CN1254850A - 渐变附加式透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的渐变附加(表面)式透镜,其中与常规的渐变附加式透镜相比较,降低了有害像散,以及增加了通过中间和近距离视区的通道宽度。通过组合两个或更多个渐变附加表面实现这一结果。这些表面的组合形成透镜的附加光焦度。

Description

渐变附加式透镜
本发明涉及多焦眼镜。更具体地说，本发明提供渐变附加(表面)式透镜(progressive addition lenses)，其中与常规的渐变附加式透镜相比较，降低了有害透镜像散，而又不会牺牲远距离视区和通过中间和近距离视区的通道(channel)宽度的性能。
利用眼镜校正屈光不正是公知的。例如使用多焦点透镜，例如渐变附加式透镜(“PAL”)来治疗屈光不正。PAL的表面具有远、中间和近距离视区，按连续平缓渐变的方式由远处到近焦点或者由沿透镜顶到底垂直地增加光焦度(dioptric power)。
PAL引起带眼镜人的注意是因为在不同光焦度的区域之间没有可见的边线，而在其它多焦点透镜例如双焦点透镜或三焦点透镜中是存在的。然而，在PAL中的固有缺点是存在有害(unwanted)透镜像散，或者由于一个或多个透镜表面引起的像散。通常，有害透镜像散位于在透镜的近距离视区的某一侧，在中心或者在中心附近达到最大值，其近似对应于透镜的近距离视区的附加光焦度(dioptric add power)。
通常，具有2.00附加光焦度和15毫米通道长度的透镜将具有约最大2.00屈光度的局部形成的有害透镜像散。透镜的通道宽度约6毫米，其中有害透镜像散小于或等于0.75屈光度的阈值。
很多的透镜设计试图降低有害透镜像散或者增加最小通道(channel)宽度。然而，当前现有技术的渐变附加式透镜仅能使有害透镜像散很少地降低，在透镜周边还有很大的区域由于有害透镜像散而未能利用。因此，需要一种PAL，其能最大限度地降低局部的有害透镜像散，同时能增加最小通道宽度。
图1a是本发明的透镜的侧视图。
图1b是图1a中的透镜的像散分布图。
图2a是本发明的透镜的侧视图。
图2b是图2a中的透镜的像散分布图。
图3是本发明的透镜的侧视图。
图4a是本发明的透镜的侧视图。
图4b是图4a中的透镜的像散分布图。
图5a是本发明的透镜的侧视图。
图5b是图5a中的透镜的渐变表面的像散分布图。
图5c是图5a中的透镜的渐变表面的像散分布图。
图5d是图5a中的透镜的像散分布图。
本发明提供渐变附加式透镜，及其设计和制造的方法，其中与在先技术相比较，降低了与指定的附加光焦度相关联的局部最大的有害透镜像散。此外，具有该距离(distance)宽度的，或围绕透镜光学中心的不含约为0.50屈光度或其以上的有害透镜像散的宽度的透镜以及最小通道宽度的透镜都适合于带眼镜人使用。
对于本发明来说，“通道”是指这样一种目视的狭长带，即当带眼镜人的眼睛由远距离区到近距离区和向后扫视时，不会产生约0.75或其以上的的屈光度的像散。一个或多个“透镜”是指这样一些眼镜，包含(但不局限于)眼镜透镜、接触透镜、眼内透镜以及类似的透镜。本发明的透镜优选是眼镜透镜。
本发明的一个发现是，通过组合两个或更多个渐变附加表面可以降低局部最大像散，形成的每个表面的附加光焦度与其它表面的附加光焦度相结合形成一个比单个表面的附加光焦度更高的光焦度。“附加光焦度”是指在一渐变附加表面的近距离和远距离视区之间的光焦度的差值。本发明的透镜(比仅利用单一渐变附加表面的具有相同附加光焦度的透镜预期的性能)形成更小的局部最大有害像散以及更宽的通道。此外，本发明的一个发现是，利用一个以上的渐变附加表面能保证不会牺牲为校正带眼镜人的视力所需要的远距离光焦度和总的附加光焦度。本发明的再一个发现是，当各渐变表面的附加光焦度区域彼此相对偏移(misaligned)时，所形成的总的有害局部最大像散，小于由每个渐变附加表面的各个附加光焦度共同形成的有害局部最大像散之和。
“渐变附加表面”是指具有近距离和远距离视区的连续的非球面表面以及一与近距离和远距离视区相连接的光焦度增加的区域。“局部最大有害像散”是指在透镜表面上的有害像散区域内的像散的测量值。
在一个实施例中，本发明的透镜包含和由如下部分组成(主要组成)：a)第一渐变附加表面，具有一或多个局部最大有害像散和第一附加光焦度的区域以及b)第二渐变附加表面，具有一或多个局部最大有害像散和第二附加光焦度的区域，各渐变附加表面彼此相关排列，使得各有害局部最大像散区域中的一部分或全部偏移，其中透镜的附加光焦度为第一附加光焦度和第二附加光焦度之和。
在另一个实施例中，本发明提供的一种用于制造透镜的方法包含的步骤有(主要由如下部分组成或由如下部分组成)：a)形成第一渐变附加表面和第二渐变附加表面，第一渐变附加表面具有一或多个局部最大有害像散和第一附加光焦度的区域，第二渐变附加表面具有一或多个局部最大有害像散和第二附加光焦度的区域，以及b)排列第一和第二渐变附加表面，使得各局部最大有害像散区域中的一部分或全部偏移，其中透镜的附加光焦度为第一附加光焦度和第二附加光焦度之和。
“偏移”是指各表面以及因此有害像散的区域彼此相关排列或配置，使得一个表面上的各局部最大有害像散的区域中的一部分或全部，与另一个表面上的各局部最大有害像散的一个或多个区域明显不一致。最好，该“偏移”是这样的，即没有一个表面上的局部最大有害像散的区域与另一个表面上的相应区域是基本上是重合的。
在本发明的透镜中使用的各渐变附加表面可以利用很多方法使之偏移。例如各表面的光学中心可以彼此相对沿横向或竖直方向或沿这两个方向位移。“光学中心”是指，透镜光轴与一表面的交点。本技术领域的技术人员将会认识到，如果光学中心横向位移，最小通道宽度随位移的程度减小。因此，利用横向位移的渐变附加式透镜的结构设计最好利用具有较宽通道宽度的渐变附加表面，以便补偿由于该位移引起的通道宽度的缩小。
另外，如果该表面的光学中心沿竖直方向位移，通道长度将增加。“通道长度”是指，沿该表面在光学中心和近距离视区的顶端之间的中心子午线的长度。因此，利用这种位移的结构设计最好利用具有较短通道长度的补偿的渐变附加表面。
按照再一个替换方案，使各渐变表面的光学中心彼此保持重合，各中心可以彼此相对旋转。在一优选实施例中，将每个表面设计成围绕其通道的中心线是不对称的。在这种情况下，在围绕一连接各表面的光学中心的轴线的光学部分旋转时，各表面上的局部最大有害像散的区域基本上不重合。“不对称”是指，该表面上的光焦度和像散分布图相对该表面上的中心子午线是不对称的。
按照这样一种方式进行横向和竖直方向上的移位，是为维持透镜的远距离和近距离目视的光焦度。为了使引入的透镜的棱镜光焦度最小化，必须进行移位，以便使得一个渐变附加表面的光学中心沿一曲线移位，该曲线平行于另一个渐变附加表面的距离曲线。在旋转的情况下，各表面围绕它们的光学中心旋转，使得远距离和近距离视区的光焦度基本上不受影响。本技术领域中的技术人员将会认识到，旋转偏移可以叠加到为了降低有害像散而形成的偏移上。
偏移，或者光学中心的竖直方向位移、横向位移或旋转的数量为应该达到足以防止各渐变附加表面上的局部最大有害像散区域的基本重叠或重合。更具体地说，可以认为与一个表面相关的各不对称矢量的方向的偏离相对于对应的另一个表面的各不对称矢量的偏移，导致对于最终的透镜的总的局部最大有害像散小于如果各矢量一致时的对应像散。该横向或竖直方向位移可以约为0.1-10毫米，1.0-8毫米更好，2.0-4.0毫米最好。旋转位移可以约为1-40度，5-30度更好，10-20度最好。
按照再一个偏移替换方案，可以将每个表面设计成使各表面的通道长度为不同的长度。在这一实施例中当使各表面的光学中心对准时，各表面上的各局部最大有害像散的区域不一致。因此，与具有相同总的附加光焦度的透镜相比，有害像散降低。各通道长度之间的差别越大，局部最大有害像散降低越多。然而，通道长度不能大到使得在近距离视区形成失配，以致牺牲带眼镜人的近距离目视。根据这一实施例形成的透镜具有的通道长度处在每个表面的通道长度之间，并取决于由每个表面对于透镜的总的附加光焦度起作用的附加光焦度。各表面的通道长道之间的差可以约为0.1-10毫米，1-7毫米更好，2-5毫米最好。
每个渐变附加表面可以任选地形成在透镜的凸形或凹形表面上，或者处在透镜的外凸形或外凹形表面之间的一层内。可以将设计的其它一些表面(例如球形和复曲面表面)结合或者添加到一个或多个渐变附加表面，这些其它表面都是设计成使透镜适于带眼镜人的眼科处方。
例如，可以将一渐变附加表面与一复曲面表面(例如凹形表面即一渐变附加表面)组合，并且在一特定轴线形成柱面光焦度(cylinder power)。在这种情况下，无需为透镜所需，在每一轴线将附加光焦度和柱面光焦度形成组合。相反，已经发现，由于附加光焦度相对缓慢地降低，当一表面由该附加区域的中心沿水平方向移开到透镜周边时，可以采用的各表面的旋转偏移高达约+或-25度，+或-20度更好，+或-15度最好，同时依然可以实现透镜所需要的附加光焦度。
选择在本发明中使用的每个渐变附加表面的附加光焦度，以便使得它们的各附加光焦度之和基本上等于校正带眼镜人近距离视力锐度所需要的数值。此外，根据与指定的近距离光焦度相关联的局部最大有害象散，选择每个表面的附加光焦度。每个渐变附加表面的附加光焦度可以独立地取为约+0.01到+3.00屈光度，+0.25到+2.00屈光度更好，+0.50到+1.50屈光度最好。
与之相似，选择每个表面的远距离和近距离光焦度，以便使得各焦度之和为校正带眼镜人远距离和近距离目视所需要的数值。通常，对于每个表面的远距离光焦度应当处在0.25到8.50屈光度的范围内。最好，凹形表面的远距离光焦度可以为+或-约2.00到5.50屈光度，而凸形表面可以为+或-约0.5到8.00屈光度。每个表面的近距离目视光焦度应当为约1.00到12.00屈光度。
可以利用各种合适方法例如(但不局限于)热定形、模压、研磨、熔凝以及其它方法，形成本发明的渐变附加表面和透镜。按照一种优选的方法，使用一个具有渐变附加表面的预成形光学片并将一第二渐变附加表面熔凝到该预成形片上。按照一种更为优选的方法，使用一预成形凹形表面片，其中的凹形表面是一具有基本球面光焦度和柱面光焦度的渐变附加表面，以及利用各种合适方法(优选熔凝法，更为优选表面熔凝法)在其正面形成一渐变附加表面。
通过讨论如下的各非限定性实例进一步理解本发明。
实例1
参照图1a，图中所示本发明的透镜10具有凸形渐变附加表面11和凹形渐变附加表面12。表面11具有6.00屈光度的曲率的远距离视区13和7.00屈光度的近距离视区18。表面12具有6.00屈光度的曲率的远距离视区19，和5.00屈光度的近距离视区21。所形成的透镜远距离焦度为0.00屈光度，透镜的附加光焦度为2.00，每个表面11和表面12形成1.00屈光度。正如由图1a中所看到的，凸形和凹形表面的光学中心16和17分别彼此相对位移4.0毫米。
图1b是表示该表面偏移的透镜10像散分布图。区域22和23分别是表面11和表面12的有害像散区域。局部最大像散区域14和15的位置不重叠，因此不是附加的(表面)。关于这种透镜的局部最大有害像散数值1.90D表示在表中1，并且明显低于该在具有相同近距离光焦度的常规的PAL中得到的2.20D。
表1
   实例  附加焦度正面(D)   附加焦度背面(D)   附加焦度总计(D)  竖直位移(毫米)  最大像散(D)   最大像散/附加比
 在先技术  2.00   0.00   2.00   0.0   2.2   1.10
    1  1.05   1.05   2.10   4.0   1.9   0.90
    2  1.05   1.05   2.10   8.0   1.9   0.90
实例2
采用具有两个渐变附加表面的透镜，其偏移为8.00毫米。与在表1中所示的在先技术透镜相比较，该偏移导致局部最大有害像散降低0.30D。
实例3
如在图2a和2b中所示，透镜20具有凹形渐变附加表面25。表面25具有的远距离和近距离视区的曲率分别为6.00和5.00屈光度。图中还表示凸形表面24具有的远距离和近距离视区的曲率分别为6.00和7.00屈光度。表面25的光学中心27相对于凸形渐变表面24的光学中心26旋转α度(数值为10度)。在图2b中表示透镜20的像散分布图。区域31和32分别是表面24和表面25的有害像散区域。还分别表示了对于表面24和表面25的局部最大像散区域28和29。在表2中表示形成的透镜具有的有害局部最大像散数值为1.90屈光度，而与之相比，在先技术的透镜为2.10屈光度。
表2
实例  附加焦度正面(D)   附加焦度背面(D)   附加焦度总计(D)   竖直位移(毫米)   最大像散(D)  最大像散/附加比
  在先技术  2.00   0.00   2.00   0.0   2.20  1.10
    3  1.00   1.00   1.90   10.0   1.90  1.10
    4  1.00   1.00   1.95   20.0   1.85  0.95
    5  1.00   1.00   1.85   30.0   1.75  0.95
    6  1.00   1.00   1.85   40.0   1.41  0.76
实例4-6
透镜的凹形渐变附加表面围绕其光学中心相对于凸形渐变附加表面分别旋转20度、30度和40度。该旋转导致局部最大有害像散分别为1.85、1.75和1.41屈光度，如在表2中所列出的。
实例7
图3表示位于在透镜30中的表面33和35之间的凹形渐变附加表面34。透镜30是由折射率为1.60的光学预成形片38和折射率为1.50的熔凝层39构成的。预成形片38中的凸形表面33具有光学中心36、屈光度为6.50的远距离视区曲率和屈光度为8.50的近距离视区曲率。预成形片38中的凹形表面34具有光学中心37、屈光度为6.50的远距离视区曲率(“DC”)和屈光度为0.50的近距离视区曲率(“NC”)，它们是按照如下公式确定的：
NC＝DC-附加光焦度×(n1-1.00)/(n1-n2)
其中，n1是预成形片38的折射率，n2是熔凝层39的折射率。光学中心37相对光学中心36沿竖直方向向下位移4毫米。熔凝层39的凹形表面35具有用于校正带眼镜人像散的柱面光焦度为-2.00D的。透镜30具有的远距离光焦度为0.00屈光度，总的附加光焦度为3.00屈光度，是由表面33的2.00屈光度的附加光焦度以及表面34的1.00屈光度的附加光焦度组合形成的。该局部最大有害像散低于该具有3.00屈光度的附加光焦度的常规透镜的对应值。
实例8
图4a中表示具有凸形表面51和凹形表面52的透镜50。表面51是具有光学中心53的渐变附加表面。表面52是一具有光学中心54相对于光学中心53沿竖直方向向下位移4毫米的复合的渐变附加复曲表面。图4b中表示形成该位移的透镜50的像散分布图。区域55和56是表面51和52的有害像散的区域，57和58是分别是它们各自的局部最大有害像散区域。I-I是表面52的复曲面轴线。各渐变附加表面按这样重叠，使得虽然保持了近距离和远距离视区，但每个表面的局部最大有害像散区57和58的位置并不重合，因此它们的作用效果不是附加性的。
实例9
图5a中表示透镜60，其中左侧方位的凸形渐变附加表面61与右侧方位的凹形渐变附加表面62结合。每个表面分别单独表示在图5b和图5c中。每个表面的光学中心63和64旋转，以便光学上对准。在图5d中表示，左右方位的二表面分别形成表面61和62中的有害像散区域65和66的偏移。对于屈光度为1.70的透镜60的局部最大有害像散列在表3中。
表3
   实例  附加焦度正面(D)   附加焦度背面(D) 附加焦度总计(D) 最大像散(D) 最大像散/附加比
 在先技术  2.02   0.00   2.02   2.20   1.10
    9  1.00L   1.00R   2.10   1.70   0.81
实例10
形成一个光学预成形片，其包含一曲率为6.00屈光度的凸形球表面。该预成形片中的凹形表面是一复曲面的渐变表面，该渐变表面基本球面曲率为6.00屈光度，在位于0-180轴线处的轴线上的圆柱面曲率为4.00屈光度，近距离视区的附加焦度为1.00。该近距离视区位于由透镜的底部(轴线沿270度)顺时针方向的11.25度的在预成形片中凹形复曲面上，。形成的预成形片具有的远距离视区光焦度为0.00屈光度，在0度轴线处的圆柱形分布的光焦度为-2.00屈光度以及附加光焦度为1.00屈光度。使用一渐变附加玻璃模具，该模具具有的基本曲率为6.00屈光度以及在270度轴线处的附加光焦度为1.00屈光度，用来利用常规的表面熔凝技术在该预成形片的凸形表面上表面熔凝一层可UV固化的树脂。形成的透镜具有的远距离视区光焦度为0.00屈光度，在0度轴线处的柱面光焦度为-2.00屈光度，附加光焦度为2.00屈光度。相对于在先技术的透镜正面和背面的附加光焦度的11.25度的偏移导致降低了局部最大有害像散。

Claims (25)

1一种透镜，包含：第一渐变附加表面，其具有一或多个局部最大有害像散的区域以及第一附加光焦度；和第二渐变附加表面，该表面具有一或多个有害局部最大像散的区域以及第二附加光焦度，各渐变附加表面彼此相对排列，使得各局部最大有害像散区域中的一部分或者全部偏移，其中，透镜的附加光焦度是第一附加光焦度和第二附加光焦度之和。
2根据权利要求1所述的透镜，其中各表面的排列使得各局部最大有害像散区域中的一部分偏移。
3根据权利要求1所述的透镜，其中各表面的排列使得所有的各局部最大有害像散区域偏移。
4根据权利要求1所述的透镜，其中各渐变附加表面偏移，使得各表面的光学中心沿竖直方向或横向或两者组合彼此相对位移。
5根据权利要求1所述的透镜，其中各渐变附加表面偏移，使得各表面的光学中心彼此相对旋转。
6根据权利要求5所述的透镜，其中各渐变附加表面是不对称的。
7根据权利要求1所述的透镜，其中第一和第二渐变附加表面还包含一具有一定通道长度的通道，第一渐变表面通道长度和第二渐变表面通道长度不同。
8根据权利要求1所述的透镜，其中还包含凹形表面和凸形表面，第一渐变附加表面在凹形表面上，第二渐变附加表面在凸形表面上。
9根据权利要求1所述的透镜，其中还包含凹形表面和凸形表面以及其间的一层，第一渐变附加表面在凹形表面上或在凸形表面上，第二渐变附加表面在凹形表面和凸形表面之间的该层上。
10一种眼镜，包含第一渐变附加表面，其具有一或多个有害局部最大像散的区域以及第一附加光焦度，和第二渐变附加表面，该表面具有一或多个有害局部最大像散的区域以及第二附加光焦度，各渐变附加表面彼此相对排列，使得各有害局部最大像散区域中的一部分或者全部偏移，其中，透镜的附加光焦度是第一附加光焦度和第二附加光焦度之和。
11根据权利要求10所述的眼镜，其中各表面的排列使得各有害局部最大像散区域中的一部分偏移。
12根据权利要求10所述的眼镜，其中各表面的排列使得所有的各有害局部最大像散区域偏移。
13根据权利要求10所述的眼镜，其中各渐变附加表面偏移，使得各表面的光学中心沿竖直方向或横向或两者组合彼此相对位移。
14根据权利要求11或12所述的眼镜，其中各渐变附加表面偏移，使得各表面的光学中心沿竖直方向彼此相对位移约0.1-10毫米。
16根据权利要求11或12所述的眼镜，其中各渐变附加表面偏移，使得各表面的光学中心沿竖直方向和沿横向彼此相对位移约0.1-10毫米。
17根据权利要求11或12所述的眼镜，其中各渐变附加表面偏移，使得各表面的光学中心彼此相对旋转约1-40度。
18根据权利要求5所述的眼镜，其中各渐变附加表面是不对称的。
19根据权利要求10所述的眼镜，其中第一和第二渐变附加表面还包含一具有一定通道长度的通道，第一渐变表面通道长度和第二渐变表面通道长度不同，通道长度差约0.1-10毫米。
20根据权利要求10所述的眼镜，其中还包含凹形表面和凸形表面，第一渐变附加表面在凹形表面上，第二渐变附加表面在凸形表面上。
21根据权利要求10所述的眼镜，其中还包含凹形表面和凸形表面以及其间的一层，第一渐变附加表面在凹形表面上或在凸形表面上，第二渐变附加表面在凹形表面和凸形表面之间的该层上。
22一种用于制造透镜的方法，包含的步骤有：
形成第一和第二渐变附加表面，第一渐变附加表面具有一或多个局部最大有害像散的区域以及第一附加光焦度；和第二渐变附加表面，该表面具有一或多个局部最大有害像散的区域以及第二附加光焦度；以及
排列第一和第二渐变附加表面，使得各有害局部最大像散区域中的一部分或者全部偏移，以及透镜的附加光焦度是第一附加光焦度和第二附加光焦度之和。
23根据权利要求22所述的方法，其中排列各渐变附加表面，使得通过使各表面的光学中心彼此相对移位、使各表面的光学中心彼此相对旋转，或者使每个表面形成一具有与其它表面不同的通道长度的通道，来实现各表面的偏移。
24根据权利要求22所述的方法，其中排列各渐变附加表面，使得通过使各表面的光学中心沿竖直方向或横向彼此相对位移，来实现各表面的偏移。
25根据权利要求22所述的方法，其中排列各渐变附加表面，使得通过使各表面的光学中心彼此相对旋转，来实现各表面的偏移。
26根据权利要求22所述的方法，其中排列各渐变附加表面，使得通过使每个表面形成一具有与其它表面不同的通道长度的通道，来实现各表面的偏移。
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