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第一章 渐进镜片的发展

第一节  从单光镜到渐进镜

对透镜进行分类,有多种方法,但最常用的方法是按透镜的形式进行分类,按这种分类方法进行分类,透镜可以分为:

单光镜

凸球面镜

 

 

 

凹球面镜

 

 

 

平光镜

 

 

柱面透镜

单柱面透镜

凸柱面透镜

 

 

 

凹柱面透镜

 

 

球柱面透镜

凸球面

凸柱面透镜

 

 

 

凹柱面透镜

 

 

凹球面

凸柱面透镜

 

 

 

凹柱面透镜

复光镜

双光镜

 

 

 

三光镜

 

 

 

渐进镜

 

 

可以看出渐进镜片属于复光镜片类,但又是同复光镜中的双光镜和三光镜有着明显不同的镜片,可是它们又是具有

相同矫正作用的镜片,这个作用就是矫正老视眼的近距离调节力不足。老视眼的问题,可以说是一个古老的问题,可能从人类本身诞生的时候就存在了,经过了漫长的岁月,人们认识了这个问题,并且解决了这个问题的屈光矫正。

一 、白居易的眼

老视眼是在什么时候被人注意和认识到是个问题,现在已经很难追溯了,只能在浩翰的文字中去寻找珠丝马迹。我们通过白居易的一首词来探讨一下这位唐朝伟大诗人的视功能。

花非花  白居易

花非花,雾非雾,夜半来,天明去。

来如春梦几多时,去似朝云无觅处,

黄进德先生认为,此词写作时间无法得到确切考证。通篇隐语,当为咏官妓之作。美人馨香飘逸,意境迷离,富有神秘色彩。

我认为白居易的这首词可能与官妓无关,而是对其眼视功能状况的真切描述:是花可又不是花,确实看不清楚。眼前好像有一层雾,但的确不是雾。半夜里它来了,天一亮它又走了。它来的时候,就跟春天的梦一样不知在什么时候出现。它走的时候,就像早晨的朝霞一样说走就走了,让你都没有个找的地方。

我们从视功能考虑的话,白居易当时应为中年以上,也就是说此词的写作年代不太可能早于公元817年。白居易写这首词时的眼睛,晚上看不清楚,而且是夜半时分,显然是在近距离工作一段时间后才出现这种现象。这种现象白天没有,是因为白天照明条件好,瞳孔缩小,景深增大,改善了调节力的欠缺;晚上之所以出现,是因为照明条件差,瞳孔扩大、景深减小,使用调节力较大,持续一定时间则产生视觉疲劳,调节力不足就明显出现了。为什么这么捉摸不定呢?只有一个可能:这位伟大诗人的用眼是不均衡的,有时候用眼多,有时候用眼少。用眼多的时候,就出现了。用眼少的时候,眼不疲劳,当然不会出现。这不是老视眼症状的一个生动例子吗?

可以推测,白居易写作这首词时的眼是老视眼,其年龄应在45~5O岁之间,即在公元820年前后,此时正值白居易发生老视眼的时期。该诗也是对白居易眼睛视物情况的真实写照。

通过白居易的眼的探讨,我们只是想说明:不管是古代,还是现代,老视发生后的表现,对已发生的人而言,的确是一个问题。这个问题在古代,可能是一个迷,而且没有什么办法;而在今天,恐怕无人不知:使用凸透镜就可以矫正了。

二、老视眼的矫正

写作《花非花》的白居易的眼是否得到矫正,我们无从知晓,但可以说老视眼的矫正,也同样有着一个较长的历史进程。

在考古中,人们在东晋的墓中曾发现过水晶透镜,其直径为2cm,其矢高为0.2cm,其屈光度大约为+10.50D。同样,考古人员在扬州汉墓中也发现了水晶放大镜(可以放大4.5倍)。人们推测这种考古发现的水晶透镜就是眼镜的早期形式,这种可能是存在的,但缺乏相关资料的证实。根据史料记载,使用透镜改善视力的大致有以下几种说法:

(1)早在公元11世纪前后,阿拉伯人已经使用透镜来改善视力状况。

(2)中国南宋时期,一位名叫史沆的狱官发明了眼镜。

(3)意大利人马可.波罗到中国的北京,看到元朝官吏有的戴着眼镜。

(4)意大利人阿马提在1280年制作成眼镜,并建议佩戴在眼前。有人猜测,这是马可.波罗告诉了威尼斯的工匠,并由这些工匠仿制而成的。

(5)宋朝人赵希鹄《洞天清录》中曾讲到的叆叇就是眼镜,可以用来阅读。

到底什么时间发明的眼镜,发明人是谁,说法不一,较一致的看法是:13世纪前半叶,史沆发明了眼镜。欧美人认为:是阿马提在1280年第一次制作成完整的眼镜。当然,这些文字中记录的眼镜,其功能就是矫正老视眼,即补充老视眼近距离工作时调节力的不足,显而易见,以上提到的透镜是只具有单一焦点的单光镜。正是这类透镜开创了矫正老视眼近距离工作时的屈光力不足的先河,同时宣告了眼镜的诞生。尽管到了今天,我们仍可以肯定的说:单光镜仍然是最普遍被采用的矫正老视眼近用视力不足的眼镜。但这种单光镜使用起来也有不方便之感,那就是不能兼顾看远与看近,使用中需要频繁摘戴。

兼顾看远和看近两种用途的眼镜,是当时人们在使用单光镜时的一种向往。这个向往由美国哲学家本杰明.富兰克林变成了现实,这位哲学家于1784年,将一枚远用镜片与一片近用镜片各切一半,精心磨齐接边,并对接嵌入镜框,制成了世界第一副双光镜,这就是富兰克林双光镜。这种眼镜的机械性能是不佳的,保养不便,但却开创了矫正屈光不正的新的空间——兼顾看近矫正的方法。经过人们在实践中不断改进,不断地在视生理的过程中进行探索,并引进了新的工艺和方法,先后经过胶合双光镜、熔合双光镜、整体双光镜的形式变化。从材料上看,双光镜由原来的玻璃一统天下,发展到今天的玻璃与树脂材料并举的格局,双光镜的改进走过了二百多年的历史。时至今日,光镜仍是老视眼解决远、近距离兼用矫正的有益的选择。双光镜对于中距离目标的视觉效果不佳,这一问题在双光镜的不断改进中就被发现了

在对双光镜不断改进的过程中,人们用再增一光的办法,以达到远、中、近三个距离的视觉矫正效果,这种眼镜就叫做三光镜,但采用者远少于双光镜。

在双光镜及三光镜的不断改进中,有一个问题始终困扰着镜片的设计者,这个问题就是:戴镜后视野无法连续、出现视像断裂现象。如何解决视像断裂问题,成了镜片设计者研究的课题。渐进镜片的产生则是一种必然的选择的结果。

三、渐进镜片的诞生

镜片上采取什么形式.可以使戴用者的视像连接呢?美国的欧文.阿维兹于19O7年首先提出了镜片上镜度渐进变化的概念:镜片由前、后两个曲面构成,将后面设计成球面形式,将前曲面设计为垂直方向为弹道曲线状的曲面形式(图1-1)。 1909年,亨利.奥尔伯德.高兰夫提出了使用非球面技术解决镜片渐进的设想,但没有付诸实施。1920年,波莱恩和考涅特提出了新曲面的概念,即镜片的两个曲面由弯曲度自上而下逐渐加大的镜面构成,从而实现自上而下镜度的逐渐增加的目的 (图1-2)。两种镜片模型分别提出了渐进镜片的概念和各自的设计思想,但这两种镜片有同样的明显缺陷:像差太大,超出了人眼所能承受的限度,无法戴用。

不过,人们从欧文.阿维兹的弹道曲线状的曲面和以后的新曲面两种模型中看到了光明前景:只要解决了像差问题,一种新型的眼镜片就会诞生。人们又投入到解决像差探索的活动,但像差不易消除,渐进镜片一直无法进入实用领域。

二战后,进入了一个相对和平的时代,为渐进镜片研究提供了稳定的社会条件。正是在这种条件下,德国人路斯提出了关于镜片斜射像散的新观点,即:斜射像散无需百分之百的要消除,只需消除到人眼无法觉察的程度就可以了。这一观点为镜片设计打通了新的道路。

法国依视路公司的工程师和视光师博那德.梅特纳兹及其同事进行了最后攻关,并于1951年对渐进镜片进行描述,第一次描述了这种镜片的加工方法。在成功描绘加工方法后,梅特纳兹及同事对镜片的光学特性及加工工艺进行了大量的研究工作,于1958年研制成功宣告了一种新型镜片的诞生。在同一年,依视路公司在商店为顾客试戴成功;也是在这一年,这种镜片在巴黎国际眼科大会上正式推出。1959年依视路正式命名这种镜片为:VariluxI,并将其投入市场,一举成功。

第二节  渐进镜片的发展

渐进镜片的研制成功,可以说为眼镜行业经营开创了新时代。那么,是什么开创了这个时代呢?其根本的技术支持就是镜片自上而下的镜度变化。

我们就从梅特纳兹研发的渐进镜片焦点曲线的变化来考察镜片镜度变化的规律。梅特纳兹镜片焦度曲线的变化,总的趋势是由单曲线(指数曲线)向双曲线(正弦曲线)转变(图1-3)。

 

a.1951~1953年时镜片焦度曲线,呈指数形式。

b.1956年时镜片的镜度曲线,仍为指数形式,但其弯曲度增大。

c.1957年时镜片的镜度曲线,呈正弦形式。

d.1958年时镜片镜度曲线,呈正弦形式。

从曲线变化来看,1951~1956年期间着重探索的是镜片自上而下镜度的均匀变化。1957年后转向对镜片中段镜度特殊变化的探索1958年,镜片中段镜度变化呈现出远用和近用区域间连接方面的特点:明确的中段渐进变化区。依视路自1959年渐进镜片推向市场以来,至今已推出第五代渐进镜片,我们就以这五代镜片为线索,对渐进镜片的发展进行回顾。

一、第一代渐进镜片

第一代渐进镜片,即VariluxI。这是首次推向市场的渐进镜片,该镜片在设计中,对远用和近用的配用效果给予了足够的重视,但对镜片周边区未能充分注意,在整个设计中对眼的生理动态状况的注意不够,忽视了人在阅读时双眼的会聚作用。镜片在设计中采用了镜片自身对称性设计的方式。

这种镜片的平面区域分布(图1-4)显示出其特点为:

(1)宽阔的正视中央区域。

(2)狭窄的镜度渐进区域。

(3)单只镜片的镜度呈现水平区域对称分布。

戴用这种镜片,戴用者可以获得满意的远用视觉效果和较满意的近用视觉效果,但旁视效果不佳旁视时,使用镜片区域的光学性能,左眼与右眼不对称,因而旁视时会出现复视、像的不相称的现象由于中央区较宽阔,是用周边区像差换取得,因而通过周边区视物,获得的物像畸变明显当戴用者将视线横擦过镜面时,由于像的扭动变化会产生眩晕的症状。镜片的单只垂直轴对称设计,使戴用者在阅读时,镜片的类近用光学中心与通过镜片视线间会产生.5mm的水平互差,即配装成的眼镜,与人的视线的互差为5mm

在使用方面,该镜片的设计强调“头随物转”。也就是说看物,不应采用目光追随的方法,而应采用保持直视状态下头位的追随运动性注视方式。这种注视方式,与人们实际生活的注视进行比较是有差异的。戴用者需要有意地控制眼的习惯性旁视,刻意加强头部的水平运动,以求可以适应镜片旁视时造成的像差。

经营者考虑到使用中可能和已经出现的情况,曾试用将镜片下部内旋的办法,以期解决渐进镜片在阅读时水平互差问题,虽然水平互差得到了一定解决,但却又出现了周边区像差对鼻侧视野的像干扰。

第一代渐进镜片,是第一次成功进入市场的渐进镜片,也是一种必须用新型的渐进镜片来取代的镜片。

二、第二代渐进镜片

第二代渐进镜片即Varilux Ⅱ,又被称作“生理性渐进镜片”,于1972年推向市场,并获得成功。

第二代渐进镜片的设计中,充分考虑了第一代渐进镜片的不足,自始至终坚持了:

(1)中央区域:更高标准的视效能原则。特别是着重在中距离视效能的提高。

(2)周边区域:减少像散的原则。鉴于周边视野的作用和镜片周边域不可能不用的情况,减少渐进镜片周边区的像散是第二代渐进镜片设计的主要课题。

(3)正视条件下,远、中、近距离注视的视觉的对称原则。

这种镜片具有较宽阔的中央视域,与第一代渐进片比较,不管远距离、中距离、近距离都有更宽的视域和更好的视觉矫正效果。周边区像散的有效控制,使得戴用者晕动症状发生率明显少于戴用第一代渐进镜片者。戴用者感觉到的周边区像散也比第一代渐进镜片要小得多。单只镜片的非对称设计成功地解决了双眼注视时双眼的对称性运动与镜片上点的对应关系。总之,第二代渐进镜片,可以使戴用者获得较为舒适的视觉效果。

在依视路推出第二代渐进镜片后,很多眼镜片的生产厂商纷纷开始了对渐进镜片的设计、研制和开发,就设计思想而言,大致有以下三种:  

1.突出中央区域(包括远用区和近用区)视觉的有效的宽度

这种设计思想采用的方法是:将像散区尽可能推向透镜周边部,从而减少像散对视网膜像的影响,并通过像质的改变提高视觉的舒适度。当时,美国视光学会、苏拿VIP采用的就是这种方法。

2.提倡区域并重的原则

这种设计思想采取了同上述方法相反的做法:通过减少单位区域像散,将像散区域扩大的办法,也就是说,单位区域的高度像散程度减低,低度像散程度适当提高。通过这种方法,使镜片区域间比较像差趋于均衡,从而提高戴用者的适应性。美国视光总会就是该设计观点的支持者。

3.强调视均衡的原则

这种设计思想特别强调人眼视物时眼的联合运动,这种运动表现为:双眼对目标追随注视时,双眼视功能的中央对称。这种设计思想是通过单只镜片的非对称设计来实现的。而这种非对称是以生理运动为基础,也就是以双眼视运动的中央对称性为基础的。戴用者使用这种镜片,可以获得较好的双眼视功能的均衡,使戴用者适应性得到了提高。蔡斯Gradal HS就是这种设计思想的代表镜片

三、第三代渐进镜片

第三代渐进镜片,即Varilux  Multi-design,也叫做多样化设计渐进镜片。行业中又有人称其为多设计渐进镜片。

第三代渐进镜片的设计与推广,是因第二代渐进镜片的戴用者提出了更高要求。同时,戴用者增多出现了新的需求,正是在这种情况下,依视路公可设计推出了新的第三代渐进镜片。为了强调这种镜片的多样化设计的个性特征,当时这种镜片简称为Varilux MD

第三代渐进镜片多样化设计的特征是什么呢?要搞清楚这个问题,就得从第二代渐进镜片谈起。第一代渐进镜片和第二代渐进镜在设计中,使用的加光基准参数是加光+2.0D的参数系,也就是说含有加光的曲面,是以+2.00D加光参数设计和加工的。不管加光是多少,参数系不变。理论上说,这样设计的镜片,只有下加+2.00D的曲面是合理的,而非下加 +2.00D的镜片就不可能合理。实际中,戴用下加+2.0D的人就容易适应,而下加镜度非+2.0D的适应起来就困难得多。这个问题必须解决,否则的话,渐进镜片的推广就会增加难度。第二代渐进片戴用者因屈光状态不同,戴用效果也不同。如果近视眼,会感到用边缘区看远时,清晰度下降;而远视眼,会感到近用时,清晰区过窄,只能以头的转动进行补偿。第二代渐进镜片对高镜度处方无镜片可选。

正是基于以上原因,设计者提出了最大程度满足视觉生理的需求,以适应不同年龄老视者辐辏等的需求的观点。解决方法只能是寻找各加光度的合理曲面。

设计者正是基于以上观点,对每一种加光度都进行了专门的设计,确定了每一加光度的合理的渐进曲面,即确认了下加光度+1.00D~+3.00D的曲面参数。一共9个加光级,其产品介绍中说共有12种设计曲面。这种曲面数目对应情况未见到相关资料,笔者推测:

加光度相同,透镜类别不同,曲面不同。

就具体加光度而言:+1.0D;+1.25D~+1.50D;+1.75~+2.25D;+2.50D;+2.75D;+3.0D;合成6组,每组使用一个曲面,恰好12种(仅供参考)。

第三代渐进镜片的设计者还对加光的渐进变化进行了研究和改进生产厂家称未改进的镜片镜度变化性质硬性经过改进的叫软性并将这种改进后的设计叫软性设计。经过这种改进设计的镜片远用区域宽大,畸变可以忽略;中距离用区域较宽;近距离用区域也可以获得良好视域和良好的视觉效果。第三代渐进镜片设计同样保持了第二代渐进镜片设计思想的优点,采用双眼视力均衡的非对称设计思想和减小各区域比较像差和点像差软调制的方法。

四、第四代渐进镜片

又称舒适型渐进镜片,即Varilux Comfort,1993年进入市场。第四代渐进镜片设计的指导思想是:使戴用者得到更接近于正常生理状态的视力。

第四代渐进镜片在设计上特别强调加光镜面距离的加光节律的变化,尤其重视85%加光量位置的高度。以近用加光+2.0D镜片为例,以前的镜片,85%的加光量(即+1.70D)大约需在“+”标志下15mm处获得,舒适型镜片只需在“+”标志下12mm处就可获得。这样处理后,近用区域提高,渐进镜片近用区域的宽度得到扩展,从而使戴用者不用刻意寻找近用的最佳点,而是能比较自然和轻松地得到近用加光度。同时也可以肯定地说,镜架的选择变得宽松了。

第四代渐进镜片的设计中,将软性设计继续推进,进一步减小了镜面点与点间镜度变量,使得第四代渐进镜片可以给戴用者提供更好的瞬间适应效果,从而使戴用者获得更好的运动视觉。点间镜度变量减小的另一作用是,戴用者会在使用中明显地感受到近用和中距用时清晰视野的宽度得到扩展。这种扩展可使戴用者的头部的运动减少。

第四代渐进镜片继承了非对称设计和多样化设计的方法,从而保持了良好的双眼视觉平衡的效果。

五、第五代渐进镜片

第五代渐进镜片又被称为“全景超视渐进镜片”,其英文为: Varilux Panamic,其直译应为: “变化的光,全超微”,现多译为“万里路,全景超视”。

第五代渐进镜片是在2000年初推向市场的,它使用的材料的折射率为1.6,色散系数为 36。第五代渐进镜片开创了总体设计的全新理念,这种理念的认识基础是:人对任何方向的视觉质量都会对其空间视觉和知觉产生影响和干扰。使戴镜者获得更完美的空间视觉和知觉,这就是总体设计理念的出发点。总体设计理念是由以下几个方面的特征来实现的:

1.镜片周边镜度变化的均匀速率

图1-5中,显示第五代渐进镜片较对比镜片的边缘镜度变化要平滑得多:PAL-S镜片下降峻峭,水平向有明显波峰状;PAL-P镜片下降峻峭,水平方向呈细波平面,继而急剧下降;第五代渐进镜片,没有波峰与平面现象,而呈平滑下降状态。

2.更完善的多样化设计

第五代渐进镜片的设计时,根据屈光不正的镜度和老视程度两项指标,对+5.0D~-10.0D镜度区域和近用加光+1.0D~+3.0D区域,进行镜度变化的设计,经过严谨的计算,共设计出72款镜度变化形式,以满足戴用者的需求。

3.双眼更趋完美的光学性能对应

设计中,设计者特别注重双眼视物时视线在镜片上的对应位置,并通过精心的设计,使双侧镜片上视线的对应点达到光学性能的统一,从而保证了戴镜者双眼视感觉与成像的一致性。

4.合理的散光控制

第五代渐进镜片针对鼻侧周边区,进行了消像散处理,使新型镜片的像散比对照镜片有明显减少,以近用加光+2.0D为例(图1-6),图中显示,第五代渐进镜片较对照镜片有3个优势:①最大像散值低,+2.0D加光约降低24%。②最大像散点距镜片视中心点远,+2.00D加光约远15.4%。③像散在鼻侧和颞侧趋于均衡。

5.适中的近用位置

第五代渐进镜片仍使用了85%近用加光量设定在装配点下12mm,的方法,使得近用阅读的位置较对照镜片为高,其加光的渐进镜度曲线(图1-7)更适合人阅读时的生理姿势。这种设计也正适应了近年来选择垂直径线小的镜架的时尚要求。

第五代渐进镜片可以给戴用者带来的视觉效果的优势。可以概括为以下三点:

1.视像更趋向自然的完美

第五代渐进镜片趋于自然的完美通过三个方面予以支持:①减少镜片周边区像散,使其线性畸变较传统渐进镜片减少约21%(图1-8)。②渐进镜片的加光渐进带增宽,第五代渐进镜片较第四代渐进镜片宽约15%。③双眼视物时,视线通过镜片对应点的光学性能的一致性。

2.辨识效能得到提高

视像的高质量,水平方向中距离、近距离视野的增宽,提高了眼对物体的辨别能力。据资料介绍可减少用时0.12秒,约减少用时26%。

3.戴用者的姿势更自然合理

第五代渐进镜戴用者,可以获得与第四代渐进镜同样舒适的自然头位,注视与转动的视物中,头部没有什么不适感。

第五代渐进镜片正是基于以上视觉性能的优势,获得了戴用视觉效果远好于前几代的成功,同时使戴用者在戴用中拥有良好的动态视觉和对渐进镜片最佳的适应性。

以上我们是以依视路公可的产品为代表介绍了渐进镜片自身的发展过程。其实,不仅仅是依视路公可,其他公可也在不断发展着,开发着自已的产品,如尼康公可、豪雅公可(声称已推出第七代渐进镜片)等。应该相信,具有更优异性能的渐进镜片还在研究中,它的上市,肯定会给戴用者更完美的视觉效能。

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