形成光学透镜表面的方法和设备 |
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| 申请号 | CN201080038355.X | 申请日 | 2010-06-29 | 公开(公告)号 | CN102483525B | 公开(公告)日 | 2015-10-14 |
| 申请人 | 依视路国际集团(光学总公司); | 发明人 | 帕斯卡尔·阿尔利奥内; 法比恩·穆拉多雷; 乔丹·布朗斯; | ||||
| 摘要 | 光学透镜 制造中根据光学透镜参数(II)形成光学透镜的目标表面(I)的方法，该方法包括：提供一组L个第一表面差分数据E(λj)，每个第一表面差分数据E(λj)对应于预计算表面(III)和初始表面(IV)之间的表面差值，光学透镜的目标表面据此形成，其满足表达式：(V)其中，λj(j＝1，...，L)相应于预计算的光学透镜的光学透镜参数；提供一组第二表面差分数据(VI)，其相应于目标光学表面(I)和初始表面(VII)之间的表面差值，该差值是通过对第一表面差分数据E(λj)根据以下表达式进行线性内插而得到：(VIII)，其中(IX)表示内插系数；以及；根据表达式(X)，通过组合第二表面差分数据(VI)和初始表面(VII)确定光学透镜的目标表面(I)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.在光学透镜制造中根据光学透镜参数λ的值 形成光学透镜的目标表面 的方法，光学透镜参数λj包括用于光学透镜佩戴的参数，所述用于光学透镜佩戴的参数包括光学处方数据、定制参数、环境因素、定位参数，所述光学处方数据包括球面、柱面、轴位、棱柱光焦度、加入度、渐进长度，用于限定表面特性的配处值，该方法包括： |
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| 说明书全文 | 形成光学透镜表面的方法和设备[0001] 本发明涉及光学透镜制造中用来形成光学透镜表面的方法和设备。本发明进一步涉及根据本发明方法形成的表面来制造光学透镜的方法和设备。 [0003] 渐进式眼镜通常包括远视视区、近视视区以及位于两者之间的渐进廊道(或通道)。渐进通道提供了从远视视区到近视视区的渐进度级数，而不会产生分隔线或棱镜性移位。 [0004] 对于多模态透镜，根据处方来确定各远视视区、中间视区和近视视区中的度数。比如处方可以限定透镜的各种特性，像近视视区的度数值、远视视区的度数值、加入度以及沿着其轴线和棱柱的可能的散光值。 [0005] 通常，为佩戴者配处特殊渐进镜片包括基于佩戴者一些视觉需求从渐进镜片设计的可选范围内选出渐进镜片的设计。 [0006] 在一般的根据包括处方数据的光学透镜参数来生产渐进多焦点透镜的方法中，具有适宜光学特性的半成品透镜毛坯是基于处方进行选取的。半成品渐进透镜毛坯通常包括渐变多焦点前表面和球状后表面。然后对半成品毛坯的后表面进行机加工及抛光，以符合远视处方。 [0007] 用以生产多焦点渐变透镜的另一可选方法是使用具有球状前表面和球状后表面的不昂贵的单视觉半成品透镜毛坯。基于包括处方参数和其他佩戴者参数的光学透镜参数，选择具有适宜屈光度的单视觉半成品透镜毛坯。然后计算渐进表面设计，比如根据光学透镜参数通过优化而获得，并且机加工和抛光透镜坯料的后表面以产生所需的渐变表面。虽然该种坯料不昂贵，但生产多焦点渐变透镜的这个方法相当耗时，这在一定程度上是因为对每一处方进行渐变表面计算的计算复杂性造成的。 [0008] 眼镜的优化包括确定表面方程S(α)的系数α，其用于根据用λ表示的光学透镜参数来定义透镜表面之一的表面层。透镜表面可由一个或多个表面层构成，并因此由一个或多个表面方程予以限定。光学透镜参数包括佩戴参数λ、定制参数、环境因素、定位参数等用于光透镜佩戴的参数，其中，佩戴参数λ包括光学处方数据，像包括球面、柱面、轴位(axe)，棱柱光焦度(prism power)、加入度(addition)、渐进长度等限定表面特性的配处值。确定表面方程系数α，使得被称之为评价函数且表征光学透镜光学缺陷的函数Fλ(α)保持为最小值。 [0009] 在某些情况下，除了系数α外，应当还满足一组等式约束CEλ(α)=0和非等式约束CIλ(α)≤0。这些约束可包括与近视视区NV和远视视区FV或者透镜厚度限制及类似限制相关的处方约束。 [0010] 因此光学透镜的优化可通过下面的问题通过数学方式来表征： [0011] [0012] 在很多情况下，函数Fλ(α)对变量λ不是连续的。比如，作为透镜表面之一的曲率半径的分配律的基弧图表可将非连续性引入到函数Fλ(α)。 [0013] 所有光学透镜参数λ的参数组O可被分为M个光学透镜参数的不同的且相连的区域Oi(i=1...M)，在这些区域中函数Fλ(α)、CEλ(α)和CIλ(α)是连续的。与这些区域相关的连续函数用 和 表示。 [0014] 这可导出以下表达式： [0015] [0016] [0017] [0018] 如果假设，方程(1)表示的优化问题具有唯一解，那么问题的解在每一个区域Oi(i=1，...，M)是连续的。 [0020] 鉴于上述情况，在光学透镜表面的设计中，需要减少计算设计的复杂性并提高计算的可靠性。 [0021] 根据本发明的第一方面，提供根据光学透镜参数 形成光学透镜目标表面的方法，该方法包括：提供一组L个第一表面差分数据E(λj)，每个第一表面差分数据E(λj)对应于预计算表面 和初始表面 之间的表面差，由此根据以下表达式产生目标表面： [0022] [0023] 其中λj(了=1，...，L)对应于与预计算表面相符合的光学透镜的光学透镜参数；其特征在于，该方法包括：提供一组第二表面差分数据 其相应于目标光学表面和初始表面 之间的表面差，根据以下表达式通过对第一表面差分数据E(λj)线性插值得到该第二表面差分数据 [0024] [0025] 其中 表示内插系数；并且，根据以下表达式，通过组合第二表面差分数据和初始表面 确定目标表面 [0026] [0027] 根据本发明第一方面的方法能使根据处方对光学透镜定制表面的计算时间得以减少。此外，该方法使得可以提供任何与给定处方相配的定制透镜的完好几何形状，而不必针对该特殊的处方执行全部的优化过程。从相应于成组处方的预定成组优化透镜中，对预定优化表面方程进行内插使得形成所需的目标表面、近似的目标表面，否则这些表面本应根据传统方法进行优化。因此，根据本发明的该方法能使透镜信息快速地提供给配镜师。 [0028] 根据本发明的第二方面，提供制造光学透镜表面的方法，其包括根据本发明方法形成光学表面 及根据所产生的光学表面 制造光学表面的步骤。 [0029] 本发明实施例的进一步可选的特征陈述如下： [0030] ·如果 内插系数 其中 对应于来自M个参数子集Oi(i=1，…，M)中的一参数子集， [0031] ·内插系数 (i，j=1，...，L)，其中δij表示克罗内克符号，其中如果i≠j，则δij=0且如果i=j，δij=1。 [0032] ·对光学透镜参数λj(j=1，...，L)进行修正，从而优化内插步骤。 [0033] ·该方法进一步包括通过NT个n-多面体Pk(k=1，NT)中的一个或多个多面体来覆盖预定义参数子集Oi(i=1，...，M)的步骤，多面体的顶点组成了根据表达式的光学透镜参数λj(j=1，…，L)的某部分。 [0034] 根据另一个方面，本发明涉及计算机程序产品，其包括一个或多个可由处理器执行的存储指令序列，当处理器执行指令时，计算机程序致使处理器执行根据本发明方法的各个步骤。本发明还涉及计算机可读媒介，媒介承载了根据本发明的计算机程序产品的一个或多个指令序列。 [0035] 除非特别指出之外，应该认识到，整个说明书中所使用的术语如“处理”、“计算”、“形成”或类似术语，表示计算机或计算系统或类似的电子计算装置的活动和/或过程，即对计算系统的寄存器和/或存储器中以诸如电子的物理量形式表示的数据进行操作，和/或将这些数据转换为计算系统的存储器、寄存器或其它这样的信息存储、传输或显示装置中以物理量形式类似表示的其它数据。 [0036] 本发明的实施例可包括执行此处操作的设备。这个设备可以是为所需目的而专门构造的，或所述设备可包括通用的计算机或者数字信号处理器(“DSP”)，其通过存储在计算机内的电脑程序选择性地激活或者重新配置。这样的电脑程序可存储在计算机可读媒介中，例如但不限于以下任何类型的磁盘，包括软盘、光盘，CD-ROMs，磁光盘、只读存储器(ROMs)，随机存取存储器(RAMs)，电子可编程只读存储器(EPROMs)、电可擦写可编程只读存储器(EEPROMs)，磁卡或光卡，或适于存储电子指令并能够与计算机系统总线相连的任何其他类型的媒介。 [0037] 此处呈现的加工和显示设备不是任意特殊计算机或其他设备所固有的。各种一般用途的系统都可使用与本发明教导一致的程序，或者已证实可以很方便地构建更加专用的设备来执行所需方法。用于各种系统中的所需结构将借由下面的说明得以明了。此外，本发明的实施例不参考任何特殊化编程语言进行描述。可理解的是，可使用各种编程语言来执行如此处所描述的本发明的教导。 [0038] 在本发明的说明书中，以下术语可视为具有如下表示的意思： [0039] -近视点NV涉及渐进多焦点透镜的表面上的点，当所述佩戴者处于阅读位置时，佩戴者的目光穿过该点； [0040] -远视点FV涉及渐进多焦点透镜表面上的点，当所述佩戴者眺望无限远处时，佩戴者的目光穿过该点； [0041] -近视视区：围绕着近视点的透镜区域，该区域中透镜的屈光度和散光的局部光学特性与近视点的光学特性实质上相同； [0042] -远视视区：围绕着远视点的透镜区域，该区域中透镜的屈光度和散光的局部光学特性与远视点的光学特性实质上相同； [0043] -渐进多焦点透镜的加入度(addition)：透镜在近视点和远视点处的屈光度值之间的差值； [0044] -渐进多焦点透镜的光学特性：屈光度、散光、相差等涉及改变穿过渐进多焦点透镜的光束的数据； [0045] -处方：屈光度、散光度以及相关加入度的一组光学特性，该组光学特性是为矫正个人的视力缺陷由眼科医师而确定的，比如借助于在佩戴者眼睛前面定位的透镜来矫正个人的视力缺陷。 [0046] -渐进多焦点透镜的表面特性：与透镜一个表面相关的几何数据，比如表面点处的平均球面值、柱面值、轴位(axe)值； [0047] -棱柱参考点(PRP)-透镜前表面上的点，在该点处透镜的棱镜效果得以确定； [0048] -安装中心(MC)或者装配十字(FC)-透镜前表面上的点，制造者将该点用作将透镜定位在眼睛前方的参考点。 [0050] 图1是根据本发明实施例的形成光学透镜表面的方法的诸步骤流程图； [0051] 图2A为根据本发明实施例的，处方参数为Axe=0，Add=2.0的第一差分数据E(λj)的FV和NV柱面值的3D示图； [0052] 图2B为根据本发明实施例的，处方参数为Axe=0，Add=2.0的第一差分数据E(λj)的FV和NV平均球面值的3D示图； [0053] 图3为将处方平面分割成三角形的示图； [0054] 图4为有效处方分割后平面的示图； [0055] 图5A为第一处方的近似差分数据的平均球面值的表面图； [0056] 图5B为第一处方的优化差分数据的平均球面值的表面图； [0057] 图6A为第一处方的近似差分数据的柱面值的表面图； [0058] 图6B为第一处方的优化差分数据的柱面值的表面图； [0059] 图7为轴线间隔分割成8个子间隔的图像表示图； [0060] 图8A为第二处方的近似差分数据的平均球面值的表面图； [0061] 图8B为第二处方的优化差分数据的平均球面值的表面图； [0062] 图9A为第二处方的近似差分数据的柱面值的表面图； [0063] 图9B为第二处方的优化差分数据的柱面值的表面图； [0064] 图10A为作为基为8.0的多个处方的加入度(addition)函数的球面值在NV中变化的示图； [0065] 图10B为作为基为8.0的多个处方的加入度函数的球面值在PRP中变化的示图； [0066] 图10C为作为基为8.0的多个处方的加入度数的球面值在FV中变化的示图； [0067] 图11A为第三处方的近似差分数据的平均球面值的表面图； [0068] 图11B为第三处方的优化差分数据的平均球面值的表面图； [0069] 图12A为第二处方的近似差分数据的柱面值的表面图；及 [0070] 图12B为第二处方的优化差分数据的柱面值的表面图。 [0071] 现将参考图1-4说明根据本发明方法的第一实施例。 [0072] 在该方法的初始步骤E1中，根据一组L个光学透镜参数数据λj(了=1，...，L)，预计算预定数量的L个表面 这些表面可根据本领域已知的表面计算方法进行计算，例如像欧洲专利EP990939中所披露的方法，该专利在此处以参考的方式援引入本发明中。在步骤E2中，确定一组L个第一表面差分数据E(λj)，其中，每一表面差分数据E(λj)限定一表面层，该表面层根据表达式： [0073] [0074] 对应于在预计算优化表面 和相应的初始表面之间的差值。 [0075] 该初始表面 用作形成目标表面的优化过程的起点。 [0077] 在步骤E3中，当收到根据光学透镜参数 的光学透镜处方时，那么，用于限定目标光学表面 和相应的初始表面 之间差值的第二表面差分数据 或近似差分数据，可通过根据下面表达式对预确定的第一差分数据E(λj)进行线性内插得到近似： [0078] [0079] 其中 表示内插系数。 [0080] 如果 则内插系数 其中 对应于在M个区Oi(i=1，…，M)中的一参数子集或区域，属于该子集或区域，即 [0081] 如果 则条件 确保在连续函数中进行内插。内插系数 应该满足条件 其中δij表示克罗内克符号，其定义为：如果i≠j则δij=0 且如果i=j则δij=1。这意味着：如果获得的处方其目标表面的光学透镜参数 相应于数据库中存储的那些数据之一，则内插应该保持与优化计算一致。 [0082] 在步骤E4中，根据处方的所定制的最终近似或目标表面 通过根据下式组合第二差分数据 和初始表面 而确定： [0083] [0084] 根据本发明实施例的该方法包括两个主要操作。第一取样操作在于，对每一子集Oi(i=1，...，M)定义问题(1)所要求解的取样点，在每一子集中，方程(1)的解在变量λ中是连续的。根据本发明实施例的方法的进一步的操作，涉及限定构建内插步骤的加权系数 的规则。 [0085] 根据本发明某些实施例的方法的预备步骤可包括改变参数 从而在更适于内插步骤的条件下作用。比如，在某些情况下它可更适合于涉及在3个特殊光学方向，即水平、竖直和对角线方向上的屈光度，而不是涉及处方变量的球面、柱形和轴位(axe)。 [0086] 在取样操作中，旨在足够精细地筛选子集Oi，以便为获得目标表面而获取更为可靠的近似。 [0087] 假设子集区域Oi被根据表达式 的一组NT个n-多面体Pk(k=1，...NT)覆盖。n-多面体的顶点形成光学透镜参数λj(j=1，...，L)的某部分。作出如此覆盖的假设，是使两个不同多面体之间的相交是空的，或者是2个多面体之一中的一个(n-d)-单元，其中d≥1，n相应于光学透镜参数的数量和空间维度，因此(n-d)小于n。 [0088] 适宜的多面体的实例包括： [0089] ·n-单一形体(三角形体，四面体，…) [0090] ·超平行体(正方形，平行六面体，…) [0091] 比如，成组光学透镜参数可根据(sph,cyl)i值分割成三角形并沿着由轴位(axe)和加入度(addition)构成的维度分隔成间隔。 [0092] 就给定的内插来说，光学透镜参数 包括在子集Oi内，并通过Oi的分解，至少一个多面体Pk满足 的条件。如果 表示多面体Pk的顶点，则从多面体的定义中，存在一系列实数 从而使得 且 [0093] 系数 可用于对第一差分数据 进行内插，以提供用来确定目标表面的第二差分数据 如果多面体是n-单一类型多面体，则系数 相应于点 关于单一形体Pk的重心坐标。由于任意n-多面体可分解成 n-单一形体的联合，单一形体的顶点就是n-多面体的顶点，所以问题可简化为寻找n-单一形体的重心坐标。n-多面体分解成n-单一形体的联合，该分解满足以下条件：两个不同单一形体之间的相交要么为空，要么是两个单一形体之一的(n-d)单一形体单元(d≥1)之一。 [0094] 现将针对透镜A(物理治疗类型)来说明根据本发明实施例的方法的原理。在透镜A的实例中，光学透镜参数λ的特征在于由球面、柱面和轴位(axe)值、加入度(addition)值的远视FV处方参数。 [0095] 因此，光学透镜参数λ位于4维的子空间。如果加入诸如个性化参数那样的其他参数，则参数空间将具有附加的维度。在这个情况下，子集Oi(i=1，...，M)直接来自产品的基础设计。在这个实例中，有6个基值(1.752.753.755.256.508.00)。因此，M=6的参数区域数量和参数子集Oi根据下面的笛卡尔乘积进行分解： [0096] Oi=(sph,cyl)i×[0，180[×[0.75,4]。 [0097] 成组的参数(sph，cyl)i表示与第i个基有关的处方数据(sph,cyl)的子集。间隔[0，180]相应于轴(axe)的间隔，而间隔[0.75,4]相应于加入度(addition)间隔。在透镜A的基础设计中，每一子集(sph，cyl)i被连接起来，即，它们不被分割成不相连的部分，且在该平面内是多边形。 [0098] 在这个实施例中，将子集Oi分割成多面体的分割通过两个步骤完成。在一个步骤中，子集在(sph，cyl)中被三角形状分割，在另一个步骤中，与轴位和加入度相关的间隔被分割为子间隔。 [0099] 为了执行在(sph，cyl)中的分隔，对根据处方参数的表面值和球面值的表面差分数据E(λ)的变化进行分析。该分析可在Axe=0且Add=2.0屈光度的情况下进行。对于每一处方，表面差分数据的远视FV和近视NV点处的平均球面和柱面值的幅度得以计算，比如，根据WO2007017766A2记载的方法进行，该专利以参考方式援引入本发明中。图2A和2B图示地示出了成组处方的柱面和球面值。图2A诠释了成组处方中第一表面差分数据的NV和FV中的柱面，其中Axe=0而Add=2.0。图2B图示地诠释了成组处方中第一表面差分数据 的NV和FV中的球面，其中Axe=0而Add=2.0。可在图示中看到的数值之间的差距对应于不同的基的变化，即，相应于优化方案中的不连续性。除了这些非连续区域，球面或柱面数量的变化是相对渐变的，且每一区域可容易地通过平面或优选地通过多个平面达到近似。基于多个三角形的筛选足以保证在优化表面和近似表面之间的达到良好的近似。图3是球面值对柱面值的处方参数的平面的图像示意图，且示出了处方参数的平面被分割为三角形的方式。每一截面图案通过线段示出了被划分为2到3个三角形的基。 [0100] 为了证实该种分隔，优化表面和近似表面已经对代表性的成组处方(在该情况下，Axe=0，加入度=2)进行了计算。证实有效分隔的代表性的处方在图4中示出。 [0101] 图5和6以一实例，图示了处方(Sph=4.75，cyl=0.75，Axe=0，Add=2.0)的优化差分数据和近似差分数据的平均球面和柱面值的表面图。 [0102] 基于有效处方组，在控制点(PRP,MC，FV，NV)处观察到的优化表面差分数据和近似表面差分数据之间的球面和柱面值的最大差值已被发现是0.05D。这可以被视为足够大了。为此，为了减小此值可使用更加细致的分隔。 [0103] 为了根据处方axe进行分隔，针对每一基中的多个测试处方，曾对优化差分数据的控制点PRP,MC，FV，NV处的球面和柱面值的变化进行了研究。对于每一基，成组的子间隔是相同的，在子间距中可用直线段来近似变化的“轴位(axe)”中的差值。这样，对于2.75基值，间隔0-180度被分为8个如图7所示的子间隔，其代表NV球面的变化，该NV球面的变化是这个基值中多个处方的轴位(axe)的函数。 [0104] 对于成组的6个基，间隔0-180根据下面规则按照这个方式进行分割： [0105] 基8.00：0/30/50/70/100/130/150/180 [0106] 基6.50：0/20/50/70/90/110/120/140/180 [0107] 基5.25：0/30/50/70/90/110/130/140/180 [0108] 基3.75：0/30/50/70/90/120/140/150/180 [0109] 基2.75：0/30/50/70/90/110/140/150/180 [0110] 基1.75：0/30/50/70/90/120/140/180 [0111] 通过这样的分割，在控制点处获得的最大差值，对于图4所示的延伸到多个不同轴线的相同组的测试处方来说是0.12D。为了减小这些差值，可以使用针对每一基的更细致的对这些轴线的分割。 [0112] 图8和9分别显示了相应于基为6.50的处方(Sph=3.25，cyl=1.50，Axe=80，Add=2.0)的优化差分数据和近似差分数据的平均球面和柱面值的表面图的示例。 [0113] 根据加入度值的分隔可以与根据轴位值进行分隔相同的方式来进行。在对根据加入度的优化差分数据的变化进行分析后，在控制点处根据加入度，通过直线段适当拟合球面差值和柱面差值的曲线所需的[0.75，4.0]的子间隔，按照每个基进行定义。因此，图10表示了基为8.0的多个处方的球面变化，它们根据加入度(axe=0)在优化差分数据的NV，PRP和FV处变化。 [0114] 可以从这些图中看出，对于差分数据的球面加入度的相关性，实际上是线性的且局部地与轴位的相反。 [0115] 在对逐个基变化的研究中，间隔[0.75，4.0]已经被分隔如下： [0116] 基8.00：0,75/2,00/2,50/2,75/4,00 [0117] 基6.50：0,75/1,50/2,00/2,50/4,00 [0118] 基5.25：0,75/1,50/2,00/2,50/3,00/4,00 [0119] 基3.75：0,75/1,50/2,00/2,25/2,75/3,25/4,00 [0120] 基2.75：0,75/1,50/2,00/3,75/4,00 [0121] 基1.75：0,75/1,25/1,50/2,00/3,25/4,00 [0122] 对于优化的差分数据和对于给定的处方和加入度为1.75D近似的差分数据，图11和12显示了球面和柱面值的表面图。 [0123] 将光学透镜参数空间分隔成多面体的分割操作可以手动或者自动地进行。预定的优化表面的数据库可随时间建立，处方实验室可共享已经优化过的表面数据。 [0124] 根据本发明实施例的方法因而使得计算目标光学表面所需的计算时间得以减少。相应地这使得诸如透镜厚度那样的信息可更快捷地提供给配镜师，而不需要对每一透镜处方执行全部的优化加工过程。 [0125] 对于参考了以上说明的实施例的本领域技术人员来说，还可提出很多进一步的改进和变化，这些实施例仅以实例给出，无意限制本发明的范围，本发明的范围仅由附后的权利要求予以限定。特别地，如果合适的话，不同实施方式的不同特征可互换。 |
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