透镜设计方法与流程

1.本发明涉及透镜技术领域，尤其涉及一种透镜设计方法。


背景技术：

2.菲涅尔透镜可以理解为透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上，从而将具有偏折光线能力部分的透镜保留和去除不具有偏折光线能力部分的透镜，以达到减轻镜片总重量的效果。
3.传统技术中的菲涅尔透镜的镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆凹槽。球面菲涅尔透镜从截面看，为一系列锯齿型凸棱组成，当凸棱之间的间距趋于足够小时，可将每个锯齿视为微小棱镜；从俯面看为旋转对称的同心环状凸棱。对于菲涅尔透镜而言，其屈光力、凹槽间距、凹槽深度或高度三者成一定关系，当高度固定时，屈光度随凸棱之间间距的增加的而减小；宽度固定时，屈光度随凸棱高度的增加而增加。
4.对于菲涅尔透镜而言，其纹理的变化种类可有多种，以满足不同使用场景下的需求。cn113406737a提供了一种联合菲涅尔透镜和眼睛佩戴物，通过环形凸棱高度和间距的变化，达到多种类型透镜联合的效果。对于简单的纹理，可以采用规律性的变化形式，设计起来也较为简单方便，但较为复杂化的纹理设计中，如何提供一种简单高效的纹理确定以及透镜设计方式，是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种透镜设计方法，旨在解决传统技术中菲涅尔透镜的纹理在设计时不易定位，容易影响最终成型效果以及光学效果的问题。
6.针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种透镜设计方法，包括：
7.根据目标透镜的光焦度，确定透镜的第一表面以及第二表面；
8.根据第三表面、第四表面以及纹理面，确定纹理形状及位置；
9.沿光轴方向塌陷所述第二表面以形成具有纹理的菲涅尔透镜；
10.其中，所述第三表面位于所述第一表面与所述第二表面之间、且为透镜的各纹理底角连接所形成的表面，所述第四表面为透镜的各纹理顶角连接所形成的表面，所述纹理面为俯视透镜时纹理的形状。
11.根据本发明提供的一种透镜设计方法，所述目标透镜具有自由的光焦度表达，即在各点处的光焦度相同；或者，所述目标透镜在各点处的光焦度不同。
12.根据本发明提供的一种透镜设计方法，确定透镜的第一表面以及第二表面包括：
13.确定所述第一表面的形式，包括确定所述第一表面的第一光焦度函数以及第一表面高度函数；
14.根据透镜的光焦度公式、目标透镜的光焦度、目标透镜的厚度、透镜所用材料，确定所述第二表面的第二光焦度函数以及第二表面高度函数。
15.根据本发明提供的一种透镜设计方法，所述第一表面与所述第二表面均具有自由
的表面形式。
16.根据本发明提供的一种透镜设计方法，根据第三表面、第四表面以及纹理面，确定纹理形状及位置包括：
17.设定第三表面以及第四表面，确定纹理形状及位置；或者，
18.设定所述第三表面以及所述纹理面，确定纹理形状及位置；或者，
19.设定所述第四表面以及所述纹理面，确定纹理形状及位置。
20.根据本发明提供的一种透镜设计方法，所述第三表面与所述第四表面均具有自由的表面形式。
21.根据本发明提供的一种透镜设计方法，所述各纹理内纹理高度相同和/或不同，各纹理内距原点的环距相同和/或不同。
22.根据本发明提供的一种透镜设计方法，在沿光轴方向塌陷所述第二表面以形成具有纹理的菲涅尔透镜之后还包括：
23.对各纹理取近似直线或近似曲线以获得与目标透镜相等或相近的光焦度表达。
24.根据本发明提供的一种透镜设计方法，在沿光轴方向塌陷所述第二表面以形成具有纹理的菲涅尔透镜之后还包括：
25.调整纹理面以获得与目标透镜相等或相近的光焦度表达。
26.根据本发明提供的一种透镜设计方法，各纹理间的光焦度均匀设置和/或变化设置；各纹理内的光焦度均匀设置和/或变化设置。
27.传统技术中菲涅尔透镜的纹理在设计时不易定位，容易影响最终成型效果以及光学效果的问题。本发明在透镜第一表面与第二表面的基础上，提供了第三表面、第四表面以及纹理面，由于第三表面为透镜的纹理底角连接所形成的表面，第四表面由透镜的纹理顶角连接所形成的表面，纹理面为俯视透镜时纹理的形状。因此通过第三表面、第四表面以及纹理面中任意两者的确定，能够有效地确定透镜纹理的形状以及设置位置，使得透镜的纹理设计更加规范化，也为异形化纹理的设计提供了更多可能。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明提供的透镜设计方法的流程示意图；
30.图2是现有透镜的剖视图结构示意图；
31.图3是现有透镜经塌陷后所形成的菲涅尔透镜的剖视图结构示意图；
32.图4是本发明提供的透镜设计方法在球面情况下的表面函数示意图；
33.图5是图4塌陷于平面时在不同方向的各表面函数示意图；
34.图6是本发明提供的透镜设计方法在环曲面情况下的各表面函数示意图；
35.图7是图6塌陷于球面时在不同方向的各表面函数示意图；
36.图8是图7中等高纹理设计时的纹理面示意图；
37.图9是本发明提供的透镜设计方法在环曲面联合棱镜面情况下的各表面函数示意
图；
38.图10是图9塌陷于环曲面(不同方向具有不同表面曲率)时在不同方向的各表面函数示意图；
39.图11是图10中等高纹理设计时的纹理面示意图；
40.图12是图4塌陷于非正圆纹理面且原点不同时的各表面函数示意图；
41.图13是本发明提供的透镜设计方法在取近似直线或近似曲线情况下的各表面函数示意图。
42.附图标记：
43.1：第一表面；2：第二表面；3：第三表面；
44.4：第四表面。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.下面结合图1-图11描述本发明的透镜设计方法。
47.请参阅图1，本发明提供一种透镜设计方法，包括：
48.s100、根据目标透镜的光焦度，确定透镜的第一表面以及第二表面；
49.s200、根据第三表面、第四表面以及纹理面，确定纹理形状及位置；
50.s300、沿光轴方向塌陷所述第二表面以形成具有纹理的菲涅尔透镜；
51.传统技术中菲涅尔透镜的纹理在设计时不易定位，容易影响最终成型效果以及光学效果的问题。鉴于此，本发明提供了一种透镜设计方法，请参阅图1-图11，根据目标透镜以及第一表面1，可以确定第二表面2，第三表面3位于第一表面1与第二表面2之间，为透镜的各纹理底角连接所形成的表面，即纹理的搭载面，而第四表面4为透镜的各纹理顶角连接所形成的表面，纹理面为俯视透镜时纹理的形状。当第三表面3、第四表面4、纹理面三个中两个元素被确定，即可以确定另一个元素。当上述三个元素被确定后，第二表面2沿光轴方向坍塌，即可以形成确定纹理形状及位置的菲涅尔形式透镜。本发明通过第三表面3、第四表面4以及纹理面的确定，能够有效地确定透镜纹理的形状以及设置位置，使得透镜的纹理设计更加规范化，也为异形化纹理的设计提供了更多可能。
52.需要说明的是，目标透镜的光焦度具有自由的光焦度形式，即目标透镜在各点处可具有相同或不同光焦度表达。
53.进一步地，s100、确定透镜的第一表面以及第二表面包括：
54.s110、确定所述第一表面的形式，包括确定所述第一表面的第一光焦度函数以及第一表面高度函数；
55.s120、根据透镜的光焦度公式、目标透镜的光焦度、目标透镜的厚度、透镜所用材料，确定所述第二表面的第二光焦度函数以及第二表面高度函数。
56.需要说明的是，透镜的第一表面1与第二表面2共同确定透镜焦距，而第三表面3、第四表面4以及纹理面与光焦度的表达不直接相关，但第二表面2会因塌陷致塌陷区域的光
焦度产生变化。
57.根据目标透镜所确定透镜各点处的光焦度f、制作透镜材料所对应的折射率n、以及目标透镜的厚度d；在透镜第一表面形式，即第一表面光焦度函数确定时，通过透镜光焦度公式，可以确定后表面光焦度函数，公式为r2＝[d*f
′
*(n-1)^2-n*r1*f
′
*(n-1)]/[n*r1-n*f
′
*(n-1)]。如此可以得出第一表面1以及第二表面2，其中，r1为第一表面曲率半径，r2为第二表面曲率半径。需要说明的是，当第一表面内的光焦度或者形状呈现规律性变化时，第一表面的光焦度或者形状能以函数进行表达概括，由此可根据眼科验光处方或者实际使用需求确定第一表面的第一表面光焦度函数或者与形状相关的第一表面形状函数。
[0058]
为了方便对第一表面1以及第二表面2的表示，此时引入第一表面光焦度函数和第一表面高度函数以及第二表面光焦度函数和第二表面高度函数，可以参阅图4、图6以及图9，分别代表了球面、环曲面、环曲面联合棱镜面的第二表面2的光焦度函数和表面高度函数表现方式。每幅图中左图横坐标为经过原点的纵切面距原点的距离，纵坐标为截取的透镜表面高度，根据截取的角度不同，第二表面2会存在不同的表面高度函数；每幅图中右图横坐标为距原点一定距离处的环截面的不同角度，纵坐标为所截表面的光焦度函数，根据环截面的不同，第二表面2会存在不同的光焦度函数。需要说明的是，若第一表面1与第二表面2相同，也可以通过此种方式进行确定，本发明仅以第二表面2为例进行说明。
[0059]
需要说明的是，以第二表面2为例，无论是以左图或者右图的表面函数确定形式，当有足够多方向呈规律化的函数的组合，即可以确定整个第二表面2的表现形式，形成第二表面光焦度和高度的立体图。由图4、图6以及图9可知，第二表面2可设置为连续表面，在距离原点不同距离或者不同角度处均具有相同或不同的变化率。
[0060]
进一步地，第一表面与所述第二表面均具有自由表面形式，即第一表面与第二表面在各点处可具有相同或不同的表面高度，在各点处也可具有不同的光焦度表达。
[0061]
更进一步地，s200、根据第三表面、第四表面以及纹理面，确定纹理形状及位置包括：
[0062]
s210、设定第三表面以及第四表面，确定纹理形状及位置；或者，
[0063]
s220、设定所述第三表面以及所述纹理面，确定纹理形状及位置；或者，
[0064]
s230、设定所述第四表面以及所述纹理面，确定纹理形状及位置。
[0065]
如前所述，第三表面、第四表面、纹理面三个中两个元素被确定，即可以确定另一个元素。此时，可近似地将每个纹理截面视为微小三角形棱镜，则此三角形由底边、斜边、高边、底边顶角、顶边顶角等属性共同限定其形状及位置。其中，三角形的斜边由第二表面2的曲率决定；三角形的底边由纹理的宽度(即纹理面的纹理间距)决定，三角形的高度由第三表面、第四表面共同决定；三角形所在位置由第三表面和/或第四表面限定。
[0066]
请参阅图5，设第三表面3为平面、第二表面2为球面，对第二表面高度函数(f2)沿光轴方向进行连续塌陷。如上部分为纹理等宽时，即确定第三表面以及纹理面时的塌陷方法及所形成的各表面；如下部分为纹理等高时，即确定第四表面以及第三表面时的塌陷方法及所形成的各表面(f3为第三表面高度函数，f4为第四表面高度函数)；
[0067]
请参阅图7，设第三表面3为球面、第二表面2为环曲面，对第二表面高度函数(f2)沿光轴方向进行连续塌陷。如图所示，在不同方向如θ0、θ90处，经上述方式塌陷后在不同方向形成不同的剖视示意图：如上部分为纹理等宽时，即确定第三表面以及纹理面时的塌陷
方法及所形成的各表面，此时所形成的纹理在不同方向具有不同的纹理顶角位置，纹理顶角位置的高度变化规律形成对应的第四表面高度函数f4，而纹理顶角位置的变换规律与第二表面2的表面高度变化规律相同；如下部分为纹理等高时，即确定第四表面以及第三表面时的塌陷方法及所形成的各表面，此时所形成的纹理在不同方向具有不同的纹理顶角或底角距原点距离，则形成对应的纹理面，此时纹理顶角或底角距原点距离对应于第三表面或第四表面投影则形成纹理面的形状。可以参阅图8，在纹理等高时，此时俯视时纹理为近似椭圆环形纹理的非正圆形纹理面；
[0068]
请参阅图10，设第三表面3为环曲面，第二表面2为环曲面联合棱镜面，对第二表面高度函数(f2)沿光轴方向进行连续塌陷。如图所示，在不同方向如θ0、θ90处，经上述方式塌陷后在不同方向形成不同的剖视示意图：如上部分为纹理等宽时，即确定第三表面以及纹理面时的塌陷方法及所形成的各表面，此时所形成的纹理在不同方向具有不同的纹理顶角位置，纹理顶角位置的高度变化规律形成对应的第四表面高度函数f4，而纹理顶角位置的变换规律与第二表面2的表面高度变化规律相同；如下部分为纹理等高时，即确定第四表面以及第三表面时的塌陷方法及所形成的各表面，此时所形成的纹理在不同方向具有不同的纹理顶角或底角距原点距离，则形成对应的纹理面，此时纹理顶角或底角距原点距离对应于第三表面或第四表面投影则形成纹理面的形状。可以参阅图11，在纹理等高时，此时俯视时纹理为非正圆形的任意形状纹理面。
[0069]
进一步地，如前所述，第一表面、第二表面均为任何形式的自由形式表面；各纹理顶角位置及各纹理底角位置有相同或不同的高度、和/或有相同或不同的距原点距离，此时所对应形成的第三表面、第四表面可为任何形式的自由形式表面，纹理面可为任意形状。各纹理内的顶角位置或底角变化或距原点距离的变化与其未塌陷时第二表面2在对应位置处的变化相应。
[0070]
请参阅图12，设第四表面4为平面、第二表面2为球面、且纹理面如图所示，对第二表面高度函数(f2)沿光轴方向进行连续塌陷时的塌陷方法及所形成的各表面。与图5相比，原点位置也有所不同，则纹理位置及纹理形状也随之发生变动。
[0071]
请参阅图13，若单个纹理内表明形式过于复杂时，可对纹理内表面光焦度函数或表面高度函数取近似直线或近似曲线，获得与目标透镜相似的光焦度表达，以便于透镜的表达或生产制备。
[0072]
进一步地，需要说明的是，若区域内所表达光焦度为特殊形式时：如透镜设为有微透镜时，即某一点处存在与周围光焦度差值较大时需保留原有表面曲面形式；如透镜设为具有区域棱镜的透镜时，为保持区域内光焦度需保留原有表面曲线形式。
[0073]
需要说明的是，在纹理沿光轴方向塌陷时，对应的纹理内透镜光焦度将发生改变。当区域内塌陷后光焦度与目标透镜光焦度差值不在所设计透镜的允差范围内时，需调整纹理面以获得与目标透镜相等或相近光焦度。
[0074]
此外，需要说明的是，各纹理间及单个纹理内具有相同或不同的光焦度表达、纹理高度、纹理宽度以及纹理所在位置，本发明对此并不加以限定。
[0075]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。