CN109416418B - 自由菲涅耳曲面、用于生产自由菲涅耳曲面的方法以及用于创建构造数据集的方法 - Google Patents

自由菲涅耳曲面、用于生产自由菲涅耳曲面的方法以及用于创建构造数据集的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109416418B
CN109416418B CN201780038989.7A CN201780038989A CN109416418B CN 109416418 B CN109416418 B CN 109416418B CN 201780038989 A CN201780038989 A CN 201780038989A CN 109416418 B CN109416418 B CN 109416418B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fresnel
free
intersection
cylindrical
conical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780038989.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109416418A (zh
Inventor
君特尔·鲁道夫
格奥尔格·米切尔斯
沃尔夫·克劳瑟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toots Technology Co ltd
Original Assignee
Toots Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toots Technology Co ltd filed Critical Toots Technology Co ltd
Publication of CN109416418A publication Critical patent/CN109416418A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109416418B publication Critical patent/CN109416418B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B1/00—Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/18—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
    • B23B27/20—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B5/00—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B5/36—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for turning specially-shaped surfaces by making use of relative movement of the tool and work produced by geometrical mechanisms, i.e. forming-lathes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00269—Fresnel lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • G02C7/08—Auxiliary lenses; Arrangements for varying focal length
    • G02C7/086—Auxiliary lenses located directly on a main spectacle lens or in the immediate vicinity of main spectacles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于生产自由菲涅耳曲面的方法，所述自由菲涅耳曲面具有多个菲涅耳小面(12)，所述菲涅耳小面具有相应的菲涅耳段面(10)和后缘(28)。在所述方法中，基于自由菲涅耳曲面的构造数据，通过对基体进行机加工来生产自由菲涅耳曲面。借助于圆柱面和/或锥面，菲涅耳小面的边缘在x‑y平面上的投影表示用于创建结构数据的圆形路径。

Description

自由菲涅耳曲面、用于生产自由菲涅耳曲面的方法以及用于 创建构造数据集的方法
技术领域
本发明涉及自由菲涅耳曲面以及通过对基体进行机加工来生产自由菲涅耳曲面的方法。本发明还涉及一种创建用于生产自由菲涅耳曲面的构造数据集的方法以及一种眼镜片。
背景技术
所谓的自由菲涅耳曲面是一种自由曲面，其通过多项式进行描述、并且由在其z轴方向上多处优选恒定绝对值的偏移量和在载体面处还有在优选平行面或优选同心面处的对应切口形成。在图1中以举例的方式示出了自由菲涅耳曲面100。该图示出了具有其相应的菲涅耳段面104和后缘106的各个菲涅耳小面102、以及与载体面的相交线108。载体面可以是平面的或弯曲的。其原点与多项式的原点重合。优选平行面或优选同心面的原点在z方向上偏移特定的绝对值，并且形成菲涅耳段面的结构深度。
DE 10 2009 010 537 A1和DE 10 2009 010 538 A1包括自由菲涅耳曲面的实例，其中后一文献还描述了用于生产自由菲涅耳曲面的方法。菲涅耳自由表面例如用于智能眼镜或类似装置中，如例如在US 5,369,415、US 6,204,974 B1、US 2010/0260455 A1或WO2006/013565 A1中描述的。
自由菲涅耳曲面(作为原装零件或作为例如用于工业生产的注塑模具)的生产是通过在z轴方向上使切削工具进给直至达到通过数学描述为相应的x-y位置给出的z值来实现的。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种用于生产自由菲涅耳曲面的有利方法。本发明的第二个目的是提供一种创建用于生产自由菲涅耳曲面的有利构造数据集的方法。本发明的第三个目的是提供一种有利的自由菲涅耳曲面，并且本发明的第四个目的是提供一种有利的眼镜片。
前两个目的是通过如权利要求1所述的用于生产自由菲涅耳曲面的方法或通过如权利要求10所述的创建用于生产自由菲涅耳曲面的有利构造数据集的方法来实现的。第三个目的是通过如权利要求21所述的自由菲涅耳曲面实现的，并且第四个目的是通过如权利要求22所述的眼镜片实现的。从属权利要求包含本发明的有利实施例。
在根据本方明的用于生产自由菲涅耳曲面的方法中，该自由菲涅耳曲面具有多个菲涅耳小面，每个菲涅耳小面具有菲涅耳段面和后缘，该自由菲涅耳曲面是基于自由菲涅耳曲面的构造数据通过对基体进行加工来生产的。自由菲涅耳曲面的构造数据基于：
-自由菲涅耳曲面的载体面，所述载体面是在具有x方向、y方向和z方向的坐标系中限定的；
-一系列自由曲面，所述自由曲面在所述坐标系的z方向上交错并相对于所述载体面的x-x平面倾斜，其中，在每种情况下，所述自由曲面中的每一个自由曲面都限定了菲涅耳小面的菲涅耳段面；
-一系列相交曲线，所述系列自由曲面中的自由曲面沿着所述相交曲线与所述载体面相交；
-圆柱面或锥面，所述圆柱面或锥面的圆柱轴或锥轴垂直于所述坐标系的x-y平面，其中，每个圆柱面或锥面在每种情况下都在所述载体面的高度处与所述系列自由曲面中的特定自由曲面相交并且另外对在每种情况下在z方向上安排在所述特定自由曲面正下方的自由曲面进行切割，因此与所述特定自由曲面的相交限定了上相交线，并且与在z方向上安排在所述自由曲面正下方的自由曲面的相交限定了下相交线。在所述上相交线与所述下相交线之间延伸的圆柱面或锥面的区域限定了属于所选自由曲面的菲涅耳小面的后缘。
然后通过基于所述构造数据对所述基体的圆形路径形状的机加工而形成菲涅耳小面的菲涅耳段面和后缘来生产自由菲涅耳曲面，其中，从所述基体上去除材料，直至每个菲涅耳小面都露出菲涅耳段面和后缘。
为了通过机加工来生产所述曲面，有利的是使得用于生产的工具的运动能够沿着投影到x-y平面上的圆形路径。在现有技术中，这在菲涅耳小面的边界区域中、特别是在后缘的情况下是不可能的，因为限定形状的空间相交曲线在x-y平面上的投影不会产生弧。然而，在根据本发明的方法中，由于使用了用于创建构造数据的圆柱面或锥面，菲涅耳小面的周边在x-y平面上的投影展现为圆形路径。由此，能够使用在同心圆形路径上引导的工具来生产菲涅耳段面和后缘。换言之，在基体的圆形路径形状的机加工中，所用工具的运动可以沿着投影到x-y平面上的圆形路径，这样简化了对用于机加工自由菲涅耳曲面的机器工具的控制。考虑到圆柱轴或锥轴的位置，可以将基体的圆形路径形状的机加工所需的所用工具在z方向上的进给值转换成柱坐标。
在根据本发明的方法的框架内，有利的是，用于描述自由菲涅耳曲面的坐标系的原点被限定为位于载体面的中心，因此被设置为穿过自由菲涅耳曲面的补偿平面垂直于所述坐标系的z轴。
此外有利的是，圆柱面或锥面的形状被构造成使得上相交线在每种情况下都近似于相应的特定自由曲面与载体面的相交曲线的形状。这在圆柱面的情况下可以通过适当选择圆柱的半径来实现，并且在锥面的情况下可以通过适当选择锥角和锥尖距x-y平面的距离来实现。如果所选的圆柱面或锥面被构造成延伸穿过所述系列的相交曲线中的所选的相交曲线的相交曲线端点以及所选的相交曲线上位于所述相交曲线的两个相交曲线端点之间的某个点，则可以实现上相交线很好地近似于相应的特定自由曲面与载体面的相交曲线的形状。在此有利的是，所选的相交曲的线两个相交曲线端点之间的点至少大致位于所述两个相交曲线端点之间的中心。另外有利的是，所选的相交曲线是位于所述系列相交曲线的中心的相交曲线。所有其他圆柱面或锥面的圆柱轴或锥轴则被选择为与所选的圆柱面或锥面的圆柱轴或锥轴重合。另外，对于所有自由曲面而言，指定给特定自由曲面的圆柱面或锥面延伸穿过所述相应的特定自由曲面与所述载体面的相交曲线上的某个点。在此也是有利的是，所述特定自由曲面与所述载体面的相交曲线上的那个点至少大致位于相应的相交曲线的两个相交曲线端点之间的中心。
根据本发明，还提供了一种创建用于生产自由菲涅耳曲面的构造数据集的方法，所述自由菲涅耳曲面具有多个菲涅耳小面，所述菲涅耳小面在每种情况下都具有菲涅耳段面和后缘。所述方法包括以下步骤：
-限定所述自由菲涅耳曲面的载体面，所述载体面是在具有x方向、y方向和z方向的坐标系中限定的；
-限定一系列自由曲面，所述自由曲面在所述坐标系的z方向上交错并相对于所述载体面成大于0度且小于90度的角度延伸，其中，在每种情况下，所述自由曲面中的每一个自由曲面都限定了菲涅耳小面的菲涅耳段面；
-确定一系列相交曲线，所述系列自由曲面中的自由曲面沿着所述相交曲线与所述载体面相交；
-确定圆柱面或锥面，所述圆柱面或锥面的圆柱轴或锥轴垂直于所述坐标系的x-y平面，其中，所述圆柱面或锥面在每种情况下都在所述载体面的高度处与所述系列自由曲面中的特定自由曲面相交并且另外对在每种情况下在z方向上都安排在所述特定自由曲面正下方的自由曲面进行切割，因此与所述特定自由曲面的相交限定了上相交线，并且与在z方向上安排在所述自由曲面正下方的自由曲面的相交限定了下相交线。在所述上相交线与所述下相交线之间延伸的圆柱面或锥面的区域限定了属于所选自由曲面的菲涅耳小面的后缘。
创建所述构造数据集通常还包括确定柱坐标，所述柱坐标用于通过使用机加工工具对所述基体进行圆形路径形状的机加工来形成所述菲涅耳小面的菲涅耳段面和后缘，其中，考虑所述圆柱轴或所述锥轴的位置来确定所述工具在所述z方向上的所需进给值。
在根据本发明的用于创建构造数据集的方法的框架内，有利的是，用于描述自由菲涅耳曲面的坐标系的原点被限定为位于载体面的中心。
此外有利的是，圆柱面或锥面的形状被构造成使得上相交线在每种情况下都近似于相应的特定自由曲面与载体面的相交曲线的形状。这可以例如通过以下方式来完成：通过将所选的圆柱面或锥面安排成延伸穿过所述系列相交曲线中的所选的相交曲线的相交曲线端点以及所选的相交曲线上位于所述相交曲线的两个相交曲线端点之间的某个点来构造所选的圆柱面或锥面。在此有利的是，所选的相交曲线的两个相交曲线端点之间的那个点至少大致设置在所述两个相交曲线端点之间的中心。另外有利的是，选择位于所述系列相交曲线的中心的相交曲线作为所选的相交曲线。所有其他圆柱面或锥面的圆柱轴或锥轴则被安排成与所选的圆柱面或锥面的圆柱轴或锥轴重合。另外，指定给特定自由曲面的圆柱面或锥面被安排成延伸穿过所述特定自由曲面与所述载体面的相交曲线上的某个点。在此也是有利的是，所述特定自由曲面与所述载体面的相交曲线上的那个点至少大致位于相应的相交曲线的两个相交曲线端点之间的中心。
在根据本发明的用于生产自由菲涅耳曲面的方法以及根据本发明的用于创建构造数据集的方法中，如果所述圆柱面或锥面是圆柱面，则在使用圆柱面构造菲涅耳段面和后缘之后所述锥面能够被设置为穿过菲涅耳段面，其中相关联的锥体在其锥角以及其在x-y平面上方的锥尖的位置方面被设定尺寸，使得所述椎体在每种情况下都连续地与两个相邻的菲涅耳段面相交，并且其中锥面的位于锥面与相邻的菲涅耳段面的相交线之间的部分形成所述相邻的菲涅耳段面之间的后缘。在所述方法的这种改进中，后缘不与z方向平行，这样简化了后缘的切割生产。如果圆柱面或锥面是锥面，则不需要这种发展。
根据本发明，还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有用于执行根据本发明的方法之一的软件组件。
此外，根据本发明提供了一种自由菲涅耳曲面，所述自由菲涅耳曲面具有多个菲涅耳小面并且具有在具有x方向、y方向和z方向的坐标系中沿z方向限定的结构深度，所述菲涅耳小面在每种情况下都具有菲涅耳段面和后缘。在根据本发明的自由菲涅耳曲面中，菲涅耳段面和后缘在每种情况下由线来界定，所述线在坐标系的x-y平面上的投影是x-y平面中的环线段，这样有利于在生产自由菲涅耳曲面的过程中进行机加工，因为用于生产的工具的运动可以沿着投影到x-y平面上的圆形路径。
根据本发明的眼镜片配备有根据本发明的自由菲涅耳曲面。根据本发明的自由菲涅耳曲面的使用在眼镜片中在所述表面的生产方面是有利的，因为用于生产自由菲涅耳曲面的工具的运动能够沿着投射到x-y平面上的圆形路径。
附图说明
从以下参考附图对示例性实施例的描述中，本发明的其他特征、特性和优点将变得清楚。
图1示出了根据现有技术的自由菲涅耳曲面的实例。
图2示出了根据现有技术的用于生产自由菲涅耳曲面的方法中的步骤。
图3示出了根据现有技术的用于生产自由菲涅耳曲面的方法中的另一步骤。
图4示出了根据本发明的创建用于生产自由菲涅耳曲面的构造数据集的方法的示例性实施例的第一步骤。
图5示出了根据本发明的方法的示例性实施例的另一步骤。
图6示出了根据本发明的方法的示例性实施例的又一步骤。
图7示出了根据本发明的方法的示例性实施例的又一步骤。
图8示出了用于生成自由菲涅耳曲面的菲涅耳小面的倾斜后缘的构造数据的锥面。
图9示出了用于说明图8中的锥面的尺寸设置的第一图示。
图10示出了用于说明图8中的锥面的尺寸设置的第二图示。
图11示出了具有倾斜后缘的自由菲涅耳曲面。
图12示出了具有自由菲涅耳曲面的眼镜片。
具体实施方式
在讨论本发明的示例性实施例之前，将参照图2和图3来说明根据现有技术的方法生产自由菲涅耳曲面的实例。
如图2所展示的，在根据现有技术的方法中，自由菲涅耳曲面的原点位于所用面(面孔径)之外。载体面110和同心面112的曲率由赤道线114、116来展示。两个面110、112之间在z轴方向上的距离h形成了各个菲涅耳段面104的结构深度并且因此形成了各个菲涅耳段面的宽度。
在数学术语中，自由菲涅耳曲面描述如下：
Figure GDA0003034680700000071
其中：
Figure GDA0003034680700000072
Figure GDA0003034680700000073
r2＝x2+y2
在此，指数“F”表示自由菲涅耳曲面的变量，而指数“T”表示载体面110的变量。字母h表示菲涅耳段面的结构深度，c表示曲率，并且k表示相应面的锥度。A表示自由曲面的系数。
图2示出了根据数学描述的自由菲涅耳曲面的构造。该图展示了在z方向上交错的自由曲面118以及具有同心面112的载体面110。每个自由曲面118在每种情况下产生与载体面110和同心面112的空间相交曲线120、122，所述相交曲线120、122的形状取决于自由曲面118的形状以及载体面和同心面的曲率。(最上面和最下面的自由曲面分别仅与载体面和同心面相交)。产生的相交曲线(120，122)分别形成各菲涅耳段面104的外边界和内边界。图3展示了通过对自由曲面118进行切割而产生的菲涅耳段面104。
直至图3中所展示的状态，所构造的曲面符合所述数学描述。然而，例如通过机加工在一块材料中生产出的真实曲面也在菲涅耳段面之间具有后缘106，这可以在图1中看到。后缘106可以相对于x-y平面倾斜(例如，出于技术原因)。后缘例如沿着同心面112上的相交曲线，并且在与载体面110相交之前界定了菲涅耳段面。
以下将参照图4至图7来描述根据本发明的创建用于生产自由菲涅耳曲面的构造数据集的方法的示例性实施例。
在该方法的第一步骤中，自由菲涅耳曲面的原点0大致位于所用面孔径的中心，因此被设置穿过自由菲涅耳曲面的补偿平面(x-y平面)垂直于到坐标系的z轴。这在图4中示出，其不仅示出了原点0，而且示出了载体面2、自由曲面4和同心面6。
在根据本发明的方法的框架内，对于在z方向上交错并且相对于载体面的x-y平面倾斜而与载体面2相交的一系列自由曲面4而言，与载体面2的相交曲线8是确定的，与现有技术中一样。因此，获得了一系列相交曲线8，每条相交曲线表示自由曲面4与载体面2的交点，其中，每个自由曲面4限定了后一个菲涅耳段面10(参见图7)。
在图5中以图形方式示出的下一个步骤中，圆柱轴A垂直于x-y平面的圆柱面18穿过端点14a、14b以及所选的(在本示例性实施例中是中心的)截面曲线8的中心点16。圆柱轴A相对于自由菲涅耳曲面的原点0的位置由坐标xz和yz描述。由于空间不足，圆柱轴A的位置在图中以缩短的形式示出。
由于所描述的圆柱面18的定位类型，该圆柱面与属于相交曲线8的自由表面4在载体面2的区域中相交并形成最接近相交曲线8的相交线20(参见图7)，以下将称其为上相交线20。上相交线20在x-y平面上的投影则表示最接近相交曲线8在x-y平面上的投影的环线的截面。此外，圆柱面18还与位于一系列自由曲面4中在产生相交曲线8的自由曲面4正下方的自由曲面相交。圆柱面18与所述自由曲面的相交线22将在以下称为下相交线22。下相交线在x-y平面上的投影也展现出环线的截面。
在图6中以图形方式示出的下一个步骤中，对于自由曲面4与载体面2的每个相交曲线8而言，圆柱面18’被设置穿过相应的相交曲线8上的中心点，其中，所述圆柱面18’的轴线与先前产生的圆柱轴A重合。因此，获得了一组同心圆柱面18、18’，其中每一个圆柱面都在载体面2的区域与一系列自由曲面4中的特定自由曲面相交，其中，在每种情况下形成了上相交线20。同样地，相应的圆柱面18’与位于特定自由曲面下方的自由曲面的相交形成了下相交线22。上相交线20和下相交线22在x-y平面上的投影中在每种情况下展现出环线截面，其中，上相交线20在x-y平面上的投影最接近于对应的自由曲面4与载体面2的相交曲线8在x-y平面上的投影。
在本发明的框架内的上相交线20和下相交线22限定了各个菲涅耳段面10的外边界和内边界，而不是自由表面4与载体面2和同心面6的相交曲线。在此，圆柱面18、18’同时是前面的菲涅耳段面10的外边界和后面的菲涅耳段面10的内边界，这意味着对应的自由表面4位于圆柱面18、18’的上相交线20与和前者相邻的圆柱面18、18’的下相交线22之间的表面部分形成了菲涅耳小面12的菲涅耳段面10。圆柱面18、18’的位于上相交线20与下相交线22之间的表面部分则形成了菲涅耳小面12的后缘。
由于所描述的自由菲涅耳曲面的构造，从x-y平面上的投影中观察，菲涅耳段面10的边界边缘不再恰好位于载体面2和同心面6上，而是由圆形路径段界定。在对用于生产自由菲涅耳曲面的基体进行机加工的过程中，所用工具的运动可以因此沿着投影到x-y平面上的圆形路径。以圆形路径的形式机加工基体所需的所用工具的运动可以用极坐标的形式给出，其中，工具在z方向上的进给值可以由柱坐标的z-分量表示。
根据本发明的方法的所述示例性实施例生产的自由菲涅耳曲面将具有垂直于x-y平面的后缘。然而，如果后缘相对于x-y平面倾斜，则在技术和功能方面通常都是有利的。这意味着，与沿圆形路径引导机加工工具的目的一起，产生了实施锥面截面形式的后缘的要求。在此，锥体的轴线应该优选地与第一示例性实施例中描述的圆柱轴重合。
图8展示了使用前述方法与一组同轴锥面24一起生产的自由菲涅耳曲面。相关联的锥体在其锥角以及其在x-y平面上方的锥尖的位置方面被设定尺寸，使得它们在每种情况下连续地与两个相邻的菲涅耳段面10、10’相交(参见图9和图10)。非连续相交线将在完成的自由菲涅耳曲面中产生未限定的间隙。
当锥面24的在相邻的菲涅耳段面10、10’中的第二菲涅耳段面(即菲涅耳段面10’)处的相交曲线26与下相交线22相切时，实现了锥面24的有利的尺寸设定。在图9和图10中，使用锥面24和与其相交的两个菲涅耳段面10、10’的实例来说明这种尺寸设定。图9在此示出了锥面和与其相交的两个菲涅耳段面10、10’的透视图。图10示出了从y轴方向观察的相同安排。该图示出了由锥面24在菲涅耳段面10、10’上产生的相交线。在z方向上位于第一段10的相交线上方的段部以及在z方向上位于第二段10’的相交线下方的z方向上的段部被锥面切断。
通过在每种情况下交替切割菲涅耳段面10和锥面24来形成完整的自由菲涅耳曲面，其中，锥面24的其余部分形成菲涅耳小面(12)的后缘28。
为了通过工具的圆形路径形状的运动生产完整的自由菲涅耳曲面，考虑到自由菲涅耳曲面的数学描述的笛卡尔坐标的锥轴位置(xz；yz)，将工具在z方向上(沿着该方向限定自由菲涅耳曲面的结构深度)的相应进给值zw转换成机加工工具的极坐标。图11展示了完成的自由菲涅耳曲面与坐标的关系。按照以下方程实现转换：
z＝zW＝f(xF；yF)＝f(αW；rW)
αW＝arctan[(yZ-yF)/(xZ-xF)]
Figure GDA0003034680700000101
指数“F”表示自由菲涅耳曲面的变量，而指数“W”表示工具或机器的变量。指数Z表示锥轴的位置坐标。
如本申请中所述，自由菲涅耳曲面用于例如智能眼镜领域。尤其是，智能眼镜通常包括至少一个眼镜片，通过所述眼镜片使来源于显示设备的成像光束路径在眼镜片表面的多次反射下被引导至输出耦合结构，通过所述输出耦合结构将其沿使用者眼睛的方向从眼镜片中耦合输出。图12中展示了这种眼镜片100的实例。如图12中所示，眼镜片200可以具有周边增厚区域206，在所述周边增厚区域中眼镜片200的厚度增加以实现成像光束路径202到输出耦合结构204的最佳引导。成像光束路径202借助于用作输入耦合设备的棱镜208耦合到眼镜片200内。通过偶尔也被称为管的棱镜208，来自显示器(未示出)的成像光束路径202以这样一个角度耦合到眼镜片200内，使得成像光束路径可以在眼镜片200的外表面201和内表面203处多次反射下到达输出耦合结构204。本实例中的输出耦合结构204是根据所述方法生产的自由菲涅耳曲面的形式。由于这个原因，自由菲涅耳曲面的菲涅耳段面和后缘分别由线来界定，这些线在坐标系的x-y平面上的投影是x-y平面中的环线截面。
已经出于说明性的目的基于示例性实施例对本发明进行了详细描述。然而，不言而喻，本发明并不限于本示例性实施例。相反，本领域技术人员将认识到，可以在权利要求中限定的本发明的范围内偏离所述示例性实施例。例如，可以从一开始就使用锥面而不是圆柱面，其中，锥面的与一系列自由曲面中的自由曲面的上相交线和下相交线的构造可以如针对圆柱面描述的来构造。因此，本发明旨在于仅受所附权利要求限制。
附图标记清单
0 原点
2 载体面
4 自由曲面
6 同心面
8 相交曲线
10 菲涅耳段面
12 菲涅耳小面
14a、b 端点
16 中心点
18、18’ 圆柱面
20 上相交线
22 下相交线
24 锥面
26 相交曲线
28 后缘
102 菲涅耳小面
104 菲涅耳段面
106 后缘
108 相交线
110 载体面
112 同心面
114 赤道线
116 赤道线
118 自由曲面
120 相交曲线
122 相交曲线
200 眼镜片
201 外表面
202 成像光束路径
203 内表面
204 输出耦合结构
206 周边增厚区域
208 棱镜

Claims (22)

1.一种用于生产自由菲涅耳曲面的方法，所述自由菲涅耳曲面具有多个菲涅耳小面(12)，每个菲涅耳小面具有菲涅耳段面(10)和后缘(28)，其中所述自由菲涅耳曲面是基于所述自由菲涅耳曲面的构造数据通过对基体进行机加工来生产的，其中，所述自由菲涅耳曲面的构造数据基于：
-所述自由菲涅耳曲面的载体面(2)，所述载体面是在具有x方向、y方向和z方向的坐标系中限定的；
-一系列自由曲面(4)，所述系列自由曲面在所述坐标系的z方向上交错并相对于所述载体面的x-y平面倾斜，其中，所述自由曲面(4)中的每一个自由曲面在每种情况下都限定了菲涅耳小面(12)的菲涅耳段面(10)；
-一系列相交曲线(8)，所述系列自由曲面(4)中的自由曲面(4)沿着所述相交曲线与所述载体面(2)相交，在所述载体面处，相交曲线(8)在x-y平面上的投影不会产生弧；
-圆柱面(18，18’)或锥面，所述圆柱面或锥面的圆柱轴(A)或锥轴垂直于所述坐标系的x-y平面，其中，每个圆柱面(18，18’)或锥面在每种情况下在所述载体面(2)的高度处与所述系列自由曲面中的特定自由曲面(4)相交并且另外对在每种情况下在所述z方向上安排在所述特定自由曲面(4)正下方的自由曲面(4)进行切割，因此与所述特定自由曲面(4)的相交限定了上相交线(20)，并且与在所述z方向上安排在所述自由曲面正下方的自由曲面的相交限定了下相交线(22)，并且其中，所述圆柱面或锥面的在所述上相交线(20)与所述下相交线(22)之间延伸的区域限定了属于所选的自由曲面(4)的菲涅耳小面(12)的后缘；
其中，为了生产所述自由菲涅耳曲面，基于所述构造数据通过对所述基体进行圆形路径形状的机加工而形成所述菲涅耳小面(12)的菲涅耳段面(10)和后缘(28)，其中，从所述基体上去除材料，直至每个菲涅耳小面(12)都露出所述菲涅耳段面(10)和所述后缘(28)，使得菲涅耳段面(10)形成在z方向上交错的自由曲面。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述用于描述所述自由菲涅耳曲面的坐标系的原点(0)被限定成位于所述载体面(2)的中心。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述圆柱面(18，18’)或锥面的形状被构造成使得所述上相交线(20)在每种情况下近似于相应的特定自由曲面(4)与所述载体面(2)的相交曲线(8)的形状。
4.如权利要求3所述的方法，其中，
-所选的圆柱面(18)或锥面被构造成延伸穿过所述系列相交曲线中的所选的相交曲线(8)的相交曲线端点(14a，14b)以及所选的相交曲线(8)上位于所述相交曲线(8)的两个相交曲线端点(14a，14b)之间的某个点(16)，
-所有其他圆柱面(18’)或锥面的圆柱轴(A)或锥轴与所选的圆柱面(18)或锥面的圆柱轴(A)或锥轴重合，并且
-对于所有自由曲面(4)，指定给特定自由曲面的圆柱面(18，18’)或锥面延伸穿过所述特定自由曲面(4)与所述载体面(2)的相交曲线(8)上的某个点。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所选的相交曲线的两个相交曲线端点(14a，14b)之间的那个点至少大致位于所述两个相交曲线端点(14a，14b)之间的中心。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所选的相交曲线(8)是位于所述系列相交曲线的中心的相交曲线。
7.如权利要求4所述的方法，其中，所述特定自由曲面与所述载体面(2)的相交曲线(8)上的那个点至少大致位于所述相应的相交曲线的两个相交曲线端点之间的中心。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述圆柱面(18，18’)或锥面是圆柱面(18，18’)，并且其中，在使用所述圆柱面(18，18’)构造所述菲涅耳段面(10)和所述后缘之后所述锥面(24)被设置为穿过所述菲涅耳段面(10)，其中相关联的锥体在其锥角以及其在所述x-y平面上方的锥尖的位置方面被设定尺寸，使得所述锥体在每种情况下都连续地与两个相邻的菲涅耳段面(10，10’)相交，并且其中所述锥面(24)的位于所述锥面(24)与所述相邻的菲涅耳段面(10，10’)的相交线之间的部分形成所述相邻的菲涅耳段面(10，10’)之间的后缘(28)。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中，在所述基体的圆形路径形状的机加工中，所用工具的运动沿着投影到所述x-y平面上的圆形路径。
10.如权利要求9所述的方法，其中，考虑到所述圆柱轴或所述锥轴的位置，将所述基体的圆形路径形状的机加工所需的所用工具在所述z方向上的进给值转换成柱坐标。
11.一种创建用于生产自由菲涅耳曲面的构造数据集的方法，所述自由菲涅耳曲面具有多个菲涅耳小面(12)，所述菲涅耳小面在每种情况下都具有菲涅耳段面(10)和后缘(28)，所述方法包括以下步骤：
-限定所述自由菲涅耳曲面的载体面(2)，所述载体面是在具有x方向、y方向和z方向的坐标系中限定的；
-限定一系列自由曲面(4)，所述系列自由曲面在所述坐标系的z方向上交错并相对于所述坐标系的x-y平面倾斜，其中，所述自由曲面(4)中的每一个自由曲面在每种情况下都限定了菲涅耳小面(12)的菲涅耳段面(10)；
-确定一系列相交曲线(8)，所述系列自由曲面(4)中的自由曲面沿着所述相交曲线与所述载体面(2)相交，在所述载体面处，相交曲线(8)在x-y平面上的投影不会产生弧；
-确定圆柱面(18，18’)或锥面，所述圆柱面或锥面的圆柱轴(A)或锥轴垂直于所述坐标系的x-y平面，其中，每个圆柱面(18，18’)或锥面在每种情况下在所述载体面(2)的高度处与所述系列自由曲面中的特定自由曲面(4)相交并且另外对在每种情况下在所述z方向上安排在所述特定自由曲面(4)正下方的自由曲面(4)进行切割，因此与所述特定自由曲面(4)的相交限定了上相交线(20)，并且与在所述z方向上安排在所述自由曲面正下方的自由曲面(4)的相交限定了下相交线(22)，并且其中，所述圆柱面(18，18’)或锥面的在所述上相交线(20)与所述下相交线(22)之间延伸的区域限定了属于所选的自由曲面(4)的菲涅耳小面(12)的后缘(28)，其中，菲涅耳段面(10)形成在z方向上交错的自由曲面。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：
确定柱坐标，所述柱坐标用于通过使用机加工工具对基体进行圆形路径形状的机加工来形成所述菲涅耳小面的菲涅耳段面(10)和后缘(28)，其中，考虑所述圆柱轴(A)或所述锥轴的位置来确定所述工具在所述z方向上的所需进给值。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中，所述用于描述所述自由菲涅耳曲面的坐标系的原点(0)被限定成位于所述载体面(2)的中心。
14.如权利要求11或12所述的方法，其中，所述圆柱面(18，18’)或锥面的形状被构造成使得所述上相交线(20)在每种情况下近似于相应的特定自由曲面(22)与所述载体面(2)的相交曲线(8)的形状。
15.如权利要求14所述的方法，其中，
-通过将所选的圆柱面(18)或锥面安排成延伸所述系列相交曲线中的所选的相交曲线(8)的相交曲线端点(14a，14b)以及所选的相交曲线(8)上位于所述相交曲线(8)的两个相交曲线端点(14a，14b)之间的某个点(16)来构造所选的圆柱面或锥面，
-所有其他圆柱面(18’)或锥面的圆柱轴(A)或锥轴被安排成与所选的圆柱面(18)或锥面的圆柱轴(A)或锥轴重合，并且
-对于所有自由曲面(4)，指定给特定自由曲面(4)的圆柱面(18，18’)或锥面被安排成延伸穿过所述特定自由曲面(4)与所述载体面(2)的相交曲线(8)上的某个点。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所选的相交曲线(8)的两个相交曲线端点(14a，14b)之间的那个点(16)至少大致设置在所述两个相交曲线端点(14a，14b)之间的中心。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所选的相交曲线(8)是位于所述系列相交曲线的中心的相交曲线。
18.如权利要求15所述的方法，其中，所述特定自由曲面(18，18’)与所述载体面(2)的相交曲线(8)上的那个点至少大致设置在所述相应的相交曲线的两个相交曲线端点之间的中心。
19.如权利要求11或12所述的方法，其中，所述圆柱面(18，18’)或锥面是圆柱面(18，18’)，并且其中，在使用所述圆柱面(18，18’)构造所述菲涅耳段面(10)和所述后缘之后所述锥面(24)被设置为穿过所述菲涅耳段面(10)，其中相关联的锥体在其锥角以及其在所述x-y平面上方的锥尖的位置方面被设定尺寸，使得所述锥体在每种情况下都连续地与两个相邻的菲涅耳段面(10，10’)相交，并且其中所述锥面(24)的位于所述锥面(24)与所述相邻的菲涅耳段面(10，10’)的相交线之间的部分形成所述相邻的菲涅耳段面(10，10’)之间的后缘(28)。
20.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有用于执行如权利要求1-19之一所述的方法的软件组件。
21.一种自由菲涅耳曲面，所述自由菲涅耳曲面具有多个菲涅耳小面(12)并且还具有沿着具有x方向、y方向和z方向的坐标系中的z方向限定的结构深度，所述菲涅耳小面在每种情况下具有菲涅耳段面(10)和后缘(28)，其特征在于，所述菲涅耳段面(10)和所述后缘(28)在每种情况下由线(20，22)界定，所述线在所述坐标系的x-y平面上的投影是所述x-y平面中的环线截面，并且菲涅耳段面(10)形成在z方向上交错的自由曲面。
22.一种眼镜片，所述眼镜片具有如权利要求21所述的自由菲涅耳曲面。
CN201780038989.7A 2016-07-01 2017-06-16 自由菲涅耳曲面、用于生产自由菲涅耳曲面的方法以及用于创建构造数据集的方法 Active CN109416418B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016112099.5 2016-07-01
DE102016112099 2016-07-01
DE102016115937.9A DE102016115937B4 (de) 2016-07-01 2016-08-26 Freiformfresnelfläche, Verfahren zum Herstellen einer Freiformfresnelfläche, Verfahren zum Erstellen eines Konstruktionsdatensatzes, Computerprogramm und Brillenglas
DE102016115937.9 2016-08-26
PCT/EP2017/064824 WO2018001757A1 (de) 2016-07-01 2017-06-16 Freiformfresnelfläche, verfahren zum herstellen einer freiformfresnelfläche und verfahren zum erstellen eines konstruktionsdatensatzes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109416418A CN109416418A (zh) 2019-03-01
CN109416418B true CN109416418B (zh) 2021-10-29

Family

ID=60662451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780038989.7A Active CN109416418B (zh) 2016-07-01 2017-06-16 自由菲涅耳曲面、用于生产自由菲涅耳曲面的方法以及用于创建构造数据集的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11656385B2 (zh)
EP (1) EP3479149A1 (zh)
CN (1) CN109416418B (zh)
DE (1) DE102016115937B4 (zh)
WO (1) WO2018001757A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109213083B (zh) * 2017-07-05 2020-05-08 上海狮迈科技有限公司 一种直纹面加工路径生成方法、装置及设备
CN111673093B (zh) * 2020-06-15 2023-02-17 洛阳Lyc轴承有限公司 一种特大型大壁厚调心轴承外圈车加工工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6070980A (en) * 1997-04-08 2000-06-06 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Spectacle lens
CN201464664U (zh) * 2009-06-30 2010-05-12 章琳 用于聚光太阳能的菲涅尔透镜
CN101916009A (zh) * 2010-08-02 2010-12-15 苏州汉朗光电有限公司 一种近晶态液晶显示器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3209345B2 (ja) * 1991-02-04 2001-09-17 大日本印刷株式会社 透過形スクリーン及びフレネルレンズシート製造用型
US5369415A (en) 1992-06-29 1994-11-29 Motorola, Inc. Direct retinal scan display with planar imager
US6204974B1 (en) 1996-10-08 2001-03-20 The Microoptical Corporation Compact image display system for eyeglasses or other head-borne frames
KR100845536B1 (ko) 2000-12-11 2008-07-10 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 프레넬 렌즈용 금형 가공 방법, 이 가공 방법에 의해 가공된 금형 및 프레넬 렌즈
IL163361A (en) 2004-08-05 2011-06-30 Lumus Ltd Optical device for light coupling into a guiding substrate
FR2925171B1 (fr) 2007-12-13 2010-04-16 Optinvent Guide optique et systeme optique de vision oculaire
DE102009010538B4 (de) 2009-02-25 2022-02-03 tooz technologies GmbH Multifunktionsglas mit einer optisch wirksamen Fläche, die zumindest teilweise eine Fresnel-Struktur mit mehreren Fresnel-Segmenten aufweist, sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen optischen Multifunktionsglases
DE102009010537B4 (de) 2009-02-25 2018-03-01 Carl Zeiss Smart Optics Gmbh Strahlvereiniger und Verwendung eines solchen in einer Anzeigevorrichtung
DE102010034020A1 (de) * 2010-08-11 2012-02-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Oberflächenstruktur sowie Fresnel-Linse und Werkzeug zur Herstellung einer Oberflächenstruktur
US9170425B1 (en) * 2011-08-17 2015-10-27 Lockheed Martin Corporation Multi-focal augmented reality lenses

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6070980A (en) * 1997-04-08 2000-06-06 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Spectacle lens
CN201464664U (zh) * 2009-06-30 2010-05-12 章琳 用于聚光太阳能的菲涅尔透镜
CN101916009A (zh) * 2010-08-02 2010-12-15 苏州汉朗光电有限公司 一种近晶态液晶显示器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ultra-precision machining of Fresnel lens mould by single-point diamond turning based on axis B rotation;C.J.Li et al;《THE INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY》;20141029;第908-911页，附图2-4 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109416418A (zh) 2019-03-01
EP3479149A1 (de) 2019-05-08
WO2018001757A1 (de) 2018-01-04
US20190250311A1 (en) 2019-08-15
US11656385B2 (en) 2023-05-23
DE102016115937B4 (de) 2022-07-07
DE102016115937A1 (de) 2018-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108369407B (zh) 刀具路径修正装置及刀具路径修正方法
US9494930B2 (en) Automatic programming apparatus and automatic programming method
US20120089242A1 (en) Automatic programming apparatus and automatic programming method
CN109416418B (zh) 自由菲涅耳曲面、用于生产自由菲涅耳曲面的方法以及用于创建构造数据集的方法
US20160059373A1 (en) Shape division method, shape division program and data processing device, and lens data processing method, lens edging method and lens data processing program
WO2010001662A9 (ja) 玉型レンズ用前駆体レンズの製造方法
US9999959B2 (en) Support pad for a drill head and method for designing and manufacturing a support pad
EP4075216A1 (en) Tool path generation method, tool path generation device, and machine tool control device
WO2009065969A1 (en) Method of determining parameters for fitting an ophthalmic lens to a frame
US20170343982A1 (en) Method for machining a workpiece by means of a chip-removing tool on a numerically-controlled machine tool
CN100571979C (zh) 非轴对称非球面光学元件的平行磨削方法
JP5156990B1 (ja) 金型加工方法
WO2022054703A1 (ja) 工具経路修正装置
Xu et al. Quasi-optimal tool trajectories for high speed 2.5 D process based on morphological transformation
KR20210124320A (ko) 마이너스 강도의 안경용 전구체 렌즈, 안경용 렌즈 및 마이너스 강도의 안경용 전구체 렌즈의 가공방법
CN111201112B (zh) 优化支撑材料以用于镜片毛坯的表面处理操作的方法
JP2008191516A (ja) 玉型レンズ用前駆体レンズの製造方法
JP2006318268A (ja) 加工データ作成方法と切削方法
US20080177416A1 (en) Method and apparatus for automatic construction of electrodes for rocking-motion electric discharge machining
US11511385B2 (en) Method of preparing an operation of surfacing of a lens blank
CN106815394A (zh) 一种基于工序模型中特征的自动工艺划线方法
JP2010102101A (ja) 眼鏡レンズの加工形状設定方法、眼鏡レンズの製造方法、及び眼鏡用中間レンズ
JPH10307615A (ja) Ｃａｍ用凹溝部位の加工経路自動生成方法
KR20240124909A (ko) 금속 절삭 공구 경로 사이클을 생성하는 방법
JP2008068619A (ja) 成形レンズの偏心測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant