CN105137611A - 一种超环面散光眼镜片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超环面散光眼镜片及制备方法。眼镜片的前表面为顶点无屈光度差异、在两个相互垂直方向上具有不同曲率变化的超环面，后表面为环曲面，由具有超环面散光眼镜片形状空腔的模具浇注而成。模具由上模座与下模座对准轴线合模而成，其上模座具有一个用于成形眼镜片前表面的凹曲面，下模座具有一个用于成形眼镜片后表面的凸曲面。超环面散光眼镜片将起到矫正散光眼作用的环曲面和超环面分散设计在镜片的后表面和前表面，不但具有重量轻、镜片周边厚薄较均匀、成像质量佳的优点，而且克服了模具浇注的一般超环面散光眼镜片的下模座凸曲面难加工、加工设备要求高、成品率低的缺点，大大降低了制备成本。

Description

一种超环面散光眼镜片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种模具浇注成型的眼镜片及其制备方法，尤其涉及一种超环面（ATORIC）散光眼镜片及其加工方法，采用本发明制备方法，能有效减小模具的加工难度，大大降低制备成本。

背景技术

传统矫正散光眼的眼镜片为环曲面透镜，透镜的两个表面一个为球面，一个为环曲面，通常眼镜行业称之为球面散光镜。起到矫正散光眼作用的环曲面在外表面的称外散镜片，起到矫正散光眼作用的环曲面在内表面的称内散镜片。内散镜片无论在外观还是成像质量方面都优于外散镜片，所以一般都采用内散镜片。球面散光镜存在有眼镜片边缘厚度不均匀、镜片厚、重量大的缺点。

中国发明专利CN1237366C公开了一种超环面散光眼镜片，其超环面的一根基线为高次非球面曲线，基线的垂直方向为球面曲线。该超环面将环曲面矫正散光眼的功能与非球面减薄镜片、提高像质的功能结合在一个面上，并将其称之为散光面。所提供的超环面散光眼镜片可以减薄镜片，提高成像质量，且能缓解镜片边缘的不等厚，但对加工设备要求高，成本高。

中国发明专利CN1105315C公开了一种用于矫正散光眼的同心年轮环透镜，其一个表面为复曲面，即前所述环曲面，另一面为同心年轮环。由于同心年轮环的旋转对称性，此种镜片并不能缓解镜片边缘的不等厚。实用新型专利CN202011091U公开了一种散光眼镜片制备模具，模具的上模座和下模座中至少有一个曲面是双圆锥面，使用模具浇注的眼镜片适用于规模生产，具有成本较车房加工镜片大大降低的特点。但对于散光眼镜片而言，由于通常都采用内散镜片，势必要在下模座凸曲面上加工散光面。较之凹曲面，凸曲面的铣磨和抛光所需时间长，难度较大，对加工设备的要求高。采用现有技术提供的曲面函数形式制作模具下模座，凸曲面上曲率处处不等，加工难度就更大，面型容易变形，成品率低，生产成本高。

球面散光眼镜片厚度厚，边缘厚薄不均匀。而现有技术公开的超环面散光镜片，虽然克服了上述缺点，却对加工设备提出了更高的要求，生产成本高。即使采用模具浇注的方式加工，由于在凸曲面上加工超环面，曲面容易变形，成品率低，生产成本仍然偏高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种不仅具备现有的超环面散光眼镜片减薄镜片，成像质量高，能缓解镜片边缘不等厚的优点，并且能有效减小模具制备过程中模具凸曲面的加工难度，大大降低生产成本的超环面散光眼镜片及其制备方法。

实现本发明的目的技术方案是提供一种超环面散光眼镜片的制备方法，采用模具浇注成形工艺，所述的模具包括上模座和下模座，上模座为具有一个用于成形眼镜片前表面的凹曲面，下模座为具有一个用于成形眼镜片后表面的凸曲面，依据待加工眼镜片处方，得到凹曲面和凸曲面并加工模具；在本发明技术方案中：

所述上模座的凹曲面为一个顶点无屈光度差异的超环面，在xyz笛卡尔坐标系上定义所述的凹曲面，z轴沿着内法线穿过凹曲面顶点，xoy平面过凹曲面顶点并与z垂直，所述的超环面由以下函数确定：

；

其中，C为超环面顶点的曲率，K _x 为x方向的二次曲线常数，K _y 为y方向的二次曲线常数，待加工眼镜片为近视带散光的眼镜片，则K _x ＞0，K _y ＞0，且K _x ＜K _y ；待加工眼镜片为远视带散光的眼镜片，则K _x ＜0，K _y ＜0，且；a ₄ ，a ₆ ，a ₈ ，a ₁₀ ，a ₁₂ 分别为x方向的高次项系数，b ₄ ，b ₆ ，b ₈ ，b ₁₀ ，b ₁₂ 分别为y方向的高次项系数；所述高次项系数的取值数量级范围：a ₄ 和b ₄ 为10^-7～10^-6，a ₆ 和b ₆ 为10^-11～10^-10，a ₈ 和b ₈ 为10^-15～10^-13，a ₁₀ 和b ₁₀ 为10^-18～10^-17，a ₁₂ 和b ₁₂ 为10^-22～10^-21；

所述下模座的凸曲面为一个环曲面，在xyz笛卡尔坐标系上定义所述的凸曲面，z轴沿着内法线穿过凸曲面顶点，xoy平面过凸曲面顶点并与z轴垂直，所述的环曲面以x方向为基轴方向，由以下函数确定：

；

其中，C _x 为环曲面x方向的曲率，C _y 为环曲面y方向的曲率，C _x ＜C _y ，C _x 与C _y 的差值C _x -C _y 依据待加工眼镜片处方的散光要求得到。

在本发明技术方案中，上模座和下模座上都刻有表征方向的轴线，上模座和下模座的轴线对准彼此接触合模，形成具有超环面散光眼镜片形状空腔的模具。

模具的材质为玻璃，用于树脂眼镜片的浇注成型。模具的材质为金属，用于塑料镜片的注塑成型。

本发明待加工眼镜片的顶点球光度在-14.00D到+10.00D之间，散光光度在-0.25D到-4.00D之间。

本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的一种超环面散光眼镜片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的超环面散光眼镜片由模具浇注成形，上模座上加工有一个超环面矢高的凹曲面，下模座上加工有一个环曲面矢高的凸曲面，上模座凹曲面和下模座凸曲面的顶点相距一定的距离边缘接触合模，形成具有超环面散光眼镜片形状空腔的模具，顶点相距的距离即为成形眼镜片的中心厚度。上模座和下模座上都要刻有表征环曲面基轴方向（x方向）的轴线，合模时上模座和下模座的轴线彼此接触对准，确保模具内空腔形状对应的镜片前表面在x方向上的弯曲程度小于y方向上的弯曲程度，达到减缓散光眼镜片边缘厚薄不均匀的目的。

2、本发明将超环面和散光面分散在前后两个表面上，前表面为顶点无屈光度差异、在两个垂直方向上具有不相同非球面系数的特殊超环面，起到减薄镜片、提高成像质量的作用；后表面为普通的环曲面，起矫正散光的作用。眼镜片由模具浇注成型，上模座凹曲面上加工超环面，下模座凸曲面上加工环曲面，上模座与下模座对应轴线合模，成型的散光眼镜片具有重量轻、镜片周边厚薄较均匀、成像质量佳的优点。

3、本发明技术方案采用超环面加工在模具的上模座凹曲面上，相对于凸曲面而言，加工难度降低。并且，此特殊的超环面具有顶点曲率无差异的特点，更进一步降低加工难度和提高成品率。而环曲面加工在模具的下模座凸曲面上，与普通模具浇注的球面散光镜片的下模座制备方法相同，可以用球面铣磨机进行加工，工艺成熟。球面铣磨机价格仅数万元，较之用于加工超环面的价格数百万元的自由曲面数控机床，设备投入费仅约百分之一。因此，本发明设计和制备的模具浇注的超环面散光眼镜片，能大大降低相应特种模具生产成本和难度，从而降低镜片制造成本和有助于该产品的普及化生产。

附图说明

图1为本发明实施例提供的近视镜片模具结构剖视示意图；

图2为本发明实施例提供的远视镜片模具结构剖视示意图；

图3为本发明实施例提供的近视散光镜片和同处方球面散光镜片的基轴方向剖面矢高图、垂直方向的剖面矢高图和镜片边缘一周厚度变化曲线图；

图4为本发明实施例提供的远视散光镜片和同处方球面散光镜片的基轴方向剖面矢高图、垂直方向的剖面矢高图，和镜片边缘一周厚度变化曲线图。

图中，1、上模座；11、成形眼镜片前表面的凹曲面；2、下模座；21、成形眼镜片后表面的凸曲面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

本实施例提供的近视散光镜的处方为：顶点球光度-6D，散光度-2D，轴向45°，折射率n=1.598，镜片口径70毫米。处方中的散光轴向只在装配眼镜起作用，设计加工过程中不需考虑。选取前表面顶点处屈光度为1D，则后表面环曲面基轴方向（方向）屈光度为7D，方向屈光度为9D。

本实施例提供一种散光眼镜片，其前表面为一种特殊的超环面，在xyz笛卡尔坐标系上定义超环面，z轴沿着内法线穿过超环面顶点，xoy平面过超环面顶点并与z垂直，超环面的面形由如下公式（1）确定：

（1）

式中，Z _a 表示在位置(x,y)处超环面上的点到xoy平面的垂直距离，称为超环面曲面的矢高，C为超环面顶点的曲率，K _x 为x方向的二次曲线常数，K _y 为y方向的二次曲线常数，a ₄ ～a ₁₂ ，b ₄ ～b ₁₂ 分别为x方向和y方向的高次项系数。由上述公式确定的超环面，其顶点处各个方向上的曲率相同为C，从顶点起在x、y两个垂直方向上以不同的曲率变化向外伸展，二次曲线常数分别为K _x 和K _y ，高次项系数分别为a ₄ ，a ₆ ，a ₈ ，a ₁₀ ，a ₁₂ 和b ₄ ，b ₆ ，b ₈ ，b ₁₀ ，b ₁₂ 。

设计时，二次曲线常数和高次项系数的选取，超环面顶点在任意方向的曲率均为C，保证镜片视区中心的顶点球光度和散光度能符合镜片处方。同时为了镜片能有良好的成像质量，超环面公式中还加入x方向的高次项和y方向的高次项，高次项系数的数量级为：

应用光学设计软件进行超环面的优化设计。优化设计目标不但要考虑减薄镜片边缘厚度和减缓镜片边缘厚度的不均匀，还要考虑镜片视场中心10毫米之内区域保持稳定的屈光度值、有良好的成像清晰度，以及抵消加工尤其是抛光过程会产生的误差影响。优化设计的结果得到一个符合要求的超环面，同时给出二次曲线常数和高次项系数的值。

散光眼镜片的后表面为环曲面，在x和y两个互相垂直的方向上曲率不同，在xyz笛卡尔坐标系上定义环曲面，z轴沿着内法线穿过环曲面顶点，xoy平面过环曲面顶点并与z垂直，环曲面的面形由如下公式（2）确定：

（2）

式中，Z _t 表示在位置(x,y)处环曲面上的点到xoy平面的垂直距离，称为环曲面的矢高，C _x 为曲面x方向的曲率，C _y 为曲面y方向的曲率。C _x ＜C _y ，x方向称之为环曲面的基轴方向。C _x -C _y 值由眼镜片处方中的散光值确定。C _x 和C _y 的绝对大小则要由眼镜片处方中的顶点球光度值和镜片前表面的曲率C来确定。由于C _x ＜C _y ，所以环曲面在x方向上的弯曲程度较y方向小，如果前表面是个球面，则造成镜片边缘的厚薄不均匀。为了达到缓解镜片边缘的厚薄不均匀的目的，前表面也必须要在x方向上的弯曲程度小于y方向上的弯曲程度，本发明技术方案中，采用在x、y方向上二次曲线常数K _x 、K _y 不相同的超环面设计。

对于近视带散光的眼镜片，后表面的曲率大于前表面的曲率，要减薄镜片边缘的厚度，可以在前表面设计一个二次曲线常数大于零的非球面，以增加边缘的弯曲程度。旋转对称的非球面尚不能减缓镜片边缘的厚薄不均匀，所以本发明采用x、y方向上的K _x ＞0，K _y ＞0，并且K _x ＜K _y 的超环面，使前表面的弯曲程度增大，同时在x方向上的弯曲程度较y方向小，既能减薄镜片边缘的厚度，又可以减缓镜片边缘的厚薄不均匀。

对于远视带散光的眼镜片，后表面的曲率小于前表面的曲率，要减小镜片的中心厚度，可以在前表面设计一个二次曲线常数小于零的非球面，以减小边缘的弯曲程度。同样，旋转对称的非球面不能减缓镜片边缘的厚薄不均匀，所以本发明采用x、y方向上的K _x ＜0，K _y ＜0，并且的超环面，使前表面的弯曲程度减少，同时在x方向上的弯曲程度减少的幅度较y方向大，既能减小镜片的中心厚度，又可以减缓镜片边缘的厚薄不均匀。

在本实施例中，顶点曲率，后表面两个方向曲率分别为，。

通过优化设计，得到，。

。

本发明提供的超环面散光眼镜片由模具浇注成形，模具的材质为玻璃，用于树脂眼镜片的浇注成型。

参见附图1，它是本实施例提供的近视镜片模具剖视示意图；模具包括上模座1和下模座2，上模座具有一个用于成形眼镜片前表面的凹曲面11，即上模座上加工有一个按照上述超环面公式设计矢高的凹曲面；下模座具有一个用于成形眼镜片后表面的凸曲面21，即下模座上加工有一个按照上述环曲面公式设计矢高的凸曲面。上模座凹曲面和下模座凸曲面的顶点相距一定的距离边缘接触合模，形成具有超环面散光眼镜片形状空腔的模具，顶点相距的距离即为成形眼镜片的中心厚度。上模座和下模座上都要刻有表征环曲面基轴方向（x方向）的轴线，合模时上模座和下模座的轴线彼此接触对准，确保模具内空腔形状对应的镜片前表面在x方向上的弯曲程度小于y方向上的弯曲程度，达到减缓散光眼镜片边缘厚薄不均匀的目的。

本发明将超环面和散光面分散在前后两个表面上，前表面为顶点无屈光度差异、在两个垂直方向上具有不相同非球面系数的特殊超环面，起到减薄镜片、提高成像质量的作用；后表面为普通的环曲面，起矫正散光的作用。眼镜片由模具浇注成型，上模座凹曲面上加工超环面，下模座凸曲面上加工环曲面，上模座与下模座对应轴线合模，成型的散光眼镜片具有重量轻、镜片周边厚薄较均匀、成像质量佳的优点。

超环面加工在模具的上模座凹曲面上，相对于凸曲面而言，加工难度降低。并且，此特殊的超环面具有顶点曲率无差异的特点，更进一步降低加工难度和提高成品率。

环曲面加工在模具的下模座凸曲面上，与普通模具浇注的球面散光镜片的下模座制备方法相同，可以用球面铣磨机进行加工，工艺成熟。球面铣磨机价格仅数万元，较之用于加工超环面的价格数百万元的自由曲面数控机床，设备投入费仅约百分之一。因此，本发明设计和制备的模具浇注的超环面散光眼镜片，能大大降低生产成本。

经计算得出，本实施例的镜片边缘平均厚度减薄0.63毫米，镜片的最大不等厚缓解0.32毫米，缓解程度13.1%。

参见附图3，表示为本实施例镜片基轴方向和其垂直方向的表面矢高以及镜片边缘厚度的变化曲线。相同处方球面散光镜的相应曲线在图中以虚线示出，以予比较。由图中两幅矢高曲线图，也就是镜片截面形状图可以看出，前表面的超环面设计增加了曲面的弯曲程度，并且基轴方向（x方向）的弯曲程度较其垂直方向（y方向）小。图3中的镜片边缘厚度图表示，此种设计使得镜片边缘厚度减小，并且边缘的不等厚程度减缓。

表1为本实施例与相同处方近视球面散光镜片沿着基轴方向和垂直于基轴方向的场曲数据，场曲以镜片同方向的远点球面为基准。从表1可见，此种设计的超环面近视散光镜片的场曲较球面散光镜片有很大的改善，其场曲与镜片相应方向的远点球面基本重合。

表1

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实施例2

参见附图2，它是本实施例提供的远视镜片模具剖视示意图；模具包括上模座1和下模座2，上模座具有一个用于成形眼镜片前表面的凹曲面11，即上模座上加工有一个按实施例1提供的超环面公式（1）设计矢高的凹曲面；下模座具有一个用于成形眼镜片后表面的凸曲面21，即下模座上加工有一个按环曲面公式（2）设计矢高的凸曲面。模具的材质为金属，用于塑料镜片的注塑成型。

本实施例提供的远视散光镜的处方为：顶点球光度4D，散光度-1D，轴向75°，折射率n=1.598，镜片口径70毫米。处方中的散光轴向只在装配眼镜起作用，设计加工过程中不需考虑。选取前表面顶点屈光度为5D，则后表面环曲面基轴方向（x方向）屈光度为1D，方向屈光度为2D。

前表面超环面顶点曲率，后表面两个方向曲率分别为，。通过优化设计，得到，。。

经计算得出，本实施例的镜片中心厚度减薄0.37毫米，镜片的最大不等厚缓解了0.13毫米，由于远视镜片边缘很薄，缓解程度也达到12.4%。

参见附图4，表示为本实施例镜片基轴方向和其垂直方向的表面矢高以及镜片边缘厚度的变化曲线。相同处方球面散光镜的相应曲线在图中以虚线示出，以予比较。由图中两幅矢高曲线图，也就是镜片截面形状图可以看出，前表面的超环面设计减小了曲面的弯曲程度，并且基轴方向（x方向）的减小程度较其垂直方向（y方向）明显。将本实施例镜片边缘最小厚度设为1.1毫米，边缘一周厚度变化曲线如图4中的镜片边缘厚度图表示，图中虚线为相同处方远视球面散光镜的边缘厚度曲线，边缘最小厚度也为1.1毫米。计算出本实施例的镜片中心厚度较球面散光镜减薄0.37毫米。可见，此种设计使得远视散光镜片的中心厚度减薄，并且边缘的不等厚程度减缓。

参见表2，为本实施例与相同处方远视球面散光镜片沿着基轴方向和垂直于基轴方向的场曲数据，场曲以镜片同方向的远点球面为基准。从表2可见，此种设计的超环面远视散光镜片的场曲较球面散光镜片有很大的改善，沿基轴方向的场曲与镜片相应方向的远点球面基本重合。

表2

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表3为本实施例提供的超环面散光镜片模具和现有技术超环面散光镜片模具所需的设备、加工耗时和合格率的统计数据。

表3

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由表3所列的数据可见，本实施例超环面散光镜片制备模具加工时虽也需用自由曲面数控机床进行铣磨，但由于超环面是加工在上模座凹面上，比较加工在下模座凸面上的现有技术超环面散光镜片制备模具，所用加工时间节省一半，合格率也由60～70%提高到90%。结合使用低价格的球面铣磨机的耗时，以及模具加工的抛光时间，可以估算出本发明提供的超环面散光镜片模具的制备成本至少能降低40%～50%。

Claims (6)

1.一种超环面散光眼镜片的制备方法，采用模具浇注成形工艺，所述的模具包括上模座和下模座，上模座为具有一个用于成形眼镜片前表面的凹曲面，下模座为具有一个用于成形眼镜片后表面的凸曲面，依据待加工眼镜片处方，得到凹曲面和凸曲面并加工模具；其特征在于：

所述上模座的凹曲面为一个顶点无屈光度差异的超环面，在xyz笛卡尔坐标系上定义所述的凹曲面，z轴沿着内法线穿过凹曲面顶点，xoy平面过凹曲面顶点并与z垂直，所述的超环面由以下函数确定：

；

其中，C为超环面顶点的曲率，K _x 为x方向的二次曲线常数，K _y 为y方向的二次曲线常数，待加工眼镜片为近视带散光的眼镜片，则K _x ＞0，K _y ＞0，且K _x ＜K _y ；待加工眼镜片为远视带散光的眼镜片，则K _x ＜0，K _y ＜0，且；a ₄ ，a ₆ ，a ₈ ，a ₁₀ ，a ₁₂ 分别为x方向的高次项系数，b ₄ ，b ₆ ，b ₈ ，b ₁₀ ，b ₁₂ 分别为y方向的高次项系数；所述高次项系数的取值数量级范围：a ₄ 和b ₄ 为10^-7～10^-6，a ₆ 和b ₆ 为10^-11～10^-10，a ₈ 和b ₈ 为10^-15～10^-13，a ₁₀ 和b ₁₀ 为10^-18～10^-17，a ₁₂ 和b ₁₂ 为10^-22～10^-21；

所述下模座的凸曲面为一个环曲面，在xyz笛卡尔坐标系上定义所述的凸曲面，z轴沿着内法线穿过凸曲面顶点，xoy平面过凸曲面顶点并与z轴垂直，所述的环曲面以x方向为基轴方向，由以下函数确定：

；

其中，C _x 为环曲面x方向的曲率，C _y 为环曲面y方向的曲率，C _x ＜C _y ，C _x 与C _y 的差值C _x -C _y 依据待加工眼镜片处方的散光要求得到。

2.根据权利要求1所述的一种超环面散光眼镜片的制备方法，其特征在于：所述的上模座和下模座上都刻有表征x方向的轴线，上模座和下模座的轴线对准彼此接触合模，形成具有超环面散光眼镜片形状空腔的模具。

3.根据权利要求1所述的一种超环面散光眼镜片的制备方法，其特征在于：模具的材质为玻璃，用于树脂眼镜片的浇注成型。

4.根据权利要求1所述的一种超环面散光眼镜片的制备方法，其特征在于：模具的材质为金属，用于塑料镜片的注塑成型。

5.根据权利要求1所述的一种超环面散光眼镜片的制备方法，其特征在于：待加工眼镜片的顶点球光度在-14.00D到+10.00D之间，散光光度在-0.25D到-4.00D之间。

6.按权利要求1制备方法得到的一种超环面散光眼镜片。