半成品镜片、用于制造光学镜片的方法和装置
阅读说明：本技术 半成品镜片、用于制造光学镜片的方法和装置 (Semi-finished lens, method and device for manufacturing an optical lens ) 是由 L·卡斯特罗马丁内斯 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种半成品镜片(10),包括第一光学表面(12)和要制造的第二光学表面(14),所述第一光学表面包括与第一参考系相关联的表面设计,所述第一光学表面和所述第二光学表面通过外周表面(16)连接,所述半成品镜片进一步包括设置在所述第二光学表面(14)上和/或设置在所述外周表面(16)上的参考要素(20),所述参考要素(20)的位置是结合所述第一参考系被定义的。本发明还涉及一种用于由这种半成品镜片制造光学镜片的方法和装置。(The invention relates to a semi-finished lens (10) comprising a first optical surface (12) and a second optical surface (14) to be manufactured, said first optical surface comprising a surface design associated with a first reference system, said first and second optical surfaces being connected by a peripheral surface (16), said semi-finished lens further comprising a reference element (20) provided on said second optical surface (14) and/or on said peripheral surface (16), the position of said reference element (20) being defined in connection with said first reference system. The invention also relates to a method and a device for manufacturing an optical lens from such a semi-finished lens.)
技术领域
本发明涉及一种用于由半成品镜片制造光学镜片的方法，并涉及一种相应的机加工装置。本发明进一步涉及一种半成品镜片。
背景技术
眼科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，这两个相反的表面配合以提供所需的折射特性。光学镜片可以是例如、但不限于眼科镜片。当这些表面中的一个的定位或形状相对于另一个不准确时，会发生光学误差。
根据所需的折射特性制造光学镜片制造典型地包括对半成品镜片的面进行机加工。典型地，半成品镜片具有成品面(例如前面)和非成品面(例如背面)。通过机加工镜片的背面以移除材料，可以产生用于所期望矫正处方的、背面的表面相对于前面的表面的所需形状和定位。光学镜片的进一步表面修整操作可以包括对镜片构件的表面进行倒角、斜切、抛光或涂布以便修改光学表面。
在镜片的制造过程中，重要的是在各种制造操作的过程中，半成品镜片被牢固地维持在封阻器上的准确位置中，以便防止产生光学误差。通常采用众所周知的易熔金属或可聚合树脂来固定半成品镜片和封阻器。
常规地，半成品镜片在成品面上设置有多个雕刻标记。这些雕刻标记定义了半成品镜片的成品面的表面的参考系。
对于一些光学设计，例如当两个表面都具有非对称设计时，准确地控制光学表面的相对位置是非常重要的，以便保证所期望的光学功能。
因此，在封阻期间通过在成品表面上的雕刻标记，可以保证后表面和前表面的相对位置。有时，制造过程还包括使用雕刻标记进行油墨做标记的中间步骤，因为雕刻标记在封阻装置中是看不到的。
然而，在制造期间，更具体地在封阻与机加工之间，封阻可能变得不受限制，并因此导致表面的相对位置的误差。实际上，由于光学表面的相对位置在封阻期间是给定的，因此用于制造光学镜片的当前方法并未考虑到封阻器的调整、封阻器参考部件的磨损、封阻器的壳体与嵌件之间的间隙、嵌件的磨损、夹具的壳体与机加工机器的夹具之间的偏移、以及夹具的磨损和机加工机器的夹具的参考杆的磨损的问题。
本发明的目的是提供一种用于制造光学镜片的经典方法的替代性方案，其允许提高最终光学镜片的两个表面的定位准确度。
发明内容
为此，本发明提出了一种半成品镜片，包括第一光学表面和要制造的第二光学表面，所述第一光学表面包括与第一参考系相关联的表面设计，所述第一光学表面和所述第二光学表面通过外周表面连接，所述半成品镜片进一步包括设置在所述第二光学表面上和/或设置在所述外周表面上的参考要素，所述参考要素的位置是结合所述第一参考系被定义的。
有利地，这种具有设置在第二光学表面和/或设置在外周表面上并且结合第一参考系统定义的参考要素提高了在制造期间第二光学表面相对于第一光学表面的相对定位的准确度。实际上，这种半成品的使用因此允许将封阻步骤的两个表面的相对定位步骤转移到机加工步骤，以便提高成品镜片的光学功能的品质。因此，与通常的封阻步骤相比，封阻步骤得到简化，从而促进封阻技术(易熔金属、可聚合树脂、真空、胶水、胶带……)的可能改变。
因此，在制造方法期间可以更容易且更准确地定位这些表面。
根据可以单独或组合地考虑的进一步的实施例：
-所述参考要素至少部分地设置在要制造的所述第二光学表面上；
-所述参考要素包括标记，所述标记是在设置有所述参考要素的所述半成品镜片的至少所述表面的模制期间通过雕刻来实现的；
-通过在半成品镜片上从第一光学表面到第二光学表面进行机械地雕刻来实现这些标记；
-所述标记被配置为是光学上可检测的和/或是机械上可检测的；
-所述参考要素至少包括子表面要素，所述子表面要素位于所述第一光学表面与所述第二光学表面之间、与所述第二光学表面的距离小于10mm；
-所述子表面要素包括多个子表面标记，所述子表面标记定义平面；
-通过第一光学表面上的第一标记来识别第一参考系。
本发明进一步涉及一种用于制造光学镜片的方法，所述方法包括：
-提供根据前述权利要求中任一项所述的半成品镜片；
-提供与要制造的所述光学镜片的第二光学表面相对应的表面数据；
-将所述半成品镜片的第一光学表面相对于所述机加工装置的机加工参考系固定地定位在机加工装置中的封阻位置；
-在所述第一光学表面处于所述封阻位置时，确定所述半成品镜片的参考要素在所述机加工参考系中的位置；
-使用所述参考要素在所述机加工参考系中的确定位置来确定所述第一光学表面在所述机加工参考系中的位置；
-根据所述表面数据来制造所述第二光学表面，使得所述第二表面相对于所述第一光学表面在所述机加工参考系中的确定位置被定位。
根据所述方法的可以单独或组合地考虑的进一步的实施例：
-所述方法进一步包括提供在所述第一参考系中要制造的所述第二光学表面相对于所述第一光学表面的位置；
-所述方法进一步包括确定所述参考要素相对于所述第一光学表面的位置；
-表面数据取决于第一光学表面的表面设计和为其制造光学镜片的配戴者的处方。
本发明的另一个目的涉及一种用于制造光学镜片的机加工装置，所述机加工装置具有机加工参考系并且包括：
-封阻系统，所述封阻系统被配置为将半成品镜片的第一光学表面相对于所述机加工参考系固定地定位在所述机加工装置中的封阻位置；所述半成品镜片是根据本发明的半成品镜片；
-定位工具，所述定位工具被配置为在所述第一光学表面处于所述封阻位置时确定所述半成品镜片的参考要素在所述机加工参考系中的位置；
-处理器，所述处理器用于使用所述参考要素在所述机加工参考系中的确定位置来确定所述第一光学表面在所述机加工参考系中的位置；
-机加工工具，所述机加工工具被配置为通过根据与要制造的所述光学镜片的第二光学表面相对应的表面数据对所述第二光学表面进行机加工来制造，使得所述第二表面相对于所述第一光学表面在所述机加工参考系中的确定位置被定位。
根据可以单独或组合考虑的机加工装置的其他实施例：
-所述封阻系统包括夹具，所述夹具被布置为将所述半成品镜片夹持在所述封阻位置中，所述夹具定义了所述机加工参考系；
-所述定位工具包括数码相机，所述数码相机被配置为通过处于所述封阻位置的所述半成品镜片来获取所述参考要素的图像，并且其中，所述处理器进一步被配置用于在所述第一光学表面处于所述封阻位置时使用由所述照相机获取的所述图像来确定所述参考要素在所述机加工参考系中的位置；
-所述定位工具包括探针，所述探针用于在所述第一光学表面处于所述封阻位置时确定所述半成品镜片的参考要素在所述机加工参考系中的位置。
根据另一方面，本发明进一步涉及一种装置，所述装置包括处理器，所述处理器适于存储一个或多个指令序列并实施根据本发明的方法的至少一个步骤。
更具体地，本发明涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，所述指令序列对于处理器而言是可存取的并且在被所述处理器执行时致使所述处理器实施根据本发明的方法步骤。
本发明进一步涉及一种计算机可读介质，所述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。
除非另有具体声明，从以下讨论中明显的是，将认识到整个说明书中，使用了比如“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，所述动作和/或过程对在所述计算系统的寄存器和/或存储器内表示为物理(比如电子)量的数据进行操纵和/或将其转换成在所述计算系统的存储器、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于执行本文中的操作的设备。此设备可以是为所期望的目的而专门构建的，或其可以包括通用计算机或被存储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，比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)、电子可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡片或光卡片，或任何其他类型的适合于存储电子指令并且能够联接到计算机系统总线的介质。
本文中所提出的过程和显示器并非本来就与任何具体的计算机或其他设备相关。各种通用系统都可以与根据本文中的教导的程序一起使用，或者其可以证明很方便地构建更专用的设备以执行所期望的方法。各种这些系统所期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。将要认识到的是，可以使用各种编程语言来实施本文中所描述的本发明的教导。
附图说明
现将仅以示例的方式并且参考以下附图对本发明的实施例进行描述，在附图中：
-图1是要制造的半成品镜片的侧视图；
-图2是半成品镜片的预成型表面的透视图，图示了参考系和位置参数；
-图3是根据本发明的制造光学镜片的方法的实施例的步骤的流程图；
-图4是根据本发明的要制造的半成品镜片的示例的侧视图；
-图5是根据本发明的机加工装置的实施例的示意图；以及
-图6是要制造的半成品镜片的截面图，该半成品镜片具有放置在封阻系统的封阻环上的第一光学表面。
附图中的要素仅为了简洁和清晰而展示出并且不一定是按比例绘制。例如，附图中的某些要素的尺寸可以相对于其他要素被放大，以便帮助增加对本发明的实施例的理解。
具体实施方式
参考图1，本发明的第一方面涉及半成品镜片10，其包括具有第一光学表面12的第一光学面和具有要制造的第二光学表面14的第二光学面。第一和第二光学表面通过外周表面16连接。
这种半成品镜片可以由一块透明材料(例如塑料)通过模制或通过表面修整来制造，以便形成第一光学表面。
第一光学表面12包括与第一参考系相关联的表面设计。
在本发明的意义上，“表面设计”是本领域技术人员公知的被广泛使用的措词，以指定允许定义根据本发明的光学镜片构件的面的表面(即，半成品镜片10的第一光学表面12)的一组参数。例如，表面设计可以包括半成品镜片10的第一光学表面12的表面方程、位置和取向，这种方程、位置和取向被在根据本发明的第一参考系中定义的。
例如，这种参考系可以由至少一个第一参考要素识别，例如在第一光学表面上的第一标记。在本发明的意义上，措辞“通过至少一个第一参考要素来识别的参考系”应当被理解为意味着本领域技术人员可以容易地根据第一参考要素的位置和取向来识别参考系的主中心和主轴线。
如图2所示，第一参考系包括垂直于主平面(X，Y)的主轴线Z，该主平面由彼此垂直且垂直于主轴线Z的两条轴线X、Y定义。半成品镜片的位置、特别是在这种参考系中半成品镜片的每个光学表面的位置由六个参数定义。在这六个参数中，三个是沿每条轴线X、Y和Z的平移参数TX、TY和TZ，并且三个是绕着每条轴线X、Y和Z的旋转参数RX、RY和RZ。
通常可以通过模制、机加工或任何其他常规已知的方式来获得半成品镜片的成品面的第一光学表面12。
在图1上所示的示例中，第一光学面对应于半成品镜片10的前面。在使用所产生的成品光学镜片时，前面被设置成最靠近正在被观察的物体。
通过制造方法对第二表面14进行修改，从而提供例如(虚线19所示的)成品光学镜片的背面。
尽管在本发明的此实施例中，第一面为成品光学镜片的前面并且第二面为背面，但应理解的是，在本发明的替代性实施例中，第一面可以是成品光学镜片的背面并且第二面可以是前面。
而且，尽管要制造的面在图1中表示为凹面，但应认识的是，此表面14可以同样可以是凸面或任何其他弯曲的表面。
根据本发明，半成品镜片10进一步至少包括设置在第二光学表面14和/或设置在外周表面16上的参考要素20。参考要素20的位置结合第一参考系被定义。
在优选的实施例中，参考要素20至少部分地设置在要制造的第二光学表面上。
在图1所示的实施例中，图示了参考要素20仅设置在第二光学表面14上的实施例。
有利地，参考要素20包括标记，这些标记是在设置有参考要素的半成品镜片的至少一个表面(即在图1所示的实施例中的第二光学表面)的模制期间通过雕刻来实现的。
参考要素20是在半成品镜片的注射模制或铸造模制期间在半成品镜片的第二表面(即在此详细实施例中的后表面)上实现的。在半成品镜片的第二后表面上的这种参考要素20被配置为允许相对于第一和前面的位置完全地定义背面的位置，这由在半成品镜片的模制期间也实现的标记定义。在第一表面是通过表面修整完成的情况下，可以使用表面修整参考来对第一和第二表面进行雕刻。
例如，通过在半成品镜片上从第一光学表面到第二光学表面进行机械地雕刻来实现这些标记。
有利地，标记被配置为是光学上可检测的和/或机械上可检测的。因此，该方法还可以包括中间步骤，在该中间步骤期间，使标记在光学上和/或机械上可检测。例如，可以对标记上墨以使其在光学上可检测。
根据实施例，参考要素20可以有利地至少包括子表面要素，该子表面要素位于第一光学表面与第二光学表面之间、与第二光学表面相距一定距离，从而允许光学上标记检测，例如与第二光学表面相距小于10mm距离。
根据示例，子表面要素包括多个子表面标记，这些子表面标记定义平面P。
在已经制造了第二光学面之后并最终在已经对光学镜片进行磨边以配适眼镜架之后，参考要素20被配置成至少部分地保持在所制造的光学镜片中。因此，优选地参考要素20被配置成使得不给光学镜片的配戴者造成任何不适。例如，参考要素20被放置于配戴者的主视野之外。
替代地，参考要素20被配置成在已经制造了第二光学面之后并最终在已经对光学镜片进行磨边以配适眼镜架之后从所制造的光学镜片中消失。在此实施例中，参考要素20的可见度可以比前述实施例中的可见度高得多。
如图3上所示，本发明进一步涉及一种用于制造光学镜片的方法。
该方法至少包括：
-半成品镜片提供步骤S2；
-表面数据提供步骤S4；
-第一光学表面定位步骤S6；
-参考要素位置确定步骤S8；
-第一光学表面位置确定步骤S10；和
-第二光学表面制造步骤S12。
在步骤S2期间，提供了根据本发明的如前所述的半成品镜片10。更具体地，提供(多个)参考要素20相对于与第一光学表面12相关联的第一参考系的位置。
例如，该方法可以进一步包括用于确定参考要素20相对于第一光学表面12的位置的预备步骤S1。
然后，在步骤S4期间提供与要制造的光学镜片的第二光学表面14相对应的表面数据。
优选地，表面数据取决于第一光学表面12的表面设计和为其制造光学镜片的配戴者的处方。
在步骤S6期间，半成品镜片的第一光学表面12相对于机加工装置的机加工参考系被固定地定位在机加工装置中的封阻位置。
在步骤S8期间，当第一光学表面12处于封阻位置时，在机加工参考系中确定半成品镜片的参考要素20的位置。
例如，当半成品镜片10被定位在机加工装置中时，可以通过使用嵌入到机加工装置中的机械探针的测量来在机加工参考系中确定要机加工的第二光学表面14的参考要素20的三维坐标。
然后，在步骤S10期间，使用参考要素在机加工参考系中的确定位置来确定第一光学表面12在机加工参考系中的位置。
然后，根据表面数据来制造第二光学表面14，使得在步骤S12期间第二光学表面相对于第一光学表面12在机加工参考系中的确定位置被定位。
根据该方法的实施例，该方法可以进一步包括用于提供在第一参考系中要制造的第二光学表面14相对于第一光学表面12的位置的步骤。
例如，图4图示了具有第一前表面的半成品镜片，该第一前表面包括与表示为RLens(O，X，Y，Z)的前参考系相关联的表面设计，该前表面在第二后表面的机加工期间被封阻。
此前参考系RLens(O，X，Y，Z)结合半成品镜片的前表面的几何形状被定义。例如，如果所封阻的前表面是渐变表面，则可以将前参考系O的原点定义为棱镜参考点(PRP)，将Z轴定义为该表面在此点处的法线，将X轴定义为传统上由渐变表面的水平度标记给出的水平轴线。
此外，半成品镜片具有要机加工的第二后表面。后表面包括两个机械参考要素，这些机械参考要素在前参考系中的位置被分别表示为E1(X1L，Y1L，Z1L)和E2(X2L，Y2L，Z2L)。
机加工装置的机加工参考系RM(OM，XM，YM，ZM)例如由机加工装置的夹持臂定义，该夹持臂被配置成将半成品镜片的前(第一)光学表面封阻在封阻位置。
首先，例如通过使用嵌入到机加工装置中的机械探针的测量，在机加工参考系RM中确定后(第二)光学表面的两个机械参考要素E1，E2的位置。机加工参考系中两个机械参考要素E1、E2的坐标被分别表示为E1(X1M，Y1M，Z1M)和E2(X2M，Y2M，Z2M)。
其次，根据以下方程来确定允许从机加工参考系RM到前参考系RLens的变换：
MLens＝T+R.MM
其中：T(Tx，Ty，Tz)是平移向量，R是3×3旋转矩阵，MLens是前参考系RLens中点的坐标，以及MM是机加工参考系RM中相同点的坐标。
然后，在知道平移向量T和旋转矩阵R的情况下，因此可以确定前(第一)表面相对于机加工参考系的平移和/或旋转，这直接给出了定位缺陷。
最后，可以根据表面数据和机加工参考系中前(第一)光学表面的确定位置，在机加工参考系中确定背(第二)光学表面，然后进行制造，使得后(第二)表面相对于前(第一)光学表面被定位。
图5图示了根据本发明的用于制造光学镜片的机加工装置100的实施例，机加工装置100具有机加工参考系。
机加工装置包括封阻系统102、定位工具104和机加工工具106。
封阻系统102被配置为将如先前所述的半成品镜片的第一光学表面相对于机加工参考系固定地定位在机加工装置100中的封阻位置。例如并且参考图6，封阻系统102可以包括嵌件121和封阻环122。封阻铸造材料124被灌入由半成品镜片10的下表面、嵌件121以及封阻环122所定义的空腔中。封阻铸造材料124冷却而凝固，以便在用于机加工的所期望的定位处提供用于半成品镜片10的封阻器。
有利地，封阻系统102包括被布置为将半成品镜片夹持在封阻位置的夹具，该夹具定义了机加工参考系。夹具被配置为从自由位置移动到夹持位置，在该夹持位置中，夹具将半成品镜片10固持在封阻系统102上的适当位置。
定位工具104被配置为在第一光学表面处于封阻位置时确定半成品镜片的参考要素在机加工参考系中的位置。
有利地，机加工装置100适于实施根据本发明并且在下文中详细描述的制造方法。为此，机加工装置100包括存储器108和处理器110。
存储器108适于存储一个或多个指令序列，所述指令序列对处理器110而言是可存取的并且当被处理器执行时，使处理器执行该方法的步骤。更具体地，处理器使用参考要素在机加工参考系中的确定位置来执行第一光学表面在机加工参考系中的位置的确定。
机加工装置的机加工工具106被配置为通过根据与要制造的光学镜片的第二光学表面相对应的表面数据对第二光学表面进行机加工来制造，使得第二表面相对于第一光学表面在机加工参考系中的确定位置被定位。
根据机加工装置的实施例，定位工具104有利地包括数码相机，该数码相机被配置为通过处于封阻位置的半成品镜片来获取参考要素的图像。
在这种实施例中，处理器108进一步被配置用于在第一光学表面处于封阻位置时使用由相机获取的图像来确定参考要素在机加工参考系中的位置。
根据与先前的机加工装置兼容的机加工装置的另一个实施例，定位工具104包括探针，该探针用于在第一光学表面处于封阻位置时通过机械测量来确定半成品镜片的参考要素在机加工参考系中的位置；
虽然前述示例是参考眼科镜片的制造进行描述的，但应认识到，本发明的方法可以更普遍地应用于其他类型的光学镜片的制造，例如，用于望远镜等的光学镜片、汽车大灯、微透镜太阳能电池板...
对于参考了前述说明性实施例的本领域技术人员来说，还可提出很多进一步的修改和变化，这些实施例仅以示例的方式给出而并不意在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求决定。
在权利要求中，词语“包括”并不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一个/种(a或an)”并不排除复数。在相互不同的从属权利要求中叙述不同的特征这个单纯的事实并不表明不能有利地使用这些特征的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制本发明的范围。