專利名稱：減小色差的鏡片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鏡片。特別地，本發(fā)明涉及減小色差的眼鏡鏡片。
背景技術(shù)：
鏡片用于矯正屈光不正的用途是眾所周知的。在制造眼鏡鏡片時(shí)，尤其是高光焦度的鏡片時(shí)，期望采用高折射率的材料，或折射率大于1.50的材料，以提供令人滿意的邊緣和中心厚度。然而，采用傳統(tǒng)材料例如聚碳酸脂或無機(jī)玻璃增大折射率時(shí)，會(huì)導(dǎo)致色差或色散的增加。
縱向色差和橫向色差是由不同波長的光形成的圖像移位引起的。色差的大小取決于鏡片的光焦度以及鏡片材料的物理屬性。人們佩戴傳統(tǒng)材料制成的眼鏡鏡片改變度數(shù)時(shí)會(huì)感覺到色差，尤其是在其視場的邊緣。
對(duì)于一單元件折射鏡片，典型為眼鏡鏡片，鏡片的橫向色差(“TCA”)(以屈光度為單位)，取決于阿貝數(shù)(V)、鏡片的光焦度(Ф)(以屈光度為單位)、以及從鏡片中心的鏡片的注視高度(y)(以毫米為單位)，如方程式I所示。
TCA=0.1·y·ΦV]]>(I)下表示出了在15mm的注視高度，對(duì)于不同鏡片光焦度和阿貝數(shù)值的TCA。
表1
如果TCA大于0.25屈光度，則對(duì)于許多佩戴者來說變得成問題。
典型的傳統(tǒng)高折射率材料具有30至45的阿貝數(shù)，這將給一些佩戴者帶來一些問題。一些被認(rèn)為低色散的低折射率材料具有大于55的阿貝數(shù)，這給絕大多數(shù)佩戴者以滿意的顏色性能。然而，高折射率材料是合乎眼鏡鏡片需要的，因?yàn)檫@有可能生產(chǎn)出更薄和更輕的鏡片。因此，需要一種用于眼鏡鏡片的高折射率材料，能提供等價(jià)于具有大的阿貝數(shù)的低折射率鏡片的顏色性能。


圖1是最小色差的理想折射光焦度和衍射光焦度的圖解表示。
圖2是衍射光焦度范圍的圖解表示，對(duì)于-9至9屈光度的球面鏡片光焦度，該衍射光焦度將給出至少50％的色差減小率。
圖3描繪出從眼睛視角分析傳統(tǒng)折射單一視覺鏡片產(chǎn)生的光點(diǎn)直徑RMS的鏡片的截面圖。
圖4描繪出從眼睛視角分析本發(fā)明的鏡片產(chǎn)生的光點(diǎn)直徑RMS的鏡片截面圖。
圖5是傳統(tǒng)鏡片在光點(diǎn)直徑RMS的各種垂直位置的截面圖。
圖6是本發(fā)明的鏡片在光點(diǎn)直徑RMS的各種垂直位置的截面圖。
圖7是傳統(tǒng)鏡片在表示干擾柱面的各種垂直位置的截面圖。
圖8是本發(fā)明的鏡片在表示干擾柱面的各種水平位置的截面圖。
發(fā)明描述和優(yōu)選實(shí)施方式本發(fā)明提供單一視覺和多焦點(diǎn)鏡片及其生產(chǎn)方法，其中使用衍射和折射元件。該合成鏡片減小大約10到100％的橫向色差，從而能夠提供具有約50至120的有效阿貝數(shù)的高折射率鏡片。通過將折射光焦度和衍射光焦度組合在規(guī)定平衡內(nèi)，可能提供一種性能等同于具有高阿貝數(shù)的折射鏡片的鏡片。
在一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種具有球面光焦度Φ的鏡片，其主要包括一衍射元件和一折射元件，該衍射元件包括第一球面光焦度ΦD，該折射元件包括第二球面光焦度ФR，其中Ф＝ФD+ФR?！扮R片”是指適合修正視覺靈敏度的鏡片，包括但不局限于眼鏡鏡片、隱形鏡片、眼內(nèi)鏡片、高嵌鏡片(onlay-lenses)等等。
對(duì)于單一視覺鏡片，Ф可能是整個(gè)鏡片的球面光焦度的平均值、在光學(xué)中心的局部球面光焦度、或在光學(xué)中心的局部球柱面光焦度。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到ФD的值將取決于球面光焦度的選擇以及所期望的TCA修正水平。對(duì)于多焦點(diǎn)鏡片，Ф可能是在光學(xué)中心或合適的位置的球面或球柱面光焦度、鏡片近視覺區(qū)域中心的光焦度、或者在整個(gè)鏡片中改變的局部光焦度，其中ФD在整個(gè)鏡片中改變。
衍射元件可以是任何適合的元件包括但不局限于衍射光柵、全息圖、相息圖等等。通過衍射元件提供的光焦度可以是正或負(fù)光焦度。
理想的TCA修正可以通過滿足下式實(shí)現(xiàn)|ΦRVR+ΦDVD|=0]]>(II)其中VR是鏡片材料的阿貝數(shù)，VD是鏡片的衍射元件的有效阿貝數(shù)。典型地，鏡片材料的阿貝數(shù)可以是約30至約60。
衍射元件的阿貝數(shù)可以定義為VD=λmidλshort-λlong]]>(III)其中λmid是感興趣的范圍的中點(diǎn)的波長。在可見系統(tǒng)內(nèi)587nm的值被典型地應(yīng)用。感興趣的范圍的短波長是λshort，在可見系統(tǒng)內(nèi)486nm的值被典型地應(yīng)用。感興趣的范圍的長波長為λlong，在可見系統(tǒng)內(nèi)656nm被典型地應(yīng)用。采用這些波長值，VD為-3.45。
鏡片需要的衍射光焦度通過求解方程式IV獲得ΦD=Φ1-VRVD]]>(IV)
優(yōu)選地，衍射元件增加約0.10至約1.50屈光度的球面光焦度。
衍射元件可基本覆蓋鏡片的后表面(或者說凹表面)、前表面(或者說凸表面)或位于前表面、后表面中間的面的全部或部分。衍射元件可能是任何形狀，包括但不局限于環(huán)形、圓形、橢圓形等等。優(yōu)選地，為了制造容易以及美觀耐用性，衍射元件覆蓋后表面。在該實(shí)施方式中，衍射元件是前表面和后表面中間的面，整個(gè)中間層上的折射率變化必須使得衍射元件能夠起作用。典型地，折射率的變化必須在0至0.25單位/微米之間。
圖1是曲線圖，描繪出折射和衍射球面光焦度優(yōu)選組合，其中聚碳酸脂鏡片的總鏡片光焦度為-9.00至+9.00屈光度，取VR為30。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到對(duì)于較大VR的材料，需要較小的衍射光焦度。色差的減小可通過使衍射光焦度符合以下條件式來實(shí)現(xiàn)2|Φ1-VRVD|>|ΦD|>0]]>(V)在該方程式中，ФD定義為相對(duì)于折射光焦度ФR的衍射光焦度的最佳值，其值可以是大約10至大約2ФD。如果該值為0，則沒有色差校正。如果該值為2ФD，則色差等于反向的鏡片色差。
然而優(yōu)選地，將衍射光焦度限制在1.9|Φ1-VRVD|>|ΦD|>0.1|ΦD|]]>(VI)更優(yōu)選地，將衍射光焦度限制在
1.5|Φ1-VRVD|>|ΦD|>.5|ΦD|]]>(VII)圖2描繪出用方程式II表示的ФD并沿著方程式VII給出的正負(fù)容差限制繪制。如果衍射光焦度在方程式VII規(guī)定的限度內(nèi)，橫向色差減少至少50％。盡管要求衍射光焦度滿足方程式II對(duì)于最佳TCA修正是合乎需要的，方程式VII規(guī)定的不嚴(yán)格限制允許改善顏色性能，以等效于或比以低折射率、高阿貝數(shù)眼鏡提供的更好，而沒有對(duì)每個(gè)球面光焦度要求特定的衍射元件。
方程式V可以變形成使衍射光焦度根據(jù)最大允許TCA來定義。在該形式下，對(duì)于固有的具有小量橫向色差的低鏡片球面光焦度，解僅與折射光焦度有關(guān)。在該形式下，對(duì)衍射光焦度的約束為[VD·(-TCA0.1·y·VR-Φ)VR-VD]>ΦD>VD·(TCA0.1·y·VR-Φ)VR-VD]]>(VIII)本發(fā)明的鏡片可通過任何方便的手段制造，并由任何適合于制成鏡片的已知的材料制成。適合的材料包括但不局限于聚碳酸脂，丙稀二甘醇，聚甲基丙稀酸酯等等。這樣的材料在市場上可以買到，或者其生產(chǎn)方法是已知的。進(jìn)而，鏡片可以通過任何傳統(tǒng)的鏡片制造工藝制造，該鏡片制造工藝包括但不局限于研磨、整個(gè)鏡片澆鑄、模制、熱成型、層壓、表面澆鑄或其組合。澆鑄可通過任何手段完成，但優(yōu)選地通過表面澆鑄完成，該表面澆鑄包括但不局限于比如在美國專利申請(qǐng)5147585，5178800，5219497，5316702，5358672，5480600，5512371，5531940，5702819以及5793465中所公開的，這里將其全部內(nèi)容作為參考引入。
衍射元件使用光學(xué)工具結(jié)合必需的衍射元件通過模制工藝提供。該工具包括但不局限于適合塑料光學(xué)部件的注?；驂耗５慕饘俨迦胛?、用于光學(xué)部件的澆鑄的玻璃或金屬模型、以及金屬或陶瓷沖壓工具?？蛇x擇地，衍射元件通過金剛石旋轉(zhuǎn)形成。完成元件可涂敷適當(dāng)?shù)耐繉樱撏繉臃显撛⒈３盅苌湓δ?。可選擇地，不符合的涂層可被用于有效地將衍射元件隱藏在該涂層下。在該實(shí)施方式中，個(gè)體的光柵元件的寬度和深度必須考慮涂層和基板之間的折射率的差異。適合的涂層在市場上可以買到，或者其制造方法是已知的。
因?yàn)檠苌涔饨苟鹊拇笮∪Q于鏡片的總球面光焦度，每個(gè)鏡片的衍射光焦度的計(jì)算取決于使用鏡片的個(gè)人的處方。因此，衍射元件在定制的基礎(chǔ)上提供。提供這樣的定制元件的一個(gè)方法中，確定個(gè)人的矯正處方，選擇有適合的前表面幾何形的半成品毛坯。半成品毛坯的前表面上可提供有任何適合的涂層，例如，硬涂層、抗反射涂層、有色涂層等等。然后，將毛坯以前表面依附在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱保持夾具上，從而以例如光學(xué)中心的光學(xué)參考點(diǎn)來將夾具調(diào)準(zhǔn)。然后，分塊的毛坯在多軸上機(jī)器制造，通過計(jì)算機(jī)數(shù)控金剛石切割機(jī)器在包括衍射元件的后表面上形成需要的表面，例如球面、復(fù)曲面、遞增面。優(yōu)選地，機(jī)器制造通過安裝在計(jì)算機(jī)控制雙軸線驅(qū)動(dòng)器上的單點(diǎn)金剛石工具來實(shí)現(xiàn)。機(jī)器制造的表面可通過任何方便的方法描述，所述方法包括但不局限于通過采用x、y和z坐標(biāo)來描述該表面，或者通過分別帶有一組系數(shù)和邊界條件的一組多項(xiàng)式來描述該表面。隨后，機(jī)械加工面可用任何所需涂層涂敷。
盡管可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明在眼鏡鏡片的設(shè)計(jì)中具有特別的好處，但折射和衍射元件可應(yīng)用于任何用于校正視覺敏銳度的鏡片類型，例如眼鏡鏡片、隱形鏡片或眼內(nèi)鏡片等。本發(fā)明將通過下述非限定性實(shí)施例進(jìn)一步變得清晰。
實(shí)施例實(shí)施例1具有-4.00屈光度的球面光焦度的單一視覺鏡片由阿貝數(shù)為29的聚碳酸酯制成。作為比較目的的基線，首先分析傳統(tǒng)折射鏡片，其鏡片具有200mm的前半徑和79mm的后半徑。該鏡片通過計(jì)算在位于距鏡片27mm處的眼睛旋轉(zhuǎn)點(diǎn)上的18mm焦距的鏡片的焦面上的光點(diǎn)尺寸RMS來分析。光點(diǎn)尺寸RMS以-40至+40度的入射角來計(jì)算，如圖3所示。
具有-0.37屈光度的光焦度的衍射元件位于鏡片的后表面(凹表面)。為了保持球面光焦度，將后表面的半徑變?yōu)?9mm。該衍射/折射鏡片的光點(diǎn)尺寸RMS以圖表形式表示，如圖4所示。隨著測得的光點(diǎn)尺寸從約0.004mm減小到約0.001mm，在x＝0，y＝0處的圖像質(zhì)量被提高。這主要是由于軸向或縱向的像差矯正。圖像質(zhì)量方面的改善對(duì)離軸入射角更明顯。例如，在x＝0，y＝20度，傳統(tǒng)折射鏡片的光點(diǎn)尺寸RMS為0.017mm，而具有衍射元件的鏡片為0.003mm。
實(shí)施例2提供一種聚碳酸脂非復(fù)曲面漸變附加鏡片，其具有-4.00屈光度的遠(yuǎn)光焦度和1.30屈光度的附加光焦度。圖5描繪出鏡片的光點(diǎn)尺寸RMS。圖4描繪出鏡片的干擾像散。在這兩個(gè)圖中示出了以各種角度沿著水平面切割鏡片的截面分析。10度截面是切割鏡片遠(yuǎn)視區(qū)域的水平面。在該特定鏡片中，近視區(qū)域在-40度。一系列切割是從遠(yuǎn)視區(qū)域通過中間視覺區(qū)域到近視區(qū)域形成的。
將具有光焦度為-0.35屈光度的衍射光柵附加到鏡片的凹面。總的球面光焦度保持-4.00屈光度，而球面光焦度的折射部分減至-3.65屈光度。鏡片的衍射部分的阿貝數(shù)大約為-3.5，而折射部分的為29。如圖6所示，圖像質(zhì)量沿著鏡片的中央子午線或通道中心顯著改善。獲得所述改善而鏡片上并沒有增加干擾像散，如圖8所示。
實(shí)施例3對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)方案組，衍射光焦度可被選擇從而不會(huì)對(duì)每個(gè)球面光焦度要求特定的衍射。鏡片的總球面光焦度是前表面的折射光焦度加上后表面的折射光焦度加上衍射元件的衍射光焦度的總和，無論將其施加到前表面、后表面還是中間面。
表2示出了由聚碳酸脂制成的單一視覺鏡片的方案組的前折射光焦度、后折射光焦度以及衍射光焦度，其將提供改善的顏色性能，原因是5/6特定前彎曲(9，8，6，4，2和1屈光度)上提供的衍射光焦度。對(duì)每個(gè)球面光焦度，具有唯一的后彎曲。也示出了鏡片上15mm高度處的橫向色差。六個(gè)特定的前彎曲的每一個(gè)選擇衍射光焦度，以在那種情況下覆蓋的球面光焦度的范圍內(nèi)給出TCA最小值。在具有4屈光度的前表面折射光焦度的情況下，衍射光焦度選擇0屈光度，因?yàn)檫@仍然滿足方程式VII的約束條件。
表2

權(quán)利要求
1.一種具有球面光焦度Φ的鏡片，其包括具有第一球面光焦度ΦD的衍射元件和具有第二球面光焦度ΦR的折射元件，其中Φ＝ΦD+ΦR。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鏡片，其中所述衍射元件包括具有大約30至大約60的阿貝數(shù)的材料，其中|ΦRVR+ΦDVD|=0]]>其中VR是鏡片材料的阿貝數(shù)，VD是鏡片的衍射元件的有效阿貝數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的鏡片，其中所述衍射元件包括衍射光焦度，滿足2|Φ1-VRVD|>|ΦD|>0]]>
4.根據(jù)權(quán)利要求1的鏡片，其中所述衍射元件包括衍射光焦度，滿足1.5|Φ1-VRVD|>|ΦD|>.5|ΦD|]]>
5.根據(jù)權(quán)利要求1的鏡片，其中所述衍射元件的所述衍射光焦度滿足[VD·(-TCA0.1·y·VR-Φ)VR-VD]>ΦD>VD·(TCA0.1·y·VR-Φ)VR-VD]]>
6.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4或5的鏡片，其中所述衍射元件包括鏡片的基本上整個(gè)后表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4或5的鏡片，其中所述衍射元件包括鏡片的基本上整個(gè)前表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4或5的鏡片，其中所述衍射元件包括位于鏡片前表面和后表面中間的面。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的鏡片，其中所述鏡片包括單一視覺鏡片。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的鏡片，其中所述鏡片包括單一視覺鏡片。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的鏡片，其中所述鏡片包括單一視覺鏡片。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的鏡片，其中所述鏡片包括多焦鏡片。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的鏡片，其中聽述鏡片包括多焦鏡片。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的鏡片，其中所述鏡片包括多焦鏡片。
15.一種生產(chǎn)定制鏡片的方法，包括步驟提供具有球面光焦度Φ的鏡片，其包括具有第一球面光焦度ΦD的衍射元件以及具有第二球面光焦度ΦR的折射元件，其中Φ＝ΦD+ΦR。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述鏡片為單一視覺鏡片。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述鏡片為多焦鏡片。
全文摘要
本發(fā)明提供單一視覺和多焦點(diǎn)混合的鏡片及其生產(chǎn)方法，其折射元件的橫向色差通過衍射元件減小。
文檔編號(hào)G02C7/02GK1705904SQ200380101852
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者C·B·伍利, A·古普塔, I·格羅辛格 申請(qǐng)人:莊臣及莊臣視力保護(hù)公司