專利名稱：漸進遞增光度的鏡片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及漸進遞增光度的視力鏡片，更具體地說，涉及設(shè)計這樣的鏡片的經(jīng)改進的系統(tǒng)和方法。
雙光眼鏡的鏡片已經(jīng)由隨著年齡的增長失去眼的調(diào)節(jié)能力的生理條件導(dǎo)致眼聚焦困難的患老光眼的人群應(yīng)用了很多年。雙光鏡片提供了一種方案，該方案中將鏡片水平地分成每一個都有不同光度的兩個區(qū)域。鏡片的上部區(qū)域被設(shè)計成用于遠距離觀看的適當(dāng)?shù)墓舛?，而下部區(qū)域被設(shè)計成用于近距離觀看(例如閱讀)。這樣使戴鏡人僅通過改變其注視位置而在不同的距離上調(diào)焦。但是，戴鏡人會因在不同的鏡片區(qū)域之間急速轉(zhuǎn)變而頻繁地感到不適。因此，開發(fā)出光度漸進增加的鏡片，在鏡片的各個區(qū)域之間提供光度的平緩轉(zhuǎn)變。
通常，光度漸進遞增鏡片被敘述為具有三個區(qū)域用于遠距離觀看的上部區(qū)域，用于近距離觀看的下部區(qū)域和中間跨越上述兩個區(qū)域的漸進地帶。
圖1是用正視圖(平面圖)顯示的典型的漸進鏡片的示意圖。鏡片有一個給定的相對低平均光度的遠距離區(qū)域2以及一個相對高平均光度的閱讀區(qū)域4。中間的變化并通常是增加平均光度的漸進地帶6連接遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域。圖中也顯示了毗鄰漸進地帶的邊沿區(qū)域8以及鏡片的邊界10(即鏡片的邊緣)。
設(shè)計漸進鏡片的目標(biāo)是同時提供最重要的上下區(qū)域2和4中的清晰視野以及光度通過漸進地帶6的平緩變化，同時控制象散和其他光學(xué)象差的分布。
早期的實際技術(shù)要求鏡片在遠距離和閱讀區(qū)域都是球形鏡片，并應(yīng)用各種插入方法確定漸進地帶和邊沿區(qū)域的鏡片形狀。這些技術(shù)都有嚴(yán)重的缺點。雖然遠距離區(qū)域，閱讀區(qū)域和漸進地帶的光學(xué)性能通常都滿足要求，但毗鄰漸進地帶和鏡片邊緣的區(qū)域往往有明顯的象散。設(shè)計用于將象散壓縮入靠近漸進地帶的區(qū)域的各種方法產(chǎn)生相對陡峭的平均光度，象散和分光的梯度。結(jié)果的視野沒有為舒適，調(diào)焦的方便以及鏡片的最大的有效可用面積而要求的那樣平緩和連續(xù)。
圖2顯示了在典型的漸進鏡片設(shè)計的表面上平均光度分布的三維圖解表示。平均光度M在垂直方向上描繪，鏡片的圓面用x和y坐標(biāo)顯示。鏡片的圓面在鏡片平面上方以小于90°的角度觀察。鏡片的取向和圖1相反，低平均光度12的遠距離區(qū)域在圖2中的前部顯示，高平均光度14的閱讀區(qū)域在后部顯示。平均光度中的陡峭梯度很明顯，尤其在邊沿區(qū)域16中更是如此。
很多漸進鏡片設(shè)計都允許設(shè)計者僅在鏡片的幾個隔離的點，曲線或區(qū)域上設(shè)定光學(xué)性能，并用多種插入法確定鏡片其余區(qū)域的形狀和光學(xué)性能。
例如授予Maitenaz的美國專利3687528號敘述了設(shè)計者確定從鏡片的上部到其下部走向的基礎(chǔ)曲線的形狀和光學(xué)性能的技術(shù)。該基礎(chǔ)曲線或“子午線”是鏡片表面和將鏡片分成對稱兩半的主垂直子午面的交線。設(shè)計者受到沿子午線的各處象散消失的要求的限制(即子午面必須是“臍狀”的)。Maitenaz揭示了幾個清楚的公式用于推導(dǎo)鏡片從臍狀子午面水平延伸的形狀。
授予Guilino的美國專利4315673號敘述了沿臍狀子午面確定平均光度的方法并提供了清楚的公式用于推導(dǎo)鏡片的其余部分的形狀。
J.T.Winthrop在1982年7月20發(fā)表的文章“The TRUVISIONProgressivePower Lens”中敘述了遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域都為球面的漸進鏡片的設(shè)計方法。該敘述的設(shè)計方法包括在僅作為邊界處理的遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域的周邊確定平均光度。
授予Winthrop的美國專利4514061號也敘述了遠距離和閱讀區(qū)域為球面的設(shè)計系統(tǒng)。設(shè)計者也是在連接遠距離和閱讀兩個區(qū)域的臍狀子午面確定遠距離和閱讀區(qū)域中的平均光度。鏡片的其余部分的形狀通過沿取決于遠距離和閱讀區(qū)域而不是鏡片的邊緣的邊界條件的Laplace方程的方案的一組水平表面的推導(dǎo)確定。鏡片設(shè)計者不能在鏡片的邊緣直接確定鏡片的高度。
授予Winthrop的美國專利4861153號也敘述了沿臍狀子午面確定平均光度的系統(tǒng)。還有，鏡片其余部分的形狀通過沿Laplace方程的方案的一組和臍狀子午面相交的水平表面的推導(dǎo)確定。沒有為鏡片的設(shè)計者提供直接在鏡片邊緣確定鏡片高度的方法。
授予Furter和G.Furter的美國專利4606622號，“Zeiss Gradal HS-Theprogressive addition lens with maximum wearing comfort”，Zeiss Information 97，55-59，1986，敘述了鏡片設(shè)計者在漸進地帶中的大量特定點確定鏡片的平均光度的方法。然后用曲線板推導(dǎo)全部表面形狀。為了改進所產(chǎn)生表面的全部性能，設(shè)計者在這些特定點調(diào)節(jié)平均光度。
授予Kaga等人的美國專利5886766號敘述了鏡片設(shè)計者僅提供“鏡片概念”的方法。設(shè)計概念包括諸如遠距離區(qū)域的平均光度，遞增光度以及鏡片表面的全部大致形狀的規(guī)格。不是直接由設(shè)計者確定，鏡片的其余部分上的平均光度的分布相繼通過計算確定。
授予Barkan等人的美國專利4838675號敘述了改進其形狀已經(jīng)由基礎(chǔ)表面函數(shù)大致敘述的漸進鏡片的方法。經(jīng)改進的漸進鏡片通過選擇在鏡片的一些次區(qū)域上限定的函數(shù)而進行計算，其中經(jīng)選擇的函數(shù)將加入到基礎(chǔ)表面函數(shù)中去。供選擇的函數(shù)從通過一個或幾個參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的函數(shù)族中選擇，最佳選擇通過求取預(yù)先限定的對于優(yōu)點的測量的極值而作出。
在J.Loos，G.Greiner和H.P.Seidel的“A variational approach to progressivelens design”，Computer Aided Design 30，595-602，1998和M.Tazeroualti的“Designing a progressive lens”，in the book edited by P.J.Laurent et al.，Curvesand Surfaces in Geometric Design，AK Peters，1994，pp.467-474中敘述的系統(tǒng)中，鏡片表面由仿樣函數(shù)的線形組合限定。仿樣函數(shù)的系數(shù)經(jīng)計算后將成本函數(shù)減至最小。該設(shè)計系統(tǒng)未對表面施加邊界條件，因此要求具體的鏡片邊緣高度輪廓的鏡片不能用該方法設(shè)計。
授予Katzman等人的美國專利6302540號揭示了要求設(shè)計者確定曲率依賴成本函數(shù)的鏡片設(shè)計系統(tǒng)。在Katzman系統(tǒng)中，鏡片的圓面最好被分成多個三角形。該系統(tǒng)產(chǎn)生了作為獨立的“形狀多項式”的線形組合的鏡片表面形狀，這些獨立的“形狀多項式”共有分成三角形數(shù)的七倍那樣多(817-40)。所產(chǎn)生的表面形狀大致將非線性取決于形狀多項式的系數(shù)的成本函數(shù)減至最小(1021-50)。計算系數(shù)要求反復(fù)轉(zhuǎn)換等于系數(shù)數(shù)目的尺寸矩陣。因為每個形狀多項式都對每個三角形上的表面形狀作出貢獻，一般不會有矩陣元素消失。結(jié)果，轉(zhuǎn)換矩陣和計算系數(shù)占用和形狀多項式數(shù)目的至少兩次方成比例的時間。
形狀多項式固有的不精確性(1010-14)意指任何平均光度更快變化的地方圓面都必須被更精細地劃分。這些考慮設(shè)定了將必須被計算的形狀多項式系數(shù)數(shù)目的下限，以及因此設(shè)定了系統(tǒng)要求計算鏡片表面形狀的時間的下限。因為Katzman系統(tǒng)要求至少是三角形數(shù)目的兩次方的時間計算鏡片表面，因此該系統(tǒng)在足夠快地將經(jīng)計算的鏡片表面返回給設(shè)計者使設(shè)計者能和系統(tǒng)互相影響地進行工作方面存在固有的太慢的缺點。該固有的處理延遲阻止了設(shè)計者產(chǎn)生鏡片設(shè)計，然后對該設(shè)計進行調(diào)整，同時實時觀察調(diào)整效果的能力。
上述設(shè)計系統(tǒng)沒有一項提供鏡片設(shè)計者能在鏡片的整個表面上確定要求的光學(xué)性能以及得到和這些光學(xué)性能相協(xié)調(diào)的設(shè)計的方法。結(jié)果，很多這些現(xiàn)有系統(tǒng)在鏡片的邊沿區(qū)域?qū)е鹿鈱W(xué)缺陷以及平均光度上不必要的陡峭梯度。另外，某些現(xiàn)有系統(tǒng)計算上的復(fù)雜性導(dǎo)致冗長的設(shè)計過程，使鏡片設(shè)計者不能互相交流地設(shè)計鏡片。很多現(xiàn)有系統(tǒng)也不包括對鏡片周邊周圍鏡片高度的限定，因此未最大發(fā)揮鏡片的有用面積。
本發(fā)明尋求向鏡片設(shè)計者提供確定鏡片在其全部表面上的平均光度及其周邊周圍的鏡片高度的參數(shù)，以及以對于設(shè)計者能互相交流地利用這些參數(shù)足夠短的時間獲得和這些參數(shù)協(xié)調(diào)的鏡片表面形狀的方法。這樣，就能產(chǎn)生具有為戴鏡人的舒適，容易適應(yīng)以及最大程度擴大鏡片的有效使用面積所要求的平緩，連續(xù)的光學(xué)特性的鏡片設(shè)計。
本發(fā)明不同于現(xiàn)有的設(shè)計過程，現(xiàn)有的設(shè)計過程通常開始于直接制作鏡片的表面形狀，計算光學(xué)性能，然后試圖修改表面形狀優(yōu)化光學(xué)性能。改變表面形狀達到要求的光學(xué)性能的現(xiàn)有技術(shù)在數(shù)值上不穩(wěn)定。因為這個原因，不能依靠現(xiàn)有的設(shè)計過程足夠快地產(chǎn)生鏡片設(shè)計，使設(shè)計者能互相交流地利用這些設(shè)計。和現(xiàn)有的設(shè)計過程相反，本發(fā)明以鏡片表面上的平均光度的關(guān)鍵光學(xué)性能的驗光開始，同時考慮鏡片邊緣高度，然后計算鏡片的表面形狀。
根據(jù)本發(fā)明，平均光度在鏡片的整個表面上分布的眾多點上確定，鏡片高度在鏡片的邊緣周圍確定。鏡片高度在和規(guī)定的平均光度和鏡片邊緣高度相協(xié)調(diào)的眾多點上，某種程度上通過尋找對于取決于作為邊界條件的鏡片邊緣高度的橢圓型偏微分方程為獨特的方案而確定。
本發(fā)明最好結(jié)合鏡片設(shè)計中用于重新分布象散的方法。該方法在鏡片的表面上更均勻地重新分布象散并減小重要區(qū)域中的象散峰值。本發(fā)明也最好結(jié)合為左右眼產(chǎn)生特殊鏡片設(shè)計，同時保持水平對稱和分光平衡的方法。
本發(fā)明的方法最好用計算機上執(zhí)行的軟件實施，以互相作用的方式提供限定鏡片表面形狀的系統(tǒng)，該鏡片表面形狀具有為戴鏡人的舒適，容易適應(yīng)以及最大程度擴大鏡片的有效使用面積所要求的平緩，連續(xù)的光學(xué)特性。
本發(fā)明也包括根據(jù)所揭示的設(shè)計方法設(shè)計的漸進鏡片。鏡片的優(yōu)選實施例包括具有遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域的漸進鏡片，其中鏡片表面上的平均光度根據(jù)一組在鏡片表面形成等平均光度輪廓的曲線變化，在遠距離區(qū)域限定一個恒定平均光度的區(qū)域的輪廓為一個橢圓，該橢圓的長軸和短軸之比在約1.1到3.0之間的范圍。鏡片的另一個優(yōu)選實施例包括具有第一平均光度的遠距離區(qū)域，具有比第一平均光度高的第二平均光度的閱讀區(qū)域，以及在遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域之間，具有至少約10毫米寬度的中心區(qū)域，該區(qū)域中在從遠距離區(qū)域到閱讀區(qū)域的方向光度平緩地并在整個中心區(qū)域基本單調(diào)地增加。
本發(fā)明也包括用于設(shè)計漸進鏡片的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個處理器和一個存儲器，處理器用于接受在覆蓋鏡片表面的坐標(biāo)系上限定平均光度變化以及限定鏡片邊緣周圍的鏡片高度的輸入，和用于在鏡片表面上的眾多點上通過解取決于作為邊界條件的鏡片邊緣上的鏡片高度的橢圓偏微分方程計算鏡片高度，存儲器用于儲存經(jīng)計算的鏡片高度值。用本發(fā)明的系統(tǒng)產(chǎn)生的鏡片設(shè)計最好用應(yīng)用業(yè)內(nèi)眾所周知的技術(shù)的CNC控制的研磨機制造。
下文將敘述本發(fā)明的其他方面。
下文為參考附圖僅以實例的方式對本發(fā)明的相關(guān)實施例進行敘述，這些附圖為圖1是以垂直正視圖顯示的常規(guī)漸進鏡片的示意圖。
圖2是在典型的現(xiàn)有技術(shù)漸進鏡片的表面上平均光度分布的三維圖解表示。
圖3是以垂直正視圖顯示的根據(jù)本發(fā)明的實施例的鏡片的示意圖，顯示了一個連接通路和一個和連接通路相交的輪廓系統(tǒng)的代表性子集。
圖4是顯示沿連接通路確定平均光度的函數(shù)實例的曲線圖。
圖5是顯示包括x軸，y軸以及角θ的優(yōu)選坐標(biāo)系統(tǒng)的鏡片表面的垂直正視圖。
圖6是顯示鏡片的邊界區(qū)域的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的鏡片表面的垂直正視圖。
圖7是顯示鏡片邊界周圍從θ＝0到360度范圍內(nèi)的鏡片邊界高度函數(shù)的實例的曲線圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的鏡片表面上的理論平均光度分布的三維圖解表示。
圖9是顯示沿連接通路的最佳平均光度剖面的實例的曲線圖。
圖10是顯示在等平均光度橢圓族上的平均光度分布的實例的鏡片表面的垂直正視圖。
圖11是顯示鏡片周邊周圍的邊緣高度剖面的實例的曲線圖。
圖12是顯示產(chǎn)生自圖10的平均光度分布和圖11的邊緣高度剖面的象散分布的實例的鏡片表面的垂直正視圖。
圖13是顯示經(jīng)改變以減小沿中心線的象散的平均光度的實例的鏡片表面的垂直正視圖。
圖14是顯示經(jīng)改變的邊緣高度剖面的實例的曲線圖。
圖15是顯示產(chǎn)生自圖13的經(jīng)改變的平均光度分布和圖14的經(jīng)改變的邊緣高度剖面的象散的重新分布的實例的鏡片表面的垂直正視圖。
圖16是顯示結(jié)合如圖17所示的沿連接通路的平均光度剖面變化的平均光度分布的實例的鏡片表面的垂直正視圖。
圖17是顯示沿連接通路的平均光度剖面的變化以優(yōu)化中心地帶區(qū)域的平均光度的實例的曲線圖。
圖18是顯示從經(jīng)再計算的表面高度分布得到的象散分布的實例的鏡片表面的垂直正視圖。
圖19是顯示旋轉(zhuǎn)的平均光度分布的實例的鏡片表面的垂直正視圖。
圖20是顯示旋轉(zhuǎn)的邊緣高度剖面的實例的曲線圖。
圖21是顯示產(chǎn)生自圖19的旋轉(zhuǎn)的平均光度分布和圖20的旋轉(zhuǎn)的邊緣高度剖面的象散分布的實例的鏡片表面的垂直正視圖。
圖22是顯示本發(fā)明的設(shè)計方法的一個實施例的主要步驟的流程圖。
鏡片表面可以通過方程z＝f(x，y)表示，式中x，y和z是笛卡兒直角坐標(biāo)。
為簡明起見，使∂x≡∂∂x;∂y≡∂∂y;∂x2≡∂2∂x2;∂y2≡∂2∂y2;,]]>且∂xy2≡∂2∂x∂y.]]>表面的主要曲率半徑R1和R2為二次方程[rt-s2]R2+h[2pqs-(1+p2)t-(1+q2)r]R+h4＝0(1)的根，式中p≡xz，q≡yz，r≡∂x2z,]]>s≡∂xy2z,]]>且h≡(1+p2+q2).]]>例如見I.N.Bronshtein & K.A.Semendyayev，“A Guide Book to Mathematics，”Verlag Harri Deutsch，1971。曲率的主要值分別為1/R1和1/R2。主要的曲率微分<δ>≡|1R1-1R2|]]>和象散的光學(xué)性能相關(guān)(也被認(rèn)作圓柱光度)，表達為D＝1000(n-1)<δ>，式中D在屈光度中測量，n是折射率，距離用毫米測量。
平均曲率<μ>≡12(1R1+1R2)]]>類似地相關(guān)于平均光度M＝1000(n-1) <μ>的光學(xué)性能，也在屈光度中測量。如本文中所用，<μ>是兩個主要曲率的平均值，<δ>是兩個主要曲率的絕對微分。
在本發(fā)明的一個實施例中，設(shè)計者最好在整個鏡片區(qū)域上規(guī)定M(x，y)和<μ>(x，y)。為了設(shè)計漸進鏡片，用坐標(biāo)的最佳系統(tǒng)在整個鏡片表面上規(guī)定平均光度。該最佳系統(tǒng)由聚集性地充滿鏡片的全部區(qū)域的非互相相交的輪廓連續(xù)組和一個連接通路組成，每個輪廓線和該連接通路相交一次。連接通路是連接遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域中的點的曲線。為了規(guī)定在該坐標(biāo)的最佳系統(tǒng)中的平均光度，設(shè)計者規(guī)定平均光度怎樣沿該連接通路變化以及平均光度怎樣從其和連接通路的交點沿每個輪廓變化。最好平均光度沿連接通路的變化應(yīng)由從遠距離區(qū)域中的低值到閱讀區(qū)域中的高值的范圍中的適當(dāng)?shù)钠骄徍瘮?shù)敘述。
最好還有邊界周圍的鏡片高度由圖6顯示的靠近遠距離和閱讀區(qū)域并逐漸靠近中間區(qū)域的幾乎不變的函數(shù)規(guī)定。構(gòu)造這樣的函數(shù)的一種方法是已知的基本函數(shù)的任何廣泛變化的平緩的分段的復(fù)合函數(shù)，諸如多項式，三角或高斯函數(shù)。
然后以平均光度分布為基礎(chǔ)確定鏡片的表面形狀和邊界上的鏡片高度。最佳方法是解邊值問題。
然后可以減小重要區(qū)域中的不需要的象散以及可產(chǎn)生個別的左右鏡片設(shè)計，如下文將更詳盡敘述的那樣。
A.規(guī)定鏡片表面上的平均光度對于本發(fā)明的漸進鏡片，規(guī)定作為整個鏡片區(qū)域上的函數(shù)的平均光度M的優(yōu)選方法包括四個步驟。首先，設(shè)計者在遠距離區(qū)域中選擇點PD和在閱讀區(qū)域中選擇點PR以及連接這些點的通路。在一個實施例中，該兩個點和連接通路沿鏡片的左右對稱軸設(shè)置。因此，在本實施例中連接通路被稱為光路剖面子午線。圖3是顯示經(jīng)選擇的點PD和PR的漸進鏡片的垂直正視圖(平面圖)，點PD和PR作為連接通路(或光度剖面子午線)24的每端的端點20和24顯示。
其次，選擇輪廓的連續(xù)組，取決于這樣的條件，即組中的每個輪廓和光度子午線相交一次，組中沒有兩個輪廓互相相交。圖3的在鏡片邊界10中的曲線為這樣的輪廓連續(xù)組的一個實例的代表成員。在一個優(yōu)選實施例中，輪廓組聚集性地充滿了鏡片的整個圓面。在第二優(yōu)選實施例中，設(shè)計者可限定恒定平均光度的遠距離區(qū)域32和閱讀區(qū)域34。輪廓組聚集性地充滿其余的鏡片區(qū)域。
在圖3顯示的實例中，曲線28和30為形成恒定光度的區(qū)域的邊界的輪廓。在該實例中，輪廓的連續(xù)組由兩個雙曲線族構(gòu)成x2ξR2-(y-PR)2ζR2=1for y≤0and----(2A)]]>x2ξD2-(y-PD)2ζD2=1for y≥0,----(2B)]]>式中x和y坐標(biāo)根據(jù)圖5顯示的坐標(biāo)系定義。當(dāng)參數(shù)ξR和ξD變化時，輪廓組充滿輪廓28和30之間的整個區(qū)域。對于y＝0，兩個雙曲線族重疊，當(dāng)ξR和ξD變化時，每個雙曲線族都包括作為成員的圓面的赤道26。
圖3顯示的輪廓線組并不是滿足上文給出的條件的輪廓的唯一實例。輪廓可以從圓錐曲線以外的其他曲線族中選擇，或從雙曲線以外的其他圓錐曲線中選擇。在第二優(yōu)選實施例中，輪廓組可很好相等地由兩個橢圓族構(gòu)成。在該實施例的一個實例中，形成遠距離區(qū)域的邊界的輪廓最好是一個橢圓，其長軸和短軸之比在約1.1到3.0的范圍內(nèi)。還希望輪廓可以從圓錐曲線以外的其他曲線族中選擇。
在規(guī)定鏡片上的平均光度的優(yōu)選方法的第三步中，設(shè)計者規(guī)定一個函數(shù)，該函數(shù)規(guī)定平均光度沿光度剖面子午線的變化。最好所規(guī)定的函數(shù)考慮到戴鏡者舒適度以及鏡片希望用途的標(biāo)準(zhǔn)。符合這樣的標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)可以例如為基本函數(shù)的線性組合。這樣的函數(shù)的一個實例是M(y)=MD+[MR-MD2][1-cos(πyD-yyD-yR)],]]>式MD是遠距離區(qū)域中在點PD＝(0，yD)規(guī)定的平均光度，MR是遠閱讀區(qū)域中在點PR＝(0，yR)規(guī)定的平均光度。
圖4是依靠鏡片的y軸沿光度子午線的長度畫出的平均光度M的曲線。曲線的兩端相應(yīng)于光度子午線的端點20和22。沿光度子午線規(guī)定平均光度M的函數(shù)36被顯示為平均光度的適當(dāng)變化的實例。在所顯示的實例中，平均光度在遠距離區(qū)域32和閱讀區(qū)域34中都是常數(shù)。
最后，在規(guī)定鏡片上的平均光度的優(yōu)選方法的第四步中，設(shè)計者規(guī)定一個函數(shù)，該函數(shù)規(guī)定平均光度M沿每個輪廓線的變化。在輪廓和光度剖面子午線相交點上的平均光度等于在光度剖面子午線上的點上規(guī)定的平均光度。這樣，限定平均光度M沿每個輪廓線的變化完成了在鏡片的全部表面上的平均光度的限定。一個和該要求相協(xié)調(diào)的方便的選擇是對于平均光度簡單地沿每個輪廓都保持常數(shù)。其他選擇也和所揭示的實施例相協(xié)調(diào)。
B.規(guī)定鏡片邊界上的鏡片高度在優(yōu)選實施例中，設(shè)計者也規(guī)定鏡片邊緣上的鏡片高度。(如本文所用，術(shù)語“鏡片邊緣”和“鏡片邊界”同義)。設(shè)計者規(guī)定鏡片邊界高度函數(shù)z(θ)，z指鏡片的高度，θ指鏡片邊界周圍的角坐標(biāo)。圖5顯示了被指定為鏡片邊緣48周圍的角的θ的最佳約定，該角以逆時針從鏡片邊緣的x切點起算。最好設(shè)計者對z(θ)的規(guī)定考慮到戴鏡者的舒適以及鏡片的希望用途。Z(θ)的不連續(xù)或陡峭的變化通常導(dǎo)致對戴鏡者很不舒適的圖象跳動。還有，為了支撐在眼鏡框中，鏡片邊緣應(yīng)既不太厚也不太薄。
對于漸進鏡片，附加的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)最好應(yīng)用到z(θ)。圖6是漸進鏡片表面的垂直正視圖(平面圖)，顯示了大致相應(yīng)于圖1顯示的典型的漸進鏡片的毗鄰區(qū)域的鏡片邊界的扇區(qū)。邊界扇區(qū)50大致毗鄰遠距離區(qū)域40；邊界扇區(qū)52大致毗鄰閱讀區(qū)域42；邊界扇區(qū)54和56大致毗鄰邊沿區(qū)域44和46。為了便于設(shè)計在遠距離和閱讀區(qū)域相對均勻的光學(xué)特性，最好z(θ)在每個扇區(qū)50和52中幾乎不變。為了便于設(shè)計在鏡片周邊不產(chǎn)生令人不舒適的圖象扭曲，最好在扇區(qū)54和56中z(θ)逐漸變化，在扇區(qū)50和52之間造成基本平緩的過渡。
為了滿足這些設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計者可以例如從諸如多項式或三角函數(shù)的已知基本函數(shù)的任何廣泛變化的平緩的分段的復(fù)合函數(shù)構(gòu)造z(θ)。
圖7顯示了鏡片邊界高度函數(shù)60的最佳定性行為，顯示依靠橫坐標(biāo)上的角坐標(biāo)θ畫出的縱坐標(biāo)上的鏡片邊界高度z，θ在鏡片邊界扇區(qū)50，52，54和56中從0度到360度變化。
在這些標(biāo)準(zhǔn)中，漸進鏡片的z(θ)規(guī)定中保留一些靈活性。在檢查表面形狀已經(jīng)根據(jù)本實施例確定的鏡片的光學(xué)性能以后，設(shè)計者可以通過修改z(θ)利用這種靈活性。已經(jīng)顯示，典型的漸進鏡片可以用本文敘述的方法在一小時或更少的時間內(nèi)設(shè)計和優(yōu)化，鏡片表面上鏡片高度分布的每個成功的計算都在幾分鐘內(nèi)進行。通過如此快速反饋的優(yōu)點，設(shè)計者可以以這樣的方法修改z(θ)，該方法導(dǎo)致在鏡片的重要區(qū)域中改進諸如降低象散的光學(xué)性能。
C.確定鏡片表面形狀在規(guī)定平均曲率函數(shù)<μ>時，高度函數(shù)滿足[∂x2+∂y2]z=F----(3)]]>式中F=:2<μ>[1+(∂xz)2+(∂yz)2]3/2-[∂yz]2∂x2z+2[(∂xz)(∂yz)]∂xy2z-[∂xz]2∂y2z]]>本實施例通過解方程(3)確定鏡片表面的形狀，方程(3)取決于規(guī)定鏡片邊緣高度z(θ)的邊界條件。因為方程(3)是橢圓型的偏微分方程，對于鏡片表面形狀z一定存在唯一的不變解。為了確定該解，本實施例用一個疊代過程求方程(3)的數(shù)值解。
為了建立起始解，假定一個低光度的鏡片構(gòu)型，該構(gòu)型中|xz|＜＜1以及yz|＜＜1。對于該起始解，xz和yz可以從方程(3)中消去，導(dǎo)致一個Poisson方程[∂x2+∂y2]z=2<μ>----(4)]]>鏡片的區(qū)域用方格網(wǎng)覆蓋。平均曲率<μ>從各個網(wǎng)點的M確定其值；該值和兩個離散變量的函數(shù)F(0)成比例。貫穿全過程，帶有帶圓括號的上標(biāo)的函數(shù)將是代表相應(yīng)連續(xù)體函數(shù)的各個網(wǎng)點上的值兩個離散變量的函數(shù)。在圓面邊界上的各個網(wǎng)點上的Z(0)代表在這些點上的z(θ)值。對于靠近圓面邊界的網(wǎng)點，z(0)的值是z(θ)的附近值的適當(dāng)?shù)钠骄怠Ｔ诰W(wǎng)格上的其他地方不需限定z(0)。
括號中的上標(biāo)和疊代的階段有關(guān)。在第一疊代中，方程(4)的離散模擬(∂x2z)(1)+(∂y2z)(1)=F(0)withF(0)=2<μ>----(5)]]>求該方程的解以得到z(I)。
對于各個網(wǎng)點用Successive Over-Relaxation(SOR)Technique求z(I)的解。用于求解橢圓方程的SOR技術(shù)在W.H.Press等人的“Numerical Recipes in CThe Art of Scientific Computing”(Cambridge University Press 1992)的19.2和19.5節(jié)中討論，該內(nèi)容通過引用而結(jié)合在本文中。
在后繼的疊代中，求解方程(6)，方程(3)的離散模擬(∂x2z)(n+1)+(∂y2z)(n+1)=F(n)----(6)]]>以得到z(n+1)。對于n≥1，F(xiàn)(n)包括方程(3)中顯示的所有項。在各個網(wǎng)點上用先前的疊代中在各個網(wǎng)點上確定的z(n)值計算F(n)的值。如方程(3)中所示，在F中顯示的z的偏微分用中心微分方案計算，對于靠近圓周邊界的各個網(wǎng)點加以特別小心。還有，SOR技術(shù)被用于解各個網(wǎng)點上的z(n+I)。
SOR技術(shù)在解中用網(wǎng)格上的重復(fù)掃描系列進行會聚。會聚的速率取決于Over-Relaxation Factor(ORF)的值，ORF的最佳值由實驗確定。一旦確定，同樣的值對解諸如方程(6)的連續(xù)疊代的相似的方程也為最佳。(見Press等人文章的19.5節(jié))SOR技術(shù)的一個重要優(yōu)點是其在和網(wǎng)點數(shù)的平方根成比例的時間內(nèi)達到會聚。該特征意指能夠以計算時間上的合理成本為SOR實施充分的網(wǎng)格密度，以會聚到方程(6)的解，該解在各個網(wǎng)點上和方程(3)的唯一解相對應(yīng)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，方程(6)的五次疊代將典型地產(chǎn)生方程(3)的令人滿意的數(shù)值解。
D.在重要區(qū)域減小不希望的象散用上述產(chǎn)生自上述步驟C的鏡片表面形狀可以在每個網(wǎng)點計算主要曲率微分<δ>。在<δ>中顯示的z的偏微分用中心微分方案計算，對于靠近圓周邊界的各個網(wǎng)點加以特別小心。
在諸如中心和閱讀區(qū)域的重要區(qū)域中可能發(fā)現(xiàn)過度的象散。雖然在漸進鏡片設(shè)計中不能完全避免象散，但象散可以離開重要區(qū)域更均勻地再分布。在例如中心區(qū)域的象散可以被減小以改進該處的光學(xué)性能。可以建立對于在中心區(qū)域諸如D≤0.15*(MR-MD)的可接受象散的最大水平的標(biāo)準(zhǔn)。這里，MD是在遠距離區(qū)域的點PD規(guī)定的平均光度，MR是在閱讀區(qū)域的點PR規(guī)定的平均光度。
假定鏡片形狀圍繞中心線對稱，因此z＝f(x，y)，其中f(-x，y)＝f(x，y)。然后沿中心線，p＝0和s＝0以及平均曲率<μ>和主要曲率微分<δ>分別由方程(7)給出<μ>=(t+h2r)2h3]]>and<δ>=(t-h2r)h3.----(7)]]>為了使象散D沿中心線精確地消失，必須使t等于h2r，使平均曲率<μ>等于r/h。因此<μ>函數(shù)將必須根據(jù)方程(8)修改<μ>(0，y)→<μ>(0，y)+Δ<μ>(0，y) (8)式中Δ<μ>(0,y)≡rh|(0,y)-<μ>(0,y)=-∂x2z1+(∂yz)2|(0,h)-<μ>(0,y)----(9)]]>為了在中心區(qū)域減小象散D以及同時在鏡片上分布平均光度M的各種變化，可以應(yīng)用發(fā)散函數(shù)σ(x)<μ>(x，y)→<μ>(x，y)+σ(x)Δ<μ>(0，y) (10)σ(x)可以是在x＝0時采取值1的任何平緩-變化函數(shù)。這樣的函數(shù)的一個實例為
σ(x)=exp(-k2(x-xL)2)|x<xLexp(-k2(x-xR)2)|x>xR1|xL≤x≤xR----(11)]]>式中xR和-xL在左右鏡片處理前采取相等的值并為發(fā)散函數(shù)σ(x)產(chǎn)生一個常數(shù)區(qū)域。參數(shù)k控制σ(x)向常數(shù)區(qū)域的左右衰減的速率。產(chǎn)生自方程(8)，(9)和(10)的平均曲率函數(shù)<μ>(x，y)可以在各個網(wǎng)點計算并用于以步驟C中敘述的方式完整地重新計算表面高度函數(shù)z。
在用經(jīng)選擇的σ(x)完整地重新計算中，方程(9)中包含的導(dǎo)數(shù)當(dāng)然通常要取新值。結(jié)果，平均曲率函數(shù)<μ>(x，y)也將取新值。變量z，<μ>和<δ>重復(fù)地重新計算，重復(fù)的終止由設(shè)計者斟酌。如果必要，xL，xR和k的值可以在該過程中自身變化。
象散可以首先通過確定所需要的M中的局部變化以使D在該區(qū)域中精確地消失，然后通過在鏡片上分布M中的變化而在任何重要區(qū)域中相似地減小。結(jié)果是各個網(wǎng)點上的一組經(jīng)修改的M值。經(jīng)修改的M被返回步驟C中的方程(5)以得到各個網(wǎng)點上的經(jīng)修改的鏡片表面函數(shù)z。經(jīng)修改的z反過來被用于重新計算各個網(wǎng)點上的象散，整個過程可以多次重復(fù)，直至發(fā)現(xiàn)象散的分布可接受為止。
E.優(yōu)化光度剖面子午線周圍的平均光度分布作為改變光度以減小不希望的象散的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，在一定的重要區(qū)域中的平均光度不再是設(shè)計者所要求的平均光度。圖9顯示了減小象散以后平均光度剖面的一個實例(線72)。對于一個典型的設(shè)計，要求在適配點上將平均光度保持在一定數(shù)值之下(線74)。也將要求使平均光度達到正確的附加光度，在該實例中在遞增測量點上為2.00屈光度(線76)。為了達到要求的平均光度剖面，不明顯提高象散的水平，平均光度可以局部改變。這在圖9中由線70顯示，在x方向上的一些有限寬度上造成例如12到16mm的這種改變。該經(jīng)修改的平均光度可以以簡單的線性方式在鏡片上分布。新M分布被返回到步驟C的方程(5)以在各個網(wǎng)點得到經(jīng)修改的鏡片表面函數(shù)z。該經(jīng)修改的z反過來被用于重新計算各個網(wǎng)點上的象散D，使其在檢驗中能處在可接受限度的范圍中。整個過程可以多次重復(fù)，直至發(fā)現(xiàn)平均光度和象散的分布可接受為止。
F.設(shè)計左右鏡片一旦得到可接受的鏡片形狀，為了最大程度地減小左右兩眼間的不平衡必須進行左眼型式和右眼型式的設(shè)計。和現(xiàn)有方法處理左右鏡片的問題相反，在平均曲率和邊緣高度的規(guī)定中存在對左右鏡片處理機構(gòu)的直接控制。為了完成這一點，左右鏡片通過以角依賴的方式轉(zhuǎn)動平均曲率<μ>(x，y)和邊界高度z(θ)進行設(shè)計，具體地說，(數(shù)學(xué)公式略)式中(ρ，θ)是相應(yīng)于(x，y)的極坐標(biāo)。左右鏡片函數(shù)H有這樣的形式(數(shù)學(xué)公式略)式中h0是左右鏡片角，ω控制經(jīng)左右處理的閱讀區(qū)域的非變形部分，K確定純轉(zhuǎn)動前面和后面的區(qū)域的性質(zhì)。這些參數(shù)的典型值可以是h0＝9度，ω＝30度，K＝1.5。平均曲率和邊緣高度值返回到步驟C的方程(5)以得到各個網(wǎng)點上的重新計算的鏡片表面函數(shù)z(x，y)。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的鏡片表面上的理論平均光度分布的三維圖解表示。垂直方向描繪平均曲率M。M被描繪為在兩個水平方向上顯示的x和y的函數(shù)。鏡片的圓面從鏡片平面上面以小于90°的角觀看。因為遠距離區(qū)域被顯示在圖8中的前面，閱讀區(qū)域在后面，在從后到前的方向中y的值增加。如能從圖中看出，在遠距離區(qū)域中有一個較小平均曲率62的區(qū)域，在閱讀區(qū)域中有一個較大平均曲率64的區(qū)域。在整個遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域之間的光學(xué)臨界區(qū)域以及在邊沿區(qū)域66和68中，平均光度平緩地過渡以及隨y的增加基本單調(diào)地增加。
G.鏡片設(shè)計的一個實例下文為用包括本發(fā)明的方法產(chǎn)生的鏡片設(shè)計的一個實例。最初為鏡片的全部表面限定一個平均光度分布。圖10中可看到用等平均光度橢圓族的適當(dāng)?shù)姆植?，圖中輪廓線被顯示為具有0.25到2.00屈光度并以0.25屈光度遞增的平均光度值。為了完整限定整個表面，也必須規(guī)定鏡片邊緣周圍的鏡片高度。圖11中顯示了適當(dāng)?shù)溺R片邊緣高度函數(shù)的一個實例。該圖顯示了從遠距離區(qū)域的邊緣參照的以毫米為單位的鏡片表面高度z。這些參數(shù)被用作上述步驟C中討論的方程(10)的輸入，并且在完整的表面上為表面高度z解這些方程。用高速數(shù)字計算機應(yīng)用業(yè)內(nèi)眾所周知的軟件和編程技術(shù)得到方程的數(shù)值解。適當(dāng)?shù)挠嬎銠C可以是奔騰III個人計算機或最新處理器，諸如Compaq EVO D300。解邊值問題需要的計算時間大致上和用于計算高度的點數(shù)的平方根成比例。
通過結(jié)果的z高度值可以為設(shè)計計算象散和球面光度的分布。雖然球面光度的分布原則上可以直接從限定的平均光度分布和經(jīng)計算的象散分布計算，但從結(jié)果的z高度值計算球面光度對于確認(rèn)該z高度值和限定的平均光度分布相協(xié)調(diào)是很有用的。圖12顯示了產(chǎn)生自圖10和圖11的平均光度分布和鏡片邊緣高度函數(shù)的象散的分布。
下一步是將中心地帶區(qū)域的象散減小到可接受的水平。該減小通過根據(jù)上述方程(8)，(9)和(10)改變平均光度分布而達到。圖13顯示了結(jié)果的經(jīng)改變的平均光度分布。為了最好考慮到戴鏡者舒適度的標(biāo)準(zhǔn)，鏡片邊緣高度函數(shù)也可以改變，圖14顯示了經(jīng)改變的鏡片邊緣高度函數(shù)的一個實例。然后經(jīng)改變的平均光度和邊緣高度函數(shù)被用于通過解上述方程(5)在整個表面上重新計算表面高度z的分布。圖15顯示了從經(jīng)重新計算的表面高度分布得到的象散分布。該步驟可以多次重復(fù)，直至設(shè)計者發(fā)現(xiàn)象散分布可接受為止。
圖17顯示了平均光度剖面沿中心線引起改變以在中心地帶區(qū)域減小象散的一個實例。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)中心地帶區(qū)域的象散被減小到可接受的水平，設(shè)計者可以發(fā)現(xiàn)沿中心線的平均光度剖面不再符合最初的要求。如圖17的實例所示，在該附加區(qū)域，在附加測量點(-13mm)的平均光度低于所要求的2.00屈光度。然后平均光度剖面必須根據(jù)上述步驟E進行優(yōu)化。然后在鏡片的中心線周圍的12mm寬度上的經(jīng)優(yōu)化的平均光度剖面被用作輸入以通過再次解方程(5)重新計算表面高度z的分布。圖16顯示了結(jié)合圖17所示變化的平均光度分布。然后經(jīng)改變的平均光度和先前的邊緣高度剖面函數(shù)被用于通過如上所述解方程(5)重新計算整個表面上的表面高度z的分布，圖18顯示了從經(jīng)重新計算的表面高度分布得到的象散分布。
最后設(shè)計必須進行左右眼處理以便應(yīng)用到眼鏡框的左右眼中。該處理通過如上述步驟F敘述的轉(zhuǎn)動平均光度分布和鏡片邊緣高度函數(shù)而達到，并再次通過解上述方程(5)重新計算表面高度z的分布。圖19顯示了經(jīng)轉(zhuǎn)動的平均光度分布的一個實例，圖20顯示了經(jīng)轉(zhuǎn)動的邊緣高度函數(shù)的一個實例。重新計算表面高度z以后，再一次得到象散分布。圖21中可看到這樣的象散分布的一個實例。
如圖19中可見，完整的鏡片設(shè)計包括在鏡片頂部的相對低平均光度的遠距離區(qū)域和鏡片底部的相對高平均光度的閱讀區(qū)域。在遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域之間延伸的整個中心區(qū)域中，平均光度在從遠距離區(qū)域到閱讀區(qū)域的方向上平緩地并基本單調(diào)地增加。在一個優(yōu)選實施例中，該中心區(qū)域至少30毫米寬，但可根據(jù)鏡片設(shè)計繞該寬度變化。在一些設(shè)計中，中心部分的最小寬度可以約20毫米寬或可以約10毫米寬。
然后表面高度z的結(jié)果分布可以以下述任何方式應(yīng)用1.在塑料或玻璃鏡片上直接進行漸進表面的機器加工；2.直接加工將用于通過鑄造或模制生產(chǎn)漸進塑料鏡片的玻璃或金屬模具；3.機器加工凸型或凹型的陶瓷成型器，凸型將用于通過塌陷工藝生產(chǎn)玻璃漸進鏡片，凹型將用于通過塌陷工藝生產(chǎn)塑料漸進鏡片通過其模鑄的玻璃模具。
如上所述，表面高度z的計算最好在計算機上進行。代表表面高度分布的結(jié)果數(shù)據(jù)最好儲存在計算機的存儲器中，可被儲存到硬盤驅(qū)動，CD-ROM，磁帶或其他適當(dāng)?shù)挠涗浢浇橹小?br>
機器加工最好通過將表面高度數(shù)據(jù)電子傳輸?shù)接嬎銠C數(shù)字控制(CNC)的研磨機上進行。適當(dāng)?shù)腃NC機的實例包括在塑料或玻璃鏡片上直接加工漸進表面的Schneider HSC 100 CNC，加工玻璃或金屬模具的Mikron VCP600或加工陶瓷成型器的Mikron WF32C或Schneider HSG 100 CNC，當(dāng)然其他適當(dāng)?shù)臋C器業(yè)內(nèi)熟練人士也都眾所周知的。
在每一上述情況下，表面高度z的分布必須經(jīng)過后處理以適合所使用的研磨機上的具體CNC控制器。也必須對取決于尺寸和所使用的研磨/切削工具的類型的表面幾何形狀建立補償。在加工用于塌陷工藝的陶瓷成型器的情況下，還必須對表面高度z的分布建立進一步的補償，注意不希望的幾何形狀的變化。這些變化來自被加熱到其軟化溫度的玻璃的彎曲和流動，因此陶瓷成型器的形狀要考慮這些問題。
根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的鏡片不需要具有圓形的外形。作為任何上述制造程序的一部分，鏡片可以加工成用于各種鏡架的各種外形。另外，用于計算鏡片表面高度z的鏡片邊緣高度不需要是鏡片毛坯的物理邊緣。例如，典型的70毫米圓鏡片毛坯可以具有從鏡片毛坯的實際邊緣限定為10毫米的邊緣高度，取決于最終要求的鏡片尺寸。在該實例中，設(shè)計者的平均光度規(guī)范和鏡片表面高度的計算將應(yīng)用于鏡片邊界中的的限定鏡片邊緣高度的區(qū)域，而不應(yīng)用于鏡片毛坯的整個表面。
圖22提供了顯示上述工藝的流程圖。該流程圖說明了包括在上述漸進鏡片的設(shè)計和制造過程中的每一個主要步驟。應(yīng)該注意，圖22僅敘述了設(shè)計和制造過程的一個實例，并不是流程中顯示的所有步驟對于給出的鏡片設(shè)計都是必須的。
本文敘述了經(jīng)改進的漸進遞增光度視力鏡片的設(shè)計方法?？梢岳斫獾氖?，該方法根據(jù)幾個實施例進行敘述，可以有各種修改和替代形式。因此，雖然敘述了具體實施例，但這些實施例僅是實例，并不限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)計漸進鏡片表面的方法，包括在分布于鏡片的整個表面上的多個點上規(guī)定平均光度；規(guī)定鏡片邊緣周圍的鏡片高度；和在多個和規(guī)定的平均光度和鏡片邊緣高度相協(xié)調(diào)的點上確定鏡片高度，包括尋求取決于鏡片邊緣高度的邊界條件的橢圓型偏微分方程的唯一解。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中尋求偏微分方程的唯一解包括應(yīng)用連續(xù)的超張弛技術(shù)在該方程的解上會聚；和確定超張弛因子以最有效率地張弛該方程。
3.如權(quán)利要求1-2中的任何一項所述的方法，其特征在于，其中在多個點上確定鏡片高度的步驟包括在鏡片的表面定義包括多個點的網(wǎng)格；在如由鏡片表面上規(guī)定的平均光度分布限定的網(wǎng)格的每個點上確定平均光度；和在網(wǎng)格上求取取決于作為邊界條件的鏡片邊緣高度的橢圓型偏微分方程的數(shù)值解，確定網(wǎng)格上每個點的鏡片高度。
4.如權(quán)利要求1-3中的任何一項所述的方法，其特征在于，其中鏡片包括遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域，以及其中規(guī)定平均光度的步驟進一步包括沿從遠距離區(qū)域中的第一點到閱讀區(qū)域中的第二點延伸的連接通路規(guī)定平均光度；和在鏡片的整個區(qū)域上和沿連接通路規(guī)定的平均光度相協(xié)調(diào)地廣泛分布的坐標(biāo)系上規(guī)定平均光度。
5.如權(quán)利要求1-3中的任何一項所述的方法，其特征在于，其中鏡片包括遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域，以及其中規(guī)定平均光度的步驟進一步包括規(guī)定遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域中的平均光度；沿從遠距離區(qū)域中的第一點到閱讀區(qū)域中的第二點延伸的連接通路規(guī)定平均光度；和在鏡片的整個區(qū)域上和沿連接通路規(guī)定的平均光度相協(xié)調(diào)地廣泛分布的坐標(biāo)系上規(guī)定平均光度。
6.如權(quán)利要求4-5中的任何一項所述的方法，其特征在于，其中坐標(biāo)系包括一組輪廓線，每個輪廓線和連接通路相交，以及其中在坐標(biāo)系上規(guī)定平均光度進一步包括沿作為函數(shù)的輪廓線規(guī)定平均光度變化，在輪廓線上的平均光度和在連接通路上的平均光度在輪廓線和連接通路相交處的每個點上都相等。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，其中，每個輪廓線僅和連接通路相交一次，以及每個輪廓線不和任何其他輪廓線相交。
8.如權(quán)利要求6-7中的任何一項所述的方法，其特征在于，其中平均光度沿每個輪廓線的長度恒等。
9.如權(quán)利要求6-7中的任何一項所述的方法，其特征在于，其中平均光度沿每個輪廓線的長度變化。
10.如權(quán)利要求4-9中的任何一項所述的方法，其特征在于，其中規(guī)定鏡片邊緣周圍的鏡片高度包括定義邊界高度剖面函數(shù)，其中邊界高度僅在和遠距離區(qū)域毗鄰的第一邊界扇區(qū)以及和閱讀區(qū)域毗鄰的第二邊界扇區(qū)中稍許變化，且邊界高度在第一和第二邊界扇區(qū)之間經(jīng)歷基本平緩的過渡。
11.如權(quán)利要求4-10中的任何一項所述的方法，進一步包括重新分布遠離連接通路的象散。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其中重新分布象散的步驟包括確定減小連接通路上的象散需要的平均光度的變化；在鏡片上分布平均光度的變化以修改規(guī)定的平均光度值；和用經(jīng)修改的在鏡片表面上分布的多個點上的平均光度確定這些點上的鏡片高度。
13.在上述權(quán)利要求的任何一項中所述的方法，進一步包括以受控方式相對于在鏡片表面上分布的多個點轉(zhuǎn)動規(guī)定的平均光度值和相對于鏡片的邊緣轉(zhuǎn)動規(guī)定的鏡片邊緣高度。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，其中轉(zhuǎn)動由角依賴左右鏡片函數(shù)H(θ)控制，因此M(ρ，θ)→M(ρ，H(θ))和z(θ)→z(H(θ))，其中M為平均光度，z(θ)為鏡片邊緣高度，以及(ρ，θ)為鏡片區(qū)域上的極坐標(biāo)。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求的任何一項設(shè)計的漸進鏡片。
16.漸進鏡片包括一個具有可變高度的表面以及包括遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域，其中鏡片表面上的平均光度根據(jù)一組在鏡片表面上形成等平均光度輪廓的曲線變化，以及在遠距離區(qū)域限定恒定平均光度的區(qū)域的輪廓為一個長軸和短軸之比在約1.1到3.0范圍內(nèi)的橢圓。
17.如權(quán)利要求16所述的漸進鏡片，其特征在于，其中，平均光度M沿從遠距離區(qū)域中的第一點到閱讀區(qū)域中的第二點延伸的連接通路根據(jù)下述形式的方程變化M(y)=MD+[MR-MD2][1-cos(πyD-yyD-yR)],]]>式中MD為遠距離區(qū)域中的第一點(0，yD)上規(guī)定的平均光度，MR為閱讀區(qū)域中的第二點(0，yR)上規(guī)定的平均光度。
18.如權(quán)利要求16-17中的任何一項所述的漸進鏡片，其特征在于，其中沿連接通路的象散小于0.15*(MR-MD)，式中MD為遠距離區(qū)域中的第一點上規(guī)定的平均光度，MR為閱讀區(qū)域中的第二點上規(guī)定的平均光度。
19.一種漸進鏡片，包括具有第一平均光度的遠距離區(qū)域；具有比第一平均光度高的第二平均光度的閱讀區(qū)域；和在遠距離區(qū)域和閱讀區(qū)域之間的中心區(qū)域，中心區(qū)域的寬度至少10毫米寬，其中在整個中心區(qū)域平均光度在從遠距離區(qū)域到閱讀區(qū)域的方向上平緩地和基本單調(diào)地增加。
20.如權(quán)利要求19所述的漸進鏡片，其特征在于，其中中心區(qū)域的寬度至少約20毫米。
21.如權(quán)利要求19所述的漸進鏡片，其特征在于，其中中心區(qū)域的寬度至少約30毫米。
22.用于設(shè)計漸進鏡片的系統(tǒng)，包括一個用于接收在覆蓋鏡片表面的坐標(biāo)系上限定平均光度變化和限定鏡片邊緣周圍的鏡片高度的輸入，以及用于通過解取決于作為邊界條件的鏡片邊緣上的鏡片高度的橢圓型偏微分方程計算在鏡片表面上的多個點上的鏡片高度的處理器；和一個用于儲存經(jīng)計算的鏡片高度值的存儲器。
23.用于設(shè)計漸進鏡片的系統(tǒng)包括一個用于根據(jù)權(quán)利要求1-14中的任何一項的方法計算在鏡片表面上的多個點上的鏡片高度的處理器。
24.如權(quán)利要求22-23中的任何一項所述的系統(tǒng)，進一步包括一個數(shù)字控制的研磨機，用于接收經(jīng)計算的鏡片高度值并用該經(jīng)計算的鏡片高度值加工鏡片或加工用于生產(chǎn)鏡片或生產(chǎn)用于生產(chǎn)鏡片的成型器的模具。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中數(shù)字控制的研磨機根據(jù)適配于該研磨機的加工工具的類型調(diào)節(jié)經(jīng)計算的鏡片高度值。
全文摘要
一種設(shè)計漸進鏡片的系統(tǒng)和方法。在鏡片的整個表面上分布的多個點上規(guī)定平均光度，在鏡片邊緣周圍規(guī)定鏡片高度。部分通過求解取決于作為邊界條件的鏡片邊緣高度的橢圓型偏微分方程在和規(guī)定的平均光度和鏡片邊緣高度相協(xié)調(diào)的各個點上確定鏡片高度。連續(xù)的超張弛技術(shù)可用于在偏微分方程的解上會聚，以及可確定超張弛因子以最有效率地張弛該方程。
文檔編號G02C7/06GK1666135SQ02829399
公開日2005年9月7日 申請日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者T·斯蒂爾, H·麥克勞格林, D·佩納 申請人:克勞斯鮑斯光學(xué)有限公司