CN1179838A - 护目镜用偏心非矫正镜片 - Google Patents

Abstract

被公开的是为并非处方配装的眼镜用的光学矫正镜片。在一最佳实施例中,该镜片的前表面位于具有第一中心的第一个球的部分表面上。镜片的后表面位于具有第二中心的第二个球的表面上。第一和第二个中心是彼此偏移的,以提供变截面的镜片。该镜片通过框架定位在佩戴者头部而将镜片保持在一定位置,以致于通过第一及第二中心所作的直线,基本上被保持在与佩戴者的法向视线平行。这样提供的镜片当安装在佩戴方向时具有改进的光学作用,以致于显示出垂直“倾斜”和水平“遮蔽”两种作用。制做该镜片的方法和装有该镜片的护目镜,也被公开。

Description

护目镜用偏心非矫正镜片

本发明一般涉及护目镜(eyewear)中用的镜片，更确切地说，涉及其构形和定向在于减小光学畸变的偏心式非矫正镜片。

近年来在护目镜领域已经作出广泛的多种改进，尤其是针对预定用在快速运动中或作为流行太阳镜。这些改进已被体现在具有单一镜片的护目镜中，例如“Blades”设计(Oakley有限责任公司)，“M框架”系列(Oakley有限责任公司)，而且“Zero”系列也是由Oakley有限责任公司生产的。这些护目镜设计能够达到多种功能上的便利，例如同原先的快速运动护目镜相比，能够最大限度地遮断***光线，减小光学畸变，提高佩戴者的舒适水平。

“Blades”的单一镜片，已把例如在授予Jannard的美国专利No.4,859,048中公开的柱面几何形状结合进去。这种几何形状能让镜片与佩戴者的面部接近一致，并且遮断直接来自佩戴者前方(前向)和***(侧向)的光线、风、灰尘等。还可参见授予Jannard的美国专利No.4,867,550(超环面镜片的几何形状)。

尽管早期的单一镜片***能够提供全面的左右观察范围和良好的侧向眼睛保护，然而光学畸变的潜能仍然存在。例如在单一镜片***中，由佩戴者眼睛到镜片后表面的入射角度，是随其视线在垂直或水平面内转动而变化的。这就造成比较靠近镜片前方进入的光和在横向两端进入的***光之间根本不同的折光。为了分析棱镜畸变源，美国专利4,859,048公开了将镜片厚度由中央部分向侧向边缘渐渐变薄的措施。

已有技术的护目镜也采用双镜片***，其中两个分开的镜片沿着前框架安装。在此早期的双镜片护目镜***中，左右两镜片中的每一个大体上都和佩戴时的构形共面。因此，当观察正前方时，佩戴者的视线在光学区通常在镜片表面的法线上穿过镜片后表面。这种镜片构形的缺点之一在于，不作特定改进(例如垂直加长的眼镜腿(earstem)或者侧面附件)，该眼镜实质上无法提供侧向的眼保护。

此后双镜片***已被发展，其中每一镜片的侧向边缘围绕佩戴者头部侧面由前平面向后弯曲，以便提供类似于通过高遮蔽(wrap)单一镜片***达到的侧向遮蔽。双镜片的带有显著遮蔽的眼镜虽然能够提供侧向的眼保护，然而镜片的弯曲通常导致通过佩戴者观察角度范围的可测出的棱镜畸变。这在高折射率材料构成的镜片中特别明显。此外，高基线(high base)弯曲(例如基线为6或更高)对于优化遮蔽而能保持低断面有时虽然是所想望的，然而这样的镜片过去由于其具有较高水平的棱镜畸变而没有实用。

因此，对于用在显示出遮蔽和倾斜的类型的双镜片护目镜中，作为高基线的非处方配装眼镜片的需要仍然保持，它能够遮断遍及视角范围的光线同时将遍及该范围的光学畸变减至最小。

根据本发明的一个方面，提供一种用在非矫正用的双镜片护目镜中的眼镜片。该眼镜片被利用来与框架组合，将其支承在佩戴者法向视线的光路中。

该镜片包括一具有前表面、后表面以及其间厚度的镜片主体。

该镜片的前表面与一立体几何形状的部分表面一致。在一实施例中，该镜片的前表面基本上与具有第一中心的第一个球的部分表面一致。该镜片的后表面基本上与一立体几何形状的部分表面一致，该立体几何形状可以与符合前表面的几何形状相同或不同。在一实施例中，此后表面基本上与具有第二中心的第二个球的部分表面一致。

第一和第二中心是相互偏移的，以将镜片的厚度逐渐减薄(taper)。该镜片被安装在框架中定向，以使其通过第一和第二中心作出的直线通常与预选的参照线(如佩戴者的法向正前方视线)保持平行。

该镜片可由镜片毛坯切成或直接形成其最终构形，如通过技术上公知的注压或其它工艺。该镜片最好靠眼镜框定位在佩戴者头部，以使佩戴者的法向视线以大于约95°(而且最好在约100°至120°范围内)的角度穿过镜片前表面，而能保持镜片光学中心线与佩戴者法向视线通常的平行关系。镜片的光学中心线可以通过或者不通过镜片。

本发明的制做镜片方法也被公开。

本发明进一步的特点及优点，由以下连同所附权利要求并附图对最佳实施例进行的详细描述中，将变得显而易见。

图1为安装有根据本发明实施例制做的尖锥形矫正镜片的护目镜透视图；

图2为沿图1中2-2线所取的截面图；

图3为双镜片护目镜***用的已有技术的未变截面镜片的水平截面示意图；

图4为双镜片护目镜***用的变截面(taper)镜片的水平截面示意图；

图5为类似图2，表示根据本发明另一实施例的具有更大的基线弯曲的尖锥形(taper)矫正镜片的横截面图；

图6为与球的一部分表面相符合的镜片毛坯的透视图，表示根据本发明最佳实施例打算由该毛坯切出的镜片的外形；

图7为图6中凹陷的变截面壁球面形状、镜片毛坯和镜片的透视剖视图；

图8为根据本发明最佳实施例构成的镜片的水平截面图；

图8A为根据本发明最佳实施例构成的镜片的垂直截面图；

图9为图8中镜片的上平面图，表示与佩戴者有关的高度遮蔽；

图10A-10C为相对于佩戴者为不同形状和取向的镜片的右侧立面图，其中

图10A表示根据本发明最佳实施例的用在具有向下倾斜的眼镜中的具有正确形状和取向的镜片的外形；

图10B表示无倾斜的中心取向镜片的外形；

图10C表示的镜片显示向下倾斜，但是对于正前方视线并无将棱镜畸变减至最小的形状和取向；

图11为根据本发明最佳实施例，从护目镜框架中所期望的方向到镜片的毛坯，示意表示该镜片水平断面的投影；

图11A为根据本发明最佳实施例，从护目镜框架中所需要的方向到镜片的毛坯，示意表示该镜片垂直断面的投影；

图12为图6中的右镜片以及镜片毛坯的前凸表面被旋转以将该毛坯的机械中心线垂直投影图面上的上平面图；

图12A为类似图12的上平面图，另外还表示出由同一镜片毛坯可以切出左镜片的位置。

尽管本发明的最佳实施例在下文中将根据镜片具有“球面的”前后表面(即这些表面基本上与球的一部分表面相符合)进行讨论，然而本领域的普通技术人员将会理解，本发明也可应用于具有不同表面几何形状的镜片。此外，可以理解，本发明对于在佩戴位置时超出这里表示的许多前立面形状和定向的镜片也具有应用。

参见图1和2，所表示的眼镜10(例如太阳镜)带有根据本发明实施例构成的第一和第二个镜片12，14。尽管所表示的本发明似乎是被用于在Eye Jackets^TM名称下以Oakley标示的眼镜设计中，然而本发明只涉及镜片的弯曲、尖锥形状及在佩戴者头上的方向。因此，图1中揭示的镜片或者框架的形状对于本发明并非关键性的。相反，结合本发明的结构和取向而构成一些其它形状和结构的镜片，在此处公开的基础上将变得显而易见。

同样，带有连续轨道的安装框架16对于本发明并不是主要的。其轨道可以只接合镜片12及14的下缘，只接合镜片的上缘，或者如图所示接合整个镜片。另一方面，框架16可以接合这些镜片的其它部分，这对于本领域的技术人员将是显见的。根据本发明也可以构成无框架的眼镜，只要镜片在佩戴者头部的取向基本上保持在同预先选定的视线为预定的关系，如下文将要讨论的那样。然而最好是将镜片12，14中的每一个安装在如图所示的环形轨道中。

一对眼镜腿20及22可回转地固定在框架16上。另一个办法是，可以将眼镜腿20及22直接固定在镜片12及14上。框架可以包括多种金属合成材料或者比较坚固的可被模压的热塑性材料的任一种，这些在本领域是公知的，并且可以是透明的或者多种颜色中的任一种。注压、机加工以及其它结构工艺，在本领域是公知的。

根据本发明的镜片，可以通过本领域公知的多种工艺方法中的任一种来制造。

具有代表性地是，光学性能高的镜片是从预成型注压的镜片毛坯中切出来的。由于左右镜片最好彼此为镜面反射象，故对于以下的大多数讨论通常只对右镜片加以描述。然而在描述由预成型的镜片毛坯切出镜片的方法时，左镜片与右镜片的差别方式将涉及为佩戴时镜片定向选择的倾斜和遮蔽度。另一种办法是，可以将镜片直接模压成最后的形状和尺寸，取消后期的模压切割步骤。

镜片或由其切成镜片的毛坯最好是注压的，并且由比较坚固的而且光学上合格的材料构成，例如聚碳酸酯。其它聚合的镜片材料也可以使用，例如CR-39和技术上公知的多种高折射率塑料。本发明的偏心的尖锥形矫正也可适用于玻璃镜片，虽然在这方面对于矫正的需要在目前流行的非玻璃材料中一般更明显。

如果镜片准备由镜片毛坯切成，那么该镜片毛坯精心预选部分的尖锥形和弯曲，将根据下文描述的最佳定向过程被转移给镜片。最好让框架配有狭缝或其它固定装置，以与镜片模压出来的弯曲配合而将对模压弯曲的偏差减至最小，甚至对保持模压时弯曲有所改善。

另一个办法是，镜片或者镜片毛坯可以模压或者由通常为平的变截面薄板坯料切成，然后根据本发明弯成弯曲的形状。此弯曲的形状随后可以通过使用比较坚固的弯曲框架予以保持，或者通过将弯曲的薄片加热以保持其弯曲的形状，如热成型技术中公知的那样。

最为可取的是，镜片两个表面的弯曲按照镜片毛坯模压和抛光的工艺过程产生，而且镜片的形状是根据以下描述的本发明由毛坯切成的。

参见图2，本发明的镜片14的特征在于它在水平面内为从中央边缘24至侧向边缘26延伸的通常为弓形的形状，至少贯穿佩戴者观察范围的一部分而且最好基本上贯穿其全部。在双镜片***中，该镜片从中央边缘24至侧向边缘26的弧长，通常约在

英寸至 英寸的范围内，而且最好约在2英寸至3英寸的范围内。在一最佳实施例中，镜片的弧长约为 英寸。

镜片12及14的外表面虽然看起来似乎被表示为位于共同的圆31上面，然而在高遮蔽的眼镜中，左右镜片通常将要被倾斜，以致于每一镜片的中央边缘将落在圆31的外侧，侧向边缘将落在圆31的内侧。让镜片这样倾斜，可以增大θ角(图2)并提高本发明客观需要达到的光学矫正。

当被佩戴时，镜片14至少应当横过佩戴者正前方法向视线27延伸，并且最好能基本上跨过佩戴者***的视区。如这里使用的那样，佩戴者的法向视线，应指佩戴者眼睛向正前方投出的一条线，不论是在垂直还是水平平面内基本上没有角度偏差，如图9及10中线130表示的那样。

镜片14配有前表面28和后表面30，而且其间的厚度是变化的。对于聚碳酸酯镜片来说，镜片14在其中央边缘24区域内的厚度通常约在1mm至2.5mm的范围内，并且最好约在1.5mm至1.8mm的范围内。在最佳实施例中，镜片14最厚的部分位于其与光学中心线相交处或其附近，而且约为1.65mm。

镜片14的厚度最好是一头平滑地，尽管并不需要线性地，而由贴近中央边缘24处的最大厚度到侧向边缘26处比较小的厚度逐渐变薄。镜片在侧向边缘26附近的厚度通常约在0.635mm至1.52mm的范围内，并且最好约在0.762mm至1.27mm的范围内。在一最佳的聚碳酸酯实施例中，镜片具有的最小厚度在侧向区内约为1.15mm。在侧向边缘26处的最小厚度，通常是由镜片所需要的抗冲击强度决定的。

图3示意表示已有技术镜片41的折射作用，该镜片带有圆形的内侧和外侧表面的水平截面，具有均匀的厚度44。使用这样的镜片41，光线从镜片41到眼睛46的入射角度，在遍及视线的角度范围内将发生变化。例如为便于叙述起见，用一条居中的光线50指代的光线，以与入射点的法线成α角射到镜片41上。如本领域公知的那样，光在透射表面上的弯曲，部分地取决于光线的入射角度。光线50在镜片41的每一外表面52和内表面54上将沿相反方向折射或者弯曲，其结果是透过的光线56与入射光线50平行。透过的光线56相对于入射光线50的光路则横向位移一距离58。此位移代表一次(棱镜)光学畸变源。

此外，由于在侧向一端60处光线以更大的角度β入射，故在该处的折射位移甚至更加显著。如光学领域的普通技术人员很容易理解的那样，根据斯涅耳折射定律，***的入射光线62比居中的入射光线50经受更大的位移。此***光线位移64与居中光线位移58之间的偏差，将造成二次光学畸变。此二次畸变可以引起通过镜片41比较侧向部位看到的象出现实质性的扭曲。

图4示意表示具有变截面厚度的镜片71，以便按照授予Jannard的美国专利No.4,859,048中的单一镜片***上下文中公开的类似方式，对于镜片41侧向端60(图3)处更大的入射角进行补偿。变截面能在侧向一端76处产生出镜片厚度74比在更居中点80处的镜片厚度78要小。此较小的厚度74，能够减小其***光线位移82相对于通过图3中无斜削镜片41的***光线位移64的量。换句话说，变截面镜片71在其侧向一端76附近比较小的镜片厚度74，能够相对于厚度78将较大入射角β′和在更居中点80处的入射角α′进行某种程度的补偿。

在同一镜片71上得到的***光线位移82和居中光线位移84之间的差异，并不象图3中对应的差异那样大，于是将使其二次光学畸变减小。应当注意，二次畸变矫正的程度，取决于由顶点85至每一侧向端76变截面的方式、程度和在同样范围内改变入射角方式之间的相互关系。

图4中的镜片71被表示为似乎它被安装在框架(未表示)之中，以致于佩戴者的法向视线86是在镜片顶点或者机械中心85处垂直通过镜片71的。换而言之，对于佩戴者的法向视线来说，对镜片法线的入射角为零。在该截面图中，镜片71的外表面和内表面符合偏移为两个等半径的圆，分别以其中心点87和88表示。通过中心点87及88作的直线在此被称之为镜片的光学中心线，其与佩戴定向时的法向视线共线。为便于叙述，此传统形状应被定义为中心定向的镜片。沿圆周顺时针或者反时针旋转法向视线86，对镜片法线的入射角将按照固定方式由镜片顶点85处的零逐渐增大。

为了审美设计的原因，为了侧向保护眼睛免受飞行碎片损伤，或者为了遮住周围光线，一定程度的遮蔽可能是所期望的。遮蔽可以通过利用贴紧的水平弯曲(高基线)镜片(例如半径小的球面镜片)来实现，以及/或者通过将每一镜片安装在一定位置，使其沿横向以及相对于中心定向的双镜片向后倾斜来达到。法向视线86的这种倾斜变位脱离了其与光学中心线的共线关系，而且改变镜片的光学作用。其结果是，在佩戴者面部两侧附近具有实质性“遮蔽”作用的已有技术的双镜片护目镜，通常伴有某种程度的棱镜畸变。

同样，为了美学原因以及为了遮住来自佩戴者眼睛下方的光线、气流、灰尘或其它碎片，高度倾斜或者垂直倾斜可能是所需要的。正如遮蔽往往导致法向视线86变位脱离其与光学中心线的水平分量的共线关系一样，倾斜安装镜片可导致法向视线变位脱离其与光学中心线垂直分量的共线关系。具有明显倾斜的已有技术的双镜片，通常也显示出一定程度的棱镜畸变。

根据本发明提供一种改进的光学结构和方法，以便将佩戴定向时具有倾斜和/或遮蔽的镜片中的棱镜畸变减至最小。虽然本发明可以应用于各种各样的镜片形状和取向，然而本发明对于采用高基线弯曲且在佩戴定向时显示出高度遮蔽和/或倾斜的双镜片护目镜具有特殊的应用。

参见图2及5，所表示的护目镜包括倾斜的镜片12和14或者102和104，被安装在相对于常规的中心定向的双镜片安装为横向旋转的位置上。倾斜的镜片可被设想为相对佩戴者头部具有一定方向性的，它可以从带有中心定向镜片的常规双镜片护目镜开始，通过在太阳穴处将框架向内弯曲以遮在头部两侧附近来达到。

由于增加遮蔽的结果，佩戴者的法向视线不再如图4表示的那样垂直射在镜片14上。而代之以佩戴者视线27的入射角θ°(图2)通常大于90°，而且为了达到良好的遮蔽，它可以大于约95°，最好是在约100°至135°的范围内，且在一基线9.5的实施例中约为101.75°。低基线的镜片通常在佩戴定向时显示更大的θ角，且在一基线6.5的实施例中θ角约为113.4°。在具有2.8英寸瞳距的基线为4的实施例中，θ角约为119.864°。

图5表示根据本发明实施例的眼镜(eyeglass)100的水平截面，其在式样方面与图2表示的类似，除了带有贴紧弯曲(较高基线)的镜片102和104以及可能具有更大的遮蔽之外。当此眼镜100被佩戴时，镜片104的侧向边缘106较大地遮住佩戴者的太阳穴且与其靠得很近，以提供显著的侧向眼睛保护，如已讨论过的那样。

本发明的镜片的前表面108，通常将与一规则几何体(例如球110)的一部分表面符合，如在此以水平截面表示的那样。所表示的实施例的球面镜片102和104的前表面，因而可以其半径表征。按照工业上的惯例，弯曲也可以基线值表示，以致于镜片前表面以毫米表示的半径(R)，等于530除以基线弯曲(Base curve)，或者 $R=\frac{530}{B}---\left(1\right)$

本发明提供利用镜片毛坯构成具有较高遮蔽度的双镜片眼镜***的技能，所使用的镜片毛坯具有6或者更大的基线弯曲，最好约在 和

之间，更为可取地是约在8和

之间，在一实施例中约在

和9之间。例如与基线 的镜片的前表面符合的圆的半径，约为60.57mm。为了比较起见，用以表征基线为3的镜片前表面的圆，其半径约为176.66mm。

图5中表示的本发明实施例，可以由基线为

的镜片毛坯切成，该镜片毛坯在光学中心线上具有约0.0649英寸的厚度，离开光学中心线沿镜片***为2英寸的参考点上约0.053英寸。另一种办法是，镜片可被直接模压成最后的形状和结构。

图6为镜片毛坯122的透视图，它的凸的外表面136通常是和三维几何形状124的一部分表面符合的。本技术领域的技术人员将会理解，根据本发明的镜片，可以与多种几何形状中的任一种符合。

最好让镜片的外表面能同带有平滑的连续表面的形状一致，具有不变的水平半径(球或者圆柱)，或者在不是水平就是垂直平面内具有渐进弯曲(椭圆、复曲面或卵形)或其它非球面形状。然而这里描述的最佳实施例的几何形状124通常接近球。

图6和7中表示的球124，乃是想象的实体壁结构的三维立体，其壁的一部分适合于从中切出镜片120。如技术上公知的那样，精密的镜片切割常常是通过生产出镜片毛坯122并由其最终切成镜片120来完成的。然而本领域的技术人员从图6及7的实例应当清楚，使用单独的镜片毛坯不是必须的，而且镜片120可被直接模压成最后的形状和结构，如果需要的话。

由图6及7还可以看出，镜片120和/或镜片毛坯122可被沿着球面124定位在许多位置中的任一位置上。对于本发明来说，光学中心线132起着镜片120相对于球124定向参考线的作用。在所表示的实施例中，其中外表面和内表面与球的一部分一致，光学中心线则被定义为连接两个中心C1和C2的直线132。对于并非球面的镜片几何形状来说，类似的参考线可以按照不同于连接两个球的几何中心的方式来形成，这对于本领域的技术人员是清楚的。

镜片120最终是按照这样一种方式形成的，使其保持图7中表示的球的部分外壁的几何形状。镜片120在球124上的位置是这样选择的，当镜片120被定位在眼镜框架上时，佩戴者通过镜片的法向视线130，通常将被保持在与从中得到镜片120的几何结构的光学中心线132平行。在图6及7的实例中，镜片120是右镜片，具有显著的遮蔽度以及某种程度的向下倾斜(通过佩戴时穿过球124的法向视线在光学中心线132下方来表示)。具有不同形状或者较小程度遮蔽的镜片，可以搭接(overlap)在由其形成镜片的想象的球124的光学中心线132上。然而不管虚拟球124的光学中心线是否穿过镜片120并不重要，只要在佩戴定向时镜片120中的视线130一般被保持在与光学中心线132平行。

同样，镜片在佩戴定位时如果没有倾斜或者向上倾斜，那么法向视线(以及整个镜片)将在包含光学中心线的水平的中央子午线或其上方穿过该球124。因此，最终的法向视线130相对于光学中心线132的空间距离和位置，表明遮蔽(通过水平距)和倾斜(通过垂直距)的程度。然而，不管牵涉到的距离如何，镜片均将显示出最小的光学畸变，只要法向视线130偏离但基本上仍保持与光学中心线132平行，最好在水平和垂直两个平面内均是如此。

对于本发明来说，“基本上平行”应指，当镜片120被定向在佩戴位置时，预选的视线130在水平和垂直平面内一般不会偏离其与光学中心线132平行超过大约±15°。最好是此法向视线130不应偏离其与光学中心线132平行超过大约±10°，更为可取地是此法向视线130偏离不超过大约±5°，而且最为可取的是其与光学中心线132平行不超过大约±2°。最佳情况下，视线130在佩戴定向时与光学中心线平行。

在水平面内偏离平行，通常要比在垂直面内偏离平行对光学性能具有更大的不利影响。因此，在垂直面内视线130和光学中心线132之间的立体角，对于某些护目镜可从超出以上提出的范围，只要该偏差角的水平分量是在以上指出的对于平行方向偏离的范围之内。在水平面内视线130在佩戴定向时偏离光学中心线最好不超过大约±10°，不超过±3°更为可取。

图7为图6中镜片120、镜片毛坯122以及几何形状124的剖视图。该视图表明，最佳几何形状124为带有变厚度外壁的空心体，如在该几何形状124光学中心线上由水平截面134显示的那样。

最佳几何形状124的变截面外壁，是由两个沿水平方向偏置的球得到的，以其中心点C1，C2和半径R1，R2表示。最佳镜片毛坯122的外表面136与半径为R1的一个球符合，而其内表面138与半径为R2的另一个球符合。通过调整描述这两个球的参数，也可以调整镜片毛坯122尖锥形的特性。

具体说来，作为镜片毛坯外表面136和内表面138与之符合的两个球的参数，最好选择为使其产生最小或者零折射能力，或者说是并非处方配装的眼镜片。在这种场合下，CT代表被选择的中心厚度(空心几何形状124外壁的最大厚度)，n为镜片坯料的折射率，R1的设置是通过设计为外表面136的曲率作出选择，R2可以根据以下公式确定：CT/n代表两球面中心C1和C2的间距。例如，在基线为6的镜片是根据设计选择为所需要的场所下，中心厚度被选择为3mm，最佳材料(聚碳酸酯)的折射率为1.586，R2可被确定如下： $R_2=R_1-\mathrm{CT}+\frac{\mathrm{CT}}{n}---\left(2\right)$ $R_2=\frac{530}{6}-3+\frac{3}{1.586}=87.225\mathrm{mm}---\left(3\right)$

对于此实例来说，外表面136的半径R1等于88.333mm，内表面138的半径R2等于87.225mm，两球面中心C1和C2相距1.892mm。这些参数描述了作为最佳偏心球面实施例的镜片毛坯122的曲率。

在最佳实施例的情况下，光学中心线132乃是通过两偏置球中心点C1和C2的直线。这碰巧通过最佳几何形状124光学中心140处外壁的最厚部分，尽管这对于其它可供选择的非球面实施例并不成立。光学中心线132碰巧通过被表示的镜片毛坯122的表面136，尽管这并不需要。光学中心140并不碰巧位于镜片120之上，尽管这对于较大的镜片或者在佩戴定位时想要显示较小遮蔽的镜片是可能的。

图8说明镜片120的水平截面，并以虚线表示外表面136和内表面138与之符合的几何形状124。镜片毛坯122已从该图中省略。根据本发明，与选定的取向有关的光学中心线132，通常被调整为与佩戴者正前方法向视线130平行然而偏置，因为镜片120被安装在眼镜框上。

图8A说明镜片120的垂直截面，还以虚线表示外表面136和内表面138与之符合的几何形状124。与图8的水平视图不同，光学中心线132对垂直平面的投影(即光学中心线132的垂直分量)，看来象是通过最佳镜片120的垂直断面。在任何情况下，与选定的尖锥形有关的光学中心线132的垂直分量，通常也被调整为与佩戴定向时佩戴者的法向视线130平行。

因此，除了为具有高度遮蔽的双镜片护目镜提供光学矫正镜片之外，本发明可以为其特征在于倾斜度的护目镜提供光学矫正镜片。术语“倾斜”和“光学矫正”进一步定义如下。

一般说来，“倾斜”将被理解为是对佩戴定向时镜片状态的描述，对于此状态来说，法向视线130(参见图8A)以并非垂直的角度将一垂直切线投到镜片120上。然而对于根据最佳实施例的光学矫正的护目镜来说，对被倾斜镜片的法向视线，通常与光学中心线平行并与其垂直偏移。因此，正确定向的镜片中的倾斜程度，可以通过法向视线垂直偏离光学中心线的距离来测量。

对于中心定向的镜片来说，如图10B所示，佩戴者的视线与光学中心线重合，因此并不显示有垂直偏移。虽然这样的镜片可在佩戴定位时进行光学矫正(如下文定义的那样)，然而该镜片并没有倾斜，不象本发明的最佳实施例。图10C表示一种向下倾斜的镜片取向，但是对它来说，光学中心线和法向视线是高度发散的，以致于没有“偏移”可供有意义地测量。虽然这样的镜片在传统意义上具有向下的倾斜，然而它有利于对眼睛提供向下的保护，并且与佩戴者的面部符合，它并不进行光学矫正。

作为对比，根据最佳实施例作出的法向视线通过倾斜的镜片，其特征在于对于光学中心线的垂直偏移为有限的，对于向下的倾斜最好为向下的偏移。在光学中心线与法向视线的偏移在以上提出的可接受的角度范围内的场合下，这种偏移应在镜片表面上或其附近进行测量。偏移的范围约从任何非零偏移至约8.0英寸。为了达到很好的倾斜，基线弯曲较低的镜片可能要求更大的偏移。然而对于基线为6弯曲的镜片来说，其垂直偏移应当大约在0.1英寸和2.0英寸之间。比较可取地是垂直偏移约在0.1英寸和1.0英寸之间，特别是在约0.25英寸和0.75英寸之间，而且约为0.5英寸最可取。

作为术语用在本说明中的“光学矫正”，是指一种镜片在佩戴定向时当通过下述一或多种值测量可显示出比较低的畸变，即通过对于棱镜畸变、折射能力和象散进行测量。根据最佳实施例的倾斜镜片，至少要能显示象1/4屈光度或3/16屈光度的棱镜畸变，通常约小于1/8屈光度，最好小于约1/16屈光度，约小于1/32屈光度更为可取。对于本发明的镜片来说，其折射能力和象散最好也低。其折射能力和象散中的每一个，至少也要象1/4或者3/16屈光度那样低，而且最好小于约1/8屈光度，约小于1/16屈光度比较可取，约小于1/32屈光度最为可取。

熟练的技术人员将会理解，将光学畸变减至最小的好处既适用水平尺寸又适用垂直尺寸。具体的好处是通过将这里讲授的原理应用于镜片的垂直和水平尺寸得出的，能够使对眼睛的横向和下部的***保护(通过遮蔽和倾斜)与遍及佩戴者全部视角范围极好的光学质量结合起来。

此外，尽管这里描述的基本实施例在水平和垂直两断面内具有固定的半径，然而与本发明连同一起，在两平面内具有种类繁多的镜片构形是可能的。因此，例如本发明的镜片不是其内、外表面之一就是两者通常与一球面形状符合，如图6及7所示。换一种方法，该镜片的内、外表面之一或两者，可以与一正圆柱体、截头圆锥体、椭圆柱体、椭圆体、旋转椭圆体、其它非球形或者其它许多三维形状中的任一种相符合。然而，不管表面之一具体的垂直或水平弯曲如何，另一个表面应当被选择为能将安装及佩戴定向时镜片的折光能力、棱镜畸变和象散之一或以上减至最小。

图9至12将帮助根据本发明最佳实施例描述在镜片毛坯122上选择位置从中切出右镜片120的方法。应当理解，类似的方法将被用来构成最佳实施例的双镜片护目镜中的左镜片。

作为第一步，可以选择所需要的镜片内或外表面138及136的总弯曲。对于首选的镜片120来说，这种选择决定了镜片毛坯122的基线值。如在此另外一处指出的那样，其它一些弯曲也可连同本发明一起被利用。镜片厚度的选择也可为预选的。具体说来，可以选择最小的厚度，以致该镜片耐得住预选的冲击力。

所期望的镜片形状也可选择。例如，图12表示镜片120前立面形状的实例。具体形状的选择，通常与这里公开的定向的偏心镜片的光学特性无关。

对于镜片所期望的佩戴时的方向也应当选择，其与佩戴者126的法向视线130有关。如前面指出的那样，最佳的佩戴方向，可以为侧向保护和遮住***光线以及美学原因提供显著的侧向遮蔽还有某种程度的向下倾斜。例如图6至12表示的实施例，使用的是倾斜镜片120达到遮蔽。另一种办法是，遮蔽也可以通过使用较高基线的镜片和更普通的(非倾斜的)取向来达到。图9及10更清楚地表示如何相对佩戴者的视线130定向。

护目镜的设计者也可以选择倾斜度或者垂直倾斜，如从示意表示镜片相对于佩戴者126头部的各种垂直佩戴时方向的图10A至10C中可理解的那样。图10A表示镜片120相对于佩戴者126头部，特别是相对其正前方的法向视线130的最佳取向。如图10A表示的向下倾斜由于多种原因是所想望的，其中包括对常见的头部骨胳适应的改善。如按照此处的公开看来本领域的技术人员可以清楚的那样，具有落在与光学中心线132相交的水平面下方的机械中心点的镜片120(参见图7)，将容许该镜片以图10表示的向下倾斜被定向，而且通常还在光学中心线和正前方视线之间保持平行关系。由于镜片120在想象的球中对于光学中心线132的取向应与佩戴定向时该镜片120与法向视线130平行线之间的取向相同，故在光学中心线132下方由此球切出的任何镜片，均可以相应的向下倾斜度被安装，并且达到本发明的光学矫正。

因此，所需要的倾斜程度，可以通过确定法向视线130和光学中心线132之间偏移的垂直分量来选择，如图10A所示。总之，偏移越大，向下的倾斜越大。一般说来，根据本发明的垂直偏移将大于零。通常约从0.1英寸至2英寸，取决于基线的弯曲。此垂直偏移最好约从0.1英寸到1英寸，或者0.2英寸或更大。更为可取地是约从0.25英寸至0.75英寸，且其在一实施例中约为0.5英寸。

另一个办法是，总体形状可以选择，并由其确定法向视线相对镜片弯曲的方向(对于镜片的厚度并不考虑)。例如，图10A提供上边缘152和下边缘154相对于法向视线130的一双参考点。此关系随后可被利用来确定由之切出镜片的镜片毛坯上的位置，如从下文讨论图11A可以清楚的那样。

现在参见图11，所表示的是镜片120对镜片毛坯122的水平取向的映象。被选定的取向是相对法向视线130测定的，法向视线130被保持在与光学中心线132基本上平行而且偏移。对于较低的基线弯曲来说，此偏移的垂直分量通常约在0.1英寸至8英寸的范围内。

一旦美学上的设计和所需要的倾斜及遮蔽定向(如图11所示)被确定(例如通过选择框架150)，而且所形成的镜片毛坯122的基线弯曲符合该美学设计的要求，那么此美学设计可以通过图形或者数学方式“投影”到理论上的球或者毛坯的表面上，以显示出适合于用作镜片120的那部分球。镜片形状对于该球的投影将在球的表面附近运动，直至其被定位以使在该位置由球切出的镜片对于美学设计呈现适合的遮蔽和倾斜，而且镜片120并无离开其原来方向(按原来方向，球的光学中心线一般要与佩戴定向时所期望的法向视线平行)的任何旋转。

类似的同步投影可以为垂直定向的选择进行，如图11A所示。图11A示意表示从选定的框架150到镜片毛坯122上位置的投影。框架150(或者如图10A提供的原理性构形)以镜片上边缘152和下边缘154的形式相对于视线130提供参考点。然后此投影可被向上或向下移动，直至其上边缘152和下边缘154两者同时与镜片毛坯外表面136上的相应点对准为止，另一方面又保持视线130基本上与光学中心线132平行。

水平断面和垂直断面两者的投影可以同时进行，从而在镜片毛坯122上面确定与所期望的镜片的三维形状(包括图12表示的前立面形状)对应的唯一位置，在此位置上视线130与镜片毛坯122的光学中心线132或其它参考线平行。当然应当理解，线130和132可以基本上平行，就是说在前面提到的可以接受的角度偏差范围内。

然后此形状可从毛坯122中切出，或者按照镜片的最终构形模压而成。所得到的镜片120不仅与期望的形状一致，且在佩戴定向时使棱镜畸变最小。

图12表示一种镜片毛坯122，其凹面朝向图面以致所表示的与图6及7中球的一部分表面符合。在图12中，镜片毛坯122是形成在理论上的球上的，以致于毛坯的机械中心被表示在中央的水平子午线上该图的中心。被表示的镜片断面120具有中央边缘148、侧向边缘144、上边缘152以及下边缘154。右镜片120的中央边缘148位于靠近镜片毛坯122光学中心处。

右镜片120的至少一部分位于镜片毛坯122的下方左首(第三)象限中。本发明的实施例中，最好显示遮蔽和向下的倾斜两者，至少约为镜片面积的一半落在镜片毛坯122的第三象限内。最好镜片120的全部或者大体上全部面积位于所表示的光学中心线的左下方，如图所示。显示出类似倾斜度但较小遮蔽的镜片可被定位在镜片毛坯122上，以致于大到50％或者更大的镜片面积是在镜片毛坯122的右下(第二)象限内。

图12A表示由之能够切出左镜片120L的同样镜片毛坯122上的位置。左镜片120L具有中央边缘148L，侧向边缘144L，上边缘152L以及下边缘154L。左镜片120L是以虚线绘出的，因为对于所表示的断面来说，右镜片120和左镜片120L两者不可能从同一块镜片毛坯122中切出来。相反，所表示的左镜片能够从与第一镜片毛坯122相同的第二镜片毛坯上表示的位置中切出。

由于左镜片120L应当与右镜片120对称而且相反，故左镜片120L乃是右镜片120的镜面象。例如，右镜片120的象可以跨过光学中心线130和球124的两极通过的垂直平面被翻转。其上可被投影出该象的镜片毛坯可以与所表示的镜片毛坯122相同，但其围绕机械中心旋转了180°。

换句话说，左镜片120L的位置也可被看作右镜片120跨过垂直对称轴线的镜面象。如图12A表示的那样，左镜片120L是相对于右镜片120翻过来的。对于最佳镜片毛坯122来说，垂直对称轴就是水平的中央子午线170，它将镜片毛坯122分成上下两半，其中每一半与球124的上半球和下半球符合(图6及7)。因此，对于每一中央边缘148L、侧向边缘144L、上边缘152L以及下边缘154L的水平位置(即距镜片毛坯122中央或者侧向边缘的距离)，是和对于右镜片120的对应点相同的。左右镜片上对应点距离水平子午线170的垂直距离也是相同的，但在相反的方向上。例如，左镜片120L的上边缘152L在水平子午线170上方的距离，大约与右镜片120的上边缘152在水平子午线170下方的距离相同。

因此，任何倾斜的双镜片实施例的左镜片120L，基本上是从最佳镜片毛坯122的上部一半切出来的，而其右镜片120基本上是由同一镜片毛坯的下部一半切出来的。在双镜片的实施例显示出遮蔽和倾斜两者的场合下，最好是左镜片120L基本上从最佳镜片毛坯122的左上(第四)象限中切出，而右镜片基本上是从第三象限切出。如在此上下文中使用的“基本上”，是指镜片120或120L大于50％的表面积落在最佳镜片毛坯122的相应一半或象限内。

当然，这种描述被局限于一种镜片毛坯122，该镜片毛坯122由一通过中央水平子午线170(即该镜片毛坯122的尖锥形是垂直对称的)但不通过机械中心(即该镜片毛坯122的尖锥形不是水平对称的)的光学中心线进行描述。可以理解，另一种可供选择的镜片毛坯可以利用另一种变截面。熟练的技术人员可以对由之切出左右镜片的位置进行调整，以使佩戴定向时法向视线基本上保持与光学中心线平行，不管此变截面是否对称。

因此，本发明提供一种保证尖锥形和由佩戴者眼睛至镜片表面的可变入射角之间恰当符合的准确方法。通过考虑佩戴者视线和尖锥形形式中间的新的关系，本发明容许使用多种镜片设计的任一种，然而能将象散、折光能力和棱镜畸变减至最小。例如，设计者可以为镜片相对于佩戴者视线选择所希望的取向和弯曲。这种方向和弯曲可以从倾斜、遮蔽、基线值及对佩戴者面部的接近度的广泛范围中选出。尖锥形的形式和镜片断面在理论球或其它形状上的位置，随后也可通过本发明的方法进行选择，以使佩戴定向时的棱镜畸变被减至最小。

尽管上述本发明已通过某些最佳实施例进行描述，然而对于本领域的普通技术人员来说，鉴于这里的公开，其它一些实施例将变得显而易见。因此，本发明并不确定为要受列举的最佳实施例的限制，但被确定为只受参照所附权利要求的限制。

Claims (16)

1.一种带有佩戴定向时可作光学矫正的镜片的眼镜(eyeglass)，包括：

一个眼镜框架，用于将至少一个镜片相对于佩戴者的法向视线悬挂在预定方向，以及

至少一个固定在该框架上的眼镜片；

其中所述的镜片在佩戴定向时显示出遮蔽和倾斜两种作用，而且上述镜片在佩戴定向时显示出大约不大于1/8屈光度的棱镜畸变，以及大约不大于1/8屈光度的折光能力。

2.根据权利要求1的眼镜，其中所述镜片在佩戴定向时显示出大约不大于1/16屈光度的棱镜畸变，以及大约不大于1/16屈光度的折光能力。

3.根据权利要求1的眼镜，其中该镜片的特征在于光学中心线，且该镜片被定向在框架中，以使佩戴定向时此光学中心线基本上平行于佩戴者的法向视线。

4.一种由镜片毛坯切成左右镜片的方法，包括如下步骤：

提供至少第一和第二块基本上相同的偏心的镜片毛坯，其中每一毛坯具有为毛坯光学中心线通过的对称轴，并由其将此镜片毛坯分成第一和第二个一半；

选择第一块镜片毛坯；

切出作为一付眼镜的右镜片，以致于大于50％的右镜片是从第一块镜片毛坯的第一个一半切出的；

选择第二块基本上相同的镜片毛坯，并且

切出作为一付眼镜的左镜片，以致于大于50％的左镜片是从第二块镜片毛坯的第二个一半中切出的。

5.根据权利要求4的方法，其中每一块镜片毛坯都是围绕其对称轴垂直对称的。

6.根据权利要求4的方法，其中每一镜片毛坯的至少一个表面与球一致。

7.根据权利要求4的方法，其中每一镜片毛坯都是沿其对称轴水平非对称的。

8.根据权利要求7的方法，其中每一镜片毛坯在中央一端比较更厚，大于50％的右镜片是从第一块镜片毛坯第一个一半的侧向象限中切出的，而且大于50％的左镜片是从第二块毛坯第二个一半的侧向象限中切出的。

9.一种眼镜(eyeglass)，包含一种无折光能力的偏心的眼镜片的镜片，在相对于佩戴者的法向视线佩戴定向时可进行光学矫正，它包括：

一个框架，以及

至少一个固定在该框架上的镜片，并且通过该框架相对于佩戴者法向视线定位在预定方向上，所述镜片具有一外表面及一内表面，且其外表面与具有第一中心的第一个球的部分表面一致，内表面与具有第二中心的第二个球的部分表面一致，而且光学中心线通过第一及第二个中心伸展，

其中该框架将该镜片保持在佩戴时的方向上，以致于光学中心线通常被保持在与佩戴者法向正前方视线平行且在垂直及水平方向上与其留有间隔。

10.根据权利要求9的眼镜，其中光学中心线偏离与佩戴者法向视线绝对平行，至少在垂直和水平平面之一中不大于约3°。

11.根据权利要求9的眼镜，其中光学中心线在垂直平面内与佩戴者法向视线的间隔不大于0.1英寸左右。

12.根据权利要求9的眼镜，其中光学中心线与佩戴者法向视线的间隔，至少在垂直及水平平面之一中至少为0.5英寸左右。

13.根据权利要求9的眼镜，其中光学中心线距佩戴者法向视线的垂直位移，约在0.25英寸和0.75英寸之间。

14.如权利要求9所述的眼镜，包括两个镜片。

15.如权利要求9所述的眼镜，其中在佩戴定向时的棱镜畸变不大于1/8屈光度左右。

16.一种由偏心的镜片毛坯切出无折光能力镜片的方法，所述镜片为在眼镜片框架中使用，其中该镜片在佩戴定向时将显示出遮蔽和倾斜两种作用，且在佩戴定向时能将光学畸变减至最小，该方法包括如下步骤：

至少对佩戴定向时决定所希望的倾斜和遮蔽的点设计出眼镜片；

获得具有光学中心线的偏心的镜片毛坯；

在该镜片毛坯上为切出镜片选择位置，以至于由该位置切出的镜片相对于光学中心线，将显示出与其在被切出之前(一旦安装在眼镜片上并放在佩戴时方向上)相对于法向视线的平行线所显示的同一方向，以及

由镜片毛坯上的上述位置切出镜片。

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