CN102792211A - 设计眼科渐进镜片的方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于眼科渐进镜片的设计方法，包括提供初始前表面和初始后表面。镜片的前表面和后表面各自的加光度数值是使用表面推导工具基于所述初始前表面和后表面来改变的。选择这些表面的加光度数值，使得镜片呈现与佩戴者的处方相匹配的加光度数值和与目标数值相匹配的设计特征数值。所述目标数值可用于定制眼科的渐进镜片。该方法不需要点到点的表面优化。

Description

设计眼科渐进镜片的方法

本发明涉及一种设计眼科渐进镜片的方法。

众所周知，可通过分别在镜片的两个表面上提供两个渐进表面来设计眼科渐进镜片。尤其是，使用镜片各个表面的渐进表面有可能减少该镜片中不需要的散光总量。为此，可基于两个表面分别产生的不需要的散光量的位置和方向来适当地选择两个渐进表面。

在本发明的阐述中，渐进镜片表面通常是指在其整个表面的视远光心和视近光心之间呈现球面变化的连续表面。然后，加光度数值是视远光心和视近光心之间的球面数值的差值。对于实际渐进表面，加光度为正；而对于回归表面，则加光度为负。在本说明书中，术语“渐进表面”既用于表示实际渐进表面也用于表示回归表面；加光度数值在第一种情况中为正而在第二种情况中为负。

要定义分别作为眼科镜片的前表面和后表面的两个渐进表面是一项困难的工作。这可以通过点到点的计算顺序和结合计算优值函数的数值来优化各个表面得以实施。但是，这种计算方法很难实现。它需要操作员的计算技巧、使用复杂的计算装置和计算时间。然而，即使在生产镜片的研究室或零售商的工作室中也往往不能获得这类资源。因此，就不可能通过实现眼科镜片的两个表面都为渐进表面(分别处于镜片的两个表面)，来为眼科渐进镜片的佩戴者提供有可能的舒适改善。

更准确地说，表面优化是一种迭代计算的过程，其涉及固定特征的目标数值、至少一个测试表面、使用测试表面来计算固定特征数值的顺序、用于修正测试表面和优值函数的算法。优值函数能够计算测试表面的特征数值和目标数值之间的差值，通过每次迭代修正测试表面来逐渐地减小该差值。这种优化过程的结果是新的表面对应于优值函数的最小数值。尽管这种方法称之为表面优化，但最常见的实施方法是采用光学特征来实现的。这种光学特征可以是用于改变穿过镜片的视线方向的屈光度和不需要的散光度的数值，或其它由屈光度和不需要的散光度的数值所引申出的光学特征。无论如何，镜片优化方法是再次实施针对测试镜片的二维调整，从而不会改变该方法的复杂度。为此，这种镜片优化通常也称之为表面优化。

表面优化不同于表面推导，在US6,955,433中特别描述后了一种方法。表面推导方法主要包括根据表面所提供的球面和柱面数值的分布来计算表面坐标。这种计算是二维的双重集成方法。从理论上来说，由球面和柱面数值来实施的第一集成步骤得出表面的斜率数值，以及由斜率数值来实施的第二集成步骤得出表面的凹陷数值。从实践上来说，两个集成步骤可以结合成一个计算步骤。

因此，由初始表面推导出最终表面包括三个步骤：

/i/计算初始表面的球面和柱面的分布；然后，

/ii/转换球面和柱面的分布；然后，

/iii/由转换后的球面和柱面的分布来实施二维的双重集成方法，从而获得最终表面。

在已知的方法中，这种表面推导方法可以由步骤/ii/中所使用的球面和柱面的分布的任意转换类型来实施。尤其是，可以引申出下述变换：

-应用于初始表面凹陷数值的一个或两个基准坐标的任意缩放操作；

-应用于初始表面的球面和柱面的任意线性变换，包括恒定球面数值的加光度数值，也称之为基值修正；

-初始表面的球面和柱面数值的任意有限区域修正，包括视近光心附近有限区域内的球面数值的变化，以及产生加光度数值的修正；以及，

-至少两个初始表面的各自球面和柱面的分布的任意组合，从而形成球面和柱面的分布，该分布被确定在最终表面上。

因此，本发明的第一目的是更容易地为佩戴者提供镜片两表面都为渐进表面的眼科镜片。尤其是，第一目的包括提供不需要实施繁琐的计算就能设计具有两个渐进表面的镜片的方法。

本发明的第二目的包括设计渐进镜片，以便能调整与眼科处方的参数相关的镜片的设计参数。

为此，本发明提供一种设计眼科渐进镜片的方法，该方法包括下列步骤：

/1/为眼镜佩戴者提供镜片处方，其包括远视屈光度、散光矫正以及加光度各自的处方数值；

/2/提供所要制造的镜片的至少一个光学设计特征的目标数值；

/3/提供至少一个初始镜片的前表面，其带有初始第一加光度数值和与光学设计特征相关的表面设计特征的第一数值；

/4/提供至少一个初始镜片的后表面，其带有初始第二加光度数值和表面设计特征的第二数值，当所提供的初始前表面和初始后表面带有通过表面推导所得到的同一加光度数值时，则表面设计特征的第一数值和第二数值互不相同；

/5/计算机仿真镜片，其使用：

-最终前表面，其由初始前表面，通过将初始第一加光度数值改变为最终前表面的最终第一加光度数值而获得；

-最终后表面，其由初始后表面，通过将初始第二加光度数值改变为最终后表面的最终第二加光度数值而获得；以及，

-透明介质，其位于最终前表面和后表面之间。

最终前表面和最终后表面中的至少一个表面还包括球面或复曲面，以便于经过计算机仿真的镜片呈现出远视屈光度和散光矫正的处方数值。

根据本发明，选择最终第一和第二加光度数值，使得镜片大致地呈现出处方的加光度数值以及光学设计特征的目标数值。于是，光学设计特征就能更加接近于通过将镜片总的加光度分配成由镜片前表面所产生的第一加光度的贡献部分和由镜片后表面所产生的第二加光度的贡献部分所获得的目标数值。只有当光学设计特征与目标数值相匹配时，总的加光度数值才能与处方的加光度数值相匹配。

本发明仅使用了在镜片两个表面之间的镜片总的加光度的可变分布，并且没有实施任何点到点的表面优化。因此，本发明既容易实施也不涉及耗费时间的计算。尤其是，本发明可以直接根据佩戴者制造镜片的要求来实施。

更具体地说，本发明方法只需要提供分别为镜片前表面和后表面的两个初始表面，以及由初始表面通过改变初始表面的加光度数值推导出最终表面的装置。这种适用于改变表面的加光度数值而不需要实施任何点到点的表面优化的表面推导工具是众所周知的并且是当前可以获得的。它不需要大容量的计算装置，并且可以被镜片零售商或实验室技术人员为每个佩戴者所使用。

可选择的是，最终前表面或者最终后表面中的任意一个表面或者两个表面可以由初始前表面或初始后表面，通过进一步将初始前表面或初始后表面各自的初始基础曲线数值分别改变成最终前表面或最终后表面各自的最终基础曲线数值而推导得到。这种基础曲线数值的改变可以使用表面推导工具来完成，类似于用于实施改变前表面和后表面的表面加光度数值的表面推导工具。

由本发明所调节的光学设计特征可以是涉及屈光度和散光分布的任意特征，它可以选自下列内容：与镜片的远视视力方向相关的近视视力方向的横向偏移量，称之为内移(inset)数值；镜片的近视视野宽度、镜片的远视视野宽度、镜片的中间视野宽度，其中所述视野宽度用对于固定视线高度的屈光度变量、散光变量或不需要的散光变量来表述；镜片总的渐进长度、由增加至处方的加光度数值的屈光度的固定比例所定义的镜片部分渐进长度、固定视线方向的屈光度数值、固定视线方向的散光数值或不需要的散光数值、固定视线方向的屈光度的梯度数值、固定视线方向的散光或不需要的散光的梯度数值，其中所述梯度数值可能涉及属于镜片子午线的点，遍及整个镜片或限定在镜片子午线一侧的镜片部分的不需要的散光的最大数值、遍及整个镜片或限定在镜片子午线一侧的镜片部分的屈光度或散光或不需要的散光的最大梯度数值、沿着镜片子午线的屈光度的最大梯度数值、或者上述特征中的两项或多项的组合。基本上，远视屈光度、散光和加光度的数值都不包括在光学设计特征中，因为它们属于佩戴者的处方。换句话说，光学设计特征可以是佩戴者处方所不包括的任意镜片特征，但是它可以在对应同一佩戴者处方的两个镜片之间改变。另外，因为最初提供给镜片零售商或实验室工作人员的是初始前表面和初始后表面，所以本发明方法会自动实现与初始表面相关的多个设计特征之间的平衡。

在本发明的优选实施例中，光学设计特征的目标数值可以籍助于对镜片佩戴者所实施的测量来确定。尤其是，目标数值可以通过对佩戴者在改变视线方向时所执行的头部和眼球移动的测量来获得。因此，本发明有可能通过分配两个眼科镜片表面之间的镜片加光度数值来为佩戴者提供满足客户光学要求的客户化镜片。

本发明方法的步骤/5/可以使用不同的实施例来完成。例如，在镜片的前表面和后表面之间加光度数值的分配可以通过优化直接获得，使得镜片呈现接近于目标数值的光学设计的数值。这种优化方法只需要通过分别改变前表面和后表面各自的加光度数值或者通过改变在前表面和后表面之间镜片总的加光度的分配比率来实现，但它不涉及对镜片表面的采样阵列所执行的点到点的表面优化。

其它实施例可以包括首先用所有分配给前表面和后表面中一个表面的处方的加光度，分别计算两个参考镜片的光学设计特征的数值。然后，可以根据这些参考镜片来插值计算最终前表面和最终后表面的最终加光度数值。

还有其它实施例可以起始于将光学设计特征转换成分别与前表面和后表面相关的表面设计特征。因此，光学设计特征的目标数值转换成对应于表面设计特征的转化目标数值。然后，可以基于转化目标数值以及分别对应于初始前表面和后表面的表面设计特征的第一和第二数值，插值计算处方的加光度数值的最终分布。

根据本发明方法可由下列附加步骤完成：

/6/根据在步骤/5/中经过计算机仿真的镜片来加工镜片。

可以理解的是，作为眼镜的一般概念，优化数值或计算数值都可接近于目标数值或处方数值，但是它们在与眼科应用的某些兼容方面不同于后者。尤其是，使用本发明所设计的镜片总的加光度数值接近于处方数值，然而它与后者的差值可小于0.25屈光度。相同的原理也可应用于最终镜片的光学设计特征的数值。可以理解的是，与包括初始前表面和初始后表面的初始镜片相比的最终镜片，本发明能减少实际数值与处方和目标数值之间的差值。

当使用半成型的镜片来加工最终镜片时，最终第一和第二加光度数值中的至少一个数值可以根据本发明来选择，以便于最终的前表面或后表面对应于可用的半成型镜片。

本发明的其它实例和优点将通过参考附图的多个实例的详细描述而变得更加清晰，附图包括：

-图1a和图1b分别是本发明所适用的镜片的剖视图和透视图；

-图2是根据本发明方法的大致框图；

-图3和图4分别是能实施本发明的两个替代实施例的框图；

-图5a和图5b分别是最终镜片前表面和最终镜片后表面的柱面图，图5c是为获得第一目标内移数值所设计的最终镜片的对应散光图；

-图5d至图5f分别对应图5a至图5c以获得第二目标内移数值；

-图6a和图6b分别是最终镜片前表面和最终镜片后表面的球面图，图6c是为获得第一目标渐进长度所设计的最终镜片的屈光度图；

-图6d至图6f分别对应图6a至图6c以获得第二目标渐进长度；

-图7a至图7d分别是四个初始镜片前表面的柱面图，图7e至图7h分别是四个初始镜片后表面的柱面图，以及图7i至图7m分别是根据本发明镜片采用渐进变化设计平衡所设计的五个最终镜片的散光图。

出于清楚的目的，图1a和图1b不是按实际尺寸或实际尺寸比例来绘制的。另外，在不同附图中所使用的同一参考符号表示具有相同功能的相同元件。

参考图1a和1b，镜片100包括限于前表面S₁和后表面S₂之间的一部分透明材料。当前表面S₁和后表面S₂组装在眼镜镜架中并适合于佩戴者面部时，则前表面S₁和后表面S₂被称为与镜片100的使用位置相关联。在佩戴者佩戴镜片100的这种状态中，R表示在镜片后的眼球(未标注)的旋转中心。因此，对应于眼球转动位置的任何视线方向都以旋转中心R为取向。通常，对于眼科镜片来说，配镜十字FC表示在前表面S₁上，将镜片100安装到眼镜镜架中，使得当佩戴者的头部处于主要位置时，以D₀所表示的主要水平视线方向与表面S₁相交于FC。一般来说，旋转中心R处于后表面S₂后沿着主要水平方向D₀的25.5mm(毫米)处。基于镜片100的使用位置，所提供的视线方向D具有两个角度坐标α和β。角度坐标α是在包括方向D的垂直平面内从包括主要水平视线方向D₀的参考水平面进行测量的。另一个角度坐标β是在参考水平面内，在包括方向D₀的参考垂直平面和包括视线方向D的垂直平面之间进行测量的。另外，当视线方向D分别指向参考水平面下方或上方时，α被指定为分别具有正的数值或负的数值。当视线方向D指向或背向佩戴者的鼻子时，β值的符号分别为正的或负的。这里未引用的以及涉及眼科镜片100组装在适合于佩戴者脸上使用位置的所有参数都是众所周知的，并且所有这些参数数值都列于眼科标准中。

当镜片100是渐进加光度类型的镜片时，D_FV和D_NV分别表示远视视线方向和近视视线方向，远视视线方向D_FV专门为佩戴者看位于远离他的目标。近视视线方向D_NV专门为佩戴者看位于近距离的目标，例如以便于看位于该佩戴者前方桌上的书。典型的，近视视线距离为40cm(厘米)，而远视视线距离则长于2m(米)。视线方向D_FV和D_NV分别与前表面S₁上的点FV和点NV相交，这两点是渐进镜片的控制点，必须检查这两点上眼科镜片的屈光度。远视视线方向D_FV包含于参考垂直面，该参考垂直面同样也包含主要水平视线方向D₀。但是，近视视线方向D_NV相对于参考垂直平面向佩戴者鼻子方向有角度的偏移。D_NV的β数值用i表示，称之为内移(inset)。

前表面S₁上画有子午线ML，其包含点FV、点FC和点NV，自上而下地排列在镜片100上。于是，该子午线ML便在配镜十字FC的下方朝佩戴者的鼻子方向偏移，与始终是正的内移数值i相一致。

渐进长度p是配镜十字FC和视近光心NV之间的距离，投影于属于FC和FV的垂直线上。

在眼镜通常已知的现有方法中，渐进镜片的屈光度分布和不需要的散光分布都可以在各自的分布图中显示，称之为屈光度图和散光图。角度坐标α和β用作于这些光学图的轴。

同样，在眼镜通常已知的现有方法中，镜片表面的曲率参数可以在称之为球面图和柱面图的两个表面图中显示。这些表面图的轴坐标是相切于镜片表面的平面中的直线距离，点接触于表面中心O。表面中心O对应于镜片100的棱镜参考点，以PRP表示。对于本说明书所包含的实例而言，表面中心O位于配镜十字FC以下4mm处。距离坐标以x和y表示，分别以平行和垂直参考水平面从表面中心O进行测量。对于渐进镜片来说，前表面和后表面中的至少一个表面是复曲面，即该表面的曲率数值是在该表面上的不同点与点之间连续变化的。球面数值是在表面同一点上沿着两个相互正交的方向且在接触点与表面相切的两个曲率的平均值。柱面数值是这两个曲率之间的绝对差值。实际上，当n表示构成透镜的透明材料的折射率时，平均曲率和曲率差值分别针对前表面或后表面乘以n-1或1-n，以便获得该表面的球面数值和柱面数值。球面数值和柱面数值的数学公式可参考例如US6,595,638或FR2,871,247。

在下列的实例中，视远光心FV处于配镜十字FC上方，即沿着y坐标方向约4mm处。在这部分实例中，视近光心NV处于配镜十字FC下方约18mm处。

于是，很显然，镜片100的光学设计特征与表面S₁和表面S₂所对应的表面设计特征相关。尤其是，在视线方向D上的2度角偏移大致相当于表面S₁和表面S₂上的1mm的偏移。

现在参考图2中的各个标号，根据本发明的方法，首先提供下列初始数据：

1：眼镜佩戴者的处方，包括处方的远视视力屈光度、处方的散光数值和处方的加光度数值；

2：光学设计特征的目标数值(见图3和图4)，关于本说明书后续所讨论的针对三个不同的光学设计特征的发明实例；

3：初始前表面，带有前表面加光度数值和表面设计特征的初始数值，分别表示为初始第一加光度数值和初始第一数值；以及，

4：初始后表面，带有后表面加光度数值和表面设计特征的初始数值，分别表示为初始第二加光度数值和初始第二数值。

另外，还可基于镜片100的基础曲线数值10来选择其它一些初始数据。众所周知，基础曲线数值就是前表面S₁在视远光心FV的曲率。但是，这种基础曲线数值实际是由远视视线方向的屈光度的处方数值所决定的。

初始前表面和后表面可以从计算机可读媒介所存储的数据文件中读取，且实施本发明方法的操作者都可有效获得。比如，各表面可以分别记录为与x和y距离坐标一致的采样点相关联的凹陷数值。

操作人员还具有标记为5的表面推导工具，适用于修正初始表面，从而改变下列一个或多个表面参数：在远视视线方向D_FV与该表面相交处的球面数值、在同一点上的柱面数值以及初始表面的加光度数值。这种表面推导工具在眼镜领域中是众所周知的并且在文件US6,955,433中被作为实例进行描述。这种表面推导工具5可由计算机实施并且由初始表面通过修改上述表面参数中的一个参数来获得最终表面。当定义了前表面和后表面以及当使用表面推导工具时，所处理的表面可以带有负的加光度数值，对应于回归表面。

然后，表面推导工具5的操作首先从初始前表面3和初始后表面4的各个表面开始，以便于分别获得最终前表面和最终后表面。这可以通过多步工艺来完成。

首先，通过实施表面推导工具5来改变初始前表面3，以获得所需要的基础曲线数值10。因此所获得的新的初始前表面以3a表示。

其次，通过实施表面推导工具5来改变初始后表面4，以便当初始后表面与初始前表面3a光学结合并进一步与中间的透明介质11相结合时，能够获得屈光度和散光矫正的处方数值。因此所获得的新的初始后表面以4a表示。

但是，也可以选择使用其它适用于初始前表面和后表面的曲率来产生屈光度和散光矫正的处方数值的规则。

由中间的透明介质11、初始前表面3a和初始后表面4a所构成的镜片，称之为初始镜片。这产生了符合佩戴者处方的远视视线方向D_FV的屈光度和散光矫正。

然后，从初始镜片开始，将镜片前表面和后表面各自的加光度数值用作为由表面推导工具5所实施的改变参数。改变前表面和后表面的加光度数值，使得镜片大致产生处方的加光度数值和光学设计特征的目标数值。更具体地说，处方的加光度数值分布在前表面和后表面之间，分布比率会调整光学设计特征的数值。于是，恰当地选择加光度数值的分布比率有利于设计出大致呈现光学设计特征的目标数值的镜片。

本发明的必要条件是当初始前和后表面带有通过表面推导而带有相同的加光度数值时，初始前和后表面的第一和第二表面设计特征互不相同。这就确保了镜片的光学设计特征的数值真正作为加光度数值的分布比率的函数而变化。

现在讨论另外三种用于适当选择最终第一和第二加光度数值或者加光度数值分布比率的可选择的方法。

经过计算机仿真的镜片，也表示为最终镜片，是由称之为最终前表面3b、称之为最终后表面4b和透明介质11所构成的。最常见的是，透明介质11是均质的且带有一致的折射率数值的特征，例如1.56。最终前表面3b是由初始前表面3a使用表面推导工具5所获得的，使得最终前表面带有最终第一加光度数值。相似的，最终后表面4b是由初始后表面4a再次使用表面推导工具5所获得的，使得最终后表面带有最终第二加光度数值。最终加光度的分布比率：Radd_final＝A_1final/A_presc，其中A_1final是最终前表面3b的最终第一加光度数值以及A_presc是佩戴者处方的加光度数值。同样，处方的加光度数值可近似为镜片前表面和后表面的加光度数值的差值：A_presc≈A_1final-A_2final，其中A_2final表示最终后表面4b的最终第二加光度数值。在处方的加光度数值的公式中，减号是由于后表面球面数值中的1-n乘法因子。镜片加光度和最终第一和第二加光度数值的实际联系只能通过诸如光线追迹的光学计算方法来获得。

根据第一种方法，最终第一加光度数值A_1final和最终第二加光度数值A_2final是通过使用优化方法选择的，使得最终镜片大致呈现出处方的加光度数值A_presc和光学设计特征的目标数值。这种优化方法使用分别为镜片前表面和后表面的第一和第二加光度数值作为优化参数。在现有技术中，使用优值函数，单调变化处方的加光度数值和镜片加光度数值之间的差值以及目标数值和光学设计特征的镜片数值之间的差值。使用标准的光学计量工具就能计算出加光度数值和镜片的光学设计特征数值。这种优化方法不同于点到点的表面优化，只要通过调整相应的加光度数值以一个整体来变化，但是该表面的各点不是单独调整的。因此，第一种方法所使用的优化方法简单且能快速实施，还不需要复杂的计算装置。

第二种和第三种方法不实施任何优化，但是各自都包括最终第一加光度数值A_1final和最终第二加光度数值A_2final的直接计算。可选择的是，通过使用表面推导工具，这些数值中的一个或两个可以进一步改变，从而获得处方的加光度数值和光学设计特征的目标数值有更佳匹配的最终镜片。

第二种方法包括通过两个参考镜片的光学设计特征的各个数值来计算最终加光度数值的分布比率。该方法包括下列子步骤：

/5-1a/计算机仿真第一参考镜片，其使用：

-第一前表面，其由初始前表面3a，通过将初始第一加光度数值改变至处方的加光度数值而获得；

-第一后表面，其由初始后表面4a，通过将初始第二加光度数值改变至零加光度数值而获得；以及，

-透明介质11位于第一前表面和第一后表面之间；

/5-2a/将第一前表面和第一后表面中至少一个表面与球面或复曲面相结合，使得经过计算机仿真的第一参考镜片呈现远视屈光度和散光矫正的处方数值，以及计算第一参考镜片的光学设计特征的第一参考数值；

/5-3a/计算机仿真第二个参考镜片，其使用：

-第二前表面，其由初始前表面3a，通过将初始第一加光度数值改变至零加光度数值而获得；

-第二后表面，其由初始后表面4a，通过将初始第二加光度数值改变至处方的加光度数值的相反数而获得；以及，

-透明的介质11位于第二前表面和第二后表面之间；

/5-4a/将第二前表面和第二后表面中至少一个表面与球面或复曲面相结合，使得经过计算机仿真的第二参考镜片呈现远视屈光度和散光矫正的处方数值，以及计算第二参考镜片的光学设计特征的第二参考数值；

/5-5a/基于第一和第二参考镜片，将光学设计特征变量的虚拟线性关系确定为前表面和后表面的总的加光度数值的分布比率的函数；

/5-6a/通过将目标数值输入到子步骤/5-5a/中的虚拟线性关系中，来计算在最终前表面3b和最终后表面4b之间的处方的加光度数值的分布比率；以及，

/5-7a/通过子步骤/5-6a/中获得的分布比率和处方的加光度数值来计算最终第一和第二加光度数值。

图3使用各自标示作为参考标记来说明这些子步骤。

在子步骤/5-5a/中确定并在子步骤/5-6a/中实施的虚拟线性关系可以是：

${\mathrm{Radd}}_{\mathrm{final}}=\frac{{\mathrm{OD}}_{2\mathrm{ref}}-{\mathrm{OD}}_{t\arg \mathrm{et}}}{{\mathrm{OD}}_{2\mathrm{ref}}-{\mathrm{OD}}_{1\mathrm{ref}}}---\left(1\right)$

其中OD_target是光学设计特征的目标数值，以及OD_1ref与OD_2ref分别是子步骤/5-2a/中计算得到的第一参考数值和子步骤/5-4a/中计算得到的第二参考数值。因此，一旦获得加光度数值的分布比率，就可由加光度公式计算出最终第一和第二加光度数值：

A_1final＝Radd_final×A_presc和A_2final＝(Radd_final-1)×A_presc     (2)

第三种方法包括由两个参考镜片的表面设计特征来计算最终加光度数值的分布比率。为此，首先将光学设计特征的目标数值转化成对应于光学设计特征的表面设计特征的转化目标数值。合适的表面设计特征的选择需基于眼镜的常识。尤其是，实施角度坐标数值的光学设计特征和具有与角度坐标数值成比例的距离坐标数值的表面设计特征相关。基于镜片100的标准使用情况，以毫米为单位的距离坐标数值约为以度为单位的角度坐标数值的一半。同样的，镜片表面对以度为单位的镜片屈光度的贡献大致等于在该表面上光束入射位置上的球面数值。同样的，镜片表面对镜片散光数值的贡献等于该表面同一位置上的柱面数值。

第三种方法包括下列子步骤：

/5-1b/将光学设计特征的目标数值转化为表面设计特征的转化目标数值；

/5-2b/基于初始前表面3和初始后表面4，将表面设计特征变量的虚拟线性关系确定为前表面和后表面的总的加光度数值的分布比率的函数；

/5-3b/通过将转化目标数值输入至子步骤/5-2b/的虚拟线性关系中，来计算在最终前表面和最终后表面之间的处方的加光度数值的分布比率；以及，

/5-4b/由子步骤/5-3b/所获得的分布比率和处方的加光度数值来计算最终第一和第二加光度数值。

图4使用各自标示作为参考标记来说明这些子步骤。

在子步骤/5-2b/中确定并在子步骤/5-3b/中实施的虚拟线性关系可以是：

${\mathrm{Radd}}_{\mathrm{final}}=\frac{{\mathrm{SD}}_2-{\mathrm{SD}}_{t\arg \mathrm{et}}}{{\mathrm{SD}}_2-{\mathrm{SD}}_1}---\left(3\right)$

其中SD_target是表面设计特征的转化目标数值，以及SD₁和SD₂分别是初始前表面3和初始后表面4的表面设计特征的第一数值和第二数值。那么，最终的第一和第二加光度数值可以再次使用公式(2)来计算。

图2所示的步骤6是按照最终前表面3b和最终后表面4b来加工镜片100。它可以使用已知的数字化加工方法来实施。

图5a至5c说明了本发明的第一实施例，适用于为处方的加光度数值等于2.50屈光度的佩戴者产生内移数值i的所需数值。图5a是针对最终前表面3b所绘制的柱面图，该最终前表面带有等于1.25屈光度的最终第一加光度数值和等于零的第一内移数值。图5b是针对最终后表面4b所绘制的另一柱面图，该最终后表面带有等于-1.25屈光度的最终第二加光度数值和等于5mm(毫米)的第二内移数值。镜片内移i的目标数值是5°(度)，其相当于沿着x轴2.5mm的转化目标数值。于是，公式(3)导致Radd_final＝0.50。如果处方的加光度数值A_presc等于2.50度，那么根据图5a和5b，最终前表面和最终后表面将分别带有1.25度的加光度数值和-1.25度的加光度数值。然后，图5c是设计具有约为5°内移数值的最终镜片的散光图。

图5d至5f说明了选择内移的第二实例。处方的加光度数值也是2.50屈光度以及当前的目标内移数值是8.2°，其相当于沿着x轴4.1mm。同样，从内移数值为零的初始前表面3a和内移数值为5mm的初始后表面4a开始，当前加光度数值的分布比率是Radd_final＝0.18，相当于最终第一和第二加光度数值分别等于0.45屈光度和-2.05屈光度。然后，图5d是最终前表面3b的柱面图，其由图5a使用表面推导工具所获得，带有0.45屈光度的第一加光度数值。图5e是最终后表面4b的柱面图，其由图5b所获得，带有-2.05屈光度的第二加光度数值。然后，图5f是内移数值约为8.2°的最终镜片的散光图。

图6a至6c说明本发明适用于选择渐进长度p的第二实施例。初始前表面3a的第一渐进长度为14mm，初始后表面4a的第二渐进长度为18mm，以及镜片渐进长度的目标数值为32°，其相当于转化目标数值为16mm。于是，公式(3)导致Radd_final＝0.50。前表面和后表面因此将带有相同的最终加光度数值。如果处方的加光度数值为2.50屈光度，则最终第一和第二加光度数值分别为1.25屈光度和-1.25屈光度。图6a和图6b分别是最终前表面3b和最终后表面4b的球面图，以及图6c是所设计的最终镜片的屈光度图。

假定当前镜片渐进长度p的目标数值为34.6°，且处方的加光度数值也为2.50屈光度。该渐进长度的目标数值相当于17.3mm的转化目标数值。于是，公式(3)导致Radd_final＝0.18。因此，最终前表面3b带有的最终第一加光度数值为0.45屈光度(图6d)和最终后表面4b带有的最终第二加光度数值为-2.05屈光度(图6e)。图6f显示出最终镜片的屈光度图。

本发明的第三实施例涉及基于分别用于描述佩戴者双眼和头部运动系数的数值来调整视野宽度。这些运动是采用已知的方法在要求佩戴者改变他的视线方向时对佩戴者进行测量所得到的。图7a至图7d是为四个可相互推导获得的前表面所绘制的柱面图。它们的第一加光度数值分别为0.75屈光度(图7a)、1.25屈光度(图7b)、1.75屈光度(图7c)和2.50屈光度(图7d)。这些前表面都是硬性设计类型，可具有大的远视视野、各边高的梯度以及不需要柱面的最大高值。相似的，图7e至7h为四个可相互推导获得的后表面所绘制的柱面图。它们各自的第二加光度数值分别为-0.75屈光度(图7e)、-1.25屈光度(图7f)、-1.75屈光度(图7g)和-2.50屈光度(图7h)。这些后表面是软性设计类型，其具有在各边上的低梯度以及低级别的不需要的最大柱面。然后，图7i至7m是五个最终镜片的散光图，都对应于2.50度的处方的加光度数值。下列表1分别显示出这些镜片的前表面和后表面，以度为单位的对应表面的加光度数值：

表1

比较图7i和图7m时，人们可以发现最终镜片的硬性设计特点得到逐步增强。因此，这些镜片可为佩戴者提供更大的眼球运动范围。

通常，用于本发明的光学设计特征要比采用单一数值的简单特征复杂得多，例如内移i，渐进长度p，通道宽度等等。它可以包括多种特征之间的权衡，该权衡是根据本发明由前表面和后表面各自的加光度数值来确定的。

Claims (10)

1.设计眼科渐进镜片(100)的方法，包括下列步骤：

/1/为眼镜佩戴者提供眼科处方，包括远视屈光度、散光矫正以及加光度各自的处方数值；

/2/为将要加工的镜片的至少一个光学设计特征提供目标数值；

/3/提供至少一个初始镜片的前表面，其带有初始第一加光度数值和与所述光学设计特征相关的表面设计特征的第一数值；

/4/提供至少一个初始镜片的后表面，其带有初始第二加光度数值和所述表面设计特征的第二数值，当所述初始前表面和所述初始后表面通过表面推导而带有同一加光度数值时，则所述表面设计特征的第一数值和第二数值互不相同；

/5/计算机仿真镜片，其使用：

-最终前表面(S₁)，其由初始前表面，通过将初始第一加光度数值改变为所述最终前表面的最终第一加光度数值而获得；

-最终后表面(S₂)，其由初始后表面，通过将初始第二加光度数值改变为所述最终后表面的最终第二加光度数值而获得；以及，

-透明介质(11)，其位于最终前表面和最终后表面之间；

所述最终前表面和最终后表面中的至少一个表面还包括球面或复曲面，使得经过计算机仿真的镜片呈现远视屈光度和散光矫正的处方数值，以及，

所选择的最终第一和第二加光度数值，使得镜片大致呈现处方的加光度数值和所述光学设计特征的目标数值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最终第一和第二加光度数值是通过使用优化方法来选择的，所述优化方法包括调整作为优化参数来使用的所述最终第一和第二加光度数值，使得镜片大致呈现处方的加光度数值和所述光学设计特征的目标数值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最终第一和第二加光度数值是通过完成下列子步骤选择的：

/5-1a/计算机仿真第一参考镜片，其使用：

-第一前表面，其由初始前表面，通过将初始第一加光度数值改变至处方的加光度数值而获得；

-第一后表面，其由初始后表面，通过将初始第二加光度改变至零加光度数值而获得；以及，

-透明介质，其位于第一前表面和第一后表面之间；

/5-2a/将所述第一前表面和所述第一后表面中的至少一个表面与球面或复曲面相结合，使得经过计算机仿真的第一参考镜片呈现远视屈光度和散光矫正的处方数值，以及计算第一参考镜片的光学设计特征的第一参考数值；

/5-3a/计算机仿真第二参考镜片，其使用：

-第二前表面，其由初始前表面，通过将初始第一加光度数值改变至零加光度数值而获得；

-第二后表面，其由初始后表面，通过将初始第二加光度数值改变至处方的加光度数值的相反数而获得；以及，

-透明介质，其位于第二前表面和第二后表面之间；

/5-4a/将第二前表面和所述第二后表面中的至少一个表面与球面或复曲面相结合，使得经过计算机仿真的第二参考镜片呈现远视屈光度和散光矫正的处方数值，以及计算第二参考镜片的光学设计特征的第二参考数值；

/5-5a/基于第一和第二参考镜片，将光学设计特征变量的虚拟线性关系确定为前表面和后表面的总的加光度数值的分布比率的函数；

/5-6a/通过将目标数值输入子步骤/5-5a/中的虚拟线性关系中，来计算在前表面和后表面之间的处方的加光度数值的分布比率；以及，

/5-7a/由子步骤/5-6a/所获得的分布比率和处方的加光度数值来计算最终第一和第二加光度数值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最终第一和第二加光度数值是通过实施下列子步骤来选择的：

/5-1b/将光学设计特征的目标数值转化为表面设计特征的转化目标数值；

/5-2b/基于初始前表面和初始后表面，将表面设计特征变量的虚拟线性关系确定为前表面和后表面的总的加光度数值的分布比率的函数；

/5-3b/通过将转化目标数值输入至步骤/5-2b/中的虚拟线性关系中，来计算在最终前表面和最终后表面之间的处方的加光度数值的分布比率；以及，

/5-4b/由步骤/5-3b/所获得的分布比率和处方的加光度数值来计算最终第一和第二加光度数值。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述初始镜片的前表面和后表面是从计算机可读媒介所存储的数据文件中读取的。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述最终前表面(S₁)由初始前表面，通过进一步将所述初始前表面的初始第一基础曲线数值转化为所述最终前表面的最终第一基础曲线数值而获得；

或者，所述最终后表面(S₂)由初始后表面，通过进一步将所述后表面的初始第二基础曲线数值转化为所述最终后表面的最终第二基础曲线数值而获得；

或者，上述两种情况同时存在。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，还包括下列步骤：

/6/根据步骤/5/中的经过计算机仿真镜片来加工镜片(100)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，选择所述最终第一和第二加光度数值中的至少一个数值，使得所对应的最终前表面(S₁)或后表面(S₂)属于可用的半成型镜片。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述光学设计特征选自下列内容：

镜片(1)相对于远视视线方向(D_FV)的近视视线方向(D_NV)的横向偏移(i)、镜片的近视视野宽度、镜片的远视视野宽度、镜片的中间视野宽度，其中所述视野宽度用术语固定视线高度的屈光度变量、散光变量或者不需要的散光变量来表达，镜片的总的渐进长度、由增加至处方的加光度数值的屈光度的固定比例所定义的镜片部分渐进长度、固定视线方向的屈光度数值、固定视线方向的散光数值或不需要的散光数值、固定视线方向的屈光度梯度数值、固定视线方向的散光或不需要的散光的梯度数值，其中所述梯度数值可能涉及属于镜片子午线的点，遍及整个镜片或限定在镜片子午线一侧的镜片部分中的不需要的散光的最大数值、遍及整个镜片或限定在镜片子午线一侧的镜片部分中的屈光度或散光或不需要的散光的最大梯度数值、沿着镜片子午线的屈光度的最大梯度数值、或者上述特征中的两项或多项的组合。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述光学设计特征的目标数值籍助于对眼镜佩戴者所实施的测量来确定。

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