB)。
10.一种根据权利要求2所述的方法提供的且被配置成用于至少部分地对配戴者的对于所显示的虚拟图像的可视化的视觉进行矫正的眼科镜片，所述配戴者存在屈光不正，
其中，所述眼科镜片包括全息反射镜(HM)或未记录的全息介质的膜(F)，
其中，所述眼科镜片选自单光镜片、如双焦点镜片等多焦点镜片、渐变多焦点镜片以及半成品镜片毛坯。
11.根据权利要求10所述的眼科镜片，
其中，所述眼科镜片旨在被装配在镜架上并且由所述配戴者配戴，
其中，所述眼科镜片包括全息反射镜(HM)，并且其中，所述镜架包括内置图像源，所述内置图像源被配置成用于照射所述全息反射镜，以便在反射到所述全息反射镜上时使所述配戴者看得见虚拟图像。
12.根据权利要求10所述的眼科镜片，
其中，所述全息反射镜(HM)由选自重铬酸盐明胶和感光聚合物的材料(相应地，所述全息介质)制成，并且
其中，所述全息反射镜(HM)(相应地，所述未记录的全息介质的膜(F))设置在所述眼科镜片的前表面上、所述眼科镜片的后表面上、或者在所述眼科镜片的前表面与后表面之间。
13.根据权利要求10所述的眼科镜片，
其中，所述配戴者存在屈光不正，
其中，所述眼科镜片是渐变多焦点镜片(相应地多焦点镜片，如双焦点眼镜片，相应地单光镜片)，并且
其中，所述全息反射镜(HM)至少包括与所述配戴者对所显示的虚拟图像的可视化距离的不同值(D_nv，D_fv)相对应的、用于视近(NV)的区域和用于视远(FV)的区域，
其中，所述眼科镜片被配置成用于至少部分地对所述配戴者的对于所述显示的虚拟图像的可视化的屈光不正进行矫正。
14.根据权利要求10所述的眼科镜片，
其中，所述全息反射镜(HM)至少包括用于视近(NV)的区域和用于视远(FV)的区域，并且
其中，所述全息反射镜(HM)被配置成使得其具有负值的下加光，其中，所述全息反射镜的下加光被定义为以下差值：
P_NV-P_FV
其中，P_NV是用于视近的光焦度，并且P_FV是用于视远的光焦度。
15.一种头戴式设备，包括根据权利要求10-14中任一项所述的眼科镜片。
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