CN117445402A - 一种根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，包括以下步骤：先制作出镜片，然后用激光扫描来测出用户眼球的曲率中心，再测出镜片的光学中心使这两个中心相重合；确定好镜片的位置后测量边缘厚度，再利用3D打印，制作镜框。本发明的技术方案先做镜片然后用激光扫描来测出用户眼球的曲率中心，再测出镜片的光学中心使这两个中心相重合，确定好镜片的位置后测量边缘厚度，再利用3D打印，制作镜框，从而可以克服现有技术的缺陷。而且本发明利用软件计算眼部的高斯曲率，然后使眼部的曲率中心与镜片的光学中心前视对齐，这样可以有更好的用户体验。

Description

一种根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法

技术领域

本发明属于眼镜光学技术领域，涉及一种根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法。

背景技术

眼镜是以矫正视力或保护眼睛而制作的简单光学器件，由镜片和镜架组成。眼镜框架是将镜片固定在眼镜部位一定位置的工具。镜架的功能，除其为镜片配套构成眼镜戴在人的眼睛上起到支架作用外，它还具有美容、装饰性。框架的好坏不但影响视力矫正，还会影响人们的仪表。随着社会技术的飞速发展，眼镜镜框也是可穿戴设备的载体。随着人们文化、生活水平的不断提高，眼镜镜框的设计将越来越重要。

宁树林等以眼镜框为对象，利用激光扫描仪测出眼镜框曲面的若干数据，通过Surfacer逆向工程软件进行数据处理，然后输出到Pro/Engineer(Pro/E)进行3D造型并分模，形成模具型腔，最后转换到Mastercam编写程序，后处理后生成加工代码(“基于逆向工程的眼镜框模具设计与制造”，宁树林等，工程塑料应用，2006年)。

又如，中国专利文献公开号为CN107065220A的发明专利公开了一种镜框匹配优化的个性化自由曲面渐变镜设计方法，基于变分-差分的数学方法，引入眼镜镜框的轮廓函数，在镜框限定的镜片光学区域内优化镜片的像散，实现个性化的自由曲面渐变镜设计。该设计方法依据佩戴者的验光处方，结合其选择的镜框轮廓形状、佩戴习惯等个性需求，在变分-差分数值方法求解渐变镜自由曲面过程中构建个性化的优化评价函数，简化球镜度与像散权重函数的结构，在获得所需球镜度设计分布的同时，有效降低镜框区域内的像散。

然后，现有技术目前还未考虑到以下问题：在眼镜制作过程中，镜片和镜架都是批量生产的，用户在选定镜架和镜片之后，眼镜制作技师采用的是镜片匹配镜架的设计和制作方法，包裹镜片边缘的镜框都是均匀宽度，然而，镜片适配镜架光学中心后被切割出的形状其边缘宽度是非均匀的，这使得均匀宽度的镜架在包裹非均匀宽度的镜片时出现参差不齐的现象，尤其是近视度数较高的镜片，部分镜框边缘无法包住厚度较大的镜片，如图3所示，而在镜片较薄的区域，镜框厚度又会大于镜片边缘。以上现象会导致镜片边缘外露，影响眼镜寿命和日常使用。

另一方面，眼镜制作过程中，镜片适配镜架的方法会使得用户眼睛的光学中心和镜片的光学中心很难保证在一条线上，这种现象会使用户长期佩戴眼镜后会出现近视度数增加，从而降低佩戴者的用户体验。

发明内容

本发明的目的是提出一种根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，以解决背景技术中所描述的现有技术还存在的一些技术问题，

本发明的技术方案主要是提供一种根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，包括以下步骤：先制作出镜片，然后用激光扫描来测出用户眼球的曲率中心，再测出镜片的光学中心使这两个中心相重合；确定好镜片的位置后测量边缘厚度，再利用3D打印，制作镜框。现有技术的眼镜大多是先有镜框再拿镜片匹配镜框那么，这种方式会出现以下缺点，首先是镜框边缘包不住比较厚的镜片，其次是打磨不同形状的镜片时还会出现镜片的光学中心与瞳孔中心不在一条线上。而本发明的技术方案是先做镜片然后用激光扫描来测出用户眼球的曲率中心，再测出镜片的光学中心使这两个中心相重合，确定好镜片的位置后测量边缘厚度，再利用3D打印，制作镜框，从而可以克服现有技术的缺陷。

另一方面，本发明的技术方案还包括：利用软件计算眼部的高斯曲率，然后使眼部的曲率中心与镜片的光学中心前视对齐，这样可以有更好的用户体验。高斯曲率实际反映的是曲面的弯曲程度，因此在三维CAD软件中都把高斯曲率分析作为分析曲面造型中内部曲面质量和连接情况的主要依据。当曲面的高斯曲率变化比较大比较快的时候表明曲面内部变化比较大也就意味这曲面的光滑程度越低。

在一些实施例中，还包括以下步骤：首先获得用户的头部数据，再依据已有的用户的头部数据确定确定镜片大小，然后确定镜片位置，最后确定镜框尺寸。

其中，获得用户的头部数据包括：根据已有的镜片三维数据，摄影测量或者激光扫描获得所要安装镜片的三维模型，并且根据所获得的镜片三维模型测量并且计算左右镜片的光学中心，利用Rhino软件在已有的用户眼部三维模型上附着点，用点建立曲面，再利用grasshopper插件计算出高斯曲率并找出曲率中心。

在以上方案中，已有的镜片的三维数据一般包括以下一些方面的数据：

折射率：反映镜片对光线的折射能力，树脂镜片一般介于1.49～1.74之间，玻璃镜片一般在1.523～1.9之间。折射率的数值越大，镜片越薄，越美观。

曲率设计：分球面和非球面两种，非球面的成像质量更好，镜片也越薄。

阿贝数：又叫色散系数，反映镜片的色散情况，一般在30～58之间，数值越高说明镜片的色散越小，视物越舒适。

抗紫外线：反映镜片的抗UV能力，以阻挡紫外线的波长来表示，一般在350～400之间，数值越高说明镜片防紫外线的能力越强。

防辐射：通过在镜片表面度一层EMI金属离子膜达到防静电、屏蔽电磁波的功能。

比重：反映单位体积镜片的重量，树脂镜片一般在1.19～1.4之间，玻璃镜片在2.4～4.1之间，比重的数值越小，镜片的重量越轻。

而摄影测量或者激光扫描获得所要安装镜片的三维模型时一般通过如下方法步骤：

(1)摄影测量方法：准备所需设备和材料，包括相机、三脚架、控制器、计算机和相关软件。在相机上安装控制软件，并设置拍摄参数，如曝光时间、光圈大小、拍摄距离等。将镜片放置在三脚架上，并调整镜片的位置和角度，以便获得最佳的拍摄效果。使用控制器控制相机的拍摄，并记录每张照片的拍摄位置和角度。将拍摄的照片导入计算机，并使用相关软件进行图像处理和三维重建，从而获得镜片的三维模型。

(2)激光扫描方法：准备所需设备和材料，包括激光扫描仪、计算机和相关软件。将镜片放置在激光扫描仪的扫描平台上，并调整镜片的位置和角度，以便获得最佳的扫描效果。使用激光扫描仪对镜片进行扫描，并将扫描数据导入计算机。使用相关软件对扫描数据进行处理和三维重建，从而获得镜片的三维模型。

进一步的，根据所获得的镜片三维模型，可以按照以下步骤测量并且计算左右镜片的光学中心：

导入镜片三维模型：将获得的镜片三维模型导入到相应的测量软件或三维建模软件中。

定义参考平面：在镜片的三维模型中，选择一个适当的参考平面，通常为镜片的正面或背面，以便后续的计算和测量。

确定光学中心位置：在参考平面上，使用测量软件或三维建模软件的相应功能，确定左右镜片的光学中心位置。通常情况下，光学中心是镜片几何中心的点，可以通过软件自动计算或手动调整获得。

计算光学中心坐标：根据左右镜片的光学中心位置，计算出光学中心的坐标值。通常情况下，这些坐标值包括x、y和z轴上的值。

确认光学中心标记：在镜片三维模型中，将光学中心的标记以可见的方式呈现，以便后续的加工或配戴操作。

需要注意的是，不同的软件和设备可能具有不同的操作流程和参数设置方式，具体操作请参考相关软件和设备的使用说明书或专业指导手册。此外，为了确保测量和计算的准确性，需要在进行镜片配戴或加工之前，对镜片进行校准和调整，以确保其与实际需求的符合程度。

在一些实施例中，依据已有的用户的头部数据确定确定镜片大小是根据依据五个考虑因素从解剖学角度确定镜片的大小；所述五个考虑因素为：脸型和鼻梁宽度、眉骨和镜架的距离、视野需求、脸部比例和颞骨位置。

作为进一步的优选方案，确定镜片位置包括以下5个步骤：

1)利用自动中心仪测出镜片的光学中心。首先将自动中心仪放置在稳定的平面上，调整好仪器的高度和角度。将镜片放置在自动中心仪的镜片平台上，确保镜片放置平稳，没有晃动。调整镜片的位置和角度，使镜片的几何中心与自动中心仪的测量中心重合。打开自动中心仪的电源，调整测量参数，如测量范围、分辨率等。移动镜片在自动中心仪的镜片平台上，使自动中心仪能够测量镜片的几何中心位置。等待自动中心仪完成测量，记录测量结果。根据测量结果，可以计算出镜片的光学中心位置。

2)利用测瞳仪测量左右眼瞳距；调整测瞳仪的目镜，使其紧贴在用户双眼前，让用户双眼盯住测瞳仪中的注视点。从观察窗中通过调整测瞳仪上的旋钮，使用户双眼角膜上的反光点均位于瞳孔中央，此时读出旋钮上的数值就是瞳距。

3)使第1)步中确定的左右镜片光学中心的距离与第2)步中确定的左右眼瞳距数值相符，并且将左右镜片光学中心与瞳孔中心点进行前视对齐；根据瞳距数值选择合适的镜片，确保镜片的光学中心距离与瞳距数值相符。将镜片放置在镜片盒或镜片夹上，确保镜片的正面朝上，并且光学中心位置与瞳孔中心点对齐。让用户正视前方，调整镜片的位置和角度，使左右镜片的光学中心与瞳孔中心点前视对齐。让用户闭上眼睛，通过观察窗观察用户的眼睑和眼球位置，确认左右镜片的光学中心与瞳孔中心点对齐。使用镜片固定装置将左右镜片固定在适当的位置，确保镜片不会移动或脱落。

4)前视对齐之后根据用户的眼球突出情况，利用倾斜角测量尺确定镜片的倾斜角度；首先准备倾斜角测量尺、镜片测量仪等工具，以及合适的镜片。使用眼球突出度测量仪或其它相关仪器，测量用户的眼球突出度。根据眼球突出度和镜片类型，计算出镜片的厚度。将倾斜角测量尺放置在镜片上，一端紧贴眼睑，另一端紧贴眼球。然后读取倾斜角测量尺上的角度值，这个值就是镜片的倾斜角度。根据测量结果，调整镜片的位置和角度，使其与用户的眼球突出情况相匹配。让用户佩戴调整好的眼镜，确认镜片的位置和角度是否合适。如果不合适，可以再次进行调整。

5)提取确定好位置的镜片里外面的内侧边缘线，并将边缘线等距偏移1-2mm。使用图像处理软件，如Photoshop、GIMP等，将镜片图像导入软件中，然后使用边缘检测工具或线条提取工具，提取出镜片的边缘线。将提取出的边缘线分割成两部分，即里外的内侧边缘线。可以使用图像处理软件中的切割工具或剪切工具来完成分割。在提取出的边缘线上选择一个点，作为边缘线的起始点。然后，在图像处理软件中使用复制粘贴工具，将起始点复制并粘贴到新的位置。接着，使用线条调整工具或变换工具，将粘贴的起始点与原来的起始点连接，形成一条新的边缘线。这样就完成了边缘线的等距偏移。将分割后的里外的内侧边缘线合并成一个整体图像。可以使用图像处理软件中的合并图层或拼合图像工具来完成合并。将提取和偏移后的边缘线保存为图像文件或矢量图形文件，以备后续使用。

而确定镜框尺寸包括两个步骤：

1)根据镜片边缘厚度来确定镜框的厚度，确保镜框可以包裹镜框；使用测量工具，如卡尺等，测量镜片的边缘厚度。可以分别测量镜片的正面和反面的边缘厚度，取平均值。根据镜片边缘厚度和镜框的形状、大小等因素，选择合适的镜框材质。通常来说，金属材质的镜框比较薄，适合较薄的镜片，而塑料材质的镜框则比较厚，适合较厚的镜片。根据镜片边缘厚度和所选的镜框材质，确定镜框的厚度。一般来说，镜框的厚度应该略大于镜片的边缘厚度，以确保镜框可以完全包裹住镜片。根据确定好的镜框厚度和形状、大小等因素，选择购买或定制镜框。如果选择定制镜框，需要将测量好的镜片边缘厚度和相关数据提供给制作方。在制作好的镜框上安装镜片，检查镜框的包裹效果。如果镜框能够完全包裹住镜片并且没有松动或晃动的情况，则说明确定好的镜框厚度是合适的。

2)以用户耳朵距离鼻底的尺寸确定镜腿的长度。使用测量工具，如软尺或卡尺等，测量用户的耳朵距离鼻底的尺寸。根据测量得到的尺寸，选择合适的镜腿长度。一般来说，镜腿长度应该适中，不宜过长或过短。将选择的镜腿长度与用户耳朵距离鼻底的尺寸进行比较，确认镜腿长度是否合适。如果镜腿长度过长或过短，需要进行调整或重新选择。

在一些实施例中，根据所获得的镜片三维模型测量并且计算左右镜片的光学中心时拟合扫描所得的眼球前表面曲面，从而使得佩戴者眼球瞳孔中心需要和镜片光学中心对齐，眼球轴位也应和镜片柱镜轴位相同。

其中，拟合扫描所得的眼球前表面曲面，从而使得佩戴者眼球瞳孔中心需要和镜片光学中心对齐，眼球轴位也应和镜片柱镜轴位相同。需要保证精度的测量镜片的光学中心和散光方向。对于特殊的镜片，如双光镜片、多焦点镜片、棱镜等，需要获得全镜片屈光度分布情况，来决定和眼球瞳孔的对应位置，在此称为地形图。该地形图应0.25mm为步长以不同色彩来显示，为镜片加工提供直观显示。

与现有技术相比，本发明的技术方案不仅解决了现有技术中镜片边缘外露的技术问题，而且利用软件计算眼部的高斯曲率，然后使眼部的曲率中心与镜片的光学中心前视对齐，这样可以提高用户的体验感。

附图说明

图1为本发明实施例1中的工艺流程图；

图2为本发明实施例1中利用激光扫描得出用户的头部数据示意图；

图3为现有的镜框并不能包裹镜片不受伤害示意图；

图4为本发明实施例1中镜片的三维模型示意图；

图5为本发明实施例1中给用户眼部附点，再建曲面，曲面的曲率与用户眼部曲率一致示意图；

图6为本发明实施例1中计算曲面的高斯曲率示意图；

图7为本发明实施例1中确定曲率中心示意图；

图8为本发明实施例1中曲率中心在用户眼部的位置示意图；

图9为本发明实施例1中镜片的光学中心示意图；

图10为本发明实施例1中用解剖学确定镜架的尺寸示意图；

图11为本发明实施例1中镜片匹配镜框成品示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况下来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

实施例1：

如图1所示，本实施例的实施步骤如下：

第一步：通过三维扫描或者任何方法获得用户的头部数据；利用激光扫描得出用户的头部数据示意图如图2所示。其主要步骤如下：

1、已有的镜片三维数据；

2、摄影测量或者激光扫描获得所要安装镜片的三维模型，并且根据所获得的镜片三维模型测量并且计算左右镜片的光学中心；镜片的三维模型示意图如图4所示；

3、利用Rhino软件在已有的用户眼部三维模型上附着点，用点建立曲面；给用户眼部附点，再建曲面，曲面的曲率与用户眼部曲率一致示意图如图5所示。

4、再利用grasshopper插件计算出高斯曲率并找出曲率中心；计算曲面的高斯曲率示意图如图6所示。确定曲率中心示意图如图7所示。曲率中心在用户眼部的位置示意图如图8所示。

第二步：依据第一步中已有的用户的头部数据确定确定镜片大小；

根据解剖学确定镜片的大小共有五个考虑因素：

(1)脸型和鼻梁宽度：不同人的脸型和鼻梁宽度各不相同。镜架的宽度和鼻托的设计应适应个体的脸部结构，以确保镜片位于正确的位置，不会滑落或挤压脸部。

(2)眉骨和镜架的距离：镜片的上沿应与佩戴者的眉骨之间保持适当的距离，以确保镜片不会与眉毛接触，影响佩戴舒适性和视线。

(3)视野需求：不同的活动和用途需要不同的视野。例如，驾驶需要广阔的前视和侧视，阅读眼镜可能需要更小的镜片。根据用户的活动和需求来确定镜片大小。

(4)脸部比例：不同人的脸部比例各不相同，包括脸部高度和宽度。镜片的大小应根据佩戴者的脸部比例来确定，以确保镜片覆盖视野的正确部分。

(5)颞骨位置：颞骨的位置对镜架的稳定性和镜片的定位至关重要。镜片的尺寸和形状应考虑颞骨的位置，以确保眼镜的稳定佩戴。

第三步：确定镜片位置的方法如下：

(1)利用自动中心仪测出镜片的光学中心；如图9所示；

(2)利用测瞳仪测量左右眼瞳距；

(3)使第一步中确定的左右镜片光学中心的距离与第二部中确定的左右眼瞳距数值相符，并且将左右镜片光学中心与瞳孔中心点进行前视对齐；如图10所示；

(4)前视对齐之后根据用户的眼球突出情况，利用倾斜角测量尺确定镜片的倾斜角度，最佳倾斜范围在(8°～15°)；

(5)提取确定好位置的镜片里外面的内侧边缘线，并将边缘线等距偏移1-2mm；

第四步：确定镜框尺寸的方法如下：

(1)根据镜片边缘厚度来确定镜框的厚度，确保镜框可以包裹镜框。

(2)以用户耳朵距离鼻底的尺寸确定镜腿的长度。

最终成品如图11所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，其特征在于，包括以下步骤：先制作出镜片，然后用激光扫描来测出用户眼球的曲率中心，再测出镜片的光学中心使这两个中心相重合；确定好镜片的位置后测量边缘厚度，再利用3D打印，制作镜框。

2.根据权利要求1所述的根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，其特征在于，还包括：利用软件计算眼部的高斯曲率，然后使眼部的曲率中心与镜片的光学中心前视对齐。

3.根据权利要求1所述的根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先获得用户的头部数据，再依据已有的用户的头部数据确定确定镜片大小，然后确定镜片位置，最后确定镜框尺寸。

4.根据权利要求3所述的根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，其特征在于，所述获得用户的头部数据包括：根据已有的镜片三维数据，摄影测量或者激光扫描获得所要安装镜片的三维模型，并且根据所获得的镜片三维模型测量并且计算左右镜片的光学中心，利用Rhino软件在已有的用户眼部三维模型上附着点，用点建立曲面，再利用grasshopper插件计算出高斯曲率并找出曲率中心。

5.根据权利要求3所述的根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，其特征在于，所述依据已有的用户的头部数据确定确定镜片大小是根据依据五个考虑因素从解剖学角度确定镜片的大小；所述五个考虑因素为：脸型和鼻梁宽度、眉骨和镜架的距离、视野需求、脸部比例和颞骨位置。

6.根据权利要求3所述的根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，其特征在于，所述确定镜片位置包括以下5个步骤：

1)利用自动中心仪测出镜片的光学中心；

2)利用测瞳仪测量左右眼瞳距；

3)使第1)步中确定的左右镜片光学中心的距离与第2)步中确定的左右眼瞳距数值相符，并且将左右镜片光学中心与瞳孔中心点进行前视对齐；

4)前视对齐之后根据用户的眼球突出情况，利用倾斜角测量尺确定镜片的倾斜角度；

5)提取确定好位置的镜片里外面的内侧边缘线，并将边缘线等距偏移。

7.根据权利要求3所述的根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，其特征在于，确定镜框尺寸包括两个步骤：

1)根据镜片边缘厚度来确定镜框的厚度，确保镜框可以包裹镜框；

2)以用户耳朵距离鼻底的尺寸确定镜腿的长度。

8.根据权利要求4所述的根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，其特征在于，所述根据所获得的镜片三维模型测量并且计算左右镜片的光学中心时拟合扫描所得的眼球前表面曲面，从而使得佩戴者眼球瞳孔中心需要和镜片光学中心对齐，眼球轴位也应和镜片柱镜轴位相同。

9.根据权利要求6所述的根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，其特征在于，步骤5)中将边缘线等距偏移的数值为1-2mm。

10.根据权利要求4-7中任意一项所述的根据球面镜和非球面镜高斯曲率制作眼镜镜框的方法，其特征在于，对于包括双光镜片、多焦点镜片、棱镜在内的特殊镜片，先获得全镜片屈光度分布情况，来决定和眼球瞳孔的对应位置，构建地形图，该地形图按照0.25mm为步长以不同色彩来显示，为镜片加工提供直观显示。