CN101073040A - 以全息图形式将数据记录到镜片上的方法和相应的镜片 - Google Patents

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Abstract

本发明用于在光学镜片(2)上记录数据的方法包括：记录包含数据的源图像，生成源图像的全息图(3)和将所述全息图记录在0.5mm2到15mm2范围内的镜片表面部分上。数据可通过借助光束(101)在全息图区域内照亮所述镜片来读出。在离开镜片的一定距离处形成读出图像(105，106)，该读出图像重现了源图像，并且在该读出图像上的数据是可读取的。所述镜片可被实施为尤其是眼科镜片形式。

Description

以全息图形式将数据记录到镜片上的方法和相应的镜片
技术领域
本发明涉及一种将数据写到光学镜片上的方法，以及一种包括写在其上的数据的光学镜片。
背景技术
为了装饰的作用，在光学镜片上形成全息图，这是已知的。例如文献US5892600和DE19644620A1描述了一种光学镜片，在其表面上具有在近场中可重构的全息图，这提供了装饰功能，该装饰功能与在DE19644620A1中的标识作用相结合。文献WO01/23921A1公开了一种光学镜片，在其表面上具有一组在远场中可重构的全息图，这提供了装饰功能。
在本发明中，将全息图写到镜片上的目的是为了其生产或其使用而记录相关的数据，并没有改变其作为光学镜片的用途。
将数据写到光学镜片上而不妨碍其使用是困难的。这是因为镜片是透明的，并且当光束通过镜片时，写在其表面上的数据可能产生阴影。为减少这种妨碍，可以用很小的字符，或者甚至是微小的字符来写入数据。因而需要使用放大工具，如放大镜，来读取这些字符。这种工具使用不方便，尤其是因为这些字符不能由几个使用者同时读取。
现在，越来越需要在镜片上显示各种不同信息条目，例如，制造或序列编号、镜片的光学特性、镜片组成材料的标记、原产地或销售渠道的标记，或者甚至与这些不同特征相关的价格或代码。
此外，在眼科领域中，现在时常需要生产客户定制的校正镜片，尤其是根据眼镜佩戴者的屈光异常。因此获得佩戴者视力的校正，这是根据诊断的屈光异常更加细致地定制而成。在这种情况下，有用地写到校正镜片上的数据量可以是大量的。此外，将数据写到镜片上的方法必须与用于医疗保密的要求相一致。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种用于将数据写到镜片上的方法，该方法不存在上述缺陷。
为了这个目的，本发明提供了一种将数据写到光学镜片上的方法，包括如下步骤：
a)记录包含有数据的源图像；
b)通过计算生成所述源图像的全息图；和
c)将全息图写到镜片上。
因而，写在镜片上的全息图限定出衍射区域，该衍射区域对于视力通常不合适，因为其影响了电磁波的空间频率的传送，因此讨论的镜片部分的性能是用作成像装置。由此，在本发明中，写有全息图的面积在0.5和15mm2之间，更适宜地小于5mm2。该尺寸范围是受限制的，从而最小化了对镜片使用者的妨碍，并特别是允许全息图优选设置在远离镜片的中心区域的位置。
术语“光学镜片”被理解为尤其是指眼科镜片和用于光学仪器的镜片。术语“眼科镜片”被理解为是指安装在眼镜或护目镜类型的框架内的镜片，用于保护眼睛和/或校正视力，这些镜片选自于无焦点的、单焦点的、双焦点的、三焦点的和渐进镜片。这样的镜片可以是透明的或有色的。术语“有色镜片”被理解为是指镜片具有3％到90％之间并包含3％和90％的透射级别。超过90％的镜片被认为是透明的。在本发明中，眼科镜片更适宜地理解为是指上述用于安装到眼镜框架内的镜片。
根据本发明，鉴于数据是以全息图的形式写到镜片上，它们不能被直接读取，因而满足了保密性要求。
此外，在全息图的位置上，通过使至少一个相干光束射到镜片上或通过镜片，可以读取全息图。这种用于读取全息图的操作是已知的。该操作是简单的，并且数据出现在重构全息图的源图像的读出图像中。该读出图像被投射到在与镜片相距一定距离的屏幕上，从而读出图像足够大，以致几个人能同时读取数据。
有利地，当全息图通过激光器照亮时，全息图被设计来形成数据的读出图像。因而，为了读取数据，使用标准模式的小型激光器(例如二极管激光笔型的激光器)是足够的，该激光器便宜且体积小。
有利地，可以将光学装置添加到二极管激光器中以将读出图像投射到图像传感器上，如CCD或CMOS矩阵。由于传感器连接到电脑上，这种配置允许读出图像被快速地读取，并且读出图像中包含的数据能够被自动提取。
该写入方法可以用于所有数据类型，尤其与镜片的标识和技术的、物流的、商业的、医学的或市场的信息相对应的数据。
更精确地，但不用于限制地，包含在全息图中的数据可以涉及佩戴者的个人资料(particulars)、处方者的个人资料、卖者的个人资料、所有对计算镜片光学表面有用的技术数据和所有与镜片的制造相关的数据，如用来制造镜片的材料的性质和制造日期。包含在全息图中的数据还可以涉及能接收镜片的框架的所有特征，以及所有对切割或修整镜片和将其安装到框架内有用的数据。还可能包含在全息图中的是与镜片佩戴条件有关的数据，如眼睛和镜片之间的距离，以及与镜片的使用条件有关的数据，如优先使用。此外，商业数据也可以包含在全息图中，如开处方和购买镜片的日期，以及镜片更换的适当日期。
可被包含在全息图中的数据密度可以特别高，而通过照亮全息图来读取数据不会变得更加困难。尤其是在面积为1平方毫米(1mm2)的全息图可包含冗余地写入的数千字节，以获得数据重构的足够保证。全息图因而可以通过占据非常小的镜片表面部分而被写到镜片上。在本发明中，全息图占据镜片表面部分的面积在15mm2和0.5mm2之间并包含15mm2和0.5mm2，更适宜地小于5mm2。
更适宜地，全息图在接近镜片的***边缘处被写到镜片上。在这种方法中，在镜片使用期间由全息图产生的妨碍减少了。当镜片是毛坯时，如眼科镜片毛坯，全息图可以写到镜片用于被修整掉的部分中。那么，毛坯标有标记，直到修整它的时刻，例如用于可追溯性(traceability)或物流的目的，但在镜片被使用时不产生妨碍。
根据本发明的另一具体实施例，包含在源图像中的数据是编码形式。尤其是源图像可以包含与数据相对应的条形码。因此，为了获得访问写在镜片上的数据的权限，可以引入了额外的机密度，尤其利用运算法则对在源图像中需要保密的数据进行编码或描述。
本发明还涉及一种光学镜片，尤其是一种眼科镜片，该镜片包括以全息图形式写入的数据。
这种镜片可以使用上述方法来生产，以将不同类型的数据写到其上。
附图说明
本发明的其他特征和优点将在下面参照附图对本发明非限制性实施例的描述中变得明显，其中：
-图1是根据本发明写入数据的方法的步骤框图；
-图2a和2b分别示出根据本发明在其上写有数据的眼科镜片毛坯；
-图3a-3c是根据本发明写在镜片上的全息图的放大图；
-图4示出根据本发明读出写入的数据的步骤；
-图5示出在本发明的一种改进方案中的一种具有写入的数据的镜片。
为了使附图清楚，所示部件的尺寸与实际尺寸不成比例。此外，不同附图中，相同标记表示相同部件或具有相同功能的部件。
具体实施方式
如图1，将数据写到光学镜片上的方法开始于构建包含数据的源图像(步骤10)。非常广泛的各种各样用于生成图像的方法都可使用，如摄影、印刷页的扫描等。更适宜地，通过计算生成源图像，如使用计算机。图像以光值表的形式记录，这些光值分配给源图像的各个像素。因此不需要源图像的物理介质，如纸张或展示台。包含在源图像中的数据可以是并列的字母数字字符、与将要读取的数据相对应的条形码，或者任何可视化描述数据的其他方法。
然后，通过计算机计算源图像的全息图(步骤20)。目前，各种程序可用于从源图像中生成全息图。这些程序的功能主要是对源图像进行傅立叶变换。获得的形式为数值矩阵的全息图通常称为计算机生成的全息图(computer-generated hologram)。获得的全息图的性质，即振幅全息图或相位全息图，以及全息图中的像素密度和分配给全息图中的每个像素的振幅或相位的可能级别的数量都取决于所使用的程序和/或其设立的参数。二元全息图尤其可以用这种方式来计算，为此分配给每个像素的振幅可以只有两种数值。这两种振幅值对于二元振幅全息图是0和1，对于二元相位全息图是-1和+1。
当通过计算机来计算全息图时，可考虑将在其上写入全息图的表面的曲率，以使在激光照亮下重构图像时读出图像的任何失真最小化。同样地，如果将全息图写到镜片上，可以考虑镜片在写入全息图的位置上的光功率，以符合特定的适当的读出图像重构条件。
于是，全息图被写到镜片上。这种写入操作可以用各种方法来执行，尤其是通过激光蚀刻。在这种情况下，激光束用与全息图的像素振幅值相对应的照射功率来扫描镜片表面部分的并列(juxtaposed)区域。取决于每个像素的照射功率，激光器将镜片表面的部分材料被研磨成粉或不研磨。用这种方法，全息图以***(ridges)和凹槽(grooves)的形式写到镜片上。可选地，镜片部分可用金属膜覆盖，根据与每个像素相关联的振幅值，该金属膜在通过激光的影响而被写入的全息图的像素的位置上被移除。
更适宜地，与全息图相对应的图案首先被写到模子中(步骤30)。对于二元全息图来说，可与全息图的每个像素相关的振幅值对应模子表面的两种不同高度，例如隔开1μm。
根据实施本发明的第一种方法，将全息图写到镜片上包括下列子步骤：
-生产模子，该模子可透过UV射线并具有与全息图相对应的***和凹槽的图案；
-用UV固化流体(UV-curable fluid)层覆盖镜片；
-将模子放到流体层上(步骤40)，使得流体渗透到各个***之间的凹槽中，并且同时使UV光束通过模子射到流体层上，以固化模塑流体；和
-将模子从镜片上移除。
这种写入方法是已知的，并且通常是指“UV压印成型”或“UV模塑成型”。用于模子的适合材料例如是硅氧烷型弹性体，如由Dow Corning销售的商标为Sylgard184的弹性体。
此外，弹性体模子尤其适于将图案写到伪球面上。
根据实施本发明的第二种方法，将全息图写到镜片上包括下列子步骤：
-生产模子，该模子具有与全息图相对应的***和凹槽的图案；
-用热固化流体层覆盖镜片；
-将模子放到流体层上(步骤40)，使得流体渗透到在各个***之间的凹槽中，并同时通过模子将流体层暴露于热源中，以固化模塑流体；和
-将模子从镜片上移除。
在本发明中，术语“伪球面”被理解为是指连续的凹面或凸面，也就是说，一个不包含孔或台阶的面。通常，光学镜片两个面中的至少一个面是伪球面，以使在由此导致的镜片厚度上的变化赋予它光功率。无焦点的、单焦点的、双焦点的、三焦点的或渐进眼科镜片都具有至少一个伪球面。球面相当于伪球面的一个特例，对于球面，表面沿两个垂直的方向的曲率半径相等。此后，“伪球面”的表述被理解为包括球面这个特例。
为将全息图写到伪球面的镜片表面上，固化流体层被放置到该表面上，以完全覆盖用于写入全息图的位置。模子必须是容易弯曲足以变形，使得当模子被放到固化流体层上时与镜片的伪球面相符合。
这种实施方式的一个缺点是写到镜片上的全息图是直接暴露在灰尘中，还可能由于镜片表面被意外刮擦而受损。如果在全息图上的灰尘或刮痕在读出图像中生产干涉，那么数据可能难以被读出。
根据实施本发明的第二种方法，将全息图写到镜片上包括下列子步骤：
-生产模子，该模子具有与全息图相对应的***和凹槽的图案(步骤30)；和
-将第一种折射镜片材料倒入模子中(步骤40)。
在这种情况下，具有全息图图案的模子用于直接形成镜片。因而它必须由刚性材料制造。通常，镜片的第一种折射材料是有机材料，如基于聚碳酸酯或聚乙烯的有机材料。
然后，用第二种折射材料涂覆具有全息图的镜片部分，所述第一和第二种折射材料具有不同的各自的折射率。第二种折射材料也可以是有机材料。因此，全息图在两种折射材料之间的界面写入镜片中。因此，可以不再由于镜片被意外刮擦而降低品质(degraded)。此外，对于这种构造的镜片，数据在读出图像中的易读性几乎不受镜片污物的影响。
图2a和2b分别示出眼科镜片毛坯1。如已知的，眼科镜片2通过修整毛坯1来获得。修整轮廓由图中的虚线指示。全息图3可以被写到修整轮廓之内(图2a)或者轮廓之外(图2b)。当镜片已经配入框架后写入数据不再具有任何重要性时，写在修整轮廓之外是适合的。这可以是例如用于物流或商业数据的情况。相反地，将医疗数据写到修整轮廓之内是有利的，使得这些数据永久地保留在镜片上。例如，因此可以对装配好的一副眼镜进行关于医疗处方的镜片一致性核查。
图3a示出了写在眼科镜片2上的部分二元全息图。全息图由400×400的近似方形像素矩阵组成，每个像素例如具有1μm的边。因而全息图的面积为0.4mm×0.4mm，该尺寸足够小，对于镜片佩戴者不会产生可感知的妨碍。在视觉上地，全息图3显示为小的扩散方形，其是略带白色的或具有稍微的反射现象。如果在这种情况下，每个像素对应于两个可能的级别之间的镜片表面的规定级别，全息图显示为***和凹槽的并列，***和凹槽分别用4和5表示。根据全息图的基本原理，图3a中***4和凹槽5可能呈竖直的布置说明了源图像具有在竖直方向上比在水平方向上更为增强的结构。在本实施例中，包含在源图像中的数据是以水平定向的条形码为形式。
图3b和3c是镜片2的截面图，这些镜片位于上述写入全息图3的第一和第二种方法的每一个方法中的全息图3的位置上。图3b对应UV压印成型写入方法，图3c对应在镜片的两种构成的折射材料之间的界面写入的全息图。在图3b中，标记6表示固化流体层，在图3c中，标记7和8表示制造镜片2的各自的第一和第二种折射材料。
图4示出数据读出步骤。用低功率激光笔100(可能包括准直镜，射出的光束例如是红色的)在全息图位置上照亮眼科镜片2。如已知的，在激光器100和全息图3之间的距离是不重要的。由激光器100输出的光束101通过全息图3产生衍射，使得光束在通过镜片2之后被分成为两个次级光束102和103。两个光束102和103的每一个在离开镜片一定距离处重构源图像，该距离可以例如是在20cm到50cm之间。重构的源图像然后通过在两个光束102或103中的一个光束的路径中放置一用作屏幕的物体104来显示。由于使用的光是通过激光器输出的，所以用作显示重构源图像的屏幕的物体可以是任何物体。重构的源图像的形状是方形或矩形，边长为几个厘米。因此，该重构的源图像可以容易地被几个人同时读取。该重构的源图像也可以有利地投射到图像传感器上，例如CCD或CMOS型的传感器，以允许图像的快速识别以及用计算机提取它所包含的数据来分析图像。在图4中，对应于两个光束102和103的每个光束的重构图像的标记分别105和106。它们被称为读出图像，并且每个读出图像代表最初包含在源图像中的条形码。图像105和106可以对应两个相反的衍射级，例如+1和-1，使得两个图像105和106彼此颠倒。如已知的，当全息图3的类型是相位全息图时，可以调整每个像素，使得由光束101通过全息图3衍射产生的两个读出图像的其中一个比另一个更亮。
在本发明的一个改进方案中，全息图写在镜片上的几处。如果由激光器100产生的光束101的横截面大小为1mm2数量级，几个写入的全息图可以同时被照亮。因此每个写入的全息图促成读出图像，使得它(它们)以这样的方式变得更亮，即基本上与同时照亮的写入的全息图的数量成比例的方式。有利地，多个写到镜片上的全息图3中的一些互相毗邻。因而改善了读出图像的对比度。可选地，每个写入的全息图3可以构成镜片上直接可读的图像的像素。图5和其放大的细节示出了这种改进。在这里的例子中，所有写在眼科镜片毛坯1的表面上的全息图3一起形成了毫米级的字母“a”。
根据本发明写入数据的方法因而具有如下可被提及或回想的很多优点：
-该方法与透明的光学镜片的要求相符合；
-该方法与眼科使用特有的美感要求相符合；
-写到镜片上的全息图图案可以容易地通过使用标准的计算方法来计算；
-几个可供选择的方法可用于将全息图写到镜片上，这些方法易于实施；
-写到镜片上的数据可以用简单的、快速的并且低廉的方式来读取；
-读取写入的数据不需要接触镜片的表面，使得在读取数据时刮擦镜片的风险减小了；
-该方法与写入的数据的保密性要求相符合，因为数据不能在镜片上直接读取；
-可被写到任一镜片上的数据量可以是相当多的，而这不会导致在使用镜片时的可被察觉的妨碍；和
-写到镜片上的数据可代替写在镜片的包装上的数据。因此，几个镜片各自的包装的倒置是不重要的——其可容易地被检测，并且如果必要的话，可被容易地校正。
最后，全息图可用这样一种方式写到镜片上，即读出图像以阳图或阴图的形式(positively or negatively)对应源图像，这取决于源图像中的光像素是否以亮像素或暗像素的形式在读出图像中被重构。

Claims (26)

1、一种方法，用于将数据写到光学镜片(1，2)上，该方法包括下列步骤：
a)记录包含数据的源图像；
b)通过计算生成所述源图像的全息图(3)；和
c)将全息图写到镜片上，所述全息图占据镜片表面部分的面积为15mm2到0.5mm2之间，并包括15mm2和0.5mm2。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镜片(1，2)是眼科镜片。
3、根据权利要求1和2中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述数据对应于镜片的标识，或对应于技术的、物流的、商业的、医疗的或市场的信息。
4、根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在接近镜片(1，2)的***边缘处写入全息图(3)。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述全息图(3)写在镜片(1，2)用于被修整掉的部分中。
6、根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述全息图(3)是二元全息图。
7、根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述全息图(3)写在镜片(1，2)上的几个位置上。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，每个写入的全息图(3)构成镜片(1，2)上直接可读的图像的像素。
9、根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，包含在源图像中的数据是编码形式。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述源图像包含与数据对应的条形码。
11、根据权利要求1-10中任一权利要求所述的方法，其特征在于，步骤c)包括下列子步骤：
-生产模子，该模子可透过UV射线，并具有与全息图(3)对应的***和凹槽的图案；
-用一UV固化流体层(6)覆盖镜片(1，2)；
-将模子应用到涂层(6)上使得流体渗透到各个***之间的凹槽中，并同时通过模子将UV光束直射到涂层上，以固化模制流体；和
-将模子从镜片上移除。
12、根据权利要求1-10中任一权利要求所述的方法，其特征在于，步骤c)包括下列子步骤：
-生产模子，该模子具有与全息图对应的***和凹槽的图案；
-用热固化流体层覆盖镜片；
-将模子放到该热固化流体层上(步骤40)，使得流体渗透到各个***之间的凹槽中，并同时通过模子将该热固化流体层暴露于热源中，以固化模塑流体；和
-将模子从镜片上移除。
13、根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述固化流体层(6)放置在镜片(1，2)的伪球面上，并且模子容易弯曲足以变形，使得在将所述模子放到固化流体层上时与镜片表面相符合。
14、根据权利要求1-10中任一权利要求所述的方法，其特征在于，步骤c)包括下列子步骤：
-生产模子，该模子具有与全息图(3)对应的***和凹槽的图案；和
-将第一种折射镜片材料(7)倒入模子中。
15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，镜片(1，2)具有全息图(3)的部分然后被第二种折射材料(8)涂覆，所述第一种折射材料(7)和第二种折射材料(8)具有不同的各自的折射率。
16、一种光学镜片(1，2)，其包括以全息图(3)形式写入的数据，所述全息图占据镜片表面部分的面积为15mm2到0.5mm2之间，并包括15mm2和0.5mm2。
17、根据权利要求16所述的镜片，其特征在于，该镜片设计成用作眼科镜片。
18、根据权利要求16和17中任一权利要求所述的镜片，其特征在于，所述全息图(3)被设计成当所述全息图通过激光器(100)照亮时形成包含数据的读出图像(105，106)。
19、根据权利要求16-18中任一权利要求所述的镜片，其特征在于，数据对应于镜片的标识，或对应于技术的、物流的、商业的、医疗的或市场的信息。
20、根据权利要求16-19中任一权利要求所述的镜片，其特征在于，在接近镜片(1，2)的***边缘处写入全息图(3)。
21、根据权利要求20所述的镜片，其特征在于，所述全息图(3)写在镜片(1，2)的用于被修整掉的部分中。
22、根据权利要求16-21中任一权利要求所述的镜片，其特征在于，所述全息图(3)是二元全息图。
23、根据权利要求16-22中任一权利要求所述的镜片，其特征在于，全息图(3)写在镜片(1，2)上的几个位置上。
24、根据权利要求23所述的镜片，其特征在于，每个写入的全息图(3)构成镜片(1，2)上直接可读的图像的像素。
25、根据权利要求16-24中任一权利要求所述的镜片，其特征在于，所述全息图(3)被设计成当所述全息图(3)被照亮时形成包含数据的读出图像(105，106)。
26、根据权利要求25所述的镜片，其特征在于，所述全息图(3)被设计成当所述全息图被照亮时形成与数据对应的条形码图像。
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