CN101075021A - 用于确定渐变眼镜镜片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过光学优化确定个性化渐变眼镜镜片的方法，该镜片要嵌入由在近距视场中已经经过屈光力附加值处方的预定配戴者选定的镜框中，该方法包括以下步骤：确定至少一个表示配戴者选定的镜框的参数；测定表示配戴者头－眼行为的参数；用表示配戴者选定的镜框的参数对表示配戴者头－眼行为的参数进行加权；确定配戴条件下每个观看方向上的屈光力值和结果散光缺陷目标，该目标与考虑加权的头－眼坐标参数的个体评价函数相关。该方法使得镜片的设计与所选的镜框的尺寸和形状相适应。

Description

用于确定渐变眼镜镜片的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定渐变眼镜镜片(progressive ophthalmiclens)的方法；尤其涉及一种专用于由特定配戴者选定的特定框架使用的渐变镜片。

背景技术

任何将要嵌入在镜框内的眼镜镜片都涉及到处方(prescription)。眼科处方可以包括正或负屈光力处方以及散光处方。这些处方与矫正配戴者视觉缺陷的镜片的矫正值相对应。依照该处方以及配戴者眼睛相对于镜框的位置，将镜片装配在镜框中。

对于远视眼(presbyopic)配戴者，由于其难以适应近距视觉，因此，其远距视觉和近距视觉的屈光力矫正值是不同的。这样，处方就包括远距视觉屈光力值和表示远距视觉和近距视觉之间的屈光力递增的附加值(addition)(或屈光力渐变值)；归根到底也就是远视场屈光力处方和近视场屈光力处方。适于远视眼配戴者的镜片是渐变多焦点镜片；例如在FR-A-2699294、US-A-5270745或US-A-5272495、FR-A-2683642、FR-A-2699294或FR-A-2704327中描述了这种镜片。

渐变多焦点眼镜镜片包括远距视区、近距视区、中间视区、与这三个区域交叉相交的主渐变子午线(principal progression meridian)。它们通常是通过基于某些对镜片的不同特性产生影响的约束条件进行最优化来确定的。市场上的大部分镜片都是多用途镜片，这样它们就可以满足配戴者当时的不同需求。

渐变多焦点镜片可以用其至少一个非球表面上的几何特性来定义。为了描述非球表面的特性，通常使用由每个点处的最小和最大曲率构成的参数，或者更一般地，使用的是它们的半和(half-sum)和它们的差。乘以因子n-1的半和和它们的差被称为平均球镜度(meansphere)和柱镜度(cylinder)，其中，n表示镜片材料的折射率。

此外，渐变多焦点镜片还可以在考虑镜片配戴者状态的情况下，用光学特性来定义。事实上，光线追迹光学原理揭露了当光线偏离镜片的中央轴线时，产生光学缺陷。通常，会考虑被称之为屈光力缺陷和散光缺陷的失常。这些光学失常可以通称为光线的偏斜缺陷(obliquity defect)。

光线的偏斜缺陷在现有技术中已经有清楚的认知，并且还提出了改进办法。例如，文献WO-A-9812590描述了通过优化一套渐变多焦点眼镜而进行确定的方法。该文献提出通过考虑镜片在配戴条件下的光学特性，尤其是配戴情况下佩带者的屈光力和倾斜散光，来定义一套镜片。该镜片的优化是利用配戴条件下与每个观察方向的目标物点相关的局部景区(ergorama)通过光线追迹(ray tracing)实现的。

EP-A-0990939也提出，通过考虑镜片的光学特性而不是镜片的表面特性进行优化从而确定镜片。为此，需要考虑一般配戴者的特征，尤其是从弯曲轮廓(curving contour)、全景视角(pantoscopic angle)以及镜眼距离(lens-eye distance)这些方面考虑的镜片在配戴者眼睛前的位置。

据发现，每个配戴者都具有不同的头-眼行为(head-eyebehaviour)。因此为了更好地满足每个配戴者的需求，最近开始寻求一种使渐变眼镜镜片个性化的方法。

申请人以VARILUX IPSEO为商标销售一系列渐变镜片，它们是作为配戴者头-眼状态的函数而被定义的。该定义基于这样一种事实：为了能够看到物空间给定高度上的不同点，配戴者可以移动他的头，也可以移动他的眼睛；并且配戴者的观察策略是基于头部和眼睛移动的组合的。配戴者的观察策略影响着在镜片上感知的视场宽度。这样，配戴者横向视觉策略包含了越多的头部运动，被配戴者视觉扫视的镜片区域就越窄。如果配戴者为了看到物空间内给定高度上的不同点而只转动他的头部，那么，他的视线也将通过镜片上的同一点。因此。VARILUX IPSEO产品针对相同的屈光不正-附加值对(ametropia-addition pair)基于配戴者横向视觉策略提出了不同的镜片。

我们还发现镜框的尺寸和形状可以改变配戴者的镜-眼行为(lens-eye behaviour)。因此，也在努力寻求针对选定的镜框类型优化渐变眼镜的方法。

例如，专利US-A-6 199 983提出基于配戴者的“生活方式(lifestyle)”定义渐变眼镜镜片从而使其个性化，例如考虑镜框的形状。

文献US-A-5 444 503中也提出：为了将棱镜效应向镜片左向分布，为了获得可以接受的“厚度-重量”比例，以及为了将像差(aberrations)向将要在切割过程中被修整的镜片部位分散，要考虑镜框的形状。

文献US-A-6 655 802和US-A-2004/0169297提出：为了确定最佳的渐变长度，基于针对给定镜框所测定的角膜-颅顶间距(cornea-vertex distance)对渐变镜片进行优化。

Nikon向市场推出了一种商标为Seemax的单焦点镜片，该镜片是基于镜框尺寸和形状优化的。

已知方案中还没有任一种能够在配戴者的所有视场(vision field)内基于选定镜框对镜片进行优化。

因此，还存在一种需求，使镜片更好地满足每个个体配戴者的特殊需要。

发明内容

因此，本发明提出：在确定经优化的镜片上的屈光力和散光的区域(field)和梯度时考虑镜框的形状和尺寸。本发明的方法使得无论选定的镜框形状如何以及处方如何，都可以确定一种能够保证为配戴者提供一种优良的动态外围视野(peripheral vision)的渐变眼镜镜片。例如，选择小镜框的配戴者倾向于大幅度地转动头部，而小幅度转动眼睛。为了防止俯仰效应(pitching effects)，在切割镜片的过程中，将努力使屈光力和散光梯度值降低到该小镜框的尺度。相反，如果配戴者选择了大镜框，那么他将倾向于大幅度转动眼睛，而小幅度转动头部。这样俯仰效应自然被最小化，于是反之将努力清除区域(clearthe fields)以扩大外围视野。

本发明尤其提出一种用于确定个性化渐变眼镜镜片的方法，该镜片要嵌入由在近距视场中已经经过屈光力附加值处方的预定配戴者选定的镜框中，该方法包括以下步骤：

-确定至少一个表示由配戴者选定的镜框的参数；

-测定表示配戴者的头-眼行为的参数；

-用表示配戴者选定的镜框的参数对表示配戴者头-眼行为的参数进行加权；

-确定与配戴条件下的每个观看方向上的点相关联的局部景区；

-确定配戴条件下每个观看方向上的屈光力值和结果散光缺陷目标，该目标与考虑加权的头-眼坐标参数的个体评价函数相关；

-为了获得每个观看方向上的目标屈光力缺陷值和目标散光缺陷值，通过连续迭代计算镜片所需的屈光力值。

根据一个实施例，确定表示镜框参数的步骤包括以下步骤：

-测定切割好的镜片的宽度；

-测定选定的镜框的鼻梁架的宽度；

-测定配戴者的瞳孔间距；

-在考虑测定的切割好的镜片的宽度、鼻梁架宽度以及瞳孔间距的情况下，计算水平参数。

根据一个实施例，确定表示镜框参数的步骤包括以下步骤：

-计算标准水平参数；

-确定镜框宽度系数。

根据一个实施例，测定表示配戴者头-眼行为的参数的步骤包括以下步骤：

-计算增加值，对于局部景区的固定点，该值为头部角与视觉角的比值；

-确定稳定性系数，该系数为围绕增加值的标准偏差。

本发明还涉及一种根据本发明的确定方法实现优化的个性化渐变眼镜镜片。

本发明还涉及一种视觉装置，包括配戴者选定的镜框以及至少一个根据本发明的镜片；还涉及一种矫正远视眼患者(presbyopicsubsject)视觉的方法，包括为患者提供或让患者配戴根据本发明的装置。

附图说明

在读了下面参照附图对作为本发明实例的实施例的描述之后，将会明白本发明的其他优点和特征，附图中：

图1：普通镜框的示意图；

图2：为了嵌入图1的镜框，进行切割前和切割后的镜片的示意图。

图3：表示头-眼行为增加值参数(gain parameter)随镜框宽度系数变化的例子的曲线图；

图4：表示头-眼行为稳定性参数随镜框宽度系数变化的例子的曲线图；

图5a和5b分别是现有技术中镜片的结果散光值(resultingastigmatism)图和根据本发明第一实施例的镜片的结果散光值图；

图6a和6b分别是现有技术中镜片的结果散光值图和根据本发明第二实施例的镜片的结果散光值图。

具体实施方式

本发明提出了一种用于为远视眼配戴者，也就是为屈光力附加值(Add)已经在近距视场中进行了处方的远视眼配戴者，确定渐变眼镜镜片的方法。本发明的方法可以确定一种渐变眼镜镜片，无论选定了哪种镜框和处方如何，都能保证配戴者可以清晰地看到近距视觉区域，并且在所有视觉领域都可以得到改进的动态视觉。

在本身(per se)已知的方式中，渐变镜片具有控制点为FV的远距视区、控制点为NV的近距视区以及中间视区。主渐变子午线与这三个区域交叉相交。因此，该子午线在远距视区控制点FV和近距视区控制点NV之间具有屈光力渐变(progression)；该渐变与处方所得的附加值(addition)基本相应。作为参考点将一个安装十字叉CM标记在复合面(complex surface)上，这有助于将切割好的镜片安装到镜框内；该安装十字叉CM可以在镜片上定位配戴条件下主要的观看方向。在该文中，渐变长度PL(progression length)等于安装十字叉CM和子午线在近距视区内的点NV之间的垂直距离，在点NV处屈光力渐变值达到处方所得的屈光力值。

渐变长度PL定义了到达近距视觉中所需的屈光力值的可能性。事实上，该子午线的轮廓把配戴者的屈光力值描述成随着正前方的视线方向在眼眶中降低眼睛的函数。这样，根据该渐变长度的数值，配戴者为了能够充分利用近距视区，不得不或多或少的降低他的眼睛。如果渐变长度是一个常量，那么就可以基本依赖于镜框的尺寸和形状将近距视区提供在切割好的镜片上。

本发明提出通过考虑镜框的尺寸和形状对渐变眼镜镜片进行优化，从而为配戴者提供最佳的视觉舒适度。由于有了直接加工构成该渐变镜片的复合面的方法，现在能够在工业规模上考虑这种镜框参数。

本发明提出确定一种渐变眼镜镜片，使其针对由配戴者选定的镜框而个人化。为此，要对至少一个表示配戴者选定的镜框的参数进行测定，下面参照图1和2对该测定进行解释。之后，例如使用申请人开发的VisionPrint System^TM类装置对配戴者的头-眼行为进行测定。确定头-眼坐标参数，包括增加值(gain value)GA和稳定性系数ST。这些参数下面将详细描述。之后，用表示配戴者所选镜框的参数对表示配戴者头-眼行为的参数进行加权。

然后，可以利用佩戴条件下每个观看方向的屈光力和结果散光缺陷目标对镜片进行个性化设计。该目标值是在考虑加权的头-眼坐标参数的情况下利用个体评价函数(individual merit function)确定的。为了获得目标屈光力缺陷值和目标散光缺陷值，通过利用起始镜片进行光学优化，并采用连续迭代的办法计算出渐变镜片每个点上所需的屈光力值。

这样获得的镜片的视场宽度(field width)、屈光力值以及结果散光缺陷梯度(gradient)特别完美地适合于选择该镜框的配戴者。

图1表示的是镜框的示意图，图2用图示的方法表示了切割前和切割后的镜片。

配戴者选择了一款镜框。眼镜商就要针对该选定的镜框测定配戴者的生理参数。图1表示的是镜框的示意图以及镜框内配戴者左右瞳孔位置，它们分别用D和G表示。该图中，粗线表示镜框中镜片的轮廓，细线表示镜框的内外边界线。由塑料或其他别的材料制成的、其轮廓与镜框凹槽的底部相对应的元件，被称之为镜框的模板。因此，该模板是镜片为了安装在镜框中进行切割后必须具有的外部形状。字母B表示的是由Boxing系统，也就是，在测定镜片镜框的系统上根据IS08624标准，确定的模板的总高度。这个高度与镜片经过切割后要匹配于其中的矩形的高度相应。在使用钻取的(drilled)镜框的情况下，没有任何模板，它的高度就是被考虑的切割后的镜片(图2)的高度B。连接镜框左右模板的元件被称之为镜框的鼻梁架，在图1中用字母P表示。梁P也可以是连接钻取的左右镜片的杆。

瞳孔间距EP是配戴者两瞳孔间的距离。为了装配渐变镜片，眼镜商测定右瞳孔间半距离和左瞳孔间半距离，用PD和PG表示。左半距离(或右半距离)是镜框垂直对称轴和左(或右)瞳孔中心之间的距离。右装配(boxing)高度HD(或左装配高度HG)就是右瞳孔(或左瞳孔)与右半框(或左半框)的最低点之间的垂直距离。为了装配渐变镜片，眼镜商之后测定DATUM高度，图1中由HDd和HGd表示。该左右参考高度分别是左或右瞳孔和通过瞳孔的垂直线和下部镜框的左或右交叉点之间的距离。该瞳孔间距以及瞳孔相对于镜框的高度的测定是在配戴者的预定位置下进行的，也就是让配戴者头平直地看向无穷远处。

可以使用本身(per se)已知的装置在镜框上对给定镜框的特征进行测定。作为这样一个例子，US-A-5 333 412描述了一种可以三维测量镜框凹槽底部形状的装置。这样确定的形状就使得计算高度B成为可能。镜框的特征也可以由制造者根据配戴者选定的模型直接给出。

利用这样定义的数据，对每个镜片进行切割，使得当配戴者头平直地看向无穷远处时，该安装十字叉CM与相应眼睛的瞳孔相对地位于镜框中。结果，当该镜框的配戴者头平直地看向无穷远处时，他的视线从该安装十字叉处通过镜片。如果在镜片上不标记该安装十字叉，当然也可以使用微标记媒质(medium of micro-mark)定位镜片，在使用微标记媒质之前用该媒质和安装十字叉之间的距离进行校正。

图2表示的是眼镜镜片在切割之前和切割之后的轮廓。图中，细线对应于切割前的镜片轮廓；在标准方式下，镜片可以通过模制(moulding)获得，并且具有圆形形状。粗线对应于镜框模板的轮廓，也就是切割后镜片的轮廓。镜片的切割使得镜片可以随后安装在镜框中。

图2示出了镜框模板的总宽度A和模板的总高度B，也就是切割后的镜片所匹配的矩形的宽度和高度。正如前边所述，镜片在镜框中的定位包括利用镜片的明显点确定符合要求的镜片在镜框中的位置。例如，镜片的安装十字叉，镜片表面上标记的微标记物媒质，或者在单焦点镜片的情况下还可以使用光学中心。图2中，用CM表示的十字叉标记了安装十字叉。对于不是旋转对称的镜片，还有必要在镜框中进行镜片的角度定位。该角度定位取决于制造商的说明书(specificaitons)，尤其是对于渐变镜片而言取决于主渐变子午线的行为；在申请人的渐变镜片中，主渐变子午线在颞骨侧(temporal side)向鼻子侧倾斜，该镜片必须在微标记物处于水平的方式下进行安装。在本领域中也提出过具有直(straight)主渐变子午线的镜片，当安装时，镜片向鼻子一侧倾斜。

这样，由预定配戴者选定的预定镜框可以用代表其尺寸和形状的一些参数来表征。显然，也可以考虑到镜框模板(或切割好的镜片)的总宽度A、鼻梁架P的宽度以及测定的瞳孔间距EP定义水平参数。例如，可以用以下定义的变量作为水平参数A’：

A’＝A+0.5*(P-EP)。

对于每只眼睛，该变量可以计算为：

A’d＝A+0.5*P-PD

A’g＝A+0.5*P-PG

该文中，对于典型的镜框实例以及一般配戴者，标准参数被定义为上述定义的水平和垂直参数的平均值。根据上述参数的定义，标准水平参数A’_av被定义为：A’_av＝A_av+0.5*(P_av-EP_av)。

A_av为镜框模板的平均宽度，A_av等于51.6mm，这是根据欧洲2003年11月至2004年4月之间收集的5600个处方(prescriptions)计算得出的；

P_av为镜框鼻梁架的平均长度，P_av等于18.4mm，这是根据欧洲2003年11月至2004年4月之间收集的5600个处方计算得出的；

EP_av为平均瞳孔间距，EP_av通常被设定为62mm。

镜框宽度系数γ被确定为测定的水平参数A’与平均水平参数A’_av的比值。对于每个镜片，系数γ可以用针对每只眼计算所得的变量A’d和A’g来确定。

除了表示镜框的参数之外，对表示配戴者头-眼行为的参数也进行测定。这些参数可以是那些为了定义以VARILUX IPSEO为商标销售的镜片而测定的参数，也就是增加值(gain)GA和稳定性系数ST。

增加值(gain)GA是表示在为了看到目标时，头部运动在整个观看运动中所占的比例。对于局部景区(ergorama)的固定点，增加值(gain)GA可以被定义为头部角与观看角的比值。增加值(gain)的值在0.00至1.00之间。例如，0.31的增加值表示一种眼睛运动占优势的行为。

稳定性系数ST是表示行为稳定性的参数，也就是，围绕增加值的标准偏差(standard deviation)。大多数配戴者是稳定的，系数ST的值通常小于0.15。

本发明的确定镜片的方法提出用表示镜框的参数γ对表示头-眼行为的参数值进行加权。

例如，对增加值GA可以进行如下的加权：

GA’＝MAX[MIN[GA*(1-kg*(γ-1))；1]；0]

其中：0≤kg≤2；

对稳定性系数ST可以进行如下的加权：

ST’＝MAX[ST*(1+ks*(γ-1))；0]

其中，0≤ks≤2。

参数GA和ST的加权由上述公式中的MIN和MAX限定。因此，GA’的值在0至1之间，ST总是大于0。这样，如果系数ks＝kg＝0，那么，就是不考虑表示镜框的参数，并且对配戴者的头-眼行为测定的代表性参数GA和ST不变；如果γ＝1，那么，表示配戴者的镜框尺寸的水平参数A’就等于平均水平参数A’_av，并且表示配戴者头-眼行为的参数GA和ST不变。

在图3和图4所示的一个实施例中，当γ＞1时，系数kg和ks被设为0，则GA’＝GA，ST’＝ST。当γ＞1时，由于比参考镜框大，镜框对于配戴者就没有额外的限制条件。换句话说，在大镜框中，只需测定出表示配戴者头-眼行为的参数GA和ST，就可以得到最佳的设计效果。当kg＝ks＝0时，选择不考虑镜框的尺寸。

图3表明，当镜框比平均参考镜框小时(γ＜1)，增加值参数GA’增大；图4表明，当镜框比平均参考镜框小时，稳定性参数ST’减小。对于比平均镜框小的镜框，为了确定屈光力值和散光目标以优化渐变眼镜镜片，采用了参数GA’＞GA，ST’＜ST。镜框参数的这种考虑使得配戴者的横向视觉(lateral vision)策略的表示(representation)得到了改进。

图5a和5b表示的是由本发明的方法确定的渐变眼镜镜片的另一个实施例。图5a示出了具有用针对配戴者和平均镜框测定的GA和ST值确定的结果散光目标的分布的镜片在配戴条件下的光学输出。图5b示出了特别适于小尺寸或小宽度的镜框选择的镜片在配戴条件下的光学输出。那么对于同一个配戴者，表示镜框的参数γ小于1，加权后的头-眼坐标参数GA’和ST’与标准镜框的值不相同(GA增加，ST减小)。图5b所示的镜片的结果散光目标的分布状态由考虑加权的头-眼坐标参数GA’和ST’的评价函数来确定。这样，如果配戴者选择了一款小尺寸或小宽度的镜框(附图5b)，为了限制俯仰(pitching)效应，评价函数将施加(impose)更缓和的梯度，并允许更为封闭(closed)的视野(field)。

图6a和6b表示由本发明的方法确定的渐变眼镜镜片的又一个实施例。图6a示出了具有用为配戴者和平均镜框测定的GA和ST值确定的结果散光目标的分布的镜片在配戴条件下的光学输出，图6b示出了特别适合于小宽度的镜框选择的镜片在配戴条件下的光学输出。与前边的实施例(图5a)相比，参数GA、ST、A’、A’_av以及镜框形状有所变化。对于同一个配戴者，表示镜框的参数也小于1，加权后的头-眼坐标参数GA’和ST’与标准镜框的值不相同(GA增加，ST减小)。图6b所示的镜片的结果散光目标的分布状态由考虑加权的头-眼坐标参数GA’和ST’的评价函数来确定。这样，如果配戴者选择了一款小宽度的镜框(附图6b)，为了限制俯仰效应，评价函数将施加缓和的梯度，并允许更为闭合的视野。

虽然只对表示结果散光值的图进行了解释，也可以明白，本发明的方法在确定了结果散光值的个性化分布的同时，也确定了屈光力缺陷目标的个性化分布。还可以明白，本发明的方法除了上边解释过的实施例，还允许其他实施例，例如二维压缩。

因此，本发明的方法可以通过利用基于配戴者选定的镜框计算所得的目标分布进行光学优化来确定渐变眼镜镜片。为了获得每个视觉方向上的目标屈光力缺陷和目标散光缺陷值，就可以对镜片每个点所需的屈光力值在配戴条件下经过光学优化、连续迭代进行计算。光学优化可以用具有任何设计的原始镜片实现，例如VARILUXCOMPORT商标或者VARILUX PHYSIO商标的镜片。

因此，这样获得的根据本发明的镜片可以更好地满足配戴者的需求并为其提供更好的视觉舒适感。

Claims (7)

1.一种确定个性化渐变眼镜镜片的方法，该镜片要嵌入由在近距视场中已经规定了屈光力附加值的预定配戴者选定的镜框中，该方法包括以下步骤：

-确定至少一个表示由所述配戴者选定的所述镜框的参数；

-测定表示所述配戴者头-眼行为的参数；

-用表示所述配戴者选定的所述镜框的参数对表示所述配戴者头-眼行为的参数进行加权；

-确定与配戴条件下的每个观看方向上的点相关联的局部景区；

-确定配戴条件下每个观看方向上的屈光力值和结果散光缺陷目标，该目标与考虑加权的头-眼坐标参数的个体评价函数相关；

-为了获得每个观看方向上的目标屈光力缺陷值和目标散光缺陷值，通过连续迭代计算所述镜片所需的屈光力值。

2.根据权利要求1的方法，其中确定表示所述镜框的参数的步骤包括如下步骤：

-测定切割好的镜片的宽度(A)；

-测定选定的镜框的鼻梁架的宽度(P)；

-测定配戴者的瞳孔间距(EP)；

-在考虑所测定的切割好的镜片的所述宽度、所述鼻梁架宽度、所述瞳孔间距的情况下，计算水平参数(A’)。

3.根据权利要求2的方法，其中确定表示所述镜框的参数的步骤包括如下步骤：

-计算标准水平参数(A’_av)；

-确定镜框宽度的系数(γ)(A’/A’_av)。

4.根据权利要求1至3中的一项的方法，其中测定表示所述配戴者头-眼行为的参数的步骤包括如下步骤：

-计算增加值(GA)，对于局部景区的固定点，该值为头部角与观看角的比值；

-确定稳定性系数(ST)，该系数为围绕增加值的标准偏差。

5.一种由权利要求1至4之一的确定方法优化得到的个性化渐变眼镜镜片。

6.一种包括配戴者选定的镜框和至少一个根据权利要求5的镜片的视觉装置。

7.一种矫正远视眼患者视觉的方法，其包括为患者提供，或者让患者配戴根据权利要求6的装置。

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