渐变多焦点眼镜片是用于处理远视眼的视觉辅助器，远视眼即眼睛 的调节功能部分或者完全丧失的情况。美国视觉理事会将渐变透镜定义 为被设计成用以为多于一个的观察距离提供校正的透镜，其中光焦度 (power)连续地改变而不是离散地改变。通过改变透镜的表面弯曲或 组成透镜的光学材料的折射率，或者改变这两者，可以使渐变透镜的光 焦度改变。已经提出了用以用作渐变多焦点透镜的多种梯度折射率透镜 类型。这些透镜通过组成透镜的光学媒质的折射率的相应变化在可以称 作透镜的渐变中间视觉或者过渡区的部分上提供了折射光焦度的改变 或者梯度，，从而理论上提供了减少或者避免常规渐变多焦点透镜常见 的非旋转对称非球面轮廓相关联的像散的优点。由于与这些设计相关联 的问题，包括与制造相关的问题和困难，梯度折射率渐变光焦度透镜没 有被商品化。为了给远距视觉和近距视觉机能提供适当的光焦度，光学 材料需要大的折射率改变量。某些人提出的实现折射率改变的离子交换 方法容易产生不希望的梯度折射率分布以及小于渐变多焦点眼镜片所 需的光焦度改变。由扩散方法制造的透镜同样无法提供适当的累加光焦 度或者实现商业成功。
Naujokas的美国专利3,485,556描述了一种多焦点塑料眼镜片，其 中提供了具有一种折射率的主透镜部分以及具有不同折射率的次透镜 部分，并且这两个部分之间具有均匀的折射率梯度。该塑料材料是通过 在单体液体之间建立界面并且在等温控制环境中随时间使其扩散然后 进行聚合的处理而制造的。
该透镜起初似乎能够提供所述的远距视觉和近距视觉属性。根据在 该专利中提出的对该透镜的光线跟踪显示出：只有当利用非常高的正光 焦度配置时，才能够获得甚至1屈光度的光焦度累加。使用该专利中确 定的1.5和1.6的折射率，算得在远距视觉部分中需要4.714屈光度的正 光焦度，以在近距视觉部分中获得仅略微更大的5.714屈光度的光焦度， 因此该透镜仅对需要对远距视觉进行高的正光焦度校正的那些有用。此 外，如果在前表面或者后表面上产生包含柱状光焦度的处方，则该柱状 光焦度将变化并且由于变化的折射率而造成像差。
Guilino等人的美国专利5,042,936描述了一种渐变眼镜片，其包括： 远距视觉部分，该部分的折射光焦度是针对远距视觉而设计的；读取部 分，其折射光焦度是针对近距视觉而设计的，以及中间部分，在中间部 分中沿着主视线的折射光焦度从远距视觉部分的折射光焦度至少部分 地连续增大到读取部分的折射光焦度。至少在该中间部分中，透镜材料 的折射率沿着主视线变化，从而至少部分地有助于折射光焦度的增大和 像差的校正。根据说明书，左眼或者右眼之前的两个渐变眼镜片中的每 一个设置有针对远距视觉的主视点(远距基准点)Bf和针对近距视觉的 主视点(近距基准点)Bn。此外，该远距基准点或者近距基准点离透镜 顶点的距离y’BF和y’BN具有以下值：
Y’BF＝4.0mm，以及y’BN＝-14mm
换句话说，远距视觉的主点位于透镜顶点上方4mm处，近距视觉 的主点位于透镜顶点下方14mm处。还如该说明书所述，折射率函数是： a)仅坐标y’的函数，从而使得通过改变折射率，仅沿着主子午面产生折 射光焦度的增大，或者b)坐标y’和x’的函数，从而使得由于变化的折射 率不仅使沿着主子午面的折射光焦度增大，而且校正了主子午面上的成 像误差。分别由该专利附图4a和4b支持，在图4a中示出折射率在透镜 顶点上方4mm的针对远距视觉的主点以下降低到-14mm位置处的针对 近距视觉的主点，并且正好位于其之上。实际上，折射率在-14mm标记 之下到-20mm标记改变最显著(在6mm范围上存在从1.57到1.51[0.06 个折射率单位]的变化)，并且比较来说在-14mm标记以上到4mm处针 对远距视觉的点折射率改变最少(在18mm范围上存在从1.57到 1.604[0.034个折射率单位]的变化)。这意味着，所谓的读取部分具有 折射光焦度改变的最大增长，因此其更加符合中间部分的定义，并且比 较来说该中间部分从4mm到-14mm具有折射光焦度改变的最小增长， 因此其更符合读取部分的定义。需要具有全部不同折射属性的透镜来为 渐变眼镜片提供良好的光学质量。
Guilino等人的美国专利5,148,205公开了一种眼镜片，其具有前面 的面向眼睛的边界表面和变化的折射率，其有助于校正像差。该眼镜片 通过具有给定水平(level)(n(x，y，z)＝常数)的恒定折射率的至少一个 表面系而被区分开来，这些表面在沿着其表面法线方向上的所有点处间 隔开相同的距离(平行表面)，并且其范围分别与连接前表面和面向眼 睛的表面的透镜顶点的轴相交。该专利描述了一种具有折射率变化的透 镜，该折射率变化取决于位于透镜顶点连接轴方向上的坐标z以及垂直 于连接轴的两个坐标x、y，因此能够校正像差并且按照非常简单的方式 使关键的透镜厚度最小化。根据说明书，可以利用梯度来生成像散和/ 或渐变折射光焦度，并且该表面的设计不会或者仅部分有助于该像散和 /或渐变折射光焦度。该专利大部分涉及使用被称为轴向或者经修正的轴 向折射率梯度来校正像差以及使关键透镜厚度最小化。说明书仅顺带提 到了将该折射率梯度用于渐变多焦点眼镜片。这种设计看上去非常类似 于相同发明人不到一年前提交的美国专利5,042,936中描述的设计。无 论折射率随着Z值的增大而增大还是减小，这种渐变透镜会受到与以上 参考并且描述的5,042,936透镜类似或者相同的问题的影响。
Blum等人的美国专利5,861,934公开了一种折射率梯度透镜，其包 括至少三个不同并且分开施加的层的组合，每层具有不同的折射率，从 而可以使渐变多焦点透镜在从远到近观察时具有宽广并且自然的视觉 连续性。设置在基础层与外部层之间的过渡区包括不同的并且分开施加 的过渡层(一个或多个)，它们具有介于基础层折射率与外部层折射率 中间的有效折射率，并且优选的是接近基础层折射率和外部层折射率的 几何平均数。该过渡区可以包括多个过渡层，并且每个过渡层具有不同 并且独特的折射率。在该透镜发明中，基础层、外部层和过渡层(一个 或多个)的折射率在其各自的整个层上均为恒定的。包含在透镜设计中 的是变化厚度区域，其限定了渐变多焦点区。使用采用了具有中间折射 率的过渡区的技术，以便使得该渐变多焦点区域尽可能不可见。如该专 利中所述，仅作为举例，如果预型件(preform)具有大约1.50的折射 率，并且外部层具有大约1.70的折射率，则随着这些层从预型件渐变到 外部层，过渡区中三个过渡层的折射率可以为大约154、1.60和1.66。 在本发明中，梯度折射率不会像前述现有技术专利中那样对渐变能力起 作用；而是，在该透镜内的是限定了渐变多焦点区的变化厚度区域。
Dreher的专利6,942,339描述了一种多焦点或者渐变透镜，其被构 建成具有夹在两个透镜坯中间的可变折射率材料(例如环氧树脂)层。 内部环氧树脂涂层像差校正器(aberrator)具有被配置为校正患者眼睛 的像差以及高次像差的视觉区。包含该透镜内部层的该可变折射率涂层 不为该透镜提供渐变累加光焦度，而是如该专利中所述，其校正患者眼 睛的像差。该透镜具有许多典型为非球面渐进透镜的特征的限制。

根据前面所述的内容，发现需要提供一种梯度折射率渐变眼镜片， 其避免与现有技术的透镜相关联的问题，并且特别具有改善的光学属 性。通过一种多层透镜获得了以上优点，该透镜包括折射率梯度，其观 察距离范围上为可见性提供了所需的光焦度变化。因此，本发明的主要 目的是提供一种多层渐变透镜，其包括至少一个包含折射率梯度的层， 该层提供了渐变中间视觉区。
本发明的另一个目的是提供一种梯度折射率渐变透镜，其中使折射 率梯度横截透镜子午面而被定向(通常是从透镜顶部到底部)，从而按 照1/2正弦波或者正弦波状曲线的渐进逐渐并连续地改变。
本发明的另一个目的是提供一种梯度折射率渐变透镜，其包括两个 层，其中一个层包括折射率梯度，另一个层提供其上包含患者处方的表 面。
本发明的又一个目的是提供一种梯度折射率渐变透镜，其包括两个 层，每层包括折射率梯度分布和彼此符号相反的光焦度，以有效增大了 该透镜的远距视觉部分与近距视觉部分之间的折射率和光焦度差。
本发明的再一个目的是提供一种梯度折射率渐变透镜，其包括三个 层，两个邻近的层包含折射率梯度分布和彼此符号相反的光焦度，并且 第三个层具有其上包含患者处方的表面。
本发明的另一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其包括两个层，每个层具有折射率梯度分布和彼此符号相反的 光焦度，其中该折射率梯度部分是对准或者未对准的。
本发明的又一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其包括三个层，两个邻近的层包含折射率梯度分布和彼此符号 相反的光焦度，并且第三个层具有其上包含患者处方的表面，其中该折 射率梯度部分是对准或者未对准的。
本发明的再一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其中该透镜的全部层具有弯曲连续的表面。
本发明的又一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其中该透镜没有宽度受限的渐变中间视觉通道，以及其中渐变 中间和近距视觉部分延伸到该透镜的横向边界。
本发明的再一个目的是提供一种梯度折射率渐变透镜，其可以被制 成为：该渐变中间视觉部分具有一定范围的高度，该透镜包括短于非球 面渐变透镜中通常提供的渐变中间视觉部分。
本发明的再一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其在包含折射率梯度的层的表面上仅利用球面曲面，并且提供 了非常好的光学质量。
本发明的又一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其利用一个或多个旋转对称的非球面表面来校正高次像差并且 为眼镜片应用提供宽范围的光学校正形式。
本发明的另一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其包括许多薄层，每层包括折射率梯度分布和与邻近层的光焦 度符号相反的光焦度符号，其中该透镜的厚度可以与具有类似的累加光 焦度的标准眼镜片的厚度相当。
本发明的再一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其为双合或者三合菲涅耳透镜的形式。
本发明的又一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其中菲涅耳表面的非光学功能阶梯的斜度对应于患者凝视的角 度，并且由此不会遮挡来自物体特别是周边视域中的物体的光线，从而 提高该透镜的效率。
本发明的又一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其中该菲涅耳表面的非光学功能阶梯的斜度在某种程度上对应 于患者凝视的角度，并且由此部分限制了对于来自物体特别是周边视域 中的物体的光线的遮挡，从而提高该透镜的效率。
本发明的再一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其中该透镜的形状不是平的，而是在眼睛周围是弯曲的，并且 其中该菲涅耳表面的非光学功能阶梯的斜度对应于患者凝视的角度，并 且由此不会遮挡来自物体特别是周边视域中的物体的光线，从而提高该 透镜的效率。
本发明的又一个目的是提供一种包含折射率梯度的梯度折射率渐 变透镜，其中该透镜的形状不是平的，而是在眼睛周围是弯曲的，并且 其中该菲涅耳表面的非光学功能阶梯的斜度在某种程度上对应于患者 凝视的角度，并且由此部分限制了对于来自物体特别是周边视域中的物 体的光线的遮挡，从而提高该透镜的效率。
利用一种渐变透镜实现这些及其他目的和优点，该透镜具有连续的 弯曲并且通过改变透镜折射率为渐变中间和近距视觉获得增大的光焦 度。折射率梯度(一个或多个)的性质和大小使得透镜能够以薄的配置 提供高的累加光焦度和像散最小的改善视觉。
本发明的透镜采用组成多层透镜的一个或多个折射率梯度层。折射 率梯度分布对应于该透镜的在透镜光焦度范围上提供视觉的区域。该折 射率梯度横截透镜子午面而被定向(通常从透镜顶部到底部)，并且从 层的一个表面到另一个表面具有基本上恒定的折射率。折射率梯度是由 理想上适于穿过透镜的渐变中间部分提供平滑过渡的光焦度改变的折 射率变化率而限定的，并且其通常遵循1/2正弦波或者正弦波状曲线从 最大极值到最小极值(π/2到3π/2)的渐进。因此，从透镜的上部远距 视觉部分到下部近距视觉部分沿着通常垂直方向的折射率改变的增大 和减小的速率提供光焦度的逐渐增大和逐渐减小，而通常在沿着该梯度 的正交方向上折射率基本上没有改变。关于梯度折射率分布来说术语垂 直和正交是统称，而不专指精确的方向角度。因为沿着该梯度在定义的 正交方向上折射率以及因此透镜光焦度通常为恒定的，所以穿过该透镜 渐变中间视觉部分的视觉未在宽度上受到约束，或者被限制为与常规非 球面渐变透镜情况相同的视觉通道，然而，类似其上方的远距视觉部分 和其下方的近距视觉部分，渐变中间视觉部分的有效性将完全沿着其宽 度延伸。限定该渐变中间透镜部分的折射率梯度的延度或者跨度上的距 离应当足够大，以提供有意义的光学性能，例如从大约10mm到20mm 的范围。
尽管可以假设像散光焦度是由这样的“单向”折射率梯度产生的，但 是在该透镜上任意点处的该透镜的折射率的均匀性排除了像散光焦度。 除了像散之外，将出现表现为通过该渐变中间视觉部分观察到的目标的 视觉压缩或者伸长的畸变。这种情况出现的程度取决于梯度分布的陡 度。更重要的是，本发明透镜中的像散显著减小，并且可以在该透镜的 整个宽度上获得清晰成像。
在最近几年内，聚合物化学的发展已经产生了适用于眼镜片的折射 率非常高的材料，一些材料的折射率在1.7以上，其他材料甚至接近1.8。 利用这些或者其他高折射率光学材料中的一种并结合可兼容的低折射 率光学材料(例如具有1.3到1.5之间的折射率)，可以产生适用于本 发明的具有大折射率差的梯度折射率分布。因此，可以制造具有最小中 心和边缘厚度的根据本发明的透镜。例如，在本发明的一个实施例中， 通过透镜的远距视觉部分提供“0”光焦度以及通过透镜的近距视觉部分 提供2.5累加屈光度的48mm直径透镜可以是具有1.76mm的中心厚度 和1.13mm的边缘厚度的薄片。
可以利用各种喷涂、混合、散布或者其他处理方法，以一致和可重 复的方式来提供希望的梯度折射率特性。例如，一种喷涂技术，其利用 2个或多个喷枪，每个喷枪包含具有不同折射率的相互兼容的树脂，使 它们沿着直线或者弓形路径一起移动并且生成具有10到20mm宽的重 叠或者公共沉积区域的组合沉积物，例如该喷涂技术能够在公共沉积物 的延度上生成合成树脂的变化混合物。取决于喷出的每个沉积的尺寸和 形状，该重叠或者公共部分包括来自邻近枪的变化的材料体积，其中来 自每个枪的最大的材料量最接近其沉积区域的中心，最少的材料量离其 沉积边缘最远。在该公共区域上两种树脂的逐渐并连续改变(遵循上述 的正弦波状渐进)的组合混合物导致在两种材料之间产生相应的折射率 改变。该组合树脂材料能够被化学聚合或光致聚合或以其他方式固化。
另一种梯度折射率制造方法包括利用可溶解聚合物膜的受控扩散 处理，该膜限定了将具有不同折射率的两种光学树脂分开的预定界面形 状，并且其一旦被该所述一种或两种树脂溶解就为开始扩散提供精确的 液体界面。另一种方法包括使用特定密度的分散颗粒，所述颗粒通过它 们借助重力、浮力或者离心力通过液体合成物的传送而促进并且加速混 合、混和以及扩散过程。例如在借助重力传送的情况下，在最上部的树 脂成份中散布高密度的微米尺寸颗粒，其通过重力而下落，穿过液体主 体而沉淀，每个颗粒将具有一种折射率的少量的上部树脂引入具有不同 折射率的下部树脂中，从而在在原始界面下面的区域内和范围上提供了 两种邻近液体的彻底混合和混和。一旦这些颗粒完全沉淀下来，就可以 化学聚合或光致聚合或以其他方式固化该液体组合物。
本发明的透镜可以包括两个、三个或多个层。在本发明的一些实施 例中，具有大体恒定的折射率的层提供后表面或者前表面，其上包含患 者处方。在本发明的一些实施例中，在邻近的正光焦度和负光焦度层中 使用相反的折射率梯度分布，从而有效提高折射率差或者使之加倍，由 此提供利用较低或者较平的弯曲来实现高累加值并将透镜厚度减到最 小的手段。需要至少一对相反的梯度折射率部分来实现折射率的增大。 例如，如果折射率梯度分布限定了最大折射率差为0.3，通过利用：1) 高折射率部分包括正光焦度层的下部近距视觉部分的梯度折射率层，结 合2)相反的梯度折射率层，其中高折射率部分包括邻近的负光焦度层 的上部远距视觉部分，使得有效折射率差加倍为0.6。可以使用该非常 大的折射率差，以有利地在根据本发明的薄透镜设计中提供高屈光度渐 进累加光焦度。
在本发明的另一个实施例中，该透镜包括具有相反分布和光焦度值 的交替的折射率梯度层的多个薄层。例如，提供2.5屈光度的累加光焦 度的50mm直径的组合透镜可以包括13个低曲率层，每个具有0.22mm 低的临界厚度，同时总的透镜厚度可以接近具有类似累加光焦度的标准 透镜的厚度。在一个方向上折射率增加并且正光焦度增大、中心厚度为 0.22mm的正光焦度层与在相反方向上折射率增加并且负光焦度增大、 边缘厚度为0.22mm的邻近的负光焦度层交替，由此产生了呈现为平光 焦度的透镜或者1.5mm厚的窗体的部件，但是实际上其为具有大累加光 焦度的渐变透镜。通过按照这种方式利用交替的梯度折射率层，如前所 述提高了有效的折射率差。因为每个层非常薄，并且可以连续或独立地 处理，所以可以利用在制造薄的部分时提供良好混和结果的某些制造方 法以得到优势。例如，前述的喷涂方法对于提供具有梯度折射率组合的 薄层来说是理想的。尽管希望能够在厚的部分中喷涂，但是这不总是可 能实现的，这是因为一种树脂或者单体的密度可能大于另一种，从而由 于重力的拉动使得一种树脂或单体滑到另一种的下面。当密度显著不同 时，通过限制所施加的材料量和进行喷涂应用的时间，能够避免这个问 题。在施加之后并且在以后的层施加之前，可以完全或者部分固化或者 聚合每个层。如果施加喷涂的基表面包含具有希望的挠性特性的材料， 则可以将其形状改变少量，所述少量是用以产生使每个胶化的或部分聚 合的层具有正确的半径所要求的必要凸形和凹形曲面所需的。
限制施加层厚度还有其他原因。例如，某些光致聚合处理或材料仅 对于有限深度的树脂或者单体提供适当的结果。被设计成用以改变聚合 物的折射率的其他处理，例如电子束照射或者利用渗透反应稀释或溶胀 剂的化学处理，可以仅对于有限渗透深度或者穿过较薄的部分提供适当 的结果，由此可以利用这些手段实现所述的对非常薄的邻近层的独立或 连续的处理。
在本发明的另一个实施例中，梯度折射率渐变透镜采用双合菲涅耳 透镜的形式，其包括一个或两个梯度折射率层。菲涅耳透镜表面包括多 个不连续的共轴环形部分，每个部分限定了对应于连续透镜表面几何形 状的斜度，其下陷形成下部轮廓的表面。连接每个环形部分是非光学功 能阶梯，其结合折射表面确定总体的几何形状和透镜厚度。可以制得厚 度为常规透镜的厚度一小部分的高正和负光焦度菲涅耳透镜，其中许多 透镜的最大阶梯高度小于0.26mm。通过应用足够厚(例如0.3到0.4mm 厚)以填充短焦距菲涅耳表面的开口区域的梯度折射率层，可以以极薄 的透镜配置获得本发明的渐变透镜。这里同样，上述喷涂技术提供了一 种施加0.3到0.4mm厚的梯度折射率层的理想方法。对本发明的对效率 和效能提高的两种新颖菲涅耳透镜设计的使用进行了说明。
利用球面或者非球面曲面可以将本发明的透镜设计成多种典型的 透镜形状或形式。形状或形式是指该透镜大体的整体轮廓，即其前、后 表面是否较平、具有较小值基础弯曲，或者更加弯曲，具有较大值基础 弯曲。利用多种形式的球面表面可以获得良好的光学质量，其中特定的 形式相比其他形式提供了改善的性能。总之，针对眼镜片应用通常认为 高度弯曲的透镜形式往往比弯曲程度更小的形式易于更好地发挥作用， 并且在相对于眼睛的标准化眼镜片距离处产生更少的边缘像散。在包含 正或负光焦度以符合患者处方的的球面透镜设计的情况下，特定的相应 形式可以提供最佳的性能。可选的是，通过使用适当的二次曲线常数来 使需要校正边缘像散的设计非球面化，能够使像差最小化，并且能够针 对宽范围的基础弯曲和处方优化光学质量，从而使透镜形式的选择更宽 并且可以使用更平的基础弯曲而不会损失光学质量。对于需要利用更大 二次曲线常数值的更大像散校正程度的透镜而言，还可以在该透镜的更 大光焦度部分中实现畸变或者非均匀放大率的减小。可以采用利用更大 二次曲线常数值或者附加的非球面项的略微非球面过度校正，来根据需 要进一步减少透镜厚度或者改变该透镜的放大特性。
通过下面结合附图对本发明的描述，本发明的其他特征和优点将变 得清楚。

图1a、1b和1c是在双合透镜配置中包含单一正光焦度折射率梯度 层的第一组梯度折射率渐变透镜的说明性侧视图，该双合透镜包括凹 面、平面和凸面内表面。
图2示出了各种梯度折射率分布的曲线图。
图3a、3b和3c示例示出了包含将各个树脂部分分开的可溶解膜的 树脂浇注腔。
图4示出了在图1a、1b和1c中说明性地示出的透镜的透镜参数表。
图5是示出具有累加光焦度范围的不同折射率值透镜的透镜半径关 系值的图表。
图6示出了相对于梯度折射率透镜的内部表面曲面绘制的前表面和 后表面曲面的图。
图7a、7b、7c和7d说明性地示出了折射率梯度透镜层的不同朝向 角。
图8是在双合透镜配置中包含单一负光焦度折射率梯度层的第二组 梯度折射率渐变透镜的说明性侧视图，其包括凹面内表面。
图9是在双合透镜配置中包含单一后正光焦度折射率梯度层的第三 组梯度折射率渐变透镜的说明性侧视图，其包括凹面内表面。
图10a、10b和10c说明性地示出了在双合透镜配置中包含单一后 负光焦度折射率梯度层的第四组梯度折射率渐变透镜的侧视图，其包括 凹面、平面和凸面内表面。
图11a和11b示例示出了在双合透镜配置中包含两个折射率梯度层 的第五组梯度折射率渐变透镜的侧视图，其包括在前和后两位置的正和 负光焦度层。
图12a和12b示例示出了在三合透镜配置中包含两个折射率梯度层 的第六组梯度折射率渐变透镜的侧视图，其包括位于前和后两位置的正 和负光焦度层以及位于前和后两位置的具有其上包含患者处方的表面 的第三层。
图13是双合菲涅耳透镜形式的包含折射率梯度的梯度折射率渐变 透镜的说明性侧视图。
图14图示了穿过图13的菲涅耳透镜的边缘区域的光路。
图15是优化的双合菲涅耳透镜形式的包含折射率梯度的梯度折射 率渐变透镜的说明性侧视图。
图16图示了穿过图15的菲涅耳透镜的边缘区域的光路。
图17是优化的三合菲涅耳透镜形式的包含折射率梯度的梯度折射 率渐变透镜的说明性侧视图，其中该透镜的形状为在患者眼睛周围是弯 曲的。
图18是优化的双合菲涅耳透镜形式的包含折射率梯度的梯度折射 率渐变透镜的说明性侧视图，其中该菲涅耳透镜的形状为在患者眼睛周 围是弯曲的。
图18a示出了具有保护层的图18的透镜。
图19示出了通过生成喷涂沉积物的公共区域而形成的梯度折射率 部分。
图20是包含多个折射率梯度层的14层梯度折射率渐变透镜的说明 性侧视图。
图21图示了用于通过喷涂技术生成具有梯度折射率的梯度折射率 渐变透镜层的装置。
图22图示了利用穿过分开液体的界面而下沉的颗粒的两种液体的 混合。

以下是如何制造并使用权利要求书中所述的发明的公开，包括发明 人在申请日有效的实施所要求保护的发明的已知最佳模式。
参照图1a、1b和1c，示出了根据本公开概念构成的第一示例性透 镜的三种双合透镜配置。图1a-c示出了三种可能的透镜形状。总体而言， 前透镜部分A包括梯度折射率层，后部分B一般包括透镜的常数折射率 层。“前”是指前面的位置并且距离眼睛更远，“后”是指后面的位置并且 距离眼睛更近。部分A具有正光焦度，部分B具有负光焦度。在本实施 例中，折射率从远距视觉部分到近距视觉部分穿过该透镜渐变中间视觉 部分增大，由此为中间视觉和近距视觉提供渐增的光焦度。
分开讲，图1a示出了其中内界面弯曲R2相对于透镜部分A为凹的 实施例，图1b示出了其中该内界面曲面为平面的透镜实施例，图1c示 出了其中该内界面曲面相对于透镜部分A为凸面的透镜实施例。在附图 中，在图1a中示出了三个附图的表面和层标记，并且在图1b和1c中示 出了示例性梯度折射率位置和延度。总体而言，透镜层A包括具有可变 折射率值的光学透明材料。A1对应于透镜的远距视觉部分，A2对应于 透镜的渐变中间视觉部分并且A3对应于透镜的近距视觉部分。渐变中 间视觉部分A2位于透镜的虚线2和3之间，其分别指定了远距视觉部 分A1的下部形状，其折射率为N1；以及近距视觉部分A3的上部形状， 其折射率为N3。该渐变中间视觉部分A2的折射率N2从等于邻近A2 的部分A1的折射率N1的较低折射率值提高到等于邻近A2的部分A3 的折射率N3的较高折射率值，梯度分布符合规则并连续的变化率，并 且总体上能够在其延度上特征化为对应于从其π/2到3π/2位置的1/2正 弦波或者正弦波状曲线的渐进。后透镜部分B包括光学透明材料，其折 射率N4是大体恒定的，并且不会改变。透镜部分A前表面4具有半径 值为R1的凸面曲面，内部界面I具有弯曲R2，并且透镜部分B的后表 面5具有半径值为R3的凹面曲面。在这个及后面的实施例和实例中， 可以将各个透镜部分制造成预型件并且利用光学接合剂将它们接合在 一起，或者可以将以后的层抵靠预成型部分的表面浇注并且与该表面接 合。预成型是指在浇注或者接合透镜部分之前形成固态或者半固态的形 状。可以通过热成型、模制、研磨、浇注或者其他方法制造预成型透镜 部分。
可以使用以下的二次方程限定上述正弦波型形状：
Sin f(x)＝ax2+bx+c，其中
a＝选定的值，通常在2.0与-2.0之间
b＝1-(2aπ)
c＝a*3π^2/4
‘a’的值可以用于限定x、y坐标对应于梯度折射率层在沿着梯度部 分延度的连续点处的瞬时折射率的各种曲线。
图2示出了基于以上方程的5个曲线的曲线图，其相对于Y绘制了 折射率。Y是在透镜的渐变中间视觉部分延度上从图1b和1c所示的透 镜中心线CL下方所示的虚线2到虚线3的距离(单位毫米)。如下选 择‘a’的示例值：-0.3、0、0.1、0.3和0.4。‘0’的值限定了正弦波形状， 并且可以将其视为本发明透镜的标准，因为该曲线证明了折射率的增大 和减小速率相等，这是上部和下部正弦波部分对称的情况。在某些情况 下，使用非对称“修改”正弦波曲线可能是优选的，其中在极值时曲面的 导数也为0。例如，当希望以快速递进方式在A1与A2的连接处引入渐 变，同时相反地以缓和方式在A2与A3的连接处变细，将要求更大加速 率的折射率变化，如其中a＝-0.3的曲线中所示。在其他情况下，当希望 以减小的速率引起渐进，同时相反地以更加集中的方式变细时，如Y距 离更短的情况，将要求更小加速率的折射率变化，如其中a＝0.4的曲线 中所示。一般而言，a优选正值而不是负值，这是因为通过具有正‘a’值 的透镜观察的患者所经历的从远距视觉到渐变中间视觉的过渡更不明 显。其遵循，如果‘a’为正值，相比‘a’等于‘0’或负值的透镜，则可能需 要非常略微的向下凝视，以提供类似的累加光焦度量。当透镜的渐变中 间视觉部分短时(在10mm或更小的数量级)，使用正‘a’值的修改更加 重要，在这种情况下，集中的折射光焦度改变能够在患者凝视方向从透 镜的远距视觉部分移动到透镜的渐变中间视觉部分时造成视觉干扰。此 外，因为通过A2的下部相对于A3的上部观察到的物体之间的物焦距之 差小，例如16”相对于15.75”，并且因为通过A2的上部相对于A1的下 部观察的物体之间的物焦距之差更大，有限远(例如17’)相对于无限 远，所以位于A1与A2接合处的减小的折射率变化率将提供更加舒服的 视觉过渡到透镜的渐变中间视觉部分。所获得的结果类似于更低累加光 焦度渐变透镜在视觉“舒适”方面的效果，同时在透镜的近距视觉部分仍 提供了累加光焦度的高屈光度。
针对折射率梯度的上述正弦波模型具有从等于具有较低折射率的 邻近部分的较低折射率值提高到具有较高折射率的相反邻近部分的较 高折射率值的折射率分布。可以利用多种不同的处理方法生成这种梯度 折射率分布。使两种单体的在液体界面处的相互扩散或者使一种单体扩 散到折射率不同的部分聚合化或胶质单体中是已经表明提供具有高折 射率差值的有效折射率梯度的方法。较低粘性单体与较高粘性胶质“预 聚合物”的互溶性或者互混和性以及相互扩散渗透是与热量和持续时间 结合确定扩散和折射率梯度深度的因素。这些方法同样非常好地用于最 近研发的利用光学接合剂，从而产生如前所述适用于眼镜片的非常高的 折射率值。包含例如二硫化物、硫醇、聚硫醇或者聚亚安酯化合物以及 某些环氧树脂的材料已经表明提供1.65到1.78之间的折射率。包含氟 或者含氟聚合物的大量甲基丙烯酸酯或者其他树脂具有1.36或更低的 折射率值，并且可以在喷涂或者扩散方法中适合结合可兼容高折射率材 料而使用。
由于用于扩散方法中的两种单体或者树脂的液体界面处的轻微干 扰或者不规则性能够导致最终梯度折射率分布的不希望的属性或变形 的事实，该界面没有不规则性或者不希望的轮廓是非常重要的，包括通 常可以沿着容器中液体的上表面形成的弯月面，该容器例如可用于扩散 /浇注方法中的透镜浇注腔或者模具。特别是，如果液体光学树脂的粘性 高，则形成在透镜腔和树脂边界处的弯月面会非常弯。如果该透镜浇注 容器的内部尺寸窄，则该弯月面在该界面上能够是连续的，并且当然如 果该材料部分聚合化为胶态，该弯月面将保持。无论将什么方法用于生 成折射率梯度，该界面通常应当具有平面、圆柱或者圆柱非球面、圆锥 或者类似形状，并且该平面维度垂直于界面长度延伸，即穿过该透镜。
另一个类似的问题涉及在将一种液体单体施加到另一种液体单体 的顶部或者旁边，以及如何在施加过程中保持界面的完整。一些人建议 使用可去除的分隔器或者挡板，但是由于分隔器移动(特别是在将其从 液体池中提出时)而造成的界面处非常小的干扰对于变化的折射率分布 是有害的。可以利用新的扩散方法来解决这两个问题，该方法包括使用 可溶解的聚合物膜作为浇注腔内的分隔器。
该两种树脂可以接触该分隔膜，并且随后由树脂中的一种或两种使 该膜溶解，使一种树脂经历相互扩散或者扩散到另一种树脂中，随后使 该树脂复合混和物完全聚合化或者固化。该膜应当足够厚，使其经得住 在将第二种树脂添加到位于该膜相对面上的邻近腔部分中之前所引起 的第一种树脂的重力或压力，但是也应当足够薄，以在希望的时间段内 溶解，例如在1个小时内。0.012到0.025mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯膜 薄膜可以提供希望的属性。还可以使用折射率为高和低折射率树脂的折 射率平均值或在高和低折射率树脂的折射率之间的可变值的共聚物薄 膜。
现在参照图3a，示出了用于目前的梯度折射率渐变透镜的浇注腔， 其包括夹在垂直透镜腔部分S1与S2之间的可溶解薄膜M1。部分S1对 应于透镜的远距视觉部分A1，并且部分S2对应于透镜的近距视觉部分 A2。分别通过开口P1和P2，使腔S1填充一种折射率树脂，使腔S2填 充另一种折射率树脂。只有在溶解该薄膜之前使下部部分的树脂胶质聚 合化，则其密度可以小于上部部分树脂的密度，否则应当将具有更大密 度的树脂放置在下部部分中，以避免一旦薄膜溶解则发生不希望的液体 树脂混和以及重新定位。如果树脂具有相同的密度，则可以将两者中任 意一种放置在上部或下部部分中，此外可以将这两个部分并排放置。在 填充过程中或者接近填充过程结束时，可以使浇注腔倾斜以确保使气泡 通过填充开口P1和P2排出。
当填充了腔的各个部分时，应当使薄膜溶解到所述树脂的一种或两 种中，此时开始扩散过程。在进行了所需的扩散从而生成了希望的梯度 折射率分布之后，可以通过光致或者催化聚合化使透镜树脂完全聚合 化。图3b以类似方式示出了用于生成曲面表面的圆柱形曲面薄膜。该 曲面薄膜M2夹在透镜腔部分S3与S4之间，从而生成了折射率树脂部 分N1和N2。
尽管在附图中未示出，但是可以沿着向前或向后的方向使薄膜倾 斜，从而生成倾斜折射率朝向角。在这种情况下，在扩散和聚合化过程 中可以使模具腔倾斜相同的倾斜角，以确保该界面保持希望的倾斜角。 可以使树脂填充如前所述倾斜的模具腔，以便使气泡通过填充开口排 出。此外，如图3c所示，可以以颠倒朝向定位和使用图3b的腔，以确 保任何残留的气泡不会留在薄膜M2的面向下凹处的中心区域中，但相 反的是气泡将上升并且遵循薄膜曲面向上至模具腔的最左或最右侧，朝 向填充开口P3和P4，离开透镜的光学部分区域。
促进并加快折射率混和物生成的另一种方法包括不同折射率的树 脂或者单体溶液在容器或者模具腔中的受控混和，例如上述包含模具腔 的薄膜。为此，通过使用散布在顶层溶液中的纤细颗粒(例如玻璃珠) 能够使折射率不同的两种或多种垂直或邻近的分层组合树脂溶液在它 们的界面处混和。图22以垂直朝向模具设置示意性地示出了该过程。 在图22中，示出了颗粒P(未按比例)开始在上部透镜腔部分S1中穿 过上部液体朝向界面I(由模具腔中间的虚线表示)下降，并且穿过该 界面I。所示的颗粒P集中在顶层溶液的上部，但是它们也可以均匀散 布在上部液体中。无论怎样，它们都缓慢地穿过上部液体而下沉，并穿 过界面I。这些颗粒通过重力或者离心力下沉到下层溶液(一种或多种) 中并且穿过该下层溶液，并且由此生成了位于原始界面高度之下的混和 区域。颗粒直径可高达例如50微米，其中选择颗粒浓度以及其尺寸以 控制混和的程度。尽管结合形成两个折射率通过混合而接合的的透镜说 明了颗粒的应用，但是其还能够用于结合参照图2b和2c所示和所述的 透镜制造技术的多个混和。
重力和离心力不是可用于使颗粒穿过(一种或多种)溶液的(一个 或多个)层移动的唯一的力和场。在带电颗粒或者受磁场影响的颗粒的 情况下，可以使用电场和/或磁场。然而，鼓励的是，来自上层溶液的每 个下降和下沉的颗粒拖拉少量上层溶液与其一起穿过界面到邻近的下 层溶液中，在该下层溶液中随着其经过该液体清除掉单一组合树脂覆盖 物。该颗粒不仅将来自上层溶液的树脂带到邻近的下层溶液，而且其还 使其经过的区域中的溶液微混和。如上所述，本方法可以用于包括或者 没有前述的膜系统的模制或浇注腔。还可以在下面的模具设置中实现该 方法：在该设置中，并排放置分层树脂溶液，在这种情况下，将需要不 同于重力的场来提供颗粒从一种邻近溶液到另一种溶液的侧向移动。
根据本发明，图1b和1c所示的线2和3的位置可以沿着Y方向显 著变化。如图1b所示，线2可以位于中心线CL以下2mm，并且线3 可以位于线2以下18mm，由此提供在上部远距视觉与下部近距视觉部 分之间的跨距为18mm的渐变中间视觉部分。可选的是，例如如图1c 所示，线2可以位于中心线CL以下3mm，并且线3可以位于线2以下 10mm，由此提供在上部远距视觉与下部近距视觉部分之间的跨距为 10mm的渐变中间视觉部分。可以使本透镜的渐变中间视觉部分的延度 短于非球面渐变透镜中通常提供的延度，而不会引起非球面渐变设计中 通常存在的视觉劣化像散。这种特别的属性呈现了本公开教导的梯度折 射率设计相对于非球面渐变透镜设计的突出优点。当渐变中间视觉部分 的Y延度更大时，如18mm跨距的形式，实现了如本公开教导的所谓“更 软”的透镜，并且当渐变中间视觉部分的Y延度减小时，如10mm跨距 的形式，实现了所谓“更硬”的设计。如前所述，梯度分布遵循规则且连 续的变化率，该变化率可被大体表征为在其延度上对应于1/2正弦波或 正弦波状曲线从其π/2到3π/2位置的渐进，因此在从远距视觉到渐变中 间视觉再到近距视觉的过渡中观察不到不连续。
图4是列出表示在图1a、1b和1c中说明性地示出的示例透镜的球 面弯曲R1、R2和R3的关系值的表。透镜1到7中的每一个关于透镜 部分A具有0.05mm的恒定边缘厚度，关于透镜部分B具有0.25mm的 恒定中心厚度，并且总的透镜中心和边缘厚度仅在该表中所示的示例透 镜形状范围上略微变化。最右边的两列包括每个实例的非球面形式的二 次曲线常数值和附加信息。在图4和所有后面的透镜实例中，连同半径 R、中心厚度CT和边缘厚度ET(单位：毫米)列出了二次曲线常数(称 作CC)，并且以(a)标识前，以(p)标识后，从而表示了已经经过 计算的透镜表面。半径、中心厚度和边缘厚度值仅适合球面透镜形式。 透镜1到7在透镜的远距视觉部分中提供了‘0’屈光度的光焦度，在透镜 的近距视觉部分中提供了2.5屈光度的累加光焦度。这个及所有其他透 镜的累加光焦度是就屈光度而言的，并且以1000/有效焦距算得。在透 镜的远距视觉部分中选择‘0’光焦度表示在假设正视眼情况下的远距视 觉的标准，并且被计算为等于不小于+/-1e+009的有效焦距。当然，本 发明的透镜在包含患者处方时需要修改，例如实验室工作，但是由于任 何处方值都是就相对于正常眼的屈光度偏离而言的，所以对于本文中的 所有计算而言将保持对应于正常眼的‘0’光焦度基本基准。全部半径和光 焦度计算基于在氦d线(587.56nm)处算得的折射率nd。使表面5包含 患者处方需求或者提供其他功能的改造将改变远距视觉和近距视觉光 焦度，但是不会改变该透镜提供的累加光焦度。该透镜具有以下其他折 射率参数：
N1＝1.46
N2＝1.46到1.7梯度
N3＝1.7
N4＝1.58
如果如上所述针对远距视觉的折射率、累加光焦度、透镜层厚度和 ‘0’光焦度保持恒定，则可以看出在可能透镜形状的全部范围上关于R1、 R2和R3关系的另一常数，如在图4中所列出的弯曲关系和效率数或者 CREN所例证、表示的那样。该CREN是限定根据本公开构成的透镜表 面的半径之间的关系的数值，其基于就屈光度而言所讨论的上述‘0’光 焦度标准。其还表示了透镜的总凸面屈光度弯曲属性或者总凹陷(gross sag)’，并且其在各种情况下为正值并且大于透镜的累加光焦度。能够 由CREN数限定根据本公开构成的每个透镜，并且与其他限定透镜的参 数一起列出了用于后面所有透镜例子的这样的的CREN值。遵循本公开 概念制成的透镜的性质是其需要额外的膨胀或者‘凸出’以通过折射率变 化结合对称旋转表面提供累加光焦度。此外，必须利用负光焦度部分B 将实现透镜远距视觉部分与近距视觉部分之间的增加值或光焦度差所 需的透镜层A的增大的正光焦度减小到透镜远距视觉部分中的基准‘0’ 光焦度或者患者处方值，从而将进一步增大透镜的“总凹陷”。CREN数 的范围可以是：从针对累加光焦度为1到3.5屈光度的透镜当效率最低 并且膨胀最大时CREN数为40和50之间，到针对相同的累加光焦度当 效率最高并且膨胀最小时CREN数为大约3和11之间。这样的高效率 值可以实现具有最小的厚度的透镜。可以通过以下方程计算该CREN：
1000/R1+2(1000/R2)+1000/R3＝CREN，
其中R1在为凸面时为正、在为凹面时为负，R3在为凹面时为正、 在为凸面时为负，并且R2在其曲面相对于透镜部分A为凸面时为正、 在其曲面相对于透镜部分A为凹面时为负。对于在透镜的远距视觉部分 中包含不同于‘0’的光焦度的透镜而言，可以通过首先取消累加光焦度或 者处方值、然后进行计算来确定CREN。具有低CREN的透镜由于其膨 胀和关键厚度最小而是最希望的。当透镜的上部与下部方面之间的折射 率差(RID)最小时CREN数最大，在0.08到0.16数量级，如该表顶部 所示，而当RID最大时CREN数最小，在0.60或更大的数量级，如该 表底部所示。通过一起使用非常高和非常低折射率组合光学树脂来生成 部分A的梯度折射率分布，能够获得中间RID值和高RID值。本实施 例的示例透镜具有0.24的RID值(1.7-1.46＝0.24)。如果选择用于梯度 折射率层的两种组合材料具有比以上的示例透镜相对更高或更低的折 射率值，仍产生相同的RID值，则算得的R1和R2的值基本上相同， 但是R3和因此算得的CREN值在部分B的折射率没有变化的情况下将 不同。通过在相应方向上调整部分B的折射率，可以为R3和CREN产 生相同的值，但是为了获得低CREN值和优良的光学质量(层B的折射 率应当高)。利用具有更大折射率差的组合光学树脂可以获得更高的 RID值。例如，利用1.42低折射率树脂成分结合1.74高折射率成分以 生成梯度折射率分布可以获得0.32的RID值。还可以利用第五和第六 实施例提出的手段，根据本公开教导的方法将透镜的RID值提高到两倍 于两种组合树脂的折射率差的最大值的值，即0.64。
图5是列出了根据(一个或多个)梯度折射率层的RID和透镜的累 加光焦度的第一实施例的透镜的补充的CREN值的表。所有计算的折射 率值是以上参照图4列出的值。该表中的累加光焦度的范围是从1到3.5 屈光度。以上的示例透镜(除了透镜形状之外它们的全部参数相同)的 CREN数的范围是从18.436到18.729，并且在0.24的RID与2.5屈光度 增加的相交处限定了该类目中列出的18.07-19.10范围的主要部分。该 图表上的类目范围在示例透镜的数值范围之上已经加宽了2％，达到 18.07-19.10，以包括图4中不包括的其他透镜形状。图5中的其他类 目范围同样加宽了2％。该18.07-19.10的CREN范围表示了按照本公 开制得的非常有用但是仅中等效率的梯度折射率透镜组。
如该表所示，表示最高效率设计的较低CREN数范围位于累加光焦 度最小、RID值最大的位置。较低的累加光焦度明显需要较小的折射率 变化，就像在非球面渐变透镜的情况下需要较小的弯曲变化一样。该表 中最高效率的CREN类目3.05-3.19指明总共约3屈光度的膨胀或“总 凹陷”，以提供1屈光度的累加。利用高CREN值，更大的膨胀转化为 更陡的R1和R3弯曲，甚至是凸面内部界面半径。因此，对于更高的 CREN值，自然存在对有效形状的相应限制。例如，即使界面曲面具有 105.809mm的陡凸面R2半径，RID为0.16并且CREN值为41.18的3.5 屈光度累加透镜在其前和后表面也均非常陡，具有80.0mm的凸面R1 弯曲和-102.242mm的凹面R3弯曲。具有相同0.16的RID值的相同3.5 屈光度增加透镜具有-400mm的凹面内部界面R2弯曲，该透镜将具有 42.739mm的凸面R1弯曲和-46.144mm的凹面R3弯曲以及40.07的 CREN值。尽管更陡的透镜证明相比R1弯曲为80.0mm的透镜证明具有 更好的光学质量，但是从外观的立场出发，这种高度弯曲的透镜很可能 是不希望的。尽管如此，图5的CREN范围中的每一个是根据包含诸如 以上透镜的较陡形式的透镜形状范围算得的。该图表中不包含50以上 的CREN类目(表示效率非常低的设计)，这是因为产生这些CREN值 的透镜的厚度、重量和高弯曲效用具有有限的有用性。
该表还示出了梯度折射率的第一层的近似最大RID，或者在仅有一 个透镜层包含梯度折射率的情况，则其示出了透镜的最大RID。在0.32 的RID水平处进行划界是基于使用可以获得的具有极高和极低折射率 的兼容光学树脂。期望可以使用其他具有较高和较低折射率的材料来生 成更大的RID，并且在这种情况下，可能的CREN会更低。如前所述， 还有可能在相反方向上使用两种梯度折射率分布，以提高RID并且降低 CREN。在这种情况下，在第一行以上并且达到“透镜的近似最大RID” 的值将是适用的。可选的是，当利用具有更加中性折射率的材料制造两 个相反朝向的梯度折射率层时，使得每个透镜的RID值小于图4的示例 透镜中层A的RID值，添加的RID仍可以超过仅具有一个具有最大RID 值的梯度折射率层的的透镜的RID值，从而制造出非常有效并且薄的透 镜。如上所述，具有各种常数，包括折射率、RID、累加光焦度、透镜 层A的0.05mm的恒定边缘厚度和透镜层B的0.25mm的恒定中心厚度 的透镜族可以呈现出由R1、R2和R3之间的特定关系(其被作为CREN 而算得)限定的多种形状。
在基本曲线和透镜形状不同的情况下，因此R2必须为特定值以通 过透镜远距视觉部分获得(一个或多个)累加光焦度以及特定的‘0’光焦 度标准。从图1a、1b和1c以及图4中能够看到，在可能的透镜形状范 围上，通常通过在更大凸面度(相对于透镜层A)的方向上利用较平的 凸面R1和凹面R3曲面呈现出弯曲以及在更大凹面度(相对于透镜层A) 的方向上利用较陡的凸面R1和凹面R3曲面呈现出弯曲，R2特别对应 于R1和R3。图6通过相对于R2的屈光度值的范围绘制了R1和R3的 曲面屈光度图形表示了该关系。该图表绘制了图4的透镜的示例CREN 族，其具有凹面、平面和凸面内部界面R2曲面，并且满足以上列出的 CREN方程，将其转化为表面屈光度为
D1+2·D2+D3＝CREN，
由此进一步说明了按照本公开制造的透镜的独特和等同的性质。当 然，所示的关系值在折射率值N1、N2、N3和N4不同于示例透镜的折 射率值时改变。
如上所述，利用多种形状的球面表面可以获得极好的光学质量，并 且具有通常认为更加高度弯曲的表面的透镜趋向于产生更小的边缘像 散和更好的聚焦。图4中所示的二次曲线常数的大小指示所需的校正程 度以及哪种示例透镜设计在很小的非球面度或者不具有非球面的情况 下获得更好效果。明显的是，具有最高CREN值和最平的R1和R3曲 面值的#7透镜示例需要最大的校正量，其被算出为-14.879的理论二次 曲线常数值。相反，例如具有最低CREN值的更陡的#1透镜几乎根本不 需要校正。应当注意，利用非球面曲线对根据本公开制造的透镜的校正 不能为所有透镜部分提供最佳的可视化，这是因为光焦度以及因此校正 量在透镜上变化。总而言之，对于透镜上部远距视觉部分而言需要较少 的校正，而不论其形状如何，因此可以选择低于针对较平形状透镜所列 出的二次曲线常数值，使得在不损失透镜远距视觉部分的光学质量的情 况下获得某一校正。当非常平的透镜的外观要求不是主要关心的问题 时，需要较少非球面校正的稍微更陡的透镜形状可以提供一种可选方 案，并且在图4的示例透镜的情况下，例如透镜#6将为透镜#7提供极 好的替代方案。
因为不存在能用于精确计算CREN值的限定非球面表面的单一半 径值，所以用最佳拟合球面来取代每个非球面表面将提供对CREN数的 更精确计算。针对具有负二次曲线常数值的透镜的最佳拟合球面半径总 比圆锥曲面的顶部半径弯曲程度小，并且因此算得的CREN数将更小。 例如，使用195.1687mm的最佳拟合球面半径取代透镜#7的非球面表面 的曲面顶部半径(未列出)，重新算得的CREN数为18.419。通过比较， 该值最接近透镜#1的CREN值，其几乎不需要校正。图4的表中列出了 针对透镜#1到#7的非球面形式使用最佳拟合球面对应物获得的全部重 新算得的CREN数。如图所示，所有最佳拟合球面CREN值相互非常接 近并且非常接近透镜#1的CREN数，从透镜#1不需要非球面校正的观 点来看，实际上其可以是最佳的。因此，可以说窄CREN范围限定了共 用共同光学特性的一组透镜形状。尽管如此，在使用未校正的球面透镜 形式的情况下，图5的表中列出了先前所述的更宽的CREN范围，而不 是图4中例举的更窄的范围。
图7a、7b、7c和7d示出了根据本公开教导的第一示例性透镜的四 种形式。在图7a-d中，折射率梯度的朝向角X是不同的。折射率梯度 的朝向角是指限定与其中基本上为恒定的折射率的折射率梯度相交的 表面(例如平面)的至少一部分的夹角。通过适当选择该折射率梯度朝 向角，患者以特定凝视角度通过该透镜的(一个或多个)折射率梯度的 视觉将得到优化并且不存在像差和模糊，该特定角度由图中的线CO表 示，当患者视线以其中折射率不是恒定的角度穿过梯度时会造成像差和 模糊，如当该朝向角为‘0’或者不同于凝视角时会发生这种情况，如图 7a所示。
有两种方法获得近似或等于患者通过透镜折射率梯度区域观察时 的凝视角的朝向角。第一种方法包括相对于患者沿着大体笔直地向前的 方向通过透镜的中心部分而观察时的凝视角使镜架中的透镜倾斜。这样 的倾斜的正角度在8度的数量级，其中，如图7b所示，透镜的上部远 距视觉部分相对于透镜的其他区域向前倾斜。微小的倾斜不仅满足有关 透镜渐变中间视觉部分的上部部分的朝向角标准，而且其还可以提供对 于通过透镜下部部分观察目标的在某种程度上改进的可视化，这是因为 从被观察目标到眼睛并且通过透镜的光束以更接近垂直于透射该光束 的表面位置的角度提供了这种改进。
第二种获得正梯度折射率朝向角的方法是使梯度折射率部分内的 梯度媒质倾斜以更接近地对应于患者通过该透镜渐变中间视觉部分的 选定区域观察时的凝视角，如图7c所示。该朝向角X还可以通过透镜 的渐变中间视觉部分而改变，从而更加接近地对应于通过整个梯度折射 率部分观察时的瞬时凝视角，如图7d所示，其中该朝向从大约8度变 化到18度。还可以通过利用透镜将透镜的向前倾斜与梯度媒质的恒定 或可变的倾斜相结合来获得希望的梯度折射率朝向角。尽管不能总是完 全避免由于朝向角未对应于患者凝视角而造成的视觉干扰(这是因为在 白天观察时眼睛的瞳孔不是一个点而是覆盖直径平均为4mm的区域)， 但是可以通过调整梯度折射率朝向角来实现视觉的改善。当渐变中间视 觉区域的延度更大时(在从15到20mm的数量级)这较不重要，而当 渐变中间区域的延度小时(在从10到15mm的数量级)这较重要。当 梯度折射率部分仅包括透镜的正光焦度部分(如本实施例中规定的)时， 该梯度折射率朝向角相对更重要。在这种情况下，患者笔直地向前凝视 时，将通过该梯度折射率部分的最厚部分而观察。当梯度折射率部分仅 包括透镜的负光焦度部分时，该梯度折射率朝向角相对较不重要。在这 种情况下，患者笔直地向前凝视时将通过该梯度折射率部分的最薄部分 而观察。图8示出了如上所述的横截梯度折射率的负光焦度的实施例。
参照图8，示出了本发明第二实施例的双合透镜配置。前透镜部分 A包括透镜的梯度折射率部分，部分B包括透镜的大体恒定的折射率部 分。部分A具有负光焦度，而部分B具有正光焦度。在所提供的两个实 例中，内部界面弯曲R2为凹的。在本实施例中，折射率从透镜的远距 视觉部分到近距视觉部分穿过渐变中间视觉部分减小，因此为中间视觉 和近距视觉提供渐增的光焦度。
图8中的透镜层A包括具有可变折射率值的光学透明材料。A1对 应于透镜的远距视觉部分，A2对应于透镜的渐变中间视觉部分，A3 对应于透镜的近距视觉部分。该渐变中间视觉部分A2位于透镜的虚线 2与3之间，虚线2和3分别指定了远距视觉部分A1的下部方位(其折 射率为N1)，和近距视觉部分A3的上部方位(其折射率为N3)。渐 变中间视觉部分A2的折射率N2从等于部分A1的邻近A2的折射率N1 的较高折射率值减小到等于部分A3的邻近A2的折射率值N3的较小折 射率值，该梯度分布遵循规则和连续的变化率。如虚线2和3所示的8 度的折射率朝向角是通过使透镜主体内的折射率媒质倾斜而获得的，位 于虚线2和3之间的梯度折射率渐变中间视觉部分的延度为12mm。
图8中的后透镜部分B包括其折射率N4大体恒定的光学透明材料。 透镜层A的前表面4具有半径值为R1的曲面，内部界面I具有弯曲R2， 并且透镜部分B的后表面5具有半径值为R3的曲面。
如前面的实例一样，R1、R2和R3的值是基于在透镜的远距视觉部 分提供‘0’光焦度而在近距视觉部分提供2.5屈光度的累加光焦度的透 镜。在这个及所有后面的透镜实例中，与折射率、CREN、半径和厚度 值(单位：毫米)一起列出了折射率梯度的朝向角(单位：度，标记为 OA)和渐变中间视觉部分的延度(单位：毫米，标记为IE)。根据本 实施例的3个梯度折射率渐变透镜参数的示例值如下：
实例#1    实例#2    实例#3
N1＝    1.70          1.74       1.74
N2＝    1.70到1.46    1.74到1.42 1.74到1.42
N3＝    1.46          1.42       1.42
N4＝    1.66          1.74       1.74
R1＝    92.977        87.336     211.928
R2＝    -47.508       -52.101    -80
R3＝    -97.169       -86.168    -210.817
CC＝    0.0155(a)     0.0244(a)  -18.340(a)
OA＝    8度           8度        8度
IE＝    12            12         12
CT＝    3.797         2.747      2.614
ET＝    3.657         2.795      2.621
CREN＝  21.051        15.332     15.538
图9示出了根据本公开概念的第三示例性透镜的双合透镜配置。图 9中的前透镜部分A包括透镜的大体恒定的折射率部分，部分B包括透 镜的梯度折射率部分。部分A具有负光焦度，而部分B具有正光焦度。 在所提供的两个实例中，内部界面弯曲R2相对于透镜部分A是凹的。 在本实例中，折射率从远距视觉部分到近距视觉部分穿过梯度透镜部分 B的渐变中间视觉部分增大，由此为中间视觉和近距视觉提供渐增光焦 度。
使用类似的规则标识并且限定前述实例中所示的透镜，图9中的后 透镜层包括具有可变折射率值的光学透明材料。B1对应于透镜的远距 视觉部分，B2对应于透镜的渐变中间视觉部分，B3对应于透镜的近距 视觉部分。渐变中间视觉部分B2位于透镜的虚线2和3之间，虚线2 和3分别指示远距视觉部分B1的下部方位(折射率为N1)，以及近距 视觉部分B3的上部方位(折射率为N3)。渐变中间视觉部分B2的折 射率N2从等于部分B1邻近B2的较低折射率值N1增大到等于部分B3 邻近B2的较高折射率值N3，该梯度分布遵循规则和连续的变化率。前 透镜部分A包括折射率N4大体恒定并且不变化的光学透明材料。透镜 部分A的前表面4具有半径值为R1的曲面，内部界面I具有弯曲R2， 并且透镜部分B的后表面5具有半径值为R3的曲面。通过使透镜相对 于患者凝视角度倾斜来获得如虚线2所示的8度的折射率朝向角。这两 个透镜均具有10mm的渐变中间视觉延度。
R1、R2和R3的值是基于在透镜的远距视觉部分中提供0光焦度而 在近距视觉部分中提供2.0屈光度的累加光焦度的透镜。
         实例#1      实例#2
N1＝     1.46        1.46
N2＝     1.46到1.70  1.46到1.70
N3＝     1.70        1.70
N4＝     1.66        1.66
R1＝     80.226      188.049
R2＝     -55.0       -90.0
R3＝     -99.163     -355.981
CC＝     0.085(p)    68.383(p)
OA＝     8度         8度
IE＝     10          10
CT＝     2.879       2.738
ET＝     2.154       2.010
CREN＝   13.777      14.119
图10a、10b和10c示出了根据本公开的教导构成的第四示例透镜 的三种双合透镜配置。总体上讲，前透镜部分A包括透镜的大体恒定的 折射率部分，部分B包括透镜的梯度折射率部分。部分A具有正光焦度， 而部分B具有负光焦度。在本实例中，折射率从远距视觉部分到近距视 觉部分穿过梯度折射率透镜部分B的渐变中间视觉部分而减小，从而为 中间视觉和近距视觉提供渐增光焦度。
分开讲，图10a示出了其中内部界面弯曲R2为凹的示例透镜，图 10b示出了其中内部界面曲面为平面的示例透镜，并且图10c示出了其 中内部界面曲面为凸面的示例透镜。图10a-c中的后透镜层B包括具有 可变折射率值的光学透明材料。B1对应于透镜的远距视觉部分，B2对 应于透镜的渐变中间视觉部分，B3对应于透镜的近距视觉部分。渐变 中间视觉部分B2位于透镜的虚线2和3之间。线2指示远距视觉部分 B1的下部方位(折射率为N1)；线3指示近距视觉部分B3的上部方 位(折射率为N3的)。渐变中间视觉部分B2的折射率N2从等于部分 B1的邻近B2的较高折射率值N1减小到等于部分B3的邻近B2的较低 折射率值N3，该梯度分布遵循规则和连续的变化率。前透镜部分A包 括折射率N4大体恒定的光学透明材料。透镜部分A的前表面4具有半 径值为R1的曲面，内部界面I具有弯曲R2，并且透镜部分B的后表面 5具有半径值为R3的曲面。图10b中通过使透镜相对于患者的凝视角倾 斜而获得了由虚线2和3表示的8度的折射率朝向角。图10c的透镜具 有组合的透镜的4度向前倾斜和透镜内的折射率媒质的4度倾斜，从而 提供了总共8度的朝向角倾斜。这两个透镜都具有8mm的渐变中间视 觉延度。
以下连同折射率值列出了表示图10a、10b和10c中说明性地示出 的示例透镜的R1、R2和R3的关系值。所述透镜实例在透镜的远距视 觉部分中提供‘0’光焦度，而在近距视觉部分中提供2.5屈光度的累加光 焦度。
        实例#1        实例#2        实例#3
N1＝    1.72          1.72          1.72
N2＝    1.72到1.44    1.72到1.44    1.72到1.44
N3＝    1.44          1.44          1.44
N4＝    1.70          1.70          1.70
R1＝    89.637        108.921       237.809
R2＝    -500.0        平面          200
R3＝    -90.472       -110.773      -251.872
CC＝    1.749(p)      4.270(p)      79.96(p)
OA＝    8度           8度           8度
IE＝    8             8             8
CT＝    2.996         2.977         2.959
ET＝    2.965         2.931         2.891
CREN＝  18.209        18.208        18.175
图11a和11b示出了限定根据本公开的教导而制造的第五和第六示 例透镜的两个双合透镜配置。在这些实例中，仅将一个附图而不是三个 用于说明每种配置可能的形状的范围，已经通过能够根据本公开的教导 制造具有凹面、平面和凸面内部界面表面的透镜的前述实施例和实例确 定了该范围。总而言之，前透镜部分A和后透镜部分B二者均包括透镜 的梯度折射率部分。通过在邻近的正光焦度和负光焦度部分中使用成对 相反的梯度折射率层组，可以累加组合每层的折射率差(RID)，从而 产生远远超过通过单一梯度折射率层可以获得的RID值，由此提供一种 利用较低或较平的曲面来实现高累加值并减小透镜厚度的手段，以下的 实施例和实例中可以看到。
在图11a所示的实例中，透镜部分A具有正光焦度，透镜部分B具 有负光焦度。前透镜部分A的折射率从远距视觉部分到近距视觉部分通 过其渐变中间视觉部分而增大，并且后透镜部分B的折射率从远距视觉 部分到近距视觉部分通过其渐变中间视觉部分而减小，这种配置为中间 视觉和近距视觉提供了渐增的光焦度。透镜层A包括具有可变折射率值 的光学透明材料。A1对应于透镜的远距视觉部分，A2对应于透镜的渐 变中间视觉部分，A3对应于透镜的近距视觉部分。
渐变中间视觉部分A2位于透镜的虚线2a和3a之间。线2a指示远 距视觉部分A1的下部方位(折射率为N1)，线3a指示近距视觉部分 A3的上部方位(折射率为N3)。渐变中间视觉部分A2的折射率N2 从等于部分A1的邻近A2的较低折射率值N1增大到等于部分A3的邻 近A2的较高折射率值N3，该梯度分布遵循规则并连续的变化率。透镜 层B包括具有可变折射率值的光学透明材料。B1对应于透镜的远距视 觉部分，B2对应于透镜的渐变中间视觉部分，B3对应于透镜的近距视 觉部分。
该渐变中间视觉部分B2位于透镜的虚线2p和3p之间，虚线2p和 3p分别指示远距视觉部分B1的下部方位(折射率为N4)，以及近距视 觉部分B3的上部方位(折射率为N6)。渐变中间视觉部分B2的折射 率N5从等于部分B1的邻近B2的较高折射率值N4减小到等于部分B3 的邻近B2的较低折射率值N6，该梯度分布遵循规则并连续的变化率。
在该图中，使分别表示透镜部分A和B的折射率梯度部分的虚线 2a和3a以及2p和3p对准，以提供透镜的协作和对准形式部分。对准 是指折射率梯度共用共同的水平和延度。还表示限定两个折射率梯度的 上部和下部方位的朝向角的表面大体上重合。示例透镜的折射率梯度朝 向角为8度，其是通过使透镜主体内的折射率媒质倾斜而产生的，并且 渐变中间视觉部分的延度是14mm。透镜部分A的前表面4具有半径值 为R1的曲面，内部界面I具有弯曲R2，并且透镜部分B的后表面5具 有半径值为R3的曲面。以下连同相关的CREN值、折射率、透镜厚度 和可选的二次曲线常数值列出了表示具有凹面、平面和凸面内部界面曲 面的示例透镜的R1、R2和R3的关系值。三个透镜实例在透镜的远距 视觉部分中提供‘0’光焦度，并且在近距视觉部分提供了2.5屈光度的累 加光焦度。
        实例#1        实例#2        实例#3
N1＝    1.44          1.44          1.44
N2＝    1.44到1.70    1.44到1.70    1.44到1.70
N3＝    1.70          1.70          1.70
N4＝    1.70          1.70          1.70
N5＝    1.70到1.44    1.70到1.44    1.70到1.44
N6＝    1.44          1.44          1.44
R1＝    92.184        169.531       293.392
R2＝    -200.0        平面          400.0
R3＝    -114.624      -268.752      -821.066
CC＝    0.605(a)      -10.031(a)    -75.316(a)
OA＝    8度           8度           8度
IE＝    14            14            14
CT＝    2.034         2.007         2.004
ET＝    1.395         1.374         1.371
CREN＝  9.573         9.619         9.626
以下示出的三个附加透镜实例在透镜的远距视觉部分中提供‘0’光 焦度并且在近距视觉部分中提供3.5屈光度的累加光焦度。
参照图11b，部分A具有负光焦度，部分B具有正光焦度。前透镜 部分A的折射率从远距视觉部分到近距视觉部分通过其渐变中间视觉 部分而减小，并且后透镜部分B的折射率从远距视觉部分到近距视觉部 分通过其渐变中间视觉部分而增大。这种配置为中间视觉和近距视觉提 供渐增的光焦度。透镜层A包括具有可变折射率值的光学透明材料。A1 对应于透镜的远距视觉部分，A2对应于透镜的渐变中间视觉部分，A3 对应于透镜的近距视觉部分。渐变中间视觉部分A2位于透镜的虚线2a 和3a之间。线2a指示远距视觉部分A1的下部方位(折射率为N1)， 线3a指示近距视觉部分A3的上部方位(折射率为N3)。渐变中间视 觉部分A2的折射率N2从等于部分A1的邻近A2的较高折射率值N1 减小到等于部分A3的邻近A2的较低折射率值N3，该梯度分布遵循规 则并连续的变化率。
图11b中的透镜层B包括具有可变折射率值的光学透明材料。B1 对应于透镜的远距视觉部分，B2对应于透镜的渐变中间视觉部分，B3 对应于透镜的近距视觉部分。该渐变中间视觉部分B2位于透镜的虚线 2p和3p之间。线2p指示远距视觉部分B1的下部方位(折射率为N4)， 线3p指示近距视觉部分B3的上部方位(折射率为N6)。渐变中间视 觉部分B2的折射率N5从等于部分B1的邻近B2的较低折射率值N4 增大到等于部分B3的邻近B2的较高折射率值N6，该梯度分布遵循规 则并连续的变化率。
在图11b中，使分别表示透镜部分A和B的折射率梯度部分的虚线 2a和3a以及2p和3p不对准，以提供修改的透镜光焦度变化率。不对 准是指折射率梯度不共用共同的水平和/或延度。还表示限定两个折射率 梯度的上部和下部方位的朝向角的平面不重合。可以使邻近透镜部分的 折射率梯度不对准，从而使得一个折射率梯度移位到邻近部分的折射率 梯度的水平之上或之下。在图11b中，由透镜部分B的由虚线2p和3p 限定的折射率梯度移位到透镜部分A的由虚线2a和3a限定的折射率梯 度之下3mm，由此在梯度折射率部分的前面提供减小的折射率变化率， 从而造成在渐变中间视觉部分末端处光焦度过渡更加缓和。
示例透镜的每个折射率梯度的朝向角为8度，这是通过如前所述的 透镜的向前倾斜而生成的，并且每个渐变中间视觉部分的延度是10mm。 透镜部分A的前表面4具有半径值为R1的曲面，内部界面I具有弯曲 R2，透镜部分B的后表面5具有半径值为R3的曲面。以下连同相关的 CREN值、折射率、透镜厚度和可选二次曲线常数值列出了表示具有凹 面、平面和凸面内部界面曲面的示例透镜的R1、R2和R3的关系值。 所述三个透镜实例在透镜的远距视觉部分中提供‘0’光焦度，并且在近距 视觉部分提供3.0屈光度的累加光焦度。
        实例#1      实例#2        实例#3
N1＝    1.74        1.74          1.74
N2＝    1.74到1.42  1.74到1.42    1.74到1.42
N3＝    1.42        1.42          1.42
N4＝    1.42         1.42           1.42
N5＝    1.42到1.74   1.42到1.74     1.42到1.74
N6＝    1.74         1.74           1.74
R1＝    305.623      175.404        91.656
R2＝    -150         -110.0         -70.0
R3＝    -1453.788    -319.516       -119.057
CC＝    -139.810(a)  -16.698(a)     -0.5941(a)
OA＝    8            8              8
IE＝    10           10             10
CT＝    2.034        2.047          2.099
ET＝    1.289        1.300          1.345
CREN＝  9.373        9.351          9.262
图12a和12b示出了限定根据本公开的教导构成的第六和第七示例 透镜的两个三合透镜配置。同样在这些实例中，仅将一个附图用于说明 每种结构可能的形状的范围，而不是使用三个图。该透镜分别具有与图 11a和11b的先前第五和第六实例相同的限定特性和所标识的折射率部 分N1、N2、N3、N4、N5和N6，其中前透镜部分A和后透镜部分B二 者均包括透镜的梯度折射率部分。此外，图12a和12b中的透镜实例包 括第三接合透镜层C，在其上提供患者处方。总而言之，后透镜部分C 包括折射率N7大体恒定的光学透明材料。
在图12a中，透镜部分C邻近透镜部分B，并且因此为该透镜的最 后面的层。在图12b中，透镜部分C邻近透镜部分A，并且因此为该透 镜的最前面的层。在这两个实施例中，透镜部分C既可以邻近透镜部分 A也可以邻近透镜部分B。在透镜坯体形成中，可以利用足够厚的透镜 部分C来形成图12a的透镜，以允许将各种患者处方加工到成品透镜中。 透镜部分C的最终中心厚度可以有0.25mm之低。以下连同相关的CREN 值、折射率、透镜厚度和可选二次曲线常数值列出了表示具有各种内部 界面弯曲R2的示例透镜的两个实施例的R1、R2、R3和R4的关系值。 已经修改了用于确定CREN数的方程以包括对应于附加透镜层C的值， 并且该方程以表面屈光度的形式被表达为：
D1+2·D2+D3+(D3-D4)＝CREN
其中D1、D3和D4分别是R1、R3和R4的表面屈光度的绝对值， 并且作为R2表面屈光度光焦度的D2的符号在其曲面相对于透镜部分A 为凸面时为正而在其曲面相对于透镜部分A为凹面时为负。(D3-D4)为 无符号值。
为了使透镜具有最小的膨胀或者“总凹陷”以及最大的CREN效率， 优选的是，透镜部分A和B二者在提供透镜的渐进累加光焦度方面或多 或少担当相等的作用。还可以通过将透镜部分C的厚度增大到大于上述 0.25mm的中心厚度的值来略微提高透镜的CREN和光学性能效率。由 此使某些透镜曲面略微变平，然而增大了透镜的总厚度，因此存在某种 折衷。为了提供改善的光学性能，提高CREN效率，以及为了减少透镜 的厚度和膨胀，透镜部分C的中心厚度优选在0.25到1.0mm之间。
如果患者处方需要透镜的远距视觉部分中的正光焦度，则透镜部分 C的中心厚度可以超过1mm。相反，如果患者处方需要透镜的远距视觉 部分中的负光焦度，则透镜部分C和整个透镜的边缘厚度将增大。在以 下的示例透镜中，已经选择了透镜部分C的中心厚度为0.5mm。此外， 为了方便以及提供使得薄透镜部分C可被利用的患者处方的范围，在以 下的实例中，当部分C邻近部分B时，使用等于透镜部分B的R3值的 透镜部分C的R4值，并且当部分C邻近部分A时，使用等于透镜部分 A的R1值的透镜部分C的R4值。由于部分A和B在光焦度符号和梯 度折射率分布朝向二者上是相反的，因此通过使这两个部分共同分担大 约50％的光焦度，存在将透镜的折射率差或者RID值提高(直到加倍) 的可能性。
可以使作用百分比在这些部分之间偏移而仍然保持极好的光学质 量，但是这样会提高透镜的总凹陷和CREN。百分比偏移可以偏向透镜 部分A或者透镜部分B。例如，偏向透镜部分A的偏移会导致透镜部分 A的表面屈光度光焦度和中心厚度的增大，以及透镜部分B的表面光焦 度和边缘厚度的减小。百分比偏移可以是部分的或甚至等于100％，在 这种情况下，透镜部分A将担负全部工作并且更陡得多，透镜部分B本 质上将变为平面透镜，从而对于透镜的累加功能不起作用。在这种情况 下，该透镜本质上与第一实例的仅具有一个包含透镜梯度折射率部分的 部分的透镜相同。因此，应当理解，第六和第七示例性透镜的透镜可以 具有在以下范围内变化的CREN数：从最大效率值到近似为仅具有一个 包含梯度折射率的部分的透镜的CREN数，该最大效率值是由产生累加 的透镜部分A和B二者的最佳作用分担和组合而导致的。在以下12a 的示例透镜参数中，括号中的CREN值表示当部分A提供100％的累加 光焦度而部分B不提供累加光焦度时的CREN值，并且在12b的示例透 镜中，括号中的CREN值表示当部分B提供100％的累加光焦度而部分 A不提供累加光焦度时的CREN值。根据每个部分对于透镜累加光焦度 贡献的百分比，每个透镜实例的CREN值的范围可以在这两个值之间。 朝向角OA和渐变中间部分延度IE与图11a和11b的示例透镜的情况是 相同的，并且未在以下的示例透镜参数中列出。该透镜在透镜的远距视 觉部分中提供‘0’光焦度并且在近距视觉部分中提供3.5屈光度的累加光 焦度。
透镜12a
        实例#1          实例#2            实例#3
N1＝    1.46            1.46              1.46
N2＝    1.46到1.70      1.46到1.70        1.46到1.70
N3＝    1.70            1.70              1.70
N4＝    1.70            1.70              1.70
N5＝    1.70到1.46      1.70到1.46        1.70到1.46
N6＝    1.46            1.46              1.46
N7＝    1.66            1.66              1.66
R1＝    89.131          114.045           262.062
R2＝    -400.00         平面              200.00
R3＝    -120.208        -172.008          -1247.917
R4＝    -120.208        -172.008          -1247.917
CC＝    -0.122(a)       -0.461(a)         -47.467(a)
CT＝    3.371           3.354             3.346
ET＝    2.500           2.483             2.476
CREN＝  14.538(到24.48) 14.582(到24.65)   14.617(到24.84)
透镜12b
        实例#1        实例#2        实例#3
N1＝    1.42          1.42          1.42
N2＝    1.42到1.74    1.42到1.74    1.42到1.74
N3＝    1.74          1.74          1.74
N4＝    1.74             1.74              1.74
N5＝    1.74到1.42       1.74到1.42        1.74到1.42
N6＝    1.42             1.42              1.42
N7＝    1.70             1.70              1.70
R1＝    96.833           195.042           331.492
R2＝    -70.0            -110              -143.2176
R3＝    -135.095         -470.854          平面
R4＝    96.833           195.042           331.492
CC＝    0.45(p)          77.372(p)         -85.810(a)
CT＝    2.894            2.838             2.825
ET＝    2.022            1.968             1.955
CREN＝  10.842(到17.41)  10.931(到17.54)   10.948(到17.56)
图13到18示出了根据本公开教导构成的其它示例性透镜。它们具 有包含梯度折射率的多层菲涅耳透镜。如前所述，菲涅耳透镜表面包括 多个不连续的共轴环形部分，每个部分限定了对应于连续透镜表面几何 形状的斜度，其下陷形成了下部轮廓的表面。连接每个光学功能环形部 分的是非光学功能的阶梯(step)，其也为环形形状，并且结合折射表 面确定了整个几何形状和透镜厚度。
菲涅耳透镜通常不用于眼镜片应用中，这是因为该透镜的成像质量 通常相当差。如果透镜表面未制得非常高精度，则存在图像跳跃，不仅 如此，该透镜特别是在提高凝视角或光线倾斜度方面的效率很差。当将 要进入眼睛的光线被角度朝向未对应于光线路径的非光学功能阶梯遮 挡时，产生了非常差的效率。在该透镜边缘处光损失最为显著，并且光 损失能够影响通过该透镜的上部远距视觉部分、横向和下部近距视觉部 分的视觉。此外，由于来自有纹路表面的衍射、散射和反射造成光损失， 当然，在佩戴该透镜时还存在外观方面的问题，其看上去像透明的留声 机唱盘。
根据本公开的教导，可以采取三个步骤来显著改善菲涅耳透镜的性 能和外观，使其可以用于眼镜应用。首先，可以将包含非光学功能阶梯 的每个环形定向在基本上等于从视场中对应于患者视线的多个点穿过 透镜上的该点并进入患者眼睛的光线的角度角度处。出现关于选择哪个 点作为出瞳的问题。有两个主要位置要考虑，一个是当患者通过透镜中 心笔直向前观察时眼睛瞳孔的位置，另一个是眼睛旋转的中心，该位置 是当患者通过透镜的各个边缘部分观察时可以被视为“出”瞳的位置。如 果使用患者笔直向前观察时眼睛瞳孔的位置来确定非光学功能阶梯的 斜度，则尽管当笔直向前观察时边缘视场中观察到的目标确实具有良好 的对比度和清晰度，但当眼睛通过透镜的左、右或者下部阅读部分凝视 观察目标时，由于阶梯对光线的遮挡造成边缘视觉将存在一些劣化。相 反，如果使用眼睛的旋转中心来确定非光学功能阶梯的斜度，则尽管当 以通过该透镜左、右或者下部近距视觉部分的角度凝视时，在患者边缘 视场中观察到的目标确实具有良好的对比度和清晰度，但是当眼睛笔直 向前观察透镜中心部分中的目标时，由于阶梯对光线的遮挡造成边缘视 觉将存在一些劣化。
当患者笔直向前看时，瞳孔位于眼镜片后表面之后大约16mm处， 而眼睛的旋转中心位于眼镜片后表面之后大约28.5mm处。可以使用这 两个位置之一或者它们之间的任意点来确定阶梯的倾斜角，并且可以获 得极好的结果。此外，通过选择大于大约15mm的透镜后的任意点作为 限定出瞳的位置，可以获得改善的结果。将离透镜后表面21mm的距离 作为出瞳的位置，对于根据指向该位置的边缘光线规定的眼睛朝向的两 个末端来说，导致了非光学阶梯大约8度的近似相等的角度误差。每个 阶梯的斜度可以等于在阶梯位置穿过透镜并且从透镜进入该出瞳的折 射光线的角度。每个阶梯可以形象化为由圆锥表面与透镜主体相交形成 的一系列环形正圆形同心圆锥部分之一，这是因为圆锥表面至少某种程 度上遵循穿过透镜行进的折射光线路径，其在所述的21mm距离处或者 透镜后表面之后的其它距离处形成它们的顶点。
可以被采用以改善本发明的菲涅耳透镜性能的第二步是使限定的 邻近透镜层接合到菲涅耳表面，作为浇注层，从而限制或者完全消除上 部远距视觉部分和下部近距视觉部分中的一个部分的菲涅耳衍射和反 射，并且显著减小另一部分中的衍射和反射，同时提供对薄弱菲涅耳几 何形状的保护。当接合部分的折射率等于菲涅耳预型件的折射率时，完 全消除了菲涅耳的功能以及其可见性和任何所产生的视觉劣化。这样的 双合菲涅耳透镜的区域起到单一折射率光学窗口的作用，并且对于透镜 的远距视觉部分是理想的。
第三，通过利用正或负光焦度的高光焦度(例如20屈光度)菲涅 耳预型件，可以使提供渐进累加光焦度的接合部分的折射率略微接近预 型件的折射率。光焦度越高，所需的折射率差越低。该接合增加部分的 折射率可以大于或小于预型件的折射率，从而根据该菲涅耳预型件光焦 度为正的还是负的来产生正或负的光焦度。使用具有折射率略微接近菲 涅耳预型件折射率的接合累加部分的高光焦度菲涅耳预型件的优点在 于，衍射、光散射、反射、表面几何形状以及任何表面误差或者损伤显 著减小。
图13示出了限定了根据公开教导构成的第八示例性透镜的双合菲 涅耳透镜配置。在图13的透镜中，非光学功能的阶梯垂直于透镜的外 形，并且不对应于所述的出瞳。在该图中，透镜部分A包括透镜的大体 恒定的折射率部分，透镜部分B包括透镜的梯度折射率部分。分开讲， 部分A具有负光焦度，部分B具有正光焦度。在本示例性透镜中，折射 率从远距视觉部分到近距视觉部分穿过梯度透镜部分B的渐变中间视 觉部分增大，由此为中间视觉和近距视觉提供渐增光焦度。
当透镜部分B的厚度最小并且因此位于虚线2和3之间的折射率梯 度的厚度也最小(在0.4mm的数量级)时，不存在折射率朝向角。此外， 当菲涅耳表面的曲面或者可能更适当的是称作“形状”与菲涅耳透镜的 光焦度无关时，CREN值小或者为零，除非空气边界表面与菲涅耳的屈 光度曲面形态或形状显著不同，或者如果具有相同折射率的邻近层部分 未消除菲涅耳表面区域之一的话也是如此。在这些情况下，将需要由一 个或两个空气边界表面提供的正或负光焦度来将透镜校正到针对远距 视觉标准的‘0’光焦度。对于本实例的菲涅耳透镜而言，将CREN方程修 改为如下：
1000/R1-2·1000/R2+1000/R3＝CREN
其中R1、R2和R3是表面半径的绝对值，并且R2是菲涅耳的屈光 度曲面形状(R2f)，与其实际的表面光焦度无关。
对于梯度折射率部分的一个层部分(例如远距视觉部分)的折射率 与其所接合的菲涅耳预型件的折射率相同的透镜，对于R1和R3不需要 校正曲面，并且因此它们可以使R2的轮廓或形状“平行”，而不管R2是 平的还是弯曲的。在这种情况下，CREN截止于‘0’，如R1、R3和R2 为250mm时的替代方程所示。
4-8+4＝0
当R1和R3与R2不相应时，例如当R2为平的，R1为333mm，并 且R3为-333mm时，该CREN值为6，这表示透镜的某种膨胀或总凹陷。 本实例的菲涅耳透镜的CREN值的范围通常为0到20，并且连同每个示 例菲涅耳透镜的相关透镜参数列出了该CREN值。
在图13中，后透镜层B包括具有可变折射率值的光学透明材料。 B1对应于透镜的远距视觉部分，B2对应于透镜的渐变中间视觉部分， B3对应于透镜的近距视觉部分。该渐变中间视觉部分B2位于透镜的虚 线2和3之间，虚线2和3分别指示远距视觉部分B1的下部方位(折 射率为N1)以及近距视觉部分B3的上部方位(折射率为N3)。渐变 中间视觉部分B2的折射率N2从等于部分B1的邻近B2的较低折射率 值N1提高到等于部分B3的邻近B2的较高折射率值N3，该梯度分布 遵循规则并且连续的变化率。前透镜层A是包括折射率N4大体恒定并 且不会改变的光学透明材料的菲涅耳预成型透镜。透镜层A的前表面4 具有平面的曲面R1，内部菲涅耳界面I具有R2f形状(其通常是平的)， 关于透镜部分A的等价菲涅耳半径R2r以及二次曲线常数值CC，透镜 部分B的后表面5具有平面的曲面R3。
以下列出了该透镜在透镜的远距视觉部分中提供‘0’光焦度而在近 距视觉部分中提供高屈光度的累加光焦度。可以修改表面4以包含患者 处方或者可以修改表面4和5两者以提供弯月面曲面形状。
四个示例透镜的值如下：
        实例#1         实例#2        实例#3         实例#4
N1＝    1.491          1.498         1.498          1.498
N2＝    1.491到1.58    1.498到1.58   1.498到1.56    1.498到1.55
N3＝    1.58           1.58          1.56           1.55
N4＝    1.491          1.498         1.498          1.498
R1＝    平面           平面          平面           平面
R2f＝   平的           平的          平的           平的
R2r＝   -24.68         -24.68        -24.68         -24.68
CC＝    -0.631         -0.631        -0.631         -0.631
IE＝    12             12            12             12
R3＝    平面           平面          平面           平面
CT＝    2              2             2              2
ET＝2             2        2        2
CREN＝0           0        0        0
Add＝3.5屈光度    3.265    2.455    2.05
对于以上的菲涅耳透镜实例，已经选择了透镜表面5之后大约 21mm处的点E作为出瞳，并且即使未通过菲涅耳阶梯的相应对准校正 菲涅耳几何形状，该点仍然是确定未校正的几何菲涅耳效率的有效基 准。
图14是由箭头表示的两个光学功能斜面6和7连同图13的内部菲 涅耳界面R2r的互连非光学功能阶梯8、9以及10、11的放大图。分别 以预定直径14和15被示出的光线束12和13均穿过透镜并且折射到出 瞳E，因此两个角度略微不同。如图所示，大量光束12和13被阶梯8、 9以及10、11消减或遮挡，并且因此该透镜在其边缘处效率非常低。
图14中的透镜实例#1包括具有50mm的负焦距、1.491的折射率 N4、-24.68mm的菲涅耳半径R2r以及-0.631的二次曲线常数的菲涅耳 预型件A。将该预型件与包含1.491的N1折射率、从1.491到1.58的 N2梯度折射率以及1.58的N3折射率的0.4mm厚浇注菲涅耳层B组合。 该透镜提供了3.5屈光度的渐进累加光焦度。选择指向上述出瞳外周角 为35度和45度的两个光线。在该位置，折射45度的光束穿过单一的 内部菲涅耳界面环，该表面斜度为44.67度，并且相对于选定的0.254mm 凹槽宽度具有算得的0.25095mm的阶梯深度。在该位置，折射3 5度的 光束穿过内部菲涅耳界面环，该表面斜度为32.51度并且相对于凹槽深 度为0.254mm具有算得的阶梯深度为0.16210mm。该45度光线是从 26.59度的内部光线角折射而来的，该35度光线是从21.29度的内部光 线角折射而来的。该26.59度的光线示出了由于0.25095mm高(外部) 阶梯环的干扰而导致49.5％的光减少从而产生的损失，以及35度光线示 出了由于0.16210mm高(外部)阶梯环的干扰导致25％的光减少而产生 的损失。通过透镜部分A和透镜部分B的折射率相同的部分的光损失可 以忽略，即在这种情况下两个透镜部分的折射率均为1.491，这是因为 菲涅耳界面的表面几何形状变得不可见并且不起作用。应当校正的是折 射率差为0.089的近距视觉部分的阶梯角度。此外，为了避免或者最小 化色差，应当选择具有类似阿贝值的光学材料，或者可以选择具有补偿 阿贝特性的材料来校正色差。
图15示出了根据本公开的教导构成的第九透镜的双合菲涅耳透镜 配置，其与先前图13的菲涅耳透镜大体相同，不同之处在于已经校正 了所述的环形阶梯斜面，以使对于特别是穿过透镜边缘的光线的遮挡最 小化。透镜的表面半径、折射率、透镜部分光焦度、厚度和累加光焦度 与针对参照图13的实例#1的透镜所列出的相同。
图16是由箭头表示的两个光学功能斜面6和7连同图15的内部菲 涅耳界面R2r的互连非光学功能阶梯8、9以及10、11的放大图。分别 以与图14相同的尺寸14和15被示出的光线束12和13均穿过透镜并 且折射到出瞳E。如图所示，在菲涅耳界面处不存在阶梯8、9以及10、 11对光束的消减或遮挡。因此，存在最小的光损失并且透镜在其边缘处 非常有效，从而在横向边缘视场中并且通过透镜的近距视觉部分提供目 标的高对比度、明亮和清晰的可视化。如上所述，已经针对眼镜片后表 面之后21mm处的出瞳位置E优化了环形菲涅耳阶梯，从而仅对于患者 的笔直向前和向边缘凝视的光线产生轻微的遮挡。
在先前的菲涅耳透镜实例中，因此内部菲涅耳界面表面I通常是平 的(这是由于其通常为最商业可获得的菲涅耳透镜的典型)，但是透镜 的形状可以不是平的，例如表面R1和R3可以是以弯月面形状弯曲的， 类似于标准的眼镜片。在这种情况下，透镜厚度将由于部分A的中心厚 度增加和部分B的边缘厚度增加而增大。通过利用低屈光度曲面，厚度 增大将在合理界限内。
图17示出了根据本公开的教导构成的第十示例性透镜。图17的透 镜是包括第三接合透镜层C的三合菲涅耳透镜。在该图中，内部菲涅耳 界面表面I大体是平的，并且透镜的形状如上所述为弯月面，并且类似 于标准眼镜片。该透镜可以包括垂直于透镜平面或者如以上结合图15 和16所述那样成夹角以及被校正的非光学功能阶梯。
在图17中，透镜部分A包括具有大体恒定折射率的菲涅耳预型件， 透镜部分B包括透镜的梯度折射率部分，透镜部分C包括第二个预型件。 分开讲，部分A具有负光焦度，部分B具有正光焦度，部分C具有负 光焦度。在本实例中，折射率从远距视觉部分到近距视觉部分穿过梯度 透镜部分B的渐变中间视觉部分而增大，由此为中间视觉和近距视觉提 供渐增光焦度。
与先前的菲涅耳透镜实例一样，当透镜部分B的厚度最小并且因此 位于虚线2和3之间的折射率梯度的厚度也最小(在0.35mm数量级) 时不存在折射率朝向角。梯度折射率透镜层B起到透镜层A与C之间 的光学接合剂的作用。B1对应于透镜的远距视觉部分，B2对应于透镜 的渐变中间视觉部分，B3对应于透镜的近距视觉部分。该渐变中间视 觉部分B2位于透镜的虚线2和3之间，虚线2和3分别指示远距视觉 部分B1的下部方位(折射率为N1)以及近距视觉部分B3的上部方位 (折射率为N3)。渐变中间视觉部分B2的折射率N2从等于部分B1 的邻近B2的较低折射率值N1提高到等于部分B3的邻近B2的较高折 射率值N3，该梯度分布遵循规则并连续的变化率。
前透镜层A是包括折射率N4大体恒定的光学透明材料的菲涅耳预 成型透镜。后透镜层C是具有折射率N5的预成型透镜。透镜部分C的 内部表面5具有可以为平的或者相对于透镜部分C仅略微凸起的曲面 R3，以便协同包含部分B的梯度折射率光学接合剂促进气泡免于接合。 透镜层A的前表面4具有凸面的曲面R1，内部菲涅耳界面I具有形状 R2f(其通常为平的)，以及具有相对于透镜部分A等价的菲涅耳半径 R2r以及二次曲线常数值CC，透镜部分C的后表面6具有凹面的曲面 R4。可以修改表面4或6以包含患者处方。表面4的3屈光度凸面曲面 和表面6的凹面曲面提供了眼镜片典型的弯月面透镜形状。具有以下参 数的50mm直径的透镜中的中心和边缘厚度恰好在眼镜片的合理界限 内，并且在以下列出。该透镜在透镜的远距视觉部分中提供‘0’光焦度， 并且在近距视觉部分中提供3.265屈光度的累加光焦度。较高折射率的 预型件会导致显著变薄的透镜，从而可以获得表面4和6的更大弯曲。
N1＝    1.498
N2＝    1.498到1.58
N3＝    1.58
N4＝    1.498
N5＝    1.498
R1＝    333.333
R2f＝   平的
R2r＝   -24.68
CC＝    -0.631
R3＝    平的
R4＝    -332.821
CT＝    1.54
ET＝    1.54
CREN＝  6.005
可以利用与本文先前实施例一样的包含透镜的梯度折射率部分的 一个或两个部分来制造以上的菲涅耳实例，然而优选的是仅有一个部分 包括菲涅耳透镜形式的梯度折射率。此外，类似于第五和第六示例性透 镜的两个部分包括梯度折射率并且渐变中间部分未对准的透镜可以根 据需要提供经修改的光焦度变化率。该菲涅耳预型件可以具有正或负的 光焦度，并且可以作为前或后透镜层。梯度折射率层的一个部分的折射 率可以与其邻近接合层的对应物相同或不同。而且如图所示，内部菲涅 耳表面通常可以是平的，并且透镜的整体形状是平的或者弯曲的。
图18示出了根据本公开的概念构成的第十一示例性透镜的双合菲 涅耳透镜配置。图18的透镜包括弯曲的内部菲涅耳表面R2，以及弯曲   的表面R1和R3。在这个实例中，该菲涅耳透镜形状除了允许使用弯月 面形状而不会提高CREN值和增加透镜厚度的弯曲表面R2之外还包含 如前所述的非光学功能阶梯的校正几何形状。换句话说，R2的弯曲近 似等于R1或R3的弯曲。
R2结合R1和R3还可以提供更加弯曲的透镜，从而使得光线在透 镜主体内的路径基本上垂直于菲涅耳形状，并且因此该非光学功能阶梯 也垂直于菲涅耳形状。出现这种结果的一种情况是当后表面5的半径近 似等于到出瞳的距离时。这转化为47.6屈光度的弯曲，在大多数标准来 看该弯曲对于眼镜片来说过于陡了。因此，优选的是，将弯曲R2减小 到特别为标准眼镜片的基本弯曲的值，例如200mm(5屈光度曲面)， 并且相应校正阶梯角。在本实例中，出瞳E位于眼镜片背表面之后 28.5mm处。图18中的部分A包括透镜的梯度折射率部分，部分B包括 透镜大体恒定的折射率部分。分开讲，部分A具有负光焦度，部分B具 有正光焦度。在本实施例中，折射率从远距视觉部分到近距视觉部分穿 过梯度折射率透镜部分A的渐变中间视觉部分减小，因此为中间视觉和 近距视觉提供了渐增的光焦度。
透镜层A包括具有可变折射率值的光学透明材料。A1对应于透镜 的远距视觉部分，A2对应于透镜的渐变中间视觉部分，A3对应于透镜 的近距视觉部分。该渐变中间视觉部分A2位于透镜的虚线2和3之间。 线2指示远距视觉部分A1的下部方位(折射率为N1)，线3指示近距 视觉部分A3的上部方位(折射率为N3)。渐变中间视觉部分A2的折 射率N2从等于部分A1的邻近A2的较高折射率值N1减小到等于部分 A3的邻近A2的较低折射率值N3，该梯度分布遵循规则并连续的变化 率。后透镜层B是包括折射率N4大体恒定的光学透明材料的菲涅耳预 成型透镜。透镜A的前表面4具有凸的曲面R1，内部菲涅耳界面I具有 凹面的形状R2f，以及相对于透镜部分A的等价菲涅耳半径R2r和二次 曲线常数值CC，透镜部分B的后表面5具有凹面的曲面R3。渐变中间 部分IE的延度是16mm。该透镜在透镜的远距视觉部分中提供‘0’光焦 度，并且在近距视觉部分中提供2.278屈光度的累加光焦度。可以修改 表面5以包含患者处方。
示例透镜的值如下：
N1＝    1.55
N2＝    1.55到1.498
N3＝    1.498
N4＝    1.55
R1＝    200.0
R2f＝   200.0
R2r＝   -22.21
CC＝    -0.699
R3＝    -199.47
IE＝    16
CT＝    1.5
ET＝    1.5
CREN＝  0.013
可以利用前述喷涂方法制造图13、15和17的上述平面形状菲涅耳 透镜的梯度折射率部分，其中两个喷枪一起沿着直线或弓形路径移动， 每个喷枪将具有一种折射率的树脂的沉积物以一定方式喷涂到菲涅耳 预成型表面上，从而在透镜范围上生成4到20mm宽或更宽的重叠或公 共沉积物。薄的垂直分隔壁位于喷枪之间以及汇聚的树脂沉积物之上， 其被定向为与喷枪的移动方向成直线，将远距视觉部分与近距视觉部分 分开，并且阻挡来自每个喷枪的不想要的喷涂沉积到邻近部分中。可以 提高或降低重叠或混合区域的延度，并且通过主要调整喷枪喷涂的方向 和图案以及其次调整分隔壁的高度，可以容易地控制该延度。
当喷枪继续其来回的直线或弓形的运动时可以继续该喷涂处理，从 而确保均匀分布和体积的树脂材料沉积到菲涅耳透镜表面上。该喷涂处 理还确保了通过对由于树脂雾和喷枪气压二者的影响而造成的现有汇 聚沉积物进行处理和混合动作从而在混合区域中得到两种树脂的充分 混合。可以使用参照图20所述的喷涂装置来完成上述喷涂处理。图19 示出2个喷涂沉积区域，其包括重叠或公共的区域，该区域包含梯度折 射率混和物。在这种情况下，这两个喷涂图案沉积物都是圆形的，但是 形状可以不同，例如椭圆形。圆形沉积物A和圆形沉积物B共用公共区 域A+B，在该公共区域中改变每种树脂的量有助于在由线AB表示的公 共区域延度上的组合。由于喷枪沿着方向LP的直线或弓形的运动和路 径，以及A+B内每个圆形沉积物的变化的弦长CL(平行于LP)，树脂 混和物以及因此该组合物的折射率将沿着垂直于LP的方向展示出平滑、 连续并且规则的变化率，非常符合正弦波形状从其π/2到3π/2位置的一 部分的渐进。
一旦获得了稍微超过菲涅耳表面的填充空间高度的喷涂沉积物深 度，就可以使该透镜完全固化或聚合化，并且随后根据需要加工或处理， 或者可以将保护层或者附加部分(例如图17或18a的透镜部分C)施加 到液体树脂表面并且聚合化，从而生成永久的接合层。可选的是，可以 将可除去的浇注部件应用到最上部的树脂表面，随后聚合化并除去，从 而生成例如图13所示的5的光学质量表面。可以使用产生组合折射率 梯度区域的两枪喷涂系统按照类似的方式制造上述图18的曲面形状菲 涅耳透镜的梯度折射率部分。在这种情况下，喷涂物沉积到具有挠性特 性的平面表面上，达到希望的厚度，例如0.35mm厚。一旦沉积，可以 将该树脂部分聚合化为胶质态。在这个步骤之后，可以使挠性表面变形 或者松弛成对应于菲涅耳预型件的曲面，随后使其抵靠该预型件而被按 压并且聚合化，从而将该胶质层永久接合到菲涅耳表面。包含挠性表面 的层C仍可以作为透镜的一部分，如图18a所示，或者除去并重新利用 或者处理掉。可以将所述的挠性表面松弛成希望的曲面或者利用机械或 者其他手段，例如通过真空成型处理，使其变形成希望的曲面。
图20示出了根据本公开概念构成的第十二示例性透镜。图20的透 镜是包含多个层的梯度折射率渐变透镜，所述层具有梯度折射率分布和 与邻近的层的光焦度符号彼此相反的光焦度符号。如上所述，可以在邻 近的正光焦度和负光焦度层中使用一对梯度折射率分布，以有效地提高 折射率差或使其加倍，从而提供以较低或较平的曲面和减少的透镜厚度 来获得高渐进累加值的手段。本实施例的原理与此相同，但是利用了低 曲率和厚度的多个成对层，以获得类似的结果。可以组合不同数量的 0.3mm厚或更小的薄膜层，以产生相应的渐进累加值。例如，如果一对 光焦度相反并且梯度折射率分布相反的层提供0.417的累加屈光度，则 6对同样的成对层将提供2.5的累加屈光度。在附图中，前透镜部分A 包括大体恒定折射率层，部分B、C、D和E包括透镜的梯度折射率层。 存在六个C部分和五个D部分。部分B和E的光焦度相等，并且加在 一起构成了累加的D部分。成对部分C和D的光焦度相反并相等。部 分A具有正光焦度，并且补偿了透镜上部远距视觉部分的负“增加”光焦 度，部分B具有正光焦度，部分C具有负光焦度，部分D具有正光焦 度并且部分E具有正光焦度。在本示例透镜中，折射率从远距视觉部分 到近距视觉部分穿过梯度折射率透镜部分C的渐变中间视觉部分而减 小，并且从远距视觉部分到近距视觉部分穿过梯度折射率透镜部分D的 渐变中间视觉部分而增大，因此为中间视觉和近距视觉提供了复合并且 渐增的光焦度。
透镜层A包括折射率N1大体恒定的光学透明材料。透镜层B包括 具有可变折射率值的光学透明材料。B1对应于透镜的远距视觉部分并 且具有折射率值N2，B2对应于渐变中间视觉部分并且具有梯度折射率 值N3，B3对应于透镜的近距视觉部分并且具有折射率值N4。透镜层C 包括具有可变折射率值的光学透明材料。C1对应于透镜的远距视觉部 分并且具有折射率值N5，C2对应于渐变中间视觉部分并且具有梯度折 射率值N6，C3对应于透镜的近距视觉部分并且具有折射率值N7。透镜 层D包括具有可变折射率值的光学透明材料。D1对应于透镜的远距视 觉部分并且具有折射率值N8，D2对应于渐变中间视觉部分并且具有折 射率值N9，D3对应于透镜的近距视觉部分并且具有折射率值N10。透 镜层E包括具有可变折射率值的光学透明材料。E1对应于透镜的远距 视觉部分并且具有折射率值N11，E2对应于渐变中间视觉部分并且具有 梯度折射率值N12，E3对应于透镜的近距视觉部分并且具有折射率值 N13。折射率梯度部分N3、N6、N9和N12位于限定透镜的渐变中间视 觉部分的虚线2和3之间。
透镜层A的前表面4具有半径值为R1的凸面曲面，内部界面表面 5具有半径R2，内部界面表面6具有半径R3，内部界面表面7具有半 径R4，并且后表面8具有半径R5。透镜部分C和D共用曲面界面6/R3 和7/R4。相对于部分A而言，R3是凹面，R4是凸面。因为邻近的内部 界面表面的弯曲相反，所以可以简单地通过将所有表面的绝对表面屈光 度光焦度相加来计算根据本实例的透镜的CREN值。通过使每个连续的 折射率梯度偏移一个增量来获得如图所示的8度的折射率朝向角。与前 述实例一样，所有半径的值是基于在透镜的远距视觉部分提供0光焦度 并且在近距视觉部分提供2.5屈光度的累加光焦度的透镜。
根据本实施例的梯度折射率渐变透镜的参数的示例值如下：
N1＝    1.74
N2＝    1.41
N3＝    1.41到1.74
N4＝    1.74
N5＝    1.74
N6＝    1.74到1.41
N7＝    1.41
N8＝    1.41
N9＝    1.41到1.74
N10＝   1.74
N11＝   1.41
N12＝   1.41到1.74
N13＝   1.7
R1＝    596.0
R2＝    平面
R3＝    -3208.41
R4＝    3208.41
R5＝    平面
CT＝    2.1
ET＝    1.575
CREN＝  5.418
OA＝    8度
IE＝    14
通过使用例如以上参照图13、15、17和18所述的喷涂方法并结合 具有希望挠性特性的可变形基底，按照依次的顺序相互独立地处理每个 透镜层，可以制造上述透镜。
图21示出了可以用于处理该透镜层的喷涂装置，其包括分别独立 输送1.74和1.41折射率的材料的两个喷枪S1和S2。该枪沿着直线运动 和路径LP移动，每个枪将树脂沉积物S1.41和S1.74喷涂到基底表面B 上，并且产生14mm宽的组合重叠或公共沉积物。薄的垂直分隔壁W位 于喷枪之间和汇聚的树脂沉积物之上，其被定向为与喷枪的移动方向成 一条直线，将远距视觉部分D与近距视觉部分N分开，并且阻挡来自 各个枪的不想要的喷涂US沉积到邻近部分中，同时帮助控制在其之上 或下方经过的每次所喷涂的树脂的量以与邻近喷涂树脂部分混合。
可以提高或降低公共沉积或者混合区域的延度，并且通过主要调整 枪喷涂的方向和图案并且其次调整分隔壁的高度，可以容易地控制该延 度。假设从每个枪喷出的圆锥角为30度，则可以产生每个枪1 5度的会 聚倾斜、从枪顶端到沉积表面的63mm喷涂距离、56mm的枪顶端间距 以及在沉积表面上12mm的分隔壁高度、14mm宽梯度折射率部分。该 分隔壁W主要用于防止不想要的喷涂US沉积，但是在界限内可以对其 进行调整以控制梯度折射率部分的宽度。该壁可以包括沿着其连接到真 空源的下部延度的开口，该真空源将形成的堆积树脂吸离喷涂区域并且 排出壁W，以便防止来自该壁上的材料滴到沉积物上。
挠性并可变形基底B是第一树脂层喷涂于其上的表面，并且在其之 上是垂直分隔壁W。将该可变形基底B安装在基底支撑圆柱体BS上， 该圆柱体具有上壁部分R，其在基底B上方延伸并且起到喷涂树脂容器 的作用。可变形基底B包括薄塑料、玻璃或者不锈钢部件，通过机械或 者其他手段可以使它们改变弯曲。在每次喷涂应用过程中，在基底B中 引起弯曲变化，这在施加新的层时继而生成每个内部界面的弯曲。在图 21中，真空线VL提供从真空源到真空腔VC的部分并可控的真空，并 且提供抽吸装置，以将可变形基底B向下吸引从而生成凹面曲面。在后 面的循环中，对线VL增压，从而在腔VC中生成大气压环境，并且提 供用以将可变形基底B向上拉从而生成凸面曲面的手段。由于R3和R4 在50mm上具有0.0974mm的弧矢深度，因此仅需要少量的表面变化来 使基底B呈现所需的曲面半径。可以使用可变厚度的基底B来确保在基 底变形时获得具有连续而有效的曲面(例如球面曲面)的表面。
当基底B保持平面状态时首先施加第一组合层B1。在喷涂过程中， 随着喷涂层的汇聚和增长，由于获得的喷涂层厚度，可以使基底表面B 的凹面度逐渐变陡成为其最终的曲面，如图所示，由此弯曲的变化与所 施加的树脂层的增长相呼应地进展。一旦产生了最终的曲面并且获得了 树脂层厚度，则可以除去壁W。这时，喷涂的树脂层的液体表面将停滞 并且自动变平，此后能够对其进行光致聚合化成为胶质态。可选的是， 可以将平面或者略微凸面的浇注表面施加到未聚合化的树脂层，以精确 控制表面轮廓。
使用凸面浇注表面来避免在施加到喷涂树脂组合物的暴露于空气 的表面时气泡的截留。然后可以将该树脂层胶质聚合化，随后除去上部 浇注表面。胶质固化沉积物的最上部表面成为基底B1，第二喷涂层施 加于其上，因此可以进行所需的任何对曲面的微小调整，以提供在其上 要施加第二层的平面表面B1。然后可以将第二喷涂树脂层施加到该平 面表面，然而这时喷枪或透镜旋转180度，以获得相反的折射率分布朝 向。在喷涂第二层的过程中，可以随着获得了喷涂层厚度而使基底表面 B的凹面陡度逐渐减小，并且逐渐使其变凸以达到其最终的陡度，由此 同样地弯曲的变化与所施加的树脂层的增长相呼应地进展，从而随着基 底B的相应的弯曲变化而生成各个新的弯曲界面半径。一旦产生了最终 的曲面并且获得了树脂层厚度，可以如前所述完成喷涂液体树脂的上表 面。可以使喷枪或者透镜重复地旋转180度，以为具有相应的交替正或 负光焦度的每个附加层获得相反的折射率分布朝向。每次旋转还包括递 增的偏移，以获得虚线2和3所示的折射率朝向角。
应当注意，在喷涂沉积了每个树脂层之后并且刚好在其胶质聚合化 之前，之前层的所引起的曲面将需要一旦完全聚合化了透镜就交替成为 R3和R4曲面的曲面半径。这将需要在胶质聚合化阶段引入补偿性曲面， 其中随着成层处理开始由于透镜厚度增大而进行微小的调整。应当在基 底材料表面和上表面处于平面状态的情况下采取从胶质到固体的最终 的聚合化。可以将最终的层A制成预型件，并且将其接合到组合多层透 镜，或者可以将其浇注到表面B或E上并且聚合化。
作为先前结合第一到第七透镜实例所述的扩散程序的可选方案，还 可以使用上述的喷涂技术。当这些透镜的梯度折射率部分(一个或多个) 的厚度大于第十二个示例性透镜的透镜厚度时(在1mm或更大的数量 级)，将需要更大喷涂厚度的沉积物。如果所喷涂的两种折射率材料的 密度显著不同，则在应用大厚度的单一喷涂施加的情况下，较重的材料 由于重力的推动会下沉到较轻材料的下面。为了避免这个问题，可以对 薄的施加层采取周期性的胶质聚合化或者部分固化。例如，可以使 0.25mm厚的施加层连续胶质聚合化，直到获得最终的层厚度为止。在 这种情况下，无需向连续喷涂沉积物中的每一种应用上部浇注表面，以 生成非常平的表面，这是因为将施加具有相同折射率分布朝向的附加喷 涂涂层。具有更大厚度和更陡弯曲的这些透镜还可以利用可变形基底来 促进该喷涂制造程序，并且提供所需的半径。如前所述，可以将可除去 浇注表面施加到最上部表面，随后进行最终的聚合化以及之后除去该表 面。可选的是，该浇注表面可以包括用作保护层的附加的永久接合透镜 部分。
本申请要求2007年10月24日提交的美国临时申请序列号 60/854,469的优先权。