專利名稱：改進的眼鏡片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種漸變的眼鏡片(Progressive ophthalmic lens)，特別是一種在近距離觀看時呈現改良的光學性能的眼鏡片。本發明的一個特點是提出一種特別為近距離和中距離觀看設計的眼鏡，它提供改進了的觀看范圍和配制，從而為配戴者提供了便利。
現有技術中已知有許多漸變眼鏡片，通常，漸變鏡片呈現遠距離、近距離和中距離的視區，其中中距離視區以外觀可接受的方式連接近距離和遠距離視區，這意味著對觀察戴眼鏡人的鏡片來說不應看出鏡片的不連續。中距離視區在光學上可接受意味著應有一條稱為眼睛路徑(eye path)的線或狹長區域，當經過遠距離和近距離視區之間時視線沿其來回移動，并且鏡片的屈光力(opticalpower)沿其或多或少地均勻增加，選擇具有斜度的眼睛路徑以調節眼睛沿該路徑的自然會聚是很正常的。
但是，已有技術中的漸變眼鏡片的設計都是使遠距離視區的光學質量最佳，為此，遠距離視區被規定為有精確的屈光力和大尺寸，這意味著單靠眼睛本身的垂直和水平運動在近距離視區只有有限的視野。
在實踐中，近距離視區的屈光力由遠距離視區的屈光力加上一個附加屈光力來間接地確定。現有技術的這種漸變鏡片的缺點是很難配制，這些眼鏡片的配制必須仔細地測量相對于下框邊沿的瞳孔高度，以及仔細地測量對鼻框邊沿的瞳孔距離，任一測量中小到1至2mm的誤差會引起眼鏡片效用的明顯降低。
在現有技術的其他方面，單視距鏡片已被用來幫助遠視眼患者觀察近處，這些鏡片提供了很寬的近距離視野，它有較小的光學象差。但是，這種鏡片的缺點是其會限制配戴者的觀察距離，因為超過一定距離(通常約0.3至1m)會因鏡片為彌補患者調節能力的不足所需的額外聚光能力而超出焦點。但是，單視距閱讀用鏡片的優點是易于配制，水平配制通常由接近配戴者瞳孔距離來完成，垂直配制通常由將鏡片的光學中心置于垂直框的中點(所謂“框基準”)。這樣，單視距閱讀鏡片就不需要有漸變鏡片中所用的專門配制過程。
而且，在現有技術中，為提供視距范圍和近視區屈光力，允許最佳地配制遠視眼患者的眼鏡，需要許多漸變鏡片坯料，它們有著不同的遠距離和近距離視區屈光力，在本領域中若眼鏡片設計成只需較少的一組鏡片就可滿足廣大患者近距離和中距離觀看的需要，則是明顯的進步，這很類似于單視距閱讀鏡片系列中的坯料的數目。
在現有技術中，遠距離和近距離觀察區之間屈光力的很大變化產生屈光力和象差的大的梯度，其大大限制了鏡片的允許配制位置。
本領域中，若眼鏡能設計成對水平配制誤差(如配戴者的瞳孔距離測量誤差)不敏感，以及對垂直誤差不敏感，若對框架和臉的適應性測量誤差不敏感，則是一大提高，這會使這些鏡片更類似于易于配制的單視距閱讀鏡片。
由此，本發明的目的是克服或至少減少已有技術有關的一個或多個困難或缺點。
這樣，本發明的第一方面提供了一種漸變眼鏡片，包括一鏡片表面，該表面具有下視區，在大范圍視距內，以預定的高表面屈光力提供良好的光學質量，所述預定的屈光力由觀看者的近期的配鏡處方(Rx)決定，水平配合位置通常由患者近期的瞳孔距離決定，垂直配合位置通常由垂直的人鏡架中點決定；在低表面屈光力的上視區，對中距離視距或更大視距提供增大的視距范圍；以及在其間延伸的低象散狹長區域，其中在下視區、上視區和狹長區域中的平均表面屈光力和/或表面象散的等高線一般對與患者配合的垂直的鏡片子午線對稱。
與已有技術相反，本發明的特點是把重點放在近距離和中距離視距，目的是提供專為近距離和中距離視距設計的眼鏡，這就使得這種鏡片在近距離和中距離觀看方面優于傳統的漸變鏡片，也優于單視距閱讀鏡片，因為增加了視野清晰的距離范圍。
為此，近距離視區被規定為有精確的屈光力和大尺寸，上視區屈光力由近距離視區的屈光力減去近距離視區屈光力的變化間接確定，選擇這種屈光力變化的大小，使產生的視區屈光力適于中距離觀看，鏡片中可以沒有適于遠距離觀看的部分。
在按照本發明的漸變鏡片中，可使下視區中的光學質量為最高，而上視區的屈光力由從下視區中的屈光力中減去一量而間接得到。這意味著僅由眼睛的垂直和水平運動在上視區內只能得到有限的視距范圍。
這種鏡片最好僅用于近距離和中等或較大距離視距的結果是在上和下視區之間總的屈光力的變化實際上會小于傳統的漸變鏡片，這種減小的變化率導致較寬的狹長區域，它可容許較大的水平配合誤差，也減少了對垂直配合誤差的敏感。
如這里所述，“鏡片”一詞指任何形式的折光的物體，用于眼科領域，包括但不限于半完工的鏡片坯料，需要進一步加工完成以適應患者的配鏡處方。還包括漸變玻璃鏡片制造中用的樣板，以及用于澆鑄聚合物材料漸變鏡片的模板，如以牌號CR39出售的材料。
這里，“象散”一詞指表面象散，其是鏡片曲率在對表面一點與鏡片表面正交的截面之間變化程度的度量。
這里，“鏡片子午線”指當與配戴者配合時經鏡片的屈光力漸變中心畫出的一條假想的對稱線。
這里，“視區寬度”一詞指表面象散、表面屈光力、屈光力、或模糊系數(indexof blur)或其它光學特性的相似的等高線之間的水平距離，確定光學質量的閾值，例如0.50D表面象散等高線。
最好是，按照本發明的漸變鏡片的下視區確定較大的近距離視區。
下視區的額定屈光力Rx可以是例如從約-5.00D至+5.00D。
在特別推薦的實施例中，下視區的實際尺寸可以是足以允許僅由眼球運動以高分辨能力注視一個例如距離為0.3m或0.4m，約24cm寬×12cm高的區域。
這可以由在鏡片表面測量到的例如寬至少約16mm的下視區來得到，垂直位置在屈光力漸變中心之下約5至15mm之間。
上視區可以是例如寬約10mm垂直位置在屈光力漸變中心之上約5至15mm之間的區域。
最好是，上視區確定較大的中屈光力視區、而下視區確定相對較大的高屈光力視區。
所以，按照本發明的漸變眼鏡片在每個下視區和上視區可提供類似的，最好是實際上對稱的光學特性分布。
漸變眼鏡片可設計成沿較低象散的狹長區從一個視區中心到另一個時具有均勻的屈光力增加。
在本例中下視區和上視區之間的狹長區或眼睛路徑通常沿垂直的鏡片子午線延伸，這與傳統的漸變鏡片不同，在傳統的鏡片中，眼腈路徑為傾斜的應理解這里的優點為當狹長區域或眼睛路徑垂直時，就不需要生產分開的左右鏡片。另一視覺上的好處是近距離視區性能良好，因為配戴時視區中心線垂直取向。
狹長區域或眼睛路徑可較短，以提供從一個視區到另一個的快速過渡，漸變長度從約5mm到20mm，最好是約10mm。沿狹長區域的漸變的屈光力大小可從約0.50D變化到2.00D。
在更佳的方面，平均表面屈光力和/或表面象散等高線可分別在鏡片狹長區域的上下均勻分開。這可形成視場寬度的穩定擴展，但最好在鏡片的上下端有最小的封閉的傾向。這與兩個視區的情形相反，后者從實際上對應于這些視區中心的設計中心對稱地增加。
在又一較佳的方面，平均表面屈光力和/或表面象散光等高線通常可形成上和下視區的徑向邊界。
圖1中表示出上述類型漸變眼鏡片的等高線。
在較佳實施例中，鏡片表面可由本申請人的美國專利4,676,610和4,838,675中所述的方程來描述，其整個的揭示通過引用包括于此。
如這些專利中所述，用曲線坐標u，v經多項式變換確定直角坐標x，y，選擇這些變換，從而曲線坐標v沿所希望的多項式區邊界線為常數，然后，鏡片表面高度確定為曲線坐標的函數(“最終表面函數”)，接下來它又是“基本表面函數”和多項式的“最優化函數”之和。
所得到的表面可以在上視區或中視區具有任何旋轉對稱的表面形式，包括球形或多項式非球形形式，在下視區即近距離視區，該表面是x和y的多項式加到出現在上視區表面函數的和。
現在參照附圖和例子更詳細地敘述本發明，但是，應理解下面的敘述僅為說明性，不應對其一般性作任何方式的限制。
圖中圖1是用下面的例1中提出的表面函數形成的一種漸變鏡片的表面象散的等高線圖，其中中距離視區為球面；圖2是用下面例2中提出的表面函數形成的一種漸變鏡片的表面象散的等高線圖，其中中距離視區為一非球面，圖3a至3j是按照本發明的一系列10種漸變鏡片的表面象散的等高線圖。鏡片制造及有關工具由最終表面函數生產漸變鏡片的方法對本領域技術人員來說是熟知的。例如，這種漸變鏡片的制造可用上述最終表面函數來進行，以對許多點提供高度值，例如在1毫米中心，然后，用數控銑床，生產一多孔的陶瓷形成物，其表面形狀對應于上述高度值。
這樣制備的多孔陶瓷形成物可以以傳統的方法用于形成玻璃鏡片或鏡片坯料的表面，由下降形成(sag forming)技術實現，多孔形成物也可以用于形成模具，其可用來以傳統的鏡片澆鑄工藝在澆鑄鏡片中形成漸變表面。使用這種形成物的技術在例如Winthrop的英國專利No.4,062,629中(見14欄和19欄)敘述。
顯然，因為銑削過程的固有限制，以及在鏡片或鏡片坯料上得到的所需表面之前需要進行一個或多個步驟，所得到的漸變鏡片表面不能以數學上精確的方式與對銑床產生指令的表達式匹配。該工藝引入的另一固有的不精確性是由于銑床必須使用有限尺寸的網格這一事實所引起。最終表面函數與制得的表面之間的對應關系在從形成物移到鏡片或從形成物移到模具移到鏡片時略有變化。但是，已發現實際上這種引入的變化是有限的，不會使眼鏡的性能變得無法預料。當然，這種鏡片是其形狀最接近最終表面函數的有形物體。
例1在本例中采用直角坐標系，這樣原點在透鏡坯料幾何中心，x軸朝右增加，y朝上增大，可方便地用坐標轉換從直角坐標轉換成曲線坐標，如此定義曲線坐標u和v從而x和y表示如下x＝u (1a)y＝v[fn(u)-fd(u)]+fd(u)(1b)這里fn和fd是近距離和中距離視區邊界函數，由下式給出fn(u)＝anu2+bn(2a)fd(u)＝adu2+bd(2b)這里an、bn、ad、bd為常數透鏡表面高度由“最終表面函數”Zf(x，y)給出，從而Zf(x，y)＝Zb(x，y)+Zh(x，y) (3)這里Zb是“基本表面函數”，Zh是“最優化函數”，接下來，Zb由下式給出Zb(x，y)＝Zd(x，y)+Z(x，y) (4)這里Zd是中距離視區表面函數，在整個透鏡上延伸，Z是“偏離函數”。本例中，中間區域表面函數Zd是球面，曲率半徑Rd由下式給出Zd(x，y)＝Rd-[Rd2-x2-y2]1/2(5)偏離函數Z(上面式(4))由下列式子分段規定Z(x，y)＝0 當v＜0 (7a)
Z(x，y)＝Zs(x，y)當v＞1 (7c)這里K和Aij是常數，而Zs是“區段”或“近區”函數，由下式給出Zs(x，y)＝As[x-x0)2+(y-y0)2]+Bs[(x-x0)2+(y-y0)2]2+Cs[x-x0]4+Z0(8)這里As、Bs、Cs、x0、y0和Z0是常數如上規定，透鏡表面高度由“最終表面函數”Zf(x，y)給出，從而Zf(x，y)＝Zb(x，y)+Zh(x，y) (3)式(3)中函數Zh由下列式子分段確定Zh(x，y)＝0 當v＜0(9a)
Zh(x，y)＝0 當v＞1(9c)這里
為常數。
與上述式中有關的各個常數的數值在下面表中給出。
中距離視區為球面的各常數的數值由下表給出表1視區邊界常數an＝-.0444444bn＝-10.0000ad＝.0444444 bd＝10.0000表2中距離視區常數曲率半徑Rd＝108.83mm表3偏離函數常數K＝4.000×10-02A04＝2.064578491997513×10-01A05＝-8.766603343934317×10-02A06＝3.931206879398031×10-03A24＝3.056024800977399×10-02A25＝-6.973876096283535×10-02A26＝5.754640466168145×10-02
A27＝-1.643681605333130×10-02A44＝-1.467373195061980×10-05A45＝4.324727024198134×10-05A46＝-3.704896442469575×10-05A47＝1.058512719012445×10-05A64＝-8.018172839495184×10-10A65＝1.830136625501446×10-09A66＝-5.345448559537294×10-10A67＝1.510013717380003×10-10A84＝1.006675811643418×1012A85＝-4.026703246469297×10-12A86＝4.697820454197059×10-12A87＝-1.342234415483603×10-12所有其他Aij＝0表4近距離視區常數As＝1.000×10-03Bs＝8.600×10-08Cs＝-2.100×10-07x0＝.00y0＝1.00 z0＝1.982×10-02表5最優化函數常數Ah40=-2.758738728808031×10-05]]>Ah60=5.857896238949738×10-08]]>Ah80=-2.995337547453706×10-11]]>Ah41=-3.382459512623298×10-04]]>Ah61=4.712814127714502×10-07]]>Ah81=-2.104123596091959×10-10]]>Ah42=1.626705709966197×10-04]]>Ah62=-1.955096006065131×10-07]]>Ah82=7.269316021027757×10-11]]>Ah43=1.653714692705777×10-03]]>Ah43=-3.085602695681971×10-06]]>Ah83=1.448279966176255×10-09]]>所有其他Ahij=0]]>圖1給出了從上述透鏡設計得到的表面象散等高線。
例2在本例中，用類似于例1中方法生產漸變透鏡。本例中中距離視區表面函數Zd為非球面，由下式給出Zd(x,y)=Σi=08Ciri]]>這里Ci是常數，r＝(x2+y2)1/2(6)中距離視區為非球面時各常數的數值由下表給出表6視區邊界常數an＝-.0444444bn＝-10.0000ad＝.0444444 bd＝10.0000表7中距離視區常數C2＝3.499999999999999×10-03C4＝-5.6400000000000001×10-08C6＝4.010000000000000×10-11C8＝-1.090000000000000×10-14所有其他Ci＝0表8偏離函數常數k＝4.000×10-02A04＝2.060000000000058×10-01A05＝-8.240000000001377×10-02A06＝8.826273045769994×10-15A24＝3.147222222222188×10-02A25＝-7.187111111111025×10-02
A26＝5.928222222222149×10-02A27＝-1.693777777777757×10-02A44＝-1.752283950617004×10-05A45＝5.019308641974646×10-05A46＝-4.318395061727833×10-05A47＝1.233827160493662×10-05A64＝-2.122975527794173×10-20A65＝4.675837136398497×10-20A66＝-3.873030285122383×10-20A67＝1.119832469989697×10-20A84＝6.613833120209522×10-23A85＝-1.221041100588967×10-22A86＝9.480870015243333×10-23A87＝-2.684817792194514×10-23所有其他Aij＝0表9近距離視區常數As＝1.030×10-03Bs＝.000×10+00cs＝-2.100×10-07x0＝.00 y0＝.00z0＝2.060×10-02表10最優化函數常數Ah40=-3.627345101464664×10-05]]>Ah60=6.868427163593657×10-08]]>Ah80=-3.218218741540114×10-11]]>Ah41=-2.921551229855328×10-04]]>Ah61=3.436355452975115×10-07]]>Ah81=-1.503357989146862×10-10]]>Ah42=1.176032808003801×10-04]]>Ah62=-3.658318940872175×10-08]]>Ah82=2.292339975419753×10-11]]>Ah43=1.320151771425951×10-03]]>Ah63=-2.723441849761595×10-06]]>Ah83=2.157028030405040×10-09]]>所有其他Ahij=0]]>圖2給出了從上述透鏡設計得到的表面象散等高線。最后，應明白，不偏離本發明上述精神實質可作出各種修改和/或變更。
權利要求
1.一種漸變眼用鏡片，包括一鏡片表面，其特征在于，具有下視區，以預定的高表面屈光力在大范圍視野內具有良好的光學質量，所述預定的屈光力由觀察者近期的配鏡處方(Rx)決定，水平配合位置通常由患者近期的瞳孔距離決定，垂直配合位置通常由垂直框架中點決定；低表面屈光力的上視區，對中等或更大視距提供增大的可視范圍；以及在期間延伸的低象散區域，其中在下視區、上視區和狹長區域中的平均表面屈光力和/或表面像散的等高線和一般在與患者配合時關于垂直鏡片子午線對稱。
2.如權利要求1的漸變鏡片，其特征在于，在下視區中的光學質量最佳，而上視區的屈光力由下視區的屈光力的下降間接確定。
3.如權利要求2的漸變鏡片，其特征在于，下視區適于近距離觀看，上視區適于中距離觀看。
4.如權利要求3的漸變鏡片，其特征在于，下視區的實際尺寸足以允許僅由眼睛的運動可在約0.3m至0.4m處注視一約24cm寬×12cm高的區域。
5.如權利要求4的漸變鏡片，其中下視區在鏡片表面量得的寬度至少約16mm，其垂直位置在屈光力漸變中心以下約5至15mm之間。
6.如權利要求5的漸變鏡片，其特征在于，上視區寬度至少約為10mm，其垂直位置在屈光力漸變中心以上約5至15mm之間。
7.如權利要求1的漸變鏡片，其特征在于，狹長區的屈光力漸變長度約5mm至20mm，屈光力大小約為0.50D至2.00D。
8.如權利要求1的漸變鏡片，其特征在于，平均表面屈光力和/或表面象散屈光力通常對通過鏡片中央的垂直線對稱地延伸。
9.如權利要求1的漸變鏡片，其中平均表面屈光力和/或表面象散通常分別在鏡片狹長區上下均勻隔開，從而有著穩定的視野寬度擴展。
10.一種漸變眼鏡片，與上述任一例子中所述鏡片實質上相同。
全文摘要
一種漸變眼用鏡片，包括鏡片表面，具有下視區，以預定的高表面屈光力在大范圍視野內具有良好的光學質量，預定的屈光力由觀察者近期的配鏡處方(R
文檔編號G02C7/04GK1155335SQ95194520
公開日1997年7月23日 申請日期1995年10月20日 優先權日1994年10月21日
發明者西蒙·約翰·愛德華茲, 埃里克·巴坎, 戴維·霍華德·斯克拉, 迪米特里斯·杰克·克里斯, 馬克·蒂森 申請人:索拉國際控股有限公司