CN117795306A - 用于梯度光致变色镜片的表征装置 - Google Patents
用于梯度光致变色镜片的表征装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种被配置用于确定包括至少一种光致变色材料的光致变色光学制品的透射率的设备包括：壳体，该壳体限定了被配置为接收光学制品的内部，该壳体包括用于将光学制品保持在预定位置的保持构件；至少一个光化辐射源，该至少一个光化辐射源被配置为将光化辐射辐照到壳体的内部并激活光致变色光学制品中的至少一种光致变色材料；至少一个图像捕获装置，该至少一个图像捕获装置被配置为捕获光致变色光学制品的图像数据；至少一个背光单元，该至少一个背光单元定位在保持构件的下方；以及控制单元，该控制单元可操作地连接到至少一个图像捕获装置和至少一个光化辐射源。
Description
发明背景
技术领域
本公开总体上涉及一种用于光学制品的表征装置、特别是一种用于测量光致变色镜片上的梯度的表征装置。
背景技术
吸收电磁波谱的可见光区域中的电磁辐射的光学元件用于多种制品中，比如眼镜和太阳镜的眼科镜片、以及隐形眼镜。吸收电磁辐射的眼科镜片改善了配戴者的观看舒适度，并增强了配戴者在明亮条件下的视觉能力。吸收电磁辐射的眼科镜片的示例包括固定色调眼科镜片和光致变色眼科镜片。
光致变色镜片会响应于特定波长的电磁辐射而改变色调。光致变色镜片当暴露于亮光条件时为配戴者提供改善的视力和舒适度，但在弱光条件下又会恢复到无吸收或吸收较少的状态。光致变色镜片在各种光照条件下都能提供观看舒适度和观看方便性，并且当在室内/弱光地点与室外/强光地点之间移动时无需在多副眼镜之间切换。
用于测试或量化眼科镜片(比如光致变色眼科镜片)所透射的光量的已知方法利用了实验室条件下的传统光学工作台。光致变色镜片典型地通过暴露于紫外辐射而被激活，并被固定到光学工作台上进行测试。虽然光学工作台非常适合在制品上实现均匀的光致变色分布，但系统被配置为平均整个镜片上的透射率数据。光学特性(比如美学特性、梯度或图案)的变化无法被量化。
准确确定眼科镜片(例如，激活的光致变色眼科镜片)的光学特性的能力具有若干种应用，包括质量控制和市场营销。在预定且一致的条件下测试光致变色眼科镜片提供了关于配戴者所体验到的舒适度和可靠性的有用数据。此外，准确确定光致变色眼科镜片的特性的能力可以为购买者提供可量化或可定性的基础，据此来判断各种光致变色眼科镜片是否可以用于其地理位置或其期望的目的。
因此，期望提供一种用于在定量且一致的条件下测量透明制品(比如光致变色眼科制品)的光学特性的方法和/或系统。
发明内容
在本公开的一个实施例或方面中，一种被配置用于确定包括至少一种光致变色材料的光致变色光学制品的透射率的设备，所述设备可以包括：壳体，所述壳体限定了被配置为接收所述光学制品的内部，所述壳体包括用于将所述光学制品保持在预定位置的保持构件；至少一个光化辐射源，所述至少一个光化辐射源被配置为将光化辐射辐照到所述壳体的内部并激活所述光致变色光学制品中的至少一种光致变色材料；至少一个图像捕获装置，所述至少一个图像捕获装置被配置为捕获所述光致变色光学制品的图像数据；至少一个背光单元，所述至少一个背光单元定位在所述保持构件的下方，以朝向所述图像捕获装置发射光穿过所述光学制品；以及控制单元，所述控制单元可操作地连接到所述至少一个图像捕获装置和所述至少一个光化辐射源，其中，所述控制单元被配置为使用所述图像捕获装置所捕获的图像数据来确定所述光致变色光学制品的可见光透射率。
在本公开的一个实施例或方面中，所述控制单元可以被配置为启用所述至少一个图像捕获装置，以捕获在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之前的第一图像数据、在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之后的第二图像数据、以及在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之前或之后通过关闭所述图像捕获装置的快门机构的第三图像数据中的至少一个。所述控制单元可以被配置为将在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之前所述图像捕获装置所捕获的第一图像数据中第一部分的第一透射率与在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之后所述图像捕获装置所捕获的第二图像数据中所述第一部分的第二透射率进行比较。至少一个紫外滤光器可以定位在所述至少一个光化辐射源与所述保持构件之间，并与所述图像捕获装置成一直线，所述紫外滤光器反射包括所述光化辐射的至少部分波长。所述保持构件可以定位在限定于所述壳体的内部中的温控箱中，所述温控箱进一步包括至少一个温度控制部件，其中，所述至少一个温度控制部件被配置为维持所述温控箱内的预定温度。温度控制单元可以可操作地连接到所述至少一个温度控制部件，其中，所述温度控制单元被配置为设定所述温控箱内的预定温度并设定所述至少一个温度控制部件的温度输出。所述至少一个温度控制部件可以被配置为将所述温控箱中的温度维持在-20℃至50℃的范围内。所述保持构件可以包括自定心卡盘，所述自定心卡盘被配置为固定所述光学制品。所述保持构件可以定位在抽屉中，所述抽屉可移入和移出限定于所述壳体的内部中的温控箱。所述至少一个图像捕获装置可以包括至少一个线性响应相机。所述光致变色光学制品中的光致变色材料可以以梯度图案存在。所述控制单元可以被配置为测量和计算所述光致变色光学制品上所识别的多个子区域的透射率。
在本公开的一个实施例或方面中，一种确定光学制品的透射率的方法，所述光学制品的至少一个表面上以梯度图案施加有至少一种光致变色特性，所述方法可以包括：在所述梯度图案被激活之前用至少一个图像捕获装置捕获所述光学制品的至少一个表面上的所述梯度图案的第一部分的第一图像数据；用来自至少一个光化辐射源的光化辐射至少照射所述光学制品的所述梯度图案的第一部分，以激活至少一种光致变色材料中的所述梯度图案；在所述梯度图案被激活之后用至少一个图像捕获装置捕获所述光学制品的至少一个表面上的所述梯度图案的第一部分的第二图像数据；以及用处理器通过将所述第一图像数据和所述第二图像数据进行比较来计算所述光学制品的梯度图案的可见光透射率。所述方法可以进一步包括使用温度控制单元将限定于内部中的温控箱的温度维持在预定温度。所述方法可以进一步包括当所述图像捕获装置上的快门机构关闭时使用所述图像捕获装置捕获第三图像数据。
本发明还在以下条款中公开：
条款1：一种被配置用于确定包括至少一种光致变色材料的光致变色光学制品的透射率的设备，所述设备包括：壳体，所述壳体限定了被配置为接收所述光学制品的内部，所述壳体包括用于将所述光学制品保持在预定位置的保持构件；至少一个光化辐射源，所述至少一个光化辐射源被配置为将光化辐射辐照到所述壳体的内部并激活所述光致变色光学制品中的至少一种光致变色材料；至少一个图像捕获装置，所述至少一个图像捕获装置被配置为捕获所述光致变色光学制品的图像数据；至少一个背光单元，所述至少一个背光单元定位在所述保持构件的下方，以朝向所述图像捕获装置发射光穿过所述光学制品；以及控制单元，所述控制单元可操作地连接到所述至少一个图像捕获装置和所述至少一个光化辐射源，其中，所述控制单元被配置为使用所述图像捕获装置所捕获的图像数据来确定所述光致变色光学制品的可见光透射率。
条款2：如条款1所述的设备，其中，所述控制单元被配置为启用所述至少一个图像捕获装置，以捕获在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之前的第一图像数据、在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之后的第二图像数据、以及在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之前或之后通过关闭所述图像捕获装置的快门机构的第三图像数据中的至少一个。
条款3：如条款1或条款2所述的设备，其中，所述控制单元被配置为将在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之前所述图像捕获装置所捕获的第一图像数据中第一部分的第一透射率与在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之后所述图像捕获装置所捕获的第二图像数据中所述第一部分的第二透射率进行比较。
条款4：如条款1-3中任一项所述的设备，进一步包括至少一个紫外滤光器，所述至少一个紫外滤光器定位在所述至少一个光化辐射源与所述保持构件之间，并与所述图像捕获装置成一直线，所述紫外滤光器反射包括所述光化辐射的至少部分波长。
条款5：如条款1-4中任一项所述的设备，其中，所述保持构件定位在限定于所述壳体的内部中的温控箱中，所述温控箱进一步包括至少一个温度控制部件，其中，所述至少一个温度控制部件被配置为维持所述温控箱内的预定温度。
条款6：如条款5所述的设备，进一步包括温度控制单元，所述温度控制单元可操作地连接到所述至少一个温度控制部件，其中，所述温度控制单元被配置为设定所述温控箱内的预定温度并设定所述至少一个温度控制部件的温度输出。
条款7：如条款5或条款6所述的设备，其中，所述至少一个温度控制部件被配置为将所述温控箱中的温度维持在0℃至50℃的范围内。
条款8：如条款1-7中任一项所述的设备，其中，所述保持构件包括自定心卡盘，所述自定心卡盘被配置为固定所述光学制品。
条款9：如条款5-8中任一项所述的设备，其中，所述保持构件定位在抽屉中，所述抽屉可移入和移出限定于所述壳体的内部中的温控箱。
条款10：如条款1-9中任一项所述的设备，其中，所述至少一个图像捕获装置包括至少一个线性响应相机。
条款11：如条款1-10中任一项所述的设备，其中，所述光致变色光学制品中的光致变色材料以梯度图案存在。
条款12：如条款1-11中任一项所述的设备，其中，所述控制单元被配置为测量和计算所述光致变色光学制品上所识别的多个子区域的透射率。
条款13：一种确定光学制品的透射率的方法，所述光学制品的至少一个表面上以梯度图案施加有至少一种光致变色特性，所述方法包括：在所述梯度图案被激活之前用至少一个图像捕获装置捕获所述光学制品的至少一个表面上的所述梯度图案的第一部分的第一图像数据；用来自至少一个光化辐射源的光化辐射至少照射所述光学制品的所述梯度图案的第一部分，以激活所述至少一种光致变色特性中的所述梯度图案；在所述梯度图案被激活之后用至少一个图像捕获装置捕获所述光学制品的至少一个表面上的所述梯度图案的第一部分的第二图像数据；以及用处理器通过将所述第一图像数据和所述第二图像数据进行比较来计算所述光学制品的梯度图案的可见光透射率。
条款14：如条款13所述的方法，进一步包括使用温度控制单元将限定于内部中的温控箱的温度维持在预定温度。
条款15：如条款13或条款14所述的方法，进一步包括当所述图像捕获装置上的快门机构关闭时使用所述图像捕获装置捕获第三图像数据。
条款16：如条款1-12中任一项所述的设备，其中，所述至少一个光化辐射源被定位成不与所述壳体的内部内的所述至少一个图像捕获装置成一直线。
附图说明
图1是根据本公开的一个非限制性实施例或方面的光学制品表征装置的立体图；
图2是图1的光学制品表征装置的内部的独立立体图；
图3是图1的光学制品表征装置的温控箱的另一个立体图；
图4是图1的光学制品表征装置的保持构件和抽屉的立体图；
图5A是在启用了光化辐射源的情况下图1的光学制品表征装置的内部部件的示意性图示；
图5B是在启用了背光的情况下图1的光学制品表征装置的内部部件的示意性图示；
图6是图1的光学制品表征装置的内部部件之间的电气连接的示意性图示；
图7是根据本公开的一个实施例或方面的具有用于分析光学制品的透射率的区域和子区域的光学制品的示意性图示；以及
图8是图1的光学制品表征装置的使用方法的示意性图示。
具体实施方式
图示总体上示出了本公开的系统和方法的优选和非限制性实施例或方面。虽然描述介绍了装置的多个实施例或方面，但不应将其解释为以任何方式限制本公开。此外，本领域技术人员应将本公开的实施例或方面的修改、概念和应用解释为涵盖但不限于本文提供的图示和描述。
提供以下描述是为了使本领域技术人员能够制造和使用为实施本公开而设想的所描述的实施例或方面。然而，对于本领域技术人员来说，各种修改、等同物、变化和替代方案仍然是显而易见的。任何及所有这种修改、变化、等同物和替代方案都旨在落入本公开的精神和范围内。进一步，出于下文描述的目的，术语“端部”、“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“侧向”、“纵向”及其派生词应与图中定向的公开相关。然而，应理解的是，除非有明确的相反规定，本公开可以采用各种替代性的变化和步骤序列。还应理解的是，附图中所图示的和以下说明书中所描述的具体装置和过程仅仅是本公开的示例性实施例或方面。因此，与本文公开的实施例或方面相关的具体尺寸和其他物理特性不应被视为限制性的。
如说明书和权利要求中所使用的，除非上下文另外明确指明，否则单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括复数指代。
空间或方向术语，比如“左”、“右”、“上”、“下”等与附图中所示出的本发明相关。然而，本发明可以采取各种替代性的取向，并且相应地，这样的术语不应被视为限制性的。
说明书和权利要求中使用的所有数字应理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。“约”是指所述数值的正负百分之十的范围。
术语“比如”应理解为是非限制性的。也就是说，在“比如”之后所列举的要素应理解为所叙述特征的非限制性示例。
本文所公开的所有范围涵盖开始和结束的范围值以及其中包括的任何和所有子范围。本文所公开的范围表示指定范围的平均值。
术语“包含”与“包括”同义。
术语“光化辐射”和“光化光”意指能够引起材料响应(比如将光致变色材料从一种激活状态转变为另一种激活状态)的电磁辐射。
如本文所使用的，术语“紫外”、“紫外辐射”、“紫外光”和“紫外光谱”意指波长在100nm至小于415nm范围内的电磁辐射。术语“UV”意指紫外，比如紫外辐射。
如本文所使用的，术语“紫外可见光”和“UVV”意指波长在395nm至小于455nm范围内的电磁辐射。
如本文所使用的，术语“光致变色”和类似术语(比如“光致变色材料”、“光致变色化合物”或“光致变色涂层”)意指所具有的对于至少可见光辐射的吸收光谱响应于至少光化辐射的吸收而变化的任何材料或化合物。光致变色材料包括至少一种光致变色化合物。光致变色材料或化合物可以掺入施加至光学制品的至少一个表面的涂层或膜中。附加地或替代性地，光致变色材料或化合物可以比如通过渗吸或流延到光学制品的材料中而掺入光学制品的本体中。术语“光致变色镜片”意指具有与之相关联的光致变色材料的镜片。术语“光致变色涂层”和“光致变色膜”包括热可逆和非热可逆光致变色材料和化合物。如本文所使用的，术语“热可逆光致变色化合物/材料”意指能够响应于光化辐射而从第一状态(例如“无色状态”)转换为第二状态(例如“着色状态”)、并且能够响应于热能而返回至第一状态的化合物/材料。如本文所使用的，术语“非热可逆光致变色化合物/材料”意指能够响应于光化辐射从第一状态(例如“透明状态”)转换至第二状态(例如“着色状态”)、并且响应于与着色状态的吸收基本上相同波长的光化辐射返回至第一状态的化合物/材料。
术语“光学”意指与光和/或视觉有关或相关联。例如，光学制品或元件或装置可以选自：眼科制品、元件和装置，显示制品、元件和装置，窗，镜，以及有源和无源液晶盒制品、元件和装置。
如本文所使用的，术语“眼科”意指与眼睛和视觉有关或相关联。眼科制品或眼科元件的非限制性示例包括：矫正镜片和非矫正镜片，包括单视镜片或多视镜片，多视镜片可以是分段式或非分段式多视镜片(比如但不限于双焦点镜片、三焦点镜片和渐进式镜片)；以及用于(兼顾美观或其他方面地)矫正、保护或增强视觉的其他元件，包括但不限于接触镜片、眼内镜片、放大镜片和防护镜片或遮阳镜。
如本文所使用的，术语“镜片”至少意指并涵盖单独的镜片、镜片对、部分成型(或半成品)镜片、完全成型(或成品)镜片以及镜片坯件。
术语“激活”意指光学制品已暴露于比如光化辐射等条件并持续了足够长的时间段，使得光学制品在至少一种光学特性(比如可见光和/或紫外(UV)辐射的吸收或线性偏振)方面从第一激活状态转变为第二激活状态。
本发明以任意组合的形式包括本发明的以下实施例或方面、由其组成或基本上由其组成。本发明的多个实施例或方面在单独的附图中图示。然而，应理解的是，这仅仅是为了便于说明和讨论。在本发明的实践中，一个附图中所示的本发明的一个或多个实施例或方面可以与一个或多个其他附图中所示的本发明的一个或多个实施例或方面组合。
参考图1至图5B，示出并描述了根据本公开的一个实施例或方面的表征装置2。表征装置2可以被配置为确定光学制品3的透射率，光学制品3的至少一个表面上以梯度图案施加有至少一种光致变色材料。在本公开的一个实施例或方面中，光学制品3可以是具有包括梯度图案的光致变色材料的镜片，该梯度图案可以被光化辐射激活。然而，应理解的是，任何光致变色光学制品都可以在该装置中进行测量。可设想的是，可以使用该装置2绘制缺陷图或检测光致变色行为的不均匀性。光致变色光学制品3可以在激活时表现出梯度图案，但不必具有呈涂层形式的梯度图案。光学制品3可以包括以梯度图案存在的至少一种光致变色材料，包括与光学制品3相渗吸或层压的涂层。
在本公开的一个实施例或方面中，表征装置2可以包括壳体4，该壳体限定了内部6，该内部包括温控箱41，该温控箱被配置为接收光学制品3。在本公开的一个实施例中，壳体4可以包括顶壁构件8、至少四个侧壁构件10、12、14、16、以及底壁构件18，这些壁构件可操作地彼此连接以形成壳体4。在其他实施例中，壳体4是被配置为防止光进入壳体4的内部的任何腔室或箱体。在一个实施例或方面中，壁构件8-18由不透明材料制成，使得不允许外部光源穿透壁构件8-18进入壳体4的内部6。壁构件8-18可以是非反射的。壁构件8-18可操作地彼此连接以形成壳体4的内部6。可以设置框架构件20以将壁构件8-18可操作地彼此连接。
如图1至图5B所示，在本公开的一个实施例或方面中，壳体4可以包括抽屉22，该抽屉被配置为移入和移出容纳在壳体4的内部6内的温控箱41。抽屉22可以被配置为接收光学制品3，以便将其插入温控箱41的内部。操作员可以拉动与抽屉22可操作地连接的手柄24，以将抽屉22从温控箱41的内部拉出。一旦抽屉22从壳体4拉出，就可以将光学制品3定位在抽屉22上。然后，操作员可以将抽屉22推回温控箱41中，从而将光学制品3定位在壳体4的内部6中，与图像捕获装置36(下文详细描述)成一直线。应理解的是，抽屉22可以以任何足以允许抽屉22移入和移出壳体4的内部6的方式(包括滑动支架、滚轮和类似的机械布置)可操作地连接到壳体4。
在本公开的一个实施例或方面中，保持构件26可以可操作地连接到抽屉22，以将光学制品3保持在抽屉22上。通过设置保持构件26，使得可以在确定光学制品3的透射率时，将光学制品3固定在壳体4的内部6内。在本公开的一个实施例或方面中，保持构件26可以是三爪卡盘，该三爪卡盘被配置为将光学制品3保持并固定在抽屉22上。在本公开的一个实施例或方面中，保持构件26可以是自定心卡盘。三爪卡盘可以在打开位置与闭合位置之间移动，在打开位置，可以将光学制品3放置在三爪卡盘中，在闭合位置，卡盘的卡爪将光学制品3固定在三爪卡盘内。通过在表征装置2中设置保持构件26，使得可以确保当光学制品3被保持在壳体4的内部6中的抽屉22上时，至少一种光致变色材料的梯度图案被保持在预定位置。如下文将更详细描述的，保持构件26确保了光学制品3被保持在壳体4中一致的预定位置，以确保有效激活光学制品3上的光致变色材料。因此，通过使用保持构件26，光学制品3始终在壳体4中定位在期望位置和取向，从而减少了确保光学制品3被正确定位在壳体4内所需的时间和努力。
如图1至图5B所示，在本公开的一个实施例或方面中，表征装置2还可以包括壳体4的内部6内的至少一个光化辐射源。在本公开的一个实施例或方面中，光化辐射源28保持静止，使得光化辐射源28始终指向相对于固定光学制品3的保持构件26的相同位置。
在本公开的一个实施例或方面中，单一的光化辐射源28设置在壳体4的内部6中，以激活光学制品3上的光致变色材料的梯度图案。然而，也可设想的是，附加的光化辐射源28可以设置在壳体4的内部6内。在本公开的一个实施例或方面中，光化辐射源28是紫外光源。也可设想的是，可以在表征装置2内使用其他光化辐射源，比如紫外可见光(UVV)，使得可以激活光学制品3的光致变色材料上的梯度图案。通过在表征装置2中设置光化辐射源28，使得在壳体4的内部6内供应和生成光化辐射，以激活光学制品3的光致变色材料中的光致变色化合物，从而激活光学制品3上的梯度图案。在本公开的一个实施例或方面中，光化辐射源28发射在365nm至415nm范围内的电磁辐射。在本公开的一个实施例或方面中，光化辐射源28可以是共聚焦紫外LED阵列，以消除在表征装置2的使用期间的过度振动并消除对移动部件的需要，否则将需要一定程度的自动化来使UV光源移入/移出图像捕获装置36的路径。
在本公开的一个实施例或方面中，表征装置2还可以包括紫外滤光器32，该紫外滤光器被配置为将光化辐射源28所供应的光化辐射朝向保持构件26上所保持的光学制品3引导。紫外滤光器32可以是反射式截止滤光器。紫外滤光器32可以被配置为反射紫外光谱中的所有波长，例如最高达395nm、最高达410nm或最高达420nm的波长。通过在表征装置2中设置紫外滤光器32，使得可以反射光化辐射源28所提供的光化辐射，以确保光化辐射被供应给光学制品3，从而激活光致变色材料。可以基于施加到光学制品3上的光致变色材料为表征装置2选择紫外滤光器32。在本公开的一个实施例中，紫外滤光器32可以被配置为将光化辐射朝向光学制品3引导，并允许来自背光单元43的光穿过紫外滤光器32朝向图像捕获装置36(见图5A和图5B)。根据光学制品3上的特定的光致变色材料，可能需要向光学制品3供应不同波长的光化辐射，以激活光致变色材料中的光致变色化合物。也可设想的是，可以根据需要将紫外滤光器32定位在相对于光学制品3的其他角度。在本公开的一个实施例或方面中，保持构件26以及因此光学制品3被定位在紫外滤光器32的下方，使得光学制品3被定位成不与光化辐射源28成一直线。光学制品3可以不被定位成与光化辐射源28成一直线。而是，紫外滤光器32被配置为将来自光化辐射源28的光化辐射向下引导到保持构件26上所保持的光学制品3。
在本公开的一个实施例或方面中，表征装置2中还可以设置有快门机构34，用于与光化辐射源28结合使用。快门机构34可以被设置为控制来自光化辐射源28的光化辐射如何朝向壳体4的内部6中所保持的光学制品3引导。在本公开的一个实施例或方面中，快门机构34可以在快门机构34上升且不阻挡光化辐射朝向光学制品3引导的位置与快门机构34下降且阻挡光化辐射朝向光学制品3引导的位置之间移动。在本公开的另一个实施例或方面中，快门机构34可以在快门机构34打开以允许光化辐射穿过快门机构34到达光学制品3的位置与快门机构34关闭以阻止光化辐射朝向光学制品3引导的位置之间移动。在本公开的一个实施例或方面中，光化辐射源28、紫外滤光器32和快门机构34被定位成在壳体4的内部6内彼此成一直线。
如图1至图5B所示，在本公开的一个实施例或方面中，表征装置2中还设置有图像捕获装置36。在本公开的一个实施例或方面中，图像捕获装置36可以是线性响应相机。然而，也可设想的是，使用其他类型的相机作为图像捕获装置36。图像捕获装置36可以在壳体4的内部6内可操作地连接到壳体4。图像捕获装置36可以保持在壳体4的内部6内的支架上。在本公开的一个实施例或方面中，图像捕获装置36可以被配置为捕获壳体4的部分内部6的图像或视频数据。特别是，图像捕获装置36可以被配置为捕获当光学制品3定位于壳体4的内部6时该光学制品的图像或视频数据。如下文将更详细描述的，图像捕获装置36被配置为在光学制品3上的光致变色材料激活过程期间的不同时间捕获光学制品3的图像或视频数据。可以使用图像捕获装置36所捕获的图像或视频数据来确定光学制品3上的梯度图案的透射率。在本公开的一个实施例或方面中，图像捕获装置36可以在壳体4的内部6内保持在静止位置。在本公开的另一个实施例或方面中，图像捕获装置36可以在壳体4的内部6内是可调节的，使得图像捕获装置36可以相对于壳体4中所保持的光学制品3移动到不同的位置。在本公开的一个实施例或方面中，图像捕获装置36可以被定位成与壳体4中所保持的光学制品3成一直线，使得图像捕获装置36定位在光学制品3的正上方。
如图1至图5B所示，在本公开的一个实施例或方面中，表征装置2还可以包括用于调节表征装置2的壳体4的温控箱41内的温度的温度控制部件38。温度控制部件38可以包括至少一个温度控制单元40。温度控制单元40可以可操作地连接到温控箱41，使得温度控制单元40可以调节温控箱41中所含空气的温度，以确保当激活温控箱41中所保持的光学制品3上的光致变色材料时达到最佳效果。在本公开的一个实施例中，温度控制部件38被配置为将温控箱41中的温度维持在0℃至50℃的范围内。在本公开的一个实施例中，温度控制单元40可以是帕尔贴(Peltier)装置。温控箱41可以与抽屉22可操作地连接。在本公开的一个实施例或方面中，保持构件26可以定位在抽屉22上和温控箱41中。温度控制部件38可以被编程和配置为维持温控箱41内的预定温度。在本公开的一个实施例中，温控箱41可以包括定位在保持构件26、保持构件26、抽屉22、温度控制单元40和用于测量温控箱41的温度的热电偶或热敏电阻下方的背光单元43。背光单元43可以可操作地连接到控制单元42。在一个实施例中，抽屉22的底部部分可以是透明的或敞开的，使得当抽屉22关闭时，光学制品3正下方的背光单元43不会被遮挡。在一个实施例中，温控箱41可以包括与图像捕获装置36/光学制品3/背光单元43成一直线的石英窗口45，图像捕获装置36通过该石英窗口观看温控箱41的内部。背光单元43的非限制性示例包括织物或塑料背光片或者LED阵列。背光单元43可以是漫射照明的。示例性背光单元43可以包括漫射白光LED系统。背光单元43可以是装置2的唯一光源。然而，应理解的是，装置2可以包括背光单元43之外的附加光源。
在本公开的一个实施例或方面中，温度控制部件38可以被配置为在壳体4的温控箱41内设定预定温度，并反过来设定温度控制单元的温度输出，以向温控箱41提供该预定温度。然而，也可设想的是，取决于壳体4中所保持的光致变色镜片的类型，温度控制部件38可以使用其他温度范围。在一个实施例中，表征装置2被配置为防止运行光学制品3的表征程序，直到温控箱41达到所期望的温度。
参考图1至图5B，在本公开的一个实施例或方面中，表征装置2还可以包括控制单元42，该控制单元被设置为操作表征装置2的不同部件。在本公开的一个实施例中，控制单元42可以是具有处理器的计算机，该处理器运行软件以执行下文所述的控制单元42动作。控制单元42可以被配置为存储从图像捕获装置36接收到的数据。控制单元42可以可操作地连接到保持构件26、光化辐射源28、快门机构34、图像捕获装置36、背光单元43和温度控制部件38中的至少一个，以启动和/或停用这些部件中每个部件的操作。在本公开的一个实施例或方面中，控制42可操作地连接到保持构件26、光化辐射源28、快门机构34、图像捕获装置36、背光单元43和温度控制部件38中的全部。
在本公开的一个实施例或方面中，控制单元42可以直接有线连接到保持构件26、光化辐射源28、快门机构34、图像捕获装置36和温度控制部件38中的每一个，以实现这些部件的操作。在本公开的另一个实施例或方面中，控制单元42可以无线连接到保持构件26、光化辐射源28、快门机构34、图像捕获装置36、背光单元43和温度控制部件38中的每一个，以实现这些部件的操作。控制单元42可以定位在表征装置2的壳体4上以供操作员使用，或者替代性地，控制单元42可以定位在远离表征装置2的位置，以便操作员从远处启用和停用表征装置2。在本公开的一个实施例或方面中，可以使用遥控器(未示出)在距表征装置2的一定距离处来启用控制单元42。控制单元42在表征装置2的操作期间的使用将在下文中进一步详细描述。
参考图1至图5B和图8，根据本公开的一个实施例或方面，详细描述了表征装置2的操作和使用。表征装置2可以用于确定引入到表征装置2中的光学制品3上的光致变色材料的可见光透射率。在本公开的一个实施例或方面中，光致变色材料可以包括梯度图案，其中光致变色材料的不同部分具有不同的透射率。
在将光学制品3放置在表征装置2中之前，可以使用已知透射率的标准将图像捕获装置36的曝光校准为背光单元43的强度。可以使用控制单元42启用温度控制部件38，以确保温控箱41设定为预定温度。通过在将光学制品3引入表征装置2中之前执行该操作，操作员确保了壳体4的内部6被设定为所期望的温度并最小化在光学制品3被引入表征装置中之后将光学制品3平衡到预定温度所需的时间。然而，也可设想的是，温控箱41的温度也可以在光学制品3被引入表征装置2中之后设定。在本公开的一个实施例或方面中，控制单元42确保了温度控制部件38在表征装置2的整个操作过程中维持温控箱41内的预定温度。
在启动表征装置2的操作之前，操作员可以将抽屉22从壳体4拉出，以将光学制品3固定在保持构件26上。在本公开的一个实施例或方面中，当光学制品3未被保持在保持构件26上时，保持构件26的三爪卡盘可以保持在打开位置。在光学制品3被放置在保持构件26上之后，三爪卡盘可以移动到闭合位置，以使卡爪朝向彼此靠拢在一起，从而将光学制品3接合并固定在保持构件26上。一旦光学制品3被固定到保持构件26上，光学制品3就会被定位在保持构件26上的预定位置，使得光学制品3相对于图像捕获装置36和光化辐射源28会定位在期望位置和取向。在光学制品3被固定到保持构件26上之后，操作员可以将抽屉22推回壳体4中，以将光学制品3放置就位，以激活光学制品3上的光致变色材料。在操作期间，所有成一直线的部件都处于固定位置(并且，抽屉22在关闭时将光学制品3放置在固定位置)。由于没有移动部件，消除了振动，并且确保所有图像都清晰且对焦，并且可以在位置确定的情况下对一系列图像进行比较。紫外滤光器32可以与图像捕获装置36成一直线，并且也是固定的，以便不会产生不必要的振动和噪音等。
一旦光学制品3被定位在壳体4的内部6内，可以使用控制单元42启用图像捕获装置36，以捕获保持构件26上所保持的光学制品3的图像或视频。在本公开的一个实施例或方面中，在光学制品3上的光致变色材料被光化辐射源28激活之前，图像捕获装置36捕获至少一个图像。在光学制品3上的光致变色材料被激活之前，光致变色材料将具有穿过光学制品3的第一透射率。背光单元43发射可见光，然后该可见光分别透射穿过处于第一(激活)状态和第二(非激活)状态的光学制品3。
在光学制品3的第一图像被图像捕获装置28捕获之后，可以使用控制单元42启用光化辐射源28，使得将光化辐射引导到光学制品3上以激活光致变色材料。在本公开的一个实施例中，对光学制品3的激活可以持续足够长的时间量以完全激活光致变色材料，例如至少三分钟。在本公开的一个实施例或方面中，光化辐射被引导穿过紫外滤光器32，然后朝向保持构件26上所保持的光学制品3引导。当光化辐射接触到光学制品3上的光致变色材料时，光致变色材料的至少一种光致变色化合物被激活，从而激活光学制品3上的梯度图案。在光学制品3上的光致变色材料被激活之后，可以使用控制单元42启用图像捕获装置36，以捕获保持构件26上所保持的光学制品3的图像或视频数据。因此，在表征装置2的该操作点处，图像捕获装置36已捕获到了在光致变色材料被激活之前的光学制品3的至少一个图像，并且图像捕获装置36已捕获到了在光致变色材料被激活之后的光学制品3的至少一个图像。
图像捕获装置36可以包括快门机构，该快门机构被配置为控制曝光量和曝光持续时间。可以在捕获第一图像和/或第二图像之前或之后捕获暗图像(下文详细描述)。暗图像是在图像捕获装置36的快门机构关闭的情况下通过捕获图像来产生的。
在至少三个图像已被图像捕获装置36捕获之后，控制单元42被配置为从光致变色材料被激活之前所采集的光学制品3的至少一个图像和光致变色材料被激活之后所采集的光学制品3的至少一个图像中的每个中去除暗电流读数，以去除图像捕获装置36所捕获的任何背景干扰。如图7所示，一旦暗电流从图像中被消除，控制单元42被编程和配置为隔离光学制品3上的关注区域44。然后，控制单元42可以将关注区域44分解成多个分割的子区域46，这些子区域在光学制品3的光致变色材料上延伸。在本公开的一个实施例或方面中，控制单元42被编程和配置为识别光致变色材料中测量宽度至少为5毫米且测量高度至少为5毫米的子区域46。每个子区域46可以是正方形或长方形的。与其他子区域46相比，光致变色光学制品3的关注区域44中的每个子区域46可以具有不同的透射率。进一步，光致变色材料的每个对应子区域可以在光致变色材料被激活之前所采集的光学制品3的图像中和在光致变色材料被激活之后所采集的光学制品3的图像中具有不同的透射率。在本公开的一个实施例或方面中，激活的光致变色光学制品3上的光致变色材料可以具有线性梯度，其中光致变色光学制品的顶部在光学制品3的顶部是最暗的，并且在光学制品3的底部是最亮的。
在本公开的一个实施例或方面中，在2020年6月25日提交的美国专利申请公开号2021/0055217中公开了一种确定光致变色光学制品3上的光致变色材料的透射率的方法，其公开通过引用整体并入。可以由图像捕获装置36在光学制品3的一个或多个关注区域44上进行在所期望的波长范围内的电磁辐射强度的测量。一个或多个关注区域44可以随机选择，也可以与光学制品3的期望测量穿过其的光的透射率的部分相对应。
如美国专利申请公开号2021/0055217所述，图像捕获装置36捕获透射穿过光学制品3的电磁辐射的图像数据。图像捕获装置36是强度检测装置，并且测量透射穿过光学制品3的一个或多个部分的电磁辐射的强度。随位置而变的强度数据可以包括在图像捕获装置36所采集的图像数据中。图像捕获装置36不必具有高的分辨率来测量透射穿过光学制品3的电磁辐射的强度。然而，优选的是，图像捕获装置36具有良好的光度线性。进一步优选的是，图像捕获装置36具有高动态范围。图像捕获装置36的示例包括数码相机、电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、光电二极管阵列、光电倍增管阵列、或带有可聚焦于任何给定区域大小上的光学器件的单个传感器(1乘1阵列)。图像捕获装置36的另一个示例是高光谱成像仪，其中每个像素处的图像传感器可以采集整个可见光光谱上的数据，而不仅仅是由于滤光器而产生的窄带。图像捕获装置36可以采集彩色或黑白图像。用作强度测量装置的合适的图像捕获装置36的示例是可从宾夕法尼亚州埃克斯顿的联合视觉技术公司(Allied Vision Technologies)商购的型号AVT F-145B/C Stingray相机。使用高动态范围(“HDR”)功能采集的图像也可以使用，前提是已知曝光时间和暗值，并假设曝光时间与测量的强度值之间存在线性关系。
图像数据(包括关于光强度和位置的数据)可以存储在图像捕获装置36的内部存储器中。替代性地，图像数据可以存储在可移动或外部存储器中，或以本领域已知的任何其他方式存储。
图像捕获装置36可以被配置为采集包括一个或多个选定波长或一个或多个电磁辐射波长范围的强度数据的图像数据。例如，图像捕获装置36可以被配置为采集包括1nm至1000nm范围内的一个或多个选定波长或一个或多个电磁辐射波长范围的强度数据的图像数据。例如，图像捕获装置36可以被配置为采集包括一个或多个选定波长或一个或多个可见光波长范围的强度数据的图像数据。例如，图像捕获装置36可以采集关于红色、绿色和蓝色范围内的电磁辐射强度的数据。替代性地或附加地，图像捕获装置36可以采集青色、黄色、绿色和/或洋红色范围内的电磁辐射强度数据。也可以使用其他波长范围。本领域技术人员可以理解的是，不同的制造商和成像装置对这些颜色范围的定义是不同的，并且每种颜色的特定波长或波长范围以及某些范围可能会重叠。红色、绿色和蓝色的示例范围分别为635±20nm、555±20nm和460±20nm。可以使用可见光光谱中的任何范围或波长范围组合，可见光光谱包括大约380-780nm之间的波长。
如果光学制品3具有光致变色特性，则可以在光学制品3处于第一状态就位的情况下进行第一次强度测量。第一状态可以是非激活状态。可以在光致变色光学制品3处于第二状态的情况下用图像捕获装置36进行第二次强度测量。第二状态可以是激活状态。
当用图像捕获装置36捕获图像时，部分测量的强度值可能部分归因于图像捕获装置36上的暗电流。暗电流可以取决于图像捕获装置36的温度。图像捕获装置36的制造商可以提供图像捕获装置36上由于暗电流而产生的强度值的表或图。可以通过在快门关闭时用图像捕获装置36进行一次或多次测量来确定在不同温度下暗电流引起的强度。在测量第一强度值和第二强度值的同时，还可以用温度测量装置进行温度测量。图像捕获装置36可以包括温度测量装置，也可以使用外部温度测量装置。
当图像捕获装置36捕获光学制品3的全部或至少部分表面区域的图像数据时，可以对整个光学制品3的强度值进行比较。这种比较是有用的，因为允许识别整个光学制品3的透射率差异。该配置还允许用户绘制具有光致变色梯度的光学制品3的透射率梯度图。在这种情况下，关注区域44的大小可以与光学制品3的要测量的期望区域的大小相对应。
类似地，用图像捕获装置36进行对透射穿过光学制品3的电磁辐射(例如可见光)强度的第二次测量。第二次测量包括相同的关注区域44上的强度数据。第一次测量和第二次测量所测量的波长或波长范围优选是相同的。
为了比较第一次测量与第二次测量之间的强度数据，确定子区域46上的位置数据。可以通过比较每个图像中子区域46的形状来确定两次强度测量之间子区域46上的位置。这可以通过目视比较图像并选择每个要分析的图像中的坐标范围来实现。附加地或替代性地，参考表面可以覆盖有坐标(比如x-y坐标)或可以有助于在子区域46的形状是均匀的实施例或方面中通过比较第一次测量与第二次测量之间的图像数据来确定位置的其他识别标记。存储在图像捕获装置36的存储器、控制单元42或外部计算装置中的软件可以由处理器应用，以自动比较图像，以便确定所分析的子区域46。处理器可以位于图像捕获装置36或控制单元42中，也可以使用外部处理器。
如上所述，部分测量的强度值可能部分归因于暗电流。暗电流可以取决于壳体4中的温度，包括图像捕获装置36的温度。在本公开的一个实施例或方面中，可以通过在快门机构34关闭时用图像捕获装置36进行一次或多次测量来确定在不同温度下暗电流引起的强度。在测量第一强度值和第二强度值的同时，还可以用温度测量装置进行温度测量。图像捕获装置36可以包括温度测量装置，也可以使用外部温度测量装置。
在第一次测量和第二次测量中，可以在一定波长范围内或针对特定波长采集强度数据。当比较两次测量的数据时，可以应用以下等式：
其中，
TMeas是电磁辐射穿过光学制品3的透射率；
IO是第一强度的测量值(即，非激活状态)；
IT是第二强度的测量值(即，激活状态)；并且
d是强度测量装置上暗电流引起的强度值。
光学制品3的测量的吸光度AMeas被定义为
应理解的是，针对在所期望的波长范围内透射光的关注区域44的示例，TMeas的计算返回光学制品3的透射率的准确值。TMeas是对光学制品3上的光致变色材料的非激活状态与激活状态之间的透射率差异的测量。
可以与控制单元42一起用于分析强度数据的示例性软件包括WaveMetrics所开发的Igor Pro、美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)所开发的Image J、美国国家仪器公司(National Instruments)所开发的LabVIEW、OriginLab所开发的Origin和OriginPro、以及微软公司所开发的Microsoft Excel。其他软件也可以对强度数据进行分析，如在相关领域中已知的。
尽管在前述描述中提供了本公开的多个示例，但本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围和精神的情况下对这些示例进行修改和变更。相应地，前述描述旨在说明而非限制。上文所描述的公开由所附权利要求限定，并且落入权利要求的含义和等同范围内的对公开的所有更改均应包括在权利要求的范围内。
Claims (15)
1.一种被配置用于确定包括至少一种光致变色材料的光致变色光学制品的透射率的设备，所述设备包括：
壳体，所述壳体限定了被配置为接收所述光学制品的内部，所述壳体包括用于将所述光学制品保持在预定位置的保持构件；
至少一个光化辐射源，所述至少一个光化辐射源被配置为将光化辐射辐照到所述壳体的内部并激活所述光致变色光学制品中的至少一种光致变色材料；
至少一个图像捕获装置，所述至少一个图像捕获装置被配置为捕获所述光致变色光学制品的图像数据；
至少一个背光单元，所述至少一个背光单元定位在所述保持构件的下方，以朝向所述图像捕获装置发射光穿过所述光学制品；以及
控制单元，所述控制单元可操作地连接到所述至少一个图像捕获装置和所述至少一个光化辐射源，
其中，所述控制单元被配置为使用所述图像捕获装置所捕获的图像数据来确定所述光致变色光学制品的可见光透射率。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元被配置为启用所述至少一个图像捕获装置，以捕获在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之前的第一图像数据、在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之后的第二图像数据、以及在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之前或之后通过关闭所述图像捕获装置的快门机构的第三图像数据中的至少一个。
3.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其中，所述控制单元被配置为将在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之前所述图像捕获装置所捕获的第一图像数据中第一部分的第一透射率与在所述光致变色光学制品中的所述至少一种光致变色材料被激活之后所述图像捕获装置所捕获的第二图像数据中所述第一部分的第二透射率进行比较。
4.如权利要求1-3中任一项所述的设备，进一步包括至少一个紫外滤光器，所述至少一个紫外滤光器定位在所述至少一个光化辐射源与所述保持构件之间，并与所述图像捕获装置成一直线，所述紫外滤光器反射包括所述光化辐射的至少部分波长。
5.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其中，所述保持构件定位在限定于所述壳体的内部中的温控箱中，所述温控箱进一步包括至少一个温度控制部件，
其中，所述至少一个温度控制部件被配置为维持所述温控箱内的预定温度。
6.如权利要求5所述的设备，进一步包括温度控制单元，所述温度控制单元可操作地连接到所述至少一个温度控制部件，
其中，所述温度控制单元被配置为设定所述温控箱内的预定温度并设定所述至少一个温度控制部件的温度输出。
7.如权利要求5或权利要求6所述的设备，其中，所述至少一个温度控制部件被配置为将所述温控箱中的温度维持在-20℃至50℃的范围内。
8.如权利要求1-7中任一项所述的设备，其中，所述保持构件包括自定心卡盘，所述自定心卡盘被配置为固定所述光学制品。
9.如权利要求5-8中任一项所述的设备，其中，所述保持构件定位在抽屉中，所述抽屉可移入和移出限定于所述壳体的内部中的温控箱。
10.如权利要求1-9中任一项所述的设备，其中，所述至少一个图像捕获装置包括至少一个线性响应相机。
11.如权利要求1-10中任一项所述的设备，其中，所述光致变色光学制品中的光致变色材料以梯度图案存在。
12.如权利要求1-11中任一项所述的设备，其中，所述控制单元被配置为测量和计算所述光致变色光学制品上所识别的多个子区域的透射率。
13.一种确定光学制品的透射率的方法，所述光学制品的至少一个表面上以梯度图案施加有至少一种光致变色特性，所述方法包括：
在所述梯度图案被激活之前用至少一个图像捕获装置捕获所述光学制品的至少一个表面上的所述梯度图案的第一部分的第一图像数据；
用来自至少一个光化辐射源的光化辐射至少照射所述光学制品的所述梯度图案的第一部分，以激活所述至少一种光致变色特性中的所述梯度图案；
在所述梯度图案被激活之后用至少一个图像捕获装置捕获所述光学制品的至少一个表面上的所述梯度图案的第一部分的第二图像数据；以及
用处理器通过将所述第一图像数据和所述第二图像数据进行比较来计算所述光学制品的梯度图案的可见光透射率。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括使用温度控制单元将限定于内部中的温控箱的温度维持在预定温度。
15.如权利要求13或权利要求14所述的方法，进一步包括当所述图像捕获装置上的快门机构关闭时使用所述图像捕获装置捕获第三图像数据。
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