TWI748538B - 漸進多焦點鏡片 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種無累進狹帶且能消除鏡片中央兩側周邊散光之漸進多焦點鏡片。以鏡片表面三度空間的自由曲面光學設計及模具成型製造出該鏡片，使其具有上方看清遠距離的物體，下方看清近距離的物體，中間區可看清中距離的物體，因此，本發明之漸進多焦點鏡片具有廣闊的視野範圍以及大幅降低散光區干擾視覺的高清晰度。

Description

漸進多焦點鏡片

本發明係關於一種多焦點鏡片，尤其是關於大幅降低散光區及無累進狹帶的漸進多焦點鏡片。

如圖1所示，習知漸進多焦點鏡片(progressive addition lens)的遠用區1位於鏡片的上半部之寬廣區域，用於觀察遠處物體，人眼處於放鬆平視狀態下有矯正遠用視力的能力，提供清晰及寬廣的視野，近用區3位於鏡片的下半部，用於觀察近處物體，視覺清晰範圍較小，累進狹帶5位於遠用區及近用區的中間區域，用於觀察中等距離的物體，視覺清晰範圍較狹窄，而散光區7(亦稱為盲區)則位於鏡片的兩側，無法提供使用者用於觀察。同時，由圖2所示之等高線圖可清楚看出，散光區7的等高線之線距較為密集，所以散光區7所引起的視覺模糊及晃動感會非常明顯，並令使用者感到暈眩不舒服。

再者，以遠距離為設計重心會使得遠距離的視野廣度變大，進而必須犧牲中距離及近距離的廣度，造成中、近用視野較為窄小，若於長時間配戴，則因近用區3太窄而需經常轉動頭部來對準需要觀看的區域，容易使得頭部長時間傾斜，造成肩頸壓迫而疲勞酸痛，並且眼睛在長時間透過 小區域的近用區注視目標，也容易造成眼睛的疲勞而感到酸澀。

因此，如何提供一種較佳的漸進多焦點鏡片(亦即，無累進狹帶且能大幅降低鏡片中央(即中間區域)兩側周邊散光的鏡片)，可以整體依照配戴者的臉型、功能需求以及視覺要求來客製化曲面，並由模具直接成型為漸進多焦點鏡片，同時克服前述缺點，實為當前重要課題之一。

鑒於上述習知技術的缺點，本發明提供一種漸進多焦點鏡片(progressive addition lens)。

依據本發明之實施例，本發明的漸進多焦點鏡片包括遠用區，係於鏡片的上部；近用區，係於該鏡片的下部；以及中間區，係於該鏡片的中部並介於該遠用區及該近用區之間，其中，該鏡片係直接由模具成型，且該鏡片的後表面為自由曲面，該中間區藉由該自由曲面增加視野範圍，而形成不具有累進狹帶，並且降低兩側散光區之範圍，該散光區的範圍與該中間區的範圍比為10%~20%。

較佳地，該鏡片的後表面係由主結構高度函數及次結構高度函數組合而成。

較佳地，該主結構高度函數係由Zernike函數中控制垂直度數變化之形狀函數的全部組合或部分組合確定，該形狀函數包括Z₃~Z₂₇。

較佳地，該Zernike函數係根據以下公式確定：

其中，k為第k項多項式(k≧0之整數)，x為水平座標，y為垂直座標，m為角頻率，n為第n階像差，a、b、c皆為≧0之整數。

較佳地，該次結構高度函數係除了該主結構高度函數用的Zernike函數外，也包括其他Zernike函數Z₆~Z₂₇來確定。

較佳地，該鏡片的前表面為球面、非球面、球柱面或其組合。

較佳地，該球面或非球面係根據以下公式確定：x²+y²+(1+Q)z²-2zR=0，其中，x為鏡片表面x直角座標系位置，y為該鏡片表面y直角座標系位置，z為表面高度，R為鏡片頂點曲率半徑，Q為表面非球面性(Q=0為球面、Q≠0為非球面)。

較佳地，該球柱面係根據以下公式確定：F(θ)=S+Csin²(θ-α)，R(θ)=(n₂-n₁)/F(θ)，其中，S為球面度數，C為柱面度數，α為柱軸，F(θ)為位在角度θ的度數，R(θ)為位在角度θ的曲率半徑，n₁為空氣折射率(n₁=1.0)，n₂為鏡片折射率。

較佳地，該鏡片以射出成型、澆鑄成型等其中之一方式製造。

1:遠用區

3:近用區

5:累進狹帶

7:散光區

10:遠用區

20:近用區

30:中間區

P1:自由曲面

P2:鏡片前表面之球面、非球面或球柱面

51:公模

53:母模

55:成型腔

圖1為習知之漸進多焦點鏡片的示意圖；圖2為習知之漸進多焦點鏡片的散光度數等高線圖；圖3係顯示本發明之漸進多焦點鏡片的示意圖；圖4係顯示本發明之第一實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)模擬之等價球面度數(M)等高線圖；圖5係顯示本發明之第一實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)模擬之散光度數(J)等高線圖；圖6係顯示本發明之第二實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)實測之等價球面度數(M)等高線圖(其中，僅顯示漸進多焦點鏡片(Φ=40mm))；圖7係顯示本發明之第二實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)實測之散光度數(J)等高線圖(僅顯示漸進多焦點鏡片(Φ=40mm))；圖8係顯示本發明之第三實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)模擬之等價球面度數(M)等高線圖；圖9係顯示本發明之第三實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)模擬之散光度數(J)等高線圖；以及圖10係顯示本發明之漸進多焦點鏡片的模具成型之示意圖。

以下係藉由特定的實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之優點及功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與 變更。

須知，本發明所附圖式繪示之結構、比例、大小等均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士閱讀及瞭解，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。

一般而言，在忽略鏡片厚度的情況下(薄透鏡)，鏡片的總度數可由鏡片兩表面(亦即，前表面及後表面)的表面度數相加決定，而鏡片的表面度數則是由鏡片折射率(n)及曲率半徑(R)計算得出。因此，在已知鏡片的材質下，鏡片折射率即可確定。接著，只要確定鏡片的前表面及後表面的形狀變化，即可得知鏡片的表面度數。

本發明之鏡片的前表面為球面、非球面、球柱面或其組合，而後表面則為自由曲面，但非限制於本發明。因此，如圖3所示，本發明提出的一種漸進多焦點鏡片(progressive addition lens)包括遠用區10、近用區20以及中間區30，其中，遠用區10係設置於鏡片的上部並具有看清遠距離的物體，近用區20係設置於鏡片的下部並具有看清近距離的物體，而中間區係設置鏡片的中部並介於遠用區及近用區之間，且具有看清中距離的物體。

值得注意的是，本發明之中間區不具有累進狹帶，並且大幅消除中間區的兩側之散光區，從而使得本發明之漸進多焦點鏡片具有廣闊的視野範圍以及大幅消除散光干擾視覺的高清晰度，亦即，散光區的範圍與中間區的範圍比約為5%~20%，最佳約為5%~10%。

若本發明之前表面為球面或非球面，則根據以下公式確定：x²+y²+(1+Q)z²-2zR=0， (1)

其中，x為鏡片表面x直角座標系位置，y為鏡片表面y直角座標系位置，z為表面高度，R為鏡片頂點曲率半徑，Q為表面非球面性(Q=0為球面、Q≠0為非球面)。

若本發明之前表面為球柱面，則根據以下公式確定：F(θ)=S+Csin²(θ-α)， (2)

R(θ)=(n₂-n₁)/F(θ)， (3)

其中，S為球面度數，C為柱面度數，α為x柱軸，F(θ)為位在角度θ的度數，R(θ)為位在角度θ的曲率半徑，n₁為空氣折射率(n₁=1.0)，n₂為鏡片折射率。

本發明之漸進多焦點鏡片的後表面採用自由曲面設計，因此，本發明之全表面高度函數可由主結構高度函數及次結構高度函數兩者組合而成。

主結構高度函數主要用來設計遠用度數及近用加入度數的高低及變化率，並藉由Zernike多項式中控制垂直度數變化之形狀函數的全部組合或部分組合構成，該形狀函數包括Z₃~Z₂₇(請參閱以下的Zernike多項式及表1所示)。

其中，鏡片表面幾何形狀的高度函數(Z _k (x,y))可由代表像差曲面形狀的Zernike多項式組合來描述：

其中，k為第k項多項式(k≧0之整數)，x為水平座標，y為垂直座標，m為角頻率，n為第n階像差，a、b、c皆為≧0之整數。

再者，次結構高度函數在不影響主結構高度函數所呈現之等價球面度數(M)分佈下，所添加之高階Zernike函數，主要用來設計散光度數的分佈、降低及移除。除上述主結構高度函數用的Zernike函數外，也包括其他高階Zernike函數如Z₆~Z₂₇在內(請參閱以下的Zernike多項式及表1所示)。

利用本發明之上述設計之鏡片全表面高度函數，可推導出高至6階的Zernike多項式的組合及其代表的Zernike係數，其中，Zernike係數係可變動的。然後，根據下列公式帶入各項式中的代表係數，即可計算出鏡片的等價球面度數和散光度數：

其中，c _n ^m 為第n階像差角頻率m的Zernike係數，r為瞳孔模擬半徑(此處設定為4.5mm)，M為等價球面度數，J ₀ 為正交散光度數，J ₄₅ 為斜交散光度數，J為散光度數。

為了便於瞭解本發明之漸進多焦點鏡片的設計，本發明提供以下具體實施例，其說明如下。

[第一實施例]

在本發明之第一實施例中，材質為PC(n=1.586)，處方為plano/+2.00Add，直徑為67mm，漸進多焦點鏡片前表面形狀設計為Q=0(球面)以及基弧為+4.50D。因此，本發明之漸進多焦點鏡片的後表面形狀設計如下所示。

在本發明之第一實施例中，主結構高度函數係根據以下公式確定：Z_k(x,y)=C₄Z₄(x,y)+C₇Z₇(x,y)+C₁₂Z₁₂(x,y)+C₁₇Z₁₇(x,y)+C₂₅Z₂₅(x,y)=C₄√3(2x²+2y²-1)+C₇2√2(3x²y+3y³-2y)+C₁₂√5(6x⁴+12x²y²+6y⁴-6x²-6y²+1)+C₁₇√12(10x⁴y+20x²y³+10y⁵-12x²y-12y³+3y)+C₂₅√14(15x⁶+15x⁴y²-15x²y⁴-20x⁴+6x²-15y⁶+20y⁴-6y²) (9)

在本發明之第一實施例中，次結構高度函數係根據以下公式確定：Z_k(x,y)=0 (10)

藉由上述的漸進多焦點鏡片之後表面形狀設計，圖4顯示本 發明之第一實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)之等價球面度數(M)等高線模擬圖，圖5顯示本發明之第一實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)之散光度數(J)等高線模擬圖。由圖4及圖5可清楚看出，由於無累進狹帶以及極小的周邊散光區(定義J≦+0.50D之區域為可接受之中間區域)，本發明之漸進多焦點鏡片具有廣闊的視野範圍以及高清晰度。

[第二實施例]

在本發明之第二實施例中，材質為PC(n=1.586)，處方為plano/+2.00Add，直徑為67mm，漸進多焦點鏡片前表面形狀設計為Q=0(球面)以及基弧為+4.50D。圖6係顯示本發明之第二實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)實測之等價球面度數(M)等高線實測圖(其中，僅顯示漸進多焦點鏡片(Φ=40mm))，圖7係顯示本發明之第二實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)實測之散光度數(J)等高線實測圖(其中，僅顯示漸進多焦點鏡片(Φ=40mm))。由圖6及圖7可清楚看出，由於無累進狹帶以及大幅降低周邊散光區(定義J≦+0.50D之區域為可接受之中間區域)，本發明之漸進多焦點鏡片具有廣闊的視野範圍以及大幅降低周邊散光干擾視覺的高清晰度。

承上所述，鏡片度數分佈之檢測方式可分為光學及非光學方式，其中，光學方式可分為Moire光學干涉技術及前波導像差偵測技術，而非光學方式主要係以三次元量床在鏡片上掃描高度變化，然後再將其轉換成度數分佈圖。

本發明之第二實施例實測圖是以前波導像差偵測儀測量鏡片全表面的度數取得數據後，再以MATLAB軟體畫出等高線圖。經儀器檢測 第二實施例的實際可量產化之鏡片，其檢測主要係以鏡片中點為圓心，直徑40mm之鏡片區域為實測範圍，在此範圍內之鏡片區域已足以涵蓋目前漸進多焦點鏡片所有重要的光學區域，實測圖如圖6及圖7所示，其顯示第二實施例之鏡片的無累進狹帶以及周邊之散光區(定義J≦+0.50D之區域為可接受之中間區域)僅占鏡片相對較小範圍。因此，本發明之漸近多焦點鏡片具有廣闊的視野範圍以及高清晰度。

[第三實施例]

在本發明之第三實施例中，材質為PC(n=1.586)，處方為plano/+2.00Add，直徑為67mm，漸進多焦點鏡片前表面形狀設計為Q=0(球面)以及基弧為+4.50D。因此，本發明之漸進多焦點鏡片的後表面形狀設計如下所示。

在本發明之第三實施例中，主結構高度函數同樣係根據上述公式來確定，而次結構高度函數則根據以下公式確定：Z_k(x,y)=C₁₅Z₁₅(x,y)=C₁₅√12(5x⁴y-10x²y³+y⁵) (11)

藉由上述的漸進多焦點鏡片之後表面形狀設計，圖8顯示本發明之第三實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)之等價球面度數(M)等高線模擬圖，圖9顯示本發明之第三實施例的漸進多焦點鏡片(Φ=67mm)之散光度數(J)等高線模擬圖。由圖8及圖9可清楚看出，由於無累進帶以及極小的周邊散光區(定義J≦+0.50D之區域為可接受之中間區域)，本發明之漸進多焦點鏡片具有廣闊的視野範圍以及高清晰度。

值得一提的是，本發明之上述具體實施例的Zernike係數係如 表1所示。

另外請注意，如圖10所示，本發明之漸進多焦點鏡片以鏡片後表面三度空間的自由曲面光學設計及模具直接成型製造，如此，鏡片上部可看清遠距離的物體，鏡片下部可看清近距離的物體，而鏡片的中間區域可看清中距離的物體，其中，本發明之鏡片的前表面係由球面模具、非球面模具或球柱面模具51成型，但非限制本發明，而本發明之鏡片的後表面係由自由曲面模具53成型，但非限制本發明。因此，本發明之漸進多焦點鏡片可具有廣闊的視野範圍以及極小的周邊散光區干擾視覺的高清晰度之優點。

該鏡片之前表面及後表面係以射出成型、澆鑄成型等其中之一方式製造成型，射出成型及澆鑄成型方式係指該鏡片之前表面及後表面所需之曲率，直接於模具成型，其主要係先將矯正度數以主結構高度函數組合次結構高度函數設計出鏡片後表面之自由曲面P1，再配合將該鏡片前表面之球面、非球面或球柱面或其組合P2以及上述之自由曲面P1分別設於模具之公模51與母模53，使其對合後於模具成型腔55直接成型出本發明之鏡片。

上述實施例僅例示性說明本發明之功效，而非用於限制本發明，任何熟習此項技術之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。此外，在上述實施例中之函數僅為例示性說明，亦非用於限制本發明。因此本發明之權利保護範圍，應如以下之申請專利範圍所列。

10:遠用區

20:近用區

30:中間區

Claims (7)

1. 一種漸進多焦點鏡片，包括：遠用區，係於鏡片的上部；近用區，係於該鏡片的下部；以及中間區，係於該鏡片的中部並介於該遠用區及該近用區之間，且兩側形成散光區，其中，該鏡片係直接由模具成型，且該鏡片的後表面為自由曲面，該中間區藉由該自由曲面增加視野範圍，而形成不具有累進狹帶，並且降低兩側散光區之範圍，該散光區的範圍與該中間區的範圍比為5%~20%，其中，該鏡片的該後表面係由主結構高度函數及次結構高度函數組合而成，以及其中，該主結構高度函數係由Zernike函數中控制垂直度數變化之形狀函數的全部組合或部分組合確定，該形狀函數包括Z₃~Z₂₇。
2. 如申請專利範圍第1項所述之漸進多焦點鏡片，其中，該Zernike函數係根據以下公式確定：

   

   其中，k為第k項多項式(k≧0之整數)，x為水平座標，y為垂直座標，m為角頻率，n為第n階像差，a、b、c皆為≧0之整數。
3. 如申請專利範圍第1項所述之漸進多焦點鏡片，其中，該次結構高度函數 係除了該主結構高度函數用的Zernike函數外，也包括其他Zernike函數Z₆~Z₂₇來確定。
4. 如申請專利範圍第1項所述之漸進多焦點鏡片，其中，該鏡片的前表面為球面、非球面、球柱面或其組合。
5. 如申請專利範圍第4項所述之漸進多焦點鏡片，其中，該球面或非球面係根據以下公式確定：x²+y²+(1+Q)z²-2zR=0，其中，x為鏡片表面x直角座標系位置，y為該鏡片表面y直角座標系位置，z為表面高度，R為鏡片頂點曲率半徑，Q為表面非球面性(Q=0為球面、Q≠0為非球面)。
6. 如申請專利範圍第4項所述之漸進多焦點鏡片，其中，該球柱面係根據以下公式確定：F(θ)=S+Csin²(θ-α)，R(θ)=(n₂-n₁)/F(θ)，其中，S為球面度數，C為柱面度數，α為柱軸，F(θ)為位在角度θ的度數，R(θ)為位在角度θ的曲率半徑， n₁為空氣折射率(n₁=1.0)，n₂為鏡片折射率。
7. 如申請專利範圍第1項或第4項所述之漸進多焦點鏡片，其中，該鏡片以射出成型、澆鑄成型等其中之一方式製造。

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