CN103246083A - 一种渐进多焦点眼用镜片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种渐进多焦点眼用镜片及其制备方法。所述镜片的视远区向上约120°张角范围内光焦度恒定，其偏差小于0.25屈光度，且该区域中心宽度至少32mm。视近区像散小于0.25屈光区域中心宽度至少10mm。光焦度恒定区域与像散小于0.25屈光度的区域基本重合。本发明利用数值方法解拉普拉斯方程得到轮廓线分布，以该轮廓线与子午线上光焦度分布相互配合设计得到待加工镜片的表面矢高数据。所提供的镜片在视野范围内，能有效提高佩戴者观察物体的清晰度和舒适度。

Description

一种渐进多焦点眼用镜片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有大视远区和视近区的渐进多焦点眼用镜片的设计及其制备方法，所设计的镜片可通过自由曲面研磨方法制造渐进镜片，也可同时制造渐进镜片模具和批量模具热熔成型渐进镜片。

背景技术

渐进多焦点眼用镜片能同时满足视远与视近的需求，又避免了双光镜等视远与视近转换时视觉断裂等缺陷，因此渐进多焦点眼用镜片的应用日渐广泛。参见附图1，渐进多焦点眼用镜片表面分为1视远区，2渐变通道（或称中间过渡区），3视近区和4像散区。视远区位于渐进多焦点眼用镜片上半部分的宽阔区域，用于观察远物，在人眼处于放松平视状态下矫正视远能力，提供清晰、宽阔的视野，范围较大；视近区位于视远参考圈中心下方约10～18mm，用于观察近物，视觉清晰范围较小；渐变通道为连接视远区到视近区的过渡区域，用于观察中等距离物体，也是渐进镜片区别于双光镜的主要特征区域，一般较窄。视远区、视近区和渐变通道统称为有效视觉区；其它区域为像散区，因其像散较大，一般不能被用于观察。图1中A为视远区参考点，B为视近区参考点，具体位置因渐进镜片使用类型、设计方法、校正老视程度、人眼瞳距和用眼习惯等的不同而有相应的差异。当前渐进多焦点眼用镜片面临的问题之一是视远区和视近区的清晰视觉范围（像散小于0.25屈光度的区域）不够大，将影响镜片佩戴者的视野范围，在观察较大范围的物体时不得不频繁移动头部，影响镜片佩戴者的舒适度。视近区观察物体的清晰区域小，则会影响镜片佩戴者视近时的清晰度。

为了克服上述镜片的局限，渐进多焦点镜片的设计者们尝试了很多的设计方法，试图增加视远区的开阔程度和视近区的清晰视觉范围。法国埃塞罗国际公司申请的中国发明专利（CN 1262452A）和澳大利亚索拉国际控股有限公司申请的中国发明专利（CN1155335A）所公开的渐进多焦点镜片，规定了镜片的有效视觉区内像散的值小于或等于0.50屈光度，但没有规定像散小于0.25屈光度的视远区清晰视觉范围中心区域的宽度，也没有规定视近区清晰视觉范围内中心的宽度。英国克劳斯鲍光学有限公司申请的中国发明专利（CN101174032A）提供一种镜片，其视远区限定恒定光焦度的区域的轮廓为一个长轴与短轴之比约在 1.1到3.1范围内的椭圆,没有说明恒定光焦度区域椭圆的大小，也没有说明视近区清晰视觉范围的大小。公开号为CN102043258的中国发明专利也只是通过优化方法增大了视远区和视近区的清晰视觉范围，并没有提出清晰视觉范围的大小。

发明内容

本发明的目的是提供一种视远区和视近区都达到一定宽度的渐进多焦点眼用镜片及其制备方法，以提高镜片佩戴者视近时的清晰度和舒适度。

实现本发明发明目的的技术方案是提供一种渐进多焦点眼用镜片，包括视远区，视近区和渐变通道。所述镜片具有大视远和视近区，视远区清晰视觉范围内中心区域宽度大于等于32mm，视近区清晰视觉范围的内中心区域宽度大于等于10mm，视远区光焦度恒定区域的向上张角大于120°；所述的清晰视觉范围为像散小于0.25屈光度的区域，所述光焦度恒定区域为光焦度偏差小于0.25屈光度的区域。

一种如上所述的渐进多焦点眼用镜片的制备方法，包括如下步骤：

1、构建拉普拉斯方程，以与镜片圆周相切的正方形为边界，采用数值方法求解拉普拉斯方程得到函数                                                

； 

所述的边界条件为直线型，其侧边的边界条件为如下的直线方程，其顶边和底边的边界条件为它们分别与两侧边连接的直线：

  ，                                   

其中，

为镜片的纵向坐标；为视远区参考点到镜片几何中心的距离；

为调节系数，

；

为调节系数，

；

或者，所述的边界条件为曲线型，其侧边、顶边和底边的边界条件均为多项式函数： 

  ，

其中，为镜片的纵向坐标； T为多项式项数的调节系数，T为≥5的整数；

为多项式系数的调节系数，

的数量级为

，其余

的系数

的数量级

；

2、以函数

为镜片的轮廓线分布，依据镜片子午线上曲率半径分布

，得到镜片上每一点的曲率半径

和对应的曲率中心位置，构建一系列球面，所述球面的包络面即为渐进多焦点眼镜片的表面，再经计算得到渐进多焦点眼镜片的表面矢高；

3、以步骤2得到的镜片的表面矢高数据加工镜片，得到一种渐进多焦点眼用镜片。

在本发明中，步骤3所述的加工镜片的方法，具体为：

（1）以得到的镜片的表面矢高数据，采用热熔成型或自由曲面研磨方法加工，得到内表面渐进镜片或外表面渐进镜片；（2）以得到的镜片的表面矢高数据加工玻璃模具或金属模具，再用于加工镜片。

本发明的原理是：

1、根据中国发明专利CN101661167A公开的技术方案，镜片上坐标为：y轴正方向水平向右，x轴正方向竖直向下，z轴正方向垂直于纸面指向读者。所述的长度单位皆为mm。A为镜片上视远参考点，B为镜片上视近参考点，A点到B点的连线沿着x轴向下，称之为子午线，长度为h。

视远参考点A处的曲率半径为，光焦度为

，

。视近参考点B处的曲率半径为

，光焦度为

， 

。设子午线MM′上各点曲率半径的变化函数为

，其曲率随u的变化有关系由式（1）表示：

                

                （1）；

其中，L为A到镜片中心点O之间的距离，m为A点

处第一个非零导数的最低阶数，l为上式在B点

处第一个非零导数的最低阶数，h为在子午线上点A到点B的垂直距离。由子午线设计时需满足的准则:在视远区参考点A和视近区参考点B两处曲率变化缓慢,即出现第一个非零的高阶导数的阶数要高，即

变化曲线须光滑。又要求在A处,在B处，可得方程组式（2）：

                       （2）；

解该方程组得出系数

,从而得出沿渐进多焦点眼用镜片子午线光焦度变化曲线式（3）:

              （3）。

2、通过镜片渐进表面任意点（x，y），总存在一个圆柱面和子午线相交，交点x坐标值为u，并且沿着柱面与坐标面xoy的交线的值恒等于u，设此函数为镜片的轮廓线分布如式（4）所示：

                                              （4）；

因为镜片表面的曲率半径是u的函数，因此u必须平滑渐变。u平滑渐变的判据是其偏导数

之模的平均值为最小，或狄利克雷积分式（5）

                            （5）

的值最小。由欧拉-拉格朗日变分知识，当函数

满足式(6)的拉普拉斯方程：

                            (6)

时，（5）式取最小值。

3、拉普拉斯方程正方形四周边界条件分两个侧边、顶边（靠近视远区）和底边(靠近视近区)。四周边界条件的形式可以有两种：一种为直线边界条件，其侧边为有一定斜率的直线如式（7）：

                                       （7）；

其中，

为镜片的纵向坐标，为直线的斜率， 

是视近区参考点A到镜片几何中心的距离，

为比例系数。在顶部和底部用直线连接两个侧边。K的取值范围为

，q的取值范围为

，通过调整侧边直线的斜率k和比例系数

，以优化镜片的光学性能。

另一种为多项式边界条件，经过调整多项式系数和高次项数以优化镜片的光学性质。多项式为式（8）：

              （8）；

其中，

为镜片的纵向坐标，

为可调节系数，

为可调节的多项式项数。系数的数量级为，随着高次数t的增大，

的数量级依次减小。

4、根据中国发明专利CN101661167A公开的技术方案，计算出镜片上每一点对应的曲率中心

:

                              （9）

其中

。

5、每一个曲率中心对应一个球面，这一系列球面的包络面就是渐进多焦点眼镜片的表面，按式（10）计算镜片的矢高：

           （10）。

将计算得到的镜片的矢高输入数控铣磨机床，在树脂或玻璃镜片的内表面或者外表面上直接进行渐进表面的加工，然后用数控机床抛光后制成内渐进镜片或外渐进镜片。计算得到的矢高数据也可用于加工成凸型或凹型的陶瓷成型器，通过热熔成型制成内表面渐进镜片或外表面渐进镜片。计算得到的矢高数据也可通过自由曲面研磨方法加工成玻璃模具或金属模具，用于制造内表面渐进镜片或外表面渐进镜片。

与现有技术相比，本发明提供的渐进多焦点眼用镜片的优点是：视远区向上约120°张角范围内光焦度恒定，其偏差小于0.25屈光度，保证了视远区的视觉稳定性。视远区清晰视觉范围（像散小于0.25屈光度）中心区域宽度至少32mm。视近区清晰视觉范围（像散小于0.25屈光度）内中心区域宽度至少10mm。视远区和视近区的光焦度恒定区域与其视觉清晰范围大小基本相等，位置基本重合。

附图说明

图1为渐进多焦点眼用镜片的不同区域示意图；镜片区域划分为：1、视远区；2、渐变通道（中间过渡区）；3、视近区；4、像散区；

图2为本发明实施例1中渐进多焦点眼用镜片子午线光焦度变化图；

图3为本发明实施例1中用数值方法解u的侧边边界条件图；

图4为本发明实施例1用数值方法解出的u的等值线图；

图5为本发明实施例1中渐进多焦点眼用镜片光焦度分布三维网图； 

图6为本发明实施例1中渐进多焦点眼用镜片的光焦度等值线图；

图7为本发明实施例1中渐进多焦点眼用镜片的像散等值线图； 

图8为本发明实施例2中顶边（视远区一侧）、底边（视近区一侧）和侧边处的边界条件曲线图；

图9为本发明实施例2用数值方法解出的u的等值线图； 

图10为本发明实施例2中渐进多焦点眼用镜片光焦度分布三维网图；

图11为本发明实施例2中渐进多焦点眼用镜片的光焦度等值线图；

图12为本发明实施例2中渐进多焦点眼用镜片的像散等值线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明技术方案作进一步描述。

实施例1：

在本实施例中，待加工镜片的镜片半径R=36mm，视远区光焦度为4屈光度，视近区光焦度为6屈光度，镜片光焦度加光量为2屈光度。预定镜片h=36 mm，A到镜片中心点O之间的距离L=18mm。镜片材料折射率为1.523。

依据本发明上述的原理，镜片的设计步骤如下：

1、解方程组式（2）

得，

，

，

，

，，其余各项为零。

根据式（3）得到渐进多焦点眼用镜片的子午线光焦度为式（11）：

            （11）。

参见附图2，它是根据式（3）得到的渐进多焦点眼用镜片的子午线光焦度分布图；x轴的单位为mm，光焦度单位为屈光度（m^-1）。

2、u在子午线两侧宽度为的范围内与子午线上x的值相等。

u正方形四周边界条件形式为直线边界条件，两侧边为有一定斜率的直线，如式（7）：

；

其中，为镜片的纵向坐标，

为直线的斜率， 

是视近区参考点A到镜片几何中心的距离，

为比例系数。在顶部和底部用直线连接两个侧边。在本实施例中，如图3所示，图中横坐标为镜片的纵向坐标，纵坐标的值为u。顶部和底部用直线连接两个侧边。通过调整侧边直线的斜率k和比例系数

，以优化镜片的光学性能。

根据以上边界条件，通过用数值方法解拉普拉斯方程，得到u在正方形边界与A、B连线区域之间平滑过渡值。u的等值线如图4所示。在镜片上视远区参考点A和视近区参考点B附近u值保持恒定，而且A、B之间u值均匀分布。

3、利用解出u的值根据（1）式计算出镜片各点的曲率半径分布。

4、根据式（9），计算出镜片各点的的曲率中心分布

。

5、根据式（10）计算得到渐进多焦点眼用镜片的矢高。

参见附图5和附图6，它们分别为本实施例中设计渐进多焦点眼用镜片的光焦度三维网图和等值线图；视远区向上约120°张角范围内光焦度恒定（偏差小于0.25屈光度），保证了视远区的视觉稳定性；同时视近区在边长为18mm的近似等边三角形范围内光焦度保持恒定（在目标光焦度6屈光度附近，偏差小于0.25屈光度），有利于渐进多焦点镜片佩戴者观察近处较大范围的物体。

参见附图7，它为本实施例中设计的渐进多焦点眼用镜片的像散等值线图。视远区向上约100°张角范围内像散小于0.25屈光度，该区域中心宽度为38mm，且与视远区光焦度恒定区域大小基本相等，位置基本重合，保证了渐进多焦点镜片佩戴者视远物时大范围内视觉清晰。视近区像散小于0.25屈光度的区域呈边长为22mm的近似等边三角形，中心区域宽度为12mm，且与镜片上视近区光焦度恒定区域大小基本相等，位置基本重合。渐变通道上像散小于0.25屈光度的区域贯通视远区和视近区。镜片上最大像散位于镜片边缘，该最大像散不会影响镜片佩戴者的视觉感受。

实施例2

在本实施例中，镜片参数和设计步骤与实施例1相同。步骤2的四周边界条件形式为取曲线边界条件，采用公式（8）

形式表达，其中，为镜片的纵向坐标，

为可调节系数，

为可调节的多项式项数。在本实施例中，两侧边对称用5次多项式表示，顶边为6次多项式，底边为10次多项式。系数

的数量级为

，其余的系数

的数量级

。

参见附图8，它为本实施例中u分别在顶边（视远区一侧）、底边（视近区一侧）和侧边处的边界曲线图。

根据本实施例提供的边界条件，通过用数值方法解拉普拉斯方程，得到u在正方形边界与A、B连线区域之间平滑过渡值。u的等值线如图9所示。从图中可也看出：在镜片上视远区参考点A和视近区参考点B附近u值保持恒定，并且在视远区u值恒定区域较大，而且A、B之间u值均匀分布。

参见附图10和附图11，分别为本实施例中设计渐进多焦点眼用镜片的光焦度三维网图和等值线图；视远区向上约120°张角范围内光焦度恒定（偏差小于0.25屈光度），保证了视远区的视觉稳定性；从视近区一直到镜片底部形成一个顶角约30°的三角形，其内光焦度保持在目标光焦度6D附近（偏差小于0.25D），有利于渐进多焦点镜片佩戴者观察近处较大范围的物体。

参见附图12，它为本实施例中设计的渐进多焦点眼用镜片的像散等值线图。视远区向上约110°张角范围内像散小于0.25屈光度，该区域中心宽度为32mm，且与视远区光焦度恒定区域大小基本相等，位置基本重合，保证了渐进多焦点镜片佩戴者视远物时大范围内视觉清晰。视近区清晰视觉范围（像散小于0.25D）呈近似三角形，该三角形顶角角度至少30度且底部延伸到镜片下方边缘，中心区域宽度为10mm，且与镜片上视近区光焦度恒定区域大小基本相等，位置基本重合。渐变通道上像散小于0.25屈光度的区域贯通视远区和视近区。镜片上最大像散位于镜片边缘，该最大像散不会影响镜片佩戴者的视觉感受。

Claims (4)

1.一种渐进多焦点眼用镜片，包括视远区，视近区和渐变通道，其特征在于：它具有大视远和视近区，视远区清晰视觉范围内中心区域宽度大于等于32mm，视近区清晰视觉范围的内中心区域宽度大于等于10mm，视远区光焦度恒定区域的向上张角大于120°；所述的清晰视觉范围为像散小于0.25屈光度的区域，所述光焦度恒定区域为光焦度偏差小于0.25屈光度的区域。

2.一种如权利要求1所述的渐进多焦点眼用镜片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）构建拉普拉斯方程，以与镜片圆周相切的正方形为边界，采用数值方法求解拉普拉斯方程得到函数                                                

； 

边界条件为直线型，其侧边的边界条件为如下的直线方程，其顶边和底边的边界条件为它们分别与两侧边连接的直线：

，                                   

其中，

为镜片的纵向坐标；

为视远区参考点到镜片几何中心的距离；为调节系数，

；

为调节系数，

；

或者，边界条件为曲线型，其侧边、顶边和底边的边界条件均为多项式函数： 

，  

其中，为镜片的纵向坐标； T为多项式项数的调节系数，T为≥5的整数；

为多项式系数的调节系数，

的数量级为

，其余

的系数

的数量级

；

（2）以函数

为镜片的轮廓线分布，依据镜片子午线上曲率半径分布

，得到镜片上每一点的曲率半径

和对应的曲率中心位置，构建一系列球面，所述球面的包络面即为渐进多焦点眼镜片的表面，再经计算得到渐进多焦点眼镜片的表面矢高；

（3）以步骤（2）得到的镜片的表面矢高数据加工镜片，得到一种渐进多焦点眼用镜片。

3.根据权利要求2所述的一种渐进多焦点眼用镜片的制备方法，其特征在于：以得到的镜片的表面矢高数据，采用热熔成型或自由曲面研磨方法加工，得到内表面渐进镜片或外表面渐进镜片。

4.根据权利要求2所述的一种渐进多焦点眼用镜片的制备方法，其特征在于：以得到的镜片的表面矢高数据加工玻璃模具或金属模具，再用于加工镜片。

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