專利名稱：寬視角球面透鏡和保護(hù)眼鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)的眼科透鏡組件和眼鏡，其中包括要求透鏡(prescription lenses)、眼鏡、太陽鏡、激光保護(hù)眼鏡，所以也包括鏡框、鍍膜和切邊。
背景技術(shù)：
大多數(shù)傳統(tǒng)要求透鏡具有相對(duì)平坦的基線(base curve)。由于邊緣畸變和/或物理尺寸的限制，這些透鏡提供了有限的視角。它們相對(duì)平坦的形狀限制了透鏡所能提供的眼睛保護(hù)，尤其是靠近太陽穴的部分。
人們發(fā)展了環(huán)形的眼鏡以提供更寬的視角和更多的眼睛保護(hù)。環(huán)形設(shè)計(jì)還允許實(shí)現(xiàn)不同的甚至鮮明的樣式。然而，環(huán)形眼鏡是典型非要求的(non-prescription)。這些產(chǎn)品的典型的平坦基線在6到10D之間。其環(huán)形形狀(有時(shí)是耙形形狀)是通過在佩戴方向旋轉(zhuǎn)和/或平移透鏡的光軸來實(shí)現(xiàn)的。例如參見屬于Rayton的美國(guó)專利No.1,741,536；屬于Houston等人的美國(guó)專利No.5,689,323。這導(dǎo)致了佩戴者的視線偏離光軸，光學(xué)性能則會(huì)大打折扣。邊緣部分的視覺效果通常很差。
在眼科發(fā)展史的早期，陡峭彎曲的要求透鏡已經(jīng)被描述過，盡管在這種描述中它并不是為提供大視場(chǎng)或眼睛保護(hù)而出現(xiàn)的。彎曲度(curvature)和透過屈光度(through power)的關(guān)系用所謂的“Tscherning’s”橢圓來表示。第一例這樣的描述出現(xiàn)在近100年前，它試圖確定能夠得到最小像差的透鏡彎曲度和透鏡屈光度之間的組合。圖1顯示了Tscherning橢圓的一般形狀。圖1是在假定透鏡典型參數(shù)值的情況下得到的，這些典型參數(shù)有折射率、頂點(diǎn)距離、透鏡厚度等。該Tscherning橢圓對(duì)于不同的透鏡參數(shù)假定值而言，橢圓形狀和傾斜方向是不變的，但橢圓上點(diǎn)的精確位置可能發(fā)生改變。圖1中的橢圓是通過從修正的von Rohr方程(在Morgan之后)推導(dǎo)點(diǎn)聚焦(零像散)的距離而得到的。
橢圓的下半部分10是所謂的“Ostwalt部分”，該部分描述了一個(gè)相對(duì)平坦的前表面選擇，所述前表面用于實(shí)現(xiàn)典型傳統(tǒng)要求眼科透鏡的屈光度(power)。曲線的上半部分12被稱作“Wollaston部分”，它描述了曲率要大得多的透鏡，該種透鏡從來沒有被接受為透鏡類型，盡管在歷史上曾經(jīng)有過實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的嘗試(Wollaston本人)。參見M.Jalie，The Principles of Ophthalmic Lenses p，464(4thEd.London，1994)。由于制造上的困難，早期的該種透鏡只有可能是小開口的，所以它的不被接受可能就是因?yàn)槊烙^的原因和有限的視場(chǎng)。
具有陡峭彎曲球形前表面的現(xiàn)代透鏡已經(jīng)被制造以用于對(duì)缺少晶狀體(如在外科摘除手術(shù)的情況下缺少眼睛中的天然透鏡)的治療。圖2表示了這種透鏡的一般形狀。參見M.Jalie p.151。這種透鏡本質(zhì)上是作為一個(gè)眼睛中透鏡的替代物，該透鏡特征在于大的厚度和高的正屈光度(高于+5D，典型值在+12D或更高)。這種透鏡的開口A的尺寸很小，例如直徑是26或28mm。典型的缺少晶狀體時(shí)使用的該種透鏡帶有一個(gè)平面徑向邊緣14。
今天，絕大多數(shù)傳統(tǒng)要求透鏡是相對(duì)平坦的、單視場(chǎng)的，屬于Ostwalt部分的，彎月形透鏡，它就像被裝在平坦的眼鏡框外輪廓里的玻璃窗。
傳統(tǒng)的Ostwalt部分的眼鏡有時(shí)被覆蓋、處理或鍍膜以提供特殊的反射或抗反射特性。最為熟知的是太陽鏡，它提供能夠選擇性地阻擋部分入射光譜的膜層。有些這種透鏡被設(shè)計(jì)用來產(chǎn)生觀察者所喜歡的顏色，這是通過選擇性的選擇或吸收入射光譜來實(shí)現(xiàn)的。這種膜層可以包括金屬反射鏡層和/或多層真空蒸發(fā)或?yàn)R射涂敷的金屬氧化物。例如，屬于Aüwrter的美國(guó)專利No.2758510所公開了太陽鏡的鍍膜。作為另一個(gè)例子，屬于Geller的美國(guó)專利No.4070097公開了某種多層抗反射膜。還可參見美國(guó)專利No.5719705和No.5959518。傳統(tǒng)的Ostwalt部分有時(shí)也被特別地鍍膜用來保護(hù)佩戴者以防止強(qiáng)紫外線或紅外輻射或激光束。

發(fā)明內(nèi)容
申請(qǐng)者已經(jīng)研究過陡峭彎曲透鏡的特性，并且認(rèn)為一個(gè)系列的透鏡一般具有要求的正或負(fù)的透過屈光度。申請(qǐng)者觀察到這種透鏡在原理上能夠提供寬視場(chǎng)和眼睛保護(hù)。然而，某些問題干擾了這種寬視角透鏡的實(shí)現(xiàn)。一般來說，存在制造和變形的問題，并且，要求生產(chǎn)一定范圍內(nèi)的有共同正或負(fù)屈光度的帶有或不帶有共同散光糾正或“cyl”要求的透鏡，也是一個(gè)問題。
一個(gè)更微妙的問題在于前表面屈光度的寬范圍，需要其能夠提供一個(gè)共同要求屈光度的范圍。例如，對(duì)于圖1中關(guān)于透鏡的設(shè)定，Wallaston部分就被理解成為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品透過屈光度在+5D到-8D的范圍，前表面的屈光度變化范圍就是從大約15D到大約20D。這對(duì)應(yīng)于前表面的曲率半徑范圍應(yīng)該是從大約29到大約39mm，這表示透鏡的總體尺寸和形狀會(huì)有較大的變化以實(shí)現(xiàn)足夠大的能夠提供寬視角的透鏡。這種透鏡不能夠像安裝窗子一樣安裝于單個(gè)框架尺寸內(nèi)，事實(shí)上，每個(gè)要求自身都會(huì)要求它自己專門的框架尺寸和樣式。這樣獨(dú)特的樣式是有其價(jià)值的，但它們與提供統(tǒng)一外形的大量眼鏡商品是不相容的。
本發(fā)明的一個(gè)總的目標(biāo)在于提供具有優(yōu)良視覺特性的眼科透鏡。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)在于提供一個(gè)易于制造和銷售的陡峭彎曲透鏡系列。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)在于提供一個(gè)由于寬視角而具有優(yōu)良視覺特性的眼科透鏡。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)在于提供一個(gè)在邊緣區(qū)域減小了畸變的陡峭彎曲透鏡。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)在于提供能夠給出更多有效的眼鏡保護(hù)的眼鏡。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)在于提供具有共同屈光度和散光要求的陡峭彎曲透鏡。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)在于提供對(duì)于一定范圍的要求具有統(tǒng)一外形和框架結(jié)構(gòu)的使用陡峭彎曲要求透鏡的眼鏡。
其它一些優(yōu)點(diǎn)將通過對(duì)本發(fā)明的講述而被理解。增大的視角可以使眼鏡現(xiàn)實(shí)存在的邊緣對(duì)佩戴者來說是不可見的(表觀無邊緣)。本發(fā)明還可以減小某些陡峭彎曲透鏡中的放大效應(yīng)以及相關(guān)的畸變。
其它優(yōu)點(diǎn)包括向眼鏡設(shè)計(jì)者提供在多種要求下具有優(yōu)良邊緣視覺特性的透鏡的選擇，這種選擇是迄今為止所不能得到的。這包括使用小邊框透鏡的能力，從布局和美觀角度都很吸引人的三維彎曲透鏡邊緣和眼睛邊框，以及在視覺上更加容易隱藏的邊緣厚度和表面。
其它優(yōu)點(diǎn)包括提供新型的能夠提供所需美觀特性和一定的反射及抗反射特性的太陽鏡和保護(hù)眼鏡。
這些和其它的目標(biāo)與優(yōu)點(diǎn)將會(huì)從下文以及附圖的說明中變得明了。
一般來說，本發(fā)明涉及眼鏡，所以也就涉及眼科透鏡組件。根據(jù)本文，眼科透鏡組件可以包括完成的或切邊的眼科透鏡，半完成的透鏡，所以也包括透鏡?；蚰Ｗ?。另外還包括用來形成層狀透鏡或透鏡模的薄片。
圖3是本發(fā)明的示例，它表示了本發(fā)明中陡峭彎曲共心透鏡的一些幾何特征。圖3表示一個(gè)左眼和右眼(分別是20和22)的水平截面圖。每個(gè)眼睛具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心，24和26。旋轉(zhuǎn)中心可以被理解為眼球內(nèi)的一部分體積，它具有大約為1-2mm的直徑CD，當(dāng)注視方向改變時(shí)眼睛呈現(xiàn)出繞該旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。如圖3所示，左右陡峭彎曲透鏡28和30被置于眼睛附近。在圖中，每個(gè)透鏡的光軸是和每個(gè)眼睛的視線共線的，這一點(diǎn)在每個(gè)眼睛中分別用線32和34表示。這些線也代表了下文為了描述透鏡表面而采用的坐標(biāo)系的z軸(x-y平面垂直于圖所在平面)。
透鏡28和30一般能夠被描述成球形的或球基的。在優(yōu)選實(shí)施例中，前表面是球形的，對(duì)于系列中所有要求值其具有小于35mm的固定半徑。在另一個(gè)實(shí)施例中，透鏡最好被描述成具有球形的后表面，這就像包括一個(gè)參考球或像置于一個(gè)固定的球殼之中。在每一種情況中，參考球或殼的半徑以及透鏡的佩戴時(shí)的位置都使得參考球或殼的球心落在眼睛旋轉(zhuǎn)中心的附近區(qū)域或旋轉(zhuǎn)中心的內(nèi)部。圖3中的左眼表示了前表面是半徑為R的球形且球心位于左眼旋轉(zhuǎn)中心的情況。
對(duì)于給定半徑且球心位于眼睛旋轉(zhuǎn)中心內(nèi)或附近的球基的選擇限制了頂點(diǎn)距離dv，該距離表現(xiàn)在圖3中的左眼就是瞳孔36所在平面與透鏡后表面38之間的距離。下文將詳細(xì)描述前表面半徑和后表面的形狀，以及與之相應(yīng)的其它設(shè)計(jì)參數(shù)，諸如透鏡厚度、決定透鏡光學(xué)特性的透鏡材料的折射率。
申請(qǐng)者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的透鏡設(shè)計(jì)可以用圖4所示類型的數(shù)據(jù)陣列來分析和描述。該圖根據(jù)發(fā)明者中兩位的名字而被稱作”Morris-Spratt”圖。
在圖中，每點(diǎn)都位于理論光線軌跡圖的中心，該理論光線軌跡圖來自于在每點(diǎn)中心具有格點(diǎn)特性的透鏡。右端“y”軸給出了以屈光度(diopter)為單位的透鏡前表面的屈光度(折射率取n＝1.530的規(guī)范值)。底部“x”軸表示透鏡中心的透過屈光度。這對(duì)應(yīng)于透鏡正或負(fù)的屈光度要求。對(duì)此圖而言，每個(gè)透鏡都假定是以聚碳酸酯為材料的(n＝1.586)，而且對(duì)于負(fù)屈光度透鏡，其中心厚度為1.8mm，而對(duì)于正屈光度透鏡，其中心厚度由每個(gè)要求單獨(dú)決定，這樣在直徑為58mm的透鏡模中邊緣總體透鏡厚度的最小值為1mm。每個(gè)透鏡位于使其前表面距眼睛旋轉(zhuǎn)中心33.1mm的位置，這里透鏡是與旋轉(zhuǎn)中心共心的并且具有16.0diopter的前表面屈光度。
在每個(gè)格點(diǎn)上表示有由于眼睛轉(zhuǎn)至40度而產(chǎn)生的光線軌跡。每個(gè)格點(diǎn)上的暗區(qū)表示了每個(gè)相對(duì)要求具有小于0.125diopters的均方根屈光度誤差的且允許至多0.375diopters的調(diào)節(jié)范圍的透鏡。均方根屈光度誤差將在下文給于數(shù)學(xué)定義。該標(biāo)準(zhǔn)被確信是衡量透鏡表現(xiàn)的一個(gè)很好的標(biāo)志。
圖4中完全填充的圓代表當(dāng)眼睛在各方向轉(zhuǎn)動(dòng)40度時(shí)具有小于0.125diopters的均方根屈光度誤差的透鏡。對(duì)于那些用環(huán)包圍的點(diǎn)而言，均方根屈光度誤差在某些中間眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)角度時(shí)升至0.125diopters以上，然后又在一些小角度區(qū)域落回閾值以下。
那些局部上最大的點(diǎn)的橢圓形外輪廓大體上對(duì)應(yīng)于一個(gè)Tcherning’s橢圓，該橢圓是根據(jù)申請(qǐng)者所選擇的特別的透鏡參數(shù)而產(chǎn)生的。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)斷言球形透鏡(具有球形前表面和后表面的透鏡)的前表面必須遵循Tcherning’s橢圓以獲得高質(zhì)量透鏡。然而，Morris-Spratt圖表明，對(duì)于適當(dāng)選擇的透鏡參數(shù)，圖中存在一個(gè)幾乎水平的區(qū)域可以用來制造高質(zhì)量的透鏡。人們知道可以在很寬的前表面曲率范圍內(nèi)制造具有高光學(xué)質(zhì)量的平面球形透鏡(零透過屈光度附近的大尺寸點(diǎn)組成的豎直線說明了這一點(diǎn))。許多這樣的透鏡在現(xiàn)在的市場(chǎng)上都可以得到。Morris-Spratt圖所展示的新思想在于，可以利用單個(gè)陡峭彎曲前表面或球形參考表面或球殼，通過適當(dāng)選擇透鏡參數(shù)來制造一定要求范圍內(nèi)的高質(zhì)量的球形透鏡。值得注意的是對(duì)于使用了屈光度為16diopter(行號(hào)40的格點(diǎn))的前表面的透鏡，至少在-6到+4diopter的范圍內(nèi)，它的低均方根屈光度誤差區(qū)域具有很寬的角度范圍(幾乎為全的或全周的)。所有要求中超過95％都落在這個(gè)范圍內(nèi)。所以，可以在一個(gè)寬范圍的要求內(nèi)，利用單個(gè)、適當(dāng)選擇的高屈光度前表面或弧線，制造出高質(zhì)量的眼科球形透鏡。此外，正如圖4所明示的，會(huì)出現(xiàn)相對(duì)單個(gè)屈光度或精確同心度的一些微小偏差，但仍然能夠提供優(yōu)良的透鏡質(zhì)量和足夠的透鏡形狀一致性從而能夠使用同一個(gè)框架樣式。
圖5表示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一系列具有高光學(xué)質(zhì)量的透鏡。再此實(shí)施例中，前表面被選擇為大約16±大約1/2D。這一范圍落在水平線50和52之間。特別地，優(yōu)選實(shí)施例提供了一系列透鏡，所述透鏡處于-2D到+2D(區(qū)域54)，-6D到+4D(區(qū)域54和56)，或-8D到+5D(區(qū)域54、56和58)范圍內(nèi)的要求。
為了達(dá)到對(duì)比的目的，對(duì)于此特定情況的Tscherning橢圓60的Wollaston部分被疊加在圖5上。該圖表示了水平塊所表示的前表面彎曲度和透過屈光度范圍與Tscherning橢圓所說的是不吻合的，根據(jù)Tscherning橢圓，-8D到+5D的透過屈光度應(yīng)該對(duì)應(yīng)5D的前表面變化，而且在透過屈光度范圍的中央應(yīng)該有一個(gè)很陡的曲線。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括一系列透鏡組件，這些透鏡組件由和佩戴者眼鏡的旋轉(zhuǎn)中心共心的單個(gè)參考球定義，此處球的曲率半徑在25到50mm的范圍內(nèi)，更建議在30到35mm的范圍內(nèi)，最佳推薦值為大約33mm±大約1mm。
有利的是這一系列的透鏡組件提供了合適要求的屈光度和cyl糾正。在前表面為球形的實(shí)施例中，后表面被配置為提供合適的屈光度以及cyl糾正。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)系列的透鏡組件會(huì)包括上述透過屈光度范圍且增量為1/4D?？梢蕴峁в忻糠N通常散光要求的每個(gè)屈光度的透鏡組件，例如以1/4為增量從0D到-2D。將會(huì)被理解的是，因?yàn)橥哥R組件的球?qū)ΨQ性，cyl糾正的角度可以通過在磨邊和裝配時(shí)的適當(dāng)旋轉(zhuǎn)而得到選擇。
傳統(tǒng)的散光糾正是基于復(fù)曲面(toroid surfaces)的，該復(fù)曲面經(jīng)常用主子午線(principle meridia)描述，也就是位于透鏡光軸中央代表最大和最小彎曲度位置的正交子午線(orthogonal meridia)。桶形復(fù)曲面和環(huán)形復(fù)曲面都曾被用來提供cyl糾正。正如下面所要講述的，申請(qǐng)者已經(jīng)發(fā)展了新的用于陡峭彎曲透鏡的散光糾正面，此糾正面可以被描述成位于擁有相同的主子午線以及沿主子午線相同屈光度的桶形復(fù)曲面和環(huán)形復(fù)曲面之間。這兩種曲面是下面詳細(xì)講述的“完全圓形子午線”表面和“平均復(fù)曲面”表面。
現(xiàn)在將要描述本發(fā)明透鏡的形狀。本文中所用的名詞“陡峭彎曲度”是用來描述透鏡或參考球或殼的總體形狀。在具體例子中，彎曲度可以被量化成位于透鏡內(nèi)或外的或包含透鏡表面的曲面或球殼的平均曲率半徑。
本發(fā)明透鏡的一般形狀的特征也在于它們的大視角，這通常表示成光軸和最靠近太陽穴的邊緣或最靠近鼻子的邊緣之間的角度。對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，透鏡以前球形表面的中央為中心張開一個(gè)角度，該角度大于80°，在優(yōu)選實(shí)施例中大于100°。因?yàn)橥哥R在這些邊緣區(qū)域在光學(xué)上是可用的，當(dāng)然就可以理解這些角度是透鏡視角的一個(gè)表現(xiàn)。
本發(fā)明中透鏡的獨(dú)特布局形狀的特征可以認(rèn)為在于它的徑向深度或“空心”深度，這一般是透鏡和透鏡邊緣三維程度的一個(gè)量度。如下文所述，這些深度涉及額平行平面和最靠近太陽穴邊緣點(diǎn)的距離。對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，具有不超過50mm的平均半徑的、球心位于眼睛旋轉(zhuǎn)中心的且空心深度至少有8mm的透鏡是存在的。在一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施例中，前表面的半徑是大約33mm±大約lmm，空心深度至少有10mm。
本發(fā)明還包括提供要求眼鏡(prescription eyewear)的方法。這些方法采用了具有陡峭彎曲度的透鏡組件。優(yōu)選實(shí)施例采用位于厚度不超過2mm且半徑不超過50mm的球殼內(nèi)的一個(gè)前表面。一個(gè)后表面形成于透鏡中以使得透鏡組件具有一個(gè)要求的透過屈光度和一個(gè)要求的散光糾正。透鏡組件相對(duì)于佩戴者的位置使得球殼的球心落在或靠近眼睛的旋轉(zhuǎn)中心，這是通過把透鏡安裝入一個(gè)具有和球殼半徑相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)窗口的框架內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，該球殼是具有不同透過屈光度、包括制定屈光度的透鏡組件所共有的。該眼鏡在佩戴者的整個(gè)固定視角內(nèi)提供了要求的屈光度和散光糾正。
本發(fā)明還包括特殊設(shè)計(jì)的眼鏡框架。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，眼鏡框架適合用于一系列眼科透鏡，每個(gè)透鏡具有一個(gè)單一半徑為25到35mm的球形表面，以及一個(gè)被選擇來與球形表面配合提供多種通用要求的第二表面。在優(yōu)選實(shí)施例中，框架被調(diào)整以在佩戴者身上支撐左和右透鏡，使得球形表面的球心分別落在或接近左眼和右眼的旋轉(zhuǎn)中心。眼鏡框架可以包括太陽穴零件和聯(lián)系左右透鏡的邊緣部分。聯(lián)系每個(gè)透鏡的邊緣部分可以具有這樣的形狀一個(gè)位于參考球上的具有和所述球形表面半徑大致相等的半徑的閉合弧線。在這樣的眼鏡框架中，閉合弧線上最靠近鼻子的點(diǎn)和最靠近太陽穴的點(diǎn)可以關(guān)于球形表面的中心定點(diǎn)張開一段大于90°的弧線。
該眼鏡框架可能包括一個(gè)左太陽穴零件，一個(gè)右太陽穴零件和一個(gè)鼻橋。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，鼻橋的長(zhǎng)度是可調(diào)節(jié)的，它允許了透鏡距離的水平調(diào)節(jié)以使得球形表面的球心位于眼睛的旋轉(zhuǎn)中心。在其他的實(shí)施例中，無邊緣框架也隨同附件和支撐太陽穴零件的鉸接一起提供，鉸接可以調(diào)整以實(shí)現(xiàn)對(duì)位于各個(gè)透鏡的靠近太陽穴邊緣的參考球形表面直接連接。
本發(fā)明也包括新型透鏡邊框，該邊框可用于陡峭彎曲度透鏡，尤其是那些具有至少一個(gè)曲率半徑在31mm到33mm之間的球形表面的透鏡。
在這種情況下，透鏡的邊緣可以幾乎與透鏡的球形表面垂直。用這種透鏡制成的眼鏡可以是無邊緣的，而且邊緣面對(duì)佩戴者來說本質(zhì)上是看不見的，這是因?yàn)楫?dāng)佩戴者向一個(gè)方向注視時(shí)，邊緣面近似位于佩戴者的視線上。此外，對(duì)外界觀察者來講邊緣的可見性也被減小了。這種邊緣可以用一個(gè)繞著和球形表面中心相接的軸旋轉(zhuǎn)的磨機(jī)來產(chǎn)生。在優(yōu)選實(shí)施例中，邊緣面被切割以使得它關(guān)于球形表面的弧線中心張開一個(gè)小弧線，該弧線位于包括透鏡光軸的任意平面內(nèi)。
本發(fā)明還包括制造適于裝配眼鏡陡峭彎曲度透鏡組件的方法。該方法可能包括制造一個(gè)具有一個(gè)曲率半徑的透鏡模，其曲率半徑相應(yīng)于在它的前表面的部分內(nèi)主子午線小于35mm的情況。在磨具制作之后，后表面在透鏡模上被切割出來，這些和前表面一起提供了一個(gè)非零的要求透過屈光度。最后，透鏡模被切邊以提供一個(gè)具有最大空心深度至少在8mm的切邊的透鏡。切割了的后表面和前表面一起可以被設(shè)計(jì)來向佩戴者提供一個(gè)非零的散光糾正。
在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡模的前部被加有漸進(jìn)的附加表面屈光度。作為選擇，漸進(jìn)的附加表面屈光度也可以加在透鏡模中的后表面切割上。
本發(fā)明的其它方面涉及陡峭彎曲的太陽鏡，比如上述具有球形光學(xué)表面的半徑小于35mm的透鏡。該太陽鏡制造是采用了將本發(fā)明的陡峭彎曲度透鏡鍍膜和/或染色的方法。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)光學(xué)表面(例如前表面)可以被鍍上部分反射介質(zhì)膜組，這在特別優(yōu)選實(shí)施例中一般是藍(lán)色。表面鍍膜可能是由折射率高和折射率低的層交錯(cuò)出現(xiàn)而組成的利用濺射沉積的多層膜。尤其是由硅和氧化鋯層組成的膜組可以形成表面鍍膜，其中至少有一層氧化鋯的厚度超過10nm。膜層的設(shè)計(jì)使得它的反射率在入射光波長(zhǎng)超過大約480nm時(shí)開始下降并且一直保持相對(duì)低的值一直到近紅外區(qū)。
本發(fā)明還涉及包括具有球形表面的左和右透鏡的保護(hù)眼鏡。每個(gè)球形表面建議具有在大約31mm和35mm之間的曲率半徑?？蚣茉谂宕髡叩哪槻恐С种哥R以使得左右透鏡的球形表面的球心大致分別位于左右眼的旋轉(zhuǎn)中心。
多層鍍膜可以形成于每個(gè)透鏡上，用以部分阻擋入射在透鏡上的輻射到達(dá)眼睛。這些膜層具有經(jīng)過選擇的折射率和厚度用于至少阻擋至少一個(gè)選定的入射輻射光譜的部分。在太陽鏡透鏡的實(shí)施例中，紫外光可以至少被部分的阻擋。對(duì)激光輻射的保護(hù)也可以通過工業(yè)或軍事裝備中的眼鏡來提供。在該情況下，鍍膜和/或染色被用來阻擋一個(gè)選定光譜范圍內(nèi)的激光。特別的，紅外激光輻射至少可以被部分阻擋。入射激光輻射被充分的阻擋以使它的功率水平降到一個(gè)安全值。偏軸的入射輻射被膜層組所阻擋，被染的顏色所吸收，并且/或具有一個(gè)不能到達(dá)視網(wǎng)膜的光路徑。
在本發(fā)明的保護(hù)眼鏡實(shí)施例中，有這樣的優(yōu)點(diǎn)每個(gè)透鏡從眼窩區(qū)域的鼻緣延伸至眼窩區(qū)域的太陽穴邊緣，并且從眼窩區(qū)域的下邊緣延伸到上邊緣，這樣就可以阻擋住來自各方向可能到達(dá)視網(wǎng)膜的輻射，同時(shí)又提供給佩戴者一個(gè)寬廣的視角。
前面所述內(nèi)容只是作為本發(fā)明的一個(gè)概述，本發(fā)明的范圍將由權(quán)利要求書中以及關(guān)于它的等價(jià)內(nèi)容的嚴(yán)格語言來決定。


圖1是一個(gè)Tscherning橢圓圖；圖2是一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的截面圖，高正屈光度“rotoid”透鏡；圖3是一對(duì)人眼的頂視截面圖，其中透鏡是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例來配置的；圖4是一個(gè)描述了對(duì)應(yīng)于本發(fā)明所說的系列透鏡特性的Morris-Spratt圖；圖5是一個(gè)關(guān)于前表面曲率和根據(jù)本發(fā)明選擇的透過屈光度的關(guān)系圖，該圖還在其上疊加有在此特定情況下的Tscherning橢圓的一部分；圖6(a)，(b)和(c)，7，8和9表示了本發(fā)明實(shí)施例中的透鏡組件幾何特征的多個(gè)方面；圖10(a)，10(b)，10(c)和10(d)對(duì)傳統(tǒng)6D透鏡例子和本發(fā)明的透鏡和透鏡組件的視角進(jìn)行了比較；圖11(a)和(b)示出了當(dāng)加在具有圖11(c)所示主子午線的陡峭彎曲球形透鏡上時(shí)，傳統(tǒng)環(huán)形和桶形復(fù)曲面的表面散光；圖12(a)-(d)是切向和徑向表面屈光度作為圖11中環(huán)形和桶形復(fù)曲面的極角的函數(shù)時(shí)的圖；圖13(a)，13(b)，14(a)和14(b)是切向和徑向表面屈光度作為本發(fā)明中全圓形子午線和平均復(fù)曲面表面的極角的函數(shù)時(shí)的圖；圖15和16利用了本發(fā)明的透鏡組件表面的表面散光等值曲線圖；圖17(a)，(b)和(c)表示了一個(gè)目標(biāo)網(wǎng)格和它的像；圖18是一個(gè)可以被用來制造本發(fā)明實(shí)施例中透鏡組件的一個(gè)模具的截面圖；圖19(a)，19(b)，19(c)，19(d)，19(e)和19(f)包括了這些圖均方根屈光度誤差、畸變、對(duì)三個(gè)傳統(tǒng)低彎曲透鏡以及三個(gè)根據(jù)本發(fā)明的陡峭彎曲透鏡組件的的光線網(wǎng)格計(jì)算；圖20(a)和20(b)包括了這些圖均方根屈光度誤差、畸變和對(duì)具有傳統(tǒng)后復(fù)曲面的陡峭彎曲透鏡以及對(duì)全圓形子午線后表面的光線網(wǎng)格計(jì)算；
圖21和22是比較了傳統(tǒng)6D漸進(jìn)透鏡和一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的16D漸進(jìn)透鏡的等值曲線圖；圖23，24，25和25(a)表示了本發(fā)明的透鏡組件和所用的眼鏡框架的外觀、切邊、裝配方面；圖26時(shí)本發(fā)明眼鏡實(shí)施例的一個(gè)平面圖；圖26(a)是一個(gè)顯示了一個(gè)附件、鉸鏈和切邊透鏡結(jié)構(gòu)的圖26中實(shí)施例的詳細(xì)示圖；圖27(a)-(d)表示了應(yīng)用于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的多個(gè)透鏡邊緣表面；圖28是一個(gè)表示了邊緣厚度的本發(fā)明切邊透鏡的示意圖；圖29(a)-(c)表示了多種透鏡切邊技術(shù)；并且圖30(a)，(b)和(c)是多個(gè)透鏡在有入射光線射到它們前表面時(shí)的截面圖；圖31和32是對(duì)于多種表示本發(fā)明特征的鍍膜，其反射率對(duì)入射光波長(zhǎng)關(guān)系圖；并且圖33和34是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中帶阻濾波器例子的光學(xué)密度圖的一個(gè)示例。
具體實(shí)施例方式
概要I.透鏡基本幾何結(jié)構(gòu)。
II.散光糾正。
III.放大和畸變的減輕。
IV.透鏡制造。
V.透鏡設(shè)計(jì)示例的計(jì)算所得特性。
VI.裝配完的透鏡和眼鏡框架。
VII.鍍膜、太陽透鏡和保護(hù)眼鏡
I.透鏡基本幾何結(jié)構(gòu)首先將討論根據(jù)于本發(fā)明而制作的透鏡的基本幾何結(jié)構(gòu)。圖6(a)，6(b)和6(c)分別表示了根據(jù)本發(fā)明切邊后的透鏡100的前視、側(cè)視和頂視圖。圖6(a)中的原點(diǎn)102是透鏡的光學(xué)中心所在，也是佩戴時(shí)瞳孔的設(shè)計(jì)中心所在。切邊透鏡的外輪廓104表示于圖6(a)中的前視透視圖。圖6(b)中表示透鏡的太陽穴邊緣106和鼻邊緣108。圖6(c)表示透鏡的上邊緣110和下邊緣112。在圖6的透鏡實(shí)施例中，透鏡的前表面是一個(gè)陡峭球形彎曲，它的最右邊用線114表示。
本發(fā)明實(shí)施例的陡峭球形彎曲可以通過很多途徑來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)于透鏡中。在上述優(yōu)選實(shí)施例中，透鏡組件的前表面是一個(gè)單半徑球，其球心位于或靠近眼睛旋轉(zhuǎn)中心。作為替換地，透鏡組件系列的后表面可以是一個(gè)恒定陡峭球形表面，且其球心位于或靠近旋轉(zhuǎn)中心。在這些實(shí)施例中，另一個(gè)表面具有可變的彎曲度，彎曲度的選擇應(yīng)能向佩戴者至少提供適當(dāng)?shù)耐高^屈光度。例如，如果透鏡系列選擇了16D的球形前表面，為了提供-4D的透過屈光度和-2D的cyl，后表面的主子午線就應(yīng)該具有20D的彎曲度，而次級(jí)子午線應(yīng)為18D。作為選擇，如果透鏡組件的恒定半徑表面位于后邊面，則相對(duì)應(yīng)的選擇來提供某個(gè)要求的表面就可以是前表面。
在其他替換實(shí)施例中，透鏡組件或表面被限制在球殼之內(nèi)。圖7表示了這一幾何特征。球心P和兩個(gè)半徑r1和r2定義了兩個(gè)同心球154和156，其中r2＞r1。這些球一起定義了殼S。透鏡158被表示具有最靠近鼻子邊緣點(diǎn)Q和最靠近太陽穴邊緣點(diǎn)O。透鏡的一個(gè)前表面160位于殼S內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)透鏡組件的前表面可以是一個(gè)球形的、復(fù)曲面的或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面的曲面。為了進(jìn)一步提高視覺效果，根據(jù)本發(fā)明的透鏡組件的前和/或后表面可以偏離球形以提供改進(jìn)的光學(xué)表現(xiàn)和/或美觀外觀。上述前和/或后表面可以通過最優(yōu)化問題的解來推導(dǎo)，該最優(yōu)化問題旨在求得代表透鏡佩戴者能看到的光學(xué)畸變的特征函數(shù)(merit function)的最小值。此外，作為選擇，該修正可以提高透鏡的美觀外觀?？商鎿Q地，殼內(nèi)的表面可以是多焦點(diǎn)漸進(jìn)透鏡，這將在下文中詳細(xì)講述。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，半徑r1和r2的差別不大于2mm，而且在一個(gè)更加優(yōu)選的實(shí)施例中，半徑中的一個(gè)為33mm，而r1和r2的差別大約為0.1mm或更小。前表面張角OPQ大于75°，適宜大于90°，更適宜大于100°。該角度是透鏡能提供的視角的量度。
可替換地，透鏡可以被定義以類似圖7的方式全位于殼內(nèi)，其中r1和r2的差別小于6mm。
此外，并且是可替換地，透鏡可以被定義成包括一段陡峭彎曲的球面，如圖7中半徑為r1的球的OQ段。參考球可以是位于透鏡組件前后表面之間的球。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該陡峭彎曲的球可以定義兩個(gè)透鏡片的鄰接面，而不是按美國(guó)專利No.5187505來定義，上述專利被包含進(jìn)來作為參考。在該情況下，眼科透鏡或透鏡模是作為前后片的夾層來形成的。因?yàn)橥哥R片的鄰接面是球形的，所以可以理解透鏡片可以被旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)所期望的加在其中一個(gè)表面的cyl糾正指向。這在提供漸近式透鏡尤其有用。
圖8表示了本發(fā)明透鏡組件的新型幾何形狀的其它方面。一個(gè)具有陡峭球形彎曲的透鏡170，大致和眼睛的旋轉(zhuǎn)中心172共心。額平行平面P與透鏡的球形前表面174相切。透鏡的光軸176垂直于平面P并且通過眼睛的旋轉(zhuǎn)中心。后表面用標(biāo)號(hào)178來確定。透鏡在向太陽穴的方向延伸至太陽穴邊緣180。透鏡的新型幾何形狀部分地由空心深度ZH來定義，該深度指的是透鏡后表面178在光軸處和邊緣180之間的垂直距離。一個(gè)相關(guān)的尺寸ZF是額平行平面P和邊緣180之間的距離。
對(duì)本發(fā)明透鏡的邊緣光學(xué)特性諸如畸變的考慮是有益的。在此情況下，可以參考圖9中的與光軸O成半角為φ的錐體內(nèi)或外的透鏡特性。在圖9中，θ表示為一個(gè)30°的角。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，透鏡組件系列具有一個(gè)小于0.125D的表面散光，這是通過一個(gè)至少為25°的θ定義的錐形得到的。
本發(fā)明的一個(gè)透鏡組件對(duì)于視網(wǎng)膜中央凹視力的均方根屈光度誤差(下文給出定義)在眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于30°的情況下，可以小于3/8D。而且該透鏡組件對(duì)于視網(wǎng)膜中央凹視力的均方根誤差在眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)角度大于30°且小于40°的情況下，可以小于1/2D。最后，該透鏡組件對(duì)于視網(wǎng)膜中央凹視力的均方根誤差在眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)角度大于40°且小于50°的情況下，可以小于3/4D。
在優(yōu)選實(shí)施例中，透鏡組件可以這樣配置對(duì)于眼睛在轉(zhuǎn)動(dòng)和固定在30°角時(shí)的邊緣視覺，均方根屈光度誤差在對(duì)固定點(diǎn)的±5°時(shí)小于3/8D；均方根屈光度誤差在對(duì)固定點(diǎn)的±10°小于0.65D；并且均方根屈光度誤差在對(duì)固定點(diǎn)的±30°小于1.0D。
圖10表示了本發(fā)明的特征以及與傳統(tǒng)透鏡的比較。圖10(a)表示了一個(gè)傳統(tǒng)透鏡和根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)陡峭彎曲透鏡的平面視圖輪廓。圖10(b)表示了一個(gè)傳統(tǒng)6D透鏡200，而圖10(c)表示了一個(gè)對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的16D透鏡202，兩者都具有圖10(a)中所示的同樣平面輪廓。表觀視角是用以瞳孔平面內(nèi)瞳孔中心C為中心的邊緣光線之間的夾角來測(cè)量的。傳統(tǒng)6D透鏡200具有大約105°的視角而透鏡202有大約130°的視角。如果采用一個(gè)更大的透鏡模和設(shè)計(jì)輪廓，可以制造出一個(gè)圖10(d)所示大小的16D的透鏡204。該透鏡可以從鼻邊緣水平延伸至眼窩的太陽穴邊緣208，這產(chǎn)生了一個(gè)大約170°的視角。該透鏡在直接裝配后不會(huì)帶有一個(gè)可以被佩戴者看到的太陽穴邊緣。此外，太陽穴處透鏡邊緣厚度210不容易被其它人觀察到，這是因?yàn)樗窍蚝髲澢模@也就提高了透鏡的美觀效果。最后，透鏡的后表面212對(duì)于一個(gè)寬范圍的要求可以不妨礙正常長(zhǎng)度的睫毛。
II.散光糾正根據(jù)本發(fā)明的陡峭彎曲球形透鏡在cyl糾正成為佩戴者的要求之一時(shí)提出了特別的問題。通常的復(fù)后曲面不可能提供可接受的表現(xiàn)。特別的是，通常的復(fù)后曲面在陡峭彎曲透鏡的邊緣不能很好的工作。
對(duì)于一個(gè)cyl Rx(忽略諸如光線傾斜的情況)，理想的后表面應(yīng)具有一個(gè)恒定的適應(yīng)于要求的表面散光。這樣的表面是不存在的。復(fù)曲面是對(duì)這一理想情況的一個(gè)可制造的近似。存在兩種復(fù)曲面的標(biāo)準(zhǔn)類型，通常他們被稱為環(huán)形復(fù)曲面和桶形復(fù)曲面。每一個(gè)都是通過繞一個(gè)固定軸掃一個(gè)圓弧得到的。如果圓的半徑小于它到固定軸的最大距離，它就是一個(gè)環(huán)形復(fù)曲面，否則就是一個(gè)桶形復(fù)曲面。兩種復(fù)曲面類型沿兩個(gè)主子午線處都具有圓形的截面。因?yàn)檫@一點(diǎn)(以及對(duì)稱性)，切向屈光度在這些子午線上是處處正確的。此外，每種復(fù)曲面都具有一個(gè)使徑向屈光度正確的“優(yōu)選”子午線。對(duì)于環(huán)形復(fù)曲面來說就是低切向屈光度子午線，對(duì)桶形復(fù)曲面來說就是高切向屈光度子午線。零切向和徑向誤差意味著在優(yōu)選子午線上表面散光是理想的零。
在陡峭彎曲透鏡中的傳統(tǒng)復(fù)曲面例子示于圖11(a)和(b)。對(duì)于標(biāo)稱2cyl，兩個(gè)例子都在赤道180度子午線處具有18diopter(@n＝1.530)的切向屈光度，而在90度處具有20diopter。圖的直徑為45mm，等值線為0.1diopter。圖11(c)示意性的表示了圓形主子午線曲線C1和C2。其它“非主”子午線可以被定義為來自中心點(diǎn)的輻射線，這一點(diǎn)將會(huì)被理解。
圖11中的優(yōu)選軸是明顯的。距中心半徑大約0、10和20mm，角度0到90度處的切向和徑向表面屈光度示于圖12(a)-(d)。
從圖中可以注意到，環(huán)形和桶形復(fù)全面在0和90度對(duì)于所有半徑都具有正確的切向屈光度。環(huán)形復(fù)曲面在0度處具有正確的徑向屈光度，但90度處有隨半徑增大而增大誤差。桶形復(fù)曲面在90度處具有正確的徑向屈光度，在0度處有隨半徑增大而增大誤差。
關(guān)于這些復(fù)曲面有一些明顯的不對(duì)稱性；它們都有一個(gè)優(yōu)選子午線。然而存在這樣的函數(shù)，它能夠沿主子午線保持正確的屈光度，但又能夠更對(duì)稱地處理徑向屈光度。一個(gè)構(gòu)成具有理想切向特性的函數(shù)的方法就是強(qiáng)迫沿每條子午線的截面都是圓的。該函數(shù)具有這樣的形式z(r,θ)=R(θ)-R(θ)2-r2]]>其中R(θ)是沿θ子午線的曲率半徑，而r=x2+y2]]>。R(0)和R(90)的值由理想的切向屈光度確定，而中間角度的屈光度由這些端點(diǎn)值插值得到。插值的一個(gè)形式來自這樣一個(gè)發(fā)現(xiàn)，即上述屈光度曲線是近似正弦的。所以一個(gè)很好的R(θ)的一階近似是P(θ)＝P(0)+(P(90)-P(0))(1+cos2θ)/2，以及R(θ)＝(n-1)/P(θ)其中P是切向屈光度，而n是為了將屈光度轉(zhuǎn)化為彎曲度的折射率。為了給徑向特性加上更多的控制，可以在插值時(shí)加上更多的傅立葉項(xiàng)。為了進(jìn)一步控制切向特性，屈光度可以表示成r的多項(xiàng)式。對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單表面不需要更多的自由度。圖13表示了作為上述復(fù)曲面中角度的函數(shù)的切向和徑向屈光度。注意中間角度的切向誤差小于環(huán)形而大于桶形復(fù)曲面。還要注意的是，徑向屈光度對(duì)于0和90度在r＝0時(shí)是正確的，但當(dāng)半徑增加，在兩個(gè)子午線都或多或少地對(duì)稱地開始出現(xiàn)偏差。對(duì)于一個(gè)不是軸對(duì)稱的表面，存在一個(gè)來自切向弧線角向特性的微弱貢獻(xiàn)。這是因?yàn)榉ㄏ蛄坎缓蛨A截面位于同一平面內(nèi)。
制造一個(gè)“非偏向”的cyl糾正表面的方法是將傳統(tǒng)的環(huán)形和桶形復(fù)曲面平均在一起。這一方法的結(jié)果是和用圓形子午線構(gòu)建的表面相似的。圖14表示了平均了的復(fù)曲面的角向圖，其中z＝aBZB+(1-aB)ZD，Z是透鏡的表面高度，ZB是傳統(tǒng)桶形復(fù)曲面的表面高度；ZD是傳統(tǒng)環(huán)形復(fù)曲面的表面高度；而aB是一個(gè)權(quán)重因子，且1＞aB＞0。圖14表示的是aB＝0.5的特定情況。
雖然從圖14種不易看出，但這些圓形子午線和平均的復(fù)曲面表面的切向和徑向屈光度是有很大差別的。圖15中的等值圖比較了平均的復(fù)曲面和圓形子午線函數(shù)的表面散光。該圖具有相同的0.1diopter的等值線以及和前文一樣的45mm直徑。
圓形子午線表面的散光行為比平均復(fù)曲面的要簡(jiǎn)單。為了表示向角向插值加入傅立葉項(xiàng)的效果，一個(gè)額外的因子可以被調(diào)整來“圓化”那些橢圓形的等值線。該結(jié)果示于圖16。注意子午線仍然具有圓形的截面，只是角向插值被細(xì)微的改動(dòng)了。
圓形子午線和平均的復(fù)曲面表面還具有其它著名的特性。在主子午線以外的任何一點(diǎn)的表面散光小于同一點(diǎn)處桶形復(fù)曲面或環(huán)形復(fù)曲面的表面散光中的較大者。此外，平均的復(fù)曲面或圓形子午線表面處于同一要求下的桶形復(fù)曲面和環(huán)形復(fù)曲面之間(具有一個(gè)中間Z值)。
盡管上述的復(fù)曲面最好用在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中透鏡的后表面，但也可以在透鏡中使用傳統(tǒng)復(fù)曲面或廣義復(fù)曲面。
作為選擇，可以通過對(duì)應(yīng)于下面的對(duì)稱多項(xiàng)式的數(shù)學(xué)描述制造后表面來提供本發(fā)明透鏡組件的表面糾正z=Σk=0,2...nΣj=0,2...kck-j,ixk-jyj;]]>一些透鏡的光學(xué)象差的衡量定義如下 =((mpe)2+14(cyl error)2)1/2]]>其中ε是聚焦誤差矩陣，可以寫作ϵ=ϵ11ϵ12ϵ21ϵ22]]>其中通過選擇正交歸一化的基可使ε12＝ε21。
在特別考慮透鏡的光學(xué)性質(zhì)來計(jì)算這些項(xiàng)時(shí)，光學(xué)平均屈光度誤差項(xiàng)、光學(xué)Cyl誤差項(xiàng)和均方根光學(xué)屈光度項(xiàng)是適用的。
根據(jù)優(yōu)化透鏡的具體應(yīng)用，可以選擇下列特征函數(shù)M1=Σθ(rms blur)θ2]]>M2=Σθ((mpe)2+(cyl error)2)θ]]>M3=Σθ(116(mpe)2+(cyl error)2)θ]]> M5=Σθ((mpe)2+116(cyl error)2)θ]]>其中求和是對(duì)眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)θ做的。
在M4情況中，根據(jù)樣點(diǎn)θ是否表示對(duì)“直向前”位置水平、垂直或傾斜旋轉(zhuǎn)，存在不同的模糊度量。這種模式可以提供一些非球面“最小切向誤差”設(shè)計(jì)策略的推廣。
模式M3和M5分別表示了“最小散光誤差”和“最小平均屈光度誤差”策略。
在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中，一個(gè)表示透鏡美觀的項(xiàng)可以包括在特征函數(shù)內(nèi)。例如，不單獨(dú)使用M，一個(gè)修正的特征函數(shù)可以定義為M*=M+ηθλ2(Vπr2)2]]>其中ηθ代表M中考慮的眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)角θ樣本數(shù)，r是一個(gè)特定的透鏡半徑，而V是到半徑r處的透鏡體積。因子λ是用來給平均透鏡厚度加權(quán)的。
III.放大和畸變的減輕眼鏡透鏡要么縮小要么放大通過它們觀察的物體。這一情況的發(fā)生是因?yàn)閭鹘y(tǒng)眼鏡透鏡的主平面很靠近透鏡，而且與眼睛瞳孔的入口處不重合。一般來說，正屈光度透鏡會(huì)使物體看起來大一些，而負(fù)屈光度透鏡會(huì)使物體看起來小一些。放大還會(huì)改變邊緣視場(chǎng)的物體接收方向，并且致使表觀視角與通過透鏡的真實(shí)視角不相同。
除了放大以外，眼鏡透鏡還會(huì)使通過它們看到的物體產(chǎn)生形狀畸變。對(duì)于一個(gè)直視的眼睛，負(fù)透鏡會(huì)產(chǎn)生一個(gè)所謂的“桶形畸變”，在這種情況下矩形的物體的邊緣會(huì)表現(xiàn)出被壓縮的樣子，這就看起來像桶。相反，正透鏡會(huì)產(chǎn)生“枕形畸變”，它會(huì)將方形的角向外托拽。
這兩種效應(yīng)和在一起會(huì)劣化所看見的物體大小、形狀和位置。眼科光學(xué)方面的教科書認(rèn)為糾正眼鏡透鏡的畸變是不可行的，并且從不談及降低放大效應(yīng)的希望。然而，接觸透鏡的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于透鏡與眼睛的靠近減小了放大效應(yīng)和畸變效應(yīng)，這就允許了更加自然的視覺糾正。如果可能，就希望去減小眼鏡透鏡的放大和畸變。
對(duì)于一個(gè)遠(yuǎn)處的物體，放大效應(yīng)用下面的方程來定義
其中d(圖3中的dv)是透鏡后表面到眼睛瞳孔入口處的距離，F(xiàn)v是以diopter為單位的后頂點(diǎn)屈光度，t是以米為單位的厚度，n是折射率，而F1是以diopter為單位的前表面屈光度。
方程中第一括號(hào)內(nèi)的部分稱作“屈光度因子”，因?yàn)樗硎玖擞赏哥R屈光度帶來多少放大效應(yīng)。如果d可以為零，那么屈光度因子就等于1。換句話說，一個(gè)和眼睛接觸的透鏡的由屈光度帶來的放大效應(yīng)很小，這就是接觸透鏡的情況。眼鏡透鏡被置于與眼睛隔開的地方，以避免接觸眼睛、眼皮或睫毛，所以這一項(xiàng)對(duì)正透鏡大于1而對(duì)負(fù)透鏡小于1。換句話說，正屈光度透鏡會(huì)放大而負(fù)透鏡會(huì)縮小。根據(jù)上下文，“放大效應(yīng)”既描述放大也描述縮小。
方程中第二括號(hào)內(nèi)的部分一般被稱作“形狀因子”，因?yàn)樗硎玖朔糯笮?yīng)如何隨透鏡厚度和彎曲度而變化。如果透鏡是沒有厚度的，那么t就等于零，該項(xiàng)就為1。理想的三階光學(xué)“薄透鏡”不會(huì)因?yàn)樾螤疃哂蟹糯笮?yīng)。接觸透鏡非常接近這一情況，這是因?yàn)樗鼈兛梢宰龅脴O其薄。事實(shí)上眼鏡透鏡確實(shí)有著相當(dāng)?shù)暮穸纫苑乐蛊屏?，而且總是有著正前表面彎曲，所以該?xiàng)總是大于1。換句話說，正彎月形眼鏡透鏡會(huì)由于它們的形狀而產(chǎn)生放大效應(yīng)。
為了減小放大效應(yīng)，方程必須被設(shè)定成等于1，所以屈光度因子和形狀因子的乘積必須為1。既然正透鏡的功率因子和形狀因子都大于一，它們的乘積不可能等于1，所以沒有正彎月形的正透鏡可以避免放大效應(yīng)。換句話說，負(fù)透鏡具有小于1的屈光度因子，并且其形狀因子大于1，所以有可能使這些因子相抵銷。
為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，我們必須求解該方程滿足單位放大的解。經(jīng)過這一步驟，我們得到以下關(guān)系t=-ndFvF1(1-dFv).....(1)]]>該方程確定了能夠消除眼鏡放大效應(yīng)的透鏡厚度。它是通過在眼睛瞳孔入口處放置第二主平面來實(shí)現(xiàn)的。要在一個(gè)可行的厚度上實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)需要兩件事一個(gè)負(fù)的透鏡屈光度和非常陡峭的弧線。
III畸變根據(jù)三階理論，畸變只有在非常陡峭彎曲以至于無法實(shí)現(xiàn)的透鏡中才可能被消除。參見Jalie，M.的The Principles of OphthalmicLenses 4thEdition p.461。
事實(shí)上，三階理論要求后表面彎曲度超過35Diopters，即在眼睛瞳孔的入口處就幾乎共心的；這樣的曲面事實(shí)上是不可能的。一個(gè)真實(shí)的共心透鏡設(shè)計(jì)，如果兩個(gè)表面關(guān)于眼睛瞳孔的入口處是共心的，就不會(huì)有任何畸變，這是因?yàn)橥哥R的對(duì)稱性會(huì)確保來自傾斜物體的所有光線會(huì)遇到和來自中心物體光線一樣的表面斜率。然而關(guān)于瞳孔入口共心需要極其陡峭的彎曲，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)稍微平坦的彎曲在和具有位于瞳孔入口處的主平面的透鏡組合時(shí)，也可以大大地減小畸變。這一情況發(fā)生于設(shè)計(jì)來減小放大的負(fù)屈光度透鏡，并且導(dǎo)致透鏡關(guān)于眼睛旋轉(zhuǎn)中心更加共心。
事實(shí)上，非常希望能夠制造出關(guān)于眼睛旋轉(zhuǎn)中心共心的透鏡，因?yàn)閷?duì)于眼睛轉(zhuǎn)向邊緣視角時(shí)這會(huì)提高透鏡的對(duì)稱性，從而提高分辨能力。如果我們嚴(yán)格要求透鏡的一個(gè)表面關(guān)于眼睛的旋轉(zhuǎn)中心共心，我們可以推導(dǎo)出一個(gè)確實(shí)消除畸變的厚度。在這一情況下，就需要關(guān)于透鏡厚度的一個(gè)特殊形式的方程。
例如，在一個(gè)前表面關(guān)于眼睛旋轉(zhuǎn)中心共心的透鏡中，我們可以解出t，t是用前表面半徑、裝配距離、折射率、后頂點(diǎn)屈光度和瞳孔入口處與眼睛旋轉(zhuǎn)中心的距離來表示的。在這種情況下t=[Fv(r1-Ke+k1)-1]+(Fv(r1-Ke+k1)-1)2-4Fv2dfk12Fv....(2)]]>其中k1=(nr1n-1)]]>是一個(gè)透鏡形狀因子，r1＝前表面半徑；df＝透鏡前表面到瞳孔入口處平面的距離；而Ke是圖3中所示的眼睛的旋轉(zhuǎn)中心到眼睛瞳孔入口處的距離。
圖17(a)-(c)表示了這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。圖17(a)是一個(gè)從很遠(yuǎn)距離觀看的大網(wǎng)格的示意圖，該網(wǎng)格對(duì)觀察者左右張開45度角。圖17(b)是一個(gè)佩戴傳統(tǒng)-5.00D透鏡的人能看到的計(jì)算出的圖樣網(wǎng)格變小了而且形狀發(fā)生了畸變。圖17(c)表示了一個(gè)佩戴根據(jù)本發(fā)明消除畸變的透鏡的人所能看到的計(jì)算出的圖樣。該圖幾乎和原物一樣。
IV.透鏡制造根據(jù)本發(fā)明的眼科透鏡組件可以用任何合適的材料來實(shí)現(xiàn)?？梢允褂镁酆衔锊牧稀＞酆衔锊牧峡梢允侨我夂线m的類型。聚合物材料可以包括諸如聚碳酸酯的熱塑性材料或諸如二烯丙基乙二醇碳酸鹽類型的熱固材料，例如CR-39(PPG Industries)。
聚合物材料商品可以由可交叉連接的聚合物組建組成，例如在美國(guó)專利4912155或美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)07/781392中所描述的，上述文獻(xiàn)被包括進(jìn)來作為參考文獻(xiàn)。
聚合物材料可能包括一染料，包括例如光致變色的染料，它可以被加在用于制造聚合物材料的單體配方中。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)透鏡組件可以進(jìn)一步包括標(biāo)準(zhǔn)的前后表面附加鍍膜，包括電致變色的和/或液晶膜層。透鏡前表面可以包括一個(gè)抗反射(AR)膜，例如美國(guó)專利5704692中所描述的類型，該文獻(xiàn)被包括進(jìn)來作為參考。為了制作太陽鏡或提供一個(gè)理想的美觀效果，一個(gè)部分反射膜可以用于透鏡上。前透鏡表面可以作為替換的或附加的包括一個(gè)抗磨損膜，例如美國(guó)專利4954591中所描述的類型，該文獻(xiàn)被包括進(jìn)來作為參考。
前后表面還可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)處理方法，該方法用于諸如抑制物、包括熱致變色和光致變色的染料，例如上文所述的偏振劑、紫外穩(wěn)定劑以及能夠調(diào)節(jié)折射率的材料。
圖18表示了一個(gè)適合于制造本發(fā)明所述透鏡的模具。該模具包括一個(gè)前模具部分300，一個(gè)后模具部分302和一個(gè)封閉邊緣304。透鏡組件可以通過向308口注入液體透鏡材料形成于模具兩半之間的腔306。空氣從310口溢出。當(dāng)透鏡組件變硬，模具兩半被分離?？梢园l(fā)現(xiàn)透鏡組件離開模具時(shí)會(huì)帶有一個(gè)徑向邊緣312，這可以在后期工藝中被去除。
用于鑄造本發(fā)明中透鏡組件的工藝和設(shè)備在屬于Kingsbury等人的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/658496中有描述，該專利申請(qǐng)?zhí)峤挥?000年9月8日，題為PROCESS FOR MOLDING THERMOPLASTICLENSES AND STEEPLY CURVED AND/OR THIN LENSESPRODUCED THEREBY”，該文獻(xiàn)被包括進(jìn)來作為參考。
V.透鏡設(shè)計(jì)示例的計(jì)算所得特性。
例1表1表示了根據(jù)本發(fā)明的聚碳酸酯透鏡的計(jì)算性能和傳統(tǒng)低彎曲透鏡的比較

例2圖19表示了屈光度為-6D、-3D和+3D的陡峭彎曲球形透鏡系列[分別為圖19(a)，(c)和(e)]與相應(yīng)的低彎曲Sola Perma-PolyTM普通透鏡[分別是圖19(b)，(d)和(f)]之間的計(jì)算比較。
陡峭彎曲球形透鏡組件本質(zhì)上具有相同的、如透鏡截面400所示的16D球形前表面。一般來說，陡峭彎曲球形透鏡組件提供了優(yōu)秀的邊緣畸變。圖19(a)和19(c)中的透鏡也表現(xiàn)出在負(fù)要求下的減小的均方根誤差。
例3圖20表示了兩個(gè)具有16D前表面-3D透過屈光度和一個(gè)-2D后表面cyl糾正的陡峭彎曲透鏡組件之間的計(jì)算比較。
圖20(a)中的透鏡具有一個(gè)傳統(tǒng)的后環(huán)形復(fù)曲面(conventionaldonut torus back)；圖20(b)中的透鏡具有上述類型的后全圓子午線(all circular meridia back)。后者表現(xiàn)出優(yōu)秀的均方根屈光度誤差和多少有些改善的畸變。
例4最后一組例子(圖21和22)是一個(gè)傳統(tǒng)漸進(jìn)彎曲透鏡和一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的漸進(jìn)透鏡之間的計(jì)算比較。
圖21比較了傳統(tǒng)彎曲Sola XL漸進(jìn)透鏡和一個(gè)具有相似漸進(jìn)形式而陡峭彎曲(16D)基線的透鏡的遠(yuǎn)距離視覺特性。
圖22比較了Sola XL漸進(jìn)透鏡和圖21中的陡峭彎曲透鏡的近距離視覺特性。
一般來說，根據(jù)本發(fā)明的漸進(jìn)透鏡特征在于，在佩戴位置一個(gè)陡峭彎曲的參考球或球殼大致與眼睛的旋轉(zhuǎn)中心共心。該透鏡具有一個(gè)對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)距離的上視覺區(qū)；一個(gè)下視覺區(qū)，具有大于上視覺區(qū)的屈光度以對(duì)應(yīng)近距離，和一個(gè)連接上下區(qū)的中間區(qū)，其屈光度在上視覺區(qū)和下視覺區(qū)之間包括一個(gè)相對(duì)低表面散光的走廊。
在一個(gè)實(shí)施例中，陡峭彎曲參考球?qū)?yīng)于上視覺區(qū)中心部分的前表面。在另一個(gè)實(shí)施例中，漸進(jìn)表面位于透鏡的前表面并且處于一個(gè)厚度小于2mm的陡峭彎曲球殼內(nèi)。在這兩個(gè)實(shí)施例中，殼或參考球的曲率半徑可以小于50mm，處于30和35mm之間更好，最好是大約33mm±大約2mm。對(duì)于漸進(jìn)透鏡的合適的前表面設(shè)計(jì)的說明可以參見例如專利申請(qǐng)08/782493，提交于1997年7月10日，現(xiàn)在美國(guó)專利號(hào)5861935。
VI.裝配完的透鏡和眼鏡框架。
本發(fā)明中使用的眼鏡框架被調(diào)整來以圖3所示的大致位置來支持本發(fā)明中的透鏡。眼鏡框架可以是無邊的、部分帶邊的或全邊的。
在優(yōu)選實(shí)施例中，透鏡在裝入眼鏡框架時(shí)本質(zhì)上不會(huì)表現(xiàn)出傾斜或包角。眼鏡框架可以包括一個(gè)可調(diào)機(jī)構(gòu)用以改變透鏡光軸的位置來和佩戴者的直視軸相對(duì)應(yīng)。
圖23是一個(gè)包括透鏡402和404和本發(fā)明的眼鏡框架的眼鏡400的透視圖。透鏡形狀創(chuàng)造了一個(gè)在美觀上很吸引人的物體。圖23中所示的眼鏡框架帶有一個(gè)邊緣部分406和太陽穴零件408和410。環(huán)繞每個(gè)透鏡的眼鏡框架的邊緣被調(diào)整來對(duì)應(yīng)一個(gè)位于或靠近透鏡的陡峭參考球的閉合曲線。因?yàn)樵谝欢ㄒ蠓秶鷥?nèi)的彎曲度的一致性，一個(gè)框架或框架設(shè)計(jì)可以適用于該范圍內(nèi)的任意要求。
圖24是圖23中眼鏡在佩戴著臉上的側(cè)視圖。該圖表示了眼鏡視覺效果的另一個(gè)方面，這是由于透鏡的陡峭彎曲和透鏡邊緣復(fù)雜的三維形狀。該圖還表示了一個(gè)相對(duì)較小的透鏡可以提供一個(gè)寬視角和很好的眼鏡保護(hù)。
圖25是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的眼鏡實(shí)施例412的前向示意圖，它表示了本發(fā)明的一些機(jī)械方面。圖25中實(shí)施例的眼鏡框架包括一個(gè)鼻橋414和鉸鏈的太陽穴零件416和418。這些零件一起組成一個(gè)三部件的無邊的眼鏡框架。
太陽穴零件416和418包括鉸鏈420和422，和裝配補(bǔ)翼424和426。在優(yōu)選實(shí)施例中，補(bǔ)翼424和426被表面裝配在透鏡的球面前表面上。不管透鏡的透過屈光度要求和cyl糾正要求，這些裝配表面會(huì)具有統(tǒng)一的位置和相對(duì)于框架的角度關(guān)系，這一點(diǎn)將會(huì)被理解。用相似的方式，鼻橋414的補(bǔ)翼428和430可以被分別表面裝配于透鏡的前表面邊緣上。
鼻橋414示于圖25(a)的截面圖。有利的是，鼻橋可以被做成長(zhǎng)度可調(diào)的以補(bǔ)償常見于不同佩戴者中的不同的瞳距(圖3中的PD)。這種可調(diào)節(jié)的特征允許透鏡的光軸能夠順沿佩戴著雙眼的視覺軸線。一個(gè)適合制造這種可調(diào)節(jié)特征的機(jī)械結(jié)構(gòu)示于圖25(a)，可以理解其它可移動(dòng)或可變結(jié)構(gòu)的組合也可以達(dá)到此目的。在圖25(a)中的實(shí)施例中，補(bǔ)翼428和430都分別帶有構(gòu)件432和434，它們被插入管436的相反兩端。螺絲組438和440將構(gòu)件432和434定位。該螺絲組可以被松開以允許鼻橋長(zhǎng)度的調(diào)整，這是通過在管內(nèi)想不同方向滑動(dòng)構(gòu)件432和434來實(shí)現(xiàn)的。
圖26是一個(gè)本發(fā)明的眼鏡實(shí)施例500的平面圖。該眼鏡是無邊類型的。一個(gè)左透鏡502和一個(gè)右透鏡504是陡峭彎曲的、切邊的透鏡。在優(yōu)選實(shí)施例中，它們都有一個(gè)前光學(xué)表面506，該表面一般是具有小于50mm半徑的球面，正如前面所述，半徑小于35mm更好。在已佩戴的位置上，每個(gè)透鏡的球形表面曲率半徑的中心大致分別位于佩戴者眼睛的旋轉(zhuǎn)中心，PL，PR。
透鏡502和504通過鼻橋508連接在一起以在佩戴者的臉上支持著透鏡。左右太陽穴零件510和512被提供并且分別連接在左右透鏡的太陽穴邊緣。通過聯(lián)系圖26(a)，現(xiàn)在將要討論這種連接的一個(gè)優(yōu)選方式。
圖26(a)是圖26實(shí)施例的具體細(xì)節(jié)，它表示了右透鏡504與右太陽穴零件512通過一個(gè)右附件514和鉸鏈516連接在一起。在優(yōu)選實(shí)施例中，右附件是弓形的并且一般是沿著透鏡504前表面的球形弧線延伸的。附件514的一個(gè)鼻形部分518位于透鏡前表面的上面。諸如螺釘520和螺母522的一個(gè)帶螺紋的固定系統(tǒng)可以被用來將附件固定在透鏡上。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)透鏡中的邊緣缺口524可以用來接收附件的一個(gè)定位突出526，以進(jìn)一步保護(hù)附件和阻止它關(guān)于螺絲520的主軸528的旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，固定系統(tǒng)的主軸528位于和透鏡球形表面中心相交的軸向線上。
本發(fā)明的透鏡組件的一個(gè)優(yōu)選切邊方法也詳細(xì)示于圖26(a)。如圖所示，透鏡的一個(gè)邊緣表面530大致沿著透鏡球形表面的徑向線532。在已佩戴的位置上，該徑向線中心大致位于眼睛的旋轉(zhuǎn)中心PR。這種邊緣構(gòu)造使得透鏡邊緣對(duì)于佩戴者在本質(zhì)上是不可見的，因?yàn)楫?dāng)眼睛旋轉(zhuǎn)到視角對(duì)著透鏡邊緣時(shí)，邊緣表面對(duì)佩戴者才是側(cè)面可見的。此外，邊緣表面尺寸被減少，外形對(duì)外界觀察者來說被減小到最小程度。切邊的細(xì)節(jié)示于圖27和28。
圖27(a)-(d)表示了不同的大致沿透鏡球形表面534的半徑R的邊緣等值線。如圖所示，邊緣表面的截面大致垂直于球形表面在邊緣處的切線T，也就是說視線大致與邊緣表面共面。
在圖27(a)-(d)中，每個(gè)邊緣表面的截面處于關(guān)于眼睛旋轉(zhuǎn)中心P成θ角的一個(gè)小范圍內(nèi)，所以對(duì)佩戴者來說是幾乎不可見的。在圖27(a)的示例中，邊緣表面的截面是一直線536而θ接近零。在圖27(b)的示例中，一個(gè)小的圓角被用來消除有可能帶來安全問題的鋒利邊緣。在圖27(c)的示例中，邊緣刻有一個(gè)槽538以和眼鏡邊緣相應(yīng)形狀的部分540相互吻合。最后，在圖27(d)的示例中，一個(gè)小珠542形成在邊緣表面以和眼鏡框架的帶溝道邊緣544相吻合。在后面的情況中，邊緣表面在很大程度上仍然是對(duì)佩戴者不可見的。
在圖27(b)，(c)和(d)的情況中，有利的是θ在透鏡的整個(gè)邊緣范圍內(nèi)都小于大約5°。這種情況示于圖28，該圖是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的切邊透鏡546的一個(gè)示意圖。透鏡的邊緣表面548是一個(gè)垂直于透鏡球形表面50切線的環(huán)形面。該環(huán)形面是三維的意義在于它不是完全處于同一平面內(nèi)。邊緣表面位于兩個(gè)一般錐形552和554之間，并張開角度θ，該角度可以在透鏡邊緣的不同位置改變，但典型地小于3°±1.5°。
圖29(a)-(c)表示了多種透鏡切邊技術(shù)。圖29(a)表示了使用關(guān)于軸564旋轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)磨機(jī)562的傳統(tǒng)Ostwalt部分透鏡560的切邊，軸保持對(duì)參考軸566(可以是透鏡模的光軸)平行。磨機(jī)軸564沿箭頭568所指繞透鏡邊緣運(yùn)動(dòng)以形成邊緣表面。使用相似技術(shù)的陡峭彎曲透鏡570的切邊始于圖29(b)。結(jié)果是一個(gè)帶有鋒利邊緣的切邊的透鏡572，且邊緣表面能夠在佩戴者的邊緣視角張開一個(gè)大角度。
如圖29(c)所示，對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，陡峭彎曲透鏡570的邊緣表面574可以通過一個(gè)繞軸576旋轉(zhuǎn)的磨機(jī)562來產(chǎn)生，軸576和透鏡的球形表面的弧線C中心相交。以前，這樣的裝置只用來對(duì)非陡峭彎曲透鏡切邊。
VII.鍍膜、太陽鏡和保護(hù)眼鏡A.鍍膜正如本發(fā)明中的那些具有高彎曲度表面的透鏡組件，對(duì)它們進(jìn)行鍍膜以控制反射/透射可以是特別困難的。這些困難至少部分是由于典型鍍膜、蒸發(fā)和濺射系統(tǒng)的幾何特征。這些系統(tǒng)能夠?qū)ο鄬?duì)平坦的透鏡組件從中心到邊緣形成相對(duì)均勻的膜層。然而，當(dāng)表面彎曲變得陡峭，就可以發(fā)現(xiàn)很大的變化。所觀察到的透鏡組件顏色會(huì)隨著膜厚而變化。它也可以由于視角的變化而透過透鏡發(fā)生改變。該效應(yīng)在陡峭彎曲透鏡的情況下更為顯著。這些困難有時(shí)被稱作“打滾”。
給透鏡鍍膜的技術(shù)，尤其是對(duì)高彎曲度透鏡的鍍膜技術(shù)被公開于上述國(guó)際申請(qǐng)No.PCT/AU99/01029，題為“Coated Lens ExhibitingSubstantially Balanced Reflactance”。各種由一“組”多氧化膜組成的多種類型也在其中有討論。該膜組示于圖30(a)。在此例子中，一個(gè)陡峭彎曲的透鏡600具有一個(gè)帶有多層膜604(圖不代表真實(shí)尺度)的球形前表面602。
一個(gè)抗反射膜的例子，它提供了從中心到鍍膜的邊緣一個(gè)總體均勻的淡藍(lán)色，該陡峭彎曲透鏡組件包括一組厚度不同的五層硅和氧化鋯層。該膜組被闡明于下表I。
表I

除了降低“打滾”，透鏡還減小指紋印的顯著程度，并且對(duì)其他系統(tǒng)和非系統(tǒng)的制造變化更不敏感。
對(duì)于前述氧化膜的濺射沉積技術(shù)公開于Burton等人提交于2000年6月28日的美國(guó)專利申請(qǐng)序列09/605,401，本文包括了它的全部?jī)?nèi)容以作為參考。
圖31和32表示了本發(fā)明鍍膜的各個(gè)方面。圖31是一個(gè)以納米波長(zhǎng)為函數(shù)的反射率百分比圖。它比較了表I中的膜組和一個(gè)帶有綠色(虛線)的傳統(tǒng)膜組。
3％或更多的沉積膜厚的變化通常會(huì)導(dǎo)致顯著的和可以察覺的顏色變化。反射譜(圖31)上的“隆起”650所代表的綠色在一個(gè)傾斜角度觀察時(shí)會(huì)移向光譜的藍(lán)色一端。當(dāng)這件事發(fā)生時(shí)，光譜紅色一端的反射率會(huì)變得非常強(qiáng)烈。這將最終導(dǎo)致粉紅或紫色(而不是所期望的黃/綠)。
作為對(duì)比，表I中的膜組(藍(lán)色)產(chǎn)生具有大量位于藍(lán)色區(qū)域的可見光反射一個(gè)反射譜，這表示在中心位于480nm的光譜的峰或隆起652。藍(lán)色鍍膜一直到光譜的紅外區(qū)域產(chǎn)生非常低的反射率，并且是小于.5％，更可以期望在720nm小于.25％。
陡峭透鏡彎曲的效果示于圖32?？梢钥闯觯瑢?duì)于光譜紅色一端在每個(gè)透鏡中間的反射率，綠色鍍膜高于藍(lán)色鍍膜。然而，當(dāng)反射率的測(cè)量是在透鏡的邊緣進(jìn)行，可以清楚地看出綠色鍍膜的光譜紅色區(qū)域的反射率增大了很多，而藍(lán)色鍍膜保持了穩(wěn)定的低紅色反射率。
趨向透鏡邊緣時(shí)的紅色反射率增大的結(jié)果是使得“綠色”鍍膜變成了明亮的紫色(綠+紅＝紫)。該效應(yīng)在藍(lán)色鍍膜時(shí)在很大程度上不會(huì)發(fā)生。這種對(duì)顏色“打滾”的降低的敏感性的直接結(jié)果是，為了在抗反射鍍膜時(shí)保持顏色一致性而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)透鏡彎曲分組的需求大大降低。很明顯，陡峭彎曲透鏡表面會(huì)保持它們的顏色，這種保持或者是通過整個(gè)表面的，或者是通過一個(gè)表面增大的部分(和更加傳統(tǒng)的諸如綠色的鍍膜相比)。
B.太陽透鏡傳統(tǒng)一般是提供選擇性同時(shí)阻止可見光和紫外光的太陽透鏡或太陽鏡。該透鏡具有眼睛保護(hù)和時(shí)尚設(shè)計(jì)的應(yīng)用。透過透鏡的光的波長(zhǎng)可以通過塑料體中的光吸收染料來實(shí)現(xiàn)選擇。作為替換或附加，鏡面反射鍍膜可以應(yīng)用于透鏡。這些技術(shù)可以被用于本發(fā)明的陡峭彎曲透鏡。此外，它們可以與上述抗反射膜配合使用。例如，上述抗反射膜可以被應(yīng)用于透鏡眼睛一側(cè)的光學(xué)表面，該透鏡包含了部分阻止太陽光的染料。作為選擇，上述抗反射膜可以被應(yīng)用于透鏡眼睛一側(cè)的光學(xué)表面，而前光學(xué)表面鍍有鏡面反射膜，例如一鮮艷的藍(lán)色反射膜。
C.激光保護(hù)眼鏡上述的陡峭彎曲的、球形表面的透鏡組件用于激光保護(hù)眼鏡是很有利的。在優(yōu)選實(shí)施例中，眼鏡的設(shè)計(jì)使得每個(gè)透鏡的曲線的中心分別位于眼睛的旋轉(zhuǎn)中心。進(jìn)一步，透鏡的切邊使得透鏡大約從眼窩的鼻邊緣延伸至太陽穴邊緣，并且從下邊緣延伸至上邊緣。作為選擇，透鏡可以被裝配于能夠延伸到所述眼窩邊緣的眼鏡框架中。這些配置有許多優(yōu)點(diǎn)。第一，透鏡可以有效的包圍眼睛并減少或防止邊緣的雜散光泄漏。第二，本質(zhì)上所有可以透過瞳孔的入射在透鏡上的光都處于和球形表面切面法線成25°到30°的范圍內(nèi)。具有更大角度的入射光不會(huì)進(jìn)入瞳孔。激光阻攔意味著在透鏡上或透鏡內(nèi)可以被設(shè)計(jì)來阻攔位于球形表面切線的垂直線的所述大約30°范圍內(nèi)的激光。
人們都知道帶阻光學(xué)濾波器對(duì)于被阻攔光的入射角度可以是敏感的。這種濾波器一般使用垂直入射光作為設(shè)計(jì)中心。該濾波器的有效性隨著入射角從垂直方向的偏離一般是變化的而且通常是下降的。這一幾何特性示于圖30(a)，該圖是關(guān)于兩個(gè)任意光線R1和R2，它們分別具有入射角φ1和φ2。角φ1和φ2是關(guān)于光線R1和R2與透鏡表面的交點(diǎn)處的法線來測(cè)量的。(法線分別垂直于所在點(diǎn)的切平面T1和T2)。一般來說，對(duì)于上述的濾波器，φ越大，濾波器的有效性越小。
本發(fā)明的陡峭彎曲透鏡一般是提供了一個(gè)較小的相關(guān)入射角φ，這將會(huì)允許帶有例如相對(duì)法線不超過30°的有效拒絕角度的濾波器。陡峭彎曲透鏡的這一方面表現(xiàn)在圖30(b)和30(c)中兩個(gè)透鏡例子的比較中。圖30(b)中的透鏡610是一個(gè)Ostwalt部分，-4D透鏡。圖30(c)中的透鏡612是一個(gè)具有-4D透過屈光度的陡峭彎曲透鏡，它的前球形表面614大約為15.5D。關(guān)于入射光線的分析都假設(shè)了透鏡的折射率為1.5，且中心厚度大約為2mm。此外還假設(shè)了一個(gè)1cm直徑的瞳孔P位于后表面與光軸O-O交點(diǎn)后2cm處。
圖30(b)和30(c)畫有很多入射光線。光線是從與平面PT相交的光線族中選擇出的，平面PT在光軸O-O處與每個(gè)透鏡相切。光線族位于光軸O-O上下0、5、10、15和20mm距離處。從每一個(gè)光線族中選擇的光線(i)具有相對(duì)在透鏡表面入射點(diǎn)處的法線的最大角φ，并且(ii)被透鏡折射后，能夠到達(dá)瞳孔的最低點(diǎn)L。這些被選擇的光線用他們各自的在平面PT上的光軸上下的距離(如5mm，10mm等)來區(qū)別。
下表表示了圖30(b)和30(c)中透鏡的每一個(gè)入射光線的計(jì)算得的φ角
表II

(角φ表示為有正有負(fù)的角度。一個(gè)正角度意味著一個(gè)關(guān)于圖示透鏡法線的順時(shí)針光線旋轉(zhuǎn)，而一個(gè)負(fù)角度意味著一個(gè)關(guān)于圖示透鏡法線的逆時(shí)針光線旋轉(zhuǎn))在例子中，對(duì)應(yīng)于Ostwalt部分的φ在很多地方都大于30°，而且隨著距離光軸的距離大幅增長(zhǎng)，在+20mm處增至53.7°。相反，對(duì)于圖30(c)中的陡峭彎曲透鏡，角φ一直低于30°。
對(duì)激光的選擇性阻攔可以通過一個(gè)或多個(gè)光學(xué)帶阻濾波器來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)制造選擇性阻攔激光的優(yōu)選方法是采用一個(gè)薄膜組以阻攔有致傷可能性的激光。下面就是一個(gè)能夠有效阻攔兩個(gè)通信中常用波長(zhǎng)激光的帶阻濾波器的例子，這兩個(gè)波長(zhǎng)是1310nm和1550nm。光學(xué)濾波器每層的組成和厚度描述于表III。
表III

在光學(xué)設(shè)計(jì)術(shù)語中，該膜組描述為下面的形式“1.12(0.5L H 0.5L)1.06(0.5L H 0.5L)1.03(0.5L H 0.5L)(LHL)^61.03(0.5L H 0.5L)1.06(0.5L H 0.5L)1.12(0.5L H 0.5L)”其中H和L表示分別在高折射率和低折射率材料中的目標(biāo)波長(zhǎng)上的四分之一波長(zhǎng)光學(xué)厚度。在表III中的例子中，低折射率材料是二氧化硅，而高折射率材料是二氧化鈦?？梢岳脗鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)中的多種其它膜組來提供一個(gè)用以保護(hù)眼鏡防止被激光傷害的帶阻濾波器。
繼續(xù)表III中的例子，光學(xué)密度(透過百分比的負(fù)對(duì)數(shù))作為入射波長(zhǎng)的函數(shù)表示于圖33。從圖中可以看出，被阻攔的頻帶是一個(gè)中心位于1400nm的寬帶。大多數(shù)可見光波長(zhǎng)可以通過(也就是說光學(xué)密度近似為零)。
圖33假設(shè)了入射角φ為零，入射角是指和在入射點(diǎn)處和透鏡表面相切的切線T的法線N所成的角(見圖30(a))?？梢云谕そM的光學(xué)密度在φ從零開始變化時(shí)會(huì)發(fā)生變動(dòng)。對(duì)于S和P偏振和1310nm以及1550nm波長(zhǎng)的入射光的預(yù)期偏離值表示于圖34。
考慮更特殊的情況，圖34中光學(xué)密度是入射角θ從0到60°的函數(shù)。可以理解當(dāng)光的入射角增大，整個(gè)阻帶回向左移動(dòng)(向藍(lán)色方向)。因?yàn)檫@一點(diǎn)，光學(xué)密度對(duì)1310nm波長(zhǎng)的光是增大的。1550線的光學(xué)密度隨著φ的增大是下降的。對(duì)于表III中的膜組，當(dāng)角度低于30度時(shí)，不到0.7％的光能夠透過，當(dāng)角度低于20度時(shí)，不到0.2％的光能夠透過，這些結(jié)論適用于所有偏振態(tài)。盡管軍事上可能要求更加苛刻并且需要一個(gè)在特定頻段具有更大光學(xué)密度的膜組設(shè)計(jì)，但這對(duì)于商業(yè)應(yīng)用要求的安全性相信是足夠了。
從圖34中可以發(fā)現(xiàn)，在入射角一直到大約33°的范圍內(nèi)，對(duì)于兩種波長(zhǎng)和偏振，膜組的透過率都低于1％。在這里所述的陡峭彎曲透鏡中，大于此角的入射角的光不會(huì)進(jìn)入到視網(wǎng)膜，所述透鏡的曲線中心大致位于所保護(hù)眼鏡的旋轉(zhuǎn)中心。然而，為了防止由于強(qiáng)反射、折射或光泄露而造成的不希望的透射，透鏡體也可以用帶有吸收染料的熱塑性材料制造。
相應(yīng)的，可以提供帶有陡峭球形彎曲的新型高光學(xué)質(zhì)量透鏡組件，它具有要求的透過屈光度和cyl糾正，并被裝配于隨之使用的眼鏡框架內(nèi)。這些設(shè)計(jì)很容易用于高效的太陽鏡和其它諸如激光保護(hù)眼鏡的保護(hù)眼鏡。
本發(fā)明已經(jīng)通過和多個(gè)實(shí)施例以及示例的聯(lián)系得到闡明。然而，所要保護(hù)的發(fā)明部分是由下文權(quán)利要求和法律所認(rèn)同的等價(jià)描述所定義的。
權(quán)利要求
1.適合裝配到眼鏡上的透鏡，該透鏡具有至少一個(gè)曲率半徑小于大約35mm的球形表面，該透鏡被調(diào)節(jié)以使得透鏡曲面的中心大致位于眼睛的旋轉(zhuǎn)中心，其中透鏡是足夠大的，以提供大于55°的視角，該視角是從視線的前向到太陽穴方向，而且，其中該透鏡具有一個(gè)抗反射膜，通過其前表面對(duì)觀察者呈現(xiàn)出統(tǒng)一的顏色。
2.權(quán)利要求1中所述的透鏡中，前表面就是所述至少一個(gè)球形表面并且具有33.25mm±1mm的曲率半徑。
3.權(quán)利要求1中所述的透鏡中，透鏡在前表面和眼睛一側(cè)的光學(xué)表面都具有一個(gè)抗反射膜。
4.權(quán)利要求1中所述的透鏡中，透鏡具有一個(gè)非零的要求透過屈光度。
5.權(quán)利要求4中所述的透鏡中，透鏡的眼睛一側(cè)表面能夠用于糾正佩戴者的散光。
6.權(quán)利要求1中所述的透鏡中，抗反射膜是一個(gè)加在透鏡至少一個(gè)光學(xué)表面上的介質(zhì)膜組，它一般表現(xiàn)出藍(lán)色。
7.權(quán)利要求1中所述的透鏡中，膜層是由具有相對(duì)高和低的折射率的層組成的，所述膜層是在透鏡的至少一個(gè)光學(xué)表面進(jìn)行真空濺射來實(shí)現(xiàn)的。
8.權(quán)利要求7中所述的透鏡中，表面鍍膜是一組硅和氧化鋯層，其中至少一層氧化鋯厚度大于大約100nm。
9.權(quán)利要求7中所述的透鏡中，膜層的反射率對(duì)于可見光在480nm處具有一個(gè)局部最大值。
10.一個(gè)切邊的太陽透鏡具有一個(gè)第一光學(xué)表面，該光學(xué)表面位于一個(gè)球殼中，該球殼是由兩個(gè)半徑差異不到2mm的同心球來定義的，半徑中的小者不超過50mm，其中所述表面邊緣上的至少兩點(diǎn)O和Q對(duì)殼的中心P張開一個(gè)大于80°的角度。
11.權(quán)利要求10中所述的透鏡中，第一光學(xué)表面具有33.25±1mm的曲率半徑。
12.權(quán)利要求10中所述的透鏡中，第一光學(xué)表面具有從15.5D到16.5D的表面屈光度。
13.權(quán)利要求12中所述的透鏡中，第一光學(xué)表面是前透鏡表面，其中透鏡的后表面被配置以使得透鏡具有一個(gè)+2D到-5.75D的可選透過屈光度。
14.權(quán)利要求10中所述的透鏡中，透鏡的后表面被配置以使得透鏡具有一個(gè)最多到2.5D的可選散光糾正。
15.權(quán)利要求10中所述的透鏡中，角OPQ大于90°。
16.權(quán)利要求10中所述的透鏡中，透鏡是通過一個(gè)具有大于120°的角OPQ的透鏡模來制作的。
17.權(quán)利要求10中所述的透鏡中，透鏡被裝配于眼鏡中以使得前表面的曲率中心大致位于佩戴者佩戴時(shí)的眼睛旋轉(zhuǎn)中心。
18.權(quán)利要求10中所述的透鏡中，透鏡透過其前表面對(duì)觀察者呈現(xiàn)出基本統(tǒng)一的顏色。
19.權(quán)利要求10中所述的透鏡中，前表面鍍有一介質(zhì)膜組，該膜組的反射率對(duì)入射光波長(zhǎng)高于大約380nm時(shí)會(huì)降低，并且對(duì)整個(gè)剩下的可見光譜區(qū)一直保持較低的值。
20.一種保護(hù)眼鏡包括左、右透鏡都具有一個(gè)球形表面，每個(gè)球形表面具有31mm到35mm之間的曲率半徑，將透鏡支持在佩戴者臉部的裝置，該方法使得左右透鏡的球形表面中心大致分別位于左右眼的旋轉(zhuǎn)中心；以及部分地阻攔入射到透鏡的輻射光透射到各個(gè)眼睛的透鏡相關(guān)裝置。
21.權(quán)利要求20中所述的眼鏡中，透射阻攔裝置是每個(gè)透鏡上的多層膜，膜的各層具有不同的折射率和厚度，選擇這些折射率和厚度以至少部分地阻攔選中的入射輻射光譜部分。
22.權(quán)利要求21中所述的眼鏡中，眼鏡是太陽鏡，紫外光是至少被部分地阻攔的。
23.權(quán)利要求20中所述的眼鏡中，某個(gè)選中的光譜范圍內(nèi)的激光輻射是至少被部分地阻攔的。
24.權(quán)利要求23中所述的眼鏡中，紅外激光輻射是至少被部分地阻攔的。
25.權(quán)利要求23中所述的眼鏡中，入射激光輻射所處頻帶至少包括一通信激光波長(zhǎng)，該通信激光被充分的阻攔以使得它的功率降到對(duì)眼睛安全的水平。
26.權(quán)利要求23中所述的眼鏡中，每個(gè)透鏡和支持它的裝置從眼窩的鼻邊緣延伸到眼窩的太陽穴邊緣，并且從眼窩的下邊緣延伸到上邊緣，這樣就可以阻攔來自所有角度入射到瞳孔上的激光輻射。
27.權(quán)利要求23中所述的眼鏡中，每個(gè)透鏡從眼窩的鼻邊緣延伸到眼窩的太陽穴邊緣，并且從眼窩的下邊緣延伸到上邊緣，這樣就可以阻攔來自所有角度入射到瞳孔上的激光輻射。
28.權(quán)利要求20中所述的眼鏡中，支持裝置包括左右太陽穴零件和一個(gè)鼻橋，而其中每個(gè)透鏡都是足夠大的以分別提供一個(gè)從每只眼睛的視線的前向到太陽穴方向的大于55°的視角。
29.權(quán)利要求20中所述的眼鏡中，透射阻攔裝置是一個(gè)其阻攔特性會(huì)受到入射到透鏡上的光線的入射角影響的濾波器；其中，在已佩戴的位置上，入射到佩戴者眼睛瞳孔的光線不會(huì)偏離透鏡前表面入射點(diǎn)處的法線30°以上；并且其中，濾波器可以把與透鏡前表面入射點(diǎn)處的法線成至少30°的入射角的入射光線的功率減到一個(gè)安全水平。
30.一種眼鏡包括具有至少一個(gè)曲率半徑為大約31mm和35mm之間的球形表面的左、右透鏡；并且用來在佩戴者面部支持透鏡的包括左右太陽穴零件和一個(gè)鼻橋的眼鏡框架，這使得左右透鏡的球形表面的中心大致分別位于左右眼睛的旋轉(zhuǎn)中心；其中每個(gè)透鏡都是切邊的，使得透鏡的邊緣表面大致垂直于球形表面的切線。
31.權(quán)利要求30中所述的眼鏡中，眼鏡框架是無邊的。
32.權(quán)利要求31中所述的眼鏡中，框架進(jìn)一步還包括分別通過接合件連接在左右透鏡上的左右太陽穴附件，該接合件的主軸大致指向通過球形表面曲率中心的直線。
33.權(quán)利要求30中所述的眼鏡中，每個(gè)透鏡的球形表面是各個(gè)透鏡的前表面。
34.權(quán)利要求30中所述的眼鏡中，每個(gè)透鏡的邊緣表面與透鏡的球形表面相交于一條實(shí)際上位于任一單個(gè)平面以外的線。
35.權(quán)利要求30中所述的眼鏡中，邊緣表面是通過一個(gè)圍繞與球形表面曲率中心相交的軸旋轉(zhuǎn)的磨機(jī)來產(chǎn)生的。
36.權(quán)利要求35中所述的眼鏡中，磨機(jī)刻出一個(gè)帶溝的邊緣表面以和眼鏡框架上的邊緣相匹配。
37.權(quán)利要求35中所述的眼鏡中，磨機(jī)在邊緣表面留下一個(gè)小珠以和帶有溝道的眼鏡框架相匹配。
38.權(quán)利要求35中所述的眼鏡中，所有磨機(jī)留下的鋒利邊緣都用磨斜棱去除。
39.權(quán)利要求30中所述的眼鏡中，至少一個(gè)透鏡的邊緣要比透鏡中心厚很多，并且其中的透鏡邊緣表面的切割使得它關(guān)于球形表面的曲率中心張開一個(gè)不大于5°的弧線Θ，該弧線位于包含透鏡光軸的任意平面內(nèi)。
40.一個(gè)制造適合裝配于眼鏡內(nèi)的透鏡組件的方法，該透鏡組件具有一個(gè)非零的要求透過屈光度，所述方法包括步驟制作一個(gè)其在前表面的相當(dāng)大部分內(nèi)沿主子午線曲率半徑小于35mm的透鏡模；對(duì)已制作透鏡模的后表面進(jìn)行切割，這樣就和前表面一起提供了非零的要求透過屈光度；并且對(duì)透鏡模進(jìn)行切邊以提供具有至少為8mm的最大空心深度的切邊透鏡。
41.權(quán)利要求40中所述的方法中，對(duì)后表面和前表面一起切割以向配戴者提供了一個(gè)非零的散光糾正。
42.權(quán)利要求41中所述的方法中，在產(chǎn)生后表面時(shí)使用了圓形子午線復(fù)曲面以向配戴者提供散光糾正。
43.權(quán)利要求40中所述的方法中，至少由透鏡組件的前表面提供了一個(gè)附加的漸進(jìn)表面屈光度。
44.權(quán)利要求40中所述的方法中，至少由透鏡組件的后表面提供了一個(gè)附加的漸進(jìn)表面屈光度。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有寬視角、低畸變、需要時(shí)可以改進(jìn)的散光糾正和增強(qiáng)的眼睛保護(hù)特性的新型眼科透鏡組件(402，404)和眼鏡(400)。透鏡組件系列具有陡峭彎曲的球形參考表面。切邊的透鏡系列在通常的要求范圍內(nèi)具有大致恒定的開口大小、形狀和空心深度。新型太陽鏡、激光保護(hù)眼鏡和透鏡邊緣、鍍膜以及框架都包括在本發(fā)明中。
文檔編號(hào)G02B1/11GK1471651SQ01818197
公開日2004年1月28日 申請(qǐng)日期2001年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月30日
發(fā)明者邁克爾·A·莫里斯, 科林·M·派羅特, 西蒙·J·愛德華, 雷·S·斯普雷特, 戴維·L·達(dá), 布蘭登·葉, 布賴恩·亞當(dāng)斯, 帕雷埃克·貝格利, 理查德·布萊克, 亞當(dāng)斯, 葉, 布萊克, J 愛德華, L 達(dá), M 派羅特, に蠱綻滋, 克 貝格利, 邁克爾 A 莫里斯 申請(qǐng)人:索拉國(guó)際公司