CN1308242A

CN1308242A - 一种用于测量和校正不规则散光的特殊镜片及其制造方法

Info

Publication number: CN1308242A
Application number: CN 01108094
Authority: CN
Inventors: 范叔平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-12
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2001-08-15

Abstract

本发明公开了一种用于测量和校正不规则散光的特殊镜片及其制造方法,该镜片至少有一个面轴向呈富里叶面;制造方法包括(1)用数控机床加工出与特殊镜片相同的母模;(2)用母模复制成标准的光学子模;(3)用子模浇注或注射生产镜片;用本发明的校正片可以用来校正现有眼镜片无法校正的不规则散光;用本发明的验光片进行验光,比现有的方法更方便、更精确;用本发明的制造方法生产富里叶镜片,其成本仅为现有眼镜片的3—10倍,适于大规模、系统化生产,所以本发明对不规则散光的弱视患者带来了福音,对普通患者带来了方便,对验光配镜行业带来了重大机遇。

Description

一种用于测量和校正不规则散光的特殊镜片及其制造方法

本发明涉及一种镜片及其制造方法。

现有技术中，用以校正屈光不正的眼镜片，通常是由一个球面和一个由球面和柱面组成的托力克面构成，即所谓“托力克镜片”。特殊需要时还可以加上棱镜度(如对斜视患者)。如果把镜片的中心轴(光轴)作为柱坐标的纵轴、镜片的顶点作为原点，它们分别是富里叶三角函数轴对称的m=0的球面、m=0和m=2复合的柱面以及m=1的斜面。其纵座标分别为：

球面 m=0 z₀(r,φ)=R₀-(R₀ ²-r²)^1/2

斜面 m=1 z₁(r,φ)=rtgαcos(φ+φ₁)

柱面 m=0,2 z₂(r,φ)=2^-1[R₂-(R₂ ²-r²)^1/2][cos(2φ+φ₂)+1]

=A₀(r)+A₂(r)cos(2φ+φ₂)

其中φ₁、φ₂是初相位。它表示子午线和水平轴(X轴)的交角，通常称之为《轴位》。如果用折射率为n的玻璃做成平凸透镜(也可以是平凹透镜，此时R_m＜0)。它们对近轴光线分别提供的球面屈光度为(n-1)/R₀，棱镜屈光度为100(n-1)tgα，柱面屈光度为(n-1)/R₂。其中α为斜面倾角即棱镜顶角，R₀、R₂以米为单位，屈光度用D计算。

正确选择实际使用的眼镜片前后两个曲面的球面屈光度，不仅可以获得正确的顶角焦光度，还可以使大角度入射光的象散做成最小(合理弯曲镜片)，或者小到可以接受的程度(新月形镜片)。

这种把屈光不正分成球面屈光度、棱镜屈光度和柱面屈光度来校正的方法不仅和传统的玻璃加工工艺相匹配，能大量地、廉价地、系统地生产各式校正用镜片。还被实践证明了是确实有效的方法。它能使绝大多数屈光不正患者获得＜1′的明视分辨率，即校正后成为中心视力＞1.0的正视眼。但仍有许多患者，无论怎样校正，视力总是＜0.8，而被称为弱视。其中相当一部分人是由于角膜表面的m=3,4,5…高阶不规则弯曲度造成的不规则象散引起的。

本发明的目的是：提供一种用于测量和校正不规则散光的特殊镜片及其制造方法，它在传统的眼镜片基础上，增加了一个高阶富里叶量，可以用来校正由不规则散光引起的弱视。不仅对弱视患者带来了福音，对屈光不正的传统校正也是一个突破。

本发明的技术方案是：一种用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，该镜片至少有一个面轴向呈m≥2的富里叶面。

本发明详细的技术方案之一是：一种用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，该镜片至少有一个面为m≥3的富里叶面与球面的复合面，用来作为校正片使用；该镜片的另一个面可以是托力克面，也可以是球面；还可以两个面均为富里叶面与球面的复合面，但两个富里叶面的m不同。

本发明详细的技术方案之二是：一种用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，该镜片有一个面呈m≥2的富里叶面，另一个面为平面，用来作为验光片使用。

上述技术方案的制造方法包括下列步骤：

(1)用数控机床加工出镜片的母模；

(2)用母模复制成标准的光学子模；

(3)用子模浇注或注射生产镜片。

该方法中可分为两种情况：

1．母模与镜片中含有富里叶面的一个面相同，另一个面是和该面相近屈光度的球面，并且有相当的厚度，即步骤(3)中生产出的镜片为半精制品，另一个面可按照验光单的要求加工成所需的托力克面。

2．母模与镜片两个面均相同，即步骤(3)中生产出来的镜片为精制品，可直接使用。

由于眼睛分辨精细结构和色觉的明视力是由网膜上的视锥细胞决定的。而它们集中分布在与眼球的光轴成5°的黄斑中心凹1.5mm处(视轴)。人们用眼睛的余光可以感觉到物体的存在及运动(这时用的是网膜上黄斑外周边地区的视杆细胞及少量视锥细胞来接受光讯号)，但你必须扭转脸、转动眼珠正视它(即使物体的象落在中心凹黄斑上)，才能仔细观察它。所以视力只是指眼球把无限远处一光点发出的平行于视轴的近轴光线经过角膜、晶状体后会聚在网膜中心凹处(黄斑上)成一个小点的能力(由于瞳孔平时只有3-4mm只须考虑近轴光线)，如果其外径小于4.9μm就是正视眼。

用波面来描写。如果把玻璃体看成是均匀的光学介质，角膜和晶状体的作用是使一个波前为平面波的平行光束变成一个球心在网膜中心凹处的球面波的同心光束。如果波面发生m=0的球面畸变，使波面过分或者不够弯曲而聚焦在中心凹处的前方或者后方，这就是近视眼或远视眼；可以用m=0的凹或凸球面透镜来校正。如果波面还发生m=2的柱面畸变，即波面有一个相互垂直的最大曲率半径和最小曲率半径，结果光线会聚成二条相互垂直的短线段(分别称为弧矢焦线和子午焦线)它们之间的距离称之为象散差。这时，就必须用m=2的柱面透镜来校正这个散光。如果同时还发生了m=1的波面畸变，即波面上只有一个最大曲率半径和一个最小曲率半径，但它们不相互垂直。用m=2的柱面透镜来校正m=2的柱面畸变后，光线会聚成网膜上一点，但在黄斑外(即斜视)。还必须用m=1的棱镜来校正m=1的波面畸变，才能把它移到中心凹处。同样，对于m=3,4,5…高阶波面畸变(高阶波纹度)，必须用m=3,4,5…的高阶富里叶透镜加以校正。这个透镜的曲面纵座标应为：

z_m(r,φ)=A_m(r)cos(mφ+φ₂)=m^-1[R_m-(R_m ²-r²)^1/2]cos(mφ+φ₂)

m=3,4,5…

屈光不正的校正实质上是对二维波面畸变的校正。和一切二维图案反演一样，可以分成径向分布的反演(补偿)和角向分布的反演(补偿)。本发明在角向上选用最常用的正交函数—空间富里叶函数，这是因为它的m=0,1,2低阶函数和现用屈光校正的规范相兼容。由于实际波面在空间上只能是个连续光滑的调和函数，所以它的高阶分量的幅度以m²比例收敛。m取到3,4最多到5应该可得到满意的校正效果。同时考虑到影响成象的波面波纹度，除了和高阶分量的模量(幅度)成正比外，还和阶数m成正比。所以用m=2的柱面的屈光度标准为基准取：A_m(r)=m^-1[R_m-(R_m ²-r²)^1/2] m=2,3,4,5…来表示第m阶富里叶分量的幅度。其m阶模的高阶屈光度和柱面一样为(n-1)/R_m,R_m以米为单位，屈光度用D计算。同样可做成m阶0.125D,0.25D,0.5D,1.0D…的验光片和校正片。

本发明的优点是：

1．用本发明的m=3,4,5…高阶富里叶校正片，可以校正传统眼镜片无法校正的由于角膜的m=3,4,5…高阶弯曲度造成的不规则散光。

2．本发明中m=0,1,2…的低阶富里叶镜片和传统眼镜片完全兼容，其中m=0,m=1富里叶镜片就是球面镜、棱镜，而它们的屈光度值也相同。m=2的富里叶镜片与1/2屈光度的m=0(球面)镜片之和就是相同屈光度的柱面镜片，所以原有的眼镜行业的加工工艺及设备可全部保留利用。

3．用本发明的镜片进行验光及校正，比传统的方法更方便、更准确：

(1)由于富里叶级数是个正交函数系，各阶模量(屈光度)可独立改变，而不会相互影响，使用起来更为方便。

验光时，先将患者的球面(m=0)屈光度校正到最佳，再验散光。此时传统的方法每增加1D柱面屈光度就要减小0.5D的球面屈光度，验光手续繁琐。而用本发明的m=2验光片，就不必再变动已校正的m=0(球面)屈光度了。

(2)由于高阶模式的散光普遍存在，许多患者用传统方法校正到最后，改变0.25D甚至0.5D觉不到视力有变化。而用本发明的验光片对m=0、m=2m=3、m=4…的模式屈光度依次校正后，再复验时，由于m=3,4,5…的高阶散光已经得到校正，就对0.25D的球面(m=0)及柱面(m=2)屈光度的变化有很灵敏的反应。所以对＜0.5D的高阶散光的非弱视患者，即使不打算配带高阶散光的校正片，用了本发明的验光片也可获得更准确的低阶屈光度(球面屈光度和柱面屈光度)的校正。

4．用本发明的制造方法生产镜片，可以大大降低高阶富里叶镜片的成本。估计用半精制品方法小批量生产时的成本为现有镜片成本的5-10倍，用精制品方法大批量生产时的成本为现有镜片成本的3-5倍，故适宜于系统地、批量地生产。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的描述：

图1、图2、图3、图4分别为相同屈光度的m=2、m=3、m=4、m=5的各阶富里叶镜片的边缘厚度Z_m随φ的变化；

图5、图6、图7、图8分别为相同屈光度的m=2、m=3、m=4、m=5的各阶富里叶校正片的示意图；

图9、图10、图11、图12分别为相同屈光度的m=2、m=3、m=4、m=5的各阶富里叶验光片的示意图；

其中：1镜片；2镜片的一个面；3镜片的另一个面。

实施例一：如图5、图6、图7、图8所示，一种用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，该镜片[1]至少有一个面[2]为m≥3的富里叶面与球面的复合面，用来作为校正片使用；该镜片[1]的另一个面[3]可以是托力克面，也可以是球面；还可以两个面均为富里叶面与球面的复合面，但两个富里叶面的m不同。

实施例二：如图9、图10、图11、图12所示，一种用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，该镜片[1]有一个面[2]呈m≥2的富里叶面，另一个面[3]为平面，用来作为验光片使用。

上述镜片的制造方法是：

(1)用数控机床加工出镜片的母模；

(2)用母模复制成标准的光学子模；

(3)用子模浇注或注射生产镜片。

该方法还可分为两种情况：

由于高阶富里叶面是个非旋转对称曲面，不能用传统的玻璃加工方法大规模制造，用计算机控制的数控精密铣磨机(CNC)进行金刚石高速切削可以加工出各种类型的曲面，其精度和光洁度也达到要求，但直接用CNC来生产，其成本不可想象，塑料镜片的出现为大规模生产高阶富里叶镜片创造了条件。

用CNC在陶瓷或者金属上加工出所需曲面的母模，误差可小于0.1μm，光洁度13以上，必要时还可用特殊手段抛光；再用电铸法复制成标准的金属光学子模，或者用玻璃热铸法在母模上改铸成子模(必要时仍可再次抛光)；用子模大规模生产高阶富里叶塑料镜片，成本就大大降低了。

高阶富里叶镜片迄今还未用于临床，更无临床数据可言，把镜片的凸面制成m=3或4的高阶富里叶面和球面的复合曲面，凹面仍为球面和柱面的复合曲面就可以在传统的球面和柱面基础上增加一个m=3或4的高阶富里叶量，其屈光度及轴位均可独立改变。也可以把凸面凹面反过来制造。

用高阶富里叶验光片对不规则散光进行定量分析，在传统的托力克镜片基础上，增加一个m=3或4高阶富里叶量，可以用来校正不规则散光引起的弱视。规模生产CR-39或PC塑料镜片后，其成本不会增加很多，所以是适合于大规模、系统化生产的。

如果要同时校正m≥2的三种或三种以上的象散，就必须加工特殊曲面，这个曲面可以包括所有所需的富里叶分量，各阶轴位，还可以把各人的眼球旋转中心到镜片顶点的距离、镜架佩戴习惯等个人参数计算进去，即A_m(r)采用最适用于这个特定眼球的非球面形式，解决大角度的象差等问题。这种一人一镜、一眼一镜的个体化加工形式，是校正配制的最终形式，随着计算机数控技术的不断发展，必将成为现实。

Claims

1．一种用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，其特征在于：该镜片[1]至少有一个面[2]轴向呈m≥2的富里叶面。

2．根据权利要求所述1的用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，其特征在于：所述面[2]为m≥3的富里叶面与球面的复合面。

3．根据权利要求所述2的用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，其特征在于：所述镜片[1]的另一个面[3]为托力克面。

4．根据权利要求所述2的用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，其特征在于：所述镜片[1]的另一个面[3]为球面。

5．根据权利要求所述2的用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，其特征在于：所述镜片[1]的两个面均为富里叶面与球面的复合面，其中两个富里叶面的m不同。

6．根据权利要求所述1的用于测量和校正不规则散光的特殊镜片，其特征在于：所述镜片[1]的另一个面[3]为平面。

7．一种如上所述的用于测量和校正不规则散光的特殊镜片的制造方法，包括下列步骤：

(1)用数控机床加工出镜片的母模；

(2)用母模复制成标准的光学子模；

(3)用子模浇注或注射生产镜片；

8．根据权利要求7所述的用于测量和校正不规则散光的特殊镜片的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中母模与镜片中含有富里叶面的一个面相同，另一个面是和该面相近屈光度的球面，并且有相当的厚度；即步骤(3)中生产出的镜片为半精制品，另一个面可按照验光单的要求加工成所需的托力克面。

9．根据权利要求7所述的用于测量和校正不规则散光的特殊镜片的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中母模与镜片两个面均相同，即步骤(3)中生产出来的镜片为精制品，可直接使用。