專利名稱：一種用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鏡片及其制造方法。
現(xiàn)有技術(shù)中，用以校正屈光不正的眼鏡片，通常是由一個球面和一個由球面和柱面組成的托力克面構(gòu)成，即所謂“托力克鏡片”。特殊需要時還可以加上棱鏡度(如對斜視患者)。如果把鏡片的中心軸(光軸)作為柱坐標(biāo)的縱軸、鏡片的頂點(diǎn)作為原點(diǎn)，它們分別是富里葉三角函數(shù)軸對稱的m=0的球面、m=0和m=2復(fù)合的柱面以及m=1的斜面。其縱座標(biāo)分別為球面m=0z0(r,φ)=R0-(R02-r2)1/2斜面m=1z1(r,φ)=rtgαcos(φ+φ1)柱面m=0,2 z2(r,φ)=2-1[R2-(R22-r2)1/2][cos(2φ+φ2)+1]=A0(r)+A2(r)cos(2φ+φ2)其中φ1、φ2是初相位。它表示子午線和水平軸(X軸)的交角，通常稱之為《軸位》。如果用折射率為n的玻璃做成平凸透鏡(也可以是平凹透鏡，此時Rm＜0)。它們對近軸光線分別提供的球面屈光度為(n-1)/R0，棱鏡屈光度為100(n-1)tgα，柱面屈光度為(n-1)/R2。其中α為斜面傾角即棱鏡頂角，R0、R2以米為單位，屈光度用D計算。
正確選擇實際使用的眼鏡片前后兩個曲面的球面屈光度，不僅可以獲得正確的頂角焦光度，還可以使大角度入射光的象散做成最小(合理彎曲鏡片)，或者小到可以接受的程度(新月形鏡片)。
這種把屈光不正分成球面屈光度、棱鏡屈光度和柱面屈光度來校正的方法不僅和傳統(tǒng)的玻璃加工工藝相匹配，能大量地、廉價地、系統(tǒng)地生產(chǎn)各式校正用鏡片。還被實踐證明了是確實有效的方法。它能使絕大多數(shù)屈光不正患者獲得＜1′的明視分辨率，即校正后成為中心視力＞1.0的正視眼。但仍有許多患者，無論怎樣校正，視力總是＜0.8，而被稱為弱視。其中相當(dāng)一部分人是由于角膜表面的m=3,4,5…高階不規(guī)則彎曲度造成的不規(guī)則象散引起的。
本發(fā)明的目的是提供一種用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片及其制造方法，它在傳統(tǒng)的眼鏡片基礎(chǔ)上，增加了一個高階富里葉量，可以用來校正由不規(guī)則散光引起的弱視。不僅對弱視患者帶來了福音，對屈光不正的傳統(tǒng)校正也是一個突破。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，該鏡片至少有一個面軸向呈m≥2的富里葉面。
本發(fā)明詳細(xì)的技術(shù)方案之一是一種用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，該鏡片至少有一個面為m≥3的富里葉面與球面的復(fù)合面，用來作為校正片使用；該鏡片的另一個面可以是托力克面，也可以是球面；還可以兩個面均為富里葉面與球面的復(fù)合面，但兩個富里葉面的m不同。
本發(fā)明詳細(xì)的技術(shù)方案之二是一種用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，該鏡片有一個面呈m≥2的富里葉面，另一個面為平面，用來作為驗光片使用。
上述技術(shù)方案的制造方法包括下列步驟(1)用數(shù)控機(jī)床加工出鏡片的母模；(2)用母模復(fù)制成標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)子模；(3)用子模澆注或注射生產(chǎn)鏡片。
該方法中可分為兩種情況1．母模與鏡片中含有富里葉面的一個面相同，另一個面是和該面相近屈光度的球面，并且有相當(dāng)?shù)暮穸?，即步驟(3)中生產(chǎn)出的鏡片為半精制品，另一個面可按照驗光單的要求加工成所需的托力克面。
2．母模與鏡片兩個面均相同，即步驟(3)中生產(chǎn)出來的鏡片為精制品，可直接使用。
由于眼睛分辨精細(xì)結(jié)構(gòu)和色覺的明視力是由網(wǎng)膜上的視錐細(xì)胞決定的。而它們集中分布在與眼球的光軸成5°的黃斑中心凹1.5mm處(視軸)。人們用眼睛的余光可以感覺到物體的存在及運(yùn)動(這時用的是網(wǎng)膜上黃斑外周邊地區(qū)的視桿細(xì)胞及少量視錐細(xì)胞來接受光訊號)，但你必須扭轉(zhuǎn)臉、轉(zhuǎn)動眼珠正視它(即使物體的象落在中心凹黃斑上)，才能仔細(xì)觀察它。所以視力只是指眼球把無限遠(yuǎn)處一光點(diǎn)發(fā)出的平行于視軸的近軸光線經(jīng)過角膜、晶狀體后會聚在網(wǎng)膜中心凹處(黃斑上)成一個小點(diǎn)的能力(由于瞳孔平時只有3-4mm只須考慮近軸光線)，如果其外徑小于4.9μm就是正視眼。
用波面來描寫。如果把玻璃體看成是均勻的光學(xué)介質(zhì)，角膜和晶狀體的作用是使一個波前為平面波的平行光束變成一個球心在網(wǎng)膜中心凹處的球面波的同心光束。如果波面發(fā)生m=0的球面畸變，使波面過分或者不夠彎曲而聚焦在中心凹處的前方或者后方，這就是近視眼或遠(yuǎn)視眼；可以用m=0的凹或凸球面透鏡來校正。如果波面還發(fā)生m=2的柱面畸變，即波面有一個相互垂直的最大曲率半徑和最小曲率半徑，結(jié)果光線會聚成二條相互垂直的短線段(分別稱為弧矢焦線和子午焦線)它們之間的距離稱之為象散差。這時，就必須用m=2的柱面透鏡來校正這個散光。如果同時還發(fā)生了m=1的波面畸變，即波面上只有一個最大曲率半徑和一個最小曲率半徑，但它們不相互垂直。用m=2的柱面透鏡來校正m=2的柱面畸變后，光線會聚成網(wǎng)膜上一點(diǎn)，但在黃斑外(即斜視)。還必須用m=1的棱鏡來校正m=1的波面畸變，才能把它移到中心凹處。同樣，對于m=3,4,5…高階波面畸變(高階波紋度)，必須用m=3,4,5…的高階富里葉透鏡加以校正。這個透鏡的曲面縱座標(biāo)應(yīng)為zm(r,φ)=Am(r)cos(mφ+φ2)=m-1[Rm-(Rm2-r2)1/2]cos(mφ+φ2)m=3,4,5…屈光不正的校正實質(zhì)上是對二維波面畸變的校正。和一切二維圖案反演一樣，可以分成徑向分布的反演(補(bǔ)償)和角向分布的反演(補(bǔ)償)。本發(fā)明在角向上選用最常用的正交函數(shù)—空間富里葉函數(shù)，這是因為它的m=0,1,2低階函數(shù)和現(xiàn)用屈光校正的規(guī)范相兼容。由于實際波面在空間上只能是個連續(xù)光滑的調(diào)和函數(shù)，所以它的高階分量的幅度以m2比例收斂。m取到3,4最多到5應(yīng)該可得到滿意的校正效果。同時考慮到影響成象的波面波紋度，除了和高階分量的模量(幅度)成正比外，還和階數(shù)m成正比。所以用m=2的柱面的屈光度標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)取Am(r)=m-1[Rm-(Rm2-r2)1/2] m=2,3,4,5…來表示第m階富里葉分量的幅度。其m階模的高階屈光度和柱面一樣為(n-1)/Rm,Rm以米為單位，屈光度用D計算。同樣可做成m階0.125D,0.25D,0.5D,1.0D…的驗光片和校正片。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1．用本發(fā)明的m=3,4,5…高階富里葉校正片，可以校正傳統(tǒng)眼鏡片無法校正的由于角膜的m=3,4,5…高階彎曲度造成的不規(guī)則散光。
2．本發(fā)明中m=0,1,2…的低階富里葉鏡片和傳統(tǒng)眼鏡片完全兼容，其中m=0,m=1富里葉鏡片就是球面鏡、棱鏡，而它們的屈光度值也相同。m=2的富里葉鏡片與1/2屈光度的m=0(球面)鏡片之和就是相同屈光度的柱面鏡片，所以原有的眼鏡行業(yè)的加工工藝及設(shè)備可全部保留利用。
3．用本發(fā)明的鏡片進(jìn)行驗光及校正，比傳統(tǒng)的方法更方便、更準(zhǔn)確(1)由于富里葉級數(shù)是個正交函數(shù)系，各階模量(屈光度)可獨(dú)立改變，而不會相互影響，使用起來更為方便。
驗光時，先將患者的球面(m=0)屈光度校正到最佳，再驗散光。此時傳統(tǒng)的方法每增加1D柱面屈光度就要減小0.5D的球面屈光度，驗光手續(xù)繁瑣。而用本發(fā)明的m=2驗光片，就不必再變動已校正的m=0(球面)屈光度了。
(2)由于高階模式的散光普遍存在，許多患者用傳統(tǒng)方法校正到最后，改變0.25D甚至0.5D覺不到視力有變化。而用本發(fā)明的驗光片對m=0、m=2m=3、m=4…的模式屈光度依次校正后，再復(fù)驗時，由于m=3,4,5…的高階散光已經(jīng)得到校正，就對0.25D的球面(m=0)及柱面(m=2)屈光度的變化有很靈敏的反應(yīng)。所以對＜0.5D的高階散光的非弱視患者，即使不打算配帶高階散光的校正片，用了本發(fā)明的驗光片也可獲得更準(zhǔn)確的低階屈光度(球面屈光度和柱面屈光度)的校正。
4．用本發(fā)明的制造方法生產(chǎn)鏡片，可以大大降低高階富里葉鏡片的成本。估計用半精制品方法小批量生產(chǎn)時的成本為現(xiàn)有鏡片成本的5-10倍，用精制品方法大批量生產(chǎn)時的成本為現(xiàn)有鏡片成本的3-5倍，故適宜于系統(tǒng)地、批量地生產(chǎn)。
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述

圖1、圖2、圖3、圖4分別為相同屈光度的m=2、m=3、m=4、m=5的各階富里葉鏡片的邊緣厚度Zm隨φ的變化；圖5、圖6、圖7、圖8分別為相同屈光度的m=2、m=3、m=4、m=5的各階富里葉校正片的示意圖；圖9、圖10、圖11、圖12分別為相同屈光度的m=2、m=3、m=4、m=5的各階富里葉驗光片的示意圖；其中1鏡片；2鏡片的一個面；3鏡片的另一個面。
實施例一如圖5、圖6、圖7、圖8所示，一種用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，該鏡片[1]至少有一個面[2]為m≥3的富里葉面與球面的復(fù)合面，用來作為校正片使用；該鏡片[1]的另一個面[3]可以是托力克面，也可以是球面；還可以兩個面均為富里葉面與球面的復(fù)合面，但兩個富里葉面的m不同。
實施例二如圖9、圖10、圖11、圖12所示，一種用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，該鏡片[1]有一個面[2]呈m≥2的富里葉面，另一個面[3]為平面，用來作為驗光片使用。
上述鏡片的制造方法是(1)用數(shù)控機(jī)床加工出鏡片的母模；(2)用母模復(fù)制成標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)子模；(3)用子模澆注或注射生產(chǎn)鏡片。
該方法還可分為兩種情況1．母模與鏡片中含有富里葉面的一個面相同，另一個面是和該面相近屈光度的球面，并且有相當(dāng)?shù)暮穸?，即步驟(3)中生產(chǎn)出的鏡片為半精制品，另一個面可按照驗光單的要求加工成所需的托力克面。
2．母模與鏡片兩個面均相同，即步驟(3)中生產(chǎn)出來的鏡片為精制品，可直接使用。
由于高階富里葉面是個非旋轉(zhuǎn)對稱曲面，不能用傳統(tǒng)的玻璃加工方法大規(guī)模制造，用計算機(jī)控制的數(shù)控精密銑磨機(jī)(CNC)進(jìn)行金剛石高速切削可以加工出各種類型的曲面，其精度和光潔度也達(dá)到要求，但直接用CNC來生產(chǎn)，其成本不可想象，塑料鏡片的出現(xiàn)為大規(guī)模生產(chǎn)高階富里葉鏡片創(chuàng)造了條件。
用CNC在陶瓷或者金屬上加工出所需曲面的母模，誤差可小于0.1μm，光潔度13以上，必要時還可用特殊手段拋光；再用電鑄法復(fù)制成標(biāo)準(zhǔn)的金屬光學(xué)子模，或者用玻璃熱鑄法在母模上改鑄成子模(必要時仍可再次拋光)；用子模大規(guī)模生產(chǎn)高階富里葉塑料鏡片，成本就大大降低了。
高階富里葉鏡片迄今還未用于臨床，更無臨床數(shù)據(jù)可言，把鏡片的凸面制成m=3或4的高階富里葉面和球面的復(fù)合曲面，凹面仍為球面和柱面的復(fù)合曲面就可以在傳統(tǒng)的球面和柱面基礎(chǔ)上增加一個m=3或4的高階富里葉量，其屈光度及軸位均可獨(dú)立改變。也可以把凸面凹面反過來制造。
用高階富里葉驗光片對不規(guī)則散光進(jìn)行定量分析，在傳統(tǒng)的托力克鏡片基礎(chǔ)上，增加一個m=3或4高階富里葉量，可以用來校正不規(guī)則散光引起的弱視。規(guī)模生產(chǎn)CR-39或PC塑料鏡片后，其成本不會增加很多，所以是適合于大規(guī)模、系統(tǒng)化生產(chǎn)的。
如果要同時校正m≥2的三種或三種以上的象散，就必須加工特殊曲面，這個曲面可以包括所有所需的富里葉分量，各階軸位，還可以把各人的眼球旋轉(zhuǎn)中心到鏡片頂點(diǎn)的距離、鏡架佩戴習(xí)慣等個人參數(shù)計算進(jìn)去，即Am(r)采用最適用于這個特定眼球的非球面形式，解決大角度的象差等問題。這種一人一鏡、一眼一鏡的個體化加工形式，是校正配制的最終形式，隨著計算機(jī)數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，必將成為現(xiàn)實。
權(quán)利要求
1．一種用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，其特征在于該鏡片[1]至少有一個面[2]軸向呈m≥2的富里葉面。
2．根據(jù)權(quán)利要求所述1的用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，其特征在于所述面[2]為m≥3的富里葉面與球面的復(fù)合面。
3．根據(jù)權(quán)利要求所述2的用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，其特征在于所述鏡片[1]的另一個面[3]為托力克面。
4．根據(jù)權(quán)利要求所述2的用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，其特征在于所述鏡片[1]的另一個面[3]為球面。
5．根據(jù)權(quán)利要求所述2的用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，其特征在于所述鏡片[1]的兩個面均為富里葉面與球面的復(fù)合面，其中兩個富里葉面的m不同。
6．根據(jù)權(quán)利要求所述1的用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片，其特征在于所述鏡片[1]的另一個面[3]為平面。
7．一種如上所述的用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片的制造方法，包括下列步驟(1)用數(shù)控機(jī)床加工出鏡片的母模；(2)用母模復(fù)制成標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)子模；(3)用子模澆注或注射生產(chǎn)鏡片；
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片的制造方法，其特征在于所述步驟(1)中母模與鏡片中含有富里葉面的一個面相同，另一個面是和該面相近屈光度的球面，并且有相當(dāng)?shù)暮穸?；即步驟(3)中生產(chǎn)出的鏡片為半精制品，另一個面可按照驗光單的要求加工成所需的托力克面。
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片的制造方法，其特征在于所述步驟(1)中母模與鏡片兩個面均相同，即步驟(3)中生產(chǎn)出來的鏡片為精制品，可直接使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測量和校正不規(guī)則散光的特殊鏡片及其制造方法,該鏡片至少有一個面軸向呈富里葉面;制造方法包括(1)用數(shù)控機(jī)床加工出與特殊鏡片相同的母模;(2)用母模復(fù)制成標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)子模;(3)用子模澆注或注射生產(chǎn)鏡片;用本發(fā)明的校正片可以用來校正現(xiàn)有眼鏡片無法校正的不規(guī)則散光;用本發(fā)明的驗光片進(jìn)行驗光,比現(xiàn)有的方法更方便、更精確;用本發(fā)明的制造方法生產(chǎn)富里葉鏡片,其成本僅為現(xiàn)有眼鏡片的3—10倍,適于大規(guī)模、系統(tǒng)化生產(chǎn),所以本發(fā)明對不規(guī)則散光的弱視患者帶來了福音,對普通患者帶來了方便,對驗光配鏡行業(yè)帶來了重大機(jī)遇。
文檔編號G02B3/02GK1308242SQ0110809
公開日2001年8月15日 申請日期2001年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月12日
發(fā)明者范叔平 申請人:范叔平