CN110554596A - 用于钟表的光学装置 - Google Patents

Abstract

一种钟表镜片、特别是手表镜片，其中其包括具有用于放大由钟表提供的标记的至少一个透镜的光学装置，该透镜包括至少一个非球面表面，其具有穿过包含垂直方向z的光轴的垂直平面的至少一个截面，该截面的至少一条轮廓线可以由下述等式限定：其中R是标称曲率半径，k是锥度常数，并且α_{(4，6，……)}是非球面系数，并且其中至少锥度常数k和/或至少一个非球面系数不等于0。

Description

用于钟表的光学装置

技术领域

本发明涉及一种用于钟表的光学装置。本发明还涉及一种包括这种光学装置的钟表镜片。最后，本发明还涉及一种包括这种光学装置的钟表。

背景技术

一种用于优化可视度并改善钟表上标记的易读性的传统方案在于在钟表上结合使要读取的标记放大的透镜。然而，似乎现有方案实现了垂直于透镜上方的优化的读取，但是在钟表的佩戴者相对于钟表偏移并因此相对于透镜偏移时效率较低。在实践中，发现对于给定的透镜和钟表标记的指示器，超过大约10°的简单偏移就不能再实现穿过透镜、甚至在透镜外部有利地读取钟表标记的益处。因此，由于这种使用限制，这种传统的方案事实上是可优化的。

本发明的总体目的是提供一种用于改善钟表上标记的读取的方案，其不包括现有技术的所有或一些缺点。

更具体地，本发明的第一目的是提供一种用于读取钟表上的标记的用户友好的方案。特别地，本发明的总体目的是提供一种与现有技术相比在更大的角范围内可见的标记的放大读取。

发明内容

为此，本发明基于一种用于钟表、特别是手表的镜片，其中该镜片包括至少一个透镜，该透镜包括至少一个非球面表面，该非球面表面包括穿过包含有垂直方向z的光轴的垂直平面的至少一个截面，该截面的至少一条轮廓线可以通过以下等式定义：

其中，R是标称曲率半径，k是锥度常数，并且α_{(4，6，……)}是非球面系数，并且其中至少锥度常数k和/或至少一个非球面系数不等于零。

至少一个透镜可以包括围绕该至少一个透镜的至少一个外壳体，该外壳体完全由不可变形的刚性材料制成，或者该至少一个透镜可以完全由不可变形的刚性材料制成，和/或该至少一个透镜可以由坚硬的晶体材料形成。

本发明还涉及一种包括这种镜片的钟表。

本发明更具体地由权利要求限定。

附图说明

本发明的这些目的、特征和优点将关于附图在下文中作为非限制性实施例给出的特定实施方式的描述中详细说明，其中：

图1表示观察者相对于根据本发明的实施方式的钟表的参考定位。

图2表示观察者相对于根据本发明的实施方式的钟表的偏移定位。

图3表示根据本发明的实施方式的钟表的观察角范围。

图4表示穿过根据本发明的第一实施方式的第一变型的钟表的镜片的光学装置的中间垂直平面的截面。

图5表示穿过根据本发明的第一实施方式的第二变型的钟表的镜片的光学装置的中间垂直平面的截面。

图6表示穿过根据本发明的第一实施方式的第三变型的钟表的镜片的光学装置的中间垂直平面的截面。

图7表示穿过根据本发明的第一实施方式的第四变型的钟表镜片的光学装置的中间垂直平面的截面。

图8表示穿过根据本发明的第二实施方式的第一变型的钟表的镜片的光学装置的中间垂直平面的截面。

图9表示穿过根据本发明的第二实施方式的第二变型的钟表的镜片的光学装置的中间垂直平面的截面。

图10示出了根据本发明的实施方式的用于钟表的光学装置的几何形状。

具体实施方式

图1表示根据本发明的实施方式的钟表1，其包括至少一个指示器2，例如设置在表盘上。钟表在其顶表面上包括光学装置10，其基本上设置在指示器2的上方。钟表、特别是其顶表面基本上在平面P中延伸，该平面P按照惯例认为定义了水平面。

为了简化下文的说明，与钟表的水平平面P成直角的方向将表示垂直方向z。图1示出了从位于穿过指示器2的中心的垂直轴线上的位置观察钟表、特别是观察指示器2的观察者O的参考定位。更具体地，连接指示器与观察者的眼睛的矢量v沿着垂直方向z定向。观察者的这个参考位置通常是允许其对指示器2具有最佳易读性的位置。

另外，形容词“顶”被定义为表示定向在钟表的观察者O那一侧的钟表的部件或表面。相比之下，形容词“底”表示定向在与钟表的观察者相对的一侧(例如，在腕表的情况下定向在佩戴者的手腕那一侧)的钟表的部件或表面。

图2示出了关于钟表1的观察者O相对于由图1限定的参考位置的替代的偏移定位。这种偏移通过上述垂直方向z与矢量v之间的角度θ来测量。注意，观察者可以相对于垂直方向z在位于特定侧的第一方向上偏移，或者可以相对于该同一垂直方向在相对的第二方向上偏移。在这两个方向上，观察者可以凭经验分别得到图3中所示的两个角度θmin和θmax，超过这两个角度的额外的偏移不再允许观察者观察到钟表的指示器2。

注意，这两种偏移优选通过观察者在同一个平面P’中的凝视的位移来得到，该平面P’可以是穿过指示器2的垂直平面，并根据传统的小时标记的定位方法而与从钟表的6时和12时标记延伸的方向基本上平行。当然，可以沿着所有其他方向上的垂直平面来实现同一种偏移，使得最终可以基本上确定以指示器为中心的垂直轴线的锥体，在该锥体内指示器的易读性良好。这种锥体可以具有椭圆形底面，从而相对于上述垂直方向限定最小角度和最大角度，因此它们可以在变型中限定两个角度θmin和θmax。

如在本发明的技术领域中所提到的，提出的技术问题因此在于优化两个角度θmin和θmax，也就是说在于增大良好的易读性或可视度范围的大小。换言之，本发明试图通过观察者的增大的偏移定位来获得指示器2的良好易读性或可视度。

根据本发明的构思，使用光学装置，其包括至少一个透镜，该透镜包括至少一个非球面形状的表面或面部。还将更简单地说明，光学装置包括具有至少一个非球面表面的至少一个透镜，或者光学装置包括至少一个非球面表面。该光学装置被设置为定位在指示器与观察者之间。因此，它基本上叠放在要观察的指示器上，也就是说它基本上位于该指示器上方。

这种非球面形状的面部更具体限定为，其包括至少一个穿过包含光学装置的垂直方向z的光轴的垂直平面的截面，该截面的至少一条轮廓线是可以由以下等式(1)限定的曲线：

并且其中证实了以下条件：锥度常数k或非球面系数α_i(i＝4，6，...)的至少一个值不等于零。

通过使用来表示上述垂直平面相对于与垂直方向z的光轴成直角的参考方向的角偏移，在该等式(1)中是通常的圆柱坐标，R是标称曲率半径，k是锥度常数，α_4，6，...是非球面系数。还要注意的是，标称曲率半径R对应于r＝0位置处的曲率半径。

在所述轮廓线可以在不考虑角度时由等式(1)定义的特定情况下，该轮廓线呈现关于垂直方向z的光轴的旋转对称性。

如果所有非球面系数α_4，6，...都为零，则锥度常数k影响截面形状的类型。在k＝0时，截面是圆，在k＝-1时，截面是抛物线，在k＜-1时，截面是双曲线，而在其他情况下是椭圆。

注意，非球面系数α_4，6，...有助于调整初始截面(也就是说，在所有非球面系数都为零的情况下，由相同的等式(1)定义的截面)的外观。随着距离远离原点，这种调整变得越来越大(也就是说，当r较大时变得越来越大)。

因此，根据本发明的非球面表面包括至少一个截面，该截面具有以下形状：

-抛物线、双曲线或椭圆，或者

-由至少一个非零的非球面系数调整的抛物线、双曲线或椭圆，或者

-由至少一个非零的非球面系数调整的圆。

因此，本发明还涉及一种用于钟表的光学装置，其中至少一个非球面表面包括至少一个穿过垂直平面的截面，该截面的至少一条轮廓线是采取由非球面系数调整的一部分圆的形状的曲线。

此外，本发明还涉及一种用于钟表的光学装置，其中至少一个非球面表面包括至少一个穿过垂直平面的截面，该截面的至少一条轮廓线是采取椭圆、抛物线或双曲线形状的曲线。

因此，基于这种具有至少一个非球面表面的光学装置，已经观察到标记的易读性和/或可视度的明显改善。在实践中，可以根据几种方法确定透镜的表面或面部的精确的非球面形状。

根据申请人优选的方法，非球面形状可以基于由两个连续步骤构成的优化算法来限定。在第一步骤中，在非球面表面的空间中进行的全面检索可以确定具有较强光学势的透镜组。这种检索基于随机算法、特别是拉丁超立方抽样和遗传算法。在第二步骤中，围绕每个适当确定的组的代表进行的局部检索可以通过迭代来优化透镜的表面，直到出现满意的方案。例如，该第二步骤中使用的方法可以是Nelder-Mead单纯形优化法的变型。

“满意的方案”被理解为是指能够至少部分地解决下文描述的冲突目标的方案：

-尽可能大地增加间隔[θmin，θmax]；

-不论θmin与θmax之间的任何角度θ为多少，都尽可能始终放大所涉及的标记；

-将有可能引起所涉及的标记的错误读取的标记的失真减到最小。

因此，利用这种方法，根据申请人的研究，似乎可以将间隔[θmin，θmax]相对于现有技术中已知的间隔最大化大约100％，同时始终放大所涉及的标记，并且同时将标记的失真减到最小。

更具体地，包括具有曲率随r的变化而减小的至少一个非球面表面的至少一个透镜的光学装置构成了能够解决上述目的的特别合适的方案。

图4至图9更具体地表示本发明的实施方式，包括将至少一个根据本发明的光学装置与钟表镜片进行关联。该镜片基本上水平地延伸。为了简化阅读，相同的附图标记将用于表示在不同实施方式中的相同或相似的元件。

根据图4至图7所示的第一实施方式，光学装置10包括单个透镜21，其基本上在指示器2(例如，设置在钟表的表盘上)的上方。

图4表示添加到手表镜片3的顶表面4上的光学装置10，根据该实施方式，该手表镜片3是基本上平坦的且水平的。该光学装置包括透镜21，其具有固定到手表镜片3的顶表面4上的基本上水平的底表面13。这种固定可以通过任何方式完成，例如胶合。在图4中可以看出，光学装置10的截面由对应于先前说明的等式(1)的顶部曲线界定，其中锥度常数或非球面系数的至少一个值不等于零。换言之，光学装置10的透镜21的顶表面14赋予其非球面特征，而其底表面13基本上是平坦的。

图5表示根据本发明的第一实施方式的光学装置10的第二变型。该第二变型与图4的第一变型的区别在于光学装置10和镜片3整体形成为单件。换言之，光学装置10不再是固定到镜片上的不同元件。它作为镜片3本身的一部分在镜片3的顶表面4上方形成突起部，以整体形成与图4的第一变型的情况总体上相同的顶部形状。

图6示出了第三变型实施方式，其中光学装置10和镜片3整体形成为单件。然而，在该变型中，光学装置被成形在镜片3的厚度中。因此，透镜21的非球面顶面14保持低于镜片的顶表面4的高度或基本上与镜片的顶表面4的高度相同。注意，顶表面14仍具有与前两个变型类似的形状。

图7示出了第四变型实施方式，其中光学装置10从镜片的底表面5处被成形在镜片3的厚度中。在该实施方式中，光学装置10和镜片3仍然整体形成为单件。光学装置10的透镜21的底表面13具有非球面形状。

申请人的研究表明，根据第一实施方式的光学装置提供了标记的放大读取，该标记在与现有技术相比增加大约100％的角范围内可见。

在分别与图5至图7相关联的最后三个变型实施方式中，光学装置10可以通过任何方法、特别是加工方法被形成在镜片中，例如，通过诸如飞秒激光的激光和/或通过蚀刻方法。

根据图8和图9所示的第二实施方式，光学装置10包括分别设置在钟表镜片3的顶表面4和底表面5上的两个叠放的透镜21、22。

因此，图8示出了第二实施方式的第一变型。因此，类似于图7的实施方式，光学装置包括被成形在镜片3的底表面中的第一透镜21。该第一透镜是非球面的，也就是说它包括至少一个非球面表面。另外，光学装置10包括固定到镜片的顶表面4上并且叠放在第一透镜上的第二透镜22。该第二透镜22是球面的。其增加了第二放大效果，补充了第一透镜的放大效果。

图9示出了第二变型实施方式，其与第一变型的不同之处在于第二透镜22也是非球面的。有利地，这种透镜22补充了由第一透镜21提供的放大效果，同时减弱了由第一透镜21产生的失真效果。

该第二透镜22类似于图4的第一实施方式的第一变型的光学装置的透镜。作为变型，该第二透镜可以类似于图5和图6的第一实施方式的两个其他变型的光学装置的透镜。第一透镜21保持与图8的第一实施方式相同。

在所有情况下，光学装置和/或其包括的至少一个透镜占据的表面积小于或等于钟表的镜片的总表面积的30％。

申请人的研究表明，根据第二实施方式的光学装置提供了标记的放大读取，相对于根据第一实施方式的光学装置所提供的读取得到了改进，并且在相对于现有技术增加大约100％的角范围内可见。

当然，本发明不限于所描述的实施方式。特别地，可以组合这些实施方式。此外，已经基于一个或两个叠放的透镜描述了光学装置。作为变型，光学装置可包括三个或更多透镜。这些透镜至少部分重叠。此外，透镜已经设置在镜片的顶表面或底表面上。作为变型，这种透镜可以定位在镜片厚度中的任何点处。一个或多个透镜甚至可以在镜片的全部厚度上延伸。

而且，在表示的所有变型中，光学装置最终包括具有非球面部分、特别是具有非球面表面的透镜。这个非球面表面是凸形的。作为变型，透镜可以是双凸形的，也就是说具有两个相对的凸面。此外，这两个面都可以是非球面的。因此，光学装置可包括顶部和底部两个非球面表面。

此外，光学装置的水平轮廓线，即，由光学装置的沿水平面的截面或者光学装置在水平面上、特别是钟表的平面P上的投影限定的轮廓线，可以采取不同的形状。例如，它可以是圆形、方形、矩形或椭圆形。

光学装置的透镜可以由硬质晶体材料制成，特别是由刚玉、蓝宝石或尖晶石制成。替代地，光学装置的透镜可以由玻璃制成，特别是由矿物玻璃制成。作为另一替代方式，形成光学装置的透镜的材料可由聚合物、特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成。在任何变型实施方式中，钟表的镜片同样可以由硬质晶体材料制成，特别是由刚玉、蓝宝石或尖晶石制成。同样地，镜片也可以替代地由玻璃、特别是矿物玻璃制成，或者由聚合物、特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。一个或多个透镜可以由与镜片相同或不同的材料制成。最后，至少一个透镜有利地由刚性材料制成。这种刚性材料是不可变形的，并且它不被设计为用于在钟表的正常使用中变形。它具有很小的或没有塑性范围。至少一个透镜可以有利地完全由这种刚性且不可变形的材料形成。作为变型，至少一个透镜包括至少基本上完全将其包围的至少一个外壳体，并且由不可变形的刚性材料形成。

在所有实施方式中，光学装置已与钟表的镜片关联起来。在这些实施方式中，光学装置相对于镜片和钟表是固定的。作为变型，光学装置可以独立于镜片设置在钟表中。例如，它可以设置在包括指示器的表盘与钟表的镜片之间。另外，光学装置已经固定设置在钟表内。作为变型，它可以相对于钟表移动，例如通过安装在钟表的指针上而移动。

钟表的指示器2可以设计为用于显示任何类型的标记、特别是小时标记(例如，小时或分钟的显示)，或任何类型的时间导出标记(例如，日历标记，例如月份的日期、日期、月份或月相的标记)。该指示器可以是移动的，并且可以设计为用于在表盘的窗口中显示特定标记。在这种情况下，光学装置有利地叠放在表盘窗口上，以便优化出现在窗口中的标记的可视度。

替代地，指示器可以是固定的，并且例如可以包括在表盘上的不同位置处添加的若干不同标记。在这种情况下，光学装置可以相对于指示器移动，以便优化要考虑的标记的可视度，该要考虑的标记仅是指示器的多个标记的一部分。

在所有情况下，标记可以是诸如数字、字母或颜色的注释。指示器有利地定位在与镜片的平面和/或光学装置的透镜的平面平行的平面中。“镜片的平面”有利地对应于与镜片的顶表面平行和/或穿过镜片的顶表面的平面。

最后，镜片可以：

-参与形成钟表的密封且固定的壳体，和/或

-设置为平行于存在要放大的指示器的平面，和/或

-包括具有至少一个非球面表面的至少一个透镜，其占据的表面积小于或等于镜片的顶表面的总表面积的30％，或小于或等于20％，或小于或等于10％，和/或

-包括具有至少一个非球面表面的至少一个透镜，其在基本上垂直的方向上被叠加在钟表的要放大的至少一个指示器上，和/或

-包括具有至少一个非球面表面并且相对于镜片固定的至少一个透镜。

另外，如前所述，当光学装置包括具有至少一个非球面部分的至少一个面部时，认为该光学装置是非球面的。因此，根据图10所示的示例性实施方式，这种非球面表面13、14例如可以包括轮廓线在其中心部分中包括圆17的一部分的截面，并且包括至少一个拐点18。在拐点18处，该截面的轮廓线的凹度或凸度发生变化。

最后，根据本发明的实施方式的光学装置的非球面表面可以具有或不具有关于中心垂直轴线的旋转对称性。此外，根据本发明的实施方式的光学装置可以具有或不具有相对于垂直的中间平面的对称性。

Claims (15)

1.一种钟表的镜片，特别是手表的镜片，其中，该镜片包括光学装置，该光学装置包括至少一个透镜，以用于放大由钟表提供的标记，该透镜包括至少一个非球面表面，该非球面表面包括穿过包含垂直方向z的光轴的垂直平面的至少一个截面，该截面的至少一条轮廓线可以由以下等式定义：

其中R是标称曲率半径，k是锥度常数，并且α_{(4，6，……)}是非球面系数，

并且其中至少锥度常数k和/或至少一个非球面系数不等于零。

2.根据权利要求1所述的钟表的镜片，其中，至少一个透镜包括将其围住的至少一个外壳体，该外壳体完全由不可变形的刚性材料制成，或者其中至少一个透镜完全由不可变形的刚性材料制成，和/或其中所述至少一个透镜由硬质晶体材料制成。

3.根据前述任一项权利要求所述的钟表的镜片，其中，至少一个透镜包括至少一个非球面凸面。

4.根据前述任一项权利要求所述的钟表的镜片，其中，至少一个非球面表面包括或不包括关于垂直轴线的旋转对称性。

5.根据前述任一项权利要求所述的钟表的镜片，其中，至少一个非球面表面包括穿过垂直平面的截面，该截面的至少一条轮廓线包括一部分圆以及拐点，从而引起凹度或凸度的变化。

6.根据前述任一项权利要求所述的钟表的镜片，其中，该镜片包括具有至少一个非球面表面的单个透镜，或者包括两个透镜，即具有至少一个非球面表面的第一透镜和具有或不具有至少一个非球面表面的第二透镜。

7.根据前述任一项权利要求所述的钟表的镜片，其中，该镜片包括具有至少一个非球面表面并且形成在或添加到镜片的顶表面或底表面上的透镜，该透镜由与镜片相同或不同的材料制成，或者其中镜片包括具有至少一个非球面表面并且直接形成在镜片的厚度中的透镜。

8.根据前述任一项权利要求所述的钟表的镜片，其中，该镜片包括：第一透镜，其具有至少一个非球面表面并且设置在镜片的底表面上；以及第二透镜，其具有至少一个非球面表面或并非是非球面的表面，并且在镜片的顶表面上被设置为叠放在第一透镜上。

9.根据前述任一项权利要求所述的钟表的镜片，其中，该镜片包括具有至少一个非球面表面和穿过与镜片的表面平行的平面的截面的透镜，该截面基本上是圆形或基本上是椭圆形。

10.根据前述任一项权利要求所述的钟表的镜片，其中，该镜片包括具有至少一个非球面表面并且由与镜片相同或不同的材料制成的透镜。

11.一种钟表，特别是手表，其中，该钟表包括根据前述任一项权利要求所述的镜片。

12.根据权利要求11所述的钟表，其中，该钟表包括从小时指示器、小时或分钟的显示器、日历指示器中选出的至少一个指示器，例如月份日期、日期、月份或月相的指示器，和/或包括任何注释或任何图案的指示器，例如至少一个数字、至少一个字母和/或至少一种颜色，并且其中钟表包括具有镜片的至少一个非球面表面并且设置在指示器上方的至少一个透镜。

13.根据权利要求11或12所述的钟表，其中，该钟表包括移动指示器，该移动指示器被设置为用于在钟表的表盘的窗口中显示特定标记，并且其中钟表包括具有权利要求1至10中任一项所述的镜片的至少一个非球面表面并且设置在表盘的窗口上方的至少一个透镜，以便优化出现在窗口中的特定标记的可视度。

14.根据权利要求12或13所述的钟表，其中，该钟表包括设置在与镜片平行的平面中的指示器，镜片包括具有至少一个非球面表面的至少一个透镜，具有至少一个非球面表面的至少一个透镜占据的表面积小于或等于镜片的顶表面的总表面积的30％，或小于或等于总表面积的20％，或小于或等于总表面积的10％，和/或具有至少一个非球面表面的至少一个透镜被叠放在基本上垂直于钟表的至少一个要被放大的指示器的方向上，和/或具有至少一个非球面表面的至少一个透镜相对于镜片是固定的。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的钟表，其中，镜片形成至少一个指示器的紧密的壳体，并且包括具有至少一个非球面表面并且被叠放在至少一个指示器上的至少一个透镜。