CN109310523B - 具有竖直曲率水平变化的弧形镜片部分的保护罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于安装在配戴者的面部前方的保护罩，具体地涉及一种用于在配戴取向上安装在配戴者（20）的面部前方的保护罩（10），其中该保护罩延伸跨过该配戴者的眼睛（21）并且还有利地延伸跨过鼻部（22），该保护罩包括至少一个弧形镜片部分（12），在该配戴取向上，该至少一个弧形镜片部分弯曲跨过该配戴者的眼睛，该弧形镜片部分具有在水平方向上延伸的第一水平曲率以及在竖直方向上延伸的第二竖直曲率；其特征在于，所述第二竖直曲率是水平变化的竖直曲率（κ）。

Description

具有竖直曲率水平变化的弧形镜片部分的保护罩

技术领域

本发明涉及保护装备，具体地涉及一种用于安装在配戴者面部前方的保护（平光）罩，其中该保护罩延伸跨过配戴者的眼睛。进一步地，本发明涉及一种保护头盔，特别是运动头盔，诸如曲棍球头盔。

背景技术

近年来，使用保护装备来避免运动相关损伤已变得越来越流行。参加可能会损伤眼睛或其他面部结构的运动或其他活动的人需要眼睛和面部保护。例如，在诸如曲棍球和橄榄球等物体（诸如棒或冰球）可能撞击参与者的眼睛、鼻部、牙齿或面部的其他部分的运动中，可能发生面部或眼睛伤害（有时导致视力丧失）。保护罩还用于各种与不运动相关的任务，诸如用于建筑行业或医疗领域。意识到潜在感染性体液也提示许多医疗专业人员在对患者进行治疗时配戴护目镜或护面罩以避免意外感染。

保护性运动设备的特定实例是冰上曲棍球头盔，该冰上曲棍球头盔具有附接至头盔前部的护罩或面甲，以减少对面部和眼睛的潜在伤害。曲棍球面甲是透明的保护罩，其远离配戴者的面部并且附接至头盔的侧面或前额区域。

在此背景下，US 2006/0000011 A1披露了一种光学偏心护面罩。其中示出的护罩具有环曲面镜片，该复曲面镜片在水平子午线上具有第一曲率半径以及在竖直子午线上具有第二（不同的）曲率半径。该面部保护用具包括一件式护罩，其中光学中心离开正常的直向前方的视线朝向活动特定视线移位，以使当注视方向穿过护罩边缘时发生的图像偏移最小化。例如，曲棍球运动员的注视可以在镜片与冰面之间变化，例如，看曲棍球用球。US2006/0000011 A1的目的是使图像偏移最小化。此外，US 5,722,091披露了用于军用飞行器的飞行员的保护设备以及用于使该设备个性化的方法。US 5,722,091的目的是提供针对激光攻击的保护。US 2015/0241716 A1披露了一种用于老花眼患者的保护镜片。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的保护罩、头盔以及用于设计保护罩的相应方法。有利的是实现提供以下一个或多个优点的保护罩：例如足够的冲击保护，具有可制造性、紧凑性和/或吸引人的设计。

为了更好地解决这些问题中的一个或多个，根据本发明的第一方面，提供了一种用于在配戴取向上安装在配戴者面部前方的保护罩，该保护罩延伸跨过配戴者的眼睛。该保护罩包括

至少一个弧形镜片部分，在配戴取向上，该至少一个弧形镜片部分弯曲跨过配戴者的眼睛，该弧形镜片部分具有在水平方向上延伸的第一水平曲率以及在竖直方向上延伸的第二竖直曲率（其中，这各个曲率是指该弧形镜片部分的前表面或后表面的曲率）；

其中，所述第二竖直曲率是水平变化的竖直曲率。有利地，提供了弯曲跨过配戴者的眼睛和鼻部的弧形镜片部分。

本发明的基本思想是改变保护罩的形状，更准确地说是提供一种竖直曲率沿着保护罩根据水平位置而变化的保护罩。

当前的保护罩通常是环曲面形状的，具有两种不同的变化。第一种类型的保护罩具有圆柱形状，即保护罩在竖直方向上是平坦的。这种设计的缺点是它们比环曲面保护罩具有更多的光学畸变，因为沿着两条子午线的曲率差异更大并且因为它们更有可能折曲。进一步的缺点可能是结构抗冲击性有限，使得可能需要相当厚的保护罩。第二种类型的保护罩，例如在前述US 2006/0000011 A1中所述，描述了一种环曲面镜片，该复曲面镜片在水平子午线上具有第一曲率半径以及在竖直子午线上具有第二（不同的）曲率半径。因此，护罩也以固定的曲率半径外凹地在竖直方向上弯曲。

所提出的保护罩遵循不同的方法，在于至少一个弧形镜片部分具有水平变化的竖直曲率。换句话说，提供了一种竖直曲率根据水平位置或角度而变化的保护罩。例如，可以在镜片部分的中心区域中提供光学上和结构上适当的曲率，这使得保护罩在结构上强度更大并且还可以为配戴者减少光学畸变，保护罩的竖直曲率可以朝向其附接至头盔的颞部边缘变平。因此，所提出的解决方案允许具有结构完整性、眼睛前方的良好光学性质以及易于与头盔配合。因此，特别是在中心区域中可以确保高冲击保护，并且侧面区域中的竖直曲率可以有利地适于对应于相邻的结构元件，诸如头盔的侧面。

已经发现，在某些应用中，不一定在所有方向上都需要最大的冲击保护。因此，不是在整个镜片部分上，而是仅在某些水平位置上提供结构上适当的竖直曲率就足够了。例如，最大冲击可能由对保护罩的正前方的冲击产生。在这种情况下，提供结构上适当的竖直曲率足以便在正前方方向上进行甚至更高程度的保护，而减小的竖直曲率足以提供对来源于不同水平方向的冲击的保护。换句话说，可以在所有侧面上都确保足够程度的冲击保护，并且可以例如在正前方方向上提供甚至更高程度的保护。

在现有技术的解决方案中，有时在水平方向上设置变化的厚度，其中，最厚的部分设置在保护罩的镜片的中心区域。本文提出的解决方案另外可以利用由竖直曲率提供的弧状结构的益处来加强保护罩。然而，提供了随水平位置和/或角度而变化的可变竖直曲率。因此，由于竖直曲率随水平位置而变化，因此可以提供进一步的优点，诸如与头盔的侧面自然配合以便于制造。有利地，可以提供更紧凑且视觉上吸引人的设计，因为竖直曲率例如在保护罩的侧面区域中减小，在侧面区域，可能仅需要降低的抗冲击性。

根据本发明的第二方面，提供了一种保护头盔，该保护头盔包括具有弧形镜片部分的上述保护罩。在实施例中，保护头盔可以是运动头盔，优选地是曲棍球头盔，例如冰上曲棍球头盔。

根据本发明的第三方面，提供了一种方法，特别是一种计算机实施的方法，用于设计在配戴取向上安装在配戴者面部前方的保护罩，该保护罩延伸跨过配戴者的眼睛，其中，该保护罩包括至少一个弧形镜片部分，该方法包括以下步骤：

确定在配戴取向上该保护罩的竖直平面和水平平面；

设计至少一个弧形镜片部分，使得在该配戴取向上，该至少一个弧形镜片部分弯曲跨过配戴者的眼睛，该弧形镜片部分具有在水平方向上延伸的第一水平曲率以及在竖直方向上延伸的第二竖直曲率（其中，这各个曲率是指该弧形镜片部分的前表面或后表面的曲率）；

确定该竖直曲率使得所述竖直曲率是水平变化的竖直曲率。

根据本发明的第四方面，提供了一种特别是非暂时性计算机程序产品，该计算机程序产品包括程序代码工具，该程序代码工具用于当在计算机上执行所述计算机程序时使该计算机执行根据第三方面或其改进之一的方法的步骤。

根据本发明的第五方面，提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序包括用于执行根据第三方面或其改进之一的方法的步骤的程序代码工具。

在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的头盔、方法、计算机程序和介质可以具有与要求保护的保护罩类似和/或相同的改进或优选实施例，特别是如从属权利要求中限定的和本文所披露的。

因此，完全解决了以上提出的目的。

在下文中，将简要解释和定义在整个申请中使用的一些术语：

本文中使用的术语“曲率”可以指弧形镜片部分的前表面或后表面的曲率。应该理解，前表面和后表面可以具有不同的曲率，诸如不同的水平曲率。进一步地，对于弧形镜片部分的前表面和后表面，竖直曲率的变化可以不同或略微不同。竖直曲率可以指弧形镜片部分的前表面或后表面的曲率。水平曲率可以指弧形镜片部分的前表面或后表面的曲率。

本文中使用的术语“正常视线”（NLOS）可以指当眼睛注视远点时从每只眼睛向前投射的注视视线。NLOS可以指单眼或双眼的视线。注视方向通常通过脑干反射而保持处于同一方向以避免复视。当头部处于直立位置并且眼睛凝视远方时，两只眼睛的NLOS沿穿过眼睛的大致水平的平面延伸。

术语“水平平面”或“竖直平面”是指当头部处于直立位置时的水平平面和竖直平面。

除非另有指明，否则在本申请的上下文中使用的术语对应于DIN Deutschenlnstitut für Normung e.V.的标准DIN EN ISO 13666：2013-10中的定义。

术语“光轴”应指垂直于眼镜镜片的两个光学表面的直线，光可以沿着该直线无偏离地通过，参见标准DIN EN ISO 13666的第4.8节。

术语“顶点”应指光轴与镜片表面的交点，参见标准DIN EN ISO 13666的第4.9节。

（表面的）子午线应指包含表面的曲率的（多个）中心的任何平面，参见标准DIN ENISO 13666的第5.7.1节。（镜片的）子午线应指包含镜片光轴的任何平面，参见标准DIN ENISO 13666的第5.7.2节。

术语“前表面”应指意在远离眼睛装配的镜片部分的表面，参见标准DIN EN ISO13666的第5.8节。

术语“后表面”应指意在更靠近眼睛装配的镜片部分的表面，参见标准DIN EN ISO13666的第5.9节。

术语“无焦镜片”或“平光镜片”应指具有标称为零的屈光力的镜片，参见DIN ENISO 13666的第8.2.3节。相应地，无焦镜片部分或平光镜片部分是指具有标称为零的屈光力的镜片部分。如本文所用，标称为零的屈光力可以指小于0.12屈光度、优选小于0.09屈光度、优选小于0.06屈光度的屈光力。

出于实践的目的，术语“光学中心”应指镜片的光轴与前表面的交点，参见标准DINEN ISO 13666的第5.10节。

术语“第一眼位”应指当笔直向前观看位于眼睛高度处的物体时眼睛相对于头部的位置，参见标准DIN EN ISO 13666的第5.31节。

术语“视线”应指将眼睛的中央凹的中心与出射瞳孔中心相连的线以及从入射瞳孔中心向前进入物体空间的其延长线，参见标准DIN EN ISO 13666的第5.32节。视线也可以称为视轴。

术语“光学材料”应指能够被制造成光学部件的透明材料，参见标准DIN EN ISO13666的第6.1节。

术语“柱面”应指圆柱体的内表面或外表面的一部分，参见标准DIN EN ISO 13666的第7.2节。

术语（表面的）“主子午线”应指显示出最大和最小曲率测量值的表面子午线，参见标准DIN EN ISO 13666的第7.4节。

术语“环曲面”应指具有相互垂直的曲率不等的主子午线的表面，其在这两条主子午线上的截面是标称为圆形的，参见标准DIN EN ISO 13666的第7.5节。因此，环曲面是通过圆弧围绕与该弧处于同一平面但不穿过其曲率中心的轴线旋转而产生的表面的一部分。期望将术语“环曲面的”限制于表面，并且将术语“复曲面的”限制于镜片或物体。

在数学术语中，环曲面可以看作是旋转表面，其中间有一个孔，就像甜甜圈一样。回转轴线穿过该孔，并且因此不与该表面相交。例如，当矩形围绕与其边缘中的一个平行的轴线旋转时，则产生了中空的矩形截面环。在这种情况下，与旋转轴线平行的边缘形成圆柱体。如果回转图形是圆形的，则该物体称为圆环体。

术语“保护镜片”或“保护罩”应指被设计用于保护眼睛免受外部危害的镜片或保护罩，参见标准DIN EN ISO 13666的第8.14节。

术语“屈光度”应指镜片或表面的聚焦能力单位，或波前的聚散度（折射率除以曲率半径）的单位，参见标准DIN EN ISO 13666的第9.1节。常用的屈光度符号是D和dpt。屈光度以倒数米（m^-1）表示。

术语“配戴”位置应指镜片或眼镜在配戴期间相对于眼睛和面部的位置和取向，参见标准DIN EN ISO 13666的第9.15节。

在根据第一方面的保护罩的改进中，弧形镜片部分适于弯曲跨过配戴者的眼睛和鼻部。有利地，在配戴取向上，弧形镜片部分弯曲跨过配戴者的眼睛和鼻部。该实施例的优点在于，可以提供弯曲跨过配戴者的眼睛和鼻部的单个弧形镜片部分用于保护目的。因此，不需要单独的连接部分，诸如用于两个单独的弧形镜片部分的鼻梁。

在进一步的改进中，保护罩进一步适合用于保护头盔，优选地是运动头盔，优选地是曲棍球头盔；头盔具有左颞侧和右颞侧；其中，弧形镜片部分是单个弧形镜片部分，在配戴取向上，该弧形镜片部分弯曲跨过配戴者的眼睛和鼻部并朝向头盔的左颞侧和右颞侧延伸。最大竖直曲率可以设置在弧形镜片部分的中心区域，特别是在配戴取向上在水平方向上的中心，并且竖直曲率可以水平地变化，特别是在配戴取向上朝向左侧和右侧减小或变平。有利地，左颞侧和右颞侧处的竖直曲率可以变平，使得竖直曲率对应于左颞侧和右颞侧处的头盔曲率，使得保护罩准确地与头盔配合。

在进一步的改进中，弧形镜片部分可以是平光或无焦镜片部分。因此，弧形镜片部分提供标称为零的屈光力。前表面和后表面表面上的曲率变化（差不多）相同。

在根据第一方面的保护罩的改进中，在配戴取向上，竖直曲率从弧形镜片部分的中心区域朝向颞侧区域水平地减小。换句话说，竖直曲率从中心到边缘变平。该实施例的优点在于可以在弧形镜片部分的中心区域中设置朝向弧形镜片部分附接至头盔的颞部边缘变平的光学上和结构上适当的曲率。

在根据第一方面的保护罩的改进中，竖直曲率沿着弧形镜片部分与水平平面的相交曲线而水平地变化，该水平平面在配戴取向上包括配戴者的眼睛。换句话说，竖直曲率在眼睛的高度沿着相交曲线在水平方向上变化，即在弧形镜片部分的透视部分中变化而不仅在边界或注视区域中变化。替代性地，术语“水平”可以指穿过镜片的光学中心或保护罩的弧形镜片部分的零度子午线。因此，竖直曲率可以沿着穿过镜片的光学中心或保护罩的弧形镜片部分的零度子午线而水平地变化。

在根据第一方面的保护罩的进一步改进中，根据弧形镜片部分在交叉曲线上的表面法线与处于第一眼位的配戴者眼睛的水平视线之间的水平角，竖直曲率沿着所述相交曲线水平地变化。如上所定义的，术语“第一眼位”应指在笔直向前观看位于眼睛高度处的物体时眼睛相对于头部的位置。本文使用的角度或水平角是（a）弧形镜片部分在相交曲线上的特定位置处的表面法线与（b）配戴者的眼睛的水平视线之间的角度。因此，保护罩的中心（诸如保护罩的顶点）可以被定义为具有0°的角度，其沿着相交曲线朝向右侧增加并且沿着相交曲线朝向左侧减小。因此，对于相交曲线上的每个点，可以确定水平角，并且弧形镜片部分的竖直曲率根据该水平角而变化。有利地，竖直曲率在左右方向上对称地变化，使得竖直曲率根据水平角的绝对值而水平地变化。替代性地，根据弧形镜片部分在水平平面中的表面法线与水平子午线之间的水平角，竖直曲率可以沿着相交曲线水平地变化。对于实际的且可模制的保护罩，基于表面法线定义的水平角通常可以达到± 90°。

在根据第一方面的保护罩的改进中，相交曲线上的水平位置处的竖直曲率是弧形镜片部分在相对于水平平面（a）与水平平面正交并且（b）包含弧形镜片部分在所述相交曲线上的表面法线的平面中的曲率。

在根据第一方面的保护罩的改进中，弧形镜片部分的竖直曲率变化至少0.5屈光度，优选地至少1屈光度，优选地至少2屈光度。换句话说，竖直曲率的特别是沿着相交曲线的变化的总量可以至少水平地变化本文中指定的值。

在根据第一方面的保护罩的改进中，弧形镜片部分的竖直曲率随角度线性地变化或随角度二次方、或三次方变化。应当理解，竖直曲率的水平变化也可以遵循给定应用所要求的其他形状或轮廓。有利地，曲率随角度的立方而减小。该实施例的优点在于可以避免可能由前表面与后表面之间的很小的未对齐、曲率突然变化引起的畸变。

在根据第一方面的保护罩的改进中，弧形镜片部分包括具有基本上恒定的竖直曲率的中心区域。例如，弧形镜片部分可以在± 20°、优选± 45°、优选± 60°、优选± 90°的水平角上具有恒定或基本上恒定的竖直曲率。该实施例的优点在于，如果竖直曲率的曲率变化在周边中足够远，则可以简化光学优化。具体地，可以沿着配戴者的视线在中心区域中提供无畸变视图。给定的角度区域可以指在配戴取向上配戴者相对于笔直向前视线的眼睛水平旋转角度，这是对于配戴者的角度的更自然的定义。在另一个实例中，弧形镜片部分可以在± 20°、优选± 30°、优选± 60°、优选± 80°的水平角上具有恒定或基本上恒定的竖直曲率。在该实例中，给定角度区域可以指（a）弧形镜片部分在相交曲线上的特定位置处的表面法线与（b）配戴者的眼睛的水平视线之间的水平角。

在根据第一方面的保护罩的改进中，竖直曲率可以在配戴者的视野区域内水平地变化。换句话说，竖直曲率在配戴者的视野内水平地变化，而不仅是在周边中很远。因此，竖直曲率的变化发生在弧形镜片部分的、配戴者可以在配戴取向上看透的区段中。这意味着，在配戴者可以看透的光学部分中、而不仅是在例如不需要光学矫正的附接延伸部中提供竖直曲率的变化。换句话说，在配戴者可以看透的视觉区中提供竖直曲率变化。视觉区还可以指具有± 60°、优选± 80°、优选± 100°的水平角的视野区域。水平角可以再次指的是配戴者的相对于笔直向前视线的眼睛水平旋转角度。

在根据第一方面的保护罩的改进中，弧形镜片部分包括平坦的水平边缘，该水平边缘优选地具有小于± 0.5屈光度、优选小于± 0.25屈光度的竖直曲率，特别地是具有零曲率的平坦的水平边缘。因此，弧形镜片部分的水平边缘处的竖直曲率的绝对值可以优选地小于0.5屈光度（对应于2 m的曲率半径），优选地小于0.25屈光度（对应于4 m的曲率半径）。该实施例的优点在于保护罩的弧形镜片部分可以与保护头盔的基本上平坦的侧面配合。

在根据第一方面的保护罩的改进中，弧形镜片部分提供的最大后顶点屈光力小于± 0.12屈光度，优选地小于± 0.09屈光度，优选地小于± 0.06屈光度。在配戴者的视野区域中的最大光学透过屈光力的绝对值可以优选地小于0.12屈光度，优选地小于0.09屈光度，优选地小于0.06屈光度。该实施例的优点是可以避免过度的光学畸变。该最大值可以指在弧形镜片部分的特定点的值，或者替代性地是在视野区域中的任何点的值。特别地，弧形镜片部分在加拿大标准Z262.2-09中规定的区域中提供的最大光学透过屈光力小于上述值中的一个。加拿大标准Z262.2-09基于从眼睛中心测量的眼睛旋转角度来指定该区域。可以按照DIN EN ISO 13666中、具体地是在关于眼镜镜片屈光特性的测量的第8.5节中规定的来测量光屈光力。

在根据第一方面的保护罩的改进中，弧形镜片部分提供的散光小于0.12屈光度，优选地小于0.09屈光度，优选地小于0.06屈光度。在这种情况下，散光是绝对值，即量值。该实施例的优点是可以避免过度的光学畸变。

在根据第一方面的保护罩的改进中，弧形镜片部分由透明的抗冲击材料制成，优选地由聚碳酸酯制成。然而，应当理解，也可以使用为保护罩提供透明的抗冲击弧形镜片部分的任何其他合适的材料。

应理解，在不脱离本发明范围的情况下，以上提及的特征以及以下仍要解释的特征不仅可以以相应指示的组合使用，而且还可以以其他组合或者单独地使用。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得清楚并得以阐明。在以下附图中

图1 示出了安装到头盔上的保护罩的透视图；

图2A 示出了圆柱形保护罩的透视图；

图2B 示出了环曲面保护罩的透视图；

图3A 示出了环曲面保护罩的另一透视图；

图3B 示出了沿着保护罩一侧的竖直平面中的线IIIB-IIIB截取的图3A的保护罩的竖直截面视图；

图3C 示出了沿着保护罩中心的竖直平面中的线IIIC-IIIC截取的图3A的保护罩的竖直截面视图；

图4A 示出了根据本披露的一个方面的保护罩的透视图；

图4B 示出了沿着保护罩一侧的竖直平面中的线IVB-IVB截取的图4A的保护罩的竖直截面视图；

图4C 示出了沿着保护罩中心的竖直平面中的线IVC-IVC截取的图4A的保护罩的竖直截面视图；

图5 示出了根据本披露的第一实施例的保护罩的水平截面视图，示出了水平平面中的前曲率半径和后曲率半径；

图6 示出了水平变化的竖直曲率vs水平角的示例性曲线图；

图7A 示出了沿图5中的VIIA-VIIA线截取的竖直截面视图；

图7B 示出了沿图5中的VIIB-VIIB线截取的竖直截面视图；

图8 示出了根据本披露的第二实施例的保护罩的水平截面视图，示出了水平平面中的前曲率半径和后曲率半径；

图9 示出了水平变化的竖直曲率vs水平角的第二示例性曲线图；

图10 示出了根据本披露的一个方面的用于设计保护罩的方法的示意性流程图；

图11 示出了环曲面镜片部分的环曲面在笛卡尔坐标系中的表面高度的曲线图；

图12 示出了水平变化的竖直曲率vs水平角的第三示例性曲线图；

图13 示出了根据本披露的一个方面的具有水平变化曲率的示例性弧形镜片部分在笛卡尔坐标系中的表面高度的曲线图；

图14 示出了环曲面镜片部分与具有水平变化曲率的示例性弧形镜片部分的边缘区域处的竖直曲率的比较的曲线图；

图15 示出了具有水平变化曲率的示例性弧形镜片部分的后顶点屈光力图；并且

图16 示出了具有水平变化曲率的示例性弧形镜片部分的散光图。

具体实施方式

图1示出了安装到头盔1上的保护罩10的透视图。在所示的实例中，保护罩10是曲棍球面甲，其可以通过保持或安装元件2（诸如安装销、钩、带、螺钉等）安装到保护性运动头盔1上。在实施例中，保护罩10提供安装区段11，特别是用于与头盔1的相应保持元件2接合的非光学安装元件。

如图1所示，保护罩的弧形镜片部分12弯曲跨过配戴者的眼睛21和鼻部22。在所示实施例中，保护罩10适于与保护头盔1一起使用，在此是用于冰上曲棍球的曲棍球头盔，该头盔具有右颞侧13A和左颞侧13B，其中，弧形镜片部分12是单个弧形镜片部分，在所示的配戴取向上，该弧形镜片部分弯曲跨过配戴者20的眼睛21并且有利地还跨过鼻部22并朝向头盔1的右 颞侧13A和左 颞侧13B延伸，在此该弧形镜片部分通过保持元件2附接至头盔。弧形镜片部分的竖直曲率水平地变化，如将在下面具体参考图4和以下内容进一步解释的。

图2A和图2B分别示出了圆柱形保护罩42和环曲面保护罩52。

图2A所示的圆柱形保护罩42是在配戴取向上没有竖直曲率在竖直方向上延伸的圆柱形区段。另一方面，图2B所示的环曲面保护罩52在配戴取向上提供了在水平方向上延伸的第一水平曲率以及在竖直方向上延伸的第二竖直曲率。在这两种情况下，与根据本发明的解决方案相比之下，没有水平变化的竖直曲率。

如图3A至图3C更详细地展示的，包括环曲面弧形镜片部分的环曲面保护罩在竖直方向上提供恒定曲率。因此，图3B展示的沿着线IIIB-IIIB截取的图3A的环曲面弧形镜片部分52的边缘的竖直截面视图示出了与图3C展示的沿着线IIIC-IIIC截取的环曲面弧形镜片部分52的中心的竖直截面视图相同的竖直曲率。应当注意，这种环曲面形状的优点是易于制造，因为前表面和后表面分别仅需要一个水平曲率和一个竖直曲率。

图4A示出了根据本披露的一个方面的弧形镜片部分12的透视图，在配戴取向上，该弧形镜片部分弯曲跨过配戴者的眼睛，弧形镜片部分12具有在水平方向上延伸的第一水平曲率以及在竖直方向上延伸的第二竖直曲率，其中，所述第二竖直曲率是水平变化的竖直曲率。换句话说，与关于图2B和图3A至图3C所示的环曲面形状相比之下，竖直曲率在水平方向上不是恒定的。在优选实施例中，弧形镜片部分12包括基本上平坦的水平边缘或颞侧部分14，具体地具有零竖直曲率，如图4B中的沿着线IVB-IVB截取的竖直截面视图所示。这种平坦水平边缘的优点在于其可以在保护罩连接至头盔的区域中容易地匹配头盔的形状。因此，保护罩10的弧形镜片部分12的颞部边缘与头盔1精确配合。

然而，同时，所提出的保护罩10可以提供弧形镜片部分12，该弧形镜片部分在图4C所示的镜片的中心区域具有光学上和结构上适当的曲率，该图是沿着图4A中的线IVC-IVC截取的竖直截面视图。这可以使护罩在结构上强度更大和/或为配戴者20减少光学畸变。在所示的实例中，在配戴取向上，竖直曲率从弧形镜片部分12的中心区域朝向颞侧区域水平地减小。

图5示出了用于在配戴取向上安装在配戴者20的面部前方的保护罩10的水平截面视图，其中该保护罩延伸跨过配戴者20的眼睛21和鼻部，该保护罩包括在配戴取向上弯曲跨过配戴者20的眼睛21和鼻部的弧形镜片部分12，该弧形镜片部分具有在水平方向上延伸的第一水平曲率以及在竖直方向上（即在与如图5所示的水平平面垂直的平面中）延伸的第二竖直曲率。弧形镜片部分的特征在于，所述第二竖直曲率是水平变化的竖直曲率。具体地，竖直曲率沿着弧形镜片部分12与水平平面（即如图5所示的在配戴取向上包括配戴者的眼睛21的像平面）的相交曲线15、16而水平地变化。相交曲线可以指弧形镜片部分12的前表面与水平平面的相交曲线15。相交曲线还可以指弧形镜片部分12的后表面与水平平面的相交曲线16。

在所示的实例中，根据弧形镜片部分12在所述相交曲线15上的表面法线17与处于第一眼位的配戴者眼睛21的水平视线23之间的水平角度α，弧形镜片部分12的竖直曲率沿着相交曲线15水平地变化。术语“第一眼位”应指笔直向前观看处于眼睛高度处的物体时眼睛21相对于头部的位置。处于第一眼位的配戴者的水平视线23也可以称为正常视线（NLOS）。与右眼和左眼21的正常视线23距离相等的水平平面的中心线由附图标记24表示。该中心线在弧形镜片部分12的顶点或中心18与弧形镜片部分12相交。

应当注意，还有如果弧形镜片部分的表面法线17不位于在配戴取向上包括配戴者眼睛21的水平平面内，可以确定水平角度α。在这种情况下，水平角基于表面法线17在包括配戴者眼睛的水平平面上的投影而确定。

图6示出了如上表示的随水平角度α水平地变化的竖直曲率κ的曲线图。在图6中，横轴表示水平角度α，而纵轴表示相交曲线15的竖直曲率κ。竖直曲率可以根据给定应用的需要而例如按照曲线61所指示的向右侧和/或左侧线性地或按照曲线62指示的高斯形状水平地变化。本披露当然不限于此。

图7A和图7B示出了弧形镜片部分12在不同水平角度α下的竖直截面视图。图7A中所示的视图是沿图5中的线VIIA-VIIA截取的竖直截面图，而图7B中所示的视图是沿图5中的线VIIB-VIIB截取的竖直截面图。通过两幅图的比较可以看出，图7A示出了更强的竖直曲率。该曲率有利地配置成在保护罩10的弧形镜片部分12的中心区域中提供良好的冲击保护。另外地或在替代方案中，曲率可以有利地配置成尤其与圆柱形护罩相比减小光学畸变。弧形镜片部分12的竖直曲率κ从中心18周围的中心区域朝向颞侧13A和13B水平地减小，如也从图6所见以及如图7B展示的。

相交曲线15、16上的水平位置α处的竖直曲率κ可以指弧形镜片部分在与水平平面正交的平面中的曲率，该水平平面即是如图5中所示的在配戴取向上包括配戴者的眼睛21、并且包含弧形镜片部分12在所述相交曲线15、16上的表面法线17的水平平面。这个平面对应于图7A和图7B中分别针对相交曲线上的不同水平位置所示的视图。

图8示出了保护罩10的第二实例，该保护罩包括具有水平变化的竖直曲率κ的弧形镜片部分12。图8所示的保护罩可以具有上面参考图5描述的一些或所有特征。因此，以下描述将仅关注不同点和/或其他方面。

在图8所示的保护罩10中，弧形镜片部分12包括中心区域19，该中心区域具有如图9中的曲线63、64和65示例性所示的基本上恒定的竖直曲率κ。在所示的实例中，具有基本上恒定的竖直曲率的中心区域19在±β的角度范围内延展。也可以相对于中心线24确定该角度。因此，该角度可以指配戴者的相对于笔直向前的视线的眼睛旋转角度。

此外，图8还展示了配戴者的视野区域，该视野区域跨过±γ角度范围。角度γ可以同样指的是配戴者的相对于笔直向前的视线的眼睛旋转角度。对于健康的受试者，配戴者的水平视野覆盖大约180°至200°的全角度。这对应于相对于中心线24为± 90°至±100°的角度γ。因此，本文使用的水平视野区域的角度γ不是相对于与角度α相同的顶点来测量的。后者是相对于弧形镜片部分的表面法线进行测量的。眼睛的视线不一定沿着表面法线碰到镜片部分的表面。因此，眼睛旋转角度γ对应于相对于弧形镜片部分12的表面法线测量的水平角度γ'。对应地，就眼睛旋转角度而言，角度β对应于相对于弧形镜片部分12的表面法线测量的水平角度β'。从图8中可以看出，相同的水平位置因此可以根据相对于弧形镜片部分的表面法线的角度或者根据眼睛旋转角度来限定。因此，图6和图9中示例性示出的曲线图中的曲线将弯曲通过两种不同方法测量的不同角度。这种差异可能是有利的，因为例如90度眼旋转角度可能仅为相对于表面法线测量的75度，如图8展示的。该差异可以被视为用于改变竖直曲率的安全余量，而没有影响配戴者在由眼睛旋转角度限定的视野中看到光学器件的危险。由于配戴者的眼睛在护罩的配戴取向上位于前表面和/或后表面的曲率中心的前方，因此给定的眼睛旋转角度可以对应于相对于弧形镜片部分的表面法线测量的较小角度。

再次参考图9，竖直曲率κ在图9中的角度±γ'处的竖直虚线所指示的配戴者的视野区域内可以是恒定的。具有如曲线63和64示例性地指示的水平变化的竖直曲率κ的弧形镜片部分12就是这种情况。然而，在替代方案中，竖直曲率κ也可以在配戴者的整个视野区域上都是恒定的，而后在图9中的±γ'处的竖直虚线所指示的视野之外变化。仅在配戴者的视野区域之外改变竖直曲率κ的实施例的优点在于不需要复杂的最佳优化来避免像畸变。尽管如此，在这种情况下也可以提供光学优化，具体地是为了在较大的眼睛转动期间使配戴者的周边视力良好，并且有利地一直到颞部边缘都有很好的视光。

图10示出了方法的、具体地是用于设计保护罩的计算机实施的方法的示意性流程图，该保护罩用于在配戴取向上安装在配戴者的面部前方，其中保护罩延伸跨过配戴者的眼睛并且还有利地跨过鼻部，其中，保护罩包括至少一个弧形镜片部分。该方法整体由附图标记70表示。

在第一步骤S71中，确定在配戴取向上保护罩12的竖直平面和水平平面。

在第二步骤S72中，至少一个弧形镜片部分12被设计成使得在配戴取向上该弧形镜片部分弯曲跨过配戴者20的眼睛21，弧形镜片部分12具有在水平方向上延伸的第一水平曲率以及在竖直方向上延伸的第二竖直曲率κ。

在第三步骤S73中，确定竖直曲率κ，使得所述竖直曲率κ是水平变化的竖直曲率。换句话说，在步骤S72中提到的第二竖直曲率可以指弧形镜片部分12的中心18处（例如在弧形镜片部分的顶点处）的竖直曲率。因此，在随后的步骤S73中确定竖直曲率κ的水平变化。例如，中心处的竖直曲率κ可以被设计成在结构上适合于提供高水平的冲击保护，而在不同水平位置处（例如在弧形镜片部分12的水平边缘处）的竖直曲率κ可以被设计为与头盔1自然配合。

应当注意，可以指定前表面或后表面，并且可以使用光学设计软件通过光学优化根据多个光学考虑因素来确定另一表面。

传统的环曲面镜片部分与根据本披露的一个方面的具有水平变化的竖直曲率的镜片部分之间的差异将在下面关于具体实例进行说明。

图11示出了传统的环曲面镜片部分在笛卡尔坐标系中的环曲面的曲线图。给出了圆环体的一个区段的表面高度的方程：

其中

和

是分别沿子午线x和y的曲率半径。示例性曲棍球保护罩可以具有5屈光度（

）的水平曲率以及2.5屈光度（

）的竖直曲率。图11绘制了这种表面的以毫米表示的表面高度。负值表示向外凸出。在配戴取向上，x轴指横轴，即左右方向；y轴指纵轴，即上下方向；Z轴指深度轴，即前后方向。除非另有指明，否则在以下描述中将使用相同的坐标系。

现在转到图12和图13，这些曲线图展示了具有水平变化的竖直曲率的示例性弧形镜片部分。这种竖直曲率根据水平位置/角度而变化的表面可以按照以下方式构造。让沿着水平子午线x的表面高度为

。然后假设在任何位置x，竖直高度是具有半径

的圆弧。然后可以通过以下方式描述用于该表面的方程：

在所示的实例中，沿水平子午线的表面高度

被选择为5屈光圈，使得新表面的水平子午线与图11的上述示例性圆环体中的水平子午线相同。为了提供一种保护罩，该保护罩具有弧形镜片部分，该弧形镜片部分提供弯曲的中心和平坦的边缘，

被选择作为在保护罩的左右边缘处优选地平滑地变得无穷的函数。可以通过函数

来描述竖直曲率，其中P是屈光力或曲率κ，使得

，并且θ是从5屈光度水平子午线的中心测量的从弧形镜片部分的中心到水平x值的角度；即

，其中值106是示例性5屈光度水平子午线的半径。因此，定义

的任务可以简化为定义

。图12示出了

所述的水平变化的竖直曲率vs水平角的示例性曲线图。给出了所示曲线66的方程

。

图13示出了具有图12的水平变化曲率的示例性弧形镜片部分的表面的对应曲线图。

图14示出了（a）曲线81指示的图11的环曲面镜片部分与（b）曲线82指示的图13的具有水平变化曲率的示例性弧形镜片部分的边缘区域处的竖直曲率的比较。因此，图14的曲线图分别展示了图11和图13的表面高度曲线图的边缘段的差异，从中可以推断出该水平位置处的不同竖直曲率。

保护罩的设计目的还在于提供光学畸变量最小的优异的光学器件。对于传统的环曲面护罩，设计过程可以包括提供具有环曲面形状的前表面，并且还提供具有环曲面形状的后表面，但是其水平曲率和竖直曲率被调整为在中心产生零后顶点屈光力。例如，对于具有5屈光度× 2.5屈光度（水平×竖直）的前表面的3 mm厚镜片部分，可以提供后部5.05屈光度× 2.51屈光度的后表面。对于该实例，假设镜片部分的最厚（3 mm）部分在几何中心。应当注意，可以将最厚点竖直移位以在配戴位置为所期望的预定视线提供零竖直棱镜偏转。

对于包括以上参考图12和图13所述的前表面具有水平变化的曲率的弧形镜片部分的示例性保护罩，可以通过提供

为5.05屈光度的后表面并使用下式来实现低量光学畸变

。

这提供了示例性的弧形镜片部分，该弧形镜片部分的两侧的内侧边缘和外侧颞部边缘都是竖直平坦的。

图15示出了这个示例性弧形镜片部分的后顶点屈光力图，而图16示出了后顶点散光图。给定实例中的水平范围覆盖了水平子午线的完整半圆。应当注意，尽管保护罩周边的竖直曲率具有快速变化，如图12中的曲线66展示的，但光屈光力和散光可以保持在低于人眼的能注意到模糊不清的阈值的水平，特别是远低于光学装置的常见标准。因此，通过该保护罩，可以提供非常少量的光学畸变，其中该保护罩包括弧形镜片部分，该弧形镜片部分具有本文所述的水平变化的竖直曲率。

应当理解，本文披露的概念可以具有比仅为了说明目的而引用的曲棍球面甲更广泛的应用。连接至头盔或框架、特别是在末端颞部处的任何护罩可以受益于所提出的竖直曲率的水平变化，特别是竖直压平部的水平变化。例如，这个概念也可以应用于滑雪护目镜，或者也可以用在个人保护镜片上。然而，有利地提供了一种保护罩，该保护罩具有单个弧形镜片部分，在配戴取向上，该弧形镜片部分弯曲跨过配戴者的两只眼睛并有利地还跨过鼻部。

虽然在附图和上述描述中详细展示并描述了本发明，但是这样的展示和描述认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的；本发明不局限于所披露的实施例。通过研究附图、披露内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解并实现所披露的实施例的其他变型。

在权利要求书中，词“包括”不排除其他的要素或步骤，并且不定冠词“一个（a、an）”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中所述的若干项的功能。在彼此不同的从属权利要求中陈述的某些措施的简单事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。

计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分布，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (27)

1.一种保护罩（10），该保护罩用于在配戴取向上安装在配戴者（20）的面部前方，其中该保 护罩延伸跨过该配戴者的眼睛（21），该保护罩包括

至少一个弧形镜片部分（12），在该配戴取向上，该至少一个弧形镜片部分弯曲跨过该配戴者的眼睛，该弧形镜片部分具有在水平方向上延伸的第一水平曲率以及在竖直方向上延伸的第二竖直曲率；其中，这各个曲率是指该弧形镜片部分的前表面或后表面的曲率；所述第二竖直曲率是水平变化的竖直曲率（κ）；

其特征在于，该保护罩适合用于保护头盔（1）中，该头盔具有右 颞侧（13A）和左 颞侧（13B）；其中，该弧形镜片部分（12）是在该配戴取向上弯曲跨过该配戴者（20）的眼睛（21）和鼻部（22）并朝向该头盔的左颞侧和右颞侧延伸的单个弧形镜片部分；并且其中，该弧形镜片部分（12）包括平坦的水平边缘（14）；以及

其中，该竖直曲率（κ）在该配戴取向上从该弧形镜片部分（12）的中心区域（19）朝向颞侧区域沿所述水平方向减小；

其中，该平坦的水平边缘（14）具有绝对值小于0.5屈光度的竖直曲率（κ）。

2.根据权利要求1所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分是平光或无焦镜片部分。

3.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该平坦的水平边缘（14）具有绝对值小于0.25屈光度的竖直曲率（κ）。

4.根据权利要求1所述的保护罩，其中，该竖直曲率（κ）沿着该弧形镜片部分（12）与水平平面的相交曲线（15，16）水平地变化，该水平平面在该配戴取向上包括该配戴者的眼睛（21）。

5.根据权利要求4所述的保护罩，其中，根据该弧形镜片部分（12）在所述相交曲线上的表面法线（17）与处于第一眼位的该配戴者的眼睛（21）的水平视线（23）之间的水平角度（α），该竖直曲率（κ）沿着该相交曲线（15，16）水平地变化。

6.根据权利要求4或5所述的保护罩，其中，该相交曲线（15，16）上的水平位置处的竖直曲率（κ）是该弧形镜片部分（12）在一平面中的曲率，所述平面与水平平面正交并且包含该弧形镜片部分在所述相交曲线上的表面法线（17）。

7.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分（12）的竖直曲率（κ）变化至少0.5屈光度。

8.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分（12）的竖直曲率（κ）变化至少1屈光度。

9.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分（12）的竖直曲率（κ）变化至少2屈光度。

10.根据权利要求5所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分（12）的竖直曲率（κ）随水平角度（α）线性地变化，或者随水平角度（α）二次方变化或随水平角度（α）三次方变化。

11.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分（12）包括具有基本上恒定的竖直曲率（κ）的中心区域（19），其中，所述中心区域（19）在±β的角度范围内延展。

12.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该竖直曲率（κ）在该配戴者（20）的视野区域内水平地变化，所述视野区域跨过±γ的角度范围。

13.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，所述弧形镜片部分（12）提供的最大后顶点屈光力是绝对值小于0.12屈光度。

14.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，所述弧形镜片部分（12）提供的最大后顶点屈光力是绝对值小于0.09屈光度。

15.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，所述弧形镜片部分（12）提供的最大后顶点屈光力是绝对值小于0.06屈光度。

16.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分（12）提供的散光是小于0.12屈光度。

17.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分（12）提供的散光是小于0.09屈光度。

18.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分（12）提供的散光是小于0.06屈光度。

19.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分（12）由透明抗冲击材料制成。

20.根据权利要求1或2所述的保护罩，其中，该弧形镜片部分（12）由聚碳酸酯制成。

21.一种保护头盔（1），该保护头盔包括根据前述权利要求中任一项所述的保护罩（10）。

22.根据权利要求21所述的保护头盔，该保护头盔是运动头盔。

23.根据权利要求21所述的保护头盔，该保护头盔是曲棍球头盔。

24.一种用于设计在配戴取向上安装在配戴者（20）的面部前方的保护罩（10）的计算机实施的方法（70），其中该保护罩延伸跨过该配戴者的眼睛（21），其中，该保护罩包括至少一个弧形镜片部分（12），该方法包括以下步骤：

确定在配戴取向上该保护罩的竖直平面和水平平面；

设计该至少一个弧形镜片部分（12），使得在该配戴取向上该至少一个弧形镜片部分弯曲跨过该配戴者的眼睛，该弧形镜片部分具有在水平方向上延伸的第一水平曲率以及在竖直方向上延伸的第二竖直曲率；其中，这各个曲率是指该弧形镜片部分的前表面或后表面的曲率；

确定该竖直曲率，使得所述竖直曲率是水平变化的竖直曲率（κ）；

其中，该保护罩适合用于保护头盔（1）中，该头盔具有右 颞侧（13A）和左 颞侧（13B）；其中，该弧形镜片部分（12）是在该配戴取向上弯曲跨过该配戴者（20）的眼睛（21）和鼻部（22）并朝向该头盔的左颞侧和右颞侧延伸的单个弧形镜片部分，并且其中，该弧形镜片部分（12）包括平坦的水平边缘（14），以及

其中，该竖直曲率（κ）在该配戴取向上从该弧形镜片部分（12）的中心区域（19）朝向颞侧区域水平地减小；其中，该平坦的水平边缘（14）具有绝对值小于0.5屈光度的竖直曲率（κ）。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，该保护头盔是运动头盔。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，该保护头盔是曲棍球头盔。

27.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序包括用于执行根据权利要求24至26中的任一项的方法（70）的步骤的程序代码工具。

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