专利名称：一种透镜的制造方法及所制造的透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种透镜、特别是镜片的制造方法。屈光不正患者，其被矫正眼球的诸如球面、圆柱面和轴线之类中心像差可以用这种镜片补偿。本发明还涉及采用这种方法制造的镜片。
眼球屈光不正，通常通过镜片或隐形镜片加以矫正，以增加视敏度。为此，采用一种主观测量方法或客观测量方法，测定能最好地提高视敏度的镜片或隐形镜片的诸如球面、圆柱面和轴线等的折射值(refracting values)。然后用一种已知方法，将这些数据引入到有两个折射镜面的镜片中。在该情况中，避开眼球的那一面一般是一个存在着散光的球面，而朝着眼球的那一面是一个在眼球前根据轴向位置而转动的复曲面。
采用非球面和非复曲面可以减少在透过镜片水平观察的情况下出现的像差。非球面和非复曲面所包括的表面分别偏离球面或复曲面。采用这类表面减少像差的做法已有很长时间了。同样，现已知各种非规则形状的曲面，即所谓的自由形曲面(freeformsurface)，特别是在渐进镜片(progressive lenses)中，这些曲面已被用来提高近区屈光度，以支持调节机能。通过计算机数值控制的研磨机、磨床和抛光机制造这类曲面，也同样是已知的现有技术。
此外，已知的折射测量方法(例如波前检测)不仅允许测定以上已提及的诸如关于球面、圆柱面和轴线的值，而且还允许检测高级像差。这些像差是眼球瞳孔开度的函数。
瞳孔开度大小尤其受到周围环境的亮度、药物和被检查人员的年龄和健康程度的影响。在健康的成人中，瞳孔开度大小在2.0mm和7.0mm之间变动。白天的瞳孔开度比黄昏或晚上要小。
从专利(专利申请序号663 179 A1)可知一种折射测量方法。该文献描述了一种可在配有隐形镜片的眼球上进行折射测量的方法。在隐形镜片/眼球系统的不同点进行了测量。在第一步骤中，产生光束，其光源从多个点光源和狭缝光源构成的一组光源中选定。此后，该光束直接进入眼球到达视网膜，光束从那里开始反射。因而，被反射的光束射到一个扫描孔。穿过扫描孔的光被一个照相机接收。该照相机产生一个图像信号。该信号显示在一个监视器上。该方法和装置对测量眼球的光学缺陷、畸变或像差是相当有用的。
此外，专利(专利申请序号DE 199 54 523)公开了隐形镜片的一种制造方法，其第一步骤是采用所谓的波前检测方法测定一个眼球的屈光不正，并将一片柔软的隐形镜片装在角膜上。在隐形镜片就位后，进行折射测量。此后，将利用激光辐射的材料去除方法应用到与眼球分开的隐形镜片上。由于用激光进行材料的去除，隐形镜片呈现某种曲面形状，而通过这种曲面形状，在隐形镜片中取得由光学矫正数据所确定的镜面屈光度。另外，可以获得与镜面布局(surface topology)有关的数据，这些数据也同样被用于矫正。
从美国专利(专利申请号6,224,211)中收集到的一种方法，除了矫正普通的屈光不正之外，还允许矫正眼球的球面像差。在每一情况，在眼球上安装了为无球面作用和散光作用而设计的各种非球面隐形镜片。这些镜片被用来确定怎样能尽可能好地矫正眼球的球面像差。这种数据被用来确定一种非球面镜片。该镜片允许最佳地矫正视敏度，并适应于患者。
最后，专利(专利申请序号DE 100 24 080 A1)公开了一种可能完全矫正人眼屈光不正的方法，以及为此目的而使用的波前分析装置。这里，目的实质上是对眼球本身进行外科手术矫正。而没有考虑瞳孔开度与高级像差之间的依赖关系。
健康的中年成人在白天的瞳孔开度为3.0mm到3.5mm。随着年龄的增加，瞳孔开度减少到约为2.0mm到2.5mm。既然，在夜幕降临时瞳孔开度的尺寸能增大到7.0mm，结果，较高级误差的影响改变了。
因此，本发明的一个目的是设立一个可供选择的方法，该方法允许制造的镜片的光学表面以能显著减少高级像差的方式成型，因而，所制造的镜片允许最高的视敏度。
本发明的这个目的，通过至少一个镜片折射镜面的成形而取得。这样，至少在一个观察方向上，这样，镜片不但对屈光不正进行屈光矫正，而且也对高级像差进行矫正，该高级像差对视敏度和/或对比视觉(contrast viewing)的影响是被矫正眼球瞳孔开度大小的函数。
高级像差是瞳孔开度的函数，主要的像差有球面像差、较高级的散光、彗差和三叶型(三叶草)像差。这些像差都偏离理想的傍轴像。关于球面像差应认识到，入射的傍轴光束在不同的入射高度射到镜片上，这样，傍轴光束在焦点F’与光轴相交，而在有限高度入射的光束具有其它的截距。
彗差通常应被理解为，在离轴物点通过大孔径角光束成像时发生的像差。在该像差中，球面像差和散光叠加，该像差与物成比例，与瞳孔高度的平方在三级近似程度上(to a third orderapproximation)成比例。这种情况的结果是一个不对称非球面彗型散射图形(其尾部在外彗差或内彗差时分别指向或背离光轴)，以及一个具有仅部分地形成衍射环的相应的点像扩散函数。三叶像差被理解为一种高级像差，它通过波像差产生具有定义亮度(definition brightness)的三向点像扩展函数(a three-way pointimage spread function)。如果只矫正子午光线成像和弧矢光线成像，则三叶像差叠加在第三级彗差上，作为剩余像差留下。这样就产生了三向星(three-way stars)，成为像点。
各种折射测量法(例如波前检测法)被用来测定屈光不正眼球的折射值，这就是说，诸如球面、圆柱面和轴线被确定。而且这种方法能被用来通过角膜、眼球晶状体和玻璃状液体进行透光测量。因而作为瞳孔开度函数的高级像差被测定。结果包括了由角膜、眼球晶状体、玻璃状液体和瞳孔开度共同作用所引起的像差。
因此，通过采用对应于现有技术的各种计算方法和制造方法，就能将所取得的数据加到至少一个镜片的折射镜面(主要是后镜面)。
这样，镜片被设计成除了用球面、圆柱面和轴线等傍轴值描述的以上的可矫正误差之外，该镜片还可以补偿作为瞳孔开度函数的那些(测量)数值。结果，为屈光不正和折光正常(视力正常)的人实现了为戴眼镜人提供的至少在一个观察方向上视敏度明显高的镜片。不仅通过校正傍轴值而且通过校正高级像差，形成尽可能好的视敏度通过引入一个非球面来形成视敏度最高的区域是一种有利的方法。
利用该折射面偏离球面这一事实，将视觉最敏锐的区域设计成非球面是非常具有优势的。由于该面偏离球面，因而镜片的曲率与球面的曲率不同，轴向远距光束(axial remote beam)所受的折射比使用球面时更弱或更强，因而光束可能交汇在焦点F’上。
本发明的示范性实施例通过以下各图作详细解释
图1是表示在未校正球面像差时一束光线的原理示意图。
图2是表示被投影的原图形的原理示意图。
图3a和图3b是表示具有畸变的反射分布的原理示意图。
图4是表示球面像差被校正时一束光线的原理示意图。
图5描述眼球的未校正球面像差。
图6示范性描述球面像差校正。
图7表示弧矢h，弧矢h的定义是镜片的镜顶S与光轴上天底L之间的距离。
图1所示的是一个眼球1与透镜2构成的系统。该透镜2最好是一个镜片。当然，该透镜还可以是隐形镜片或眼内镜片(intraocular lens)。该透镜2可用玻璃和/或塑料加工形成。为了校正屈光不正，还可提供诸如隐形镜片和镜片之类相互组合的各不相同的透镜2。光束3从某个物体(未作图示)发出，透过透镜2的光学系统，再通过角膜4、瞳孔5和眼球晶状体6射到眼球1的视网膜7上。在该视网膜7上有眼球1的一个中心凹，通常在该中心凹上受光体的密度为最大。在理想状态，所有光学信息应射到中心凹里。这意味着视网膜7上的中心凹构成一个焦点F’，光束3应相交在该点上。但是，只有在小瞳孔开度时才能出现这种情况。因为对于每只眼球1均会发生球面像差，透过晶状体6的光束3不都在焦点F’即视网膜7的中心凹里汇合。通常入射光束3靠瞳孔5边缘越近，光束与视网膜的交点离理想的交点F’越远。
因为在原理方面本专利涉及任何眼球的校正，也就是说，本专利同样涉及正常视力(折光正常)的眼球，图1描述的透镜2只是作为原理图。
为了除去球面像差，首先须取得屈光不正眼球1的具体数据。为此目的，采用波前检测方法。该方法采用波前像差仪(aberrometer)例如哈特曼-肖克传感器。
图2所示的是在视网膜7上成像的各光束的图形。在该视网膜7上产生了由眼球1的像差所造成的入射光束3的畸变图像。与该入射光束3同轴安装的一架集成的CCD(电荷耦合器件)照相机，在图像被确定为无像差的一个非常小的立体角下，摄下该畸变图形。一种脱机程序通过理论上/实际上比较入射分光束(incident partialbeam)3相对位置与视网膜7上所产生的各点相对位置计算像差。因此，在数学上，像差用Zernike多项式系数描述并作为一种高度分布图来表示。图3a和图3b中所反映的分布图具有原图形的两个不同的畸变。相对于图3b，图3a所示的是畸变较小的分布图。
图4所示的是一个眼球连同球面像差被校正透镜2的系统。
用波前检测方法检测眼球1，将产生有关眼球1的成像性质(特别是有关作为瞳孔开度5函数的像差)的精确结论。为了测定眼球1的成像性质或眼球1的球面、圆柱面和轴线的傍轴值(paraxialvalues)，可使用任何能够提供本专利所需波前的设计成的装置。
当然，傍轴值还能通过折射测量或者借助于测眼膜术进行测定。举例来说，这些值可以由眼镜商或眼科医生测定。测眼膜术被认为是一种客观地测定眼球折射的人工方法。在这样的情况中，在被测对象的眼球视网膜上观察到发光(light phenomena)(二次光源)的移动方向。由此得到有关屈光不正的结论。
同样，为了校正高级像差，用波前检测方法测定瞳孔开度5的大小。因为在日光和微光时瞳孔开度5不同，因而一个人的视敏度也能改变。所以，先在日光中再在微光中使透镜2适合于校正这个人的屈光不正是方便的。如果合适，如有需要也可例如在微光中观看来进一步调整透镜2，作为这种情况下确定的瞳孔开度5和视敏度的函数。
本示范性实施例涉及在视点8周围的后表面(即该透镜2的眼球一侧表面9)，利用通过为修正透镜2的至少一个表面而作的适当的光学计算所取得的数据，使得在视网膜7的中心凹里实现以上已描述的光束3的理想汇合。在没有透镜2时检测眼球1，产生畸变波前。为了除去球面像差，必须产生一个与已存在的波前相反的波前。将相反波前的数据引入到透镜2视点8的周围的后表面9上，以产生至少一个非球面。
这里，非球面被理解为与球面形状不同的旋转对称曲面的一部分。因此，由于非球面的结构，光束3在视网膜7上的中心凹的焦点F’相交。因而，球面像差被消除。同样，曲面能够是复曲面或自由形状曲面，具体取决于视敏度的改进目标。
一个复曲面表示一个具有二个相互垂直的不同曲率的主截面的曲面的一部分。在该复曲面的情况下，穿过这两个主截面中的至少一个的截面不是圆形。
自由形状曲面被认为是一个既不旋转对称也不轴向对称的非球面。
眼球1的球面像差还可称为孔径像差(aperture aberration)，因相同的作用，其校正同样可在透镜2避开眼球1的面10上作出。该校正也可同时在透镜2的二个面9和10上作出。
球面像差的校正对于各种形状的透镜，特别是对于各种形状的镜片，基本上是可能的。在单光透镜(single-vision lenses)情况下，还有在具有棱镜作用(prismatic action)的单光透镜情况下，通过插入一个非球面在视点8周围改进透镜2。
特别是在镜片的情况下，使用屈光作用数(the number ofdioptric actions)来区别双光透镜(双焦透镜)和三光透镜(三焦透镜)。双光透镜的二个部分(即远视区和阅读区)具有不同的折射率，而特别供远视者使用。该远视者需要一个远距离镜片和一个近距离镜片。如果阅读区还进一步分成阅读距离(reading distance)部分和中距离部分，并且例如该中距离部分只有整个阅读区一半的作用，那么就成为三光透镜，即具有三种作用的镜片。
在双焦透镜的情况下，主镜片与阅读区的材料之间的分隔面可以合适地成形。在这种情况下，非球面被插入远视区一次，再被插入阅读区一次。对于视敏度略微减少的透镜2，可以在边缘急剧地，或在其它地方通过柔软或平滑的过渡，完成最大视敏度区8到正常区的过渡。渐进镜片(progressive lenses)可以用于这样的平滑过渡。
渐进镜片被认为是具有一个非旋转对称面的透镜2，而在该透镜2的整个曲面的一部分范围内，聚焦作用是连续变化的。为了在渐进镜片的情况下校正球面像差，远距和近距这二个视点的周围分别作了修正。如果需要的话，可引入渐进区(progression zone)。
图5表明正常观看的眼球(正常眼)1的球面像差是瞳孔直径p的函数。可以看到，球面像差与瞳孔直径p的大小相关。这就是说，球面像差还随着瞳孔5的增大而增大。在本示范性实施例中，瞳孔直径p的大小为6mm。在光束3靠近瞳孔边缘时，眼球1是近视，其屈光度为-0.5焦度。而在瞳孔直径p的大小为2mm时，球面像差约为-0.075焦度。在本示范性实施例中，高级像差或球面像差在瞳孔5的范围内被认为是旋转对称的，因而可以用其横截面(cross section)表示。
图6表示透镜2(其配屈调整为0焦度而折射率等于1.6)的球面像差的校正弧矢h为瞳孔直径p的函数。弧矢h表示折射镜面的曲面镜顶S和光轴垂线的天底点(nadir point)L之间的距离，用光束在高度H的入射点A表示(见图7)。此示范性实施例图示说明，为了校正图5所述球面像差，须在图4所示的透镜2的眼球一侧的镜面9上采用哪一种校正。容易地看到，这种情况涉及的是一个偏离球面形状的曲面，即一个非球面。
透镜2在至少一个折射镜面里有折射和/或衍射结构，这种结构起到屈光不正的屈光校正作用并在至少一个观察方向上校正至少一个高级像差。最好只在透镜2(特别是镜片)的一个面9或10配有这样的结构。该面9或10最好只有折射结构。衍射结构可以用于例如隐形镜片和镜片。因此，在隐形镜片的后部可配有显微镜细调步骤中那样的很多同心布置的圆环。这些“凹槽“能用肉眼看到或感觉到，但被泪液充满着。这二种结构一起，除了光折射之外，还能产生光分离(division of light)。因此，所产生的透镜2因焦点深度的变换而具有多视觉作用(multiple-vision action)。从近到远的视觉印象可以具有不同的清晰度同时在视网膜7上成像。
因此，(不仅)球面像差，而且其它高级像差，能够通过采用非球面而基本上减少或消除。至少50％(最好75％)高级像差能够仅通过校正诸如球面、圆柱面和轴线之类的中心像差而得到补偿。可以想象，高级像差可以通过校正措施，例如将适当计算的校正曲面(非球面、复曲面或自由形状面)加到透镜2(最好是镜片)的至少一个折射面9和/或10上，就能得到补偿。但是，也可以证实例如球面等效值(sph+zy1/2)的校正通常对于还要补偿至少50％的球面像差是足够的。
仅通过校正中心像差就能补偿至少50％(最好85％)的球面像差。因而，制造透镜(特别是镜片)时需要考虑的参数量可减少到中心像差。因此，用结构简单的曲面(如旋转对称的非球面)代替相对复杂的曲面(如自由形状曲面)是可能的，从而简化了制造工艺。
权利要求
1.一种能够补偿屈光不正患者被校正眼球的诸如球面、圆柱面和轴线之类中心像差的透镜、尤其镜片的制造方法，其特征在于透镜(2)的至少一个折射面(9、10)被形成为至少在一个观察方向上，透镜(2)不但对屈光不正进行屈光校正，而且对高级像差也进行校正，该高级像差对视敏度和/或对比视觉的影响是被校正眼球(1)的瞳孔开度(5)大小的函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于球面像差作为高级像差被校正。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于彗差作为高级像差被校正。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于三叶像差作为高级像差被校正。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于校正所述像差所需的各值通过测量视敏度，尤其是通过测定折射和/或通过测量所述波前和/或通过测眼膜术确定。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于用哈特曼-肖克传感器测量所述波前。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于为了校正所述像差，特别是所述高级像差，测定瞳孔开度(5)的大小。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于仅通过校正诸如球面、圆柱面和轴线等的中心像差，至少50％、最好至少75％的所述高级像差被补偿。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于仅通过校正诸如球面、圆柱面和轴线等中心像差，至少50％、最好至少85％的所述球面像差被补偿。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于通过引入至少一个非球面而形成一个最高视敏度区(8)。
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于通过引入至少一个复曲面而形成一个最高视敏度区(8)。
12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于通过引入至少一个自由形状曲面而形成一个最高视敏度区(8)。
13.根据权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于透镜(2)中的一个区域为无限远物距而被校正。
14.根据权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于透镜(2)中的一个区域为有限远物距而被校正。
15.根据权利要求1至14之一所述的方法，其特征在于通过边缘(11)实现从最高视敏度区(8)进入视敏度略减区的过渡。
16.根据权利要求1至15之一所述的方法，其特征在于平滑地完成从最高视敏度区(8)到视敏度略减区的过渡。
17.一种根据上述权利要求1至16之一的方法制造的透镜，其特征在于具有如镜片、无形镜片或眼睛内镜片那样的设计。
18.根据权利要求17所述的透镜，其特征在于在至少一个折射面(9、10)里有折射和/或衍射结构，二者均用于屈光不正的屈光校正和在至少一个观察方向对至少一种高级像差的校正。
19.根据权利要17或18所述的透镜，其特征在于材料为玻璃和/或塑料。
全文摘要
本发明涉及一种透镜(2)，特别是镜片的制造方法。视力缺陷患者，其被矫正眼球(1)的诸如球面、圆柱面和轴线等中心像差可以用这种透镜补偿。该透镜(2)的至少一个折射面(9、10)被加工成至少在一个观察方向上屈光不正得到校正且一些高级像差也被校正。视觉敏锐度和/或对比视觉的效果取决于矫正眼球(1)的瞳孔口(5)的大小，并由透镜(2)进行校正。
文档编号G02C7/04GK1729419SQ200380104579
公开日2006年2月1日 申请日期2003年10月2日 优先权日2002年10月4日
发明者G·凯尔希, T·克拉策尔, M·维尔舍尔, H·维特肖尔克 申请人:卡尔蔡司股份公司