CN100504507C - 渐变附加式的透镜 - Google Patents

Abstract

一种逐渐增厚透镜的设计和透镜，与传统的逐渐增厚透镜相比，在这些透镜中减小了不希望有的透镜像散。

Description

渐变附加式的透镜

技术领域

本发明涉及多焦距的眼镜(或眼睛用透镜)。具体地说，本发明提供了渐变附加式透镜的设计和透镜，在这些透镜中，与传统的渐变附加式的透镜相比，减小了有害透镜像散。

背景技术

使用眼睛用的透镜矫正屈光是众所周知的。例如，为了矫正远视眼使用多焦距的透镜，比如渐变附加式的透镜(“PAL”)。PAL的渐变附加式的表面以由透镜的远焦距到近焦距或者由透镜的顶部到底部在竖直方向上光焦度增加的逐渐连续变化的方式提供了远距离，中等距离和近距离视区。

PAL对于佩戴者来说是有吸引力的，这是因为PAL在光焦度不同的区域之间没有可见的边缘，在其它的多焦距透镜中比如在双焦距和三焦距透镜中存在这样的边缘。然而，PAL的一个固有的缺点是有有害像散，或者说由透镜的表面中的一个或多个表面引入或造成的像散。在硬设计的PAL中，有害像散确定出透镜通道和近距离视区的边界。在软设计的PAL中，有害像散伸展到远距离视区。一般说来，在两种设计中，有害透镜像散在透镜的中心处或靠近中心处达到最大值，该最大值近似对应于透镜的近距离视区的附加光焦度。

已经知道许多PAL设计，力图减小有害像散，并取得了不同程度的成功。在美国专利No.5726734中公开了一种这样的设计，它采用了一种复合设计，通过把硬的PAL设计与软的PAL设计的凹下值结合起来计算出该设计。在该专利中公开的设计使得对于复合设计的局部最大的有害像散为硬的设计和软的设计的局部最大的有害像散区域的贡献之和。因此，这种设计可以实现的局部最大的有害像散的减小是有限的。因此，存在对于一种设计的需求，该设计可以比先有技术的设计更多地减小局部最大的有害像散。

发明内容

本发明提供一种用于设计渐变附加式的表面的方法，所述方法包括如下步骤：a)设计第一渐变附加式的表面，它包括至少一个带有第一局部最大的有害像散的区域；b)设计第二渐变附加式的表面，它包括至少一个带有第二局部最大的有害像散的区域；c)把所述第一和第二渐变附加式的表面结合起来，以形成一个复合的渐变附加式的表面；其中，带有局部最大的有害像散的所述第一区域和第二区域是不重合的。在另一个优选的实施例中，本发明的方法步骤c)的进行是通过按照下列公式实现第一与第二渐变的表面的凹下值的叠加：

Z(x，y)＝Z’(x，y)+Z”(x，y)

其中Z是所述复合表面在点(x，y)处偏离基准曲率的凹下值，Z’是被结合起来的第一渐变的表面在点(x，y)处的凹下值，而Z”是被结合起来的第二渐变的表面在点(x，y)处的凹下值。

在一个优选的实施例中，本发明的方法还包括设计第三渐变的表面，它包括至少一个第三局部最大的有害像散区域，并把第一渐变的表面、第二渐变的表面和第三渐变的表面结合起来，形成一个复合的渐变的表面设计，其中至少一个第一局部最大的有害像散区域、至少一个第二局部最大的有害像散区域和至少一个第三局部最大的有害像散区域是不重合的。

本发明还提供一种眼镜透镜，它包括至少一个渐变附加式的表面，每个所述渐变附加式的表面包括：第一渐变的表面，其包括至少一个第一局部最大的有害像散区域；第二渐变的表面，其包括至少一个第二局部最大的有害像散区域；所述第一渐变的表面和第二渐变的表面结合起来以形成一个复合的渐变的表面，其中至少一个第一局部最大的有害像散区域和至少一个第二局部最大的有害像散区域是不重合的。

在又一个优选的实施例中，本发明眼镜透镜还包括：第三渐变的表面，其包括至少一个第三局部最大的有害像散区域；所述第一渐变的表面、所述第二渐变的表面和第三渐变的表面结合起来以形成一个复合的渐变附加式的表面；其中，至少一个第一局部最大的有害像散区域、至少一个第二局部最大的有害像散区域和至少一个第三局部最大的有害像散区域是不重合。

附图说明

图1为本发明的一种复合表面的圆柱图；

图2为本发明的一种复合表面的圆柱图；

图3a为在本发明中使用的一种表面的圆柱图；

图3b为在本发明中使用的一种表面的光焦度图；

图4a为在本发明中使用的一种表面的圆柱图；

图4b为在本发明中使用的一种表面的光焦度图；

图5a为在本发明中使用的一种复合表面的圆柱图；

图5b为在本发明中使用的一种复合表面的光焦度图；

图6a为在本发明中使用的一种表面的圆柱图；

图6b为在本发明中使用的一种表面的光焦度图；

图7a为在本发明中使用的一种表面的圆柱图；

图7b为在本发明中使用的一种表面的光焦度图；

图8a为在本发明中使用的一种复合表面的圆柱图；和

图8b为在本发明中使用的一种复合表面的光焦度图。

具体实施方式

在本发明中，通过把至少两个渐变的表面设计结合起来形成一个复合的渐变附加式的表面。该至少两个渐变的表面设计中的每一个都有一个或几个局部最大的有害像散区域，这些区域与在将要结合起来的那个或那些表面的最大像散区域的位置不同。“局部最大的有害像散区域”指的是在透镜表面上有害像散区域中的像散的测量值。当把至少两个渐变的表面的设计结合起来形成一个复合的表面设计时，局部最大的有害像散区域是不重合的。因此，复合表面的局部最大的有害像散比像散区域对准时这些表面的贡献的和要小。

“不重合”指的是当把第一和第二表面设计结合起来形成一个复合的渐变附加式的表面设计时，把第一表面的局部最大的有害像散的一个或几个区域设置成防止与一个或几个第二表面的局部最大的有害像散区域基本重叠或基本重合。优选地，这种不重合使得当把表面的设计结合起来形成一个复合的表面设计时，一个表面的局部最大的有害像散没有一个区域与其它表面的最大像散区域基本重合。

为了本发明的目的，“渐变附加式的表面”或“渐变的表面”指的是一个连续的非球面的表面，该表面具有远距离视区和近距离视区，以及一个把远距离视区与近距离视区连接起来的光焦度渐增的区域。“透镜”指的是任何眼睛用的透镜，这包括但不限于：眼镜透镜、隐形眼镜透镜、眼内透镜以及类似物。优选地本发明的透镜是眼镜透镜。

本发明提供了渐变附加式的透镜，以及它们的设计方法和制作方法，在这种透镜中，与先有技术的透镜相比，降低了与给定的光焦度增加相关联的局部最大的有害像散。“光焦度增加”指的是一个表面的近距离视区与远距离视区之间光焦度的差值。获得像散的这种降低没有牺牲远距离视区、中距离视区和近距离视区的宽度或者通道长度。“通道”指的是当佩戴者的眼睛由远距离视区到近距离视区和反过来扫视时，不会产生大约0.75屈光度或更低的像散的目视狭长带。

在一个实施例中，本发明提供了设计一种逐渐增加的表面的方法，该方法包括以下内容并本质上由以下内容构成：a)设计第一渐变的表面，它有至少一个第一局部最大的有害像散区域；b)设计第二渐变的表面，它有至少一个第二局部最大的有害像散区域；c)把第一渐变的表面和第二渐变的表面设计结合起来，以形成一个复合的渐变的表面设计，其中至少一个第一局部最大的有害像散区域和至少一个第二局部最大的有害像散区域是不重合的。在另一实施例中，本发明的方法还包括设计第三渐变的表面，它包括至少一个第三局部最大的有害像散区域，并把第一渐变的表面、第二渐变的表面和第三渐变的表面结合起来，形成一个复合的渐变的表面设计，其中至少一个第一局部最大的有害像散区域、至少一个第二局部最大的有害像散区域和至少一个第三局部最大的有害像散区域是不重合的。

在另一实施例中，本发明提供了一种渐变附加式的透镜，它包括用这种方法产生的复合表面设计的表面，并本质上由这样的表面构成。

在一个优选实施例中，复合表面的局部最大的有害像散形成一个或几个峰，或者形成一个扩展的区域，或者形成一个平稳段，这些区域的位置基本上在以配合点为圆心大约15毫米为半径的区域以外。在复合表面的光焦度增加大约为2.00屈光度或更少的实施例中，复合表面的局部最大的有害像散最好将作为一个宽带或平稳段出现。例如，图1为本发明的一个复合表面的圆柱图，该表面的屈光能力增加为1.50屈光度，并且，其中局部最大的有害像散作为通道的任何一个侧面上的一个平稳段出现。在复合表面的光焦度增加比大约2.00屈光度更多的实施例中，局部最大的有害像散最好作为几个峰出现。图2为本发明的一个复合表面的圆柱图，该表面的光焦度增加为2.25屈光度，并且，其中局部最大的有害像散作为通道的任何一个侧面上的几个峰出现。

通过首先设计两个或更多单个的渐变附加式表面提供本发明的渐变的表面。把每个表面设计成使得当与其它的一个或几个表面结合起来形成复合的渐变的表面时，局部最大的有害像散区域中的某些最好是全部是不重合的。最好把每个表面设计成使得有害像散区域的最大值是不重合的，并且，当把这些表面设计结合起来得到复合的表面设计时，复合表面的局部最大的有害像散比被结合起来的表面的最大值之和至少要小大约0.125屈光度，最好要小大约0.25屈光度。

更优选地，把每个渐变的表面设计成使得当把它们结合起来形成复合的表面时，复合的表面在复合表面的通道的每一侧有多于一个的局部最大的有害像散区域。这样使用多个最大值进一步减少了在复合表面上有害像散区域的数目。在一个更优选的实施例中，复合表面的局部最大的有害像散区域形成平稳段。在最优选的实施例中，复合表面在复合表面的通道的每一侧有多于一个的形式为平稳段的局部最大的有害像散区域。

用来形成复合表面设计的渐变的表面的设计为在采用任何数目的已知设计方法和加权函数的本领域技术人员的常规技术。然而，最好采用一种设计方法设计这些表面，该方法把表面分成多个区域，并且对于每个区域提供一个弯面方程，如例如在美国专利No.5886766中所公开的那样，在这里把该专利整体地接合进来作为参考。

在使个别表面或复合表面的设计优化的过程中，可以采用任何光学性能来实现这种优化。在一个优选的方法中，可以采用近距离视区的宽度，其定义为在视区中的球面或球形圆柱形面光焦度的一致性。在另一种优选的方法中，可以采用局部最大的有害像散的峰或平稳段的大小和位置。为了使用这种方法，最好把峰和平稳段的位置设在以x＝0，y＝0的原点或配合点为圆心、半径为15毫米的圆的外面。更优选地，峰的坐标为x的绝对值大于12毫米，y小于—12毫米。

可以采用在技术中已知的任何方便的方法实现优化。可以把特定的透镜佩戴者的其它特征引入设计优化过程中，这些要求包括但不限于：光瞳直径由大约1.5毫米到大约5毫米的改变，图像汇聚到在表面的前顶点后面大约25毫米到大约28毫米的一个点，大约7度到大约20度的广角倾斜，等等，以及它们的组合。

这些单个的渐变的表面的设计可以或者是硬设计、软设计，或者是它们的结合。可以用多种方式中的任何一种表示用来形成复合渐变的表面的那些设计包括并且最好是偏离一个基底曲率的凹下值，该基底曲率可以或者是凹形的曲率，或者是凸形的曲率。最好把这些表面在一对一的基础上结合起来，这意味着把在第一表面上的点(x，y)的凹下值Z’加到在第二表面上的同一点(x，y)的凹下值Z”上。“凹下值”指的是在渐变的表面上位于坐标(x，y)的一点与位于有相同的远距离视区光焦度的参考球面上的相同坐标的点之间的z轴距离的绝对值。

在这一实施例中更具体地说，按照每个表面的设计和优化，把表面的凹下值加和起来，得到复合表面的设计，叠加按照下面的公式进行：

Z(x，y)＝aZ’(x，y)+bZ”(x，y)+cZ”’(x，y)+...    (I)

其中Z是复合表面在点(x，y)处偏离基底曲率的凹下偏离值，Z’是被结合起来的第一表面在点(x，y)处的凹下偏离值，Z”是被结合起来的第二表面在点(x，y)处的凹下偏离值，等等，a，b，c是与每个凹下值相乘的系数。每个系数可以为大约—10与大约+10之间的数值，最好为大约—5与大约+5之间，更优选地为大约—2与大约+2之间。可以把这些系数选择成使得可以把最大的系数值转变成大约为+1或—1，而其它系数按比例地变成比这个值小。

对于每个表面要严格地采用相同的坐标进行凹下值的叠加，从而获得复合表面所要求的远距离能力和近距离能力。此外，叠加的实现必须使得不会把任何有害棱镜引进复合表面中。因此，必须由采用适当的坐标系和适当的原点的每个表面的坐标叠加这些凹下值。坐标系的原点最好是该表面的棱镜参考点，或者是最小棱镜的那个点。最好在进行叠加操作之前沿着一个子午线组以一个不变的数值或可变的数值计算一个表面相对于另一个表面的凹下值。这种计算可以沿着x—y平面，沿着球面或非球面的基底曲面，或者沿着x—y平面上的任何一条线。另外，计算可以是角度位移与直线位移的结合以便把棱镜引进透镜中。

可以对于透镜的凸形的或凹形的表面使用复合的渐变附加式的表面设计，或者把复合的渐变附加式的表面设计用作透镜的外凹形表面与外凸形表面之间的界面。可以使用一个或多个的复合渐变附加式的表面设计形成透镜。可以把一个或多个复合表面与一个或多个渐变的表面结合起来形成透镜。在复合表面或渐变附加式的表面是凹形的表面与凸形表面之间的界面层的实施例中，用作界面层和表面的材料折射率的差别为至少大约0.01，最好至少大约为0.05，更优选地为至少大约0.1。可以使用其它的表面比如球形表面和复曲面表面，设计这些表面使透镜适用于透镜佩戴者的眼睛的要求，与复合的渐变附加式的表面结合，或者加到复合的渐变附加式的表面上。

在使用多个的复合组件变化表面形成透镜的情况下，或者在结合中使用的复合表面有一个或多个渐变的表面的情况下，选择每个表面的附加光焦度成使得它们的光焦度的结合产生基本上等于矫正透镜佩戴者的近距离视区分辨能力所需要的数值。每个表面的附加光焦度可以为由大约+0.01屈光度到大约+3.00屈光度，最好为由大约+0.25屈光度到大约+2.50屈光度，更优选地为由大约+0.50屈光度到大约+2.00屈光度。类似地，选择每个表面的远距离光焦度和近距离光焦度使得这些光焦度的和是矫正佩戴者的远距离和近距离所需要的数值。一般说来，每个表面的远距离曲率将在由大约0.25屈光度到大约8.50屈光度的范围以内。最好，凹形表面的远距离视区的曲率可以为由大约2.20屈光度到大约5.50屈光度，而对于凸形的表面为由大约0.5屈光度到大约8.00屈光度。每个表面的近距离曲率将为由大约1.00屈光度到大约12.00屈光度。

可以用任何方便的方法制成复合的渐变附加式的表面和把这些表面结合起来的透镜，这些方法比如为但不限于：热成形、模塑、研磨、浇注、或类似方法。在优选的方法中，采用有复合的渐变附加式的表面的光学预成形件，并把第二复合渐变附加式的表面浇注到该预成形件上。在更优选的方法中，采用一个预成形件，该预成形件的凹形表面是一个复合的渐变附加式表面，此表面有一个基底球面光焦度和一个圆柱光焦度并用任何方便的方法，最好通过浇注，更可取地通过表面浇注，在前表面上形成一个复合的渐变附加式的表面。在美国专利No.5147585、5178800、5219497、5316702、5358672、5480600、5512371、5531940、5702819、5793465、5859685、5861934和5907386中公开了适用于浇注的方法，在这里把这些专利的整体结合进来作为参考。

通过考虑下面的非限定性的示例将进一步清楚本发明。

示例

示例1

对于一个凸形表面作为凹下值产生第一渐变附加式的表面设计，其中Z’表示与对于远距离视区偏离6.00屈光度的一个基准曲率的凹下值。图3a和3b中示出了这一表面的圆柱和光焦度图s。该表面的附加光焦度为0.92屈光度。局部最大的有害像散为位于x＝—12毫米和y＝—8毫米处的0.73屈光度。所使用的棱镜参考点在x＝0和y＝0处。

对于一个凹形表面作为凹下值产生第二渐变附加式的表面设计，其中Z”表示与对于远距离视区偏离6.00屈光度的一个基准曲率的凹下值。图4a和4b中示出了这一表面的圆柱和光焦度图s。该表面的附加光焦度为1.00屈光度，局部最大的有害像散为在x＝—12毫米和y＝—20毫米处的0.86屈光度。

把两个表面设计成有大约相同的附加光焦度和大约相同的有害像散数值。然而，最大值沿着y轴分开12毫米。

采用公式I产生凸形的复合渐变附加式表面设计，其中a＝b＝1，用来产生凹下偏离值。在图5a和5b中示出了对于复合表面的圆柱和光焦度图s，该表面的附加光焦度为1.92屈光度。所形成的复合表面包括位于通道任何一侧的单一的局部最大的有害像散区域。这个像散的数值为1.35屈光度，明显地比用来形成该复合表面的那些表面的1.59屈光度的最大值要小。该复合表面的像散区域位于x＝—14毫米和y＝—12毫米处。

示例2

对于一个凸形表面作为凹下值产生第一渐变附加式的表面设计，其中Z’表示与对于远距离视区偏离6.00屈光度的一个基准曲率的凹下值。图6a和6b中示出了这一表面的圆柱和光焦度图s。该表面的附加光焦度为1.20屈光度。局部最大的有害像散为位于x＝—10毫米和y＝—22毫米处的0.96屈光度。所使用的棱镜参考点在x＝0和y＝0处。

对于一个凹形表面作为凹下值产生第二渐变附加式的表面设计，其中Z”表示与对于远距离视区偏离6.00屈光度的一个基准曲率的凹下值。图7a和7b中示出了这一表面的圆柱和光焦度图s。该表面的附加光焦度为0.70屈光度，局部最大的有害像散为在x＝—16毫米和y＝—6毫米处的0.67屈光度。

把两个表面设计成有不同的附加光焦度和不同的有害像散数值。最大值沿着x轴分开6毫米，而沿着y轴分开16毫米。

采用公式I产生凸形的复合渐变附加式表面设计，其中a＝b＝1，用来产生凹下偏离值。在图8a和8b中示出了对于复合表面的圆柱和光焦度图s，该表面的增加能力为1.90屈光度。所形成的复合表面包括位于通道任何一侧的两个局部最大的有害像散区域。在x＝—12毫米，y＝—14毫米处区域的数值为1.34屈光度，而在x＝—16毫米，y＝—6毫米处区域的数值为1.25屈光度。这些数值明显地比用来形成该复合表面的每个表面的1.63屈光度最大值要小。

Claims (12)

1.一种用于设计渐变附加式的表面的方法，所述方法包括如下步骤：

a)设计第一渐变附加式的表面，它包括至少一个带有第一局部最大的有害像散的区域；

b)设计第二渐变附加式的表面，它包括至少一个带有第二局部最大的有害像散的区域；

c)把所述第一和第二渐变附加式的表面结合起来，以形成一个复合的渐变附加式的表面；

其中，带有局部最大的有害像散的所述第一区域和第二区域是不重合的。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二渐变附加式的表面的每一个是属于硬设计、软设计，或者它们的结合。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二渐变附加式的表面中的每一个属于硬设计。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二渐变的表面中的每一个属于软设计。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括：

设计第三渐变附加式的表面，它包括至少一个带有第三局部最大的有害像散的区域；

把所述第一渐变附加式的表面、所述第二渐变附加式的表面和所述第三渐变附加式的表面结合起来，以形成一个复合的渐变附加式的表面；

其中，至少一个第一、第二和第三局部最大的有害像散区域是不重合的。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合表面展现的局部最大的有害像散比所述第一和第二渐变附加式的表面的局部的有害像散的相应最大值之和至少要小大约0.125屈光度。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合表面在复合表面的通道的每一侧包括多个带有局部最大的有害像散的区域。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述第一和第二渐变附加式的表面表示成偏离一个基准曲率的凹下值。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基准曲率为一个凹形曲率或者一个凸形曲率。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)的进行是通过按照下列公式实现所述第一与第二渐变附加式的表面的凹下值的叠加：

Z(x，y)＝Z’(x，y)+Z”(x，y)

其中Z是所述复合表面在点(x，y)处偏离基准曲率的凹下值，Z’是被结合起来的第一渐变附加式的表面在点(x，y)处的凹下值，而Z”是被结合起来的第二渐变附加式的表面在点(x，y)处的凹下值。

11.一种眼镜透镜，它包括至少一个渐变附加式的表面，每个所述渐变附加式的表面包括：第一渐变附加式的表面，其包括至少一个带有第一局部最大的有害像散区域；第二渐变附加式的表面，其包括至少一个带有第二局部最大的有害像散区域；所述第一渐变附加式的表面和第二渐变附加式的表面结合起来，以形成一个复合的渐变附加式的表面，其中带有局部最大的有害像散的所述第一区域和第二区域是是不重合的。

12.按照权利要求11所述的眼镜透镜，其特征在于，其还包括：第三渐变附加式的表面，其包括至少一个带有第三局部最大的有害像散的区域；所述第一渐变附加式的表面、所述第二渐变附加式的表面和所述第三渐变附加式的表面结合起来，以形成一个复合的渐变附加式的表面；其中，至少一个第一、第二和第三局部最大的有害像散区域是不重合的。

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