CN1053278C - 改进的眼镜片 - Google Patents

Abstract

一种渐变眼镜片，包括一镜片表面，具有一下视区，在大范围视距内，以预定的高表面屈光力提供良好的光学质量；一上视区，相对下视区的表面屈光力具有较低的表面屈光力，与包含远距离、中距离和近距离视区的镜片相比，为中距离视线提供更宽的视野；以及在上视区与下视区之间延伸的具有相对较低象散的狭长区域；其中，表示下视区、上视区和狭长区域内均等表面屈光力和/或表面象散的等高线一般对与患者配合的垂直的镜片的子午线对称。

Description

改进的眼镜片

本发明涉及一种渐变的眼镜片(Progressive ophthalmic lens)，特别是一种在近距离观看时呈现改良的光学性能的眼镜片。本发明的一个特点是提出一种特别为近距离和中距离观看设计的眼镜，它提供改进了的观看范围和配制，从而为配戴者提供了便利。

现有技术中已知有许多渐变眼镜片，通常，渐变镜片呈现远距离、近距离和中距离的视区，其中中距离视区以外观可接受的方式连接近距离和远距离视区，这意味着对观察戴眼镜人的镜片来说不应看出镜片的不连续。中距离视区在光学上可接受意味着应有一条称为眼睛路径(eye path)的线或狭长区域，当经过远距离和近距离视区之间时视线沿其来回移动，并且镜片的屈光力(optical power)沿其或多或少地均匀增加，选择具有斜度的眼睛路径以调节眼睛沿该路径的自然会聚是很正常的。

但是，已有技术中的渐变眼镜片的设计都是使远距离视区的光学质量最佳，为此，远距离视区被规定为有精确的屈光力和大尺寸，这意味着单靠眼睛本身的垂直和水平运动在近距离视区只有有限的视野。

在实践中，近距离视区的屈光力由远距离视区的屈光力加上一个附加屈光力来间接地确定。现有技术的这种渐变镜片的缺点是很难配制，这些眼镜片的配制必须仔细地测量相对于下框边沿的瞳孔高度，以及仔细地测量对鼻框边沿的瞳孔距离，任一测量中小到1至2mm的误差会引起眼镜片效用的明显降低。

在现有技术的其他方面，单视距镜片已被用来帮助远视眼患者观察近处，这些镜片提供了很宽的近距离视野，它有较小的光学象差。但是，这种镜片的缺点是其会限制配戴者的观察距离，因为超过一定距离(通常约0.3至1m)会因镜片为弥补患者调节能力的不足所需的额外聚光能力而超出焦点。但是，单视距阅读用镜片的优点是易于配制，水平配制通常由接近配戴者瞳孔距离来完成，垂直配制通常由将镜片的光学中心置于垂直框的中点(所谓“框基准”)。这样，单视距阅读镜片就不需要有渐变镜片中所用的专门配制过程。

而且，在现有技术中，为提供视距范围和近视区屈光力，允许最佳地配制远视眼患者的眼镜，需要许多渐变镜片坯料，它们有着不同的远距离和近距离视区屈光力，在本领域中若眼镜片设计成只需较少的一组镜片就可满足广大患者近距离和中距离观看的需要，则是明显的进步，这很类似于单视距阅读镜片系列中的坯料的数目。

在现有技术中，远距离和近距离观察区之间屈光力的很大变化产生屈光力和象差的大的梯度，其大大限制了镜片的允许配制位置。

本领域中，若眼镜能设计成对水平配制误差(如配戴者的瞳孔距离测量误差)不敏感，以及对垂直误差不敏感，若对框架和脸的适应性测量误差不敏感，则是一大提高，这会使这些镜片更类似于易于配制的单视距阅读镜片。

由此，本发明的目的是克服或至少减少已有技术有关的一个或多个困难或缺点。

因此，根据本发明的第一方面提供：

一下视区，在大范围视距内，以预定的高表面屈光力提供良好的光学质量；所述预定的屈光力由观看者的近期的配镜处方决定，水平配合位置通常由患者近期的瞳孔距离决定，垂直配合位置通常由垂直的镜架中点决定；

一上视区，相对下视区的表面屈光力具有较低的表面屈光力，与包含远距离、中距离和近距离视区的镜片相比，为中距离视线提供更宽的视野；以及

在上视区与下视区之间延伸的具有相对较低象散的狭长区域；其中，表示下视区、上视区和狭长区域内均等表面屈光力和/或表面象散的等高线一般对与患者配合的垂直的镜片的子午线对称。

与已有技术相反，本发明的特点是把重点放在近距离和中距离视距，目的是提供专为近距离和中距离视距设计的眼镜，这就使得这种镜片在近距离和中距离观看方面优于传统的渐变镜片，也优于单视距阅读镜片，因为增加了视野清晰的距离范围。

为此，近距离视区被规定为有精确的屈光力和大尺寸，上视区屈光力通过由近距离视区的屈光力减去屈光力的变化而由近距离视区的屈光力间接确定，选择这种屈光力变化的大小，使产生的视区屈光力适于中距离观看，镜片中可以没有适于远距离观看的部分。

根据本发明的渐变镜片中，下视区的光学质量明显优于上视区的光学质量，上视区的屈光力通过由下视区的屈光力减去一个适度的量而确定，与眼睛的适应性调节能力无关。

这种镜片最好仅用于近距离和中等距离视区或者较大距离视距，这样，在上和下视区之间总的屈光力的变化实际上会小于传统的渐变镜片。这种减小的变化率导致较宽的狭长区域，它可容许较大的水平配合误差，也减少了对垂直配合误差的敏感。

如这里所述，“镜片”一词指任何形式的折光的物体，用于眼科领域，包括但不限于半完工的镜片坯料，需要进一步加工完成以适应患者的配镜处方。还包括渐变玻璃镜片制造中用的样板，以及用于浇铸聚合物材料渐变镜片的模板，如以牌号CR39出售的材料。

这里，“象散”一词指表面象散，其是镜片曲率在对表面一点与镜片表面正交的截面之间变化程度的度量。

这里，“镜片子午线”指当与配戴者配合时经镜片的屈光力渐变中心画出的一条假想的垂直对称线。

这里，“视区宽度”一词指在镜片子午线的任一侧上，在表示相等的表面象散、表面屈光力、屈光力、或模糊系数(index of blur)或其它适当的光学性质的两条等高线之间的水平距离，确定光学质量的阈值，例如0.50D表面象散等高线。

最好是，按照本发明的渐变镜片的下视区确定较大的近距离视区。

下视区的预定屈光力可以是例如从约-5.00D至+5.00D。

在特别推荐的实施例中，在屈光力渐变中心之下约5至15mm之间的垂直位置，在镜片表面上测得的下视区的宽度至少约为16mm，这样，下视区足以允许仅由眼睛的运动以较高的敏度注视一个约0.3米至0.4米距离，约24cm宽×12cm高的区域。

上视区可以是例如宽约10mm垂直位置在屈光力渐变中心之上约5至15mm之间的区域。

最好是，上视区确定较大的中屈光力视区、而下视区确定相对较大的高屈光力视区。

所以，按照本发明的渐变眼镜片在每个下视区和上视区可提供类似的，最好是实际上对称的光学特性分布。

渐变眼镜片可设计成沿较低象散的狭长区从一个视区中心到另一个时具有均匀的屈光力增加。

在本例中下视区和上视区之间的狭长区或眼睛路径通常沿垂直的镜片子午线延伸，这与传统的渐变镜片不同，在传统的镜片中，眼睛路径为倾斜的。应理解这里的优点为当狭长区域或眼睛路径通常为垂直时，就不需要生产分开的左右镜片。另一视觉上的好处是近距离视区性能良好，因为配戴时视区中心线垂直取向。

狭长区域或眼睛路径可较短，以提供从一个视区到另一个的快速过渡，渐变长度从约5mm到20mm，最好是约10mm。沿狭长区域的渐变的屈光力大小可从约0.50D变化到2.00D。

在一个较佳方面，表示均等表面屈光力和/或表面象散屈光力的等高线一般对通过镜片中心的水平线对称。

在一个更佳的方面，表示均等表面屈光力和/或表面象散的等高线一般可以单调地在镜片狭长区域的上、下分开。等高线的这种均匀分开形成视野宽度的稳定扩展。这与两个视区的情形相反，后者从实际上对应于这些视区中心的设计中心对称地增加。

图1中表示出上述类型渐变眼镜片的等高线。

在较佳实施例中，镜片表面可由本申请人的美国专利4,676,610和4,838,675中所述的方程来描述，其整个的揭示通过引用包括于此。

如这些专利中所述，用曲线坐标u，v经多项式变换确定直角坐标x，y，选择这些变换，从而曲线坐标v沿所希望的多项式区边界线为常数，然后，镜片表面高度确定为曲线坐标的函数(“最终表面函数”)，接下来它又是“基本表面函数”和多项式的“最优化函数”之和。

所得到的表面可以在上视区或中视区具有任何旋转对称的表面形式，包括球形或多项式非球形形式，在下视区即近距离视区，该表面是x和y的多项式加到出现在上视区表面函数的和。

现在参照附图和例子更详细地叙述本发明，但是，应理解下面的叙述仅为说明性，不应对其一般性作任何方式的限制。

图中：

图1是用下面的例1中提出的表面函数形成的一种渐变镜片的表面象散的等高线图，其中中距离视区为球面；

图2是用下面例2中提出的表面函数形成的一种渐变镜片的表面象散的等高线图，其中中距离视区为一非球面，

图3a至3j是按照本发明的一系列10种渐变镜片的表面象散的等高线图。镜片制造及有关工具

由最终表面函数生产渐变镜片的方法对本领域技术人员来说是熟知的。例如，这种渐变镜片的制造可用上述最终表面函数来进行，以对许多点提供高度值，例如在1毫米中心，然后，用数控铣床，生产一多孔的陶瓷形成物，其表面形状对应于上述高度值。

这样制备的多孔陶瓷形成物可以以传统的方法用热沉降(thermal slumping)形成玻璃镜片或镜片坯料的渐变表面，多孔形成物也可以用于形成模具，其可用来以传统的镜片浇铸工艺在浇铸镜片中形成渐变表面。使用这种形成物的技术在例如Winthrop的英国专利No.4,062,629中(见14栏和19栏)叙述。

显然，因为铣削过程的固有限制，以及在镜片或镜片坯料上得到的所需表面之前需要进行一个或多个步骤，所得到的渐变镜片表面不能以数学上精确的方式与对铣床产生指令的表达式匹配。该工艺引入的另一固有的不精确性是由于铣床必须使用有限尺寸的网格这一事实所引起。最终表面函数与制得的表面之间的对应关系在从形成物移到镜片或从形成物移到模具移到镜片时略有变化。但是，已发现实际上这种引入的变化是有限的，不会使眼镜的性能变得无法预料。当然，这种镜片是其形状最接近最终表面函数的有形物体。

                             例1

在本例中采用直角坐标系，这样原点在透镜坯料几何中心，x轴朝右增加，y朝上增大，可方便地用坐标转换从直角坐标转换成曲线坐标，如此定义曲线坐标u和v从而x和y表示如下：

x＝u                                               (1a)

y＝v[f_n(u)-f_d(u)]+f_d(u)                        (1b)这里f_n和f_d是近距离和中距离视区边界函数，由下式给出：

f_n(u)＝a_nu²+b_n                                (2a)

f_d(u)＝a_du²+b_d                                (2b)这里a_n、b_n、a_d、b_d为常数透镜表面高度由“最终表面函数”Z_f(x，y)给出，从而

Z_f(x，y)＝Z_b(x，y)+Z_h(x，y)                    (3)这里Z_b是“基本表面函数”，Z_h是“最优化函数”，接下来，Z_b由下式给出

Z_b(x，y)＝Z_d(x，y)+Z(x，y)                           (4)这里Z_d是中距离视区表面函数，在整个透镜上延伸，Z是“偏离函数”。本例中，中间区域表面函数Z_d是球面，曲率半径R_d由下式给出：

Z_d(x，y)＝R_d-[R_d ²-x²-y²]^1/2                     (5)偏离函数Z(上面式(4))由下列式子分段规定：

Z(x，y)＝0                  当v＜0                     (7a)

Z(x，y)＝Z_s(x，y)          当v＞1                     (7c)这里K和A_ij是常数，而Z_s是“区段”或“近区”函数，由下式给出：

Z_s(x，y)＝A_s[x_o)²+(y-y₀)²]+B_s[(x-x_o)²+

          (y-y₀)²]²+C_s[x-x_o]⁴+Z_o               (8)这里A_s、B_s、C_s、x₀、y₀和Z₀是常数如上规定，透镜表面高度由“最终表面函数”Z_f(x，y)给出，从而：

Z_f(x，y)＝Z_b(x，y)+Z_h(x，y)                         (3)式(3)中函数Z_h由下列式子分段确定：

Z_h(x，y)＝0                 当v＜0                     (9a)

Zh(x，y)＝0                  当v＞1                     (9c)这里A_hij为常数。

与上述式中有关的各个常数的数值在下面表中给出。

中距离视区为球面的各常数的数值由下表给出：

                             表1

视区边界常数：

       a_n＝-.0444444              b_n＝-10.0000

       a_d＝.0444444               b_d＝10.0000

                             表2

中距离视区常数

                  曲率半径：R_d＝108.83mm

                         表3

偏离函数常数

    K＝4.000×10^-02

    A₀₄＝2.064578491997513×10^-01

    A₀₅＝-8.766603343934317×10^-02

    A₀₆＝3.931206879398031×10^-03

    A₂₄＝3.056024800977399×10^-02

    A₂₅＝-6.973876096283535×10^-02

    A₂₆＝5.754640466168145×10^-02

    A₂₇＝-1.643681605333130×10^-02

    A₄₄＝-1.467373195061980×10^-05

    A₄₅＝4.324727024198134×10^-05

    A₄₆＝-3.704896442469575×10^-05

    A₄₇＝1.058512719012445×10^-05

    A₆₄＝-8.018172839495184×10^-10

    A₆₅＝1.830136625501446×10^-09

    A₆₆＝-5.345448559537294×10^-10

    A₆₇＝1.510013717380003×10^-10

    A₈₄＝1.006675811643418×10¹²

    A₈₅＝-4.026703246469297×10^-12

    A₈₆＝4.697820454197059×10^-12

    A₈₇＝-1.342234415483603×10^-12所有其他A_ij＝0

                             表4

近距离视区常数

A_s＝1.000×10^-03        B_s＝8.600×10^-08      C_s＝-2.100×10^-07

x_o＝.00                  y_o＝1.00               z_o＝1.982×10^-02

                             表5

最优化函数常数

     A_h40＝-2.758738728808031×10^-05

    A_h60＝5.857896238949738×10^-08

    A_h80＝-2.995337547453706×10^-11

    A_h41＝-3.382459512623298×10^-04

    A_h61＝4.712814127714502×10^-07

    A_h81＝-2.104123596091959×10^-10

    A_h42＝1.626705709966197×10^-04

    A_h62＝-1.955096006065131×10^-07

    A_h82＝7.269316021027757×10^-11

    A_h43＝1.653714692705777×10^-03

    A_h63＝-3.085602695681971×10^-06

    A_h83＝1.448279966176255×10^-09所有其他A_hij＝0

            图1给出了从上述透镜设计得到的表面象散等高线。

                               例2

在本例中，用类似于例1中方法生产渐变透镜。本例中中距离视区表面函数Z_d为非球面，由下式给出： $Z_d(x,y)=\underset{i=0}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i{r}^i$ 这里C_i是常数，r＝(x²+y²)^1/2                               (6)中距离视区为非球面时各常数的数值由下表给出：

                             表6视区边界常数

    a_n＝-.0444444                b_n＝-10.0000

    a_d＝.0444444                 b_d＝10.0000

                             表7中距离视区常数

C₂＝3.499999999999999×10^-03

C₄＝-5.6400000000000001×10^-08

C₆＝4.010000000000000×10^-11

C₈＝-1.090000000000000×10^-14所有其他C_i＝0

                           表8

偏离函数常数

    k＝4.000×10^-02

    A₀₄＝2.060000000000058×10^-01

    A₀₅＝-8.240000000001377×10^-02

    A₀₆＝8.826273045769994×10^-15

    A₂₄＝3.147222222222188×10^-02

    A₂₅＝-7.187111111111025×10^-02

    A₂₆＝5.928222222222149×10^-02

    A₂₇＝-1.693777777777757×10^-02

    A₄₄＝-1.752283950617004×10^-05

    A₄₅＝5.019308641974646×10^-05

    A₄₆＝-4.318395061727833×10^-05

    A₄₇＝1.233827160493662×10^-05

    A₆₄＝-2.122975527794173×10^-20

    A₆₅＝4.675837136398497×10^-20

    A₆₆＝-3.873030285122383×10^-20

    A₆₇＝1.119832469989697×10^-20

    A₈₄＝6.613833120209522×10^-23

    A₈₅＝-1.221041100588967×10^-22

    A₈₆＝9.480870015243333×10^-23

    A₈₇＝-2.684817792194514×10^-23所有其他A_ij＝0

                              表9

近距离视区常数

   A_s＝1.030×10^-03      B_s＝.000×10⁺⁰⁰     c_s＝-2.100×10^-07

   x_o＝.00                y_o＝.00              z_o＝2.060×10^-02

                                 表10

最优化函数常数

    A_h40＝-3.627345101464664×10^-05

    A_h60＝6.868427163593657×10^-08

    A_h80＝-3.218218741540114×10^-11

    A_h41＝-2.921551229855328×10^-04

    A_h61＝3.436355452975115×10^-07

    A_h81＝-1.503357989146862×10^-10

    A_h42＝1.176032808003801×10^-04

    A_h62＝-3.658318940872175×10^-08

    A_h82＝2.292339975419753×10^-11

    A_h43＝1.320151771425951×10^-03

    A_h63＝-2.723441849761595×10^-06

    A_h83＝2.157028030405040×10^-09所有其他A_hij＝0

图2给出了从上述透镜设计得到的表面象散等高线。

最后，应明白，不偏离本发明上述精神实质可作出各种修改和/或变更。

Claims (7)

1.一种渐变眼镜片，包括一镜片表面，其特征在于，具有

一下视区，在大范围视距内，以预定的高表面屈光力提供良好的光学质量；所述预定的屈光力由观看者的近期的配镜处方决定，水平配合位置通常由患者近期的瞳孔距离决定，垂直配合位置通常由垂直的镜架中点决定；

一上视区，相对下视区的表面屈光力具有较低的表面屈光力，与包含远距离、中距离和近距离视区的镜片相比，为中距离视线提供更宽的视野；以及

在上视区与下视区之间延伸的具有相对较低象散的狭长区域；其中，表示下视区、上视区和狭长区域内均等表面屈光力和/或表面象散的等高线一般对与患者配合的垂直的镜片的子午线对称。

2.根据权利要求1的渐变眼镜片，其特征在于，下视区的光学质量明显优于上视区的光学质量，上视区的屈光力通过由下视区的屈光力减去一个适度的量而确定，与眼睛的适应性调节能力无关。

3.根据权利要求2的渐变眼镜片，其特征在于，在屈光力渐变中心之下约5至15mm之间的垂直位置，在镜片表面上测得的下视区的宽度至少约为16mm，这样，下视区足以允许仅由眼睛的运动以较高的敏度注视一个约0.3m至0.4m距离，约24cm宽×12cm高的区域。

4.根据权利要求3的渐变眼镜片，其特征在于，在屈光力渐变中心以上约5至15mm之间的垂直位置，上视区宽度至少约为10mm。

5.根据权利要求1的渐变眼镜片，其特征在于，狭长区的渐变长度约为5mm至20mm，渐变屈光力的大小约为0.50D至2.00D。

6.根据权利要求1的渐变眼镜片，其特征在于，表示均等表面屈光力和/或表面象散屈光力的等高线一般对通过镜片中心的水平线对称。

7.根据权利要求1的渐变眼镜片，其特征在于，表示均等表面屈光力和/或表面象散的等高线一般可以单调地在镜片狭长区域的上、下分开，由此形成视野宽度的稳定扩展。

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