CN1083990C - 渐变多焦眼镜片 - Google Patents

Abstract

一种渐变多焦眼镜片，它给出了远距视区中的极佳的性能，良好的近距视区宽度，以及位在上述两视区之间的中距视区内的平缓的渐变，其中，远距视区包含一个由两条半直线所确定的扇形角区，这两条半直线相交于镜片的几何中心，它们构成了一个包含角最好大于145°的向上的扇形角区，该扇形角区内的所有点的柱面度都小于A/2屈光度；并且，对中距视区中的渐变平缓度和近距视区的相对宽度施加了约束条件，以对它们进行控制。

Description

渐变多焦眼镜片

本发明涉及一种渐变多焦眼镜片，尤其是涉及一种具有非球面表面的渐变多焦眼镜片。

在被引作为本说明参考的法国专利申请2,699,294的引言部分中，说明了一种渐变多焦眼镜片的各项要素(渐变主子午线、远距视区、近距视区等)和本发明申请人为了改善戴镜者的舒适度而做的工作。

为了满足患有远视的戴镜者的视觉需要和改善渐变多焦眼镜的舒适性，本申请人提出了使渐变主子午线的形状作为光焦度附加因子A的函数来适应(见法国专利申请2,683,642)。

特别是从减小周边观察缺陷和增加戴镜者舒适度的角度来说，现有的眼镜片(镜片)还可以进一步改进。在动态观察或者观察远距视区和近距视区景物的侧面部分时，渐变多焦眼镜的戴镜者有时会有不方便等问题。

本发明目的是提供一种渐变多焦眼镜片，它可以提供远距视区的极佳的性能，中距视区上的平缓渐变，以及良好的近距视区宽度，同时基本上可以允许在近距视区之外作横向扫视。

本发明提供了一种具有一个非球面表面的渐变多焦眼镜片，它包括一个近距视区、一个近距视区、一个中距视区、一个通过上述三个视区的渐变主子午线、以及一个装配中心，上述镜片有一个光焦度附加因子A，其定义是近距视区控制点的平均球面度和远距视区控制点的平均球面度之间的差值，在该镜片中：

上述远距、中距和近距视区的界限由其值等于A/2的一些等柱面度线所确定，

上述远距视区包括至少一个其包容角α大于或等于145°的扇形角区，

在上述中距视区范围内，位在上述渐变主子午线上的每一个点都满足下述关系：

p(y)·Lp/l_A/2(y)＜λA，式中，

p(y)是平均球面度在y轴上的一个点y处的斜率，

Lp是渐变长度，以及

l_A/2(y)是中距视区在y轴上的一个点y处的宽度，

λ的值在0.125mm^-1至0.15mm^-1之间；

并且，在镜片的上述装配中心下方18mm处的一个y轴上的点处，存在有下述关系：

l_NV·A_VP/C_VP＞14mm，式中：

l_NV是上述近距视区的宽度，

Avp是一个相对光焦度附加因子，它等于位在上述装配中心下方18mm的上述渐变主子午线上的一个点处的平均球面度和上述装配中心处的平均球面度之间的差值，以及

Cvp是伸展在上述镜片表面上的一个水平线段上的最大柱面度。

在一优选实施例中，λ的值约为0.14mm^-1。

根据一个优选实施例，确定上述扇形角区的两条半直线相交于上述镜片的几何中心，并且上述扇形角区的分角线与垂直轴的夹角小于5°，最好小于2°。

其值等于A/2的等柱面度线最好渐近于确定上述扇形角区的两条半直线。

根据一个优选的特性，上述渐变长度Lp是上述装配中心和上述近距视区中一个其光焦度附加因子为最大值的85％点之间的垂直距离，并且装配中心最好位在镜片几何中心上方4mm处。

用一条曲线以图形方式来表示下述函数：

p(y)·Lp/l_A/2(y)，式中，

p(y)是y轴上的一个点y处的平均球面度的斜率，

Lp是渐变长度；以及

l_A/2(y)是中距视区内y轴上的一个点y处的中距视区宽度；

该曲线具有向上突起的钟罩形状将是有利的。

对位在一条水平线段中的距镜片几何中心不到20mm的那些镜片上的点来计算上述镜片的最大柱面度是有利的。

本发明的其他特点和优点将通过下面以举例的方式参考附图对本发明优选实施例的说明而变得更为清楚。图1是一个渐变多焦镜片的前视图。

图2示出在各种光焦度附加因子下代表中距视区内的相对渐变平缓度的函数D_VI的图，其中x轴值已经过规格化。

图3是根据本发明的镜片的前视图，其光焦度附加因子为1D(1屈光度)，图中示出了渐变主子午线和一些连接具有相同平均球面度值的点的连线。

图4是根据本发明的镜片的前视图，其光焦度附加因子为1D，图中示出了渐变主子午线和一些连接具有相同柱面度值的点的连线。

图5是类似于图3的图，但其中的光焦度附加因子为2D。

图6是类似于图4的图，但其中的光焦度附加因子为2D。

图7是类似于图3的图，但其中的光焦度附加因子为3D。

图8是类似于图4的图，但其中的光焦度附加因子为3D。

在整个说明中，都使用了图1所示的正交坐标系，其中x轴对应于镜片的水平轴，y轴对应于垂直轴。

图1和图3至图8示出了直径限定为40mm的各种镜片的光学特性。将参考图3至图8来说明本发明的一个实施例。

图1是一个渐变多焦镜片1的前视图。镜片1有一个图1所示的非球面表面，另一个表面可以是球面的、轮胎形面的或非球面的。在图1中，粗实线代表该镜片的渐变主子午线MM’，其中还示出了远距视区控制点L和近距视区控制点P的位置。

通常，镜片1含有一个位在其上部的远距视区VL、一个位在其下部的近距视区VP、以及一个位在上两区之间的中距视区VI。图1中的O点是镜片1的几何中心。

该镜片的渐变主子午线MM’基本上由三个线段组成，第一个线段从镜片顶部出发，基本上垂直向下延伸，经过控制点L，一直到位在控制点L和几何中心O之间的被称之为装配中心的点CM。第二个线段从点CM出发向着镜片接近于鼻侧的方向倾斜地延伸，而第三个线段从第二线段的终端C出发，通过近距视区控制点P。如本申请人在美国专利No.5,270,745中所说明的，这三个线段之间的相对角度最好作为光焦度附加因子A和远距视区光焦度的函数来改变。

对于该非球面表面上的每一点，都用下述公式定义了一个平均球面度D： $D=\frac{n-1}{2}(\frac{1}{R1}+\frac{1}{R2})$

式中，

R₁和R₂分别是以米为单位的最大和最小曲率半径，以及

n是镜片组成材料的折射率。

对于给定的镜片，光焦度附加因子A等于远距视区控制点L的平均球面度和近距视区控制点P的平均球面度的差值。

还用下述公式定义镜片的柱面度或球面像散度C： $C=(n-1)|\frac{1}{R1}-\frac{1}{R2}|$

等球面度线是这样的一些线系，它们是由表面上那些具有相同平均球面度值的点在一个平面上的投影所构成的线条，上述的平面在几何中心O处与该渐变表面相切。类似地，由表面上那些具有相同柱面度值的点在上述平面上的投影所构成的线条称之为等柱面度线。

根据本发明认为，对于光焦度附加因子为A的镜片，由连接那些具有平均柱面度为A/2屈光度的点而形成的等柱面度线基本上确定了远距、中距和近距视区的界限。换言之，A/2等柱面度线确定了镜片上部处的远距视区。该线又确定了镜片中部处的中距视区，最后还确定了镜片下部处的近距视区。和以往技术中采用与光焦度附加因子无关的绝对界限来定义相比，这里的定义较好地与戴镜者的实际视看情况相对应。

在以往技术的镜片中，特别是在本申请人所提供的镜片中，在围绕着渐变主子午线的区域内的视看情况是完全令人满意的。

本发明建议考虑一种关于镜片表面特性的新定义。这种新定义是使得在改良了戴镜者在近距视区内视看时的镜片性能的同时，还改良了位在近距视区和远距视区之间的中距视区内的过渡平缓性。这样，这种新定义保持了戴镜者所希望的扩展的远距视区。

根据本发明，镜片的后表面用来使镜片适配于戴镜者的特定需要，该后表面可以是球面、轮胎面、或非球面的。

根据本发明，远距视区VL包括至少一个由两条相交于镜片几何中心O的半直线所确定的扇形角区。这两条半直线形成了一个其包容角为α的向上方向的角区，并且根据本发明所定义的远距视区，其中所有的点的柱面度都小于A/2屈光度。对于光焦度附加因子A的所有的值，角α大于145°都是有利的。

最好对于光焦度附加因子A的所有的值，都使由上述两条半直线所形成的角区的角平分线(内分角线)基本上沿垂直方向。较精确地说，最好使两条半直线的角平分线与垂直方向的夹角β小于5°；在一个优选实施例中，夹角β小2°。

再有，A/2屈光度的等柱面线最好渐近于确定角区的两条半直线：当从镜片的几何中心向镜片边缘移动时，A/2屈光度的等柱面度线逐渐接近于这两条半直线。定量地说，对于镜片上由那些距离镜片几何中心O大于10mm的点所构成的镜片区域来说，A/2等柱面度线和相应半直线之间的距离最好小于2mm。

本发明建议利用相对渐变平缓度作为准则，对镜片中央部分的A/2等柱面度线的位置加以限制，上述相对渐变平缓度考虑了沿着子午线的平均球面度的斜率、渐变长度、和中距视区的宽度。为了获得一个适当的函数P来代表上述斜率，我们假定前面所定义的平均球面度是与各个点(x，y)有关的函数，于是平均球面度的斜率应等于平均球面度的梯度的欧几里得范数(Euclidian Norm)。这使得函数p可以定义成一个与任何y轴的值y₀相关联的函数，即子午线上该y轴值为y₀点处的平均球面度的斜率值p(y₀)。

下面将把这个函数p(y)用于把沿着子午线的平均球面度斜率与镜片上的一个y轴值相联系的准则函数(评价函数)D_V1。

渐变长度的定义如下。渐变镜片的装配中心CM对应于用来帮助光学技师把镜片正确地装配到眼镜框内的镜片上的一个点。该装配中心对应于镜片表面和戴镜者向水平前方观看时的视线的交点。在由接单方所生产的镜片中，这个装配中心一般位在镜片几何中心上方4mm处。渐变长度(以下写作Lp)等于装配中心和达到总光焦度附加因子的85％的近距视区控制点之间的垂直距离，换言之，它等于上述两个点的y轴值之间的差值的绝对值。在所有镜片中，这个长度Lp都是表示整个中距视区的垂直距离的一种方式。

中距视区的宽度，或者A/2等柱面度线的水平宽度l_A/2(y)是在给定y轴值下的两条A/2等柱面度线的x轴值的差值。

现在这三个值可以使我们给任何镜片定义一个y轴值的函数，该函数代表中距视区内的渐变的相对平缓度。这个函数D_VI(y)等于平均球面度斜率p(y)乘上渐变长度Lp与中距视区宽度(或水平距离)l_A/2(y)之比，这也可以写成为：

D_VI(y)＝p(y)·LP/l_A/2(y)

这个函数代表着戴镜者可以在中距视区内感受到的光学质量。

根据本发明，中距视区是以使相对渐变平缓度D_V1的值最小这样的形式来定义的。函数D_V1(y)的图形最好是钟罩形的，它的最大值小于一个正比于光焦度附加因子的值。较精确地说，函数D_V1(y)的最大值最好小于乘积λA，即光焦度附加因子A乘以系数λ。该系数λ的值在0.125mm^-1到0.15mm^-1的范围内，最好为0.14mm^-1左右。

中距视区中的A/2等柱面度线是以满足这些决定D_V1(y′)的条件来确定的。

本发明建议利用一近距视区相对宽度准则LR_VP来给镜片下部内的A/2等柱面度线的位置加以约束，该准则LR_VP考虑了沿着子午线的相对光焦度附加因子，近距视区的宽度(A/2等柱面度线的水平宽度)、以及近距视区以外的柱面度的最大值。该相对宽度准则是对位在装配中心CM下方18mm的给定y轴值来定义的。在申请人的镜片中，这个y轴值对应于近距视区控制点P。

相对光焦度附加因子A_VP被定义为渐变主子午线MM’上，y轴值比装配中心CM的小18mm处的平均球面度和装配中心CM处的平均球面度的差值。

两条A/2等柱面度线之间的水平宽度l_NV在y轴值比装配中心CM的小18mm处量度，它对应于近距视区的宽度，等于两条A/2等柱面度线上的y轴值比装配中心的小18mm的两个点的x轴之间的距离。

最后，最大柱面度C_VP在一个包括y轴值为-14mm(装配中心下方18mm)同时距几何中心又小于20mm(20mm是镜片的有用半径)的所有点的水平线段上来计算；因此，如果用x轴值来表达的话，上述线段上的点的x轴值的绝对值应小于 $\sqrt{{20}^2-{14}^2}=14.3\mathrm{mm}$ 换句话说，要考虑的是装配中心下方18mm处的整个镜片宽度上的所有点的柱面度中的最大柱面度，而不论这些点是否超出了近距视区的范围。

近距视区相对宽度LR_VP由下式定义：

LR_VP＝l_NV·A_VP/C_VP

这个相对宽度不仅代表了装配中心CM下方18mm处的近距视区宽度，而且代表了该y轴值处的上述近距视区之外的镜片渐变平缓度。根据本发明，近距视区的定义使得近距视区相对宽度LP_VP的值最大化；使这个值对于所有的光焦度附加因子值都大于14mm左右将是有利的。在近距视区内确定A/2等柱面线可以使这个条件得到满足。

图2中画出了各种光焦度附加因子情形下中距视区内的渐变相对缓和度的函数D_VI，图中的X轴值已被规格化。为了便于比较其VP控制点和装配中心CM有不同y轴值的各种镜片，图2中的x轴值被规格化了，所以我们不是直接给出了D_VI(y)作为y的函数的图形，而是给出了作为参量t的函数的图形，其中：

t＝g(y)＝A(y)/A_T

式中，A(y)是渐变主子午线上y轴值为y的点和装配中心点的平均球面度之差，以及

A_T是渐变主子午线上的装配中心点和其下方的近距视区控制点VP的平均球面度之差。

参量t在范围[0，1]内变化，图2中所示的函数h(t)为：

h(t)＝D_VI[g^-1(t)]

图2示出了曲线h₁(t)、h₂(t)和h₃(t)，它们分别对应于光焦度附加因子为1D，2D和3D的情形，也分别对应于图3、4，图5，6和图7，8中的镜片。每一条曲线都具有一个清楚确定的钟罩形状，其极大值分别为0.11D.mm^-1，0.275D.mm^-1和0.372D·mm^-1，这些值都低于0.14×A，也即分别低于0.14×1·mm^-1、0.14×2D·mm^-1和0.12×3D·mm^-1。

图中同时示出了对应于一组以往技术的镜片的曲线ha(t)、hb(t)和hc(t)，它们分别相应于光焦度附加因子为1D、2D和3D的情形。可以明显地看出，虽然这三条曲线也是钟罩形的，但它们的极大值基本上大于上述的三个值0.14D·mm^-1、0.28D·mm^-1和0.42D·mm^-1(0.14×A)。

图3至图8是根据本发明的一些镜片的前视图，其中示出了渐变主子午线和等球面度线及等柱面度线。作为例子，图3、4，图5、6及图7、8中的镜片分别对应于1D、2D及3D的光焦度附加因子。

图3、4对应于1D的光焦度附加因子。

在图3中，再次示出了图1中的各个要素。图3还示出了装配中心CM和等球面度线。图3中的曲线2、3、4、5是等球面度线，它们分别对应着与远距视区控制点L相同的平均球面度、以及比它大0.25D、0.5D和0.75D的平均球面度。

类似地，在图4中，除了再次示出图1、3中的各要素之外还示出了等柱面度线。由于沿着整条渐变主子午线的柱面度都是很小的，所以对每个柱面度值都有两条等柱面度线。图4中的曲线6、6’，7、7’，8、8’9、9’都是等柱面度线，它们分别对应着0.25D、0.5D、0.75D和1.0D的柱面度。

如前所述，远距视区在镜片的上部，其界限基本上由等柱面度为A/2即0.5D的两条线7和7’构成。

从图4可看出，远距视区VL确实包含了一个由两条半直线10和10’所确定的扇形角区。这两条半直线的夹角α值约为149.6°：半直线10’和水平方向的夹角约为15.4°，半直线10和水平方向的夹角约为15°。于是角度β为0.2°，远小于2°。从图4可以看出，A/2＝0.5D的等柱面度线渐近于半直线10和10’。由图2中的规格化的曲线

h₁(t)所代表的中距视区内的相对渐变平缓度D_VI(y)很好地满足了本发明的条件。最后，近距视区的相对宽度LR_VP的值为14.1mm，大于14mm。

图5示出了光焦度附加因子为2D时的类似于图3的图；在图5中，等球面度线15、16、17、18所对应的球面度分别比图示控制点L的球面度高出0D、0.5D、1D和1.5D。

图6示出了光焦度附加因子为2D时的，也即图5中的镜片的类似于图4的图。在图6中，可以看到对应于柱面度0.5D、1D、1.5D和2D的等柱面度线20，20’，21，21’，22，22’和23，23’。与图3和图4中的镜片相似，远距视区(见镜片上部的A/2＝1D的等柱面度线)，包含了至少一个由两条半直线24，24’所确定的扇形角区，这两条半直线相交于镜片的几何中心，包容角α为151°。

半直线24’和水平方向的夹角约为14.5°，半直线24和水平方向的夹角约为14.5°。这里的β角为0°，远小于2°。

从图6可以看出，A/2＝1D的等柱面度线21和21’分别渐近于半直线24和24’。由图2中的规格化曲线h₂(t)所代表的中距视区内的相对渐变平缓度D_VI(y)满足本发明的条件。最后，近距视区的相对宽度LR_VP的值为16.5mm，明显大于4mm。

图7是光焦度附加因子为3D时的类似于图3的图；在图7中可以看到与图3所示相同的各个要素，特别是等球面度线30、31、32、33、34和35，它们的平均球面度分别比控制点L的高出0D、0.5D、1D、1.5D、2D和2.5D。

图8是光焦度附加因子为3D时的，也即图7中的镜片的类似于图4的图。在图8中，可以看到分别对应于柱面度值0.5D、1D、1.5D、2D、2.5D和3D的等柱面度线40、40’，41、41’，42、42’，43、43’，44，44’和45，45’。与图3、4、5、6中的镜片相似，远距视区(见镜片上部的A/2＝1.5D的等柱面线)包含了至少一个由两条半直线46，46’所确定的扇形角区，这两条半直线相交于几何中心，包容角α为145°。

半直线46’和水平方向的夹角约为16°，半直线46和水平方向的夹角为19°。于是角β的值为1.5°，明显小于2°。从图8可以看到，A/2＝1.5D的两条等柱面度线42，42’分别渐近于半直线46，46’。

由图2中的规格化曲线h₃(t)所代表的中距视区内的相对渐变平缓度D_VI(y)以满意的方式满足了本发明的条件。最后，近距视区的相对宽度LR_VP的值为15.1mm，明显大于14mm。

现在我们将讨论使得有可能提供出根据本发明的各种镜片的各种特性。众所周知，这些镜片的表面是连续的，并且是三次连续可导的。

对这个镜片族中的每一种镜片，都定义了一个渐变主子午线。为此，最好利用前述被整体引入到本说明中作为参考的法国专利2,683,642中的技术。为了应用本发明的精神，也有可能利用其他任何关于渐变主子午线的定义。

通过下述要求，对远距视区(见镜片上部的A/2等柱面度线)规定了一个约束条件，该要求是远距视区至少包含一个由两条半直线所确定的扇形角区，这两条半直线相交于镜片的几何中心，并且它们的夹角至少为145°；而且该扇形角区的分角线最好与垂直方向有一个不超过2°的夹角。至少对于那些位在距镜片几何中心10mm到20mm范围内的点来说，这两条A/2等柱面度线是渐近于这两条半直线的。在由这两条半直线所确定的扇形角区内，柱面度小于A/2D。这些值使得有可能向戴镜者提供远距视区的足够大小，从而给出极佳的性能。

如果有必要，两条半直线的交点可以根据渐变主子午线的选择来确定，而不一定在镜片的几何中心处；这时该交点可以是装配中心或者远距视区控制点L。

通过下述要求，对中距视区(见镜片中部的A/2等柱面度线)也施加了约束条件，该要求即是中距视区内的相对渐变平缓度D_VI要满足上述的条件。

最后，通过要求近距视区的相对宽度LR_VP能满足上述条件，给近距视区(见镜片下部的A/2等柱面度线)施加了约束。

这样，不仅利用了直线线段，而且还利用了能够保证对戴镜者有极佳性能的函数曲线线段，即使当光焦度附加因子较大时，也对整个镜片确定出了柱面度小于A/2D的区域。

为了完全确定出根据本发明的镜片，利用上列各个约束条件或者其中的一部分来作为众知的优化程序中的约束条件，以获得镜片上各个点处的高度地形图。这就使得有可能用众知的工艺方法制备出模具，以便把有机的或无机的材料模压成镜片。作为例子，为了确定光焦度为1D、2D和3D的镜片，可以参照图2、4、6和8来施加上述的条件。这些不同的条件使得确定镜片表面的形状成为可能。

很明显，本发明并不局限于这些例子；所以，举例来说，可以使非球面表面直接面对着戴镜者。

Claims (10)

1、一种含有一个非球面表面的渐变多焦眼镜片，它包括有一个远距视区、一个近距视区、一个中距视区、一个通过上述三个视区的渐变主子午线、以及一个装配中心，上述镜片具有一个光焦度附加因子A，其定义是近距视区控制点和远距视区控制点间的平均球面度的差值，其中：

上述远距、中距和近距视区的界限由柱面度值为A/2的等柱面度线所确定，

上述远距视区至少包括一个扇形角区，其包容角α大于或等于145°，

在上述中距视区内，沿着上述渐变主子午线上的每一个点都满足下述关系式：

p(y)·Lp/l_A/2(y)＜λA，式中：

p(y)是y轴上一个点y处的平均球面度的斜率，

Lp是渐变长度，以及

l_A/2(y)是y轴上的一个点y处的中距视区的宽度，

λ的值在0.125mm^-1至0.15mm^-1之间的范围内，

并且，在镜片的上述装配中心下方18mm的y轴上的一个点处，满足下述关系式：

l_NV·A_VP/C_VP＞14mm，式中，

l_NV是上述近距视区的宽度，

A_VP是相对光焦度附加量，它等于上述装配中心下方18mm的上述渐变主子午线上的一个点处的平均球面度和上述装配中心处的平均球面度间的差值，以及

C_VP是一个在上述镜片的表面上伸展的水平线段上的最大柱面度。

2、根据权利要求1的渐变多焦眼镜片，其中系数λ值约为0.14mm^-1。

3、根据权利要求1的渐变多焦眼镜片，其中确定上述扇形角区的两条半直线相交于上述镜片的几何中心。

4、根据权利要求1的渐变多焦眼镜片，其中上述扇形角区的角平分线与垂直方向的夹角小于5°。

5、根据权利要求4的渐变多焦眼镜片，其中上述扇形角区的角平分线与垂直方向的夹角小于2°。

6、根据权利要求1的渐变多焦眼镜片，其中柱面度值等于A/2的上述等柱面度线渐近于确定上述扇形角区的上述半直线。

7、根据权利要求1的渐变多焦眼镜片，其中渐变长度Lp是上述装配中心和上述近距视区内其光焦度附加因子为最大值的85％的一个点之间的垂直距离。

8、根据权利要求7的渐变多焦眼镜片，其中上述装配中心位于上述镜片的几何中心的上方4mm处。

9、根据权利要求1的渐变多焦眼镜片，其中，

p(y)·Lp/l_A/2(y)表示一条具有钟罩形状且其突起方向向上的曲线，式中，

p(y)是y轴上的一个点y处的平均球面度的斜率，

Lp是渐变长度，以及

l_A/2(y)是y轴上的一个点y处的中距视区宽度。

10、根据权利要求1的渐变多焦眼镜片，其中上述镜片的最大柱面度是对一条水平线段中的上述镜片上的那些距离上述镜片的几何中心不到20mm的点来计算的。

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