减小透镜形状和未切割的透镜毛坯的厚度的方法
本发明针对一种方法,该方法用于为未切割的透镜毛坯提供修改后的透镜形状,尤其是用于减小未切割的透镜形状的厚度。此外,本发明针对一种用于制造眼镜片的未切割的透镜毛坯。
近年来,所谓的单独设计的眼镜片的数量已经明显增加。这些单独设计的眼镜片考虑预期的佩戴者的多个个体参数。此外,不仅较低阶的像差而且较高阶的像差的矫正的需求都稳定增加。这都导致越来越多的透镜被设计为具有“自由形状表面”,即,不再禁止任何对称性的表面。例如,通过为每个表面在整个区域上提供矢高来确定完整的表面分布,并转发至制造位置,例如,用于研磨、抛光、涂覆和/或边缘处理。商业上可获得的波前传感器,在不引入更多的显著的低阶波前像差的情况下用于利用镜片矫正眼睛的高阶像差的能力和数据处理技术;以及尤其利用现代的自由形状表面处理技术加工有适当复杂性的镜片表面的能力。
在边缘处理之前,即,在将透镜毛坯切割至其最终形状以安装到边框中之前,透镜被处理成所谓的“未切割的透镜毛坯”,即具有圆形或椭圆形形状和前表面的透镜毛坯,该前表面具有提供已经被应用到其上的特定焦度的凸曲率。此外,前表面可以已经被涂覆。然后通过以预定的自由形状表面对后表面进行表面处理来提供预期的光学性能。至少对于表面处理步骤,即,研磨和抛光,以及对于涂覆步骤,未切割的透镜毛坯必须被相应的阻挡件阻挡,该阻挡件能牢固地抓紧未切割的透镜毛坯同时使待处理的表面保持开放。此外,被用于表面处理的工具和方法继承关于实际上可被处理的表面的形状的某些约束。最后,佩戴者优选重量轻的眼镜并且某些美学上有利的边框形状只能固定直到某一外边缘厚度的透镜。
在现有技术中,与大的透镜厚度相关的问题已经已知,尤其是对于具有非常高的正或负焦度的透镜。为了这些目的,已经提供了双凸透镜,其包括尤其是根据验光值(prescription)来提供期望的光学性能的双凸透镜部分和为了制造和装框的目的在特定的视角之外的相对薄的边缘部分。在例如由CliffordW.Brooks和IrvinM.Borish所著的“Systemforophthalmicdispensing”(ISBN-13:978-0-7506-7480-5,第三版,Butterworth-Heineman/Elsevier,2007,尤其是第425至429页)中,提供了这种双凸透镜的实例。
转向自由形状表面和相应的眼镜片,基本的问题仍然是通过在某一规定的边界之外修改表面之一来修改镜片的厚度分布。在最小化正透镜的中心厚度或负透镜的边缘厚度的同时最大化光学区的尺寸以及最小化当双凸透镜部分和边缘部分之间的边界处于边框之内时佩戴者的不舒适性方面,传统的和“理想的”方法需要修改后的表面沿着边界具有斜度不连续性。
传统的方法并不很好地适合于当前的后表面自由形状工艺。正焦度的透镜需要具有复杂的前表面的专用圆盘(duck),这将增加自由形状处理的复杂度以及所需的库存。负透镜需要对后部进行两次表面处理和抛光,因此增加处理时间和成本。此外,方法和表面被认为是“更高的技术”并且在美学上是优选的。
文献WO2014/060552A1示出用于确定包括载体和位于载体上的菲涅尔薄膜的镜片的表面的方法。该发明也涉及包括这种表面的镜片。该发明尤其涉及用于确定镜片的表面的方法,其中所述表面包括菲涅尔薄膜和支撑所述菲涅尔薄膜的载体。所述载体具有几何中心、第一中心区域和环形外围区域,且具有旋转对称性。所述菲涅尔薄膜、第一中心区域和外围区域定中心于所述几何中心,第一中心区域由第一圆形边界定义,且外围区域由第二圆形边界和表面的边缘定义。该方法包括步骤:(S1)确定所述载体在所述第一中心区域中的第一曲率分布和所述载体在所述外围区域中的第二曲率分布;(S10)确定所述第一边界的第一半径和所述第二边界的第二半径;(S20)确定所述载体的过渡区域的第三曲率分布,其中所述过渡区域与第一中心区域和所述外围区域邻接;(S30)确定表面的目标曲率分布,其中所述目标曲率分布在所述第一中心区域中与载体的第一曲率分布相同;(S40)从所述目标曲率分布和载体的所述曲率分布之间的差异确定菲涅尔薄膜的连续曲率分布;以及(S50)通过切割菲涅耳薄膜的所述连续曲率分布确定菲涅尔薄膜。
因此,本发明的一个目的是提供一种用于减小尤其是具有球形前表面和任意自由形状后表面形状的未切割的透镜毛坯的厚度的方法,以及相应的未切割的透镜毛坯。
根据本发明的第一方面,提供一种方法,尤其是计算机实现的方法,尤其是通过使用永久计算机可读介质,用于为未切割的透镜毛坯提供修改后的透镜形状,包括下列步骤:
a)提供具有前表面和后表面的未切割的透镜毛坯的原始透镜形状,其中原始透镜形状包括未切割的透镜毛坯的前表面的原始形状和后表面的原始形状,使得未切割的透镜毛坯满足预定的光学性能,尤其是验光值,且特别提供预定义的曲率值;
b)确定边界线,尤其是其中后表面的原始形状的曲率分布应被保持在边界线之内;
c)确定边界线处的后表面的边界曲率;
d)确定边界线和未切割的透镜毛坯的外边缘之间的后表面的新的曲率分布,其中新的曲率分布的曲率等于边界线处的边界曲率,并朝向外边缘从边界曲率朝向预定义的曲率值或预定义的曲率单调地并连续地过渡;
e)确定未切割的透镜毛坯的修改后的透镜形状,其中修改后的透镜形状包括前表面的原始形状和后表面的修改后的形状,其中后表面的修改后的形状通过基于新的曲率分布朝向目标形状的优化过程确定,且其中目标形状包括边界线之内的原始透镜形状的尤其是所保持的曲率分布和对未切割的透镜毛坯的外边缘的厚度要求,特别是其中原始透镜设计的曲率分布被保持或固定在边界线之内。
特别地,在根据第一方面的方法中,预定义的曲率值是后表面的径向曲率,或者在前表面的子午线平面之内的曲率,特别是并且其中新的曲率分布的过渡在前表面的子午线平面之内被确定。
特别地,在根据第一方面的方法中,未切割的透镜毛坯的外边缘的预定义的最小厚度作为在优化期间的强制性条件被应用。
通常,预定义的曲率可以是后表面的极端曲率,尤其是最大曲率或者最小曲率。
特别地,步骤d)和e)可随后被实施,即,步骤e)在步骤d)之后,或者并行地被实施。
特别地,该方法还包括提供后表面的极端曲率值,尤其是最大曲率或最小曲率,作为预定曲率值。特别地,步骤b)包括确定后表面上的边界线,特别是其中后表面的原始形状的曲率分布应被保持在边界线之内。特别地,步骤c)包括确定后表面上的载点和后表面上的至少一条直的载体线,其中每条直的载体线都从载点发出,并且,对于每条直的载体线,确定在相应的直的载体线和边界线的交点处后表面的边界曲率。特别地,步骤d)包括对于每条直的载体线,确定后表面沿着相应的载体线从交点到未切割的透镜毛坯的外边缘的新的曲率分布,其中新的曲率分布的曲率等于交点处的边界曲率,且朝向外边缘从边界曲率到极端曲率值单调地过渡。特别地,通过朝向目标形状的优化来确定后表面的修改后的形状,其中目标形状包括在优化期间固定的、在边界线之内的后表面的原始透镜形状的曲率分布、在优化期间固定的、在边界线外部的每条直的载体线的曲率分布、以及在边界线外部的后表面的极端曲率值,且其中该优化应用条件,即后表面沿着边界线的曲率是连续的。
本发明的基本构思是修改原始后表面的形状。其基本上是在某一指定的边界之外对后表面沿着特定线的焦度、特别是正切或径向焦度进行二级修改,然后重新计算具有新指定的正切或径向曲率的表面。通过指定的方法,有可能将这种厚度减小应用于任何原始透镜形状,特别是后表面上的任何任意自由形状表面分布。
该构思是在给定表面处理过程、特别是研磨、抛光和切割或边缘处理的约束的情况下,通过在保持区域径向向外尽可能快速地增加后表面的曲率来减小透镜的厚度。“增加”曲率在此处意味着它的大小尽可能快地取极端值。对于具有正焦度的正透镜,曲率应该真正尽可能快地取最大的正值。对于具有负焦度的负透镜,曲率应该取最小值,其可以是正的或者甚至是负的。描述“尽可能快地”在此处意味着朝向极端值的过渡考虑制造工具的限制约束和对佩戴者所造成的干扰。然而,应避免后表面上的任何扭结。平滑的曲率分布是目标,该目标提供美学上优选的、光学上较少干扰的外观。由于在视角上不会发生光焦度的突变,可以假设佩戴者将确定地优选平滑的后表面形状。此外,由制造过程继承的约束可被考虑在内。由于新的曲率分布通常是在优化过程和确定整个后表面的完整描述之前确定的,对过渡区从边界线之内的光学上保持的表面区域的曲率朝向极端曲率值的延伸的约束可被指,以及确定的阻挡工具所需的最小厚度可被定义。这都保证未切割的透镜毛坯的具有减小的厚度的修改后的透镜设计被提供,该减小的厚度可以进一步导致最终的透镜元件的厚度减小。甚至进一步地,保证了未切割的透镜毛坯可以利用现有的处理工具进行研磨、抛光、涂覆和边缘处理。
通常,未切割的透镜毛坯的后表面上的点被定位。优选地,该点在可能的边框的内部,更优选地,该点位于未切割的透镜毛坯或“圆盘”的几何中心处。对于任何方向,沿着从该点发出的直线以指定的边界半径确定原始后表面的曲率。该指定的内部边界半径或“边界线”是函数其可取任何形状并指定原始后表面的表面区域,在该表面区域内曲率分布应被保持。换句话说,矢高的分布被保持,但是仅仅是以相对的方式,使得被保持的表面区域的光学性能基本上保持相同。然而在正透镜、或具有正焦度的透镜的情况下,z方向上的绝对位置或者绝对矢高在该方法期间可被调整,如稍后将说明的。
然后,沿着每条直线,创建以某一半径进一步向外、即朝向未切割的透镜毛坯的外边缘从在该指定的边界线处被保持的表面区域的曲率到不同的曲率、即极端曲率值单调地过渡的曲率函数。于是,朝向未切割的透镜毛坯的端部、即未切割的透镜毛坯的外边缘基本上维持该曲率或极端曲率值。因此,在边界线之外,存在曲率过渡或过渡部分的表面区域,其中曲率朝向极端值过渡,且该过渡部分包含边界线之内的内部保持的表面区域。然而,根据边界线的位置,不必完全包含。如果边界线应在未切割的透镜毛坯的外边缘上开始和结束,使得保持的表面区域朝向外部“开放”,则该过渡部分当然可以仅包含沿着实际存在的边界线的内部保持的表面区域。进一步在外边,以给定的角度沿着每条直线的曲率应朝向外部保持恒定。通常,边界线的内部半径或者半径可小于、等于或大于沿着该特定角度的边框的半径。通常,该角度应照常在设计坐标系的X-Y平面之内被测量。
在这种坐标系内,X-Y平面可被定义为与前表面上具有零曲率的点的切面平行地延伸。在修改后的表面沿着每条直的载体线的剖面中,通过经由朝向外边缘对超出边界线的内部指定半径的新的曲率分布进行积分来扩展边界线之内的原始表面分布,构建新的表面。如上面已经陈述的,通常,内边界的半径和过渡区的端部以及修改后的曲率可以是角度的函数。
在文献WO2014/060552A1中,在步骤S40中仅确定目标分布和步骤(S1)至(S20)中确定的分布之间的差。将该差指定为连续的曲线分布,该分布然后被用作切割要被应用与载体的附加菲涅尔片材的基础。但是,似乎并不存在基于新的曲率分布找到修改后的形状的优化过程,其中优化朝向目标形状,且其中还应用对未切割的透镜毛坯的外边缘的厚度要求。
根据本发明的第二方面,提供一种方法,尤其是一种计算机实现的方法,尤其是通过使用永久计算机可读介质,用于减小未切割的透镜毛坯的原始透镜形状的厚度,包括下列步骤:
A)提供未切割的透镜毛坯的原始透镜形状,其中原始透镜形状包括未切割的透镜毛坯的前表面和后表面的原始形状,使得未切割的透镜毛坯满足尤其是根据验光值的预定的光学性能;
B)指定一组参数,包括后表面的曲率梯度的建议的最大大小、大于建议的最大大小的后表面的曲率梯度的硬极限最大大小、建议的极端曲率值、眼睛转动角的最小值、眼睛转动角的建议值、后表面上的边框线、沿着边框线的最大透镜厚度、和边界线,其中最终的透镜应沿着该边框线从未切割的透镜毛坯被切出,尤其是后表面的原始形状应被保持在该边界线之内;
C)基于该组参数迭代地实施根据第一方面的用于提供修改后的透镜形状的方法或其改进方案之一,以提供修改后的透镜形状直至沿着修改后的透镜形状的边框线的透镜厚度等于或低于指定的最大透镜厚度,且其中,在迭代期间,后表面的最大大小曲率梯度、边界线和预定义的曲率值中的至少一个被修改。
特别地,在步骤C)中的迭代期间,该组参数可以根据下面的顺序被修改:
I.应用曲率梯度的建议的最大大小和建议的预定义的曲率值,并从与边框线至少部分相同的原始形状朝向包围覆盖至少建议的眼睛转动角的后表面区域的形状缩小边界线;
II.从建议的最大大小朝向硬极限最大大小增加最大曲率梯度的大小;
III.从包围覆盖至少建议的眼睛转动角的后表面区域的形状朝向包围覆盖至少最小眼睛转动角的后表面区域的形状缩小边界线。
该方法保证最终的经过边缘处理的透镜沿着其外部、即边框线的厚度不大于沿着边框线的指定的最大透镜厚度。这在透镜被预期安装到某一边框中的情况下可能是有利的,该边框仅能容纳直至特定透镜厚度的透镜。根据所提出的方法,有三个主要的控制边缘厚度的减小的参数。这些参数是后表面的曲率梯度、针对后表面所允许的极端曲率值(对于正透镜的反转的双凸透镜(inverselentic)该极端曲率值是最大值,而对于负透镜的载体曲线是最小值)、以及要由边界线代表的最小眼睛转动角,即应当由后表面在边界线之内的表面区域所覆盖的最小眼睛转动角。然后,为了满足指定的边缘厚度需求,首先设定建议的曲率梯度,以及后表面的曲率的极端值。然后,例如通过保持边界线的一般形状,以小于1的因子缩放该边界线,减小边界线之内的表面区域的尺寸。由此,边界尺寸可从初始尺寸被减小到建议的边界尺寸。例如,初始尺寸可以是越过边界线的至少一部分延伸直至边框线的尺寸。如果该减小不应是足够的,则允许的最大曲率梯度可从建议值被增加至最大值。如果这仍然不应是足够的,则被边界线包含的表面区域的尺寸可进一步被减小以不覆盖建议的眼睛转动角,而是仅覆盖最小的眼睛转动角。最后,如果这仍然不应是足够的,则甚至更多极端的曲率值可以被选择,直至预设的硬极限。
根据本发明的第三方面,提供一种用于制造透镜的方法,包括按照根据第一方面的方法或其改进方案或按照根据第二方面的方法或其改进方案之一为未切割的透镜毛坯提供修改后的透镜形状、以及根据该修改后的透镜形状制造未切割的透镜毛坯的步骤。
这种用于制造的方法最终使得能够根据修改后的透镜形状制造未切割的眼镜片。这种未切割的透镜毛坯提供减小的厚度的优点,该减小的厚度将通过边缘处理被维持并进一步减小随后被边缘处理的最终的透镜的厚度。此外,确保了未切割的透镜毛坯可通过表面处理和边缘处理机器被处理,因为对后表面的充分的约束、尤其是最大曲率梯度、极端曲率值和未切割的透镜毛坯的外边缘的厚度被设定,并且相应的最低要求因而确定被满足。该制造然后可照常被实施,这意味着该表面将被研磨、抛光和在需要时被涂覆。此外,可以发生边缘处理,其通常可在涂覆之前或之后被实施。
根据本发明的第四方面,提供一种用于制造眼镜片的未切割的透镜毛坯,包括前表面和后表面,其中前表面是旋转对称表面,且其中后表面包括双凸透镜部分、边缘部分和位于双凸透镜部分和边缘部分之间的过渡部分,且其中后表面沿着从后表面上的点发出的直线的曲率在整个边缘部分上取极端曲率值,且穿过过渡部分朝向极端曲率值单调地过渡,特别是其中后表面沿着该直线的曲率是连续的。
特别地,后表面沿着从后表面上的点发出的直线的曲率以不同于零的曲率梯度朝向极端曲率值单调地过渡。特别地,双凸透镜部分具有不对称的表面分布,尤其是该表面分布是自由形状表面分布。特别地,前表面具有不同于零的曲率。特别地,前表面是凸面。特别地,前表面可为球面。特别地,前表面可为非球面的且旋转对称的表面。
特别地,未切割的透镜毛坯是由单种材料组成的单一元件。因此,该未切割的透镜毛坯在特定的波长处可具有单一的折射率和/或阿贝数。
特别地,后表面的曲率是连续的。特别地,后表面沿着直线的曲率是连续的。特别地,后表面沿着边界线的曲率是连续的。特别地,边界线外部的后表面的曲率等于沿着边界线在边界线之内的原始透镜形状的固定曲率分布的曲率。
因此,未切割的透镜毛坯提供与由根据第三方面的方法提供的相同的优点。其是相应的制造过程的直接结果。前表面是具有非零曲率的球面。通常,前表面是具有正曲率的凸面。后表面包括双凸透镜部分。术语“双凸透镜部分”已被选择,因为这是具有根据原始透镜形状的光学上保持的表面分布的部分。其是后表面的覆盖预期的最小眼睛转动角的部分,因此佩戴者穿过该部分来看。因此,该双凸透镜部分被按照根据第一和第二方面的方法的边界线围绕。该双凸透镜部分可延伸到未切割的透镜毛坯的外边缘。因此,其可不被边界线完全围绕,而是朝向外部“开放”。优选地,该双凸透镜部分在后表面上包括未切割的透镜毛坯的几何中心。在该双凸透镜部分中,后表面的表面分布是自由形状表面分布。这意味着,其不具有对称性,既不是旋转对称也不是平面对称或点对称。该点可被指定在后表面上,优选地该点在未切割的透镜毛坯的几何中心中。直线可被认为从该点发出。在此处,“直”意味着其围绕垂直于前表面的曲率的中心的线以恒定的角度延伸。因此,例如,在该点是未切割的透镜毛坯的几何中心的情况下,每条线都在前表面的子午线上延伸。沿着每条线,后表面的曲率从边缘部分朝向预定义的曲率值、尤其是极端曲率值朝向未切割的透镜毛坯的外边缘单调地过渡。从双凸透镜部分的端部处的曲率朝向预定义的曲率值、特别是极端曲率值的该过渡在过渡部分中被实施,因此,该过渡部分被定位于边缘部分和双凸透镜部分之间。在边缘部分上,存在预定义的曲率值、尤其是极端曲率值。因此,在该点是未切割的透镜毛坯的几何中心的情况下,在整个边缘部分上的正切或径向曲率是相同的。在此处,“相同”意味着在给定通常的制造公差和光学设计的优化必然性的情况下其是基本上相同的。
通常,即使不知道该点的位置,也将有可能在边缘区域、即后表面的并非自由形状表面的部分之内选择多个点,计算在这多个点中在任何方向上的曲率并且然后比较,从这些点在哪些方向上曲率是恰好相同的。在相同曲率的这些方向上画直线,这将导致在单个点中切开的线,于是该单个点是根据定义的点。
根据本发明的第五方面,提供一种尤其是永久的计算机程序产品,包括用于执行根据第一方面的方法或其改进方案之一的步骤的程序代码装置。
根据本发明的第六方面,提供一种尤其是永久的计算机程序产品,包括用于执行根据第二方面的方法或其改进方案之一的步骤的程序代码装置。
根据本发明的第七方面,提供一种按照根据本发明的第三方面的方法制造的未切割的透镜毛坯。
根据本发明的第八方面,提供一种用于提供修改后的透镜形状的计算机系统,包括用于提供具有前表面和后表面的未切割的透镜毛坯的原始透镜形状且尤其是提供预定义的曲率值的装置,其中原始透镜形状包括未切割的透镜毛坯的前表面的原始形状和后表面的原始形状,使得未切割的透镜毛坯满足预定的光学性能,尤其是验光值;用于确定边界线的装置,尤其是其中后表面的原始形状的曲率分布应被保持在边界线之内;用于确定在边界线处的后表面的边界曲率的装置;用于确定在边界线和未切割的透镜毛坯的外边缘之间的后表面的新的曲率分布的装置,其中新的曲率分布的曲率等于边界线处的边界曲率,且朝向外边缘从边界曲率朝向预定义的曲率值或预定义的曲率单调且连续地过渡;以及用于确定未切割的透镜毛坯的修改后的透镜形状的装置,其中修改后的透镜形状包括前表面的原始形状、和后表面的修改后的形状,其中后表面的修改后的形状通过基于新的曲率分布朝向目标形状的优化过程确定,且其中目标形状包括在边界线之内原始透镜形状的尤其是所保持的曲率分布以及对于未切割的透镜毛坯的外边缘的厚度要求,尤其是其中原始透镜设计的曲率分布被保持或固定在边界线之内。此外,计算机系统可包括用于第二方面的步骤A)的装置、用于根据第二方面的步骤B)的装置和用于根据第三方面的步骤C)的装置。
根据本发明的第九方面,提供一种用于制造眼镜片的未切割的透镜毛坯,包括前表面和后表面,其中,该前表面是凸的旋转对称表面,且其中后表面包括不对称的双凸透镜部分、边缘部分和位于双凸透镜部分和边缘部分之间的过渡部分,且其中后表面沿着从后表面上的点发出的直线的曲率穿过过渡区域朝向极端曲率值单调地过渡,且其中后表面沿着该直线的曲率是连续的。
根据本发明的第十方面,提供一种尤其是永久的计算机程序,包括用于执行根据第一方面的方法或其改进方案之一的步骤的程序代码装置。
根据本发明的第十一方面,提供一种尤其是永久的计算机程序,包括用于执行根据第二方面的方法或其改进方案之一的步骤的程序代码装置。
根据第十二方面,提供一种机器可读存储介质,其上存储有计算机程序,包括用于执行根据第一方面的方法或其改进方案之一的步骤的程序代码装置。根据第十三方面,提供一种机器可读存储介质,其上存储有计算机程序,包括用于执行根据第二方面的方法或其改进方案之一的步骤的程序代码装置。
特别地,根据第五和第六方面的计算机程序产品、根据第八方面的计算机系统、根据第七和第九方面的未切割的透镜毛坯、根据第十和第十一方面的计算机程序以及根据第十二和第十三方面的机器可读存储介质提供与根据第一至第三方面的方法和根据第四方面的未切割的透镜毛坯相同的优点。
关于一般技术背景,在镜片设计中,波前像差的预期或“目标”分布典型地是指定的。该分布通常代表针对眼镜验光值焦度和拟合参数的特殊组合的透镜设计的理想的光学性能。典型的优化过程通过操作镜片元件的一个或多个连续平滑的表面而设法尽可能接近地实现期望的光焦度分布。在横越透镜孔径的多个点处,在被建模的镜片元件和目标分布之间的光学性能的差异通过使用对假定的佩戴位置的计算机光线跟踪而被评估,该假定的佩戴位置代表安装的透镜在佩戴者上的位置。在典型的光线跟踪过程期间,对足以表征直至选定阶数的透镜的波前像差的、来自指定的物点的一些光线透过透镜元件的折射进行计算。理想地,这些光线应都会聚在眼睛的与物距相关的理想焦平面处,然而这在所有横越透镜孔径的点处经常在数学上是不可能的。
典型地,表示在这些点处的光学像差的总大小的“优质函数(meritfunction)”或最小二乘解在横越透镜孔径的每个指定的点处通过使用数学优化和建模技术、例如有限元分析被最小化。此外,这些优质函数或这些优质函数的各个项在透镜孔径上也可以被不同地加权,以便在透镜的某些区域中最大化视觉性能,其中视觉质量是最关键的,或者以便在透镜的区域中最小化优化,其中由于透镜设计的特性,某些光学像差是不可避免的。
基于这点,提供未切割的透镜毛坯的“原始透镜形状”。透镜形状的一般细节和找到这种形状的数学基础是本领域技术人员已知的。此外,朝向目标形状或基于目标参数和边界条件优化表面分布是本领域技术人员所公知的。作为实例,这种细节可从R.R.Shannon的“TheArtandScienceofOpticalDesign”(CambridgeUniversityPress,1997,ISBN0521-58868-5),尤其是其第5章“Designoptimization”并且甚至更详细地在“HandbookofOpticalSystems”(Gross等人,第1到5卷,WILEY-VCHPublishing,Weinheim,2007,ISBN:978-3-527-40382-0)中、尤其是在第3卷“AberrationTheoryandCorrectionofOpticalSystems”、特别是其第32章“PrinciplesofOptimization”、第33章“Optimizationprocess”和第34章“SpecialCorrectionFeatures”中获得。
除此之外,用于提供客观验光技术的结果的不同种类的优质函数和优化度量已被考虑,并且是本领域技术人员众所周知的。在文献US7857451B2“Systemandmethodforoptimizingclinicalopticprescriptions”、文献US2012/0069297A1“Eyeglassprescriptionmethod”、US2005/0110946A1“Objectivemanifestrefraction”、WO03/092485A1“Sharpnessmetricforvisionquality”、US2008/0100800A1“Eyeglassprescriptionmethod”、US2009/0015787A1“Apparatusandmethodfordetermininganeyeglassprescriptionforavisiondefectofaneye”和文献US8205987B2“Methodforoptimizingaspectaclelensforthewavefrontaberrationsofaneye”中提供了实例,这些文献中的每一个的公开内容都通过引用被结合于此,且针对这些文献可寻求特征保护。在矛盾的情况下,本说明书将进行控制。
术语“优质函数”对于本领域技术人员是众所周知的。优质函数(也称作品质因数函数)是针对参数的特殊选择量度最佳模型和拟合模型(在此处是后表面)之间的一致性的函数。换句话说,优质函数通过提供一值、即优质函数的值来评价参数的选择。当接近最佳时该优质函数可以变小。例如,优质函数的值可代表视觉质量的标准或者仅仅所确定的后表面和目标形状之间的差异。然而,其也可以以其为了参数的更好的选择而变大的方式被设计。在优化期间,基于优质函数的值对参数进行调整,直至获得最佳值(最大或最小值),因此产生具有相应的给定优质函数的最佳值的参数的最佳拟合或最佳。
除非另外指出,在本申请的上下文中所使用的术语对应于DINDeutschenInstitutfürNormunge.V的标准DINENISO13666:1998-11中的定义。
因此,“眼镜片”指代戴在眼睛前面但不与眼睛接触的镜片,参看标准DINENISO13666的第8.1.2章。在本申请的上下文中,根据标准DINENISO13666的No8.4.6完成的眼镜片也意图通过术语“眼镜片”来理解。因此,这是具有两个完全处理过的光学表面的眼镜片。它可以是边缘处理之前或之后的眼镜片。原则上,眼镜片是作为所谓的未切割的眼镜片、或完成的具有未加工的边缘的眼镜片来交付的,例如从大规模实验室交付给配镜师。未切割的眼镜片通常具有圆形或椭圆形边缘形状。未切割的眼镜片只适用于特殊的边框,并且通过在配镜师店内进行边缘处理而得到最终的尺寸和形状。
根据本申请的术语“未切割的透镜毛坯”意图意指具有两个表面、即前表面和后表面的透镜毛坯,这两个表面在边缘处理之前都具有它们的最终形状。涂覆可不被应用于任一表面,或者应用于一个或两个表面。并且,术语“未切割的透镜”根据标准DINENISO13666的8.4.7,但仅具有前提,即前和后表面中的任何一个都不可以已经被涂覆,或前和后表面中的一个或两个可以已经被涂覆。然而,其也可以被称为“透镜毛坯”。其可具有圆形或椭圆形形状。在圆形透镜毛坯的情况下,直径可以是至少60mm,尤其是从60mm到80mm并且包括80mm。在椭圆形透镜毛坯的情况下,最小的直径可以是至少60mm,特别是从60mm到80mm并且包括80mm。
术语“光轴”意图意指垂直于眼镜片的两个光学表面的直线,且沿着该直线,光不偏离地穿过该眼镜片,参看标准DINENISO13666的No4.8。
“子午线”或“表面的子午线”根据DINENISO13666的5.7.1意图意指包含这种表面的曲率中心的任何平面。
在本发明的上下文中,直的载体线在其之内延伸的“剖面”或“截面”意图意指穿过透镜的横截面,其平行于穿过眼镜片的用户的预期的主固定方向。如果该透镜具有光轴,剖面可以是子午线平面。如果透镜具有有曲率中心的表面、尤其是前表面,横截面可以是子午线。如果透镜不具有光轴,剖面也可包含根据标准DINENISO13666的No5.5的几何中心,即与未切割的透镜毛坯的形状有关的框的水平和垂直中心线的交点。该剖面也可包含根据标准DINENISO13666的No5.11的视点,即视线与眼镜片的后表面的交点。
“视线”在该情况下根据标准DINENISO13666的No5.32意图意指将视网膜的中央凹的中心连接到眼睛的出射光瞳的中心的线,且其从入射光瞳的中心向前继续到物空间中。
在本申请的上下文中,“视点”在这种情况下意图意指眼镜片的后表面上的点,当眼睛采取放松位置时,视线与眼镜片的后表面在该点处相交。根据标准DINENISO13666的No5.31,这也被称作“第一位置(primaryposition)”,即针对眼睛在固定方向上直视位于视平线上的物体的情况眼睛相对于人体的位置。拟合点的位置可被设置并且可作为未切割的透镜毛坯中的标记被读取。
在根据眼镜片的标准DINENISO13666中的No5.23的偏心的情况下,在边缘处理过的眼镜片的形式下所要求的中心点不同于几何加框中心,将标准DINENISO13666中针对“偏心”的No5.23与No5.24“中心点”进行比较。特别地,横截面于是可包括根据标准DINENISO13666的No5.24的“拟合点”,即在眼镜片或未切割的眼镜片的前表面上的点,根据制造商的规定,该点应被用作将透镜定位在眼睛前面的参考点。拟合点的位置通常被设置,并且可作为未切割的透镜毛坯中的标记被读取。
本申请上下文中的术语“前表面”和“后表面”对应于标准DINENISO13666中的那些。根据标准DINENISO13666的No5.8,术语“前表面”意图意指在眼镜中眼镜片的预期远离眼睛的表面。根据标准DINENISO13666的No5.9,术语“后表面”意图意指在眼镜中眼镜片的预期面向眼睛的表面。然而,术语“前表面”和“后表面”也可分别用“第一表面”和“第二表面”来交换。“第一表面”(之前前表面)于是可被定义为特别是凸的具有球面、尤其是并且旋转对称或者非球面、尤其是并且平面对称的形状的表面。“第二表面”(之前后表面)于是可被定义为特别是凹的不对称的、特别是自由形状表面的表面。
术语“棱镜度”根据标准DINENISO13666的No10.9意图意指棱镜偏差和棱镜偏差的基本设置两者。根据No10.8,“棱镜偏差”意图意指作为折射的结果光线的方向的改变。当棱镜度关于横截面或在横截面内被涉及时,这于是意图意指相应的横截面内的棱镜度。根据标准DINENISO13666的No10.7定义了基本位置,且其可例如根据TABO方案、本领域技术人员所公知的半圆弧度方案用极坐标被指出。
术语“屈光度”意图意指眼镜片的焦度和棱镜度两者,参看标准DINENISO13666的No9.3。
术语“焦度”描述特殊点处眼镜片的球镜度和散光度,参看标准DINENISO13666的No9.2。在这种情况下的术语“球镜度”和“散光度”指的是标准DINENISO13666中的第11和12节中给定的定义。
术语“对于用户(forauser)”意图意指眼镜片对于用户的效果,眼镜片是为该用户设计的。这种计算“对于用户”因此是在用户数据的基础上执行的。特别地,这些用户数据涉及假定的眼睛转动点相对于眼镜片的位置。特别地,该眼睛转动点的位置被表示为与眼镜片的后表面的距离。在旋转对称眼镜片的情况下,例如,眼睛转动点位于在眼镜片的光轴上与眼镜片的后表面的特定距离处。
“用户数据”可以是个体用户数据和标准用户数据两者。例如,具有特殊屈光度的单焦点眼镜片可针对标准用户数据被配置。例如由眼镜师记录个体用户数据并发送至眼镜制造商,以便计算眼镜片的形状。
“框(box)”或“加框系统(boxingsystem)”是有尺寸和定义的系统,其基于由未切割的透镜毛坯的最外边缘的水平和垂直切线所构成的矩形。“水平中心线”是与两个水平切线等距的线。“垂直中心线”是与两个垂直切线等距的线。垂直中心线和水平中心线的交点也被称作“几何中心”。在用于边框中的边缘处理过的眼镜片的框的情况下,交点也被称作“加框中心”。相应的定义可在标准DINENISO13666中的第5节中找到。框系统的更实质的标准化可在标准DINENISO8624中找到。眼镜的“眼镜平面”是包含第一或左眼镜片的垂直中心线和第二或右眼镜片的垂直中心线的平面。框系统或框尺寸以及眼镜平面的更实质的标准化也在标准DIN58208-1.9中被说明。
“验光值”作为为了通过光学设计而实现以矫正佩戴者的人眼的像差的光学值而公知。特别地,该验光值可提供球柱和轴线值或等效参数。此外,附加值、即透镜的近和远部分之间的差值以及沿着相关轴的某些棱镜度可以被规定。
后表面上的“载点”是如下点,直的载体线从该点发出。它可以是透镜的后表面上的任何点。然而,优选地它是边界线之内的表面区域之内的点。特别地,载点可以是视点和/或未切割的透镜毛坯的几何中心。
“边界线”确定要被保持的后表面区域的外边界。边界线不是直线。它是包围双凸透镜部分、即要被保持的后表面区域的曲线。它可以是封闭的线。然而,它也可以在未切割的透镜毛坯的外边缘上开始和结束,即使得被包围的表面区域径向向外“开放”。
“曲率分布”以相对的方式下意指表面的曲率分布。特别地,后表面的曲率分布包括曲率,即单纯的表面分布。然而,z方向上的绝对位置、即相对于前表面的绝对位置并不包括于曲率分布中。因此,如果后表面的原始形状的曲率分布被“保持”,后表面的相对矢高被保持,但是曲率分布本身可以以平移(translatoric)的方式相对于前表面被移动,即,曲率分布的每个点都在相同的方向上并且以相同的量相对于前表面被移动。
如之前所说明的“载体线”可以是直的载体线,其以确定的角度延伸并从载点发出。例如,在载点是未切割的透镜毛坯的几何中心的情况下,该角度将围绕透镜毛坯的几何中心线展开。尤其是,几何中心点将垂直于前表面的曲率中心。在载点不是几何中心的情况下,平行于几何中心线的线可被认为穿过载点,并且围绕该特定的线,角度可以被展开,每条载体线沿着这些角度延伸。通常,载体线不必是直的。弯的载体线或遵循任何给定的路径的载体线也是可能的。
“单调地”过渡意指曲率的一阶导数或曲率梯度在过渡期间不改变其代数符号。该代数符号仅是正的或仅是负的。此外,曲率梯度可以是恒定的。
此外,“过渡”意指预定义的曲率值、尤其是极端曲率值是从不同于预定义的曲率值、尤其是极端曲率值的曲率值被接近的。预定义的曲率值可以是最大或最小曲率。因此,在最小曲率的情况下,其因此是后表面的尤其是沿着载体线的最小曲率。因此,在最大曲率的情况下,其因此是后表面的尤其是沿着载体线的最大曲率。在后表面上的点中,曲率的方向不同于边界线的方向。曲率的方向是朝向未切割的透镜毛坯的外边缘、尤其是沿着相应的载体线远离边界线。此外,特别地,边界曲率不同于预定义的曲率值,尤其是极端曲率值。因此,过渡意指穿过过渡区的曲率梯度不是恒定地处于零。作为唯一的实例,在沿着载体线的边界曲率应为5屈光度且预定义的曲率值、尤其是极端曲率值被定义为15屈光度的情况下,曲率将稳定地从5屈光度升高到15屈光度,而不会在中间下降。在过渡部分中,曲率梯度将只是正的。
曲率在表面上或沿着线是“连续的”意指在相应的表面上或沿着相应的线不存在任何不连续性、即任何扭结。换句话说,沿着边界线,后表面在边界线之内的曲率等于后表面在边界线外部的曲率。由此,保证连续的曲率、换句话说平滑的表面。当然,由于制造公差,扭结可能不是急剧的不连续性,而是实际上可能包括很小的、例如小于5mm或者甚至小于2mm的曲率半径。特别地,连续的于是应意指后表面的曲率半径的大小始终超过2mm或始终超过5mm。
未切割的透镜毛坯的外边缘的“厚度要求”是优化过程的目标形状的条件或边界条件。例如,厚度要求可以是为未切割的透镜毛坯的外边缘沿着其外围的最小厚度所设定的值。这尤其适用于正透镜。作为另一个实例,厚度要求可以是未切割的透镜毛坯的外边缘沿着其外围的最小厚度。因此,未切割的透镜毛坯的外边缘沿着其外围的最小厚度的值必须等于或大于最小厚度。这尤其适用于负透镜。
因此,如上面所列出的目的被完全解决。
在根据第一方面的方法的改进方案中,后表面的曲率是连续的。
例如,在步骤e)中的确定期间,例如,修改后的透镜形状的后表面的曲率被确定为连续的。特别地,后表面或其曲率不包括任何不连续性。后表面可以是平滑的表面,尤其是没有任何扭结或跳跃,例如,像菲涅尔层一样。后表面的连续的曲率例如促进未切割的透镜毛坯的随后的制造。
在根据第一方面的方法的一种改进方案中,未切割的透镜毛坯是由单种材料制成的单一元件。
例如,未切割的透镜毛坯在方法步骤中被确定为由单种材料制成的单一元件。为由单种材料制成的单一元件的未切割的透镜毛坯仍然可以具有应用于例如前表面和/或后表面上的涂层。这促进未切割的透镜毛坯的随后的制造。例如,不需要附接另外的菲涅尔片材。
在根据第一方面的方法的一种改进方案中,该方法还包括提供后表面的极端曲率值,尤其是最大曲率或最小曲率,作为预定的曲率值。
在根据第一方面的方法的一种改进方案中,步骤c)包括确定后表面上的载点和后表面上的至少一条直的载体线,其中每条直的载体线都从载点发出,且对于每一条直的载体线,在相应的直的载体线和边界线的交点处确定后表面的边界曲率。
在根据第一方面的方法的一种改进方案中,步骤d)包括对于每条直的载体线,确定后表面沿着相应的载体线从交点到未切割的透镜毛坯的外边缘的新的曲率分布,其中新的曲率分布的曲率在交点处等于边界曲率,且朝向外边缘从边界曲率到极端曲率值单调地过渡。
在根据第一方面的方法的一种改进方案中,后表面的修改后的形状通过朝向目标形状的优化确定,其中该目标形状包括:
i.边界线之内的后表面的原始透镜形状的曲率分布,该曲率分布在优化期间是固定的,
ii.边界线外部的每条直的载体线的曲率分布,该曲率分布在优化期间是固定的,以及
iii.后表面在边界线外部的极端曲率值,
且其中该优化应用条件,即后表面沿着边界线的曲率是连续的。
在根据第一方面的方法的另一个改进方案中,载点是根据原始透镜形状的视点,或者载点是根据原始透镜形状的拟合点,或者载点是未切割的透镜毛坯的几何中心,尤其是使得该曲率是后表面的正切曲率,且每条直的载体线在前表面的子午线上延伸。
当然,可能是如下情况,即视点也是拟合点和/或也是未切割的透镜毛坯的几何中心。此外,通常利用任何改进方案,可以定义载点是后表面与前表面的旋转对称轴的交点。这将特别适用于前表面是球面的情况。可能优选的是,载点是未切割的透镜毛坯的几何中心。在这种情况下,每条直的载体线将在前表面的子午线上延伸,作为前表面的曲率中心,当然,作为几何中心。这也将意指曲率、即沿着每条直的载体线的曲率是后表面的正切或径向曲率。相应的形状相对很快地建立并且确定。由于应被保持的原始形状的光学区域通常在原始形状的中心,通常围绕该点开展厚度减小是有意义的。
在根据第一方面的方法的另一个改进方案中,提供边框的形状,最终的透镜应被插入到该边框中,其中边框线由一条线定义,沿着该线,未切割的透镜毛坯应被切割以安装到边框中,且其中边界线的形状对应于边框线的形状,特别地其中边界线之内的后表面区域小于、等于或大于边框线之内的后表面区域。
通常,边界线可具有任何任意形状。在该上下文中,“形状”意指由边界线包围的或边框之内的表面区域的二维投影的一般几何图,换句话说,“阴影”。已经发现,如果边界线的形状对应于边框线的形状,则在美学上是有利的。然而,这不必然意指边界线等于边框线。边界线也可以包围小于、等于或大于边框线之内的后表面区域的表面。因此,通常,边界线可以是通过任何大于、等于或小于一的因子被缩放的边框线。
在根据第一方面的方法的另一个改进方案中,在曲率已经达到预定义的曲率值、尤其是极端曲率值之后,直的载体线的曲率朝向外边缘、尤其是直至直的载体线到达外边缘在预定义的曲率值、尤其是极端曲率值保持恒定。
将曲率保持在预定义的曲率值、尤其是极端曲率值将提供在预定义的曲率值、尤其是极端曲率值处具有相同的曲率的整个边缘部分。这导致所得到的未切割的透镜毛坯的厚度的最大的减小。
在根据第一方面的方法的另一个改进方案中,确定多个直的载体线,尤其是其中相邻的直的载体线之间的间隔在0.5和10度之间,优选地1、2或3度。
当然,这意味着,例如,在任何直的载体线在前表面的子午线之内延伸的情况下,这样确定的间隔角也是子午线之间的角。该间隔角确定相邻的直的载体线的两个径向方向之间的角。所使用的间隔可取决于为该方法保留的处理资源。其可进一步取决于应如何精确地支持随后的优化过程。间隔角越小,确定越多的载体表面,从而为随后的优化过程提供越多的精确的起始条件。这将提供更多的对优化的控制。
在根据第一方面的方法的另一个改进方案中,原始透镜形状提供正焦度,其中预定义的曲率值、尤其是极端曲率值是最大值,尤其是正的曲率值,且其中在优化期间,未切割的透镜毛坯的外边缘的预定义的最小厚度被应用于目标形状,作为强制性条件,尤其是使得,在优化期间,在边界线之内的后表面的原始透镜形状的固定的或保持的曲率分布的矢高被调整,同时固定的或保持的曲率分布被维持。
这个改进方案特别涉及所谓的“正透镜”,即,具有正焦度的透镜。在眼科,通常使用弯月透镜。这种凸-凹透镜可以是正的或负的,这取决于两个表面的相对曲率。因此,负的弯月透镜或负透镜具有曲率比前表面的曲率更高的凹表面(后表面)。这种负透镜在中心处将比在外围或外边缘处更薄。相反,正的弯月透镜或正透镜具有曲率比凹表面更高的凸表面(前表面),并且因此,在几何中心处将比在外围或外边缘处更厚。因此,涉及正透镜时,这些透镜将朝向外围变薄。应用当前的方法,后表面的厚度将在边缘区域中朝向外围或外边缘快速增加。然而,这并不是必要的,因为该方法的目标将是减小这种正透镜的中心厚度。因此,考虑制造工具、尤其是阻挡件,未切割的透镜毛坯围绕其外围的厚度的最低要求应作为强制性条件被观察。然后,在优化期间,这具有以下效果,即当在边界线之内保持曲率分布且沿着载体线保持新的曲率分布时,在优化期间后表面朝向前表面被“移动”,使得外围上的最小厚度变为预定义的最小厚度。因此,由于修改后的透镜形状的边缘区域中的曲率高于原始透镜形状的曲率,边界线之内的光学上保持的表面区域朝向前表面被“升高”。因此中心厚度减小。
在另一个改进方案中,第二优化在步骤e)之后被实施,其中该进一步的优化使用后表面的修改后的形状作为初始形状,且仅仅将边界线之内的曲率分布朝向验光值或原始透镜形状的预定的光学性能优化,尤其是考虑到修改后的透镜形状的减小的中心厚度。
在正透镜的情况下,由于减小的中心厚度且当该透镜是“真实的透镜”而不是“理想透镜”时,减小的中心厚度影响在边界线之内的固定的曲率分布的光学性能。为了恢复这些光学性能,可以通过使用曲率分布来实施进一步的优化,该曲率分布作为进一步的优化的起始条件被固定,该进一步的优化针对减小的中心厚度再调整曲率分布。然而,这种再调整只在中心厚度减小且光学性能的相关恶化被认为明显的情况下才必须被实施。事实上,还存在恢复光学性能的其它可能的原因。例如,由于透镜将总是变更薄,再调整前表面的曲率半径可能是一个措施。该前表面将仅需要以略微更高的曲率被研磨以补偿减小的厚度。于是,将外边缘的预定义的最小厚度设定为例如比实际的最小厚度高5%或10%或20%以确保在前表面以更高的曲率被研磨的情况下将仍然保持最小厚度可能是一种选择。例如,假如最小厚度应是1mm。该方法可以在预定义的最小厚度为1.1或1.2mm的情况下被实施,使得,当以更高的曲率研磨前表面时,在外围附近保持1.0mm的最小厚度。然而,由于不是整个前表面将需要以更高的曲率进行研磨,而是仅仅边框线之内或边界线之内的区域,这可能是不需要的。作为最后的措施,已经以比原始透镜形状的实际中心厚度更小的中心厚度计算原始透镜形状可能是替代方案。因此,原始透镜形状的后表面于是在边界线之内将不提供理想的光学性能。但是,在根据所公开的方法减小厚度后,将于是拟合于减小的透镜厚度。
在根据第一方面的方法的另一个改进方案中,原始透镜形状提供负的焦度,其中预定义的曲率值、尤其是极端曲率值是最小值,尤其是负的曲率值,且其中,在优化期间,在边界线之内的后表面的原始透镜形状的固定的曲率分布的矢高是固定的,尤其是其中,作为厚度要求,外边缘的最小厚度作为在优化期间的强制性边界条件被应用。
在这种情况下,原始透镜形状在中心的厚度小于在外围上的厚度。因此,要被减小的关键厚度是在外边缘或外围上的厚度。因此,在这种情况下,不需要在边界线之内的固定曲率分布的光学性能的再调整。因此,边界线之内的原始透镜形状的固定曲率分布的矢高保持固定。然而,仍然可以提供外边缘的最小厚度的强制性条件,使得可实施在外围附近的适当的阻挡且在外边缘附近不实施太多的厚度减小。
在根据第一方面的方法的另一个改进方案中,该方法还包括定义邻接边界线朝向外边缘的过渡区,在该过渡区中,曲率朝向未切割的透镜毛坯的外边缘从边界曲率朝向预定义曲率值、尤其是极端曲率值单调地过渡,且其中过渡区被设定为尤其是沿着每条载体线的最小长度,尤其是其中过渡区在步骤d)之前被定义。
术语“过渡区”在该方法的描述期间被使用,且可被认为等价于在描述未切割的透镜毛坯的后表面的时候所使用的“过渡部分”。为了确保边界线之内的表面区域的光学保持并且为了进一步确保根据修改后的透镜形状、尤其是后表面的未切割的透镜毛坯实际上可根据该形状被制造,可定义过渡区。通过定义沿着每条载体线的最小长度,可提供防止边界线之内的表面区域受切割和抛光过程影响的保护。例如,沿着每条载体线的过渡区的长度可被定义为具有5mm的长度。实际长度将高度取决于相应的切割和抛光工具。通常,过渡区可具有1至10mm、优选地2至8mm、尤其是1、2、3、4、5、6、7、8mm的长度。
在根据第一方面的方法的另一个改进方案中,该方法还包括定义邻接边界线朝向未切割的透镜毛坯的外边缘的过渡区,在该过渡区中,曲率朝向外边缘从边界曲率朝向预定义的曲率值、尤其是极端曲率值单调地过渡,且其中通过定义沿着每条载体线的曲率的梯度的最大大小来设定过渡区,特别是其中该过渡区在步骤d)之前被定义。
尤其是对于负透镜,过渡区也可通过定义尤其是沿着每条载体线的曲率的梯度的最大大小来定义。由此,从边界线处的特定曲率朝向预定义曲率值、尤其是极端曲率值的过渡可被定义。较低的梯度将提供沿着载体线的过渡区的较大的长度,较高的梯度将减小过渡区的长度,但是将使得能够较好地减小透镜厚度。再次,该梯度可以取决于能获得的相应的表面处理工具。
在根据第一方面的方法的另一个改进方案中,在步骤d)中,每个新的曲率分布被确定为具有基本上恒定的曲率梯度,尤其是恒定的曲率梯度,用于从边界曲率到预定义的曲率值、尤其是极端曲率值的过渡。
沿着过渡区的曲率梯度可以是基本上恒定的或者特别是精确恒定的。当然,制造公差适用。通过提供恒定的梯度,可以提供美学上有利的形状,该形状不太可能被认为被佩戴者干扰。
在根据第二方面的方法的另一个改进方案中,可以规定,步骤C)进一步包括指定硬极限预定义曲率值、尤其是极端曲率值,其具有比建议的预定义曲率值、尤其是极端曲率值更大的大小,且其中在顺序步骤III.之后,硬极限预定义曲率值、尤其是极端曲率值在优化期间作为预定义的曲率值、尤其是极端曲率值被应用。
由此,在步骤III之后没有到达指定的最大透镜厚度的情况下,可以进行最后的努力来以令人满意的形状结束。然而,然后应返反警告,使得相应的透镜形状被标记,且可以例如在制造期间被特别监控。
在根据第二方面的方法的另一个改进方案中,步骤C)的最后迭代的修改后的透镜形状的沿着边框线的最大透镜厚度低于指定的最大透镜厚度,且其中在步骤C)的最后两次迭代的修改后的透镜形状之间实施另一次迭代,以使沿着边框线的最大透镜厚度与指定的最大透镜厚度匹配。
在最后迭代中透镜厚度比指定的最大透镜厚度低的情况下,最后两步之间的迭代可被实施,以与最大透镜厚度精确匹配。这提供如下优点,即也可以获得可被给予优先级的最大可获得眼睛转动角。
此外,根据第三方面的方法、也就是制造方法能提供对未切割的透镜毛坯尤其是沿着边框线进行边缘处理的进一步步骤。然后,可以获得沿着边框线具有减小的透镜厚度的最终透镜,以确保相应的最终透镜可被插入相应的边框中。
在尤其是根据第四方面的未切割的透镜毛坯的另一个改进方案中,双凸透镜部分具有不对称的表面分布,特别地,该表面分布是自由形状表面分布。
在未切割的透镜毛坯的另一个改进方案中,该极端曲率值是后表面沿着直线的最小的或最低的、尤其是有符号的、曲率,或者极端曲率值是后表面沿着直线的最大的或最高的、尤其是有符号的、曲率。特别地,最小的曲率甚至可以是负的。特别地,提供-4屈光度的曲率应被认为小于或低于提供+2屈光度的曲率。
在未切割的透镜毛坯的另一个改进方案中,过渡部分完全包围双凸透镜部分。
在未切割的透镜毛坯的另一个改进方案中,边缘部分沿着直线延伸直至未切割的透镜毛坯的外边缘,且其中边缘部分沿着未切割的透镜毛坯的外边缘的至少一部分周向延伸。
在未切割的透镜毛坯的另一个改进方案中,边缘部分沿着未切割的透镜毛坯的整个外边缘周向延伸。
在未切割的透镜毛坯的另一个改进方案中,该点是未切割的透镜毛坯的几何中心,或者其中该点是视点,尤其是其中视点的位置在透镜毛坯中以雕刻被编码,或者其中该点是拟合点,尤其是其中拟合点的位置在透镜毛坯中以雕刻被编码。因此,与上面针对根据上述第一至第三方面的方法所描述的特征相同的特征也可应用定义根据本发明的未切割的透镜毛坯的结构特征。当然,这适用于所有提及的和关于该方法的特征。
此外,该未切割的透镜毛坯在边缘部分中的预定义的曲率值、尤其是极端曲率值在曲率上可以在10和20屈光度之间,该曲率在半径上将等于53至26.5mm。通常,贯穿本申请,以屈光度为单位的曲率以1.53的折射率被给定。因此,在以屈光度为单位给定曲率的情况下,相应的曲率半径可以通过被计算。这将提供以米为单位的半径。在贯穿整个申请为1.53的已知折射率的情况下,这种再计算是本领域技术人员众所周知的。特别地,尤其是有符号的、预定义的曲率值或极端曲率值可以等于或大于14屈光度。特别地,这也可被表达为正的曲率半径。对于1.53的参考折射率,曲率半径的大小于是可以在半径上等于或小于37.85mm,以便提供等于或大于14屈光度的焦度。特别地,曲率可以是14至18屈光度。特别地,其可以是14、15、16、17、18、19、20屈光度。优选地其是16屈光度,因为用于自由形状生成器的标准工具的半径约为33mm或曲率约为16屈光度。
用于预定义曲率值、尤其是极端曲率值的该值可应用于正透镜。在负透镜的情况下,尤其是有符号的、预定义的曲率值或极端曲率值可以等于或小于-4屈光度。特别地,这也可被表达为负的曲率半径。对于1.53的参考折射率,负的曲率半径的大小于是可以等于或小于132.5mm,以便提供等于或小于-4屈光度的焦度。特别地,预定义的曲率值、尤其是极端曲率值可以在-4至-8屈光度之间,尤其是-4、-5、-6、-7、-8屈光度。优选地,预定义的曲率值或极端曲率值被设定为-6屈光度。曲率梯度可被设定于1屈光度/mm至4屈光度/mm之间,尤其是1、2、3、4屈光度/mm。特别地,建议的梯度可以是2屈光度/mm,且最大值或硬极限可以是3屈光度/mm。
通常,最小的眼睛转动角可被设定于20至50度之间,尤其是20、25、30、35、40、45度。优选地,建议的眼睛转动角是45度,且最小极限处于35度。
应该理解,以上提及的和那些还要在下面说明的特征不仅可以以分别指出的组合被使用,而且可以以其它组合或者单独地被使用,而不背离本发明的范围。
本发明的实施例被表示于附图中,且将在以下描述中进行更详细的说明。
图1示出根据本发明的第一方面的方法的一个实施例,
图2a示出一简图,其示出并图解图1中的方法的不同步骤的一个实施例,
图2b示出另一个一般的简图,其示出并图解用于正透镜和用于负透镜的方法的不同步骤,
图3示出用于图解新的曲率分布的确定的示图,
图4示出用于图解新的曲率分布的另一确定的示图,
图5示出用于图解新的曲率分布的该另一确定的另一个示图,
图6示出图解用于新的曲率分布、尤其是具有恒定曲率梯度的过渡区的确定的不同方法的效果的示图,
图7a示出未切割的透镜毛坯的一个实施例,
图7b示出沿着截面线X-X的图7的未切割的透镜毛坯,
图8a示出图解一般实例的示图,
图8b示出图解该一般实例的另外的示图,
图8c示出图解该一般实例的另一个示图,
图9示出图解正透镜的第一实例的示图,
图10示出图解正透镜的该实例的另外的示图,
图11示出图解正透镜的该实例的另一个示图,
图12还示出图解正透镜的该实施例的另一个实例,
图13示出图解正透镜的该实例中该方法的效果的另一个示图,
图14示出图解槽形正透镜(cribbedpluslens)的第二实例的示图,
图15示出图解槽形正透镜的该实例中该方法的效果的另外的示图,
图16示出槽形正透镜的该实例中该方法的结果,
图17示出图解负透镜的一个实例的示图,
图18示出图解负透镜的该实例的另外的示图,
图19示出该方法的效果和负透镜的实例,
图20示出根据本发明的第二方面的方法的一个实施例,
图21示出图解根据图20的方法的各种浸润步骤(saturationstep)中的参数组的示图,
图22示出根据第二方面的该方法的实例的不同结果,
图23示出图解根据第二方面的该方法的该实例的另外的示图,
图24示出根据本发明的第三方面的制造方法的框图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的第一方面的方法的一个实施例。该方法通常用附图标记100标明。
该方法特别是一种计算机实现的方法。作为结果,该方法尤其是通过使用永久计算机可读介质为未切割的透镜毛坯提供修改后的透镜形状。相比于原始透镜形状,修改后的透镜形状提供减小的厚度。
在下文中,通过观看图1和图2来说明该方法的实施。
首先,实施步骤102,提供未切割的透镜毛坯的原始透镜形状10。原始透镜形状10包括未切割的透镜毛坯的前表面和后表面的原始形状。特别地,按照验光值来设计该原始形状。此外,提供后表面的预定义的曲率值。该预定义的后曲率值被预设且可以是例如15屈光度或半径等价值。特别地,应当按照能够通过相关的自由形状表面处理工具制造的极端曲率值来选择该预定义的曲率值。因此,在下文中,预定义的曲率值也可被称作极端曲率值。
在图2a中,在左上方中以关于后表面的视图示意性地示出了未切割的透镜毛坯10。然后跟随箭头到底线进行修改。未切割的透镜毛坯具有透镜毛坯16的外围或外边缘。关于后表面的光学性能应被保持的最小的眼睛转动角可以被提供,但这不是必要的。此外,在后表面上确定载点。优选地,该载点是未切割的透镜毛坯的几何中心。未切割的透镜毛坯的外围可具有圆形或椭圆形的形状。然后,在步骤104中,确定边界线18。特别地,后表面的原始形状的曲率分布应被保持在边界线18之内。进一步特别地,载点14被设置在后表面上,在给定的实例中被设置在几何中心中,且后表面上的边界线18被确定,尤其是当后表面的原始形状的曲率分布应被保持在边界线18之内时。因此,如图2a的右上方中所示,边界线18通常将被画成包围预期的最小的眼睛转动角12。边界线的形状可被选择为与最终的透镜将被插入到其中的边框的形状相同。在图2a中给定的实例中,边界线18的尺寸被选择为具有与边框相同的尺寸。在边界线18之内,原始透镜形状10的曲率分布应被保持。可考虑切除后表面的原始透镜形状的剩余部分。因此,仅示出了原始外围的虚线26。透镜形状现在将被修改,使得在边缘区域或边缘部分28中,将存在曲率的极端值。在过渡部分或过渡区24中,曲率梯度将从在边界线18之内所保持的透镜形状的曲率朝向极端曲率值28过渡。因此,外过渡线22可被认为是具有边界线18的过渡区24的外边界,该边界线18是过渡区24的内边界线。然而,过渡区24、边缘部分28和外边界线22还将在后面的步骤中被确定。为了图解的目的,它们仅仅在图2a的右上方中的实例中被说明。在图2a的实例中,原始透镜形状提供正焦度或者是“正透镜”。
在接下来的步骤106中,确定边界线18处的后表面72的边界曲率。特别地,确定后表面上的至少一个直的载体线30至37,其中每个直的载体线从载点14发出,且,对于每个直的载体线30至37,确定相应的直的载体线30至37在边界线18处的截面点的端部处后表面的边界曲率。
交点的实例用附图标记29标明。每个直的载体线30至37都以不同的角度延伸。由于在给定的实例中未切割的透镜毛坯10的外围具有圆形的形状,所以每个载体线在穿过该圆形的完整的直径的平面内延伸。由于在给定的实例中前表面具有球形形状,且载点14位于几何中心,所以每个载体线30至37在前表面的子午线内延伸。在所提供的实例中,使用了八条载体线,使得它们之间的夹角是45度。然而,可以使用任何不同数目的载体线。
现在,在步骤108中,确定未切割的透镜毛坯60的边界线18和外边缘16之间的后表面72的新的曲率分布38,其中新的曲率分布38的曲率等于边界线18处的边界曲率,且从边界曲率朝向预定义的曲率值朝向外边缘16单调地且连续地过渡。特别地,对于每条直的载体30至37,确定后表面沿着相应载体线从交点29到未切割的透镜毛坯的外边缘或外围16的新的曲率分布,其中新的曲率分布38的曲率等于在交点29处的边界曲率,并朝向外边缘16从边界曲率到极端曲率值单调地过渡。
在图2a中,这被示出于中部右侧的图片中。在边界线18上,即在交点29中,直的载体线的平面之内的新的曲率分布的曲率、即在给定的实例中正切或径向曲率等于边界线18之内的原始透镜形状10的光学上保持的表面区域的曲率。这意味着边界线内部和外部的曲率彼此相等,接近边界线18。因此,沿着边界线的曲率被确定为连续的。这意味着在边界线18处不提供扭结。此外,在正透镜的给定的实例中,基于相关的自由形状制造工具设定过渡区24的长度,使得确保修改后的后表面可被制造而不损伤边界线18之内的光学上保持的表面,尤其是自由形状表面。例如,径向长度,即,载体线的平面之内的长度或者是载体线的子午线被设定为特别是例如5mm的值。
边缘区域28中的过渡区,提供曲率的极端值,例如15屈光度。由此,针对每个载体线确定新的曲率分布38,以下将更详细地通过以三次多项式近似利用沿着过渡区的恒定曲率梯度或者至少沿着过渡区的基本上恒定的梯度进行说明。这于是导致每个载体线30至37的新的曲率分布。结果被示于中部右侧。边界线18之内的原始形状的曲率分布利用附属于其的边界线18外部的新的曲率分布进行固定。在后表面内的直视图中,因此在这个阶段中,被确定和固定的后表面分布看上去像“蜘蛛”,其中在边界线18之内的光学上保持的曲率分布是身体,且沿着载体线的每个新的曲率分布形成一条腿。
然后,在步骤110中,未切割的透镜毛坯的修改后的透镜形状40被确定,其中修改后的透镜形状40包括前表面70的原始形状,和后表面72的修改后的形状,其中后表面72的修改后的形状通过基于新的曲率分布的优化而确定,且其中,在优化过程中,原始透镜形状10被保持在边界线18之内。特别地,确定未切割的透镜毛坯的修改后的透镜形状,其中修改后的透镜形状包括前表面的原始透镜形状和后表面的修改后的形状,其中通过朝向目标形状的优化确定后表面的修改后的形状。这种朝向目标形状的优化是本领域技术人员通过使用目标形状或优质函数以及优化技术、例如基于这些目标形状和/或优质函数的平方优化所公知的。
对于随后的制造,需要对后表面的完整的描述。因此,“蜘蛛腿”之间的后表面还应被确定。此外,在正透镜的情况下,可能有必要进一步再调整边界线之内的固定的曲率分布的矢高。优化是朝向目标形状进行的,其中该目标形状包括后表面在边界线之内的原始透镜形状的曲率分布、即仅仅曲率分布,且不是必然包括前表面之上的矢高,该定位(goto)分布在优化过程中是固定的。此外,其包括边界线外部的每个直的载体线的曲率分布,即,新的曲率分布,该曲率分布在优化过程中是固定的。此外,其包括边界线外部的后表面的极端曲率值。由此,通过该优化,可提供后表面的完整的描述,该描述包括边界线18之内的原始透镜形状的曲率分布、沿着每个载体线所确定的新的曲率分布、以及另一后表面,其最佳可能地接近边界线外部的极端曲率值。对于负透镜,该方法于是可以在此已经结束。然而,在如图2a中所给定的实例中那样的正透镜的情况下,情况是仅仅通过尽可能快地将曲率增加到极端曲率值,该极端曲率值在正透镜的情况下是最大曲率,在外围附近的透镜厚度大于充分阻挡未切割的透镜毛坯所需要的预设的最小透镜厚度。因此,不可能再调整边界线18之内的光学上保持的部分的矢高以及修改后的后表面形状,使得在外围附近,最小透镜厚度是制造所需的最小透镜厚度。这同样都可以在优化范围内实施,且不必然需要是单独的优化步骤。由此,边界线18之内的原始透镜曲率分布形状朝向前表面被“提高”,特别是其前表面之上的矢高被减小。因此,减小了正透镜的中心厚度。于是,由此,提供了具有减小的厚度的正透镜形状。假如减小的透镜厚度应被认为是重要的,使得由于减小的厚度以及实际透镜的条件,边界线18之内的光学性能可能恶化,则可实施另一个优化步骤,其在后表面的原始透镜形状上开始并对其进行再调整以恢复原始透镜形状的光学性能。
图2b示出另外的简化插图以一般地示出通过该方法的透镜形状的发展。图2b一般是独立于图2a的。在左列中,示出了正透镜的形状的发展。在右列中,示出了负透镜的形状的发展。
关于正透镜,从上到下,提供了具有前表面70和后表面72的未切割的透镜毛坯60的原始透镜形状10,其中原始透镜形状10包括未切割的透镜毛坯60的前表面70的原始形状和后表面72的原始形状,使得该未切割的透镜毛坯60满足预定的光学性能。然后,确定后表面72上的边界线18,其中后表面72的原始形状的曲率分布20应被保持在边界线18之内。然后,确定后表面72在边界线18处的边界曲率。然后,确定未切割的透镜毛坯60的后表面72在边界线18和外边缘16之间的新的曲率分布38,其中在边界线18处的新的曲率分布38的曲率等于边界曲率,且朝向外边缘16从边界曲率朝向预定义的曲率值单调地且连续地过渡。在正透镜的情况下,原始透镜形状10提供正的焦度,其中预定义的曲率值是最大曲率值,且其中,作为厚度要求,未切割的透镜毛坯60的外边缘16的最小厚度的预定义值作为强制性条件被应用。这是对于透镜形状沿着其外围的最小厚度而言应该达到的值z。因此,确定未切割的透镜毛坯60的修改后的透镜形状40,其中修改后的透镜形状40包括前表面70的原始形状和后表面72的修改后的形状,其中,通过基于新的曲率分布朝向目标形状的优化过程确定后表面72的修改后的形状,且其中该目标形状包括在边界线18之内原始透镜形状10的所保持的曲率分布和未切割的透镜毛坯60的外边缘16的厚度要求。这导致后表面的新的曲率分布被确定,该新的曲率分布然后朝向前表面移动,直至厚度要求被满足。当然,尽管被示出为两个单独的图解步骤,新的曲率分布的确定和朝向前表面的平移移动在优化过程期间可同时实施。
关于负透镜,从上到下,提供了具有前表面70和后表面72的未切割的透镜毛坯60的原始透镜形状10,其中原始透镜形状10包括未切割的透镜毛坯60的前表面70的原始形状和后表面72的原始形状,使得该未切割的透镜毛坯60满足预定的光学性能。然后,确定后表面72上的边界线18,其中后表面72的原始形状的曲率分布20应被保持在边界线18之内。然后,确定后表面72在边界线18处的边界曲率。然后,未切割的透镜毛坯60的后表面72在边界线18和外边缘16之间的新的曲率分布38被确定,其中在边界线18处的新的曲率分布38的曲率等于边界曲率,且朝向外边缘16从边界曲率朝向预定义的曲率值单调地且连续地过渡。在负透镜的情况下,原始透镜形状10提供负的焦度,其中预定义的曲率值是最小曲率值,且其中,作为厚度要求,在边界线18之内的后表面72的原始透镜形状10的固定的曲率分布的矢高是固定的,且其中,在优化过程期间,外边缘16的最小厚度作为强制性边界条件被应用。因此,修改后的形状的厚度等于或大于作为厚度要求应用的边界条件。因此,未切割的透镜毛坯60的修改后的透镜形状40被确定,其中修改后的透镜形状40包括前表面70的原始形状和后表面72的修改后的形状,其中后表面72的修改后的形状通过基于新的曲率分布朝向目标形状的优化过程来确定,且其中该目标形状包括在边界线18之内原始透镜形状10的所保持的曲率分布和未切割的透镜毛坯60的外边缘16的厚度要求。这导致后表面的新的曲率分布被确定。当然,如所示出的,后表面的最小曲率甚至可被设定为负的,使得在从边界线朝向外边缘过渡的过程中,曲率从正曲率改变为负曲率。
基本上存在两种不同的方法,用于确定沿着每条载体线从交点向外到某一极端曲率值(或最大半径)具有“恒定的”或基本上恒定的曲率梯度的载体曲线或双凸透镜(lentics)。所谓的“简单的”和“复杂的”方法之间唯一的区别是如何精确地保证梯度是恒定的。简单的方法在过渡区中仅仅使用三次多项式,而复杂的方法则使用具有恒定的曲率梯度的截面的(相当)严格的计算。
在下文中,首先描述简单的方法。
沿着每个载体线、换句话说在特定的角度θ处的正切曲率T的等式在二阶导数时是线性的,并且在一阶导数时是非线性的;
其中Zr和Zrr是沿着表面Z(r,θ)的半径的一阶和二阶导数。关于r求导产生正切曲率梯度
对于基本上平坦的曲线,曲率梯度直接与三阶导数成比例。因此,简单的三次多项式将具有恒定的曲率形状。对于具有明显的斜率的三次多项式,梯度将不会保持恒定,但是至少其可以在一点处被指定。对Zrrr进行求解,产生
该构思是通过增加三次项对二次外推特征进行简单的修改,该三次项对该表面给定经过边界线的指定的正切焦度梯度。如果调用边界位置r=0,边界处的期望的梯度g=Tr(0),则沿着一条线的多项式扩张仅为
Z=a+br+cr2+dr3(4)
其中a,b和c是由界面或交点处的原始透镜设计的原始函数确定的,而d可从等式(3)导出;
在上面的表达式中,g具有1/r的单位。如果梯度G应以每mm的屈光度指定,则替换g=G/530,且以毫米为单位测量r(由假定的折射率1.53产生常量530)。
图3中的曲线图示出以初始梯度G的不同值经过r=25mm延伸6屈光度的圆的结果。曲线50示出恒定梯度的线。线52示出根据上述内容确定的线。对于负的梯度,三次逼近很好地工作,但是随着梯度的递增而失败。这是因为曲线的斜率随着梯度的递增而递增,而斜率的非线性效应变得更加重要。
在下文中,描述复杂的方法。
为了获得对曲率梯度的完全控制,基础可以是文献EP0271920A1“Progressivepowerophthalmiclens”及其专利族的文献。该文献描述构造眼睛路径(eyepath)的“渐屈线的渐开线”方法。唯一的修改就是不在斜率为零的点处开始积分。图4中的图片是用于说明的。对于曲线上的每个点(r,z),针对该点处的“密切”圆的曲率中心都存在相关点(rc,zc)。
临界项是角度θ可以通过以下公式来计算
其中当r=0时,tanθ0=dz/dr;扩张的起点,以便简化数学描述。所以,如果该曲率分布优选地以连续可积分的方式被指定时,该角度可被确定。特别是在曲率应具有恒定梯度的情况下,则
且因此
接下来,那些角度被插入(根据几何学)针对rc和zc的等式中
rc=r-Rsinθ(9)
正切的积分的答案必须通过适当的求解手段、例如商业上可获得的用于求解积分方程的数值方法来确定。一旦知道了R,rc和zc,渐开线就仅仅是一个移动的圆;
其中±具有与R相反的符号。该符号规约是给定正的曲率具有正的弓形高的圆。
对于积分,应用了不同阶的Gaussian-Legendra求积分。图5中示出了G=+/-1的绘图,其中使用2、3、和4点的总和以近似该积分。只有两点求和56在最高曲率处与3和4点的总和54漂移了一点(例如,超出典型切割工具的最大曲率)。
在实际应用中简单的和复杂的方法之间的差别可能并不明显。高的负透镜的平滑载体将使用高的负梯度,即,与佩戴者能够容忍的一样高。将存在大量的失真到如下程度,即配戴者将尝试穿过透镜的该区域来看只有小的机会。在该情况下,如果梯度是精确恒定的,则只有较小的重要性。对于正透镜中的应用,通常将仅仅经过边框或边框线的边缘对表面进行修改,焦度或曲率将被迅速增加到工具所允许的最大值。因此,只要“某一”三次多项式能足够快地达到最大曲率,不恒定的梯度就不会是问题。因此,在另一个实例中,将仅比较负透镜实例。
图6中的绘图是用于平滑载体实例。透镜是具有-7的验光值和1.5mm的CT的MitsuiMR8ElanHD+2.50附加值。顶行的三幅图示出透镜的三个不同版本的透镜厚度,以1mm间隔画等高线。左边的图有原始的光学上优化的透镜形状。两个轮廓示出边框形状和为平滑载体的起始选择的椭圆边界。线58是边框线。线18是边界线。中央绘图“恒定梯度”是在载体曲线被应用到后表面上之后的厚度,使用具有每毫米-2屈光度的梯度的恒定梯度法进行计算。右边的图“三次扩展”使用简单的三次扩展方法,具有同样的-2D/mm的初始梯度。
下面的图形是透镜的三个不同版本的结果的叠加。最大的边缘厚度沿着所有三个透镜的170度的子午线出现。沿着该子午线的后顶焦度对于恒定梯度方法示出焦度的线性增加,连同对于三次方法示出并非完全直的曲线。垂直线示出边框的范围。沿着相同的子午线的透镜厚度的绘图示出两个载体表面方法之间的相似性。右边的最终的图形示出在边框附近的透镜厚度。原始边框的最大边缘厚度是8.04mm,恒定梯度方法使其下降到6.78,而三次扩展的峰值在6.85处。
使用相同的初始梯度,对于三次方法这是大约少5%的减小,当然,这可以通过将三次方法的初始梯度上调5%来弥补。因此,三次方法的实现将明显比完全恒定梯度方法更简单,但是提供对后表面的曲率分布的仅仅稍微少的控制。
图7a示出然后根据本发明被提供的未切割的透镜毛坯60。其具有可以是圆形或椭圆形的外围或外边缘16,在图7的实例中其是圆形。如上面所说明的,载点于是可以是几何中心14。在图7中所示的后表面上,边界线18覆盖保持区域62,其为在边界线18之内的具有自由形状表面、即不具有对称性的表面曲率分布的后表面的表面区域。其既不是点也不是平面也不是旋转对称的。此外,存在包围边界线18的边缘部分66。在边缘部分中,在每个载体线的平面中极端曲率值适用。在图7中给定的实例中,在每个子午线中,曲率将取相应于预设的极端曲率值的极端值。在边缘部分66和边界线18之间,存在过渡部分64。在过渡部分64中,曲率从边界线18之内的自由形状表面的曲率朝向极端曲率值过渡。单调地过渡到极端曲率值。这意味着,在正透镜的情况下,曲率连续地增加。在负透镜的情况下,曲率连续地减小。在负透镜的情况下,极端曲率值甚至可以是负的。在图7a的实例中过渡区的长度可以在径向方向上被指定,使得过渡区的延伸采取预定义的径向长度,并且切割或表面处理工具不会损坏边界线18之内的自由形状表面。
图7b示出沿着图7a中的线X-X的截面。未切割的透镜毛坯的前表面是球面。因此,它相对于几何中心是旋转对称的,并具有单一的曲率。后表面以附图标记72标明。选择边界线18,使得最小眼睛转动角12处于边界线18之内。可以根据用于计算的标准眼睛利用眼睛的旋转中心确定眼睛74。未切割的透镜毛坯的制造具有边缘部分28,其具有恒定曲率76。在图7a和7b中所提供的实例中,这意味着在前表面的每个子午线中,正切曲率在边缘部分上是恒定的,且取相同的值。
在图8a至8c中,提供了图解根据本发明确定未切割的透镜毛坯的一般实例的示图。该实例是由CR39制得的透镜,其验光值为+6.00屈光度,即,具有正焦度的正透镜。圆形的未切割的透镜毛坯的直径是65mm,而被边缘处理的最终的透镜应安装到50mm直径的圆内部,该圆定中心在毛坯内,该圆形成其中具有双凸透镜部分的边界线。因此,后表面上的点是未切割的透镜毛坯的几何中心。从该点发出的每条直线都是子午线。沿着每条线的曲率都是正切曲率。要求用于65mm透镜的0.5mm的最小边缘厚度。于是,所得到的按常规处理的透镜将具有7.097mm的中心厚度以及1.92屈光度的后表面弯曲,其中在这个实例中,所有的表面曲率也参考1.530的折射率。通常,屈光度的缩写是“D”。
在该实例中,自由形状切割工具具有17mm的半径。后表面正切曲率因此不可能比530/17更陡或者略大于31屈光度。针对该设计的30屈光度的最大值被设定。沿着边界线的1.92D内部50mm直径表面和进一步向外在边缘部分中30D的极端曲率值之间的过渡区的5mm长度导致在连接双凸透镜部分和边缘部分的过渡区中(30-1.92)/5=5.616D/mm的曲率梯度。使用这种具有相同的8D前部和0.5mm边缘厚度的修改后的后表面使中心厚度下降至6.295mm。
然而,双凸透镜部分内的减小的中心厚度也将透镜的后顶焦度略微降低至+5.97D。根据需要可考虑校正。可以以多种途径实现该校正。为了完全一致,后表面的内部的曲率应被降低至1.89D以校正焦度降低,而梯度被提高至(30-1.89)/5=5.622D/mm。替代地,可以从修改后的后表面的矢高减去0.03屈光度球体的矢高。这些变化使中心高度略微提高至6.326mm,但是对光焦度进行校正以与验光值一致。
图8a至8c的图表将按常规处理的透镜和包括上述的反转的双凸透镜(lentic)的透镜进行比较。图8a示出两个透镜的后表面的弓形高值;因为每个表面的图和图形比较其沿着一条、即任何子午线的弓形高值。在中心处,即在r=0处,对于常规的表面和根据本发明的反转的双凸透镜,弓形高值都是零。修改后的表面从常规的表面经过在r=25mm处的边界线迅速偏离。
图8b是针对在垂直于表面的中心的Z方向上测量的透镜厚度的相同的绘图组。即使修改后的透镜具有较小的中心厚度,两个透镜在边缘处均满足指定的0.5mm。
然后图8c示出一对透镜的以屈光度为单位的正切曲率。对于常规的透镜,没有等高线,因为其后部是球形的,但是在经过25mm边界线的修改后的透镜曲率中存在非常快速的增加,直至其在30mm的半径处达到30D极端曲率值。曲率的0.03D差异在所提供的标度时并不明显。
下表给定所有上面的图的值:
在图9至13中,提供了图解根据本发明的正透镜未切割透镜毛坯的实例的图。
当在自由形状生成器上切割表面时,有要处理的一些约束。一个“硬性”限制是切割工具的半径。标准工具的半径约为33mm,或者曲率约为16屈光度。不太明确定义的限制是抛光以如实再现复杂表面的能力。还有其他与处理不直接相关的限制。发送给生成器的表面表示是典型地在矩形网格上的三次样条。该网格可能在陡峭的弯曲边界上引起回响(ringing)“阶式”假象。并且最终存在佩戴者,其在边界位于边框内部的那些情况下不能轻易地容忍透镜的光焦度的突变。所有的那些考虑都可以利用根据本发明的对后表面正切曲率的二级调整来对付;过渡区具有从边界处的曲率值到某一指定的最大(对于正透镜)或最小(对于负透镜)曲率的曲率梯度。
对于图9至13的一般的正的验光值的实例,其是具有边框成形边界的后表面渐进式透镜的情况,该边框成形边界将边界线18之内的用于维持良好的光学性能的区域与将被表面光滑去除(glazedaway)的外部区域分离。图9中的绘图示出后表面的表面高度、平均曲率、像散和正切曲率,透镜具有验光值(Rx)=+5.00D/3.00附加值,具有8屈光度的前部以及实际使用的材料的折射率1.66。本申请中的以“屈光度”为单位的所有的曲率都以1.530折射率提供。为了在强制性的70mm圆盘直径上维持1mm的最小边缘厚度,透镜的中心厚度必须为7.62mm。
再次,该构思是在给定切割和抛光的约束的情况下,通过尽可能快地增加后表面的曲率来减小透镜的厚度。例如,如果后部的正切曲率被限制于15屈光度,则要求5mm的过渡区以保护边界线18内部的区域免受切割和抛光过程的影响。在数学上可以在凸边界外部的任何地方产生指定的正切焦度。在这种情况下,修改后的表面是使用最小二乘优化程序进行计算的,指定边界线内部的表面高度或曲率分布,和边界线外部的正切焦度。修改后的表面的表面高度和正切曲率在图10中示出。
在图11中的图形绘出沿着垂直子午线的原始表面和修改后的表面的正切曲率,仅仅用于强调边界线18外部的修改后的正切曲率的二级特性。
使用修改后的后表面形状、原始的前表面形状以及调整后表面的焦度以针对在随后的进一步优化中厚度的变化补偿验光值,这为0.93mm的减小提供6.69mm的中心厚度,应用相同的1mm最小边缘厚度。在图12和13中示出了在完整的大约70mm的圆盘上的厚度的图和在边界线附近的厚度的图形。
通常,边界线18可能不代表最终的图案(cut-out)或边框线58的轮廓。边界线18可以比边框形状大以允许对光学区域的更大的缓冲。替代地,部分或全部边界线可位于边框区域或边框线内部,特别是对于负焦度透镜,用外围的一些失真来换取厚度的减小。
在图14至16中,接下来的实例是单视镜,具有在90度(因此,垂直)时+5球镜度数(sphere)/-4散光度数(cyl)的验光值(Rx)。在这种情况下,假设8D折射率1.499的圆盘被限制(cribbedto)于65mm直径,只超过边框的颞(temporal)边缘几个毫米,在图14中以边框线58描画轮廓。后部被切割使得最小边缘厚度被保持在1mm之上。由于高散光度数的取向,该最小值出现在圆盘的顶部和底部,留下6.54mm厚的中心。
图15中的绘图示出在修改之后的结果。线18示出边界,在其内部保持了原始表面。在这种情况下,边界线18完全位于边框线58的外部,且在极端颞侧落在圆盘的外部。使用了2mm宽的过渡区,其中正切曲率经过过渡区升高至15屈光度(在整个申请中以“D”来缩写)。在该圆盘的顶部处具有相同的1mm厚度时,针对1.03mm的减小,在对曲率进行调整以恢复验光值之后,中心厚度现在是5.51mm。图16中的图片示出沿着90度子午线的完整65mm圆盘的横截面。
图17至19中的实例是用于负透镜的。减小边缘厚度要求减小后表面在边界之外的曲率,所以切割工具的曲率并不是约束。尽管如此,相同的二阶策略适用。在这个实例中,针对过渡区,正切焦度梯度的大小被限制,而不是具有恒定的长度。例如,可以通过佩戴者对外围的失真的耐受性来确定梯度。最终的恒定的正切曲率可以是负的(凸的),根据美学来确定,且在一些情况下可能不被圆盘的边缘达到。
图17中的该对绘图示出大的被环绕的(wrapped)偏轴运动镜片的透镜厚度和正切曲率。80mm聚碳酸酯圆盘具有8屈光度的前部。在90度(垂直)时验光值是-3球镜度数与-2散光度数,具有15度的边框环绕。
线58示出边框的边缘,而边界线18示出为了边缘厚度减小而选择的边界的轮廓。选择这个边界以给透镜的光学上保持的部分提供较小的、与完整透镜相似地成形的透镜的外观。透镜的最大边缘厚度在未修改的情况下将为9.2mm。
在下面的实例中,经过指定的边界18应用了2D/mm的正切曲率梯度,且后表面曲率被限制于-6D凸面。结果被示于图18中。使用修改后的后部的透镜的最大边缘厚度被减小至6.75mm,如图19中所示。
图20示出方法130的一个实施例,特别是该方法也可以是计算机实施的方法,尤其是通过使用永久计算机可读介质,用于减小未切割的透镜毛坯的原始透镜形状的厚度。在该方法已开始之后,再次,提供未切割的透镜毛坯的原始透镜形状,其中原始透镜形状包括未切割的透镜毛坯的前表面和后表面的原始透镜形状,尤其是根据验光值的形状。
然后,在步骤134中,指定某些参数,也就是参数组,包括后表面的曲率梯度的建议的最大大小、后表面的曲率梯度的硬极限最大大小(其大于建议的最大大小)、建议的极端曲率值、眼睛转动角的最小值、眼睛转动角的建议值、后表面上的边框线(最终的透镜应沿着该边框线从未切割的透镜毛坯被切出)、沿着该边框线的最大透镜厚度、以及边界线,尤其是后表面的原始形状应被保持在该边界线之内。
然后,上面结合图1所描述的并且根据本发明的第一方面的方法被实施。该方法被反复实施,在步骤136中的每次迭代中被实施一次。沿着边框线的最大厚度是在每次确定了修改后的透镜形状之后确定的,并且将该最大厚度与指定的最大透镜厚度进行比较,如果修改后的透镜形状沿着边框的最大透镜厚度应等于或低于指定的最大厚度,则比较步骤138的结果将为“是”且该方法可以停止。如果否,在步骤140中,参数被修改,根据这些参数实施方法100。特别地,后表面的最大大小曲率梯度、边界线18和预定义的曲率值中的至少一个可被修改。特别地,对于这些修改,根据下文,提供特定修改顺序。这些顺序如步骤138中安排的那样被遵循,比较的结果为“否”。
首先,应用曲率梯度的建议的最大大小和建议的极端曲率值。然后,后表面上的边界线从与边框线至少部分相同的初始形状朝向包围仅仅覆盖至少建议的眼睛转动角的后表面区域的形状缩小。边界线被缩小直至其在至少一个点碰到建议的眼睛转动角表面区域。由于边界线的形状可以采取任何形状且由眼睛转动角覆盖的表面区域基本上是一个圆,所以在其他的子午线上边界线仍然可以覆盖较大的眼睛转动角。因此,其“至少”覆盖建议的眼睛转动角。然而,在一个径向方向上或在一个子午线上,其是与建议的眼睛转动角相同的。
如果这不应是足够的,则最大曲率梯度的大小从建议的最大大小朝向硬极限最大大小增加。
如果这仍然不应是足够的,则边界线从包围覆盖至少建议的眼睛转动角的后表面区域的形状朝向包围覆盖至少最小眼睛转动角的后表面区域的形状缩小。
最后,如果这仍然不应是足够的,则之前以建议值被保持恒定的极端曲率值可朝向硬极限值被升高。然而,然后,应向用户返回警告。
根据图21至23的实例进一步说明该方法。
存在控制边缘厚度的减小的三个主要的参数:梯度、所允许的极端后部曲线(针对正透镜的反转的双凸透镜的最大值,针对负透镜的载体曲线的最小值)、以及由边界代表的最小眼睛转动角。在被用于进一步说明的图17至19的实例中,光学上保持的区域是至拟合十字形(fittingcross)的颞侧的约40度的眼睛转动。允许指定透镜的最大边缘厚度可能是值得想望的。通常,这可通过调整所有三个提及的参数来实现。下面的实例描述许多方式中的一种,参数可以以所述方式根据指定的最大边缘厚度确定。
对于三个参数中的每一个,假定存在建议值加上硬极限。在这个实例中,建议的梯度被设定为每mm2D,其中最大值被限制于每mm3D,作为建议和硬极限以及硬极限的-6D的最小后部曲率,以及45度的边界的建议的眼睛转动角,其中最小值被限制于35度。为了满足边缘厚度要求,参数可以以下面的顺序被修改:1)设置建议的梯度和曲率最小值,并从边框尺寸向建议的边界尺寸减小边界尺寸;2)从建议值向最大值增加梯度;3)从建议值向最小值缩小边界;4)如果还没有达到指定的最大边缘厚度,则使用硬极限值并返回警告。
对于上述透镜,在图21中下面的曲线示出上述顺序的7个采样情况的参数和最大边缘厚度。
接下来的图22是透镜横截面在最大边缘厚度图之上的覆盖,仅用于检查数量和透镜之间的关系。横截面是沿着20度子午线的,近似地透镜的最宽和最厚的部分。
在接下来的实例中,透镜订单指定6.5mm的最大边缘厚度。该标准在第一最大边缘厚度图中由水平红线代表。该函数的简单的插值提供与该边缘厚度、垂直线的位置相关的37.9度眼睛转动的近似值。与该角度相关的其他参数仅是3D/mm的最大梯度和-6屈光度的最小后部曲率。在图23中绘出了使用具有颞范围(temporalextent)的边界连同其他参数的透镜厚度和正切曲率。该组合产生具有6.49mm的中心厚度的透镜。如果其不足够接近6.50,则可以执行迭代。
最后,图24示出一般由附图标记150标明的制造方法。在开始后,根据第一方面的方法100和/或根据第二方面的方法130被实施。然后,基于修改后的透镜形状,将进行制造步骤152,其制造未切割的透镜毛坯60。随后,未切割的透镜毛坯60将被转发至步骤154,且可以被进一步处理。步骤154可以包括尤其是边缘处理过程,其将透镜从未切割的透镜毛坯朝向其最终形状切割出来,该透镜尤其是然后可朝向配镜师被运送。
该方法然后结束。
特别地,本发明可包括根据下面的条款的实施例:
条款1:一种计算机实现的方法(100),用于为未切割的透镜毛坯(60)提供修改后的透镜形状(40),包括下列步骤:
a)提供(102)具有前表面(70)和后表面(72)的未切割的透镜毛坯(60)的原始透镜形状(10),其中原始透镜形状(10)包括未切割的透镜毛坯(60)的前表面(70)的原始形状和后表面(72)的原始形状,使得未切割的透镜毛坯(60)满足预定的光学性能;
b)在后表面(72)上确定(104)边界线(18),其中后表面(72)的原始形状的曲率分布应被保持在边界线(18)之内;
c)确定(106)边界线(18)处的后表面(72)的边界曲率;
d)确定(108)边界线(18)和未切割的透镜毛坯(60)的外边缘(16)之间的后表面(72)的新的曲率分布(38),其中新的曲率分布在边界线(18)处的曲率等于边界曲率,并朝向外边缘(16)从边界曲率朝向预定义的曲率值单调地并连续地过渡;
e)确定(110)未切割的透镜毛坯(60)的修改后的透镜形状(40),其中修改后的透镜形状(40)包括前表面(70)的原始形状和后表面(72)的修改后的形状,其中后表面(72)的修改后的形状通过基于新的曲率分布朝向目标形状的优化过程来确定,且其中目标形状包括边界线(18)之内的原始透镜形状(10)的所保持的曲率分布和未切割的透镜毛坯(60)的外边缘(16)的厚度要求。
条款2:根据条款1的方法,其特征在于,原始透镜形状(10)提供正的焦度,其中预定义的曲率值是最大曲率值,且其中,作为厚度要求,未切割的透镜毛坯(60)的外边缘(16)的最小厚度的预定义值作为强制性条件被应用。
条款3:根据条款2的方法,其特征在于,应用强制性条件,使得在优化过程期间,边界线(18)之内的后表面(72)的原始透镜形状(10)的所保持的曲率分布的矢高在维持所保持的曲率分布时被调整。
条款4:根据条款2或3的方法,其特征在于,在步骤e)之后实施第二优化,其中该进一步优化使用后表面(72)的修改后的形状作为初始形状,且仅朝向原始透镜形状(10)的预定义的光学性能优化边界线(18)之内的曲率分布。
条款5:根据条款1的方法,其特征在于,原始透镜形状(10)提供负的焦度,其中预定义的曲率值是最小曲率值,且其中,作为厚度要求,边界线(18)之内的后表面(72)的原始透镜形状(10)的固定的曲率分布的矢高是固定的,且其中外边缘(16)的最小厚度作为在优化过程期间的强制性边界条件被应用。
条款6:根据条款1至5中任何一个的方法,其特征在于,该方法还包括定义邻接边界线(18)朝向外边缘(16)的过渡区(24),在该过渡区(24)中曲率从边界曲率到预定义的曲率值朝向未切割的透镜毛坯(60)的外边缘(16)单调地过渡,且其中过渡区(24)被设定为最小长度。
条款7:根据条款1至6中任何一个的方法,其特征在于,该方法还包括定义邻接边界线(18)朝向未切割的透镜毛坯(60)的外边缘(16)的过渡区(24),在该过渡区(24)中曲率从边界曲率到预定义的曲率值朝向外边缘(16)单调地过渡,且其中通过定义曲率的梯度的最大大小来设定过渡区(24)。
条款8:根据条款1至7中任何一个的方法,其特征在于,提供边框的形状,最终的透镜应被插入到该边框中,其中边框线(58)通过一条线来定义,未切割的透镜毛坯(60)应沿着这条线被切割以安装到边框中,且其中边界线(18)的形状对应于边框线(58)的形状。
条款9:根据条款1至8中任何一个的方法,其特征在于,后表面(72)的曲率是连续的。
条款10:根据条款1至9中任何一个的方法,其特征在于,未切割的透镜毛坯(60)是由单种材料制成的单一元件。
条款11:一种计算机实现的方法(130),尤其是通过使用永久计算机可读介质,用于减小未切割的透镜毛坯(60)的原始透镜形状(10)的厚度,包括下列步骤:
A)提供(132)未切割的透镜毛坯(60)的原始透镜形状(10),其中原始透镜形状(10)包括未切割的透镜毛坯(60)的前表面(70)和后表面(72)的原始形状,使得未切割的透镜毛坯(60)满足预定的光学性能;
B)指定(134)一组参数,包括后表面(72)的曲率梯度的建议的最大大小、大于建议的最大大小的后表面(72)的曲率梯度的硬极限最大大小、建议的预定义的曲率值、眼睛转动角(12)的最小值、眼睛转动角(12)的建议值、后表面(72)上的边框线(58)、沿着边框线(58)的最大透镜厚度、和边界线(18),其中最终的透镜应沿着该边框线从未切割的透镜毛坯(60)被切出,后表面(72)的原始形状应被保持在该边界线之内;
C)基于该组参数迭代地(136)实施根据条款1至10中任何一个的用于提供修改后的透镜形状(40)的方法,以提供修改后的透镜形状(40)直至沿着修改后的透镜形状(40)的边框线(58)的透镜厚度等于或低于指定的最大透镜厚度,且其中,在迭代期间,后表面的最大大小曲率梯度、边界线(18)和预定义的曲率值中的至少一个被修改。
条款12:根据条款11的方法,其特征在于,在步骤C)中的迭代(136)期间,该组参数根据下面的顺序被修改(140):
I.应用曲率梯度的建议的最大大小和建议的预定义的曲率值,并从与边框线(58)至少部分相同的初始形状朝向包围覆盖至少建议的眼睛转动角(12)的后表面(72)区域的形状缩小边界线(18);
II.从建议的最大大小朝向硬极限最大大小增加最大曲率梯度的大小;
III.从包围覆盖至少建议的眼睛转动角(12)的后表面(72)区域的形状朝向包围覆盖至少最小眼睛转动角(12)的后表面(72)区域的形状缩小边界线(18)。
条款13:根据条款11或12的方法,其特征在于,步骤C)还包括指定硬极限预定义曲率值,其具有比建议的预定义的曲率值更大的大小,且其中,在顺序步骤III.之后,应用硬极限预定义曲率值作为在优化期间的预定义曲率值。
条款14:一种用于制造透镜的方法(150),包括根据条款1至13中任何一个为未切割的透镜毛坯(60)提供(100,130)修改后的透镜形状(40)、以及根据修改后的透镜形状(40)制造(152)未切割的透镜毛坯(60)的步骤。
条款15:一种用于制造眼镜片的未切割的透镜毛坯(60),包括前表面(70)和后表面(72),其中前表面(70)是凸的旋转对称表面,且其中后表面(72)包括双凸透镜部分(62)、边缘部分(28)和位于双凸透镜部分(62)和边缘部分(28)之间的过渡部分(24),且其中沿着从后表面(72)上的点(14)发出的直线(30-37)的后表面(72)的曲率在整个边缘部分(28)上取极端曲率值,且穿过过渡部分(24)朝向极端曲率值单调地过渡,且其中沿着直线(30-37)的后表面(72)的曲率是连续的。
条款16:一种用于制造眼镜片的未切割的透镜毛坯(60),包括前表面(70)和后表面(72),其中前表面(70)是凸的旋转对称表面,且其中后表面(72)包括不对称的双凸透镜部分(62)、边缘部分(28)和位于双凸透镜部分(62)和边缘部分(28)之间的过渡部分(24),且其中沿着从后表面(72)上的点(14)发出的直线(30-37)的后表面(72)的曲率穿过过渡部分(24)朝向极端曲率值单调地过渡,且其中沿着直线(30-37)的后表面(72)的曲率是连续的。
条款17:条款15或16的未切割的透镜毛坯,其特征在于,极端曲率值是后表面(72)沿着直线(30-37)的最小的曲率,或者极端曲率值是后表面(72)沿着直线(30-37)的最大的曲率。
条款18:条款15至17中任何一个的未切割的透镜毛坯,其特征在于,过渡部分(24)完全环绕双凸透镜部分(62)。
条款19:条款15至18中任何一个的未切割的透镜毛坯,其特征在于,边缘部分(28)沿着直线(30-37)延伸直至未切割的透镜毛坯(60)的外边缘(16),且其中边缘部分(28)沿着未切割的透镜毛坯(60)的外边缘(16)的至少一部分周向延伸。
条款20:根据条款19的未切割的透镜毛坯,其特征在于,边缘部分(28)沿着未切割的透镜毛坯(60)的整个外边缘(16)周向延伸。
条款21:一种计算机程序产品,包括用于执行根据条款1至14中任何一个的方法的步骤的程序代码装置。
条款22:一种机器可读存储介质,其上存储有计算机程序,包括用于执行根据条款1至14中任何一个的方法的步骤的程序代码装置。