一種非球面鏡片制造技術

本發明專利技術公開了一種非球面鏡片。它根據非球面的Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇ橢圓確定鏡片的基弧。根據鏡片的透鏡公式，認為要保持鏡片的屈光度Ｆ基本不改變，并不是要求ｒ１和ｒ２不改變，而是要求［（１／ｒ↓［１］）－（１／ｒ↓［２］）］保持不變即可。運用此方法設計的鏡片厚度的減薄程度，與選定的視覺區域有關，適用于低折射率材料制造的鏡片。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及到用于視光領域的非球面鏡片。
技術介紹
現在的光學鏡片不僅有單光球面鏡片，也有球面柱面組合鏡片，還有單一鏡片上多屈光度組合的鏡片。早已經流行的雙光眼鏡、三光眼鏡、漸進多焦點眼鏡就是最好的注釋。特別是漸進多焦點眼鏡，其的使用范圍將更加普及和廣泛。隨著漸進多焦點眼鏡概念的普及，人們知道一個眼鏡鏡片上不僅可以有多個屈光度，甚至還可以允許有無法提供清晰視覺的盲區。但是，為了使得這種鏡片能夠滿足視功能的需要、確保眼鏡的正常而且方便地使用，關鍵是如何設定不同屈光度的位置、范圍，以及各個區域的如何合理分布和完美銜接等。人們了解到光學鏡片應該有一個合理尺寸的穩定視覺光學區域，但也絕對沒有必要將整個光學鏡片全部考慮成光學區，也更沒必要要求鏡片的每個點上的屈光度完全一致，事實上也根本做不到屈光度完全一致，嚴格意義上現實透鏡上的每個點其屈光度都不是完全相同的，棱鏡度更是會隨著測定點的位置不同而改變。球面眼鏡片的設計只與材料折射率、鏡片前點曲率、后點曲率、以及鏡片的厚度有關。對于球面設計的光學鏡片而言，較高的鏡片材料折射率可以使得近視鏡片的邊緣更薄、片形更美觀，這一點近視400度特別在600度以上的高度數近視鏡片上體現得更加明顯。當然我們也知道折射率越高材料的阿貝數越小、色散越大，這樣的鏡片在使用過程就會很容易產生視覺的疲勞。但是現在的人們似乎對鏡片是否更薄、更好看的重視程度遠遠超過了對鏡片其他光學性能指標、健康指標甚至安全性的考量。然而，低折射率材料在視光學上有許多優點，例如更小的色散和更輕的重量等，這些對青少年兒童的視力矯正尤其重要。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種非球面鏡片，能用低折射率的材料制成鏡片，達到減小像差，減薄鏡片厚度的作用。為達到上述目的，本專利技術的構思是以前僅有玻璃是優良的光學材料，由于玻璃表面加工性能較復雜，必須經過研磨拋光才能達到其光學的要求，代價非常昂貴。故在一般的光學設計中，較少考慮“非球面”的形式。但由于樹脂鏡片技術的成熟，其光學性能已不亞于玻璃，樹脂鏡片可以注塑成型，只要模具能符合要求(曲率、表面粗糙度)，就能連續批量地生產，大大降低了成本，使得其在近年來得到迅速的推廣。因此考慮用低折射率的材料配合非球面設計，達到減小像差，減薄鏡片厚度的作用。非球面的意思“不是球面的”。非球面的進一步描述它是從鏡片中心往邊緣(以半徑方向)逐漸改變表面焦度的對稱旋轉面。表面焦度的變化會產生散光面，這個散光面能抵消或中和斜向散光。這樣使鏡片設計者從最優形的束縛中解放出來，鏡片既可做得更平、更薄和更輕，同時又具有良好的光學性。根據上述構思，本專利技術采用下述技術方案一種非球面鏡片，其特征在于(1)其基弧由非球面的Tscherning橢圓確定，滿足下列公式k1(D-D2)3D+k2D23D+n+24n(n-1)2{2+3n-2n+22-4(n-1)2n3v2(n+2)2(3n-2)}=0]]>式中k1為前表面的二次曲面系數，k2為后表面的二次曲面系數，D為鏡片的光焦度，D2為鏡片后表面的光焦度，n為透鏡折射率，v為鏡片后頂點到轉動中心的實際距離；(2)其光學區域滿足 始終保持不變，式中r1為鏡片前折射面的球面半徑，r2為鏡片后折射面的球面半徑；(3)其非光學區域的度數是沿半徑方向由內向外逐漸減小。在上述的鏡片中，光學區域直徑至少為30mm。在上述的鏡片中，鏡片邊緣處的度數最小為0。上述的鏡片為注塑成型鏡片。本專利技術的原理如下由眼鏡光學可知，鏡片的屈光度為F=F1+F2-dnF1F2=(n-1)(1r1-1r2)+(n-1)2n·(dr1·r2)---(1)]]>F鏡片的光焦度，又稱鏡片的屈光度；F1鏡片前折射面的光焦度；F2鏡片后折射面的光焦度； d鏡片的中心厚度；n透鏡折射率；r1鏡片前折射面的球面半徑；r2鏡片后折射面的球面半徑；簡化計算時，可將鏡片按薄透鏡公式計算F=F1+F2=(n-1)(1r1-1r2)---(2)]]>從這一公式，我們可以看到為了保持鏡片的屈光度F基本不改變，并不是要求rl和r2不改變，我們只要能夠保證 相對不變就行了。因此，要找到使 始終保持不變的兩條曲線。戴鏡者眼睛偏離鏡片的光軸看物體就會出現像差，由于球面鏡片通常只有兩個折射面，不可能依靠多個光學元件的組合來達到消像差，又因要保證其本身的實用性，不可能在折射率或厚度方面作太多的調整，眼鏡鏡片唯一可調整的就是兩個面的曲率之比。鏡片基彎的選擇，是為了盡量減少鏡片的散光。使用比Tscherning推薦的更平更薄的球面曲線會導致光學缺陷，如果場曲和斜射像散超出一定的視覺閥值可能會影響戴鏡者的視覺舒適度。通過使用Tscheming橢圓和歸一化的賽德爾初級球差S1、彗差S2、像散S3、匹茲萬場曲S4和畸變S5系數公式，可以得出最恰當的非球面鏡片后表面光焦度。對于非球面眼鏡片，其Tscherning橢圓為k1(D-D2)3D+k2D23D+n+24n(n-1)2{2+3n-2n+22-4(n-1)2n3v2(n+2)2(3n-2)}=0---(4)]]>其中，D2為鏡片后表面的光焦度；k1為前表面的二次曲面系數；k2為前表面的二次曲面系數；v是鏡片后頂點到轉動中心的實際距離；D是鏡片的光焦度；n是透鏡折射率。對于球面鏡片k1＝k2＝0，上式表示一橢圓方程，得到的D2-D曲線稱為Tscherning，由其上、下半支設計得到的點焦鏡片分別稱作奧斯特沃耳特(Ostawlt)和渥拉斯頓(Wallaston)鏡片，表明只能在一定的光焦度范圍內才存在消像散解，且對于某一光焦度D只有兩個這樣的-解。對于非球面鏡片，k1或(和)k2≠0且光焦度D一定時，此式是鏡片后表面光焦度D2的三次方程式，至少存在一個實根解，且通過改變k1或k2可得到不同的實根D2，因此，非球面鏡片可有無窮多個點焦鏡片解。可以根據設計的需求選定k1和k2值，由公式得到消像差的基弧。回轉非球面曲面的展開式一般是z=cs21+1-(k+1)c2s2+a1s4+a2s6+a3s8+a4s10---(5)]]>其中，s是以透鏡長度單位為單位的徑向坐標；z為相應的垂直距離；c為頂點曲率，c＝1/r0，r0為頂點曲率半徑；k為圓錐系數；a1、a2、a3、a4是形狀系數。其弧矢和切向曲率為cs=z·(s)s1/2,c1=z··(s)s3/2---(6)]]>其中z·(s)=dz(s)/ds,z··(s)=d2z(s)/ds2]]>弧矢和切向曲率的曲率半徑為Rs=1cs,Rt=1ct---(7)]]>將式(7)的值代入式(3)中，就可以求得式(5)中的各項系數。由于(5)式本身就是個簡化式，按此得出的a1、a2、a3、a4的值制成的非球面曲面在鏡片邊緣會有些變化。但以視覺范圍的要求而言，光學鏡片的穩定光學區范圍只要有30毫米就足夠了，眼球轉動范圍大多在30°以內(視角為60°)，就這一范圍而言，此鏡片是滿足要求的。本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種非球面鏡片，其特征在于：（１）其基弧由非球面的Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇ橢圓確定，滿足下列公式：ｋ↓［１］（Ｄ－Ｄ↓［２］）↑［３］／Ｄ＋ｋ↓［２］Ｄ↓［２］↑［３］／Ｄ＋ｎ＋２／４ｎ（ｎ－１）↑［２］｛［Ｄ－２Ｄ↓［２］－２ （ｎ↑［２］－１）↑［２］／ｖ（ｎ＋２）］↑［２］＋３ｎ－２／ｎ＋２［Ｄ＋２（ｎ－１）↑［２］／ｖ（３ｎ－２）］↑［２］－４（ｎ－１）↑［２］ｎ↑［３］／ｖ↑［２］（ｎ＋２）↑［２］（３ｎ－２）｝＝０式中ｋ↓［１］為前表面的二次曲面 系數，ｋ↓［２］為后表面的二次曲面系數，Ｄ為鏡片的光焦度，Ｄ↓［２］為鏡片后表面的光焦度，ｎ為透鏡折射率，ｖ為鏡片后頂點到轉動中心的實際距離；（２）其光學區域滿足［１／ｒ↓［１］－１／ｒ↓［２］］始終保持不變，式中ｒ↓［ｉ］為鏡片前 折射面的球面半徑，ｒ↓［２］為鏡片后折射面的球面半徑；（３）其非光學區域的度數是沿半徑方向由內向外逐漸減小。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張玥，陳東帆，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]