CN104054010A - 用于设计和制造单焦点眼镜镜片的方法与对应镜片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于设计和制造单焦点眼镜镜片的方法与对应镜片。在用于设计单焦点眼镜镜片的表面的方法中，所述表面由诸如：公式(Ⅰ)的解析函数来限定，其中a₅是除了0之外的数并且系数a₆、a₇和a₈的至少一个是除了0之外的数，使得表面包括双曲线分量和指数分量。系数可以借助迭代计算和诸如：公式(Ⅱ)的优值函数来计算，其中m_i是相对于镜片的光轴呈特定视角β的所述光学性质的值，α_i是加权值。光学性质可以使用例如光线跟踪来计算。

Description

用于设计和制造单焦点眼镜镜片的方法与对应镜片

导致这项发明的工作由欧洲共同体第七框架计划【PM7/2007-2013】根据赠款协议号CT-212002资助。

技术领域

本发明涉及单焦点镜片，更普遍地被称为球柱面(或球复曲面)镜片。这些镜片对应于在整个表面上具有恒定屈光度(power)的光学元件，屈光度在眼科光学中通常借助球体、圆柱体和圆柱体轴值表示。具体地，本发明涉及用于设计和制造单焦点眼镜镜片的方法。本发明还涉及通过借助特定函数解析限定的单焦点眼镜镜片。

背景技术

出于向这种类型的镜片提供附加值的目的，多年以来一直开发不同的设计。除了别的之外，由于将镜片放置在特定位置并相对于眼睛倾斜，这些设计试图校正佩戴者感知的像差。为此，试图校正这些可能像差的单焦点设计将变化引入球复曲面表面的几何形状，以便减少镜片的所述像差或等效提高佩戴者的舒适感。例如，这些变形可以引入非球面表面、非球复曲面表面或非复曲面表面以减少斜轴散光，或在镜片中包含小添加以改善近视的舒适感。

该文献示出了设计新表面的各种可能性，最常见的由二次曲线产生：

c(y²+(1+Q)x²)-2x＝0

其中，c是源处的表面的曲率，Q是非球面性。根据Q的值，可以产生双曲线表面(Q<-1)，抛物线表面(Q＝-1)，球形表面(Q＝0)和呈椭圆体形式的表面(-1<Q<0或Q>0)。利用所述二次曲线，可以减少由于镜片相对于眼睛的位置而产生的不同类型的像差(斜轴散光、像场曲率、失真、放大等)。

先前的研究建立了30°的角α作为相对于中立位置(对应于0°)的视线位移的限制，在此之后佩戴者伴随有头部运动以便做出旋转。因此，二次曲线通常用于最小化在考虑以30°形成佩戴者的凝视方向的视觉锥面时的像差的加权，因为同样众所周知的是，如果校正了30°的角，则小于此的所有角都具有相当低的像差水平。既然如此，这些优化通常局限于某些规定或基础曲线范围或切割镜片的一个或两个表面。

文件US3,960,442、US5,083,859、US5,825,454、US2006/0132708和ES2,337,970描述了各种实例。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺点。这借助设计上文指出的类型的方法来完成，该方法的特征在于，表面由解析函数来限定，例如

$f(x,y)=a_1+a_2\sqrt{1-a_3{x}^2-a_4{y}^2}+a_5\exp \{a_6{x}^4+a_7{y}^4+a_8{x}^2{y}^2\}$

其中，a₅是除了0之外的数，并且系数a₆、a₇和a₈的至少一个是除了0之外的数。

实际上，可以看出，该解析函数包括双曲线部分和指数部分。借助双曲线解析函数限定镜片是已知的，但新颖的是向其添加了指数分量。该指数分量允许校正通过其他手段不能校正的误差。具体地，双曲线项通常在镜片的中央区域占主导地位，而指数项主要影响最外面的部分。此外，指数分量可以以多种不同的方式施加影响，这主要取决于系数a₅、a₆、a₇和a₈的值。从下面可以看出，该解析函数允许获得比现有技术中已知的结果好得多的结果。

在本发明的优选实施方式中，系数借助包括以下步骤的迭代计算来计算：

【a】设置眼镜镜片的折射率的值和将用于制造眼镜镜片的基础曲线的值，

【b】设置眼镜镜片必须满足的球体、圆柱体和圆柱体轴值，

【c】设置系数a₁-a₈的最初标称值，

【d】优选通过光线跟踪利用这些标称值来计算镜片的至少一个光学性质，

【e】计算优值函数，例如的值，

其中m_i是相对于镜片的光轴呈特定视角β的所述光学性质的值，α_i是加权值，

【f】借助设置所述系数a₁-a₈的新标称值来优化所述优值函数，以及

【g】重复步骤【c】至【f】直到获得所期望的优化等级。

实际上，系数a_i因此可以针对任何镜片并利用所期望的精度来获得。可以进一步选择光学性质或在每种情况下认为最相关的光学性质的组合。

所述优值函数优选包括30°时的斜轴散光值，并且有利地，斜轴散光值的α_i值包括在0.8和0.98之间。

所述优值函数优选包括30°时的像场曲率值，并且有利地，像场曲率值的α_i值优选包括在0.02和0.2之间。

尤其有利的是，优值函数包括两个先前的光学性质(斜轴散光和像场曲率)。实际上，通常存在于镜片中的剩余像差一般是这两者的组合。因此，优值函数已经直接或间接反映任何兴趣像差。

通常，借助根据本发明的方法设计的表面可以是凹面或凸面，但优选镜片的凹面。在这种情况下，系数a_i可以被简化，具体地，可以使a₁等于0，a₂等于带有负号的表面的中心的曲率半径，以及a₅等于所述表面的中心的曲率半径。实际上，利用这些条件，确保了在一方面，函数通过点(0，0，0)，另一方面镜片具有所期望的屈光度。

解析函数的各个系数优选具有包括在从所述优化获得的对应标称值的+/-30％之间的值。实际上，根据本发明的方法允许高精度地计算系数a_i，然而，相对于最佳值的小偏差提供令人满意的几乎相同的结果。这已经通过灵敏度分析证明，其中变化已经被引入所获得的系数(<30％)并分析了新表面相对于原来的表面的高度差(z)以及平均屈光度和借助光线跟踪获得的散光的等值线。研究了系数变化的不同组合，应用了系数相对于精确值(从迭代过程获得)的减小和增加。已经研究的情况为：双曲线的系数(a₃，a₄)的减小或增加，指数的系数(a₆，a₇，a₈)的减小或增加，偶系数(a₄，a₆，a₈)的减小或增加，奇系数(a₃，a₇)的减小或增加，和所有系数(a₃，a₄，a₆，a₇，a₈)的减小或增加。灵敏度分析通过设置系数a₁，a₂和a₅的值来进行，由此设置表面的中心和表面中心的曲率，如上面所讨论的。选择了不同的刻度以达到此目的。在分析不同的情况之后，得出结论，相对于双曲线的系数的轻微变化(<30％)相对于镜片的刻度产生显著的变化，因此，对所述系数的小变化极其灵敏。相反，相对于伴随指数的轻微变化相对于表面不提供明显变化，并因此相对于镜片不提供明显变化。

在本发明的另一个优选实施方式中，a_i的值，具体地值a₆、a₇和a₈不在前述方法中计算，而是可以直接从预先建立的范围内选择。从这个意义上来说，有利的是，a₆具有包括在-2x10^-8与5x10^-8mm^-4之间的值，a₇具有包括在-2x10^-8与1.2x10^-7mm^-4之间的值，和/或a₈具有包括在-2x10^-8与1.2x10^-7mm^-4之间的值。实际上，可以借助前述灵敏度分析确定所获得的结果在指定范围内是令人满意的，因为在所有分析情况下获得的结果都是相同的，所以系数的轻微变化的任何其他组合将产生相同的结果。已经另外进行了其他分析，其中不修改与双曲线部分相关的系数，相反，与指数部分(a₆，a₇，a₈)相关的值被更深度地修改直到达到相对于从迭代过程获得的值的600％的差。所获得的结果确定对于值a₆、a₇、a₈，指定的范围是允许获得具有改进光学性质的镜片的范围。

本发明的另一个目的是一种用于制造单焦点眼镜镜片的方法，其特征在于，包括机械加工所述眼镜镜片的表面的步骤，其中所述表面由解析函数，例如 $f(x,y)=a_1+a_2\sqrt{1-a_3{x}^2-a_4{y}^2}+a_5\exp \{a_6{x}^4+a_7{y}^4+a_8{x}^2{y}^2\}$ 限定。

该分析表面的优点在上面已经进行了讨论。从这个意义上来说，尤其有利的是，所述系数是可以借助根据本发明的方法获得的系数。

本发明的另一个目的是一种单焦点眼镜镜片，其特征在于，具有由解析函数例如 $f(x,y)=a_1+a_2\sqrt{1-a_3{x}^2-a_4{y}^2}+a_5\exp \{a_6{x}^4+a_7{y}^4+a_8{x}^2{y}^2\}$ 限定的表面。

其优点在上面已经进行了讨论。如上所述，有利地是，所述系数可以借助根据本发明的方法获得的系数。

附图说明

本发明的其他优点和特征在以下描述中可见，其中，本发明的优选实施方式以非限制的特征(character)参照附图进行描述，在图中：

图1示出了由仅双曲线表面、仅指数表面和这两者的组合限定的镜片表面的四个横截面比较(z坐标)。

图2示出了球面镜片表面和根据本发明的表面的横截面比较。

图3示出了非球面镜片表面和根据本发明的表面的横截面比较。

图4示出了系数a₁-a₈的第一值的表。

图5示出了平均屈光度(a)和散光(b)曲线图，每个0.25D，高达利用具有图4的系数的分析表面获得的30°。

图6示出了系数a₁-a₈的第二值的表。

图7示出了平均屈光度(a)和散光(b)曲线图，每个0.25D，高达利用具有图6的系数的分析表面获得的30°。

图8示出了系数a₁-a₈的第三值的表。

图9示出了平均屈光度(a)和散光(b)曲线图，每个0.10D，高达利用具有图8的系数的分析表面获得的30°。

图10示出了系数a₁-a₈的第四值的表。

图11示出了散光和平均屈光度图的比较，每个0.25D，高达利用球面表面((a)和(c))和利用具有图10((b)和(d))的系数的分析表面获得的30°。

图12示出了系数a₁-a₈的第五值的表。

图13示出了散光和平均屈光度图的比较，每个0.25D，高达利用球面表面((a)和(c))和利用具有图12((b)和(d))的系数的分析表面获得的30°。

图14示出了系数a₁-a₈的第六值的表。

图15示出了散光和平均屈光度图的比较，每个0.05D，高达利用球面表面((a)和(c))和利用具有图14((b)和(d))的系数的分析表面获得的30°。

图16示出了系数a₁-a₈的第七值的表。

图17示出了散光和平均屈光度图的比较，每个0.10D，高达利用球面表面((a)和(c))和利用具有图16((b)和(d))的系数的分析表面获得的30°。

图18示出了取决于指数(index，折射率)1.6的球体和圆柱体值的系数a₇的变化曲线图。

图19示出了取决于指数1.6的球体值的系数a₈的变化曲线图。

图20示出了取决于两个不同指数的球体值的系数a₈的比较变化曲线图。

图21示出了取决于两个不同指数的圆柱体值的系数a₈的比较变化曲线图。

具体实施方式

在图1中，曲线图(a)至曲线图(d)示意性地示出了通过双曲线分量和指数分量的每一个对根据本发明的表面做出的贡献。实际上，在这些附图中，实线表示根据本发明获得的镜片的表面的横截面，非连续线示出了双曲线分量，虚线示出了指数分量。清楚地观察到，双曲线分量是镜片的中心部分的主导分量，而指数分量允许在镜片的周边部分引入变化(其可以是实质性的)。此外，这两个分量的组合允许产生单独利用分量之一无法获得的表面。对应于四个图的曲线利用以下起始数据计算：

图1a：球体：+8D，圆柱体：0D，基础曲线：67.83mm，指数：1.6，优值函数：函数例如：包括30°时的斜轴散光值，利用值0.9加权，以及30°时的像场曲率值，利用值0.1加权。

图1b：球体：+8D，圆柱体：-4D，基础曲线：67.833mm，指数：1.6，优值函数：与图1a相同。

图1c：球体：-6D，圆柱体：0D，基础曲线：498mm，指数：1.6，优值函数：与图1a相同。

图1d：球体：-6D，圆柱体：-4D，基础曲线：498mm，指数：1.6，优值函数：与图1a相同。

依次，在图2中描述了多个曲率半径(不连续线)叠加在根据本发明的镜片的轮廓上的球体轮廓，根据以下起始数据计算：球体：+8D，圆柱体：-2.0D，基础曲线：67.83mm，指数：1.6，优值函数：与图1a相同。类似地，图3描述了特定曲率半径(不连续线)的多个非球面性叠加在图2的根据本发明的镜片的轮廓上的非球体轮廓。可以看出，球面或非球面曲线都不叠加在根据本发明的表面的曲线上。因此，根据本发明的表面可以提供相对于球面或非球面镜片改进的光学性质。

图4示出了针对球体值＝8D、圆柱体值＝0D、基础曲线值＝67.83mm且折射率n＝1.6的镜片的情况获得的系数。优化利用优值函数例如来执行，包括30°时的斜轴散光值，利用值0.9加权，以及30°时的像场曲率值，利用值0.1加权。图5示出了平均屈光度(a)和散光(b)曲线图，高达利用具有图4的系数的分析表面获得的30°。

图6示出了针对球体值＝8D、圆柱体值＝-2D、基础曲线值＝67.83mm且折射率n＝1.6的镜片的情况获得的系数。优化利用与先前实例中相同的优值函数来执行。图7示出了平均屈光度(a)和散光(b)曲线图，高达利用具有图6的系数的分析表面获得的30°。

图8示出了针对球体值＝-3.25D、圆柱体值＝-2D、基础曲线值＝183.51mm且折射率n＝1.6的镜片的情况获得的系数。优化利用与先前实例中相同的优值函数来执行。图9示出了平均屈光度(a)和散光(b)曲线图，高达利用具有图8的系数的分析表面获得的30°。

图10至图17示出了基础曲线变化的实例。在图11、图13、图15和图17的每一个中，球面镜片与具有根据本发明的表面的镜片做比较。上图是散光图((a)和(b))，下图是平均屈光度图((c)和(d))。左边的图是球面镜片((a)和(c))的图，而右边的图是具有根据本发明的表面的镜片的、分别根据表10、表12、表14和表16的系数获得的图。在所有情况下，已经使用了如与先前的实例中一样的相同的优值函数。

图10至图13对应于具有球体值＝+7.0D、圆柱体值＝0D和折射率n＝1.6的镜片，而图10和图11对应于基础曲线为54.36mm的情况，而图12和图13对应于基础曲线为67.83mm的情况。

依次，图14至图17对应于具有球体值＝-4.0D、圆柱体值＝0D和折射率n＝1.6的镜片，而图14和图15对应于基础曲线为79.73mm的情况，而图16和图17对应于基础曲线为183.51mm的情况。

图18示出了取决于球体值(X轴)和圆柱体值(Y轴)的系数a₇变化曲线图，在这种情况下，其中，基础曲线为52.3mm并且折射率n为1.7。与先前的实例中一样的相同的优值函数用于计算a₇。

图19示出了取决于各种基础曲线的球体值(X轴)的系数a₈的变化曲线图。折射率n为1.7，圆柱体值为-2.0D。与先前的实例中一样的相同的优值函数用于计算a₈。图20示出了取决于球体值(X轴)(圆柱体值＝-2.0D)的两个指数(1.5和1.7)之间的比较结果，而图21示出了取决于圆柱体值(X轴)(球体值＝-2.0D)的结果。

Claims (14)

1.一种用于设计单焦点眼镜镜片的表面的方法，特征在于，所述表面由诸如以下函数的解析函数来限定：

$f(x,y)=a_1+a_2\sqrt{1-a_3{x}^2-a_4{y}^2}+a_5\exp \{a_6{x}^4+a_7{y}^4+a_8{x}^2{y}^2\}$

其中a₅是除了0之外的数，并且系数a₆、a₇和a₈中的至少一个是除了0之外的数。

2.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述系数借助包括以下步骤的迭代计算来计算：

【a】设置所述眼镜镜片的折射率的值和将用于制造所述眼镜镜片的基础曲线的值，

【b】设置所述眼镜镜片必须满足的球体值、圆柱体值和圆柱体轴值，

【c】设置用于所述系数a₁至a₈的最初标称值，

【d】优选通过光线跟踪利用所述值来计算镜片的至少一个光学性质，

【e】计算诸如以下函数的优值函数的值，

$\mathrm{fm}={\left[\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_i{m}_i^2\left(\mathrm{\&beta;}\right)\right]}^{1/2}$

其中m_i是相对于所述镜片的光轴呈特定视角β的所述光学性质的值，并且α_i是加权值，

【f】借助设置用于所述系数a₁至a₈的新标称值来优化所述优值函数，以及

【g】重复步骤【c】至【f】直到获得期望的优化等级。

3.根据权利要求2所述的方法，特征在于，所述优值函数包括30°时的斜轴散光值，并且用于所述斜轴散光值的α_i值优选包括在0.8与0.98之间。

4.根据权利要求2或3之一所述的方法，特征在于，所述优值函数包括30°时的像场曲率值，并且用于所述像场曲率值的α_i值优选包括在0.02与0.2之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，特征在于，所述表面是所述镜片的凹面。

6.根据权利要求5所述的方法，特征在于，a₁等于0，a₂等于带有负号的所述表面的中心的曲率半径，以及a₅等于所述表面的所述中心的所述曲率半径。

7.根据权利要求1、5和6中任一项所述的方法，特征在于，a₆具有包括在-2×10^-8与5×10^-8mm^-4之间的值。

8.根据权利要求1、5、6和7中任一项所述的方法，特征在于，a₇具有包括在-2×10^-8与1.2×10^-7mm^-4之间的值。

9.根据权利要求1、5、6、7和8中任一项所述的方法，特征在于，a₈具有包括在-2×10^-8与1.2×10^-7mm^-4之间的值。

10.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，特征在于，所述解析函数的各个系数具有包括在从所述优化获得的对应标称值的+/-30％之间的值。

11.一种用于制造单焦点眼镜镜片的方法，特征在于，所述方法包括机械加工所述眼镜镜片的表面的步骤，其中，所述表面由诸如以下函数的解析函数来限定：

$f(x,y)=a_1+a_2\sqrt{1-a_3{x}^2-a_4{y}^2}+a_5\exp \{a_6{x}^4+a_7{y}^4+a_8{x}^2{y}^2\}.$

12.根据权利要求11所述的方法，特征在于，系数是能够借助权利要求1至10的所述方法获得的系数。

13.一种单焦点眼镜镜片，特征在于，所述单焦点眼镜镜片具有由诸如以下函数的解析函数来限定的表面：

$f(x,y)=a_1+a_2\sqrt{1-a_3{x}^2-a_4{y}^2}+a_5\exp \{a_6{x}^4+a_7{y}^4+a_8{x}^2{y}^2\}.$

14.根据权利要求13所述的镜片，特征在于，系数是能够借助权利要求1至10的所述方法获得的系数。