CN112534342A - 用于确定定制颜色的镜片的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定定制颜色的镜片的方法和系统，所述方法包括以下步骤：确定目标比色数据集；提供对包括表示颜色的数据的数据库的访问；使用多个模拟模块，以基于来自所述数据库的所述数据根据确定的层组成和厚度来计算与确定的染料组合、组成和量的染料混合物或与多层堆叠体组合的所述镜片基材的多个模拟比色数据；以及将所述多个模拟比色数据与所述目标比色数据集进行颜色匹配，以便确定所述镜片基材与确定的染料混合物或确定的多层堆叠体的一种或多种组合。

Description

用于确定定制颜色的镜片的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于选择具有定制颜色的镜片的方法和系统。
更确切地说，本发明涉及一种用于确定镜片色调和/或具有预定颜色的多层堆叠体而不需要提供具有一大组实际样品的目录的方法。
本发明涉及一种用于快速确定染料混合物和/或多层堆叠体的组合的方法，该方法能够再现在宽范围的可能颜色内的颜色。
背景技术
当今，眼睛护理专业人员(ECP)通常提议从实际样品目录中选择太阳镜片的颜色。然而，目录中可用的颜色的数量有限。目录为减反射(AR)涂层提供了约20种反射镜颜色，并且为有色镜片提供了约20种着色颜色。因此，目录中的颜色并不始终与比如镜片框架等物体的目标颜色或与客户选择的颜色匹配。
许多文件描述了用于将有色镜片或减反射涂层的颜色与物体的颜色或所选择的比色数据集进行匹配的方法和系统。
专利文件JP 2006-005159涉及一种用于通过以下方式来根据样品的颜色确定用于对比如镜片等制品着色的着色材料的使用条件的方法：使用染料混合物并通过目视观察主观评估目标样品与加工样品之间的颜色匹配。
专利文件WO 2015/177447披露了一种用于确定由干涉滤光片反射的颜色特性的方法，该干涉滤光片包括一个反射镜层或位于有色基材上的层的堆叠体。
然而，这些装置和方法通常需要许多试错来将颜色与有色镜片和/或单一反射镜层或多层堆叠体进行匹配。此外，所计算的解决方案有时难以制造。
如今，许多镜片结合有技术性的光谱滤光片，比如，UV截止滤光片、NIR截止滤光片、蓝光截止滤光片、治疗滤光片或计时截止滤光片。然而，在透明镜片上，这些技术性滤光片会改变镜片的表观颜色。通常需要将这种技术性滤光片与另一滤光片组合，以使得所得镜片看起来具有另一颜色，比如中性色。这种操作被称为颜色平衡。
然而，由于光谱滤光片自身，具有技术性光谱滤光片的镜片的颜色匹配甚至更难以实现，这是因为实际样品的目录被有被提供任何附加的技术性滤光片。
需要为ECP和最终用户提供能够针对有色镜片和/或AR层而从大量颜色中进行选择的系统和方法，这些颜色在工业条件下是可再现且可制造的。
特别是对于集成了技术性光谱滤光片的镜片来说，需要更精确的颜色匹配或颜色平衡。
需要一种自动化系统，该自动化系统能够制造具有由最终用户或ECP从大量颜色中选择的定制颜色的镜片。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供一种用于确定定制颜色的镜片的方法，所述方法包括以下步骤：
-确定目标比色数据集；
-提供对包括表示颜色的数据的数据库的访问，所述数据包括对应于确定的层组成和厚度的多个多层堆叠体的比色数据，和/或所述数据包括镜片基材和相应地多种染料在波长范围内的反射、透射、吸收和/或散射系数；
-使用多个模拟模块，基于来自所述数据库的所述数据根据确定的层组成和厚度来计算与确定的染料组合、组成和量的染料混合物或与多层堆叠体组合的所述镜片基材的多个模拟比色数据；
-将所述多个模拟比色数据与所述目标比色数据集进行颜色匹配，以便确定所述镜片基材与确定的染料混合物或确定的多层堆叠体的一种或多种组合。
根据实施例，所述镜片基材进一步包括另一光谱滤光片，并且所述方法进一步包括颜色平衡步骤，所述颜色平衡步骤包括计算具有所述另一光谱滤光片的所述镜片的模拟比色数据。
在变型中，所述方法进一步包括显示所述多个模拟比色数据和所述目标比色数据集的步骤。
根据实施例，所述多个模拟模块包括第一模拟模块，所述第一模拟模块适于根据所述多层堆叠体的变化厚度来计算所述多层堆叠体的多个模拟三维比色坐标。
根据另一个实施例，所述多个模拟模块包括第二模拟模块，所述第二模拟模块适于计算有色镜片在定制背景上的模拟反射光谱，并将所述有色镜片的模拟反射光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
根据又一个实施例，所述多个模拟模块包括第三模拟模块，所述第三模拟模块适于结合表示染料的数值函数来计算有色镜片的模拟吸收光谱，并将所述有色镜片的模拟吸收光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
根据又一个实施例，所述多个模拟模块包括第四模拟模块，所述第四模拟模块适于结合数值染料函数来计算有色镜片的模拟透射光谱，并将所述有色镜片的模拟透射光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
更确切地，根据第二模拟模块的实施例，所述目标比色数据集是在反射中确定的，并且进一步包括以下步骤：
-选择在所述波长范围内在白色背景和黑色背景上具有确定的反射光谱的原始镜片基材；
-确定定制背景反射光谱；
-其中，所述数据库含有所述原始镜片基材和多种染料的、针对所述多种染料中的每种染料的多个浓度Ci的反射光谱，所述数据库还存储所述原始镜片基材和多种染料的在所述波长范围内、针对所述多种染料中的每种染料的多个浓度Ci的吸收和散射系数；并且
-所述第二模拟模块适于使用存储在所述数据库中的所述吸收和散射系数来计算所述镜片基材中的n种染料的混合物的模拟反射光谱，每种染料的每个吸收和散射系数用浓度Ci加权；
-所述第二模拟模块适于根据所述模拟吸收和散射系数计算所述定制背景反射光谱上的所述模拟反射光谱；
-所述第二模拟模块适于根据所述模拟反射光谱计算模拟比色坐标；并且
-其中，所述颜色匹配步骤包括计算所述目标比色数据集与所述镜片基材中的n种染料的混合物的所述模拟比色坐标之间的颜色差以及通过最小化所述颜色差来拟合n种染料的所述混合物中的每种染料的浓度Ci。
本发明的进一步目标是提供一种用于确定定制颜色的镜片的系统，包括：输入装置，用于确定目标比色数据集；计算机系统，包括数据库和多个模拟模块，所述数据库包括数据，所述数据表示颜色，其中，所述数据包括对应于确定的层组成和厚度的多个多层堆叠体的比色数据，和/或所述数据包括镜片基材和相应地多种染料在波长范围内的反射、透射、吸收和/或散射系数，并且其中，所述多个模拟模块适于基于来自所述数据库的所述数据计算与染料混合物或多层堆叠体组合的镜片基材的多个模拟比色数据；所述多个模拟模块适于评估所述多个模拟比色数据与所述目标比色数据集之间的数值差，以便确定所述镜片基材与确定的染料混合物或确定的多层堆叠体的、匹配所述目标比色数据集的一种或多种组合。
根据所述系统的实施例，所述多个模拟模块包括第一模拟模块，所述第一模拟模块适于根据所述多层堆叠体的变化厚度来计算所述多层堆叠体的多个模拟三维比色坐标。
根据所述系统的另一个实施例，所述多个模拟模块包括第二模拟模块，所述第二模拟模块适于根据染料混合物组成来计算有色镜片的模拟吸收和散射系数，并将所述有色镜片在定制背景上的模拟反射光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
根据所述系统的又一个实施例，所述多个模拟模块包括第三模拟模块，所述第三模拟模块适于根据数字染料函数来计算有色镜片的模拟吸收光谱，并将所述有色镜片的模拟吸收光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
根据所述系统的又一个实施例，所述多个模拟模块包括第四模拟模块，所述第四模拟模块适于根据数值染料函数来计算有色镜片的模拟透射光谱，并将所述有色镜片的模拟透射光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
优选地，所述计算机系统连接到用于在所述镜片基材上沉积所述多层薄膜堆叠体的沉积设备，并且所述计算机系统连接到用于将镜片染色的设备。
根据具体方面，所述计算机系统连接到显示装置，所述显示装置适于显示所述镜片基材与确定的染料混合物和/或确定的多层堆叠体的所述一种或多种组合的渲染颜色。
本发明还涉及使用根据所附权利要求的方法和系统订购确定的颜色的镜片的商业方法。
附图说明
图1示出了第一模拟模块的示例，该第一模拟模块提供了变化厚度的4个介质层的堆叠体在反射中的3D颜色模拟，其中色相角(h)在横轴上，色度(C)在左侧纵轴上，并且Rv在右侧竖直刻度上；
图2示出了与图1相同的数据，并且示出了变化厚度的4个介质层的堆叠体在反射中的3D颜色模拟，其中色相角(h)在横轴上，Rv在左侧纵轴上，并且色度(C)在右侧竖直刻度上；
图3示意性地示出了第二模拟模块的处理步骤，该第二模拟模块计算变化染料组成的有色镜片在定制背景上的反射光谱；
图4至图5示出了第三模拟模块的示例，该第三模拟模块提供了染料组合的吸收光谱的数值模拟；
图6示意性地示出了第四模拟模块的处理步骤，该第四模拟模块根据镜片和染料透射光谱提供有色镜片在透射中的比色数据集的数值模拟；
图7示意性地示出了组合数据库和多个模拟模块以确定定制颜色的镜片的系统的可能用途。
具体实施方式
虽然存在不同的颜色匹配方法，但到目前为止，每种方法都是独立使用的。这意味着最终用户在选择最佳镜片颜色之前，首先决定制造镜片(有色镜片或反射镜镜片)的技术类型。此外，为生产滤光片选择正确染料在很大程度上取决于操作人员的专业知识和经验以及可用染料的种类。供选择的染料的数量越多，就越难选择最适合生产滤光片的染料组。这大大缩小了可用颜色的范围。此外，通常不可能使用不同的颜色匹配方法来比较可用颜色。另外，色调和反射镜的组合可能对最终产品的透射产生不利影响，并且可能使结果不吸引人、不合意或与国际眼科规范不相容。
本披露依赖于系统的构成和使用，该系统包括数据库或数据库的组合、用于颜色匹配或颜色平衡的多个模拟模块以及共用可视化与选择模块。
更确切地说，数据库包括表示颜色并对应于大量有色镜片和/或AR堆叠体的数据。表示颜色的数据通常包括对应于确定的层组成和厚度的多个多层堆叠体的比色数据，和/或所述数据包括镜片基材和相应地多种染料在波长范围内的反射、透射、吸收和/或散射系数。数据库聚集例如数百万个可能的颜色数据集，每个颜色数据集对应于确定的染料组合、组成和量的有色镜片和/或确定的层组成和厚度的多层堆叠体，并且数据库中的每个有色镜片和/或AR堆叠体是可单独制造的。在本披露中，表示颜色的术语“数据”可以用CIE标准(国际照明委员会)中定义的比色数据集来表达，或者用反射、透射、吸收和/或散射光谱来表达。表示颜色的数据可以使用分别用于有色镜片和多层堆叠体的公知公式从比色数据集转换为反射、透射、吸收和/或散射光谱。表示颜色的数据还可以包括材料的光学特性，比如波长范围内的折射率和吸收系数。
本披露提议使用多个数值模拟模块以计算有色镜片和/或AR层的透射和/或反射中的大量可用颜色。模拟颜色和对应的有色镜片组成和/或AR层组成和厚度被存储或容易地从数据库推导出。每个模拟模块包括颜色匹配子模块，该颜色匹配子模块在模拟颜色中确定具有目标颜色或在目标颜色范围内的有色镜片或/和多层组成的可能结构。
在本披露内，术语“第一模拟模块”、“第二模拟模块”、“第三模拟模块”和“第四模拟模块”意味着各种模拟模块之间没有次序。
数据库和模拟模块优选连接到同一显示装置，以便能够在视觉上比较每个模块中提议的各种解决方案的渲染颜色。
接着，ECP和最终用户可以使用系统的共用可视化与选择模块，以便选择最终目标颜色，并快速确定要制造的对应有色镜片和/或具有多层堆叠体的镜片。
此系统的特殊性在于不仅依赖于仅应用到一种类型的镜片(有色的或具有多层堆叠体)的单一物理或数学模型，而且依赖于多个模型(至少2个)，这些模型评估反射、透射或两者中的不同颜色匹配准则，并应用到制造有色和/或反射镜镜片的不同技术。各种模拟模型的集成为最终用户提供了较大的可能解决方案集合，每个解决方案都是可制造的。可能解决方案在制造前容易相互比较。
本披露首先详述了各种数值模拟模块。接着，详述了根据本披露的系统和方法的示例性用途。
更确切地说，在此详细披露了四个数值模拟模块。然而，如对于本领域技术人员来说将显而易见的是，该系统可以依赖于2个、3个或更多个以上的数值模拟模块。
第一示例性模拟模块基于物理与数值模型以模拟特定反射镜或AR堆叠体在反射中的可能颜色(C，h°，Rv)或(L*，a*，b*)。
ECP或最终用户确定以CIE颜色坐标(L*，a*，b*)或(C，h°，Rv)或色书(例如，孟塞尔(Munsell)色书)表达的目标比色值。在示例中，GUI允许在屏幕上进行颜色选择，以使得这比选择数字更直观。屏幕选择接着被转换为颜色坐标，比如上述颜色坐标。颜色匹配步骤例如基于最小化目标比色值与数据库中的可用颜色之间的颜色差。
例如，界面可以允许在屏幕上进行颜色选择，这接着将被转换为上述颜色坐标。
数值模型依赖于多层介质堆叠体。然而，数值模型也可以用于模拟单一层，例如，铝或铬的反射镜薄膜。数值模型也可以用于模拟两个介质层的堆叠体。然而，考虑到可用介质层的有限数量，双层堆叠体仅提供有限范围的可用颜色，比如，一些绿色、蓝色和银色。
以下详细示例基于4个介质层的堆叠体。也可以按类似方式模拟4个以上层，例如，5个层或6个层或更多个层的堆叠体，其中减反射堆叠体的典型示例具有3到12个介质层。
更确切地说，数值模拟模块针对多个层厚度和/或组成计算介质层的多层堆叠体的反射光谱。
首先，选择用于制造多层介质堆叠体的可用材料。例如，介质材料选自但不限于：二氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钒(V2O5)、氮化硅(Si3N4)、氟化镁(MgF2)、氧化钨(WO3)、氧化镍(NiO)、氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnO2)和SiOCH混合物。堆叠体的预选择也可以基于预选择的材料的机械和化学耐久性。
数值模型使用空气作为外部介质，参考基材的固定折射率为1.5或1.6，并且所选择的材料的折射率为波长的函数。
在图1和图2所展示的示例中，使用了参考基材上的四层模型。4层堆叠体包括第一层二氧化硅、第二层二氧化锆、第三层二氧化硅和第四层二氧化锆。总之，4层结构是空气/SiO2/ZrO2/SiO2/ZrO2/参考基材。
常规数值模型用于计算作为可变层厚度的函数的反射光谱、透射光谱和比色数据(例如，在S.Larouche和L.Martinu的《OpenFilters:open-source software for thedesign,optimization and synthesis of optical filters(开放式滤光片：用于光学滤光片的设计、优化和合成的开源软件)》，应用光学(Applied Optics)，第47卷，第13期，C219-C230，2008年中)。
在图1至图2的示例中，随机选择多个堆叠体，每个层具有从20nm到250nm随机选择的厚度，如蒙特卡罗(Monte Carlo)方法所描述，因此产生约一百万种可能组合。也可以按预定步长来改变厚度，或者将这两种方法组合起来。
对于上述4层堆叠体的层厚度的每个组合，数值模型计算反射和/或透射中的相应颜色坐标。模拟颜色坐标被表达或转换为比色坐标集合(Rv，C，h)。每个层厚度逐个变化，并且计算对应的新比色坐标得以。
应注意，在此特定示例中，没有吸收，这是因为所有的层都是介质，并且在所涉及的厚度下，吸收可以忽略不计。因此，透射加反射的总和始终是100％，换句话说，Rv＝100％-Tv。因此，透射值容易从反射值推导出。可以将此校正应用到目标透射以便将多个模块组合在一起。在预选择材料包括吸收材料的情况下，数据库包含其吸收系数，并且数值模拟模块还计算透射和反射光谱，但是由于吸收，反射和透射的总和不是100％。接着，针对涂层的所计算的透射，可以对透射应用相同校正。
变化厚度的4个层的可能组合能够模拟以比色数据表达的数百万个结果。这些大量模拟的结果被表示在图1或图2中所示的3维比色坐标中。
在图1中，横轴表示色相角，记为h，左侧纵轴表示色度，记为C，并且右侧竖直刻度表示基于人眼敏感度的颜色的亮度，记为Rv(来自CIE 1931和D65光源)。图2示出了由具有相同厚度变化的相同4层结构产生但用不同轴线表示的相同数据。在图2中，横轴也表示色相角h，但左侧纵轴表示基于人眼敏感度的颜色的亮度Rv，并且右侧竖直刻度表示色度C(越高，颜色越饱和，这意味着0是灰色，并且50是非常饱和的)。
因此，三个最重要的颜色参数(h，C，Rv)示出在一个图表中(图1或图2)。这些模拟的结果提供了确定的组成物和可变厚度的4层堆叠体可用的所有可能的3D比色坐标。结果存储在数据库中。因此，此数据库含有由可能的Rv、C和色相角限制的3D颜色空间。数据库可能既而含有数百万个可能的比色数据集合。确定的厚度范围的4层堆叠体的此示例仅是出于说明的目的而给出。
数据库可以含有由其他材料和/或其他厚度范围组成的4层堆叠体的3D比色坐标。数据库可以进一步含有N层堆叠体的3D颜色数据，其中N是整数，例如，N＝3,5,6,…,12层或更多层，它们由相同或其他材料和/或其他厚度范围组成。
最终用户直接或通过在屏幕上选择接着变换为颜色坐标的特定颜色或通过在屏幕上的图像上指示要匹配的颜色而选择优选用(Rv，C，h)定义的比色坐标的目标集合或比色坐标范围。
针对颜色匹配，数据库中的请求返回具有对应于比色坐标的目标集合或范围的比色坐标的所有可能的层堆叠体结构和层厚度。
该请求可以不返回解决方案，返回对应于相同目标颜色数据集合或在相同预定义目标颜色数据范围内的单一解决方案或多个解决方案。
例如，本领域已知的颜色差(ΔE)用于颜色匹配，以便选择具有接近目标颜色的颜色数据的堆叠体。这可能需要将(Rv，C，h)坐标转换为(L，a，b)坐标。目标颜色差(ΔE)必须低于预定数值阈值，例如ΔE小于10、优选小于3。
例如，使用图1和图2上模拟的4层结构，红色目标对应于60与61之间的目标色度、0±1.5°的色相角和10±2的Rv。通过使用模拟数据，推导出以下4层堆叠体，并总结在下表I中：
T1 T2 T3 T4 Rv C 色相
解决方案1 229 229 120.7 243.6 9.58 60.85 -1
解决方案2 240.42 77.5 135 230.83 8.5 60.68 -0.49
解决方案3 225.7 95.1 119.2 234.4 8.34 60.62 -0.33
解决方案4 230 91.2 122.8 233.5 8.3 60.56 0.26
解决方案5 221.25 230.83 115.83 240.42 11.7 60.41 0.9
解决方案6 230.83 230.83 115.83 240.42 10.23 60.06 1.36
解决方案7 232.7 225.2 115.7 244.1 10.64 60.68 1.47
其中T1表示最靠近空气的第一层SiO2的厚度，T2表示第二层ZrO2的厚度，T3表示第三层SiO2的厚度，并且T4表示最靠近基材的第四层ZrO2的厚度。
在这种情况下，4层的7个可能的AR堆叠体是可制造的，以获得目标红色。在7种可能的解决方案中的选择可以基于另一选择准则，例如，基于表示二氧化硅的总厚度与二氧化锆的总厚度的最高比率的最高Q/Z比，在这种情况下，这将是解决方案2，其比率为1.22。其他选择准则可以基于机械条件，比如最低层数、最低总厚度或具体层的厚度或预定反射量、或者堆叠体中的一些所涉及的特定反射或截止。
其他目标比色数据结合4层材料和厚度范围的数据库可能没有产生可能的4层结构、而是产生在反射中具有目标颜色的单一4层结构或多个可能的AR堆叠体。
因此，此第一模拟模块结合3D比色数据模拟的数据库提供了能够获得目标颜色或颜色范围的可能的多层介质结构的快速确定。
针对更准确的颜色平衡，此第一模拟模块的数值模型可以更精确地考虑基材的折射率和吸收系数，代替使用参考基材。具体地，针对具有比如UV截止、蓝光截止等技术性滤光片的镜片，基材的吸收波长、带宽和/或截止波长被集成到数值模型中。例如，数据库包含针对通常被标识为良好蓝色、不良蓝色、红外和暗视滤光片的颜色计算的值。所选择的技术性滤光片的值是在计算过程开始时指定的，并针对所计算的每个多层堆叠体而被集成到模拟模块中。值是在透射和反射方面给出的。在存在吸收的情况下，也可以给出可以不同于前反射比的后反射比的值。
第一模拟模块连接到显示装置，以便显示多层堆叠体的可能解决方案。可选地，第一模拟模块包含用于模拟每个所提议的解决方案的反射和透射中的渲染颜色的子模块。因此，最终用户可以从所提议的解决方案再选择定制解决方案。在一种变型中，在可视化所提出的解决方案之后，可以执行颜色平衡步骤，以便微调所提议的多层堆叠体的颜色。
在实施例中，第一模拟模块连接到用于在镜片基材上沉积层的沉积系统。在选择合适的多层堆叠体之后，第一模拟模块传输所选择的n个层的堆叠体以及每个层的厚度。接着，沉积系统通过在镜片基材上逐个沉积层来制造对应AR堆叠体。在实施例中，第一模拟模块可以产生上述数据库。
示例性的第二模拟模块用于确定用于将镜片着色的染料混合物，以便在确定的背景上获得反射中的目标颜色。
更确切地说，第二模拟模块基于使用漫反射库贝卡-芒克(Kubelka-Munk)模型来模拟染色镜片的吸收和散射系数的软件，并基于定制背景(例如最终用户的皮肤)反射光谱的测量。在这种情况下，ECP和/或最终用户确定要复制的颜色或如在反射中所看到的目标颜色，目标颜色由比色坐标集合(例如，(L*，a*，b*)或(L*，C，h))定义或在色书(例如，孟塞尔色书)中定义。颜色匹配步骤基于最小化有色镜片在背景上的模拟反射光谱(也使用漫反射库贝卡-芒克模型)与目标颜色的反射光谱之间的差，以便确定在定制背景(例如，皮肤)上在反射中具有相同颜色的最佳染料混合物组成。
图3示意性地示出了第二模拟模块的主要子模块或步骤。
首先，预选择可用的染料和原始基材。这些染料优选是可购买到的用于将镜片着色的染料，比如，亨斯迈(Hunstmann)染料、激子染料、巴斯夫(BASF)染料或依普林(Epolin)染料。
更确切地说，步骤21包括分别确定没有染料(换句话说，对应于零浓度C＝0)的原始基材在黑色背景和白色背景上的反射光谱、以及具有不同浓度的每种个别染料的基材分别在黑色背景和白色背景上测量的反射光谱。这些反射光谱可以预先存储在数据库24中。替代性地，在可见范围[λ1；λ2]中使用光谱仪来测量反射光谱，其中λ1～380nm并且λ2～780nm。光谱仪可以用于通过测量可见光范围中的反射光谱来测量基材与基材中的每种染料两者的反射光谱。
步骤22包括确定黑色背景、白色背景以及优选地至少另一有色背景(例如，定制背景，比如，最终用户的皮肤)的反射光谱。背景反射光谱可以预先存储在数据库24中。替代性地，在可见光范围中使用光谱仪来测量背景反射光谱。
步骤23包括通过将基于混浊介质的库贝卡-芒克理论的模型移项并使其适应于光学装置(特别是，有色镜片)的领域来使用数值模拟模块，以便计算没有染料(相当于零浓度)的镜片基材以及具有不同浓度的每种个别染料的镜片基材的吸收系数(K)和散射系数(S)。在例如380nm与780nm之间的可见光范围中、以1nm的步长在每个波长处计算吸收系数(K)和散射系数(S)。分别在黑色背景、白色背景和定制有色背景上计算这些吸收系数(K)和散射系数(S)中的每一个。
在步骤21和22确定的反射光谱以及在步骤23分别计算的吸收系数(K)和散射系数(S)存储在数据库24中。
在步骤31，用每种染料的相对浓度Ci的集合来确定染料混合物。
接着，在步骤32中，使用数据库24计算具有在步骤31确定的染料混合物的镜片基材在定制背景上的吸收系数(K)和散射系数(S)。
例如，使用拟合方法针对可见光范围中的每个波长、定义表示染料的吸收系数K(C)的数值函数(作为其浓度C的函数)。类似地，使用拟合方法以针对可见范围中的每个波长、定义表示染料的散射系数S(C)的数值函数(作为其浓度C的函数)。
针对每个波长，具有染料混合物的镜片的吸收系数K等于基材的吸收系数ksubstrate与每个染料在其浓度Ci下的吸收系数ki(Ci)的总和之和：
K＝ksubstrate+Σki(Ci)
类似地，针对每个波长，具有染料混合物的镜片的散射系数S等于基材的散射系数Ssubstrate与每个染料在其浓度Ci下的散射系数Si(Ci)的总和之和：
S＝Ssubstrate+ΣSi(Ci)
在步骤32，根据具有各种浓度的各种染料混合物的基材在定制背景上的吸收系数(K)和散射系数(S)计算反射光谱。
更一般地，第二模拟模块能够模拟染料混合物在每个背景(黑色、白色、定制背景)上的反射光谱。
接着，在步骤33，基于比色坐标的目标集合来计算要复制的颜色的反射光谱。要复制的颜色的反射光谱与在步骤32计算的具有染料混合物的镜片基材的反射光谱进行数值比较。计算最小化函数，并且通过在步骤31改变染料浓度Ci来应用重复步骤31、32和33的递归算法，以便将要复制的颜色的反射光谱与镜片基材和染料混合物在定制背景上的模拟反射光谱拟合。
在步骤34，计算对应于染料混合物的反射光谱的比色数据集(L*a*b*)或(L*C h)。计算要复制的颜色的目标比色坐标与具有染料混合物的镜片在定制背景上的比色数据集之间的颜色差(ΔE或Delta E)。如本领域技术人员所知，有若干计算方法可用于计算颜色差：ΔE*、ΔE CMC、ΔE 94或ΔE 2000。
通过在步骤31微调染料浓度Ci来应用重复步骤31至34的另一递归算法，以便将具有染料混合物的镜片在定制背景上的比色数据集与要复制的颜色的目标比色坐标拟合。这种递归算法的输出确定了n种染料的集合的相对浓度Ci。
使用与数据库24连接的模拟模块来计算步骤31至34。
总之，此第二模拟模块提供了能够获得反射中的目标颜色并考虑来自定制背景的反射的可能的染料混合物的快速确定。因此，当由最终用户配戴时，所获得的结果为有色镜片提供了更精确的颜色匹配，如在反射中所看见的。
染料的数量和预选择的染料的参数例如取决于制造现场的可用染料而容易改变。
应注意，此第二模拟模块通过测量包含任何技术性滤光片的镜片基材的实际反射光谱而考虑了已集成到镜片基材中的此技术性滤光片。
此外，此第二模拟模块能够在制造之前模拟具有染料混合物的镜片的渲染颜色。
为此，第二模拟模块连接到显示装置，以便显示有色镜片的可能解决方案。第二模拟模块优选包括用于为每个所提议的解决方案模拟反射和透射中的渲染颜色的子模块。因此，最终用户可以从所提议的解决方案再选择定制解决方案。
在实施例中，第二模拟模块连接到用于将镜片染色的设备。在选择合适的染料混合物之后，第二模拟模块传输所选择的n种染料的集合和每种染料的相对浓度Ci。用于将镜片染色的设备接着制造对应镜片。
第三示例性模拟模块基于染料混合物的数学模拟吸收光谱的使用。
在这种情况下，以比色坐标(L，a*，b*)定义目标颜色。假设零反射，使用CIE标准公式并使用比尔-朗伯特(Beer-Lambert)定律，将目标比色坐标(L，a*，b*)转换为目标吸收光谱。例如，目标比色坐标为：L＝77,0；a*＝-3,9并且b*＝-1,9，总透射T是52.1％。
与第二模拟模块相反，用于第三模拟模块的数据库不依赖于实际染料的测量光谱，而是使用表示每种染料的数学函数。例如，每种染料由高斯形滤光片模拟，该滤光片具有确定的最大吸收波长(λMAX)、最大吸收(Amax)和半峰全宽(FWHM)。假设零反射，通过由每种染料的相对浓度加权的每种染料的吸收光谱的总和来模拟染料混合物的吸收光谱。
图4示意性地示出了表示三种染料的三个高斯函数的模拟吸收光谱(分别是F1、F2、F3)和对应于表示染料混合物的三个数学函数的总和的组合光谱(C3)的初始猜测的示例。
图4所展示的染料混合物的初始猜测定义在下表II中：
F1 F2 F3
λ<sub>MAX</sub>(nm) 450 520 650
吸收(A<sub>max</sub>) 0,50 0,20 0,30
Σ 30,00 20,00 35,00
FWHM 71 47 82
使用表示染料的数学函数能够将常规算法(比如基于上升/下降函数的规划求解器)用于颜色匹配步骤。
图5示意性地示出了三个优化的数学函数的模拟吸收光谱(F1，F2，F3)和对应于表示能够获得上文定义的目标比色数据的染料混合物的三个数学函数的总和的对应组合光谱(C3)的结果计算的示例。
图5所展示的优化的染料混合物定义在下表III中：
F1 F2 F3
λ<sub>MAX</sub>(nm) 480 580 650
吸收(A<sub>max</sub>) 0,50 0,30 0,80
Σ 30,00 30,00 20,00
FWHM 71 71 47
更确切地说，颜色匹配步骤使用基于目标颜色的吸收光谱与染料混合物的模拟吸收光谱之间的差的最小化准则。通过调整混合物中的每种染料的吸收峰波长(λMAX)和吸收宽度(FWHM)，此第三模拟模块能够确定在透射或吸收中具有与要复制的目标颜色相同的颜色的一种或若干种最佳染料混合物组成。在选项中，基于由目标比色数据与组合滤光片的模拟比色数据之间的色差ΔE定义的最小化准则的最终迭代能够实现最终的颜色匹配调整。结果被非常快地(例如，在不到一个小时内)获得。
在实施例中，第三模拟模块连接到用于将镜片染色的设备，例如与连接到第二模拟模块相同。在选择合适的染料混合物之后，第三模拟模块传输所选择的n种染料的集合和每种染料的相对浓度Ci。基于模拟和颜色匹配的结果来选择制造现场可用的染料。此第三模拟模块能够在制造时选择与模拟的高斯形状相比具有最接近光谱的染料。这使得操作者能够容易地选择最合适的染料组合来生产滤光片。用于将镜片染色的设备接着制造对应镜片。
替代性地，代替模拟染料的数学函数，实际染料的光谱可以用于模拟镜片和染料组合吸收光谱。实际染料可以对应于技术性滤光片，比如彩色滤光片，例如，使镜片呈现黄色或绿色的蓝色截止滤光片。
这种方法适用于透明镜片，也适用于深色镜片。
此外，此第三模拟模块能够执行颜色平衡步骤。为此，最小化准则结合由人眼看到的有色镜片的透射T％。例如，最小透射值被设定为75％。与这种透射相容的对应色相角确定了例如包含在80度与140度之间的色相角范围。
基于使用第三方法的颜色平衡的测试样品的模拟透射光谱和测量透射光谱非常一致。
此第三模拟模块能够提议比目录中的预定义颜色多得多的颜色的有色镜片。
第四示例性模拟模块基于使用基材的透射光谱、染料的数学模拟透射光谱(例如，具有高斯形状)和基于比尔-兰伯特定律的蒙特卡罗算法(用于模拟具有不同吸收波长和强度的染料的透射光谱)、基于最小化透射光谱之间的颜色差的颜色匹配步骤以及从模拟透射光谱提取比色值(L*a*b*)，以确定能够实现预定义范围的比色值的最佳染料波长和强度。数学计算能够更精确地确定颜色匹配更好的染料。
图6示意性地示出了第四模拟模块的处理步骤，该第四模拟模块根据镜片和染料透射光谱提供有色镜片在透射中的比色数据集的数值模拟。此第四模拟模块更具体地涉及颜色平衡步骤，以便快速确定相对于目标的最佳透射光谱。
在步骤11，在比色数据(L*a*b*)中定义目标颜色范围。
在步骤12，选择例如包含UV滤光片的基材的输入透射光谱。
在步骤25，处理器使用数学函数来模拟染料的透射光谱，该数学函数例如具有高斯形状，该高斯形状具有确定的最大吸收波长(λMAX)、最大吸收(Amax)和半峰全宽(FWHM)。这种数学函数可以表示例如带通滤光片或陷波滤光片。在不脱离本披露的情况下，可以想到其他数学函数。
在步骤26，处理器计算输入基材与模拟染料函数的组合透射光谱。
在进一步的步骤中，处理器计算组合基材和模拟染料函数的模拟比色坐标(L*a*b*)。处理器评估模拟比色坐标(L*a*b*)与目标比色范围之间的颜色差。如果模拟比色坐标(L*a*b*)不在目标比色范围内，那么改变染料的最大吸收波长(λMAX)、最大吸收(Amax)或半峰全宽(FWHM)，并且处理器从步骤25开始运行新的迭代。当具有染料函数的镜片基材的模拟比色坐标(L*a*b*)在目标比色数据范围内时，迭代停止，并且结果存储在数据库中。
更确切地，假设零反射，吸收或透射光谱的模拟用于颜色平衡。例如基于常规蒙特卡罗模拟的算法能够根据目标比色值(L*a*b*)拟合具有染料的镜片基材的模拟透射光谱。此第四模拟模块能够非常精确地确定最佳染料参数。例如，最大吸收波长(λMAX)是以纳米或几纳米的准确度来确定的。
最佳染料滤光片参数能够选择最佳的市售染料或在制造现场选择。因为实际染料易于随时间和/或暴露于环境温度变化而降解，所以实际染料的吸收特性可能关于其规格而不同。通过在制造时选择对应于最佳模拟的合适染料，本披露能够实现比依赖于商业染料规格时更紧密的颜色匹配。
可选地，针对透明镜片，第四模拟方法包括透射的最终调整。基于透射或光透射(τv)的最小化准则(例如，取决于情况在具有或不具有减反射堆叠的情况下，将最小透射设定为80％或90％)用于微调染料特征。
在实施例中，第四模拟模块连接到用于将镜片染色的设备，例如与连接到第二和/或第三模拟模块相同。在选择合适的染料之后，第四模拟模块将所选择的染料和浓度传输到用于将镜片染色的设备。
本领域技术人员将容易使第四模拟模块适应于染料混合物。
总之，如果单独使用，没有模拟模块能够模拟包含染料或染料混合物或多层堆叠体的任何类型的太阳镜片的所有光学特性。然而，每个模拟模块都能够针对有色镜片或AR堆叠体对反射、吸收和/或透射中的颜色数据进行精确的颜色匹配。
因此，各种模拟模块为太阳镜片或具有或不具有技术性滤光片的镜片的颜色匹配的技术问题提供了互补的解决方案。
各种模拟模块(至少两个，并且在上文详述的示例中为四个或甚至更多个模拟模块)被集成在同一计算机系统中，并且使用同一数据库和通常同一个显示装置。
图7示意性地示出了结合有上述各种模拟模块的系统的可能用途。
在步骤10，最终用户最终在ECP的帮助下确定目标颜色。
在示例中，最终用户具有不透明或透明的物理对象，例如，镜片框架。可以使用光谱仪测量对象的反射或透射光谱。替代性地，使用光谱比色计可选地通过非不透明对象的背景而捕捉反射光谱。替代性地，使用比色计捕捉比色坐标(L*a*b*)。
在另一示例中，最终用户没有物理对象，而是例如通过在屏幕上标识比色值或通过在屏幕上标识颜色而直接定义目标比色值(L*a*b*)或目标比色值(L*a*b*)范围，比色值被附加到颜色。
作为选项，最终用户也可以查阅预定义镜片颜色的目录(比如，潘通色卡)，作为颜色匹配或颜色平衡的开始点。
在步骤20至40，处理器运行各种模拟模块，并通过每一个模拟模块计算所有可能解决方案。
在步骤20，针对每个模拟模块，处理器模拟与染料或染料混合物或多层堆叠体组合的基材的比色数据、反射、吸收和/或透射光谱。
更确切地，在步骤20，使用第一模拟模块，处理器计算可变厚度的4层堆叠体的三维3D比色数据。
在步骤20，使用第二模拟模块，处理器计算具有染料混合物的镜片在定制背景上的反射光谱。
并且，使用第三或第四模拟模块，在步骤20，处理器计算与镜片基材组合的染料或染料混合物的吸收或透射光谱。
在步骤30，针对每个模拟模块，处理器执行模拟数据与目标数据之间的颜色匹配。
更确切地，在步骤30，使用第一模拟模块，处理器计算并最小化目标比色值与模拟3D比色数据之间的颜色差，以便确定可能的多层堆叠体。
使用第二模拟模块，在步骤30，处理器计算并最小化具有染料混合物的镜片在定制背景上的模拟反射光谱与目标反射光谱之间的反射光谱差，并且处理器进一步计算并接着最小化目标比色值与模拟比色值之间的颜色差。
使用第三或相应地第四模拟模块，在步骤20，处理器计算并最小化与镜片基材组合的染料或染料混合物的模拟吸收光谱或相应地透射光谱与目标吸收光谱或相应地透射光谱之间的差。
在步骤40，处理器确定具有多层或具有染料或染料混合物的所有可能镜片集合，该多层或染料或染料混合物的颜色与在步骤10执行各种模拟工具而定义的目标颜色匹配。
在步骤50，针对在步骤40确定的可能镜片集合中的每一个，处理器模拟并显示在反射、透射或两者中的渲染颜色。
在步骤70，最终用户从可能镜片集合中选择一个镜片。在实施例中，在步骤70结束时，订购并制造对应镜片。
在步骤50之后，如果确定的可能镜片集合不令人满意(例如因为它们没有在镜片中集成技术性滤光片)，那么在步骤60应用颜色平衡步骤。
使用模拟模块中的若干个来提供颜色平衡步骤。作为步骤60的结果，处理器提供颜色平衡的可能镜片集合。
如果最终用户从颜色平衡的可能镜片集合中选择一个镜片，那么过程继续到步骤70。如果在步骤50或60结束时没有提议镜片，或者如果最终用户对所提议的可能镜片集合不满意，那么该过程通过改变可变参数的值、通过更改拟合准则或通过更改目标颜色或颜色范围而继续到步骤20。
可选地，该过程包含附加步骤15，该附加步骤定义了镜片的附加技术性特征，例如，包含蓝光截止滤光片。
与同一数据库组合的各种模拟模块的集成增大了有色镜片或具有多层堆叠体的镜片的可能颜色的数量。使用独立使用的模拟模块中的任一个都无法达到这些颜色中的大多数颜色。
在实施例中，第一模拟装置提出了可用于具有设计的技术性特征(例如，背面UV保护、蓝光截止、Rv性能、反射角度等)的减反射堆叠体的比色值范围。该过程可以包含通过镜片的其他技术性功能(比如，基材固有吸收或本领域技术人员通常使用的其他技术性特征)在透射或反射中诱发的进一步的比色偏移。接着，该过程可以针对染料的效果重新计算一个或多个目标比色值集合，这些目标比色值集合考虑了减反射可用比色值和可选的比色偏移。接着，该过程可以针对第二、第三或第四模拟运行上述步骤20至70，并提议多个镜片集合，在上述范围内选择的减反射堆叠体的比色值中的每一个值一个镜片集合。该过程可以基于内部计算来过滤在上述范围内选择的减反射堆叠体或某个镜片集合的一些比色值。
在实施例中，用于订购镜片的全自动系统连接到用于按需制造有色镜片或具有颜色的多层堆叠体的镜片的各种制造工具。此全自动系统能够处置数百万种不同颜色。

Claims (15)

1.一种用于确定定制颜色的镜片的方法，包括以下步骤：
-确定目标比色数据集；
-提供对包括表示颜色的数据的数据库(24)的访问，所述数据包括对应于确定的层组成和厚度的多个多层堆叠体的比色数据，和/或所述数据包括镜片基材和相应地多种染料在波长范围内的反射、透射、吸收和/或散射系数；
-使用多个模拟模块，基于来自所述数据库的所述数据根据确定的层组成和厚度来计算与确定的染料组合、组成和量的染料混合物或与多层堆叠体组合的所述镜片基材的多个模拟比色数据；
-将所述多个模拟比色数据与所述目标比色数据集进行颜色匹配，以便确定所述镜片基材与确定的染料混合物或确定的多层堆叠体的一种或多种组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述镜片基材进一步包括另一光谱滤光片，并且其中，所述方法进一步包括颜色平衡步骤，所述颜色平衡步骤包括计算具有所述另一光谱滤光片的所述镜片的模拟比色数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括显示所述多个模拟比色数据和所述目标比色数据集的步骤。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述多个模拟模块包括第一模拟模块，所述第一模拟模块适于根据所述多层堆叠体的变化厚度来计算所述多层堆叠体的多个模拟三维比色坐标。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述多个模拟模块包括第二模拟模块，所述第二模拟模块适于计算有色镜片在定制背景上的模拟反射光谱，并将所述有色镜片的模拟反射光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述多个模拟模块包括第三模拟模块，所述第三模拟模块适于结合表示染料的数值函数来计算有色镜片的模拟吸收光谱，并将所述有色镜片的模拟吸收光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述多个模拟模块包括第四模拟模块，所述第四模拟模块适于结合数值染料函数来计算有色镜片的模拟透射光谱，并将所述有色镜片的模拟透射光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述目标比色数据集是在反射中确定的，并且进一步包括以下步骤：
-选择在所述波长范围内在白色背景和黑色背景上具有确定的反射光谱的原始镜片基材；
-确定定制背景反射光谱；
-其中，所述数据库含有所述原始镜片基材和多种染料的、针对所述多种染料中的每种染料的多个浓度Ci的反射光谱，所述数据库还存储所述原始镜片基材和多种染料的在所述波长范围内、针对所述多种染料中的每种染料的多个浓度Ci的吸收和散射系数；并且
-所述第二模拟模块适于使用存储在所述数据库中的所述吸收和散射系数来计算所述镜片基材中的n种染料的混合物的模拟反射光谱，每种染料的每个吸收和散射系数用浓度Ci加权；
-所述第二模拟模块适于根据所述模拟吸收和散射系数计算所述定制背景反射光谱上的所述模拟反射光谱；
-所述第二模拟模块适于根据所述模拟反射光谱计算模拟比色坐标；并且
-其中，所述颜色匹配步骤包括计算所述目标比色数据集与所述镜片基材中的n种染料的混合物的所述模拟比色坐标之间的颜色差以及通过最小化所述颜色差来拟合n种染料的所述混合物中的每种染料的浓度Ci。
9.一种用于确定定制颜色的镜片的系统，包括：输入装置，用于确定目标比色数据集；计算机系统，包括数据库(24)和多个模拟模块，所述数据库包括数据，所述数据表示颜色，其中，所述数据包括对应于确定的层组成和厚度的多个多层堆叠体的比色数据，和/或所述数据包括镜片基材和相应地多种染料在波长范围内的反射、透射、吸收和/或散射系数，并且其中，所述多个模拟模块适于基于来自所述数据库的所述数据计算与染料混合物或多层堆叠体组合的镜片基材的多个模拟比色数据；所述多个模拟模块适于评估所述多个模拟比色数据与所述目标比色数据集之间的数值差，以便确定所述镜片基材与确定的染料混合物或确定的多层堆叠体的、匹配所述目标比色数据集的一种或多种组合。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个模拟模块包括第一模拟模块，所述第一模拟模块适于根据所述多层堆叠体的变化厚度来计算所述多层堆叠体的多个模拟三维比色坐标。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其中，所述多个模拟模块包括第二模拟模块，所述第二模拟模块适于根据染料混合物组成来计算有色镜片的模拟吸收和散射系数，并将所述有色镜片在定制背景上的模拟反射光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其中所述多个模拟模块包括第三模拟模块，所述第三模拟模块适于作为数值染料函数来计算有色镜片的模拟吸收光谱，并将所述有色镜片的模拟吸收光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的系统，其中，所述多个模拟模块包括第四模拟模块，所述第四模拟模块适于根据数值染料函数来计算有色镜片的模拟透射光谱，并将所述有色镜片的模拟透射光谱与所述目标比色数据集进行匹配。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的系统，其中所述计算机系统连接到用于在所述镜片基材上沉积所述多层薄膜堆叠体的沉积设备，并且所述计算机系统连接到用于将镜片染色的设备。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的系统，其中所述计算机系统连接到显示装置，所述显示装置适于显示所述镜片基材与确定的染料混合物和/或确定的多层堆叠体的所述一种或多种组合的渲染颜色。
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