专利名称:眼用透镜的利记博彩app
技术领域:
本发明涉及眼用透镜中象散误差的校正。尤其涉及镜片中此种误差的校正。
透镜设计者遇到的一种问题是象散误差。这针对于眼用透镜本身造成的象散误差,与存在于患者未校正视觉中的象散相对。
几乎在任何眼用透镜中都可发现对眼的象散误差,包括在用于校正近视的单视觉透镜中。这在包含渐进的附加透镜(PAL’s)这一透镜特例的多焦透镜中是非常严重的问题。
在过去的五十年里,校正远视的渐进附加透镜是一个广泛研究的课题并得到发展,如在专利文献中所描述的那样。所有的渐进透镜镜片由两个折射面组成。前表面包含一个提供不同光焦度区域的非球面形状,后表面是一个纯粹的球面,或一个提供基本光焦度或分别提供基本光焦度并校正用户象散的复曲面。优化前表面的几何形状以减小无用象散和其它相差,提供对于观看远距离目标具有最小象散误差的第一光学区段,对于观看近距离目标具有较高球面光焦度的第二光学区段和连结到第一两个区段的对于中间视觉有可变球面光焦度的第三区段。在早先的设计中,如美国专利US.2,878,721所示,无用象散遍及整个镜片,因而减小了峰象散。但校正的中间区段不提供折射率的光滑变迁,并且在远距和近距观察区段中剩余的无用象散仍保持在不可接受的较高程度。在最近改进的设计中,设计用于远距和近距视觉的区段保持为球形,而不可避免地来自于以光滑、连续的表面连结的远距和近距的无用象散(1)尽可能地遍布镜片的很大区域,从而减少无用象散(2)均匀地分布。如美国专利US4,056,311和US4,315,673中所述。在所有的情况下,镜片的后表面是左球面或复曲面,并且设计没有提供对渐进透镜表面本身导致的象散的校正。结果是,级数是在五十年的研究和发展之后,现有渐进附加透镜的状况仍有很多的不足,包括高水平的边缘象散,严重的边缘折射误差,很窄的通道带宽以及近距和远距光焦度区段的不足宽度,限制边缘视觉等。眼用透镜的设计妨碍了后表面的优化,因为传统的制造渐进附加透镜镜片的方法阻止了对后表面复杂的几何形状的设计和说明,这在后面的部分中将会更清楚地叙述。事实上,用于减小单视觉透镜中固有无用象散的非球面校正还限制了镜片的前表面。
所有这些处理无用象散的方法都涉及通过在透镜的更大或更广的区域内分布象散的管理或其他的这类技术。实际上没有一个方法消除了象散误差。
到目前为止已经知道的眼用透镜的制造方法阻碍了透镜设计者提供对透镜前表面的非球面校正,并且还阻碍方案设计者提出结合到中间或“埋层”表面的多层透镜。眼用透镜的制造方法以从结合到完成的透镜后表面的光学材料中铸造一个半完成的坯件开始,通常涂敷一个防划伤层。此半完成的坯件是后来定做的底材并在局部的研磨试验部位或偶尔的零碎位置抛光以适合特定的质量要求。然后,根据要求使前表面成为球形或喇叭口形,通过将主经线以关于安装固定物上的参考标记成适当角取向地穿过远距放大区段的光心和近距放大区段的光心来设置柱体校正轴。对于大部分部位,精加工实验室中使用的研磨和抛光设备只能够提供球面或喇叭口形,因此要容易地得到眼用透镜,设计者不能只靠后表面为非球面或校正。
因此需要改进眼用透镜的设计,在这种眼用透镜中,镜片和/或中间面的前表面被设计成尽可能地消除由中等距离视力所需的前表面曲率半径的连续变化引发的无用象散,并且提供该眼用透镜的利记博彩app。
本发明提供一种具有提供或有助于所需的视觉校正(如PAL透镜)的前表面的透镜。前表面可以设计成无论可能产生的象散误差如何都能实现此校正。根据本发明的透镜的形状被做成透镜的光心性能中除去这些象散误差。“除去”一词包含无用象散的显著减小但还没有完全消除象散的意思。
如果透镜具有匀质的成分,则此象散消除表面即是透镜的后表面。在一个多层透镜中,象散消除表面可以是后表面或透镜后表面到前表面之间的其中一个中间面。这种设计涉及一个或多个中间表面的结合,其中每个表面分两种不同折射率的光学材料。表面两侧折射率的差别越大,它作为减小无用象散的设计元件的作用越大。此设计还涉及到双曲非球面后表面的利用但不使用任何中间层或两种不同的光学材料,双曲非球面后表面设计成消除前表面引入的边缘象散,本发明可用在具有任何象散发生面的透镜中。象散消除面的形状需要由象散发生面的形状决定。有很多象散发生面,因而有很多的象散消除面。在本发明的全范围内不包含单象散消除面。另外,还对本发明的前象散发生表面和后象散消除表面做以描述,本发明还包括其它的此类设置。
透镜领域的普通技术人员设计下列一套公知的产品,从而设计一种具有理想特性的透镜表面。这些产品通常可用于本发明中所使用的象散消除表面的设计。例如,见P.Pouroulis和J.MacDonald,OxfordUniv.Press(1997)的“几何光学和光学设计”。这些方法的应用描述如下。
设计过程从前表面、依次的表面的绘制开始。前表面可以以垂度表(选择用于提供高水平分辨率的大量点的x,y,z坐标,主要是“碗口直径”的突伸在80mm以上1000到10,000个点)的形式绘制。另外,也可以通过适于描述任意形状的双三次条样曲面或光滑的解析函数表达式绘制前表面,例如径向对称的多项式,二维多项式或变形的非球面。
设计过程接下来进行对后表面类型的选择,并且如果存在,则选择中间面。这些表面通过一套系数来描述或确定参数,这些系数改变时产生一个表面族。理想的透镜性能被规定为它包括规定作为场角函数的光焦度和象散,理想的图象质量,结构参数,如光学材料的最小厚度,但不必限定于这些。对包括负项的透镜确定一个特征函数,计算该透镜与理想的透镜的性能有多少差距。特征函数主要包括对处于不同场和波长的图象的点大小的RMS(均方根)之和或类似的图象测定。特征函数还包括相差系数的函数(如象散)和透镜结构参数的函数,以及对透镜几何形状和性能的其它限定。
设计过程的再下一个步骤是选择一个服从于优化程序的合适的起始点设计。优化程序将采用光学系统的规则并改变系数列表以尽量减小特征函数,产生一个满足规定的被良好地校正了相差的透镜。如果最终的特征函数足够小,并且设计者判定最终的透镜性能完全接近规定要求,则透镜设计过程结束并精确确定制定的透镜。但优化程序将只产生一种在输入面系数的有限范围内具有最后性能优良的透镜。精确确定的透镜设计通过测试系数的各种结合并协定它们各自的作用实现。此过程由透镜设计师的试验和细心观察来指导。
用于表示表面的函数既可以是包括第20阶非球面的旋转对称函数,也可以是包括复曲面、非球面复曲面或失真的非球面的非旋转对称函数。后表面可以类似地非球面化、复曲的非球面化或失真的非球面化,从而进一步提供象散补偿并调节用户的本征象散。
依据前表面上渐进表面的类型选择适当的校正表面象散的后表面类型以及如果使用了的中间表面。我们显示三种类型的象散校正表面,(1)径向对称球面,(2)二维多项式,和(3)失真的非球面。径向对称非球面通常是校正渐进表面的象散的最佳选择,而此渐进表面具有径向对称放大的要求。对于具有渐进“通道”的透镜,二维多项式或失真的非球面是合适的,并且实验将确定哪一种类型的表面产生优良的象散校正。另外,后表面和可能有的中间表面将包括几个具有不同表面方程的区域。因此,透镜表面的其中一个区域由不同于其它区域的方程描绘。然后用不连续射线跟踪技术射线跟踪由几个区域描绘的表面。当希望透镜表面光滑且可微时,透镜设计者必须通过适当地选择每个区域中的系数而保证表面的垂度和倾斜沿区域的边界适当地匹配。
旋转对称的非球面可以通过下列一般形式的方程表示z(h)=h2c1+(1-(1+k)c2h2)1/2+A1h+A2h2+A3h3+A4h4+A5h5+···+Anhn]]>在此方程中,z是表面的垂度,h是离表面机械轴的距离,c是基底的曲率,k是二次曲线常数,Au’i是旋转对称多项式系数。
此方程中特别有用的是第20阶方程的形式,方程如下z(h)=ch2/{1+(1-[1+k]c2h2)}+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14+Gh16+Hh18+Jh20,这里z在z方向的垂度,c在表面极点处的曲率半径,k二次曲线常数,
h2=x2+y2变形表面是关于x和y方向双向对称的非球面,但不必是旋转对称。这种表面由变形的非球面方程表示。这种方程的一般形式是
1+(1-(1+kx)x2cux2-(1+ky)y2cuy2)+AR{(1-AP)x2+(1+AP)y2}1+BR{(1-BP)x2+(1+BP)y2}2+CR{(1-CP)X2+(1+CP)y2}3+DR{(1-DP)x2+(1+DP)y2}4+…在此方程中,计算每个点(x,y)处的垂度z,同时cux定义为x方向的基底曲率,kz定义为x方向的二次曲线常数,cuy定义为y方向的二次曲线常数,ky定义为y方向的二次曲线常数。AR,BR,CR,DR以及任何更高的R项定义为更高阶非球面项的旋转对称系数,AP,BP,CP,DP以及更高的项P定义为为更高阶非球面项的非旋转对称系数。
此方程的一根特殊情况是第10阶的方程形式z=(cxx2+cyy2)/(1+{1-[1+kx]cx2x2-[1+ky]cy2y2})+AR[(1-AP)x2+(1+AP)y2]2+BR[(1-BP)x2+(1+BP)y2]3+CR[(1-CP)x2+(1+CP)y2]4+DR[(1-DP)x2+(1+DP)y2]5其中Cx,Cyx和y方向的曲率Kx,Kyx和y方向的二次曲线常数,AR,BR,CR和DR第4、第6、第8和第10阶从圆锥面发生形变的旋转对称部分,和AP,BP,CP和DP第4、第6、第8和第10阶从圆锥面发生形变的非旋转对称部分。最好,可以利用二维多项式方程。形式如下z(x,y)=A00+A10x+A01y+A20x2+A11xy+A02y2+A30x3+A21x2y+A13xy2+A03y3+…=ΣnΣmAnmxnym]]>再计算该表面每个点(x,y)处的垂高度z。系数Anm的值决定表面的形状。可以看出,旋转对称非球面方程或变形的非球面方程可以由给出了多项式方程的足够多项的多项式方程给出。项的阶数为m+n。
本领域的技术人员可以理解,一个表面可以用多种等价的函数形式或方程表示。这些变通的表面方程可以是彼此精确地等同,也可以是在人眼允许的范围内表面的光学性能不可区分的小量有所差异。因此,在特定的孔径内径向对称的非球面可以通过二维富立叶级数、Zernike多项式之和、一组双三次样条曲面或许多其它的函数近似。类似地,变形的非球面也可以由这些及其它函数近似。
把象散校正面应用到渐进透镜的后表面或中间面的目的是消除渐进表面的可察觉的无用象散。另外,眼睛对眼用透镜中大约0.2的屈光度的改变以及象散是敏感的。因此,如果用一种与变形的非球面一致的形状来规定一个表面,使得对于此变形的非球面在整个3mm的孔径中同样处于0.2的屈光度,并且对于此同样的变形的非球面象散的小大和取向在整个3mm的孔径中同样处于0.2的屈光度和15度内,则该表面可以认为是与本发明变形的非球面足够相似的。如果一个表面具有0.2以内的屈光度,象散大小在0.2屈光度以内,并且方向在用于眼用透镜的表面的孔径之内整个3mm次孔径的15度的径向对称多项式内,则确定的表面和径向对称多项式符合本发明目的。把类似的容限应用到采用其它表面形状的透镜,如二维多项式表面以消除象散。
如上所述,本发明的一个实施例是一个带有前表面的眼用透镜,包括一个远距光焦度区段,一个附近的光焦度区段,一个具有渐进光焦度的第三光学区段,一个设计用来消除前表面边缘象散的变形非球面的中间层,一个设计用来提供复曲面校正并进一步减小整个设计的剩余象散的非球面的后表面。
本发明的第二优选实施例是一个带有前表面的眼用透镜,包括一个远距光焦度区段,一个附近的光焦度区段,一个具有渐进光焦度的第三光学区段,和一个设计用来消除后表面边缘象散的非球面的后表面。制作透镜的材料的折射率最好在1.50以上。
在此公开了设计方案的眼用透镜的制作首先制作透镜的预制件,预制件包括特定几何形状的前表面和规定了中间层几何形状的后表面。光学材料可以是可熔融处理的热塑塑料,如双酚-A的聚碳酸酯,或热凝树脂,如二甘醇bisallyl碳酸酯。材料可以注入或压缩模制,或利用热或聚合作用的激发的光化学模式浇铸模制或化合。光学材料的折射率最好超过1.57。在一个优选的制作过程中,形成的透镜预制件设计成能够对具体的要求提供精确的距离和附加的光焦度校正,即预制件既可以按需模制,也可以提前大量制作,覆盖综合了距离和附加光焦度的很宽的范围。例如,要求包含+6.00D至-6.00D的指定范围和1.00D至3.00D的光焦度范围的光学预制件的不同类型的数量为468。预制件可以以任意数量的光学涂层涂敷在前(凸)表面上,涂层例如是防划层、抗反射、光致变色或疏水层,这些涂层通过热或光化学固化过程被施加。
然后把预制件以凹面与复曲面模件并置的形式放置,复曲面模件具有一个设计的模制面,在浇铸时提供一个喇叭口形非球面光质面,量表面之间的空间填充以可聚合树脂,然后聚合树脂以形成一个连结到预制件并永远粘结在其上的刚性粘附层。在激发树脂的聚合反应之前仔细调节预制件凸面上的主子午线和模件的复曲面轴之间的角度取向,使得复曲面轴形成在理想的方向。在优选的利记博彩app中,该层不提供球面光焦度,但提供具体要求所需的复曲面浇铸。但应注意,可以通过给凹面上增加一个浇铸面来增加球面和复曲面光焦度。
浇铸层的折射率可以调节到显著小于预制件材料的折射率,在这种情况下,可以设计中间层以提供光学增益。在第二种方法中,浇铸层可以设计成具有与预制件的折射率极为匹配的折射率,在这种情况下,中间层不提供光学增益。可以看到两种方法都有其优点和缺点,并且可以适合于不同要求范围的使用。强调中间层作用的第一方法导致边缘象散更全面的抵消,但产生的较厚边缘透镜,因为通过较低折射率的材料提供了复曲面校正。这种方法不适合-3.00D以上的复曲面校正的要求。第一方法可能适合于较低~中等光焦度的校正,并尤其适合于规定高附加光焦度的要求,因为边缘象散的大小随附加光焦度增大。第二种方法也可适用于满足非复曲面要求的透镜,非复曲面的要求大致构成所有要求的20%。
上述两种设计方法的任意一个以及以上概述的利记博彩app的任意一个菌可用于提供一个优良的单视觉透镜,透镜中的两表面以及需要时的中间层可用于形成一个无相差镜片,该镜片中的可利用光学区段大于现今可得到的镜片中的情形。
下面非限定性实例可用于说明本发明。
实例设计的渐进表面如
图1所示,其特征在于一个远距光焦度区段(11),中间区段(12),和附加光焦度区段(13)。远距的和附加的光焦度区段是球形的,而中间光焦度区段是非球形的。远距光焦度选为0.0D,而附加光焦度为3.00D。附加光焦度区段的之间为26.0mm,而环形区的宽度保持在15.0mm。将要制作预制件的材料的折射率假定为1.59。在设计完工的构造有中间层的预制件后表面设计成具有高阶项的旋转对称非球面。
该设计表明了带有中间校正面的圆对称渐进光焦度透镜的特性,利用对于透镜表面每个区段的独立方程表示整个表面。采用的材料n对于前表面具有1.595的折射率,对于后表面具有1.495的材料折射率。
因为透镜本身描述为具有远距部分、渐进部分和附加部分,所以自然可以通过数学函数描述这每一个部分,然后在它们的边界部分将这些方程衔接起来,形成一个无缝表面。此方法甚至可以产生出更容易校正透镜中剩余象散的更复杂的表面形状。
该设计是对于具有光焦度渐进区域的零屈光度远距区域,光焦度渐进区域的光焦度随直径从30mm至15mm由零线性变至3,因而对于附加区域15mm直径的中心具有恒定的3个光焦度。所以根据这种要求限定有三个区域零光焦度区域,渐进区域和恒定的附加区域。
在此具体设计的每个区域中有三个与之相关的表面。具有前表面、中间面和后表面。在此设计中,零屈光度区域表面是完全纯粹的旋转对称球面,对于前表面、中间面和后表面,分别有0.018397mm-1、0.01843mm-1和0.018519mm-1的曲率。
欲模制光焦度渐进区域,选择旋转的对称函数,因为附加的区域具有旋转对称性。因为附加区域处于一半透镜的底部,所以对前、中间表面选择偏心且倾斜的第20阶非球面方程,但只适用偶次项。前表面的参数是c=0.023254mm-1k=4.037618A4=-0.138653×10-5mm-3A6=-0.113202×10-5mm-5A8=0.326801×10-5mm-7A10=-0.161103×10-5mm-9A12=-0.172200×10-5mm-11A14=-0.116407×10-5mm-13A16=0.140865×10-5mm-15A18=-0.161848×10-5mm-17A20=-0.388621×10-5mm-19坐标原点设在横坐标y为-15mm、纵坐标z为轴1.7mm处,并且倾斜15.701度。
中间面的参数为c=584.795322mm-1k=-40.770451A4=0.177311×10-5mm-3A6=-0.100372×10-5mm-5A8=0.186359×10-5mm-7其它的An=0.0坐标原点设在横坐标y为-15mm、纵坐标z为0.695mm处,并且倾斜15.701度。
后表面的参数为c=0.018519mm-1k=An=0.0这些方程对于中心直径为30mm、外径为15mm、中心定在透镜的机械中心以下15mm并倾斜15.701度的圆环形状的表面有效。
欲模制光焦度渐进区域,还选择旋转的对称函数,因为附加的区域具有旋转对称性。因为附加区域处于一半透镜的底部,并且具有恒定的光焦度,所以对前、中间和后表面分别选择偏心且倾斜球面,分别有0.023178mm-1、0.018431mm-1和0.018519mm-1的曲率。
所以要用三个独立的方程描述透镜表面的每个区域,并且因为有三个表面,所以需要9组参数确定完整的透镜指标。
根据本发明的透镜拥有独特的优点。根据本发明的渐进附加眼用透镜可以达到前所不及的无象散程度。在此透镜中的无用象散可以减小到透镜额定附加光焦度的60%或50%。如上所述,甚至可以把无用象散减小到额定附加光焦度的40%至20%。
本发明将由下列的权利要求限定。
权利要求
1.一种眼用透镜,具有(1)导致象散的第一表面和(2)包括至少一个形状做成消除前表面造成的象散的部分的第二表面。
2.如权利要求l所述的透镜,其特征在于第一表面是前表面,第二表面是后表面。
3.如权利要求2所述的透镜,其特征在于前表面是一种渐进的附加透镜。
4.如权利要求1、2或3所述的透镜,其特征在于消除了无用象散的表面部分的形状近似成一种失真的非球面。
5.如权利要求4所述的透镜,其特征在于近似化的失真非球面由下列形式的方程定义
1+(1-(1+kx)x2cux2-(1+ky)y2cuy2)1/2+AR{(1-AP)x2+(1+AP)y2}1+BR{(1-BP)x2+(1+BP)y2}2+CR{(1-CP)x2+(1+CP)y2}3+DR{(1-DP)x2+(1+DP)x2+(1+AP)y2}4+…
6.如权利要求5所述的透镜,其特征在于方程为第10阶项或更低阶项。
7.如权利要求1、2或3所述的透镜,其特征在于消除了无用象散的表面部分的形状近似成一种径向对称非球面。
8.如权利要求7所述的透镜,其特征在于近似成的径向对称非球面由下列形式的方程定义z(h)=h2c1+(1-(1+k)c2h2)1/2+A1h+A2h2+A3h3+A4h4+A5h5+···+Anhn]]>
9.如权利要求8所述的透镜,其特征在于方程为第20阶项或更低阶项。
10.如权利要求1、2或3所述的透镜,其特征在于消除了无用象散的表面部分的形状由下列形式的二维多项式定义z(x,y)=A00+A10x+A01y+A20x2+A11xy+A02y2+A30x3+A21x2y+A12xy2+A03y3+…=ΣnΣmAmmxnym]]>
11.一种眼用透镜,具有(1)至少两层,每层都有不同的折射率,(2)一个前表面,(3)一个后表面,和(4)一个处于两层之间的中间层,其特征在于前表面、后表面和中间面中的至少一个导致象散并且至少另一个面消除该象散。
12.如权利要求11所述的透镜,其特征在于象散不是由后表面导致。
13.如权利要求11所述的透镜,其特征在于前表面是一种渐进附加透镜。
14.如权利要求11、12或13所述的透镜,其特征在于消除了无用象散的表面部分的形状近似成一种失真的非球面。
15.如权利要求14所述的透镜,其特征在于失真的非球形由由下列形式的方程定义
1+(1-(1+kx)x2cux2-(1+ky)y2cuy2)1/2+AR{(1-AP)x2+(1+AP)y2}1+BR{(1-BP)x2+(1+BP)y2}3+CR{(1-CP)x2+(1+CP)y2}3+DR{(1-DP)x2+(1+DP)y2}4
16.如权利要求15所述的透镜,其特征在于方程为第10阶项或更低阶项。
17.如权利要求11、12或13所述的透镜,其特征在于消除了无用象散的表面部分的形状近似成一种径向对称非球面。
18.如权利要求17所述的透镜,其特征在于近似化的径向对称非球形由下列形式的方程定义z(h)=h2c1+(1-(1+k)c2h2)1/2+A1h+A2h2+A3h3+A4h4+A5h5+···+Anhn]]>
19.如权利要求18所述的透镜,其特征在于方程为第20阶项或更低阶项。如权利要求11、12或13所述的透镜,其特征在于消除了无用象散的表面部分的形状由下列形式的二维多项式定义z(x,y)=Aoo+A10x+A01y+A20x2+A11xy+A02y2+A30x3+A21x2y+A12xy2+A03y3+…=ΣnΣmAmmxnym]]>
20.一种眼用透镜,具有不同折射率的至少两层、一个前表面、一个后表面、两个或多个处于前表面之后的表面,其特征在于前表面导致无用象散,并且前表面之后的至少一个面消除该象散。
全文摘要
提供了一种新颖的眼用透镜。透镜包括一个象散消除表面,该表面能够消除由透镜的其它组件导致的无用象散。
文档编号G02C7/06GK1274429SQ98809926
公开日2000年11月22日 申请日期1998年9月29日 优先权日1997年10月6日
发明者R·A·奇普曼, P·雷尔顿, A·古普塔 申请人:庄臣及庄臣视力产品有限公司