TW202030464A - 用於確定鏡片中的棱鏡的方法和設備 - Google Patents

Abstract

一種確定鏡片中的棱鏡的方法，包括顯示測試圖案（25），其包括以重複圖案佈置的複數個離散元素（26）。目標鏡片（22）位於顯示器（12）和數位照相機（14）之間，並且透過目標鏡片看到的受鏡片影響的測試圖案的影像被擷取。 將受鏡片影響的測試圖案與原始測試圖案進行比較，以確定在鏡片的離散點處的元素的位置變化以及從資料計算出的在所述離散點處的棱鏡的大小。 為了可以正確地識別受鏡片影響的測試影像中的離散元素，每個元素都具有可獨特地識別的視覺特徵，或者測試圖案中可能至少有一個具有可獨特地識別的視覺特徵的參考特徵。可獨特地識別的視覺特徵可以是顏色和/或亮度。

Description

用於確定鏡片中的棱鏡的方法和設備

本發明關於一種用於確定鏡片中的棱鏡的方法和設備，尤其是眼科鏡片中的棱鏡的方法和設備。 本發明特別但非排他地關於用於將棱鏡映現於眼科鏡片上的方法和設備。

已知能夠自動確定眼科鏡片的特性（例如鏡片的光焦度）的自動屈光度計。在一種已知的佈置中，將測試圖案顯示在數位螢幕上，將眼科鏡片放置在螢幕與數位照相機之間，並且透過鏡片看到的測試圖案的影像被照相機擷取為「鏡片影像」。除非鏡片是平的，否則測試圖案通常會被鏡片扭曲，並且透過將在鏡片影像中擷取的受鏡片影響的測試圖案與原始測試圖案進行比較，可以確定鏡片產生的放大倍率。確定放大倍率（Magnification）後，使用函數f（M）= P計算鏡片的光焦度（Power），該函數將包括鏡片到顯示螢幕的距離（物距）。影像處理和分析通常由運行適當軟體的計算設備執行，並且對系統進行校準以考慮照相機和設備的其他部件的影響。

在WO2018/073577A2中，我們描述了一種使用測試圖案來確定鏡片的焦度的方法，該測試圖案包括一組點，該組點佈置成使得它們可以透過最佳擬合的第一橢圓形連接。當透過鏡片觀看時，點之間的大小和間距將根據放大倍率並且透過分析這些放大倍率的大小變化而改變，因此可以確定鏡片的屈光度。方便地，透過產生最適合鏡片影像中該組點的第二個橢圓並將第二個最佳擬合的橢圓的長軸和短軸與第一個橢圓的長軸和短軸進行比較，來分析該組點之間的間距變化。該測試圖案還可以用於確定鏡片是否包括散光矯正（圓柱度），如果是，則包括散光矯正的軸角。在原始測試圖案中，點排列在一個圓上，以使得最適合的第一個橢圓中，長軸和短軸是相同的。如果鏡片是圓柱形的，則在透過鏡片查看時，點的相對位置將發生變化，而使得最合適的第二個橢圓的長軸和短軸將不同。透過分析最佳擬合的第一和第二橢圓的長軸和短軸的差異，可以確定任何散光矯正的柱面度數和軸角以及放大倍率。在一個實施例中，測試圖案包括佈置成定義複數個重疊的點組的點的陣列，每個點組可以透過如上所述的最佳擬合的橢圓形連接。使用該測試圖案，可以分析鏡片以確定其屈光度以及從單個鏡片影像中在整個鏡片上的大量位置處的任何散光矯正，並且以屈光度和/或散光矯正的輪廓圖的形式顯示結果在整個鏡片上。

眼科鏡片中可能存在的另一種光學特性是棱鏡。對患有雙眼視力問題的患者訂製棱鏡，雙眼視力問題如斜視（懶眼）、隱斜視或複視（雙重影像），這些都會導致眼睛疲勞和頭痛。棱鏡用於移動一隻或兩隻眼睛看到的影像，改善融合，並減輕雙眼視覺問題的症狀。

棱鏡度數/矯正通常以棱鏡屈光度Δ來指定。棱鏡屈光度是用於表示棱鏡或鏡片的光線偏離角度的度量單位。以這些單位表示的棱鏡光焦度由射線在垂直於入射線的情況下在1公尺的距離內的位移（以厘米為單位）來測量，其中1Δ等於每公尺距離的1 cm位移。

可以透過在鏡片的後表面上製造（例如磨削）物理棱鏡結構或「楔形」或透過使鏡片的光學中心（Optical Centre, OC）從使用者的瞳孔中心偏心來將棱鏡應用於眼科鏡片，如Prentice法則所描述的那樣，在沒有將棱鏡結構製造到鏡片中的情況下生成棱鏡。

可以根據從Prentice法則得出的以下等式確定生成的棱鏡：

等式1 在此： P是棱鏡校正量（以棱鏡屈光度為單位） c是偏心（瞳孔中心和OC之間的距離，以厘米為單位） F是鏡片光焦度（以屈光度為單位）

在評估眼科鏡片的處方時，根據鏡片的類型，在鏡片的特定參考點上進行不同光學特性的測量。棱鏡是在棱鏡參考點（Prism Reference Point, PRP）上測量的，距離參考點為在鏡片上的鏡片製造者指示棱鏡應該被測量之處。對於球面光焦度和球柱面單視鏡片和多焦點鏡片，假定PRP與距離參考點（Distance Reference Point, DRP）一致，距離參考點是製造者指示測量距離球面光焦度、柱面光焦度和軸之處。

在球面光焦度和球柱面單視鏡片中，DRP與鏡片的OC一致，根據定義，OC沒有生成的棱鏡分量。在將棱鏡製造到鏡片中的情況下，所製造的棱鏡組件將是整個鏡片上的恆定棱鏡。但是，在鏡片的一半上，它會添加到生成的棱鏡上，而在OC的另一側，它將從生成的棱鏡上減去。因此，在OC上存在製造的棱鏡，但是由於球形和製造的棱鏡部件的組合作用，棱鏡的任一側都發生變化。因此，對於球面光焦度和具有製造的棱鏡的球柱面單視鏡片，由於沒有球面成分，因此OC是鏡片中棱鏡不變的點，OC處的棱鏡表示製造的棱鏡。

在透過使OC相對於患者的瞳孔中心偏移而生成棱鏡的情況下，鏡片製造者使用佈局參考點（Layout Reference Point, LRP）來指示OC從佩戴者的瞳孔偏心。然而，當前的自動屈光度計在不知道偏心大小的情況下無法檢測到這一點。

對於漸進、非球面和成品的多焦點鏡片，預期製造者應指明PRP點（而不是像球面屈光度單視鏡片那樣與其他參考點重合）。例如，在漸進鏡片中，PRP位於鏡片上產生的兩個半可見雕刻標記之間的中點，並且通常相隔34 mm。依序將其指引回LRP， LRP與漸進鏡片中的擬合十字（Fitting Cross(FC)）重合。然後，LRP本身將被指引回到鏡片的OC或幾何中心（GC）。

由於已知的自動屈光度計不能自動檢測所有參考點，因此需要在特定參考點處測量鏡片的光學特性會帶來困難。因此，在某些情況下，必須標記鏡片以識別相關的參考點。這增加了過程的複雜性，如果標記不正確，可能會導致錯誤。在球面光焦度和球柱面單視鏡片中，光焦度、圓柱度和軸度測量是在OC處進行的，如上所述，OC是鏡片中沒有棱鏡或棱鏡沒有變化的一點。因此，可以透過識別沒有棱鏡或沒有棱鏡改變的點來檢測這種鏡片中的OC。但是，當前使用自動屈光度計測量眼科鏡片中棱鏡的方法只能一次確定單個位置的棱鏡。使用已知方法檢測OC需要進行一系列迭代的棱鏡測量，並在每次測量之間對鏡片的位置進行操作，以最終將測量軸與OC對齊。為了評估的目的，目前沒有用於檢測鏡片的OC的方法和設備，該方法和設備不涉及鏡片位置的操作。

通常透過測量經由鏡片看到的物體的視差偏移來確定鏡片中存在的棱鏡數量。這要求在引入鏡片之前和之後都知道物體的位置。確定在鏡片上複數個位置的棱鏡很複雜，因為這涉及在引入被測鏡片（目標鏡片）之前和之後獨特地識別測試圖案中的複數個參考點。當前在已知的自動屈光度計中用於確定鏡片上的光焦度和其他光學特性的測試圖案通常包括以列和行的矩陣佈置的複數個相同的點。然而，由於具有棱鏡的鏡片將放大並扭曲測試圖案，因此已知的自動屈光度計不能肯定地確定在鏡片影像中擷取的受鏡片影響的圖案中之點與原始測試圖案中的點如何關聯。這又意味著已知的屈光度計不能可靠地確定由鏡片引起的點的位置變化，需要資料來計算棱鏡的大小和方向。

本發明的各態樣試圖克服或至少減輕現有技術的缺點。

本發明的目的是提供一種用於確定鏡片中的棱鏡的替代方法，該替代方法克服或至少減輕了已知方法的一些或全部或缺點。

本發明的目的是提供一種用於確定鏡片中的棱鏡的替代方法，該方法可以在自動屈光度計中採用。

另一個目的是提供一種用於確定鏡片中的棱鏡的替代方法，該方法能夠在整個鏡片上產生棱鏡圖，而不必在棱鏡測量過程中操作鏡片。

本發明的又一個目的是提供一種確定鏡片中棱鏡的替代方法，該方法能夠在整個鏡片上產生棱鏡圖，並且在球面和球柱面單視鏡片的情況下，可用於確定鏡片的OC。

本發明的又一個目的是提供一種能夠確定鏡片中的棱鏡的替代設備，尤其是自動屈光度計。

根據本發明的第一態樣，提供了一種確定鏡片中的棱鏡的方法，該方法包括： a）在平面顯示表面上顯示測試圖案，該測試圖案包括以重複圖案佈置的複數個離散元素，其中： （i）圖案中的所有元素均具有視覺上可獨特地識別的特徵；或是 （ii）每個元素都可以被指引到圖案的至少一個特徵，該特徵具有視覺上可獨特地識別的特徵； b）將目標鏡片放置在顯示表面和數位照相機之間，其中鏡片到顯示表面的距離是已知的或可以確定的，並使用數位照相機擷取透過目標鏡片在鏡片影像中看到的測試圖案的影像； c）將在鏡片影像中擷取的「受鏡片影響」的測試圖案與原始測試圖案進行比較，以確定元素在鏡片離散點處的位置變化，並根據此資料計算在所述離散點處的棱鏡的大小。

該方法可以包括：當擷取鏡片影像時，根據所述資料和鏡片到顯示表面的距離來計算在所述離散點處的棱鏡的大小。

該方法可以包括在所述離散點處的棱鏡的大小的值之間進行插值，並且生成橫跨鏡片的至少關注區域的棱鏡圖。該圖可以是2D圖。該圖可以是輪廓圖，並且可以是彩色輪廓圖。該圖可以是3D圖。

在一個實施例中，透過各自具有獨特的顏色和/或亮度，在視覺上使圖案中的元素呈現為可獨特地識別。

在一個實施例中，其中各元素可以分別被指引到具有視覺上可獨特地識別的特徵之圖案的至少一個特徵，所述至少一個特徵可以透過與另一個特徵具有不同的圖案顏色和/或圖案亮度而在視覺上可獨特地識別。所述至少一個特徵可以包括重複圖案的至少一個元素。

在一個實施例中，測試圖案包括以列和行的陣列佈置的複數個離散元素，並且所述至少一個特徵包括所述元素的列和/或行，其中所述列和/或行中的每個元素的顏色和/或亮度與圖案中的其他元素不同。

在替代實施例中，測試圖案包括交替的明暗條紋，並且其中，所述至少一個特徵包括與所有其他條紋具有不同顏色和/或亮度的所述條紋之一。所述條紋中的所述一個可以實質上位於鏡片的中心。暗色條紋可以是黑色的，並且所述條紋之一可以是灰色的。在本實施例中，步驟b和c可以包括：

d）顯示其中條紋在第一方位上對齊的第一測試圖案，並擷取透過目標鏡片看到的第一測試圖案的影像為第一鏡片影像；

e）顯示第二測試圖案，其中條紋在不同於第一方位的第二方位上對齊，並擷取透過目標鏡片看到的第二測試圖案的影像為第二鏡片影像；

f）將在第一鏡片影像中擷取的受鏡片影響的第一測試圖案與原始第一測試圖案進行比較，以確定沿著正交於原始第一測試圖案中的條紋的方位的第一軸在橫跨鏡片的離散點處之條紋的位置變化；

g）將在第二鏡片影像中擷取的受鏡片影響的第二測試圖案與原始第二測試圖案進行比較，以確定沿著正交於原始第二測試圖案中的條紋的方位的第二軸在橫跨鏡片的離散點處之條紋的位置變化；

h）將在步驟f和g中確定的條紋的位置變化沿所述第一和第二軸轉換為棱鏡分量，並從所述離散點處的所述分量計算棱鏡的大小。

第二測試圖案中的條紋可以與第一測試圖案中的條紋正交地對齊。除了在所述離散點處的大小之外，條紋位置的變化還可用於確定棱鏡的方向。

該方法可以包括確定圖案中的元素相對於定義的坐標系的位置的變化方向。在這種情況下，該方法可以包括在鏡片相對於定義的坐標系處於已知方位的情況下拍攝鏡片影像。可以相對於數位照相機的方位來定義所定義的坐標系。

在實施例中，將在鏡片影像中擷取的受鏡片影響的測試圖案與原始測試圖案進行比較以確定元素的位置變化包括：將鏡片影像中的受鏡片影響的測試圖案與顯示在顯示表面上的原始測試圖案的參考影像進行比較，該參考影像是在照相機和顯示表面之間沒有目標鏡片的情況下由照相機所擷取。該方法可以包括處理鏡片影像和參考影像以提取鏡片影像和參考影像中的測試圖案元素的相對位置。

該方法可以包括使用每個元素的可獨特地識別的可見特性，將受鏡片影響的測試圖案中的各個元素與原始測試圖案中的各個元素關聯。

在各元素可以分別被指引到圖案的至少一個特徵的實施例中，該圖案具有視覺上可獨特地識別的特徵，該方法包括在鏡片影像和原始測試圖案中識別所述至少一個特徵，透過參考所述一個特徵，將受鏡片影響的測試圖案中的各個元素與原始測試圖案中的那些元素關聯。

在測試圖案包括交替的明暗條紋的實施例中，該方法可以包括：

i）將第一鏡片影像中的受鏡片影響的第一測試圖案與顯示在顯示表面上的第一測試圖案的第一參考影像進行比較，第一參考影像是在照相機和顯示表面之間沒有目標鏡片的情況下由照相機所擷取；以及

j）將第二鏡片影像中的受鏡片影響的第二測試圖案與顯示在顯示表面上的第二測試圖案的第二參考影像進行比較，第二參考影像是在照相機和顯示表面之間沒有目標鏡片的情況下由照相機所擷取。

在該方法包括在橫跨至少鏡片的關注區域上生成棱鏡的圖的情況下，該方法可以包括查詢該圖以確定鏡片的最小棱鏡位移的點或棱鏡未改變的點。

顯示表面可以是電子顯示螢幕，並且該方法可以使用以下設備來執行：該設備包括電子顯示螢幕、其光軸垂直於顯示螢幕來對齊的數位照相機、用於將目標鏡片保持在顯示螢幕和照相機鏡頭之間的支架以及與顯示螢幕和數位照相機可操作地連接的計算裝置，該計算裝置被配置和編程為控制電子顯示螢幕和數位照相機，並對由數位照相機擷取的影像執行處理步驟以執行上述方法。

根據本發明的第二態樣，提供了一種用於執行根據本發明的第一態樣的方法的設備，該設備包括數位顯示螢幕、其光軸垂直於顯示螢幕來對齊的數位照相機、用於將目標鏡片保持在顯示螢幕和照相機鏡頭之間的支架以及與顯示螢幕和數位照相機可操作地連接的計算裝置，該計算裝置被配置和編程為控制數位顯示螢幕和數位照相機，並執行處理由數位照相機擷取的影像的步驟，以執行根據本發明的第一態樣的方法。該設備可以是自動屈光度計。

本發明的第三態樣包括使用屈光度計來執行根據本發明的第一態樣的方法。

現在將描述根據本發明的態樣的用於確定眼科鏡片中之棱鏡的方法和設備的實施例。該方法和設備可以用於確定可能安裝或可能沒有安裝在眼鏡架中的各個眼科鏡片的棱鏡。該方法和設備可用於確定鏡片毛坯或部分精細加工的鏡片的棱鏡。為了清楚起見，將參考用於確定鏡片中的棱鏡來描述和請求保護該方法和設備，但是應當理解，在說明書和申請專利範圍中使用的術語「鏡片」橫跨鏡片毛坯或部分精細加工鏡片，除非上下文另有要求。

圖1示意性地示出了自動屈光度計形式的設備10，其可以被配置為確定根據本發明的個別眼科鏡片中的棱鏡。設備10包括平面電子數位顯示螢幕12和數位照相機14。顯示螢幕12和數位照相機14安裝在支撐框架16上，使得照相機鏡頭18的光軸W垂直於顯示螢幕平面延伸。設備10具有用於將目標鏡片22保持在顯示螢幕和照相機鏡頭18之間的底座20。

設備10具有包括記憶體和處理設備的計算裝置24，其方便地位於形成支撐框架16的一部分的殼體內，但是可以位於其他地方並且可以遠離螢幕、照相機和支撐框架16。計算裝置24與顯示螢幕12和數位照相機14可操作地連接，並且被編程和配置為在顯示螢幕12上產生和顯示測試圖案並且使用數位照相機擷取顯示的測試圖案的影像。計算裝置還被配置為根據以下描述的方法來處理擷取的影像。

本實施例中的顯示螢幕12是高清（4k以上）LCD面板，而數位照相機14具有CMOS影像感測器和遠心的鏡頭18。然而，可以採用其他類型的電子顯示螢幕和數位成像技術。

現在將描述使用設備10確定鏡片中的棱鏡的方法。

在將目標鏡片22放置在顯示螢幕12和照相機14之間的測試位置的情況下，在顯示螢幕上顯示包括以重複圖案佈置的複數個元素的測試圖案，並且透過鏡片看到的測試圖案的影像使用照相機14被擷取為「鏡片影像」。鏡片通常會扭曲測試圖案，除非它是普通鏡片，所以在鏡片影像中擷取的測試圖案將被稱為受鏡片影響的測試圖案。但是應當理解，如果目標鏡片22是平的，則受鏡片影響的測試圖案可以與原始測試圖案實質相同。

透過將受鏡片影響的測試圖案中的元素的位置與原始測試圖案中的元素的位置進行比較，可以確定由鏡片引起的元素的位置變化。如果從下面等式中，假設鏡片22距顯示螢幕12的距離（物距）是已知的，則與鏡片引起的元素位置變化有關的資料可用於確定棱鏡度。

等式2 在此： P是棱鏡屈光度的棱鏡光焦度 α是由圖案偏移和物距構成的角度

可以預先設置物距，以便了解該距離或可以使用感測器裝置來檢測。 或者，如果從等式中了解鏡片的光焦度和鏡片在測試位置提供的放大倍率，則可以計算物距：

等式3 在此： M是放大倍率 f是鏡片的焦距 do是物距

便利地，設備10被配置為使用已知方法（例如，在WO2018/ 073577A2中公開的）來確定鏡片的光焦度和在測試位置處的放大倍率，並計算在測試位置處的物距。

為了能夠將受鏡片影響的測試圖案中的圖案元素的位置與原始測試圖案中的圖案元素的位置進行比較，在照相機和顯示螢幕之間沒有目標鏡片的情況下顯示在螢幕上的原始測試圖案的影像被擷取為「參考影像」。可以在每次使用該設備時或作為每天、每週一次、每月一次或需要時執行的初始化過程的一部分定期擷取參考影像。替代地，原始測試圖案的影像或與之相關的資料可以被保存在計算裝置本身中或在計算裝置能夠通訊的某個遠端位置處。

由於目標鏡片22將放大並扭曲測試圖案，因此將受鏡片影響的測試圖案中的測試圖案元素的位置與原始測試圖案中的位置進行比較的難處在於，要能夠正確地將受鏡片影響的測試圖案和原始測試圖案中的各個元素相關聯。也就是說，難以準確地確定原始測試圖案中的哪些測試元素是鏡片影像中的變形測試圖案中的測試元素。為了克服這個問題，測試圖案可以包括視覺上可獨特地識別的元素，進而可以在受鏡片影響的測試圖案中正確地識別原始測試圖案中的每個元素。然後，測試圖案的每個元素都將具有可獨特地識別的視覺特徵。這可能是元素的大小和形狀。然而，在特別有利的實施例中，測試圖案的每個元素具有獨特的顏色和/或亮度。使用顏色和/或亮度來獨特地識別每個元素是有利的，因為這些特性不會被期望使用本發明的方法和設備進行檢查的眼科鏡片的類型顯著地扭曲。相反，鏡片可能會扭曲元素的形狀和尺寸，進而使每個元素的正確識別更加成問題。圖2示出了測試圖案25的一部分，該測試圖案25包括複數個元素，該等元素以點26形式在黑色背景上佈置成列和行的陣列。每個點的顏色與所有其他點的顏色不同，使得在分析鏡片影像和參考影像中的測試圖案時，每個點都可以在視覺上獨特地識別。在圖2中，透過使用不同的陰影圖案示意性地示出了點的不同顏色。圖案中的元素26可以在任何合適的背景下設置，只要它們在視覺上是可識別的即可。

在替代實施例中，測試圖案具有至少一個特徵，該特徵具有可獨特地識別的視覺特徵，並且可以用於作為參考，可以從中識別出圖案中的所有元素。在一個實施例中，至少一個特徵由測試圖案中的一個或多個元素提供，這些元素具有與測試圖案中的其他元素不同的視覺上可識別的特徵。同樣，可以使用任何在視覺上與眾不同的特徵，例如形狀和/或尺寸。然而，由於上述原因，已經發現使用顏色和/或亮度是特別有益的。

圖3示出了另一測試圖案28的一部分，該測試圖案28包括複數個點30、點30’，點30、點30’在黑色背景上以列和行的陣列佈置。在該測試圖案中，在陣列的一行和一列中的點30’為灰色，而其餘的點30為白色。設備10能夠識別在鏡片影像中擷取的受鏡片影響的測試圖案中的灰色點30'，並由此正確地識別每個單獨的點30、點30'，並將它們與原始測試圖案中的點關聯。在使用中，當擷取鏡片影像時，灰點的列和行通常在目標鏡片22的大致中央處對齊。如同圖2的測試圖案一樣，圖3的圖案中的元素可以在任何合適的顏色背景上進行設置，並且可以根據需要選擇元素的顏色，只要在中心行和列中的元素30'在視覺上與圖案中的其他元素30不同。

圖4示出了另一測試圖案32的一部分，該測試圖案32包括複數個交替的暗色條紋34和亮色條紋36。大多數暗色條紋34是黑色的，而一個暗色條紋34'是灰色的，使得其在視覺上是可獨特地識別的並且可以作為可以從中個別識別剩餘條紋的參考。亮色條紋36通常將是白色的，但是可以是任何合適的顏色，只要它們可與暗色條紋34和灰色參考條紋34′區分開即可。參考條紋34’方便地實質上位於圖案32的中心，以便在拍攝鏡片影像時大致位於目標鏡片的中心。

使用包括複數個條紋的測試圖案32，其不可能從與沿與條紋的方位平行的方向上的條紋的位置變化有關的單個鏡片影像資料中提取。為了解決這個問題，從測試圖案擷取透過鏡片看到的兩個鏡片影像，在各個影像中條紋以不同的方位排列。因此，在該實施例中，顯示第一測試圖案32，其中條紋34、條紋34'、條紋36在第一方向上對齊，並且透過目標鏡片22看到的第一測試圖案的影像藉著使用照相機而被擷取為第一鏡片影像。在擷取第一鏡片影像之後，顯示第二測試圖案32'，其中條紋以與第一測試圖案不同的方位對齊，如圖5所示，並且透過目標鏡片22看到的第二測試圖案32'的影像接著被擷取為第二鏡片影像。除了條紋的方位以外，第一測試圖案32和第二測試圖案32′相同，並且該設備在其他方面保持不變，並且在擷取第一鏡片影像和第二鏡片影像之間目標鏡片不移動。

圖6和7是分別透過正6屈光度鏡片和漸進7至5屈光度鏡片看到的圖4的第一測試圖案32的鏡片影像38、鏡片影像40的示例，示出了條紋如何被鏡片扭曲以產生受鏡片影響的測試圖案32a、測試圖案32b。

處理在不存在鏡片的情況下由照相機擷取的第一鏡片影像38、第一鏡片影像40和第一測試圖案32的參考影像（第一參考影像），以從與條紋的位置變化有關的影像資料中提取，該等條紋沿著和第一測試圖案32中的條紋的方位正交的第一軸線。類似地，處理在不存在鏡片的情況下由照相機擷取的第二鏡片影像和第二測試圖案的參考影像（第二參考影像），以從與條紋的位置變化有關的影像資料中提取，該等條紋沿著和第二測試圖案32’中的條紋的方位正交的第二軸線。

與沿著第一軸線和第二軸線的條紋的位置變化有關的資料被轉換成沿著所述第一軸線和第二軸線的棱鏡分量，並且由此，在知道鏡片到顯示螢幕的物距的情況下，計算出鏡片中棱鏡的大小和方向。可以使用簡單的閾值和邊緣檢測演算法來提取沿上述軸線的條紋邊緣的像素位置，以用於棱鏡計算。第二測試圖案32'中的條紋34、條紋34'、條紋36可以相對於如圖4和圖5所示的第一測試圖案32中的條紋正交來配置。在這種情況下，棱鏡的分量可以視為棱鏡的x和y分量或水平和垂直分量。然而，只要在方位上的變化足以能夠可靠地導出沿兩個不同軸線（方向）的棱鏡分量，就不必在第一測試圖案和第二測試圖案中使條紋彼此正交。

當使用圖2和圖3中的測試圖案（其中元素以列和行的陣列排列）時，可以從單個鏡片影像和單個參考圖片中導出與沿兩個不同軸線（例如x和y軸）的斑點位置變化有關的資料。

通常，對鏡片影像和參考影像進行處理，以確定在橫跨鏡片的複數個離散點處的元素的位置變化，以減少處理要求。這可能涉及確定顯示螢幕12中在由給定數量的像素隔開的複數個離散點處之元素的位置變化。例如，可以在表示沿著螢幕的每一列和每一行的每九個像素的點處獲得元素的位置變化。此外，分析通常將限於鏡片所覆蓋的鏡片影像中測試圖案的那些部分。這可能需要處理鏡片影像以檢測鏡片的邊緣，或使用遮罩將分析限制在鏡片影像中所需的關注區域。這也減少了所需的處理量。

對在各個離散點處導出的棱鏡資料進行插值，以提供橫跨整個鏡片或至少在鏡片關注區域上的棱鏡資料，並在橫跨鏡片或關注區域上生成棱鏡圖。該圖通常是2-D圖，但可以使用3-D圖。可以以任何合適的形式將與橫跨鏡片或關注區域的棱鏡有關的資料提供給使用者，並且可以在螢幕上顯示，該螢幕可以是與用於顯示測試圖案的螢幕12相同的螢幕或另一個螢幕。圖8示出了可以使用根據本發明的設備生成的顯示器，其中在右側顯示了用於目標鏡片22的區域44的一部分的輪廓棱鏡圖42。方便地，棱鏡的大小由對應於階層46的顏色指示。這對於在鏡片上具有不同棱鏡度數的漸進鏡片特別有利。在圖8中，以灰階示意性地示出了輪廓圖中的不同顏色，但是可以使用任何合適的顏色來提供易於閱讀的圖。

根據該方法產生的輪廓棱鏡圖42可用於識別鏡片的最小棱鏡和/或無棱鏡變化的點48。對於球面或球柱面單視鏡片，鏡片的最小棱鏡和/或無棱鏡變化的點48與OC和DRP一致，OC和DRP是在其中光焦度、柱面和軸的都確定的鏡片中之位置。因此，在能夠確定光焦度的自動屈光度計中使用該方法使該屈光度計能夠從棱鏡圖中檢測出球面或球柱面單視鏡片中的OC / DRP 48，並使用已知的光焦度測量方法從該點（DRP）確定光焦度、柱面和軸。這避免了進行一系列重複的棱鏡測量和/或物理性移動鏡片以使測量軸與OC對齊的需要。

在根據本發明的一個態樣的方法中，元素的位置變化的方向可以與定義的坐標系相關，該坐標係可以與數位照相機和/或顯示螢幕的方位對齊。為了用於確定眼鏡架中的鏡片22中的棱鏡，可以相對於所定義的坐標系將鏡片定位在已知的方位上，進而可以將鏡片棱鏡的大小和方向的值與鏡片上的特定位置和方位關聯。但是，對於確定鏡片毛坯或未精細加工來標示指示其指向方位的鏡片中之棱鏡當安裝在眼鏡框架中時之使用上，可能無法將棱鏡的方向與最終鏡片關聯。儘管如此，使用本發明的方法和設備獲得的棱鏡資料和棱鏡圖可以提供有用的資訊。例如，可以查詢棱鏡圖以識別最小棱鏡或沒有棱鏡變化的點48，如圖8所示，正如討論的那樣，在球面或球柱面體單視鏡片毛坯中，會與PRP、DRP和OC一致。如果在鏡片毛坯上研磨了恆定數量的棱鏡，則可以查詢棱鏡圖，以確保在最小棱鏡或沒有棱鏡變化的點的棱鏡量在可接受的範圍內是正確的。

圖9和10示出了可用於執行該方法的設備110的替代實施例。設備110類似於先前實施例的設備。根據第二實施例的設備110的與第一實施例的特徵相同或執行相同功能的特徵被賦予相同的元件符號，但是增加了100。

在此實施例中的設備110包括支撐結構150。數位照相機114安裝在支撐結構的下部區域中。照相機114具有鏡片152，其光軸W垂直向上對齊。用於顯示測試圖案的高清晰度顯示螢幕112安裝到在相機鏡片152上方的上部區域中的支撐結構。螢幕112的顯示表面面向相機鏡片，並垂直於相機鏡片的光軸W水平對齊。照相機和顯示螢幕被配置為使得相機鏡片的光軸W實質上對齊顯示螢幕112的中心。

此實施例中的顯示螢幕112是高清（4k以上）LCD面板，而數位照相機114具有CMOS影像感測器和遠心鏡片152。然而，可以採用其他類型的電子顯示螢幕和數位成像技術。

目標鏡片支架154位於相機鏡片152和顯示螢幕之間，以將目標鏡片122保持在適當的方位上以使用本發明的方法測量棱鏡。鏡片支架154包括安裝在載台158上的母架156和可拆卸地接合在母架中的公架160。公架160包括用於目標鏡片122的安裝裝置。在使用上，公架可從母架上完全或部分地移除，以允許鏡片122被安裝和移除，當目標鏡片完成安裝準備使用時，公架被重新插入母架中。鏡片支架154被配置為將目標鏡片122保持在相機鏡片和顯示螢幕112之間，其中目標鏡片122的主平面與顯示螢幕平行，並且鏡片的中心與相機鏡片的光軸W通常是對齊。公架160和母架156具有孔洞，其被配置成使得攝像機可以透過目標鏡片122看到顯示在螢幕112上的測試圖案。

載台158透過驅動裝置164安裝到支撐結構，該驅動設備164可操作以相對於支撐結構垂直地移動鏡片支架154，使得安裝在支架中的目標鏡片122與顯示螢幕112之間的物距可以被調整。驅動設備164包括由步進馬達168驅動的垂直對齊的螺紋軸166，這兩者均被支撐在支撐結構上。載台158透過驅動螺母170安裝到軸166，使得軸166透過馬達168的旋轉導致螺母170和載台158沿著軸在垂直方向上線性移動。

設備110包括電子控制系統（未示出），該電子控制系統包括具有記憶體和處理裝置的計算裝置。該計算裝置與顯示螢幕112和數位照相機114可操作地連接，並且被編程和配置為在顯示螢幕112上產生和顯示測試圖案，並使用數位照相機114擷取所顯示的測試圖案的影像。該計算裝置還配置成根據上述方法來處理擷取的影像，並控制步進馬達168的操作，以便根據需要改變目標鏡片122和測試圖案顯示螢幕112之間的物距。

儘管在圖式中未示出，但是設備110具有安裝在支撐結構上以包圍內部部件的外殼。外殼包括取用面板或門，其可打開以允許取用公架160，以使得能夠將鏡片安裝在裝置中以進行測試並且隨後被移除。該設備還具有第二顯示螢幕，其在外部是可見的，用於向使用者顯示資訊和使用者界面。第二顯示螢幕與計算裝置可操作地連接並且用於顯示資訊，該資訊可以包括棱鏡測量的指令和/或結果。第二顯示螢幕還可以用於使得使用者能夠向設備提供輸入，並且可以是觸摸螢幕。使用者界面可以包括鍵盤或其他使用者輸入裝置。

除此之外，根據第二實施例的設備110被佈置和配置為執行如以上關於第一實施例所述的確定目標鏡片122中的棱鏡的方法。

僅以示例的方式描述了上述實施例。在不脫離如所附申請專利範圍和發明說明書中所限定的本發明的範圍的情況下，許多變型是可能的。

10:設備 12:顯示螢幕 14:數位照相機 16:支撐框架 18:照相機鏡頭 20:底座 22:鏡片 24:計算設備 25:測試圖案 26:點(元素) 28:測試圖案 30:點(元素) 30’:點(元素) 32:測試圖案 32a:測試圖案 32b:測試圖案 32':第二測試圖案 34:暗色條紋 34':暗色條紋 36:亮色條紋 38:鏡片影像 40:鏡片影像 42:輪廓棱鏡圖 44:區域 46:階層 48:點 110:設備 112:螢幕 114:數位照相機 122:目標鏡片 150:支撐結構 152:鏡片 154:鏡片支架 156:母架 158:載台 160:公架 164:驅動裝置 166:螺紋軸 168:步進馬達 170:螺母 A-A:剖面線 W:光軸

為了可以更清楚地理解本發明的各個態樣，現在將僅透過舉例的方式並參考所附圖式來描述本發明的一個或複數個實施例，其中： 圖1是從設備的第一實施例的側面看的示意圖，該設備用於執行根據本發明的一個態樣的確定鏡片中之棱鏡的方法。 圖2示出了根據本發明的一個態樣的用於確定鏡片中的棱鏡的方法中之測試圖案的第一實施例。 圖3示出了根據本發明的一個態樣的用於確定鏡片中的棱鏡的方法中之測試圖案的第二實施例。 圖4示出了根據本發明的一個態樣的用於確定鏡片中的棱鏡的方法中之測試圖案的第三實施例。 圖5以不同的方位示出了圖4的測試圖案。 圖6和圖7是鏡片影像的示例，該鏡片影像是以根據本發明的一個態樣的確定鏡片中之棱鏡的方法的一部分而擷取的，該鏡片影像示出圖4中的測試圖案如何被兩個不同的鏡片影響。 圖8是顯示器的示例，該顯示器用於向使用者呈現根據本發明的一個態樣的確定鏡片中的棱鏡的方法的結果，該顯示器包括橫跨鏡片關注區域的棱鏡的輪廓圖。 圖9是從設備的第二實施例的正面看的視圖，該設備用於執行根據本發明的一個態樣的確定鏡片中之棱鏡的方法，該設備的外殼元件被去除，進而示出其內部細節。 圖10是沿線A-A截取的穿過圖9的設備的剖視圖。

無

25:測試圖案

26:點(元素)

Claims (25)

1. 一種確定鏡片中棱鏡的方法，該方法包括： a）在平坦的一顯示表面上顯示一測試圖案，該測試圖案包括以重複圖案佈置的複數個離散元素，其中： （i）該圖案中的所有元素均具有視覺上可獨特地識別的特徵；或是 （ii）每個元素都可以被指引到圖案的至少一個特徵，該特徵具有視覺上可獨特地識別的特徵； b）將一目標鏡片放置在該顯示表面和一數位照相機之間，其中該鏡片到該顯示表面的距離是已知的或可以確定的，並使用該數位照相機將透過該目標鏡片看到的測試圖案的一影像擷取為一鏡片影像； c）將在該鏡片影像中擷取的受鏡片影響的測試圖案與原始測試圖案進行比較，以確定該等元素在該鏡片的複數離散點處的位置變化，並根據此資料計算在所述離散點處的棱鏡的大小。
2. 如請求項1所述的方法，其中，該方法還包括在所述離散點處的棱鏡的大小的值之間進行插值，並且生成橫跨該鏡片的至少關注區域的一棱鏡圖。
3. 如請求項1或2所述的方法，其中，透過具有獨特的顏色和/或亮度，在視覺上獨特地識別該圖案中的每個元素。
4. 如請求項1或2所述的方法，其中，各元素可被指引到具有視覺上可獨特地識別的特徵之圖案的至少一個特徵，所述至少一個特徵透過與該圖案中的其他元素具有不同的顏色和/或亮度而在視覺上可獨特地識別。
5. 如請求項4所述的方法，其中，所述至少一個特徵包括該重複圖案的至少一個元素。
6. 如請求項4或5所述的方法，其中，該測試圖案包括以列和行的陣列佈置的複數個離散元素，並且所述至少一個特徵包括所述元素的列和/或行，其中所述列和/或行中的每個元素的顏色和/或亮度與該圖案中的其他元素不同。
7. 如請求項4或5所述的方法，其中，該測試圖案包括交替的複數個明暗條紋，並且其中所述至少一個特徵包括與所有其他條紋具有不同顏色和/或亮度的所述條紋之一 。
8. 如請求項7所述的方法，其中，所述條紋之一實質上位於該鏡片的中心。
9. 如請求項7或8所述的方法，其中，該暗色條紋是黑色的，並且其中所述條紋之一是灰色的。
10. 如請求項7至9中任一項所述的方法，其中步驟b和c包括： d）顯示其中該等條紋在一第一方位上對齊的一第一測試圖案，並將透過該目標鏡片看到的第一測試圖案的一影像擷取為第一鏡片影像； e）顯示一第二測試圖案，其中該等條紋在不同於該第一方位的一第二方位上對齊，並將透過該目標鏡片看到的第二測試圖案的一影像擷取為第二鏡片影像； f）將在該第一鏡片影像中擷取的受鏡片影響的第一測試圖案與該原始第一測試圖案進行比較，以確定沿著正交於該原始第一測試圖案中的條紋的方位的一第一軸在橫跨該鏡片的離散點處之條紋的位置變化； g）將在該第二鏡片影像中擷取的受鏡片影響的第二測試圖案與該原始第二測試圖案進行比較，以確定沿著正交於該原始第二測試圖案中的條紋的方位的一第二軸在橫跨該鏡片的離散點處之條紋的位置變化； h）將在步驟f和g中確定的條紋的位置變化沿所述第一和第二軸轉換為棱鏡分量，並從所述離散點處的所述分量計算棱鏡的大小。
11. 如請求項10所述的方法，其中，該第二測試圖案中的條紋可以與該第一測試圖案中的條紋正交地對齊。
12. 如請求項10或11所述的方法，其中，除了在所述離散點處的大小之外，該等條紋的位置變化還用於確定棱鏡的方向。
13. 根據前述請求項中的任一項所述的方法，其中，該方法包括確定該圖案中的元素相對於一定義的坐標系的位置的變化方向。
14. 如請求項13所述的方法，其中，該方法包括在鏡片相對於該定義的坐標系處於已知方位的情況下拍攝該鏡片影像。
15. 如請求項13或14所述的方法，其中，可以相對於該數位照相機的方位來定義該坐標系。
16. 根據前述請求項中的任一項所述的方法，其中，將在該鏡片影像中擷取的受鏡片影響的測試圖案與該原始測試圖案進行比較以確定元素的位置變化包括將該鏡片影像中的受鏡片影響的測試圖案與顯示在該顯示表面上的原始測試圖案的一參考影像進行比較，其中該參考影像是在該照相機和該顯示表面之間沒有一目標鏡片的情況下由該照相機所擷取。
17. 如請求項16所述的方法，其中，該方法包括處理該鏡片影像和該參考影像以提取該鏡片影像和該參考影像中的測試圖案元素的相對位置。
18. 如依附於請求項3的請求項17所述的方法，該方法包括使用每個元素的可獨特地識別的可見特性，將該受鏡片影響的測試圖案中的各個元素與該原始測試圖案中的各個元素關聯。
19. 如依附於請求項4或5的請求項17所述的方法，該方法包括在該鏡片影像和該原始測試圖案中識別所述至少一個特徵，透過參考所述一個特徵，將該受鏡片影響的測試圖案中的各個元素與該原始測試圖案中的那些元素關聯。
20. 如依附於請求項10的請求項16至18中任一項所述的方法，該方法包括： i）將該第一鏡片影像中的受鏡片影響的第一測試圖案與顯示在該顯示表面上的第一測試圖案的一第一參考影像進行比較，該第一參考影像是在該照相機和該顯示表面之間沒有一目標鏡片的情況下由該照相機所擷取；以及 j）將該第二鏡片影像中的受鏡片影響的第二測試圖案與顯示在該顯示表面上的第二測試圖案的一第二參考影像進行比較，該第二參考影像是在該照相機和該顯示表面之間沒有一目標鏡片的情況下由該照相機所擷取。
21. 如請求項2或依附於請求項2的請求項3至20中任一項所述的方法，該方法包括查詢該圖以確定該鏡片的最小棱鏡的點或棱鏡未改變的點。
22. 如前述請求項中任一項所述的方法，其中，該顯示表面包括一電子顯示螢幕，並且該方法可以使用以下設備來執行，該設備包括該電子顯示螢幕、其光軸垂直於該顯示螢幕來對齊的數位照相機、用於將一目標鏡片保持在該顯示螢幕和該照相機鏡頭之間的一支架以及與該顯示螢幕和該數位照相機可操作地連接的一計算裝置，該計算裝置被配置和編程為控制該電子顯示螢幕和該數位照相機，並對由該數位照相機擷取的影像執行處理步驟以執行如前述請求項所述之方法。
23. 一種用於執行如請求項1至22中的任一項所述的方法的設備，該設備包括一數位顯示螢幕、其光軸垂直於該顯示螢幕來對齊的一數位照相機、用於將一目標鏡片保持在該顯示螢幕和該照相機之間的一支架以及與該顯示螢幕和該數位照相機可操作地連接的一計算裝置，該計算裝置被配置和編程為控制該數位顯示螢幕和該數位照相機，並執行處理由該數位照相機擷取的影像的步驟，以執行根據本發明的第一態樣的方法。
24. 如請求項23所述的設備，其中，該設備為一屈光度計。
25. 一種以一屈光度計執行如請求項1至22中任一項所述的方法之應用。

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