CN110998237B - 用于确定光学系统的方法以及通过所述方法确定的眼科镜片和眼科滤光片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定旨在配备给受试者的光学系统的方法，所述方法包括以下步骤：‑确定敏感度指数，所述敏感度指数表明在将所述受试者置于以下环境中时，所述受试者如何依靠所述环境的总体几何结构和/或局部地标来在所述环境中导航，所述环境包括表面和/或边界，所述表面和/或边界总体形成这个环境的几何结构；以及地标，所述地标与所述环境中的特定位置相关联；以及‑基于所述敏感度指数来确定所述光学系统。本发明还涉及一种通过这种方法确定的眼科镜片和眼科滤光片。
Description
技术领域
本发明涉及光学设备领域。
更确切地说，本发明涉及一种用于确定旨在配备给受试者的光学系统的方法。
本发明还涉及一种用于确定眼科镜片的方法以及一种通过这种方法确定的眼科镜片。
最后，本发明涉及一种用于确定眼科滤光片的方法以及通过这种方法确定的眼科滤光片。
背景技术
对于受试者而言，导航是确定和保持从一个特定地点到另一个特定地点的路线或轨迹的过程(Gallistel,C,R.，“The organization of learning[学习的组织]”，Brand，第3卷，1990年)。
当受试者在空间中导航时，他/她不断地面对结合在周围环境中的、具有不同几何结构的多个地标。
当受试者失去他/她的方向感时，他/她积极地寻找线索，这些线索可以帮助他/她找回他/她的位置、前进方向以及随后到达特定地点(例如，目标)应该走的方向。
线索可以是几何性质的(即“我的目标位于沿着街道的右长边”)或者可以是特定的地标(即“我的目标位于面包店的左侧”)、或者甚至他们的组合。
导航过程可能意味着对受试者(又称导航者)的当前位置和方位的识别。通过探索给定的环境，受试者可以收集有关空间线索的标识和位置的知识，这些空间线索可以被记住并随后用于返回到先前访问过的位置(例如，目标)。
如果受试者已经配备了像眼镜等光学系统或者如果他/她没有配备光学系统，则重要的是在导航任务期间使(多个)镜片和/或(多个)滤光片适应受试者的特定需求。
在导航任务中使镜片适应配戴者的一种可能性可以是用眼动跟踪仪进行直接的视线测量。在文件US 2017/059886中公开了这个解决方案。然而，这个技术解决方案是棘手和挑剔的。
在给定环境中，有两个主要类别的外部空间线索在导航期间容易被受试者使用并且适合于方位和/或导航。
通常，所述环境包括：
-表面和/或边界，表面和/或边界总体形成这个环境的几何结构(即几何特征或线索)；以及
-“地标”，“地标”与这个环境中的特定位置(例如，兴趣点)相关联。
在一方面，环境的几何特征为受试者提供度量信息，比如形成环境形状的表面或边界的长度和角度。例如，山脉或海岸线的轮廓、房间的结构或大型建筑物的侧面被视为几何线索。
在另一方面，地标是容易识别并且与该环境中的特定空间位置相关联的物体或其他环境特征。
在自然和人工(人造)环境两者中，几何结构(几何线索)和地标都是无处不在的，并且当在环境中导航时受试者对它们的利用已经在动物和人类中进行了广泛地研究。
例如，地标和几何线索的可靠性已经在儿童和青年成年人中进行了广泛地研究(K.R.Ratliff和N.S.Newcombe，“当线索冲突时重新确定方位-自适应组合视图的证据[Reorienting When Cues Conflict–Evidence for an Adaptive-Combination View]”，心理科学(Psychological Science)，第19期，第1301-1307页，DOI:http://doi.org/ 10.1111/j.1467-9280.2008.02239.x；N.S.Newcombe和K.R.Ratliff，“解释空间重新确定方位的发展[Explaining the development of spatial reorientation]”，新兴的空间思维(The Emerging Spatial Mind)，第53-76页，2007年，DOI:http://doi.org/10.1093/ acprof:oso/9780195189223.003.0003；K.Cheng and N.S.Newcombe，“是否存在用于空间定向的几何模块？平方理论和证据[Is there a geometric module for spatialorientation？squaring theory and evidence]”，心理环境通报与评论(PsychonomicBulletin&Review)，第12卷第1期，第1-23页，2005年二月，DOI:http://doi.org/10.3758/ BF03196346；Hermer和Spelke，“幼儿空间重新定向的几何过程[A geometric process forspatial reorientation in young children]”，自然(Nature)，1994年；Hermerand和Spelke，“模块化与发展：空间重新确定方位的情况[Modularity and development:thecase of spatial reorientation]”，认知(Cognition)，第61卷第3期，第195-232页，1996年)。
前述研究已经表明，虽然幼儿在导航时主要利用几何线索，但青年成年人更加注重地标来自己确定方位。
受试者的线索可靠性似乎随各种参数而变化，比如：年龄、视觉矫正的需求、视觉能力、姿势或步态特异性。
在当前配戴者的视觉设备中没有考虑这种行为差异。对于受试者而言，这可能导致在导航期间不适以及模糊或影响感兴趣的和确定方位的线索。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种制造适于在导航期间的受试者视觉需求的光学系统的方法。这种方法考虑了受试者的视觉策略，特别是取决于它是依靠地标还是几何线索。
根据本发明，通过提供一种用于确定旨在配备给受试者的光学系统的方法来实现上述目的，所述方法包括以下步骤：
-确定敏感度指数，所述敏感度指数表明在将所述受试者置于包括以下内容的环境中时：
-表面和/或边界，所述表面和/或边界总体形成所述环境的几何结构；以及
-地标，所述地标与所述环境中的特定位置相关联，
所述受试者如何依靠所述环境的所述总体几何结构和/或所述局部地标来在所述环境中导航；以及
-根据所述敏感度指数确定所述光学系统。
优选地，所述敏感度指数表明所述受试者是优选地依靠所述环境的所述总体几何结构还是所述局部地标来在所述环境中导航。
更优选地，根据所述受试者优选地依靠所述总体几何结构或所述局部地标的概率来确定所述敏感度指数。
在根据本发明的方法的特别有利的实施例中，所述确定敏感度指数的步骤包括以下子步骤：
-将所述受试者置于用于学习在所述环境中从初始位置朝向目标移动的条件下，所述初始位置和所述目标在与所述环境相关联的参考系中具有相应的预定位置；
-变换所述环境，以便在所述环境的所述总体几何结构与局部地标之间/周围引入冲突/模糊度，从而影响受试者的导航技能；
-要求被置于变换后的所述环境中的所述受试者从同一初始位置开始到达所述目标；
-根据所述受试者为到达所述目标所走路径来确定用户的敏感度指数。
在所述方法的优选实施例中，变换环境的子步骤包括对所述环境进行几何变换，所述几何变换适于在所述参考系中改变局部地标的位置，而既不改变所述目标的位置也不改变环境的总体几何结构。
根据本发明的方法的其他有利的且非限制性的特征包括：
-形成所述环境的总体几何结构的所述表面和/或边界呈现出大于所述环境的尺寸的十分之一的表观尺寸；并且所述局部地标呈现出小于所述环境的十分之一的表观尺寸；
-所述方法进一步包括：在所述第二确定步骤之前，用于评估至少一个代表所述受试者与所述敏感度指数有关的眼球运动行为的眼球运动参数的步骤；
-所述至少一个眼球运动参数是：在眼睛高度处的注视时间；在地面高度处的注视时间；一个注视时间与另一个注视时间之间的比率；视线方向的角度分布；视线的平均或中间方向；视线的优选方向；在视线方向上的竖直和/或水平稳定性；在视线方向上的竖直和/或水平探测；眼速度。
在根据本发明的方法的特定实施例中，确定敏感度指数的步骤包括以下子步骤：
-将所述受试者置于在所述环境中从初始位置朝向目标虚拟地或实际地移动的条件下，所述初始位置和所述目标在与所述环境相关联的参考系中具有相应的预定位置，其中，所述受试者能够通过一对替代子路径中的第一子路径或第二子路径到达所述目标的至少两个位移之间进行选择，所述第一子路径与局部地标相关联，而所述第二子路径与所述环境的总体几何结构相关联，
-根据所述受试者选择的位移确定用户的敏感度指数。
有利地，所述受试者能够在多个位移之间选择位移，其中，每个位移由一连串子路径形成，每个子路径在一对子路径中进行选择，其中，所述第一子路径与局部地标相关联，而所述第二子路径与所述环境的总体几何结构相关联。
根据本发明的方法可以有利地被实现用于确定眼科镜片，所述镜片具有上部部分和下部部分，其中，所述第二确定步骤包括以下当中的至少一个子步骤：
-减小所述眼科镜片的下部部分中的光学畸变的特征值；
-减小沿基本上竖直的轴线的光学畸变的变化；
-减小所述眼科镜片的下加光；
-增加所述镜片的上部部分中残余散光低于0.25屈光度的区域的大小；和/或
-拓宽视远条件的视野。
本发明还提供一种根据前述方法确定的眼科镜片。
而且，根据本发明的方法可以有利地被实现用于确定眼科滤光片，所述滤光片具有上部部分和下部部分，其中，所述确定步骤包括以下当中的至少一个子步骤：
-将第一光谱响应给予所述滤光片的所述上部部分，或者将第二光谱响应给予所述滤光片的所述下部部分；和/或
-在所述滤光片的所述上部部分与下部部分之间给予基本上竖直的光透射率梯度。
本发明还提供一种根据前述方法确定的眼科滤光片。
具体实施方式
以被视为非限制性实例的附图进行充实的以下描述将有助于理解本发明并明白其是如何实现的。
在附图上：
-图1和图2是所使用的实验平台的模板式视图，以便确定受试者的敏感度指数；
-图3是在方位确定周期中和在协议的导航周期中受试者的示意性视图，以确定他/她的敏感度指数；
-图4表示针对青年成年人和老年成年人的、受试者中根据几何结构或根据环境的地标导航的比例的条形图；
-图5示出了针对“几何结构”组和“地标”组中的受试者、眼睛偏差(以度为单位)相对于头部参考的时间演变；
-图6和图7是根据本发明的方法为“几何结构”组中的受试者确定的眼科镜片(“G-镜片”)的球镜度和残余散光的2D图(两者都以屈光度为单位)；
-图8和图9是根据本发明的方法为“地标”组中的受试者确定的眼科镜片(“L-镜片”)的球镜度的和残余散光的2D图(两者都以屈光度为单位)；
-图10和图11是通过图6至图9的G镜片和L镜片看到的规则网格的图像，示出了在镜片下部部分中在竖直方向上的光学畸变；
-图12表示根据通过图10和图11的镜片的视线高度(以度为单位)而变化的畸变线到水平直线(在图10至图11中以虚线表示)的峰谷距离ΔY、及其比率；
-图13是根据本发明的方法为“几何结构”组中的受试者确定的眼科滤光片的示意性示例。
如上所述，本发明涉及一种用于确定旨在装备给受试者的光学系统(例如戴在他/她眼睛前方的一副眼科镜片或滤光片)的方法，所述方法包括以下步骤：
1)确定敏感度指数，所述敏感度指数表明在将所述受试者置于包括以下内容的环境中时：
-表面和/或边界，所述表面和/或边界总体形成所述环境的几何结构；以及
-地标，所述地标与所述环境中的特定位置相关联，
所述受试者如何依靠所述环境的所述总体几何结构和/或所述局部地标来在所述环境中导航；以及
2)根据所述敏感度指数确定所述光学系统。
“受试者如何依靠所述总体几何结构和/或所述局部地标”在这里优选地是指敏感度指数表明受试者是优选依靠所述总体几何结构还是环境的所述局部地标来在所述环境中导航。更优选地，敏感度指数是连续量，并且根据受试者优选地依靠所述总体几何结构或所述局部地标的实际概率来确定。
有利地，确定敏感度指数的步骤包括以下子步骤：
1a)将所述受试者置于用于学习在所述环境中从初始位置朝向目标移动的条件下，所述初始位置和所述目标在与所述环境相关联的参考系中具有相应的预定位置；
1b)变换所述环境，以便在所述环境的所述总体几何结构与局部地标之间/周围引入冲突/模糊度，从而影响受试者的导航技能；
1c)要求被置于变换后的所述环境中的所述受试者从同一初始位置开始到达所述目标；
1d)根据受试者达到目标所走的路径确定所述受试者的敏感度指数。
在下文所述的确定方法的优选实施例中，变换的子步骤1b)包括对所述环境进行几何变换，所述几何变换适于在所述参考系中改变局部地标的位置，而既不改变所述目标的位置也不改变环境的总体几何结构；
敏感度指数
在下文中，将给出有关确定这个敏感度指数的方式的一些细节。
实验设置
如图1和图2所示，本实验是使用真实的平台1进行的，其中将受试者置于实际的环境中，所述实际的环境是矩形封闭间2(约8.55米×4.30米；长宽比＝1.99)，所述矩形封闭间包括覆盖封闭间的墙的面板3。
面板3是3米高，并且具有不同的宽度。面板类似于真实世界的墙纹理，并模仿比如砖墙、门和窗户等街道式的浮雕场景(参见图1和图2)。
房间的地面被一个均匀的黑色油毡覆盖。在房间中控制光和声音条件：在整个实验期间播放均匀的照明(大约200lux)和街道式的多源声音，以便增加在实际环境中的沉浸感。
受试者的身体运动学被光电运动捕捉系统(10个红外摄像头，型号T160)以120Hz采样频率记录(英国牛津VICON运动系统公司)。摄像头(未示出)被定位在四周以覆盖房间的全部容积，并且以对称方式被放置在房间中。在记录期间，受试者穿着具有39个红外反射标记的紧身黑色套装，所述红外反射标记遵循VICON Plug-In-Gait模式。
此外，受试者的右眼的眼球运动被以60Hz运行的基于视频的眼动跟踪仪记录。将眼动跟踪仪安装在光护目镜上，所述光护目镜允许受试者在实验期间戴着他自己的眼镜(如果需要的话)。
进行校准程序，以便在房间体系内计算视线的三维向量。这个程序包括计算眼睛相对于定位于眼动跟踪仪护目镜上的四个反射标记的旋转中心。然后，通过由25个标记组成的椭圆形校准网格，计算在眼动跟踪仪摄像头坐标系中的眼睛位置与房间坐标系之间的对应关系。网格为145cm宽、100cm高，并且被放置在眼睛高度上，距受试者大约一米远，以便覆盖最大范围的眼睛方位。附加地，为了校正在整个实验中发生的可能漂移，在每次实验之前进行两点漂移校正。
实验协议
任务要求受试者在由上述平台形成的环境中尽可能快地导航。受试者被要求在前一节所述的房间中从初始位置朝向看不见的目标移动。
初始位置和目标在与环境(即与平台)相关联的参考系中具有相应的预定位置。在本示例中，要到达的目标位于房间的西北象限，并且为80×80cm大(参见图1和图2中的虚线区域“G”)。
学习阶段
在实验开始时，受试者对环境和目标位置不了解。重要的是，在每次实验前都使受试者迷失方向。这个过程要求受试者坐在椅子上，闭上眼睛，同时实验人员则在整个房间中缓慢地旋转和移动椅子。为确保这个程序真正使人迷失方向，要求受试者指向迷失方向的起点，保持眼睛闭合。
受试者以伪随机方式从图1中由虚线区域“1”-“4”所示的四个位置、以及图1中箭头4所示的三个方位开始实验(不考虑直接朝向目标的开始方位)。
受试者一进入目标区5，就响起奖励信号，向受试者表明他到达了目标区5。然后指导受试者闭上眼睛，实验结束。
探测阶段
在一定数量的学习实验(这里是8次实验)后，旋转面板3的整个构造(参见图2中的旋转箭头)，以便使地标7和几何信息冲突。如图2所示，在学习阶段期间靠近目标角6的局部地标特征现在被定位在相邻的、几何上不同的角中。
因此，随着对受试者环境进行的几何变换，在与环境相关联的参考系中局部地标7的位置改变，但是环境的总体几何结构和目标的位置保持不变。
在另一个实施例中，对环境的可能变换可以例如通过改变房间的长宽比(使房间或多或少是正方形或矩形)而在环境的总体几何结构上引入模糊度。在这种情况下，更多地依靠环境的总体几何结构的受试者受到影响，而更多地依靠局部地标的受试者可能不受到影响。另一种可能性是更改局部地标的外观，例如通过使地标特征褪色。
在环境变换之后进行了五次探测实验，在这些实验期间奖励区域保持不变(图2上的虚线区域“G”)。关于变换程序，不告知受试者。然后，要求他在变换后的环境中从同一初始位置开始到达目标。
对于一个特定的探测而言，受试者被分类为“几何结构”或“地标”，取决于受试者是依靠所述总体几何结构还是依靠环境的所述局部地标7在环境中导航以便达到封闭间中的目标。
受试者的分类(“几何结构”或“地标”)由受试者为到达目标所走的路径定义，即由受试者在环境变换(旋转地标7)后、在第一探测实验期间所走的轨迹定义。
更确切地说，如果受试者第一次进入目标(图2上的“G”)或其对称区域(“S”)，则将他/她分配到几何组，并且受试者的敏感度指数等于“几何结构”。相比之下，如果受试者第一次进入地标区域(“L”)，则将他/她分配到地标组，并且受试者的敏感度指数等于“地标”。没有受试者去错误区域(“E”)。
通过计算眼动跟踪仪护目镜上的四个标记的质心来获得受试者为到达目标所走的路径。通过考虑在环境的参考系中(即在房间的3D模型中)视线向量的交点来获得眼球运动数据。
特别地，我们对眼的注视(即受试者最佳地获取视觉信息的时间段)感兴趣。为了检测眼的注视，我们计算参考系中的视线分散向量，所述视线分散向量对应于两个连续点之间的距离，即眼动速度的估计值。
对于每次探测实验而言，视线分散距分布中线低于2SD的连续时间段被视为候选注视。其中，丢弃持续时间低于100毫秒的眼的注视。
我们进一步在实验中考虑两个不同的周期。具体来说，如图3所示，我们将实验的第一部分确定为方位确定周期8，所述方位确定周期从睁开眼睛开始直至受试者开始行走(即当参与者超过距初始位置40厘米的虚拟半径时)。随后的导航周期9持续到受试者进入“G”、“S”或“L”区域之一(见图2)。
结果
基于在学习阶段(第1号至第8号实验)期间产生的轨迹，估算以米为单位的行进距离(即受试者所走路径的总长度)和行走速度(以米/秒为单位)。还估计了为到达目标所需的逃逸延迟，即方位和导航周期的持续时间(以秒为单位)以及方位阶段的持续时间(仅方位确定周期的持续时间(以秒为单位))。
最后，通过确定以下内容来评估受试者的路径的“最佳性”：
-前进偏差：受试者轨迹相对于目标位置的平均角度误差；以及
-路径曲折度：受试者路径的长度与从初始位置到目标位置的最短距离之间的比率。
我们在下面呈现针对一群39个受试者所获得的实验结果：
-年龄在19至37岁之间(平均＝26.25，标准偏差＝4.97)的20个“青年”成年人(11个女性，9个男性)；以及
-年龄在61至79岁之间(平均＝71.21，标准差＝4.35)的19个“老年”成年人(10个女性，9个男性)参与了这个研究。
学习阶段的结果
我们发现，老年受试者和青年受试者一样能够学习任务(即平行的学习曲线)，两组从第四次实验开始似乎都达到了渐近表现。
而且，通过对在8个学习实验(参见上面的“学习阶段”)中的数据进行平均，我们发现，年长的成年人行进更长的距离，并且到达目标位置的轨迹欠最佳：行进距离更长，路径曲折度更大。
老年成年人到达目标位置的时间也明显延迟。有趣的是，我们还发现，与青年成年人相比，年长的成年人具有明显更长的方位确定周期持续时间。
探测阶段的结果(第一次实验)
已经从收集到的数据中发现
-大部分青年成年人(20个中的15个)在导航期间基于局部地标特征确定方位；以及
-大部分年长的受试者(19个中的12个)在导航期间根据环境的总体几何结构确定方位，因此忽略了地标7的旋转(环境的变换)。
在图4中表示了这些初步结果，其中绘制了在第一次探测实验中根据地标(条12、22)和几何结构(条11、21)确定方位的青年(条10)和老年(条20)受试者的比例(在0和1之间)(误差条示出了68％的置信区间)。
从这些结果中，我们可以评估出大多数青年成年人根据地标确定方位，而大部分老年成年人根据房间的几何结构确定方位。
换句话说，实现上述详细实验允许确定针每个受试者的敏感度指数，这个指数表明他/她如何或者是否依靠环境的总体几何结构和/或环境的附近环境中存在的局部地标特征。
其他探测实验(实验2至5)
关于其他探测实验，可以对每个受试者的导航偏好进行统计，甚至可以根据所述受试者优选地依靠所述总体几何结构或依赖所述局部地标的概率来确定敏感度指数。
例如，敏感度指数可以在0到1的范围内，值“0”对应于仅依靠环境的总体几何结构的受试者；并且值“1”对应于仅依靠环境的局部地标的受试者。
用所提出的实验还可以研究受试者的视线动态和眼球运动行为。
有利地，在本发明的一些实施例中，确定方法进一步包括：在第二确定步骤之前，用于评估至少一个代表与所述敏感度指数有关的受试者的眼球运动行为的眼球运动参数。
优选地，这个眼球运动参数是以下之一：
-在眼睛高度处的注视时间；
-在地面高度处的注视时间；
-一个注视时间与另一个注视时间之间的比率；
-视线方向的角度分布；
-视线的平均或中间方向；
-视线的优选方向；
-在视线方向上的竖直和/或水平稳定性；
-在视线方向上的竖直和/或水平探测；或
-眼速度。
例如，在图5中表示了在方位确定周期35和导航周期36期间，根据时间而变的相对于头部水平参考30(当在眼睛的高度向前直视时，受试者的视线和头部位置)的眼动偏差(以ED表示并以度为单位)。
在这个图5上针对“地标”组(依靠环境的局部地标特征的受试者)和“几何结构”组(依靠环境的总体几何结构的受试者)两者绘制了各自的曲线31、32。透明区域33、34对应于在实验的特定时间步骤中的标准偏差。
从这些曲线中可以看出，在导航期间根据环境的总体几何结构确定方位的受试者使他们的眼睛在头部参考系中比用地标确定方位的受试者的眼睛更低。可以假定这与“几何结构”组受试者注视地面而不是注视局部地标所在的面板3的需求有关。
而且，通过在导航时分析由受试者自发产生的眼睛运动，已经发现，用平台再现的环境的地面和角对于几何线索的视觉提取而言是特别有意义的。
总之，在此我们描述了根据本发明的方法的第一确定步骤的可能实现方式，以便确定受试者的敏感度指数，所述敏感度指数表明他/她在导航任务期间是更多地依靠环境的总体几何结构还是更多地依靠环境的局部地标特征。
已经发现，通过几何结构导航的受试者一般具有相对于头部高度较低的视线方向，而通过地标导航的受试者往往呈现较高的视线方向(仍然低于头部高度)。
本发明方法的一个方面考虑在几何结构之后确定方位的受试者与通过地标确定方位的受试者之间的这种行为差异，并且基于这个敏感度指数来确定旨在由受试者配戴的光学系统。
到目前为止，例如在当前的配戴者视觉设备概念中并未考虑以上观察到的行为差异。对于受试者而言，这可能导致导航期间不适以及模糊或影响感兴趣的方位线索。
因此，先前确定的敏感度指数可以用于确定光学系统，例如眼科镜片或眼科滤光片，其被设计成在导航期间保持或改善受试者的视觉表现。
并且可以有利地使用眼球运动参数，以便考虑更多地依靠几何结构或更多地依靠地标的受试者的视线动态。
因此，我们将描述确定受试者的上述详细敏感度指数的两种不同应用。
第一示例涉及眼科镜片的光学设计，并且第二示例涉及用于导航的眼科镜片的确定。
眼科镜片的光学设计
如上所述，受试者的敏感度指数揭示了这个受试者在多大程度上依靠环境的总体几何结构或环境的局部地标在这个环境中导航。进一步地，已经证明，具有显示他/她在环境中导航时依靠环境的几何结构来确定他/她自己的方位的敏感度指数的受试者(属于“几何结构”组的受试者)呈现出明显不对称的视线方向角分布，所述受试者具有保持他/她的视线指向地面的倾向。
相比之下，对于具有显示他/她在环境中导航时依靠环境的地标来确定他/她自己的方位的敏感度指数的受试者(属于“地标”组的受试者)而言，已经发现这个受试者具有在头部高度处的优选视线方向，并且在这个方向上具有更稳定的视线。
现在我们将解释可以如何根据所述敏感度指数确定眼科镜片。
更准确地说，我们将详述涉及两种特定渐进式多焦点镜片(PAL)设计的光学设计的两种解决方案。
基本上，眼科镜片通常具有上部部分和下部部分。视远(FV)圆和视远点参考点位于上部部分，对应于受试者看远处的视线方向。并且，视近(NV)位于下部部分中，对应于受试者看近处(例如当他在阅读时)时的较低视线方向。在两个圆之间是用于视中的中间区域(“渐进走廊”)，其中光焦度从FV点到NV点增加(下加光)。
优选地，取决于先前所确定的敏感度指数并且最终还根据与这个敏感度指数相关的一个或多个眼球运动参数，我们可以通过执行以下操作中的至少一个来确定光学系统(这里是眼科镜片)：
-减小眼科镜片的下部部分中的光学畸变的特征值；
-减小沿基本上竖直的轴线的光学畸变的变化；
-减小所述眼科镜片的下加光；
-增加所述镜片的上部部分中残余散光低于0.25屈光度的区域的大小；和/或
-拓宽视远条件的视野。
在这里所描述的特定情况下，对于属于“几何结构”组的受试者而言，我们可以确定减小竖直方向上的光学畸变的眼科镜片(以下称为“G镜片”)。在这里，想法是为这组受试者保留布局，即环境的周界。
此外，对于“地标”受试者而言，我们可以确定在视远参考圆周围、在眼科镜片的中央部分具有更宽的无散光区域的眼镜镜片(以下称为“L镜片”)。因此，这种眼科镜片在眼睛高度上提供了更宽、更清晰的视野。
为了说明这些特定的确定，我们给出了两组图(地图)：
-图6和图7：G镜片(属于“几何结构”组的受试者)球镜度(以屈光度为单位的SPH)和残余散光(以屈光度为单位的ASR)的等值线图(60mm×60mm)；以及
-图8和图9：L镜片(属于“地标”组受试者)的球镜度(以屈光度为单位的SPH)和残余散光(以屈光度为单位的ASR)的等值线图(60mm×60mm)。
在图6至图9中的每个图上，各种参考如下：
-FVC和FVP：视远圆(区)和视远点；
-PRP(地图中心)：棱镜参考点；
-FC：配镜十字(相对于PRP，高度为+4mm)；
-ML：沿渐进走廊的子午线；
-NVC和NVP：视近圆和视近点。
在图6至图9的所有图中，两条相邻的光焦度等值线被隔开+/-0.25D。在这些图上，我们通过示例的方式绘制了一些特定的等值线。
比较图7和图9的视远区，我们看到，对于ASR的+0.5D等值线，在配镜十字FC处的宽度对于G镜片而言为7mm，对于L镜片而言为11mm。另外，仍然比较L镜片和G镜片的ASR等值线，我们看到与G镜片相比，等值线在L镜片的视远区中打开得更大。
有利地，如果在根据本发明的方法的确定的第一步骤中，敏感度指数显示受试者具有可变的行为，意味着他/她在导航期间根据环境的总体几何结构和局部标志两者确定方位，然后在方法的第二步骤，我们可以将眼科镜片确定为上述两种光学设计(G镜片和L镜片)的组合，例如通过根据受试者依靠几何结构或地标的概率对两种设计进行加权。
在根据本发明的方法的特定实现方式中，可以将用于呈现出表明他/她依靠环境的总体几何结构的敏感度指数的受试者的眼科镜片确定作为使在眼科镜片的下部部分中在竖直方向上的光学畸变最小化的镜片。因此，所确定的眼科镜片至多保留了布局的水平线。
通过示例方式，我们在图10和图11上绘制具有G镜片(图10)和L镜片(图11)的偏差图的规则网格的图像。这里的想法是针对两个镜片，比较在镜片的下部部分中在竖直方向上的光学畸变。
在这个示例中，感兴趣的区域以较密的网格被指示，从20°鼻部到边缘颞侧，以及-5°上限到-30°下限。0°参考角对应于镜片的配镜十字。当受试者在头部高度参考中直视前方时，它也对应于通过镜片的视线高度
我们将ΔY定义为在特定感兴趣区域中畸变线的竖直高度(以度为单位)。ΔY是畸变线到水平直线的峰谷距离(在图10至图11上以虚线表示)。针对G镜片和L镜片两者，根据通过镜片的视线的高度(上述的竖直轴)计算ΔY。两个镜片的结果均呈现在图12上。
在图12中，我们还给出了G镜片与L镜片之间的ΔY的比率。在图12的曲线图上的特定值用于22°的视线方向降低：0.84的比率相当于16％的增益。
眼科滤光片的光学设计
像上述眼科镜片的确定一样，考虑受试者对环境的敏感度指数以推荐好的或更好的眼科镜片是可能的并且通常是有利的。
如所解释的，受试者的这个敏感度指数告知了受试者感知他/她的环境的方式以及他/她如何依靠环境的总体几何结构或环境的局部地标来在这个环境中导航。
通过预先呈现的实验协议，已经发现根据环境的总体几何结构确定方位的受试者使他们的眼睛在头部参考系中比根据局部地标特征确定方位的受试者的眼睛更低。
在强光水平条件下(例如眩光条件)，受试者通常戴太阳镜。然而，配戴太暗的镜片可能降低视觉表现，比如视觉敏锐度、对比敏感度、深度感知、视野、或用于提取几何线索的注意力场。
为了改善或保持“几何结构”组中的受试者的视觉表现，可以调整眼科滤光片的光学特性。
基本上，可以设想四种不同的方法来用于光学特性的这种调整：
第一方法：根据受试者的“几何结构”或“地标”轮廓，在镜片整个表面上的特定光谱响应；
第二方法：根据受试者的“几何结构”或“地标”轮廓，镜片上部部分vs下部部分的特定光谱响应；
第三方法：根据受试者的“几何结构”或“地标”轮廓(例如，对于“G”轮廓而言，一个较低或高得多的Tv等级)而变的在整个镜片上的特定光透射率(Tv)；
第四方法：取决于受试者的“几何结构”或“地标”轮廓，光透射率梯度或镜片的双色色调。
在一些实施例中，所述方法的确定的第二步骤包括子步骤，其中，根据先前为受试者确定的敏感度指数，将第一光谱响应给予眼科滤光片的上部部分，并且将第二光谱响应给予眼科滤光片的下部部分。
在其他实施例中，可以在眼科滤光片的上部部分与下部部分之间给予基本上竖直的光透射率梯度。
例如，对于属于“几何结构”组的受试者(见上文)而言，可以调整眼科滤光片在其下部部分的透射率特性，例如较低的光透射率、较低的暗度水平、和/或不同的光谱透射率(例如，让黄色波长通过滤光片以增强视觉表现)。
在图13上表示了眼科滤光片40的光学设计的一个示例。在这个特定的滤光片40上，上部部分41比眼科滤光片40的下部部分42暗。施加到滤光片40的梯度允许减小镜片的下部部分42中的光透射率Tv。因此，在滤光片40的感兴趣区域中，视觉不受到太暗的镜片的影响(因为“几何结构”组的受试者往往具有较低的视线方向)。因此，可以帮助受试者分析环境的几何线索，而没有太烦人的扰动。深度感知、对比敏感度、以及视觉敏锐度得到保留。
在其他特定实施例中，可以根据敏感度指数将眼科滤光片40确定为具有特定光谱响应，例如在滤光片40的下部部分42中的特定光谱透射率以增强对比敏感度、深度感知、视野等，这有利于提取几何线索。特定色调(例如黄色、橙色、或绿色)可以仅被应用在下部部分42或在整个梯度滤光片40上。
在其他实施例中，取决于受试者更多地依靠“几何结构”还是“地标”，可以将眼科滤光片确定为在整个镜片上具有非常合适的光谱响应和/或光透射率(在镜片的上部部分与下部部之间没有清晰的分隔)。例如，可以为“G”组中的受试者选择黄色光谱，因为它可以增强对比度。
在替代实施例中，可以提出一种具有适合于滤光片的两个不同区域的双焦点色调的眼科滤光片：用于视远区域的深色滤光片(具有第一光透射率值)和用于视中和/或视近区域的透明滤光片(具有第二光透射率值)。因此，滤光片呈现两个光透射率Tv值，而不是渐进光透射率梯度。
作为变型，可以施加特定模式的光透射率和/或光谱响应，以迫使受试者将他/她的视线引导到滤光片的特定区，因此将受试者的视线刺激到更适合他/她的轮廓的特定视线方向：“几何结构”组中的受试者在地面上，“地标”组中的受试者在眼睛高度上。
可以执行特定协议以根据受试者的敏感度指数来确定光透射率值和/或光谱响应值的集合。在公开号为WO 2016/0113506的国际申请中描述了这种协议。
在优选实施例的上述详细描述中，通过使用特定的实验设置和协议、即具有几何和地标特征的房间来执行敏感度指数的确定步骤，其中试图评估受试者的导航偏好是什么，即在多大程度上可以将他视为“几何结构”组(“G”组)的受试者或视为“地标”组(“L”组)的受试者。
然而，存在揭示受试者是在“L”组还是“G”组的替代方式。
在第一替代实施例中，可以向受试者呈现以下类型的图像：
A)代表日常生活的给定环境(街道、人行横道等)的“生态”场景：这可以是单个图像(例如图片)或一系列日常图像；或
B)代表渐进图案的无意义图案的抽象图像，像在群体嵌图测验(GEFT)、连线测验(TMT)、或视角采择/空间访问确定测验(PTSO：参见M.Hegarty和D.Waller，“Adissociation between mental rotation and perspective-taking spatial abilities[心理旋转与视角采择空间能力之间的分离]”，智力(Intelligence)，第32卷，第2期，第175-191页，2004年，DOI:http://doi.org/10.1016/j.intell.2003.12.001)中所使用的那些。
这些测验(GEFT、TMT、PTSO)评估认知功能，认知功能可以与受试者使用几何或地标信息的程度相关。例如，GEFT测量受试者在复杂场景中识别简单图形的能力。TMT表明受试者可以在字母与和数字的序列之间快速交替的心理灵活性。并且PTSO测量受试者执行心理旋转和想象与一系列物体有关的方向的能力。
可以包括其他认知测验；这不限于这3种。例如，短期和长期记忆和/或工作记忆测验，比如积木模板测验(Corsi block tapping test)。
然后，由受试者执行的测验如下：
a)记住轨迹、套件或序列；
b)在环境中或在一系列图像中寻找物体；
c)转录或描述场景或图案。
为了估计受试者的轮廓，可以评估执行测验所需的时间和/或由受试者给出的答案的相关性。
还可以分析在场景观看期间的视线注视模式，以便看受试者是否关注地标线索或几何线索。
在整个测验中，(多个)任务的复杂性可能有所不同(例如，基于受试者的记忆能力来增加复杂性，比如在“西蒙说...”游戏中)。
测验内容可以通过以下方式更改：
i)减少在场景或一系列图像中局部“地标”特征的数量、变化性或可见性；
ii)减小不对称性(即增加模糊度)或简化总体“几何结构”特征(增加曲线、对齐误差)；
iii)在总体环境中移动局部图案，以便在序列的表示与受试者的答案之间引入冲突(像，例如在颜色移动的“西蒙说……”游戏中)；
iv)在场景(视频)中集成动画或运动，而不是静态环境(静态图像)；
v)调节受试者的视野，以调整可见几何信息量；
vi)用现实的光流调整位移的可能性，包括行走时头部的反弹和摆动。
可以通过使用真实支持(比如“Streetlab”平台)、通过使用虚拟支持(比如虚拟和/或增强现实头戴式设备)、或通过使用数字支持(例如，智能手机或数字平板电脑)来实现测验。
那些不同的支持将允许受试者以不同的方式导航，涉及可变量的运动动作和感官模式。例如，受试者可以正常行走并通过其全身来感觉他的运动，或者使用操纵杆、方向盘、键盘且仅看到位移。
也可以使用基于纸的场景图像，并要求受试者寻找与场景相关的受试者或描述所述场景。注意用于定位物体的所使用/所描述的线索和词汇(总体线索与局部线索、地标与几何线索等)。
在上面的情况c)中，受试者重建了受试者能够导航的参考场景，比如街景、景观、博物馆大厅的连续性、地下交通迷宫，将这个场景画在纸上或数字支持上，或者将他/她在场景中看到的内容用文字表达。注意用于这个任务的局部或总体线索以及完成所述任务的时间。
在第二替代实施例中，可以使用简单的调查来将那些与对几何结构或对地标更敏感的受试者区别开来。
所述调查可能关注允许受试者在特定活动(驾车、步行等)期间或在他/她的日常旅途期间确定他/她自己的范方位的习惯。可能问受试者他/她是否对店面、广告展示敏感，或者他/她是否难以在纸质地图上确定他/她自己的方位。
在第三替代实施例中，可以在视频游戏中或在现实生活中向受试者呈现迷宫，其中每个路径可以通向目标。迷宫可以由一对子路径形成，其中受试者服从于在第一子路径与第二子路径之间的选择，并且其中第一子路径可以与几何线索相关联并且第二子路径可以与地标线索相关联。因此，路径是作为属于L组和G组的子路径之比的选择结果。
也可以在差不多开放的、几何结构明确的空间(不是具有竖直墙的迷宫或竞技场)中导航。可以通过线、对齐的信标、轨道、道路、河流(例如在游戏板上、在运动场中、在港口或机场周围)来实现。地标可以是被放置在环境中的任何物体。
以更一般的方式，可以分别评估对局部线索和对总体线索的依赖性，并计算比率、或直接计算总体线索与局部线索之间的比率。可以累计这两种方法，并且所获得的差异量化测量的稳健性。如果变化性太高，则可能需要附加测量。
Claims (12)
1.一种用于确定旨在配备给受试者的光学系统的方法，所述方法包括以下步骤：
-确定敏感度指数，所述敏感度指数表明在将所述受试者置于包括以下内容的环境中时：
-表面和/或边界，所述表面和/或边界总体形成所述环境的总体几何结构；以及
-局部地标，所述地标与所述环境中的特定位置相关联，
其中所述敏感度指数表明所述受试者是依靠所述环境的所述总体几何结构还是所述局部地标来在所述环境中导航；以及
-根据所述敏感度指数确定所述光学系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述受试者依靠所述总体几何结构或所述局部地标的概率来确定所述敏感度指数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述确定敏感度指数的步骤包括以下子步骤：
-将所述受试者置于用于学习在所述环境中从初始位置朝向目标移动的条件下，所述初始位置和所述目标在与所述环境相关联的参考系中具有相应的预定位置；
-对所述环境进行几何变换，所述几何变换适于在所述参考系中改变所述局部地标的位置，而既不改变所述目标的位置也不改变所述环境的总体几何结构；
-要求被置于变换后的所述环境中的所述受试者从同一初始位置开始到达所述目标；
-根据所述受试者为到达所述目标所走路径来确定所述受试者的敏感度指数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中
-形成所述环境的总体几何结构的所述表面和/或边界呈现出大于所述环境的尺寸的十分之一的表观尺寸；以及
-所述局部地标呈现出小于所述环境的十分之一的表观尺寸。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括：在所述确定所述光学系统的步骤之前，用于评估至少一个代表所述受试者与所述敏感度指数有关的眼球运动行为的眼球运动参数的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个眼球运动参数是：
-在眼睛高度处的注视时间；
-在地面高度处的注视时间；
-一个注视时间与另一个注视时间之间的比率；或
-视线方向的角度分布；
-视线的平均或中间方向；
-视线的方向；
-在视线方向上的竖直和/或水平稳定性；
-在视线方向上的竖直和/或水平探测；
-眼速度。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述光学系统是具有上部部分和下部部分的眼科镜片，所述确定所述光学系统的步骤包括以下步骤当中的至少一个子步骤：
-减小所述眼科镜片的下部部分中的光学畸变的特征值；
-减小沿基本上竖直的轴线的光学畸变的变化；
-减小所述眼科镜片的下加光或内移量；
-增加所述镜片的上部部分中残余散光低于0.25屈光度的区域的大小；和/或
-拓宽视远条件的视野。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述光学系统是具有上部部分和下部部分的眼科滤光片，所述确定所述光学系统的步骤包括以下步骤当中的至少一个子步骤：
-将第一光谱响应给予所述滤光片的所述上部部分，或者将第二光谱响应给予所述滤光片的所述下部部分；和/或
-在所述滤光片的所述上部部分与下部部分之间给予基本上竖直的光透射率梯度。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述确定敏感度指数的步骤包括以下子步骤：
-将所述受试者置于在所述环境中从初始位置朝向目标虚拟地或实际地移动的条件下，所述初始位置和所述目标在与所述环境相关联的参考系中具有相应的预定位置，其中，所述受试者能够通过一对替代子路径中的第一子路径或第二子路径到达所述目标的至少两个位移之间进行选择，所述第一子路径与局部地标相关联，而所述第二子路径与所述环境的总体几何结构相关联，
-根据所述受试者选择的位移确定受试者的敏感度指数。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述受试者能够在多个位移之间选择位移，其中，每个位移由一连串子路径形成，每个子路径在一对子路径中进行选择，其中，所述第一子路径与局部地标相关联，而所述第二子路径与所述环境的总体几何结构相关联。
11.一种旨在配备给受试者的眼科镜片，所述眼科镜片具有上部部分和下部部分，并且是根据包括以下步骤的方法来确定的：
-确定敏感度指数，所述敏感度指数表明在将所述受试者置于包括以下内容的环境中时：
-表面和/或边界，所述表面和/或边界总体形成所述环境的总体几何结构；以及
-局部地标，所述地标与所述环境中的特定位置相关联，
其中所述敏感度指数表明所述受试者是依靠所述环境的所述总体几何结构还是所述局部地标来在所述环境中导航；以及
-根据所述敏感度指数来确定所述眼科镜片，这个确定步骤包括以下当中的至少一个子步骤：
-减小所述眼科镜片的所述下部部分中的光学畸变的特征值；
-减小沿基本上竖直的轴线的光学畸变的变化；
-减小所述眼科镜片的下加光或内移量；和/或
-增加所述镜片的所述上部部分中残余散光低于0.25屈光度的区域的大小。
12.一种旨在配备给受试者的眼科滤光片，所述眼科滤光片具有上部部分和下部部分，并且是根据包括以下步骤的方法来确定的：
-确定敏感度指数，所述敏感度指数表明在将所述受试者置于包括以下内容的环境中时：
-表面和/或边界，所述表面和/或边界总体形成所述环境的总体几何结构；以及
-局部地标，所述地标与所述环境中的特定位置相关联，
其中所述敏感度指数表明所述受试者是依靠所述环境的所述总体几何结构还是所述局部地标来在所述环境中导航；以及
-根据所述敏感度指数来确定所述眼科滤光片，这个确定步骤包括以下当中的至少一个子步骤：
-将第一光谱响应给予所述滤光片的所述上部部分，或者将第二光谱响应给予所述滤光片的所述下部部分；和/或
-在所述滤光片的所述上部部分与所述下部部分之间给予基本上竖直的光透射率梯度。
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