CN102741735A - 连续镜度渐变的镜片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种眼镜片，其具有第一镜片表面和镜片的相反表面，其中所述第一镜片表面配置为基本上跨越整个镜片表面的全部可用光学区域光学镜度没有中断转折点地连续渐变增加，并且镜片的相反表面配置为配合第一表面镜度渐变提供包括至少一个光学镜度稳定区域的所要求的处方。第一表面的镜度渐变从可用区域的一个边缘增加到相反边缘，而且可以根据线性或非线性关系增加。在另一个优选实施例中，这两个镜片表面配合为具有近距和远距离视力值的处方形成两个光学镜度稳定区域。

Description

连续镜度渐变的镜片

背景技术

校正人类视力的眼镜片已经使用了几个世纪。尽管如此，在材料和光学设计方面的新开发继续给镜片佩戴者提供更多选择和各种改进。

作为一个例子，考虑与年龄相关的、降低对焦适应性的开发历史--在一个人变得更老的时候常见的“老花镜”现象。眼睛的晶状体容纳在肌肉和纤维的复杂框架内，而且通过肌肉和纤维的收缩和放松，足以柔软到改变为新的形状。因此，肌肉和纤维的作用改变其外形，从而改变眼睛晶状体的焦距。“休息状态”用于远视，此时肌肉放松，晶状体处于较少弯曲的配置用于较长焦距。对于近视，肌肉变紧，而且晶状体变得更加圆，使其聚焦近距物体。当一个人在遥远场景和近距物体之间观看时，眼睛自动地尝试调整眼睛中的肌肉以重调眼睛晶状体的焦距。然而，在一个人变老时，晶状体开始变硬，而且不容易对肌肉改变作出响应。这个降低了适应性，被正式称为远视眼，推动了辅助眼睛的视力校正的需要。

对于那些之前没有进行视力校正的简单方法，是使用单视力眼镜为近距视力任务提供更多镜度/倍率（power）。然而，如果一个人接着透过这个镜片观看遥远物体时，视力会变得模糊，因为这个镜片促使一个人的自然视力变得近视。当透过放大镜观看遥远物体时可以见到类似的效果。那时，这个人迅速移开眼镜，这会导致错放眼镜的问题。作为选择，这个人会想到本杰明.富兰克林和他的双焦距镜片。这样的镜片具有对远距离校正（如果需要的话）的基本表面曲率加上为近距视力任务提供更多镜度的增加段。为了实现更高镜度，增加段具有陡峭的镜片曲率，因此这个段片从基本的镜片表面突出。因为这个曲线和在眼镜上的架状突出物，很多人反对双焦距镜片。

最初的努力是混合远距离与近距视力区的区域（混合的双焦距）,增加了佩戴者忍受在镜片上无镜度区域的能力或无能的更多意识。许多眼镜佩戴者可以忍受低镜度错误（通常小于0.5屈光度），但是有些人会对镜度变化极为敏感。对于具有“良好视觉”的个人，这是尤为突出的问题，现在，首次需要对近距视力做视力校正。从良好的任何变化似乎是极端的，即使实际的镜度变化测量值是非常小的。类似地，在混合设计的工作揭示了佩戴者对镜片上无镜度区域物理位置的敏感性，以及对无镜度区域物理尺寸的敏感性。在混合设计中，有狭窄区域，通常仅为数mm宽，在镜片的任何远距离校正和更高镜度的近距视力区之间。仍然在这个狭窄区域，镜度必须以至少和远距离视力镜度和近距离视力镜度之间的差异相当的镜度改变。既然近距视力区增加的光学镜度或“增加镜度”通常在大于等于0.5屈光度到大约4屈光度的范围内，这意味着当眼睛跨越混合区时大多数人会注意到模糊。这对用户来说是很烦人的，即使混合区对于其它注视镜片佩戴者的人是不可见的。这导致设计最小化这样的无镜度区域的进一步开发，使得镜度改变更加渐进的，这样它们可以被忍受，或将它们移向镜片上很少使用的位置（例如外围）。

例如，美国专利2109474和2475275描述了一个表面具有渐进增加镜度（改变曲率半径）的镜片，其在整个镜片中给用户提供一个焦距范围。这些镜片可以包括镜度渐进增加的、表面上恒定镜度的球形区域，就像前面提到的双焦和混合双焦点镜片。镜片的另一面描述为作为基于处方（being ground to prescription），这通常意味着远距离视力校正，而且在这些专利被授权的时候，研磨专家会被有效限制于其它表面的球状和圆柱外形。这意味着许多镜片，可能具有混合双焦点镜片的相同限制，也就是由于镜度连续增加而导致的模糊视觉。

这些以前的技术遭遇的限制和困难重新定向过去几十年的镜片设计开发到其它方法。正如像美国专利3711191、4253747、4472036以及6019470所证明的，人们可以制作包括用于远距离视力的稳定镜度的一个区域，用于近距视力的稳定镜度的另一个区域，以及在这两个区域之间的狭窄区域，其中镜度连续地和逐渐从这些值中的一个改变到另一个值。包括这些三个区域的镜片通常称为渐进镜片。

在渐进设计中，在靠近眼镜镜片顶部具有远距离视力区是常见的。作为例子，假设佩戴者需要2屈光度远视的温和校正。那么，在远距离视力区域，佩戴者镜片的校正镜度（corrective power）会是2屈光度。此刻，例如假设佩戴者是新显现的远视者，而且需要1屈光度的轻微阅读镜度辅助，有时候称为1屈光度增加镜度。因此，第二，镜片的近距视力区域稳定镜度会是3屈光度（用于整体视力校正的2屈光度加上用于近距视力增加校正的1屈光度）。近距视力区通常位于靠近镜片的底部，而且通常轻微地朝向鼻子；这与佩戴者朝下看书或手头的工作是一致的，而且轻微地朝内定位适应用于近距视力区域的眼睛双眼跟踪。通常，人们试图设计尽可能大的远距离视力区域和近距视力区域，故用户具有用于他们远距离和近距视力校正的近似不变的稳定镜度“坪区（plateau）”。尤其是，远距离视力区域应当是大的，因为人们可能会使用视角宽度。近距视力区域可以更小些，但是仍然必须适应至少用于最近阅读视野的瞳孔宽度，而且优选地，对着在阅读时某些眼球转动的小角度；因此，制作至少几毫米宽的稳定增加镜度的近距视力区域是常见的。在这些上部和下部区域，光学镜度必须迅速改变到更高近距视力值。在这些上部区域和下部区域之间，光学镜度必需快速改变到较高的近距离视力/观察（viewing）值。在这个例子中，那就是从2屈光度到3屈光度的改变。这个渐进区域或通道会以转折点或拐点为特征，而且通常保持相对狭窄和简短的，因为它既不具有所期望的远距离镜度，也不具有期望的近距镜度，并且是因为物理必要性，这会在下面详细解释。

实现这样渐进镜度增加有进一步的困难。镜片的物理表面必须重新塑造成新形状而且更大幅度弯曲以形成更高镜度区域。在重新塑造的部分表面到更高镜度的过程中，会形成无镜度值（以及光学散光）的其它区域。可以用沙箱中的沙子在没有把沙子移走或增加到箱子的情况下做粗糙类比。因此，为了制作小丘（类比于更高镜度区域），沙子必须在一个区域堆积，但是在其它区域舀出。如果一个人想在原有水平保持沙箱的更多（类比于原始远距离视力镜度），接着这个人必须拓宽舀出区域以减小沙箱剩余部分高度差异数量。然而，这意味着从处方远距离镜度的更大区域具有某些变化，且如前面所指示的，某些个人可能会对这样的镜度变化非常敏感。可替换地，一个人可以在更小区域深深地舀取，但会明显地形成更为极端的无镜度区域（与原始沙箱水平有更大差异）。随着两个光学镜度之间的差异增加（更高“山丘”），这些问题变得更加严重。这些是与在光学镜度中包括变化的镜片设计相关的实际的、机械的和物理限制。

可选择地，美国专利US 4950057描述了包括屈光镜片表面的步进菲涅尔（Fresnel）光学结合以形成不同光学镜度区域。这是与仅仅利用镜片材料的屈光或折射能力明显不同的方法，而且由于菲涅尔不连续多步模式，会遭遇限制。例如，在菲涅尔步骤中会有增加的光散射，这对佩戴者来说是烦人的而且在外观上不美观。在跨越多步进结构中还会有扭曲或光清晰度的不足。

正如某些之前提到的专利和本领域技术人员所熟知的，渐进设计既可以合并到镜片的外侧表面（远离佩戴者的表面，或镜片的“正面”）或者是眼镜镜片的内表面（最接近眼睛，或“背面表面”）。这常常通过“渐进半成品镜片毛坯”实现，其在一个表面上合并相对大的、有效稳定远距离视力区域，包括大于远距离镜度的已知稳定镜度的另一个近距视力区域，以及以光学镜度渐进增加和转折点为特征的、布置在这两个区域之间的相对狭窄的、简短的通道（中间部分）。接着，通过切割和打磨半成品毛坯的另一个相反表面，“完成”个人佩戴者的处方到用户的具体光学镜度要求。利用渐进半成品镜片毛坯，这通常意味着完成用于远距离视力校正的镜片另一个表面以及利用渐进表面供应所有近距视力校正。

可选地，两个表面可以合并渐进设计，例如，如美国专利US4946270、US 6935744和US 7399080所描述的。另外一个可选但是相关的方法在例如美国专利US 6139148和US 7159983中所述，其中一个表面是渐进设计，而另一个表面是“退化（regressive）”表面，这就是说，在远距离视力区域和近距视力区域之间镜度降低的表面。这些退化表面可以放置在或者镜片的内表面或者外表面。

设置增加镜度在镜片的内表面上，或者在两个表面之间共享处方镜度，允许光学设计的更多自由，而且可以具有美观外观的优势。基于对一个或两个光学表面的更加复杂和控制整形具有潜能的CNC机器，随着数字表面切削或刨光（surfacing）设备的发展，这些选项已经在市场中进一步辅助。

由于年龄相关视力校正的持续需求，以及许多人的时尚意识，光学性能、身体舒适度以及时髦外观都是很重要的，这并不意外。这些因素对内表面渐进的再次发展起到重要的作用，戴着镜片的人被其他人观看时，其看起来更加不明显或不笨重，因为增加部分不从外表面向前凸起。尽管如此，这样的镜片对佩戴者来说是有问题的，因为适应增长的增加镜度朝向佩戴者眼睛的需求。这意味着镜片的背面表面比单视力配方的镜片会更少弯曲（更少凹），或者比在其正面（外）表面具有渐进镜度更少弯曲（更少凹）。对于高正号（plus）处方，甚至单视力镜片的背面或内表面比高负号（minus）镜度镜片的背面或内表面更加平坦。如果接着一个人增加近距视力镜度到正号镜片内底部部分（如在标准的背面渐进设计中），镜片的内表面变得甚至更为平坦，而且可以接触用户的脸颊或睫毛。避免或最小化这个问题的一个方法是使用陡峭的前曲率镜片，所以有更多的空间在镜片的内表面上形成增加的镜度。然而，陡峭曲线会要求更多镜片材料以形成和平坦曲线结合相同的增加镜度，而且其后果可以是整体更重或更厚的镜片。另外，使用更弯曲的镜片否定了正在追求的优势：降低正面渐进的隆起外观。

相同困难适用于高负号处方和在内表面上的增加镜度。高负号镜片具有厚的边缘，因为内镜片表面的曲线半径通常比外表面的曲线半径更陡，从而形成校正的镜片效果。如果包括陡峭基准曲线的镜片用于正面（外侧）表面以适应背面渐进设计，会使得镜片变得甚至具有更大和非期望的厚度，而且会比正常的负号处方显得更加笨重。

当将背面表面渐进镜片安装到镜框中时，困难和非最佳平衡还会上升。如果陡峭基准曲线用于适应背面增加镜度，那么一个人可以期望将镜片的边缘定位在镜框中的更远背面，从而使其不是那么隆起。然而，这会导致内表面或内表面的边缘接触佩戴者的脸部。另外，根据镜框外形或镜框的包角，将镜片安全地安装或美观地安装会是困难的。如果由背面渐进设计导致更厚边缘，使镜片看起来是吸引人的或平衡的会变得更加困难。因此，当采用背面表面渐进设计时，有几个不同问题需要加以解决。

在两个表面之间共享镜度可以明显地为厚度和镜度曲线分布提供更多选项，但是明显增加设计的复杂性，从而会要求更高的成本、时间和资源以准备最终镜片。另外，根据处方镜度不同部分是如何分布的，仍然具有例如在内表面增加的厚度（导致接触脸部或佩戴者的睫毛），在正面表面的过度弯曲，以及镜片增加重量的问题。

在这个领域继续广泛的革新是显而易见的，而且发现新的选项常常迅速应用于实际的工业。本发明为眼镜片及其设计提供不同选项，其尤其适用于镜片不同区域要求不同镜度的镜片。这通过形成创新的表面，接着和第二表面的表面刨光结合以满足个人处方来实现。这个结合的镜片还可以考虑装饰或实际设计的其它因素。这个发明可以有利地使用现在已经达到成熟水平的数字镜片刨光（surfacing）能力，这样它们对多数镜片行业是实用的和容易取得的。

发明内容

本发明在于眼镜镜片，其包括在其整个可用光学表面从一个边缘到基本相反的边缘具有光学镜度/倍率（power）连续渐变变化的第一镜片表面/透镜表面，跨越表面的光学镜度增加变化没有转折点或中断，而且镜片的相反表面配置为配合第一表面为最终镜片提供所期望的规定或处方（prescription），包括对清晰视野是有效的足够尺寸的至少一个稳定镜度区域。

在优选的实施例中，在第一表面的渐变镜度增加从镜片的顶部进行到镜片的底部。在另一个优选实施例中，渐变镜度增加跨越镜片横向进行。

第一表面连续镜度渐变的形式和特性可以采用各种优选形式。镜度可以以线性或非线性方式增加，而且如果是非线性的，可以遵照指数的、对数的、对数螺旋线的、抛物线的以及正镜度函数方程式的形式。这些连续镜度渐变可以遵照脐线或不遵照脐线。渐变镜度增加可以构成以球镜度（spherical power）的增加，或者以球镜度和柱镜度的增加。

在本发明的可选实施例中，镜度渐变表面可以是远离佩戴者的镜片的外侧表面，或者是紧靠镜片佩戴者脸部的内侧表面。

在优选实施例中，连续镜度渐变表面和相反镜片表面可以配合为期望处方提供单视力校正。

在本发明的另一个优选实施例中，两个镜片表面配合为期望处方提供一个远距离视力区域和一个近距视力区域。在进一步优选实施例中，这些两个区域具有不同光学镜度。

在另一个优选实施例中，为处方产生具有远距离视力/远距离观察（distance-viewing）和近距视力/近距观察值的眼镜镜片。这个镜片包括第一表面，其具有基本上在其整个可用光学表面从一个边缘到相反边缘的光学镜度的连续、渐变变化的第一镜片表面，跨越表面的光学镜度增加变化没有转折点或中断，而且镜片的相反表面配置为配合第一表面为所期望的处方提供至少两个光学镜度稳定区域，一个用于远距离视力而另一个用于近距视力。在优选实施例中，这些两个光学镜度稳定区域包括两个不同的光学镜度。用在这些优选实施例中的第一表面镜度渐变，可以包括线性镜度增加或非线性镜度增加，而且可以进一步包括脐线。

在优选实施例中，第一和第二表面的配合进一步包括优化用户偏好。

从下列优选实施例的描述连同通过例子的方式说明本发明原理的附图，本发明的其它特性和优势会变得更加明显。

附图说明

图1示出根据本发明的示例性镜片表面的连续镜度渐变绘图/曲线图，其从镜片顶部（+30mm）3屈光度表面镜度增加到镜片底部的（-30mm）5屈光度。

图2示出在标准渐进镜片表面（现有技术）上沿着从镜片顶部（+30mm）到镜片底部（-30mm）的视线的表面镜度曲线图。

图3示出根据本发明的另一个示例性表面的表面镜度曲线图，其中从镜片顶部（+30mm）到镜片底部（-30mm）的镜度非线性增加。

图4示出跨越图1示例性镜片表面的光学镜度等值线曲线图，其中细线等值线示出以0.25D增量的球镜度渐变，以及其粗线等值线示出以0.5D增量的柱镜度渐变。

图5示出在本发明示例性镜片表面上的光学镜度渐变的表面等值线曲线图，其中球镜度跨越镜片从镜片表面鼻侧边缘的3屈光度（30mm）到镜片眼镜腿边缘（-30mm）的5屈光度横向增加，给出跨越表面的2个屈光度光学镜度增加。其细线等值线示出以0.25D增量的球镜度渐变，以及其粗线等值线示出在镜片表面以0.5D增量的柱镜度渐变。

图6示出镜片其它表面的镜度等值线曲线图（以0.5D增量），其和图4的表面结合为在远距离视力校正要求零屈光度以及额定+2D增加镜度的处方形成最终镜片。细线等值线示出球镜度（spherical power）变化，以及粗线等值线示出柱镜度（cylinder power）变化。

图7示出由图4镜度渐变表面结合图6另一个镜片表面设计的、在本发明示例性镜片上计算的穿过镜度/整个镜度（through-power）读数的镜度等值线曲线图（以屈光度表示）。细线等值线标识球镜度值，以及粗线等值线标识镜片柱镜度。

图8示出图6表面的表面镜度曲线（surface power profile）（虚线以及右侧y轴值），以及在图7中示出沿着远视眼视力典型视线从镜片顶部（30mm）到镜片底部（-30mm）的最终镜片的穿过镜度/整个镜度（through-power）曲线（实线以及左侧y轴值）。

图9示出根据本发明另一个示例性镜片的，为在远距离视力校正要求零屈光度以及额定+2D增加的处方计算的镜度曲线绘图，但是包括比在图7和图8中示出的镜片在远距离视力区域和近距视力区域之间的更短距离。镜度曲线沿着远视眼视力典型视线从镜片顶部（30mm）到镜片底部（-30mm）前进。虚线和右侧y轴值绘出这个镜片可选背面表面的表面镜度曲线，以及实线和左侧y轴值示出这个镜片穿过镜度。（在图4中示出这个镜片正面表面/前表面的表面曲线）

图10示出也在图9中示出的示例性镜片上计算的穿过镜度读数的镜度曲线绘图（以屈光度表示）。细线等值线标识球镜度值，以及粗线等值线标识镜片柱镜度。

图11示出为在远距离视力校正要求零屈光度以及额定+2D增加的处方设计的、本发明另一个示例性镜片的计算镜度曲线，镜度曲线沿着远视眼视力典型视线从镜片顶部（30mm）到镜片底部（-30mm），但是包括比在图7中示出的镜片更宽的近距视力区域。可选背面镜片表面（以虚线和右侧y轴值示出）配合图4中示出的正面镜片表面，形成包括由实线和左侧y轴值示出的穿过镜度曲线的镜片。

图12示出在图11中示出的本发明示例性镜片的计算穿过镜度读数的球状和圆柱形等值线绘图（以屈光度表示）。细线等值线标识球镜度值，以及粗线等值线标识镜片的柱镜度。

图13示出另一个可选背面镜片表面的镜度等值线绘图（以0.5D增量），其和图4的镜片表面结合形成远距离镜度为-2D和+3D增加镜度的最终镜片。细线等值线示出球镜度，并且粗线等值线示出这个镜片表面柱镜度变化。

图14示出为要求远距离镜度为-2D以及增加镜度为+3D处方的，在本发明示例性镜片上计算的穿过镜度读数的球状和圆柱形等值线绘图（以屈光度表示），其由在图4和图13中示出镜片表面的配合形成。细线等值线标识球镜度值，以及粗线等值线标识镜片的柱镜度。

图15示出在图13中表面的表面镜度曲线（点状线以及右侧y轴值），以及在图14中示出的最终镜片沿着远视眼视力典型视线从镜片顶部（30mm）到镜片底部（-30mm）的穿过镜度曲线（实线和左侧y轴值）。

图16示出在图5中示出的镜片表面沿着y=0的水平轴从镜片鼻侧边缘（30mm）到镜片眼镜腿边缘（-30mm）的表面镜度曲线。

图17示出镜片另一个表面的镜度等值线绘图（以0.5D增量），其和图5表面结合形成包括球镜度为-4.25D、柱镜度为+1D、以及圆柱轴180°的单视力镜片。细线等值线示出球镜度，并且粗线等值线示出这个镜片表面柱镜度变化。

图18示出本发明示例性单视力镜片上计算的穿过镜度读数的球状和圆柱形等值线绘图（以屈光度表示），其由在图5及图16示出的镜片表面和图17的另一个镜片表面结合而形成。细线等值线标识球镜度值，以及粗线等值线标识镜片的柱镜度。

图19示出图17表面的表面镜度曲线（点状线以及右侧y轴值），以及在图18中示出的最终镜片的、沿y=0的水平轴从镜片鼻侧边缘（30mm）到镜片眼镜腿边缘（-30mm）计算的穿过镜度曲线（实线和左侧y轴值）。

具体实施方式

本发明实施在眼镜镜片，其具有由光学镜度连续、渐变增加描述的一个表面，而且该表面和镜片的相反表面结合形成稳定光学镜度的一个或更多有效区域。包括连续、渐变镜度增加的表面的使用，和普通渐进镜片表面（normal progressive lens surface）形成对比，其通常实施在至少一个镜片表面具有用于远距离视力的近似常数或稳定光学镜度的有效区域，用于近距视力的不同的、近似常数或稳定光学镜度的相同镜片表面的另一个有效区域，以及镜度从一个值“渐进（progress）”到另一个值的、在这两个定义的光学镜度区域之间的，狭窄的、中间的区域。用这种方式，稳定镜度“坪区（plateaus）”由以快速镜度增加和转折点为特征的过渡区域接合。而本发明提供了没有转折点或中断，基本上在镜片整个可用光学表面上延伸的连续镜度渐变，而不是在镜片表面上被约束为狭窄的通道。因为本发明的镜度渐变表面不包括近似常数或稳定光学镜度的大区域，所及基本上在整个镜片表面的渐变镜度增加是有可能精确的。

作简单的估计，稳定镜度的有效区域被定义为至少28.27平方毫米的稳定光学镜度区域，定义该区域的尺寸不小于大约6mm宽。这个尺寸和区域的范围与6mm圆圈相对应，其包括镜片表面的典型凝视区域加上用于眼球运动的最小容差。记得根据光照条件，瞳孔尺寸范围从直径大约为3-4mm到最大的直径大约5-9mm。

为了清晰和方便起见，稳定的光学镜度可以描述为光学镜度变化从其平均值不超过±0.12屈光度的区域。如果描述单个表面，稳定光学镜度区域会是在那个具体表面上从其平均值小于±0.12屈光度变化的区域。特别优选地，稳定光学镜度区域具有从该区域平均值最大0.06个屈光度变化。稳定区域具有镜度坪区（plateaus）的外观，通常比毗邻区域具有更为有限的变化。

本发明形成眼镜镜片，其中，镜片的一面是包括连续渐变镜度增加的表面，而另一面，镜片的相反表面配合第一表面的渐变镜度增加，在最终镜片中为所需的处方提供稳定光学镜度的至少一个有效区域。这两个表面的结合形成稳定镜度区域是独特的，不是仅由一个表面提供有效稳定区域，也不是两个稳定区域（就像在双面渐进（progressive）中的）的重叠结合给出最终有效稳定结果。必须形成第二表面来配合第一表面的渐变增加以及跨越镜片增加或减去光学镜度以实现用于处方的有效稳定结果。在镜片两个面的变化镜度结合，可以在镜片上具体位置或定义的区域形成选定光学镜度的新区域。这个在光学设计中提供了明显的额外自由度。

在优选实施例中，镜片的第二表面配合第一表面的连续、渐变镜度增加形成两个有效稳定光学镜度区域。特别优选地，该两个区域包括用于远距离视力的稳定光学镜度的一个区域，以及用于近距视力的稳定镜度的另一个区域。稳定区域可以具有相同光学镜度，但是特别优选地，可以具有两个不同光学镜度，如同由给出的处方对于近距和远距离视力校正所要求的。

现在参考附图描述优选实施例。

图1示出本发明的在镜片一个面上表面镜度的示例性连续渐变。该表面镜度被定义为，假设镜片另一面没有光学镜度贡献，由于给定表面曲率和曲率变化，可以得到的光学镜度。该连续镜度渐变表面可以是镜片的外侧或内侧表面。图1示出根据本发明的，优选地和通常用于镜片外侧或正面的表面。在x轴上绘出沿着跨越这个表面的垂直轮廓的距离。为了方便起见，这个示例性60mm直径镜片表面的最高部边缘被定义为30mm，穿过镜片中间的0-180线是0，以及示出最底部边缘为-30mm。可以以类似方式形成和绘出更大或更小镜片表面。Y轴示出这个示例性表面从镜片顶部表面镜度3屈光度到镜片底部表面镜度5屈光度的镜度渐变，这个说明相应于作为线性镜度朝表面下部增加2屈光度。显然，其它范围的镜度渐变也在本发明的范围内。优选的范围包括跨越镜片表面从大约0.5D增加到跨越表面大约15屈光度镜度增加的连续渐变。特别优选的范围包括跨越镜片表面增加镜度大约0.5D的连续镜度渐变，到跨越表面增加表面镜度大约8D的渐变。（这些范围假设60mm镜片直径，而且可以为更大或更小镜片相应按比例确定）。应当注意的是，与现有技术相反，该表面示出无近似常数或稳定镜度的坪区。另外，该表面镜度在没有任何中断或转折点的情况下增加。

为了比较，在图2中示出在标准、正面渐进镜片表面（现有技术）上沿着远视眼视力典型视线向下的镜度曲线绘图。而且，为了方便和易于比较，这个现有技术镜片的最高边缘定义为30mm。在远处穿过镜片0-180轴的视线标记为0，而且到达镜片在-30mm的底部。这个绘图的y轴示出在这个典型渐进镜片上从靠近镜片顶部大约6.5D到靠近镜片表面底部近似8.5D的光学镜度渐进，给出额定2D增加镜度。这个绘图清晰示出靠近镜片顶部在大约30mm和大约5mm之间的近似常数、稳定低镜度（远距离视力区域）的稳定区域，接着在中间部位短距离上有镜度快速增加，以及另一个近似常数的，但是用于近距视力区域的、在靠近镜片底部从下面-12mm延伸到镜片底部的更高稳定光学镜度的稳定区域。这些稳定区域不是绝对平坦的，但也在平均稳定值附近变化的可接受范围内。由于光学设计和实际制造的限制，在稳定镜度区域的这样小镜度变化是正常的。另外，在稳定区域之间有清晰的转折点。和图1比较，其示出现有技术明显和显著不同于本发明的镜度渐变表面。

图1的镜度渐变可以实施在不同开始曲率的镜片上。例如，增加2屈光度的连续镜度渐变可以在根据本发明的镜片表面上实现，在镜片顶部为1屈光度的额定球状曲率，而在镜片底部是3屈光度。2屈光度的连续镜度渐变还可以在镜片顶部为6屈光度的额定球状曲率，而在镜片底部为8屈光度的镜片上实现。第一个例子可能更加适合高减号或高负号（high minus）远距离校正的处方，而第二个例子提供了会更适合高加号或高正号（high plus）处方的镜片。这示出本发明的镜度渐变表面另一个优势，尤其是当其置于镜片外侧表面上时：可以为任何处方选择更加平坦、更为美观基础曲线。在没有产生整个表面隆起的情况下，该镜度渐变已经在外表面上提供了某些额外的要求镜度。

在图1中，示出屈光镜度的线性增加。然而，跨越镜片表面的连续镜度渐变采用的其它关系清楚地在本发明范围内。例如，可以使用指数的、对数的、对数螺旋线的、抛物线的、正镜度函数的或其它非线性增加关系，不胜枚举。在图3中示出镜片表面的镜度渐变从顶部到底部的非线性关系例子。这个镜度曲线绘图清楚地示出在镜片下部的镜度比在其上部的镜度更加快速的增加（即镜度更加快速增加，而跨越表面的更少距离变化），但是表面曲线是平滑和连续的，而且不反映如在稳定光学区域所见的稳定区域。具有向镜片底部曲率快速增加的采用非线性关系的镜度渐变表面，可以是对远视眼处方是特别有利的。

从这些各种各样的、非限制性的说明可以清楚明白，根据本发明可以形成宽范围的连续镜度渐变表面。这个表面的主要特征是在没有中断或转折点的情况下，基本上在整个光学可用镜片表面上镜度是渐变的、连续的增加。

在优选实施例中，该连续镜度渐变表面可以配置为周围边界不是光学可用的透镜状表面。类似地，其可以配置成镜片的部分或部分边缘是不能光学可用的。这样的部分或边缘可以包括，例如用于变薄镜片边缘，或者是在随后的处理期间（例如完成镜片的其它表面，涂层，着色或除此以外修改镜片物理性质的），作为夹持或排列镜片的辅助。本发明意识到连续镜度渐变是这种镜片光学设计的必要元素，并且无论其表面以任何方式配置，描述了镜片表面的可用光学区域。

参考图4可以更加易于理解这些。图4示出图1示例性镜片表面的二维视图，但是示出为表面镜度地图，其中从前面的值渐变变化给定数量的屈光镜度为间距标出等值线。以0.25D增量的球镜度变化由细线示出，而柱镜度（0.5D增量）变化由粗实线示出。与每个曲线相关的镜度变化标记在其线上。球镜度值表达为在这个示例性镜片表面上的顶部是3D的关于基础镜片曲率镜度，在镜片底部增加到5D。在这个示例性表面中，设计这个柱镜度沿着主镜度渐变的中线是低的，并且在跨越镜片的x方向中轻微地增加；因此，在加号和负号x轴方向中的第一等值线示出为0.5D。既然该表面体现了如图1所示的镜度连续渐变，应当记住的是这些线不代表镜度的步进变化，而仅仅是在那里渐变增加已经达到了描述值。

应当注意的是镜度等值线延伸跨越镜片表面直径的大部分区域。这些等值线示出在镜片表面球镜度2屈光度的宽度的渐变增加，而柱镜度向镜片侧边极微小增加。这是连续镜度渐变主要是球镜度增加的例子，并且是本发明的优选实施例。例如当第二表面的数字处理在定义佩戴者处方中会起到不可或缺作用时，在一个表面上的这样的宽度的连续镜度渐变特别适应处方的范围，并且可以用于有效形成最终Rx。

本发明的技术人员可以从图4和图1看出，本发明的连续镜度渐变表面不同于已有专利，例如美国专利US 2878721以及其它渐进镜片（progresive lens）专利和设计，其中镜度改变的变化被约束在受限制的、控制的镜片区域，而稳定镜度区域（用于远距离视力和近距视力）被最大化，如同在图2的现有技术例子中示出的。

这个连续镜度渐变方法，在为用户定制镜片时提供明显更大的自由。例如，因为近距视力和远距离视力区域还没有被本发明的镜片表面预定义，可以移动或调整它们的尺寸和位置以适合佩戴者。这是比标准渐进表面半成品镜片毛坯有显著优势的地方，其中在另一个表面的设计补偿可以明显减少近距或远距离视力区域的尺寸。类似地，本发明连续镜度渐变不约束保持稳定镜度的某些区域，这样有更少不需要的镜片表面设计扭曲引起的散光；因为任何毗邻增加之间的变化是更加一致地分布，本发明渐变设计在任何给定区域产生更少相对散光。

另外，与球状镜片毛坯相比，或者是与用于结合背面渐进表面的点旋转或轴向旋转对称非圆单视力镜片毛坯相比，这个连续镜度渐变发明提供更大设计自由。首先，利用连续镜度渐变表面和数字表面刨光的现代技术，可以在两个表面之间共享增加镜度，以优化外观美观。第二，通过共享在两个表面之间的增加镜度的技术，获得更大视力区域是有可能的，因为连续镜度渐变表面基本上跨越镜片延伸，而不像在渐进镜片上限制在狭窄区域。第三，相比球状或非球状单视力镜片毛坯，连续镜度渐变镜片表面对镜片增加要求积极贡献的事实提供了工程设计优势。由于镜度渐变表面的镜度贡献，可以实现示例性设计优势，包括例如变薄镜片（并且从而变轻）、在镜片框正面和背面镜片厚度的更好分布、更宽处方范围的适应（由于更少由基础曲线约束的限制）、针对个人偏好如眼球跟踪和使用特征的更容易定制设计，以及处方镜度跨越镜片的定位优化和针对框架包装、框架角度或框架倾斜的实际镜片配置（其尺寸特性）优化的改进。

本发明的另一个优势是根据设计要求和用户偏好，具有相同连续镜度渐变表面的镜片可以用于形成增加镜度范围。这对光学实验室或处方制造商来说是有益的，因为他们不需要大的或各种各样的原始镜片毛坯库存。例如，如果本发明的镜片用在具有跨越镜片外侧表面的2屈光度的镜度增加，以及期望最终镜片具有3屈光度的增加镜度，可以设计内表面使得其有助于总共的3屈光度，但是这个发明实现了两大优势：1）外侧表面不像传统3增加镜片的前表面那样隆起，以及2）内表面不像传统3增加镜片的内表面那样平坦，其为脸颊提供更好的清晰。可选地，根据本发明的相同镜片表面可以用于产生具有1屈光度增加镜度区域的最终镜片。在这种情况下，该镜片在内表面的部分区域会是退化的（regressive），这对某些脸部外形（例如突出的颧骨）或者具有紧密包裹的镜框是有利的。仍在另一个例子中，如果最终镜片是2屈光度的增加镜度，这个增加镜度的大部分早已存在于具有连续镜度渐变的镜片表面。因此，另一个表面仅仅需要在靠近选择的最终增加区域轻微增加镜度，而且可以主要用于光学校正的其它方面，例如稳定不同镜度区域，或用于镜片的装饰考虑。

另外，使用本发明镜度渐变表面的不同部分以适应不同处方或用户偏好是可能的。例如，考虑另一个在镜片顶部为2D和在镜片底部为6D具有基础曲率的线性镜度渐变表面，这样在表面给出4屈光度的总镜度增加，或者在30mm距离上为2D的增加。许多小的框架具有范围为20-30mm的高度尺寸。这样，可以相对镜片表面向上或向下移动框架部分，使得其跨越不同基础曲线部分。这对优选地匹配镜片曲率和处方要求是有帮助的，而且保持尽可能的平坦或保持尽可能的美观平衡。

可选地，可以选择具有不同镜度渐变范围或不同描述连续镜度渐变关系的镜片表面，用于不同增加镜度要求，而且用于和镜片其余表面的结合以优化性能或装饰。当试图保持最终镜片尽可能薄的时候，这种设计自由非常有用。佩戴更薄的镜片会更加舒服，而且在外观上更具有吸引力。

本发明允许在厚度平衡上的明显优势。随着连续镜度渐变表面的使用以及第二镜片表面和其的结合，相比标准渐进设计，其更少的散光被推到边缘。另外，因为增加镜度会在两个表面之间共享，两个表面不应该像一面设计中的那样隆起。类似地，在朝向镜片底部具有连续镜度增加的外侧表面的优选情况下，在镜片下部的增加的有效基础曲线会自动启动平衡内表面和外表面之间的镜片厚度。

另一个实用优势是当连续镜度渐变发明实施为镜片表面全部区域向下镜度连续增加时，用于老花镜处方。由于镜片表面向下连续增加曲率，穿过镜片的中心凹视力/凹观察（foveal viewing）主要垂直表面获得，而不是在会被发现的更为倾斜的角度，例如，用于背面表面的渐进设计。这意味着更为精确的方程式可以用于计算和设计优化的处方设计，包括由高度可变倾斜视力引起的更少错误。另外，由于垂直定位，在标准焦度计上测量处方与使用中的实际处方之间的差异会更少。这对光学技师来说是极为重要的，因为他们想要确保分发的处方对病人来说是正确的。通过许多新式背侧渐进，大的斜角度视力可以将接近1屈光度的错误引进到标准焦度计读数中，而且镜片制造商必须给技师提供制造商确信他们是对正确处方响应的可选读数。显然，有时候这对技师来说安慰更少，因为他们没有确认完成镜片是否正确的实际方法。

迄今为止描述以及在前面图中示出的连续镜度渐变表面，特别适用于镜片正面（外侧）表面，其中在靠近完成镜片的底部期望更高光学镜度。在标准配置中的镜度渐变表面的这个位置用于远视眼治疗。连续镜度渐变表面还可以配置为从镜片底部到顶部的镜度渐变增加，适用于对该配置是有用的状况，例如飞机驾驶员或机械师需要在头顶上阅读显示器。

在另一个实施例中，连续镜度渐变表面可以位于镜片的内侧表面，最靠近用户眼睛。在这样的配置中，相对于镜片内侧表面底部，镜度渐变表面优选地在镜片顶部具有更短的曲率半径，而且因为它是内侧（负的）表面，在具有远视眼处方的标准使用区域中，其在镜片表面底部提供更多镜度。如果一个人对镜片设计选择使用退化方法（regressive approach），这个人会想使用在镜片底部具有比顶部更短曲率半径的内侧镜度渐变表面。

仍然在本发明的另一个实施例中，连续镜度渐变曲线可以用于单视力校正以提高美观（例如镜片边缘厚度），增加清晰视力（clearestvision）区域，或减少离轴错误。多数人在向下观看时执行近距任务。固有存在于镜度渐变镜片设计中的改善视角，其使用镜片使得所有视角更加紧密靠近垂直截距，这将最大化视力/观察（viewing）区域，并且甚至为单视力佩戴者形成更加舒适的视觉感受。这也允许镜片性能的更加精确模型，以及因此的最终镜片更好优化。这对斜角视力错误变得更加明显是尤其有利的，例如，在更高镜度校正中，或者用于在包裹型框架中的处方。

加强光学性能或在包裹型框架中的镜片外观的各种实践已经在现有技术中讨论。例如，美国专利US 6364481关注可变棱形镜度，而且特别减少从光学区域到朝向眼镜腿外围区域的跨越镜片的棱柱水平分量。其通过包括在朝向外围的延伸区域中额外的光学校正，旨在增加清晰光学区域。美国专利6454408还描述用于包裹型框架的镜片设计中的改进，其采用“配合可变表面”，使得全部两个表面的曲率变化几乎等于在每个表面上的相应点。优选的表面是径向对称的，而且曲率变化优选地改变水平跨越镜片的镜度。类似于美国专利US 6364481的中央视力区，在美国专利US 6454408中称为视力固定域，被优化而且描述了朝向眼镜腿的延伸区域。

以另一种方式配置的本发明是有用的。在这个实施例中，连续镜度渐变跨越镜片的宽度增加，而不是从镜片的顶部到底部。这个取向在图5示出，作为从镜片表面鼻边（30mm）到镜片表面眼镜腿边（-30mm）的以2D光学镜度增加的镜度渐变镜片表面的表面等值线绘图。通过适应个人处方的其它表面的数字刨光，镜度渐变增加可以解决除了棱柱以外的额外状况。例如，朝向镜片外侧边缘的增加曲率可以应用于稳固包裹框架，尤其是具有更高镜度的处方。标准单视力半成品镜片毛坯常常遭遇问题，尤其是那些适用于更高负号处方，就是说他们太平坦难以安装到明显弯曲的包裹框架中。因此，用框架的水平曲线增加其曲率（镜度）的具有连续镜度渐变的镜片可以改善这种状况。另一个优势是这个表面配置再次提供更少斜角视力，因为镜片曲率朝眼镜腿边缘“包裹”以允许镜片镜度更多垂直展现到达眼睛。

虽然基础曲率从3D到5D的增加在图5中示出作为说明，其它连续镜度渐变和基础曲线的其它范围在本发明的范围之内。接着，镜片的另一个表面会被刨光（surfaced）以补偿镜度渐变，使得形成至少一个有效稳定光学镜度区域（例如，为单视力处方），为多焦度处方形成用于远距离视力或者近距视力的一个或更多有效稳定区域。由于连续镜度渐变设计的独特性，实现给出处方的在另一个表面的相应变化会要求不同于“共同变化表面”的变化。

在其它实施例中，连续镜度渐变增加可以包括柱镜度增加而不是球镜度增加，或者除了球镜度增加以外，还有柱镜度增加。已经在以前的图4和5中的镜度渐变表面例子中看到小的柱镜度渐变增加。在某些情况下，由于镜片表面的约束，关于计划球镜度渐变会出现。然而，还可以选择设计本发明的这个表面主要用于柱镜度渐变，或用于可控数量的柱镜度增加。这对于单视力处方是特别有利的，而且对于包裹型框架也是有利的，尤其是具有靠近眼镜腿边的明显弯曲的那些框架。这个柱镜度渐变的优选实施例将是具有垂直轴的线性增加。

具有连续镜度渐变的表面可以设计成带有脐线或不带有脐线。这就是说，本发明可以在沿着选定线的任何给定点处，实施为使得水平和垂直曲率是相等的，形成控制的脐线渐进。在本发明中，这个脐线不接合稳定镜度（如同在很多渐进镜片表面中）的两个有效区域，而是从镜片可用光学区域的一个边缘沿着渐变连续增加镜度的线延伸到另一个边缘。这个实施例提供沿着脐线减少的不需要的圆柱，并且由于脐线的设计球状性质，到达每个面。然而，这将伴随远离脐线的增加的多余圆柱。

在一个优选实施例中，根据用户的阅读凝视运动，定位用于镜度渐变的长脐线，因此有可能朝向鼻子弯成角度。可选地，脐线的可以瞄准其它方向，不同于传统渐进镜片。例如，沿着脐线的镜度渐变增加可以沿镜片上的0-180轴（水平的）排列。这个实施例对包裹框架是特别有用的。具有脐线的镜度渐变可以定位在跨越镜片表面的其余角度，以适应各种框架外形或者个人偏好。

另一个优选实施例使用没有脐线的连续镜度渐变表面。在这种情况下，当在表面上某些分离的点在水平方向和垂直方向具有相等的曲率，不定义在垂直方位中具有相等曲率的连续线。因此，在任何给出的点，该表面可以在水平和垂直方向上具有不同曲率。在现有技术中，用于单视力镜片的圆柱形或环形表面是常见的，以及在垂直轴中具有不同镜度的渐进镜片是已知的（请参见例如美国专利US 6935744和US 7399080），但是这些方法没有在整个光学可用镜片表面上包括镜度连续渐变增加。渐进镜片设计和单视力镜片两者全部实施稳定光学镜度的大区域，与本发明有区别。

因为没有线被约束成纯粹的球状，没有脐线的连续镜度渐变表面会比具有脐线的类似表面具有更低的最大多余圆柱。这意味着，其它表面会需要多余圆柱更少校正以实现与具有脐线的表面相同的光学性能，或者可选地，因为需要更小的校正，可以产生更好优化。另外，没有被定义线的性能，其在方位上、在两个表面之间的横向定位和优化会有更多的自由。因此，无脐线的选项是镜度渐变表面的有利实施例。

接着，镜度渐变表面的实施例和镜片的另一个表面结合以形成所要求的处方并且提供具有至少一个稳定光学镜度的有效区域。优选地，对于具有远距离视力和近距视力值的处方，本发明镜片表面的结合将提供至少两个稳定光学镜度的区域。更优选地，将形成两个区域中的一个用于远距离视力，而另一个用于近距视力。更优选地，形成的稳定光学镜度的这两个区域将是有效区域。

可选择地，两个表面的结合可以考虑其它因素，例如美观、个人用户的偏好或实用、易于制造以及光学性能的优化。用户偏好包括，例如，像镜片上远距离视力和近距视力区域之间的物理距离这样的因素，远距离视力和近距视力区域的尺寸，容许在视力区域中或视力区域周围的圆柱（散光）数量，远距离和近距视力区域之间的优选凝视角度，以及基于佩戴者行动和习惯的其它因素。这些和类似因素可以在设计或优化规程中分配不同程度的重要性。

当接收了处方，在完成镜片之前可以选择连续镜度渐变表面，或者可以收集该镜片如何被使用的额外信息。本发明的另一个优势是，可以具有增加的自由以适应任何镜度渐变表面到各种各样的处方。例如，考虑朝向镜片表面下面2屈光度的线性镜度渐变增加。在配合远距离视力校正范围时，有许多方法使用这个表面结合另一个表面的独特数学设计以形成具有增加+2屈光度的镜片，具有增加+1屈光度的镜片（某些镜度由另一个表面减去），具有增加+3屈光度的镜片（某些额外增加镜度由其它表面贡献），以及中间增加镜度。类似地，因为镜度渐变表面不是由分开的小区域和增加镜度约束，所以可以设计另一个表面以扩大、水平补偿或者垂直调换由此产生的最终处方的远距离和近距视力区域。

在不同的例子中，可以改变镜片的方向，以便镜度渐变增加不是朝向镜片下面进行，而是跨越镜片用于包裹型。如果处方要求，另一个表面将会适应于形成增加区域，或者与镜度渐变结合以提供单视力校正。正如之前提到的，通过跨越这个镜片的镜度渐变，设计其它表面，甚至为包裹型形成清晰视力的更大区域会更加容易。这个优化视力区域由镜度渐变增加辅助，其可以选择以更好适应包裹曲率，并且保持镜片表面更加垂直于任何视力方向。在另一个实施例中，如果用于阅读的用户具体凝视角是已知的，为了表面增加镜度的更完全使用，镜度渐变增加可以和那个角度对齐或匹配（而不是仅仅垂直定位）。其它应用对本领域技术人员来说是显而易见的。

可选地，可以根据各种因素，选择不同连续镜度渐变表面。例如，可以优选更加快速镜度增加或非线性增加，例如在图3中示出的用于更小框架。在另一个实施例中，如果在框架和脸部之间有足够的空间，可以选择将更多增加镜度置于镜片的内侧表面上的渐变，以改善美观。对于高正号或高负号距离处方，为了变薄镜片或为了平衡框架正面和背面镜片的厚度，可以在不同起始镜片曲率上，或者根据具有增加镜度的不同总范围，选择镜度渐变。根据框架设计和安装因素，例如除其它以外，广角倾斜、脸部外形或包裹角度、瞳孔距离和角膜顶点距离，从不同镜度渐变增加、不同描述镜度渐变的数学关系或者用于表面的不同基础曲率中选择。具有脐线的连续镜度渐变表面优选用于对多余圆柱极度敏感的人，而没有脐线的镜度渐变表面（并且因此降低了更多跨越表面分布多余圆柱）可以用于有限增加要求的正在出现的远视者。还可以考虑制造因素，多少多余材料需要从另一个表面移除以形成最终处方，或者形成最终镜片的必要特征是如何困难。例如，如果最终要求的近距视力镜度比远距离视力校正强出4屈光度，选择仅仅具有0-0.50屈光度镜度增加的镜度渐变表面是不大可能的，因为那样会强迫另一个表面供应增加镜度的优势，并且减少了利用镜度渐变表面的有效优势。这些是例子中的一部分，而且本领域的技术人员应当意识到在本发明范围内的其它有利选项。

一旦选择连续镜度渐变表面，计算另一个表面，使得其和第一表面的结合会得到所要求的处方，并且为最终镜片形成至少一个有效稳定光学镜度区域。该连续镜度渐变表面会由已知的一个方程式或更多方程式表示，或者由独特的xyz坐标组来描述。用于镜度渐变表面的方程式或值，与最终处方和将会考虑的其它因素一起，被输入到计算程序中以定义和优化另一个表面以及两个表面的结合。这可以通过许多已知的技术来实施，所述的已知技术包括射线跟踪、波前传播分析、曲率计算或者这些的结合或者是与其它技术的结合。

贯穿这些讨论，该连续镜度渐变表面已经描述成像半成品毛坯，其中镜片毛坯的一个表面，或者是内表面或者是外表面，实施了镜度渐变设计，并且不再针对光学镜度进一步改变。许多现有数字刨光机器容易适应半成品镜片毛坯，其外侧表面不需要进一步加工并且内侧表面由机器切割或“完成”最终外形和表面质量。虽然这是非常实用和优选的实施例，可以意识到本发明可以通过刨光毛坯的两个面，根据需要连续镜度渐变表面的方程式或xyz坐标来切割一个表面，以及切割另一个表面以结合镜度渐变表面形成最终处方。这个方法不需要额外的切割步骤，但是提供半成品镜度渐变毛坯无存货需要保持的选项。所有这些在本发明的范围内。

所有可能的实施例不可能反映所有这些额外的变动和其它配置，本发明提供的进一步例子旨在让本领域的技术人员意识到所有这些变动和配置在本发明的各种实施例范围内。

现在参考下列非限制性例子更具体描述本发明。

利用展示有效增加镜度的镜片，例子中的某些描述了针对远距离视力和近距视力形成处方校正。在眼镜片行业中，有多重方式定义增加镜度区域，包括（额定增加镜度-0.125D），（额定增加镜度-0.25D），至少75%的增加镜度，以及至少85%的增加镜度。在下列例子中，在适用情况下，我们使用保守的但是说明性的90%的增加镜度定义（例如，对于2D增加镜度镜片，0.90*2=1.8D）。

例子1

目标是设计根据本发明的具有0屈光度远距离视力校正以及2屈光度增加镜度的镜片。为了方便，这个镜片设计成远距离校正在镜片上部而增加镜度靠近镜片底部，类似于标准渐进镜片的布局。下列标准安装参数用于计算：从眼睛角膜到镜片背面表面定点的距离（角膜顶点距离）：13mm；近距视力区域位移：到鼻子2mm；从镜片0-180线到全增加值的距离：16mm；广角倾斜：8度；包裹角：5度。

在图1和4中示出的表面用作最终镜片正面上的连续镜度渐变表面。这个表面数学模型成150正交Zernike多项式的总和，根据Wyant-Creath方案整理顺序（ordered），以及这种表面表示法的系数成为处方镜片计算的输入。通过精确的射线跟踪结合在镜度渐变表面上的信息以及安装参数执行计算，确定其它镜片表面需要的特征以满足处方要求。对于这些计算，其它镜片表面（在这些例子中，背面镜片表面）由150Zernike多项式独立扩展代表。背面镜片表面扩展的系数，由比较在计算的任何阶段实际镜度地图和理论镜度地图的价值函数（merit function）的最小化来建立。利用BFGS（Boyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno）优化算法实施优化。

图6示出计算用于和图4中示出镜片表面结合以满足处方要求的背面表面的表面等值线地图。在这个例子中，图6设计成镜片的内表面。应当注意的是内侧表面示出跨越底部表面的（粗线示出其等值线）相当数量圆柱和快速圆柱变化，而球镜度（细线示出其等值线）变化很小。

图7示出当图6表面与图4镜度渐变表面结合时得到的计算的穿过镜度（through-power）等值线绘图。这个绘图示出当穿过镜片观看时会感知到的有效光学镜度。粗线标记出圆柱值而细线指示球镜度等值线。增加区域由1.8D的球镜度等值线指示，与具有需要增加镜度的至少90%的光学镜度的区域相对应。图7示出两个表面结合形成的镜片，该镜片具有用于0校正远距离视力（平的镜度）的大的稳定光学镜度区域，具有光学镜度快速变化的中间通道，以及用于增加区域的大约2屈光度的稳定光学镜度的另一个区域。

以另一种方式分析该镜片，图8示出这个例子的计算镜度，其沿着典型远视眼视线的曲线（profile），该视线从镜片顶部到镜片底部、穿过产生的通道以及这个例子镜片的增加区域。虚线描绘沿着这个镜片背面表面的定位曲线（positional profile），相关表面镜度值示出在右侧轴上的。实线描绘在最终镜片上的相同定位曲线，最终镜片具有为这个镜片计算的穿过镜度值示出在左侧轴上。

描绘用于最终镜片穿过镜度的图8实线曲线示出，通过图1和4示出的正面镜片表面和图6和8（虚线绘图）示出的背面镜片表面的结合，已经为最终镜片形成两个光学镜度稳定区域。实线穿过镜度示出一个区域，其具有作为从大约30mm延伸到接近0mm的远距离视力处方所要求的大约0屈光度值，以及从大约-15mm延伸到-30mm具有接近2D镜度的另一个区域。这两个区域表现为镜度坪区。这些区域甚至符合平均镜度为+0.06D的稳定区域的最苛刻优选定义。重新检查在这两个区域的图7等值线绘图，确认由这两个镜片表面形成的稳定光学镜度区域具有有效的跨越镜片表面的足够范围。因此，这个例子已经实现由这些镜片结合形成光学镜度的有效稳定区域的结果。

另外，图8的虚线曲线示出背面表面所需要的令人惊讶镜度变化，背面表面配合镜度渐变正面表面以供应期望的处方。这对于镜片表面来说是不寻常和不直观的形式，镜片表面具有多个镜度变化，而且这样的变化局部出现在负的和正的方向。

本发明的另一个独特性是在没有依赖具体稳定镜度区域或镜度渐变表面上稳定区域的情况下，完成所要求的处方，尽管这个表面对最终增加镜度贡献很大。这个可以通过比较在如图1所示的表面镜度曲线绘图和图8的虚线上y=-10和y=-30之间的表面镜度值看出。在这个区域，正面表面（图1）的表面镜度从接近4.3D增加到5D。相反，背面表面在-10mm到-15mm之间第一次从-3D减少到大约-2.65D，接着在-30mm增加回到大约-2.9D。这些两个表面镜度的增加提供该镜片由此产生的增加镜度非常粗略的近似。在这样的情况下，增加会从范围大约(+4.3+-3)=1.3D到(+5+-2.9)=2.1D之间。这与图8实线示出的更准确计算的穿过镜度读数是一致的，其示出在这个区域从大约1.35D到接近2D增加镜度增加，主要由出现在连续镜度渐变表面上的表面镜度中的增加来驱动。再一次，比较在图7和8中的最终镜片数据示出，图8的稳定区域区域与由两个不同镜片表面结合为最终镜片形成的有效稳定光学镜度区域相对应。

提供两个另外例子说明如何使用本发明以适应用于给出处方的，或者用于佩戴者偏好或者使用的镜片性能。再次使用远距离校正为0屈光度和增加镜度为+2屈光度的示例性处方，例子2和3，以及图9-12示范如何使用上述的表面，以及示出的图1和4作为示例性正面表面，并且设计和结合各种其它表面以形成具有相同Rx的镜片，但是具有不同光学或用户要求的特征。数学表达表面的方法，以及用于这些例子的优化技术和用于例子1的方法相同。

例子2

在这个例子中，像例子1一样，目标是设计根据本发明的具有0屈光度远距离视力校正以及+2屈光度增加镜度的镜片。然而，在这个例子中，该计算有额外的约束，即镜片应该比例子1中的镜片具有更短的在远距离视力和近距视力区域之间的垂直距离。这个约束可以，例如是选择更小镜片框的用户所要求的，或者是展示眼睛更少向下运动以适应读数位置的人所要求的。安装参数和那些用在例子1中的相同，除了在0-180线下方的到全增加的距离被设置为替换16mm的13mm以外。

图9以和图8类似的方式示出沿着从镜片顶部到镜片底部典型远视眼视线的计算的镜度曲线，并且描绘跨越背面镜片表面的光学镜度值（虚线和右侧轴）以及例子2最终计算的镜片的穿过镜度值（实线和左侧轴）。在这个例子中的最终镜片穿过镜度（图9中的实线）示出如处方所要求的两个稳定光学镜度区域。另外，图8和9穿过镜度曲线的比较，示出具有大约+2D增加镜度的稳定区域在由图9示出的镜片曲线下方的更短距离已经达到。相同镜度渐变表面（如同在图1和4所示）用在例子1和2两个例子中。因此，为了在最终镜片上将增加区域移得更高，例子2的背面表面必须比例子1中的背面表面具有不同的镜度贡献。这个在图9中背面表面的曲线描绘（虚线）中可以看出。在-10mm，表面镜度仅仅是-2.5D（与例子1中的-3D相比），因此，这个背面表面比图8中示出的背面镜片表面从增加区域上部中的正面表面镜度渐变减去的更少。

对于额外的信息，图10示出用于这个示例性镜片的期望穿过镜度读数的计算的镜度等值线绘图。由1.8D球镜度等值线围住的区域，进一步向镜片中部明确延伸的，与例子1中镜片相比，其示出到有效稳定增加镜度区域的更短距离已经由这个表面的结合实现。应该注意的是，图10的穿过镜度读数等值线绘图比在图7中看到的0.5D球状和圆柱形等值线在正的y方向呈现的更高；这个效果通常在具有到增加更短距离的渐进镜片上看到，而且甚至可以比例子2更为显著。使用连续镜度渐变表面设计的一个优势，是可能减少这样的无用镜度干扰最终镜片的远距离视力区域。类似地，应当注意的是由图10中1.8D等值线定义的有效稳定近距视力区域甚至比例子1设计中的更大。这示出可以影响由镜片的镜度渐变表面和其它表面优化结合的另一个可变因素。

例子3

目标是设计根据本发明的具有0屈光度远距离视力校正以及+2屈光度增加镜度的另一个镜片。安装参数与在例子1中所用到的那些相同。然而，在这个例子中，该计算具有单独要求以形成比例子1更宽的近距视力区域。

再一次，在图1和4示出的镜度渐变表面用于这个示例性镜片的正面表面。图11示出用于背面镜片表面（虚线和右侧轴）的表面镜度曲线，以及最终镜片上沿着这个镜片顶部（30mm）到镜片底部（-30mm）远视眼视力典型视线的计算的穿过镜度（实线和左侧轴）。穿过镜度绘图示出0屈光度远距离视力校正和+2D增加镜度所要求的稳定光学镜度区域。这个背面表面曲线外形类似于以前例子中的那些，但是与以前例子中观察到的更小值相比，具有在-10mm的大约-3.15D的表面镜度值。另外，跨越这个镜片增加区域的背面表面镜度比例子1中用到的背面表面更加轻微地变化。

与这个镜片（图12）相关的计算穿的过镜度等值线绘图如同以前例子中的清楚地示出用于远距离视力值的大的稳定镜度有效区域，另外，比例子1的镜片中相应区域有更宽的有效近距视力稳定区域（由1.8D等值线划界）。在这样的设计中，像例子2一样，0.5D球状（细线）和圆柱形等值线（粗线）比例子1向镜片上面延伸的更远，而且具有更高圆柱读数的区域更大，例如无用2D圆柱的圆柱读数区域更大。然而这样的设计平衡是可以接受的，因为为例子3获得了更宽、更大近距视力区域

令人惊喜的是，和例子1-3中镜度渐变表面结合的表面，显示出不同于或者标准单视力表面或者渐进表面。不寻常的镜度变化和增加镜度或者减去镜度的跨越镜片的多个变化记录在上面。大多数渐进表面试图限制镜片远距离视力区域中的任何圆柱，但是这种限制对于例子1-3中使用的表面不需要。例如，在图6中示出的背面表面镜度地图绘图示出由0.5D圆柱等值线（粗线）划界的狭窄通道，以及在镜片上半部具有0.5-1.0D圆柱值的大区域。然而，与例如图4中示出的表面结合，其显示出在相反镜片表面上的圆柱可以用于有利扩大最终镜片的由此产生的远距离视力区域，如图7所示。与根据本发明的连续镜度渐变表面结合的相反表面具有另一个优势。既然它们的圆柱分量可以在镜片表面（与渐进镜片表面对比）上更加广阔，镜度变化可以是更加渐变的，因此更加易于通过传统或数字刨光（surfacing）来形成。在优选实施例中，在基本上遍布其上有渐变变化的另一个表面与连续镜度渐变表面配合以形成最终处方。因此，对于本发明是清楚的，两个表面全部必须采取新的配置以形成所要求的结合。

以前的例子说明最终镜片设计的可以利用本发明实现一个给出处方的某些变化。这样的最终镜片变化特性用标准渐进镜片毛坯会极端难以实现，这是由于它们的给定增加镜度和远距离清晰视力区域的预设区域。连续镜度渐变表面可以提供适应各种设计要求或用户偏好的更宽广区域，如例子1-3所示。

下列例子示出相同连续镜度渐变表面如何用于形成不同处方。

例子4

在这个例子中，在图1和4示出的表面用作正面镜片表面，并且和另一个背面镜片表面结合提供具有在远距离是-2屈光度校正、在近距视力区域是+3屈光度的根据本发明的最终镜片。表面的数学表达式形式和优化方法和前面例子所使用的相同，并且使用例子1的安装参数。图13示出与镜度渐变表面结合以实现这些处方要求的背面表面的表面等值线镜度绘图。这个背面镜片表面比以前的例子除了示出更多柱镜度变化（粗线示出其等值线）以外，还示出高的和快速变化球镜度（细线示出其等值线）。

图14示出用于由这个表面结合形成示例性镜片的期望穿过镜度读数的计算的镜度等值线绘图。由在镜片上半部的表面结合形成的大的有效稳定远距离视力区域，由-1.5D球状等值线和0.5D圆柱界限划界。这个大区域会具有接近处方-2D值的光学镜度。由这些两个表面结合形成的镜片近距视力区域由0.7球状等值线围住。这与至少+2.7D的增加镜度，或者90%的期望增加（-2D远距离Rx+2.7D，近距Rx=0.7D有效值）相对应

这个镜片的镜度曲线如图15所示。如同在以前的例子中，曲线在镜片顶部（30mm）开始，并且沿着从远距离视力区域穿过近距视力区域到达镜片底部（-30mm）的远视眼视线运行。用于这个计算的镜片的穿过镜度实线清晰地示出用于远距离视力校正的在-2D稳定镜度的坪区（plateau），以及与+3D增加要求相对应的在近距视力区域大约1D的稳定镜度的另一个坪区。背面表面与图4的表面结合形成这个镜片，其示出类似以前例子的不寻常波状镜度曲线，但是具有不同表面镜度值和更大相关变化（在图15中的虚线和右侧轴）。为了实现在远距离视力区域的负号镜度，背面表面必须比以前的例子提供更多镜度，而且更加快速变化以配合正面表面的镜度渐变增加。类似地，发现背面表面镜度沿着曲线从-10mm到-30mm比以前的例子变化更多，而且以这种配合的方式，在没有任何表面示出它们自己的有效稳定区域情况下，这两个表面为最终镜片形成更高稳定增加区域。

这些计算示出单个连续镜度渐变表面可以以不同方式结合各种其它表面的例子。本领域的技术人员应当理解，如果在处方和在镜片特征中的这种变化可以由一个示例性镜度渐变表面形成，在镜片任一个面上的其它镜度渐变表面的使用同样可以允许不同处方变化，并且解决各种光学、装饰或实用性能因素。

下面的例子示出用于单视力镜片的连续镜度渐变表面。

例子5

这个例子的目标是设计根据本发明的具有-4.25D球镜度，+1D柱镜度以及180°圆柱轴的镜片。这样的处方是相当平常的，但是特别有挑战的是其可以适应通常要求与正号处方相关的更高基础曲线的包裹框架。连续镜度渐变设计的一个优势是，可以选择镜片表面的球状曲率跨越镜片增加。这个特征可以用作，例如安装镜片到包裹镜架的优势。下列标准安装参数可以用于计算：从眼睛角膜到镜片背面表面顶点的距离（角膜顶点距离）：13mm，15度的脸部框架（包裹）角，以及4度的广角倾斜。用于以前例子中的表面数学表达式方法和优化方法也用于例子5。

在这个例子中使用的如在图5中示出的连续镜度渐变表面作为镜片的外侧表面。应当注意的是对于本发明的这个表面，镜度增加跨越镜片从一边到另一边横向进行，而不是从镜片顶部到底部。如同在图5中球镜度等值线（细线）可见的镜度渐变增加，被排列成使得镜度沿着0-180轴朝向眼镜腿（-30mm）增加。沿着0-180轴描绘这个表面镜度曲线绘图的图16证实在图5中示出的表面不包括中断或转折点。

图17示出与图5连续镜度渐变表面结合以形成具体单视力处方的背面镜片表面的表面镜度等值线绘图。这个背面表面示出柱镜度分布与以前例子的不同，与处方规定的180°圆柱轴一致。另外，这个表面上的球镜度等值线（细线）描述更高负号（高度凹的）表面，其近似适应所要求Rx的-4.25D球镜度。

图18示出与由图5和图17表面结合的示例性计算的镜片的穿过镜度值相对应的镜度等值线绘图。具有由这两个表面配合形成的校正球状和圆柱处方值的非常广阔区域，并且这个区域向镜片的眼镜腿部分延伸（-y值）。

为这个镜片计算的镜度曲线证实这些结果。图19描绘背面表面（虚线和右侧y轴值）的表面镜度曲线以及计算的镜片的穿过镜度（实线和左侧y轴值）。在这个例子中，曲线位于镜片中央（如同在图18中所见的y=0），并且从镜片的鼻侧边缘（30mm）到镜片的眼镜腿边缘（-30mm）前进。穿过镜度曲线示出与跨越镜片的所要求处方值的很好融合，说明稳定光学镜度的很大有效区域已经由镜片表面的结合形成。在这个例子中，背面表面镜度曲线（图19中的虚线）与可替换连续镜度渐变表面相似，而且其相应的在图17中示出的曲线地图示出这个表面包括在圆柱值以及球镜度的显著变化。

在这个示例性镜片上的具有校正处方的广阔有效区域特别值得注意，而且对于包裹型框架是有利的设计，否则以斜角向佩戴者展现镜片很大的部分。设计的连续镜度渐变表面的额外曲率意味着镜片表面的更多部分垂直于眼睛呈现，而这允许对视力的更好校正以及更少的角失真。令人惊喜地，尽管对于单视力包裹型镜片不要求渐变增加镜度的事实，镜度渐变表面的使用提供非常成功的光学解决方案。另外，通过范围仅从3-5D的正面基础曲线，替代步进的、通常用于包裹型镜片的更多隆起基础曲线，已经实现这个很好优化的处方镜片。

虽然已经参考优选实施例以及这些实施例的多个变化或其演变详细公开了本发明，本领域的技术人员应当理解在不偏离本发明精神和范围的前提下，对这些实施例所做的额外替换、结合和修改是可以的。在详细理解本发明说明书和附图后，本领域技术人员应该对这些及其类似变化是清楚的。因此，本发明由其随附的权利要求确定其保护范围。

Claims (20)

1.一种用于提供所要求处方的眼镜片，其包括：

具有可用光学区域的第一镜片表面以及在镜片的所述第一镜片表面相反面的第二镜片表面，

其中所述第一镜片表面包括基本上在整个可用光学区域的光学镜度连续渐变变化，并且该光学镜度的变化在没有转折点或中断的情况下，从可用光学区域的一个边缘增加到可用光学区域的基本上相反的边缘；以及

其中所述第二镜片表面配置为配合所述第一镜片表面，使得该镜片提供所要求的包括稳定光学镜度的至少第一有效区域的处方。

2.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述第一镜片表面的光学镜度变化从镜片的顶部增加到镜片的底部。

3.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述第一镜片表面是外侧镜片表面。

4.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述第一镜片表面是内侧镜片表面。

5.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述第一镜片表面和第二镜片表面配合为所要求的处方提供单个视力校正。

6.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述第一镜片表面和第二镜片表面配合为所要求的处方提供用于远距离视力的第一区域和用于近距视力的第二区域。

7.根据权利要求6所述的眼镜片，其中所述第一和第二区域包括用于所要求处方的两个不同光学镜度。

8.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述在第一镜片表面光学镜度的连续渐变变化包括脐线。

9.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述在第一镜片表面光学镜度的连续渐变变化包括球镜度变化。

10.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述在第一镜片表面光学镜度的连续渐变变化包括球镜度和柱镜度两者的变化。

11.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述在第一镜片表面光学镜度的连续渐变变化包括镜度线性增加。

12.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述在第一镜片表面光学镜度的连续渐变变化包括镜度非线性增加。

13.根据权利要求12所述的眼镜片，其中所述镜度非线性增加由从指数的、对数的、对数螺旋线的、抛物线的以及正镜度函数方程式组成的组中选择的一个方程式来描述。

14.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述在第一镜片表面光学镜度的变化跨越镜片横向增加。

15.一种用于提供所要求的具有远距离视力和近距视力值的处方的眼镜片，其包括：

具有可用光学区域的第一镜片表面以及在镜片的第一镜片表面相反面的第二镜片表面，

其中所述第一镜片表面包括基本上在整个可用光学区域中的光学镜度连续渐变变化，并且该光学镜度的变化在没有转折点或中断的情况下，从可用光学区域的一个边缘增加到可用光学区域的基本上相反的边缘；以及

其中所述第二镜片表面配置为配合所述第一镜片表面，使得该镜片提供所要求的包括用于远距离视力的稳定光学镜度的至少第一有效区域和用于近距视力的稳定光学镜度的至少第二有效区域的处方。

16.根据权利要求15所述的眼镜片，其中所述第一和第二有效区域包括用于所要求处方的两个不同光学镜度。

17.根据权利要求15所述的眼镜片，其中在第一镜片表面光学镜度的连续渐变变化包括镜度线性增加。

18.根据权利要求15所述的眼镜片，其中所述在第一镜片表面光学镜度的连续渐变变化包括镜度非线性增加。

19.根据权利要求15所述的眼镜片，其中所述第一和第二表面的配合进一步包括为用户偏好的优化。

20.根据权利要求15所述的眼镜片，其中所述在第一镜片表面光学镜度的连续渐变变化包括脐线。

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