Brevet FR2599157A1 — publié le 19871127

Lentille ophtalmique de Puissance uniforme à indice de réfraction variable dont le qradient Présente une symétrie de révolution Par rapport à l'axe oDtique. La présente invention se rapporte -à une lentille ophtalmique (verre de lunette) de puissance uniforme à indice de réfraction variable dont le gradient présente une symétrie de révolution par rapport à l'axe optique. Les lentilles ophtalmiques présentant un indice de réfraction variable ont souvent été examinées dans des articles scientifiques. A titre d'exemple, on se référera à l'étude "GRADIENT INDEX OPTICS" de W.N. Charman (The Ophtalmic Optician, 1981, pages 72-84) et à 15 la bibliographie qui y est dressée. Comme on peut l'apprendre par cet article (page 80, colonne de gauche), on a considéré jusqu'à présent les lentilles ophtalmiques à indice de réfraction variable comme un substitut des lentilles ophtalmi20 ques à surfaces non-sphériques à propriétés optiques "de qualité comparable" (page 80, colonne de gauche, suite). On connaît également une lentille ophtalmique de puissance uniforme par la demande de brevet allemande publiée avant examen n' 27 07 601. On peut apprendre, 25 par cette publication, qu'"en choisissant avec soin la courbe de base non-sphérique et les gradients d'indice de réfraction", on peut réduire les aberrations plus qu'il serait possible seulement au moyen d'une courbe de base non-sphérique. Pour y parvenir, on fait varier 30 l'indice de réfraction radialement, en particulier, par paliers. On mentionne seulement en passant une variation continue de l'indice de réfraction, sans présenter de méthode technique définie. Le problème de réduction des épaisseurs 35 critiques des lentilles, c'està-dire l'épaisseur centrale dans les lentilles positives (convergentes) et _ X' l'épaisseur périphérique dans les lentilles négatives (divergentes), n'est examiné ni dans l'article de W.N. Charman précité, ni dans la susdite demande n' 27 07601. L'invention a pour objet des lentilles ophtal5 miques de puissance uniforme dans lesquelles l'épaisseur critique des lentilles soit notablement réduite, par rapport à l'état de la technique, tout en présentant au moins les mêmes propriétés de formation des images. Selon l'invention, on a constaté que la 10 réduction de l'épaisseur critique (en choisissant une courbe de base "plate", cosmétiquement 'favorable comme cela est prévu dans l'art antérieur) représente une condition *opposée pour la minimisation des aberrations". Cela s'applique particulièrement & des lentilles 15 ophtalmiques négatives, qui ne sont pas examinées dans la publication précitée (probablement pour cette raison). Par conséquent, il n'est pas possible (ce qui a été aussi ressenti comme un stade de la présente invention) de réduire l'épaisseur critique, tout en 20 réduisant notablement les aberrations, simplement en utilisant une surface non-sphérique. De façon surprenante, cependant, on aboutit à une solution appropriée du problème posé par l'invention en partant d'une lentille ophtalmique de puissance uni25 forme présentant un indice de réfraction variable dont le gradient présente une symétrie de révolution par rapport à l'axe optique, et en donnant à ladite lentille ophtalmique la caractéristique selon laquelle l'allure de la courbure de l'une au moins des deux surfaces de la 30 lentille optique est choisie, sans tenir compte de la correction de l'aberration, de façon que l'épaisseur critique de la lentille ophtalmique ne dépasse pas une valeur spécifique, et la correction de l'aberration a lieu essentiellement par la variation de l'indice de 35 réfraction. A ce propos, il est particulièrement surprenant que, pour réduire l'épaisseur critique des lentilles ophtalmiques, il est possible d'améliorer la diffraction ou l'allure de la courbure de l'une au moins des deux surfaces, sans tenir compte de la correction des aberrations, de telle façon que l'épaisseur critique 5 de la lentille ophtalmique, donc l'épaisseur centrale dans les lentilles positives ou l'épaisseur périphérique dans les lentilles négatives ne dépasse pas une valeur spécifique. Avec un indice de réfraction homogène, un tel choix de la surface non-sphérique, en particulier 10 dans le cas des lentilles négatives, donnerait des propriétés de formation d'image inacceptables. Néanmoins même avec une telle sélection de la surface nonsphérique, visant seulement à minimiser l'épaisseur critique, on obtient une correction des aberrations, 15 simplement en modifiant l'indice de réfraction (ce qui a été reconnu comme un élément de l'invention). Contrairement- au procédé de la demande précitée n' 27 07 610, il n'est donc pas nécessaire de choisir l'allure de courbure non-sphérique ou la variation 20 de l'indice de réfraction de façon que les aberrations soient miniminées, mais il est, au contraire, possible de rechercher différents objectifs (minimisation de l'épaisseur critique ou correction des aberrations) en choisissant la courbe de base sphérique ou l'allure de 25 courbure des courbes non-sphériques et la variation de l'indice de réfraction. Cependant, il n'est pas question d'exclure de choisir en plus l'allure de courbure de la surface ou des surfaces non-sphériques à symétrie de révolution de façon à réduire encore les aberrations. Par rapport aux surfaces indiquées dans l'art antérieur, on peut obtenir une beaucoup plus forte réduction de l'épaisseur critique (épaisseur centrale dans les lentilles positives) ou, dans le cas de la même épaisseur centrale, une correction bien meilleure des 35 aberrations, grâce aux modes de réalisation de la présente invention. 2599-157 Ce qui est particulièrement surprenant, cependant, c'est qu'il est possible de disposer pratiquement librement des aberrations ophtalmiques de base, de l'erreur de réfraction R et de l'astigmatisme S, avec 5 une épaisseur spécifique, en améliorant des lentilles ophtalmiques de puissance uniforme par le procédé de la présente invention. A titre d'exemple, on peut annuler l'une des aberrations fondamentales AR ou AS sur un angle visuel 10 lage (lentilles positives) ou pour tous les angles visuels (lentilles négatives). En outre, on peut aussi amener ces deux aberrations dans un rapport désiré, à titre d'exemple AR: AS = I: 2. En utilisant une allure de courbure non-sphérique spécialement optimisée pour 15 l'une ou chacune des deux surfaces, on peut même pratiquement annuler les deux aberrations au moins sur un domaine d'angles visuels étendu. D'autres modes de réalisation de l'invention sont décrits dans ce qui va suivre. On peut vaire varier l'indice de réfraction dans une lentille ophtalmique selon la présente invention, à titre d'exemple, par les moyens possibles décrits en regard de la figure 3 dé l'article "GRADIENT INDEX OPTICS" précité. On préfère cependant les possibilités offertes soit par un indice de réfraction qui est fonction de la distance à l'axe optique, soit par un indice de réfraction qui varie perpendiculairement à l'une au moins des deux surfaces pour améliorer l'indice de réfraction va30 riable à gradient présentant une symétrie de révolution par rapport à l'axe optique. Bien entendu, il est également possible de combiner ou de superposer ces deux possibilités. En tout cas, on obtient une réduction dis35 tincte de l'épaisseur critique tout en conservant d'excellentes propriétés de formation d'image. Dans le présent cadre, la lentille ophtalmique de puissance uniforme peut comporter ou non un prisme. De façon surprenante, même avec des lentilles positives à surfaces sphériques, il est possible non 5 seulement de réduire considérablement l'épaisseur centrale par rapport aux lentilles actuellement courantes par le choix approprié des deux rayons de courbure, mais également de redonner aux propriétés de formation d'image, qui seraient alors bien pires avec un indice de 10 réfraction homogène, au moins la qualité des lentilles positives de l'art antérieur par le choix approprié de l'indice de réfraction variable à gradient présentant une symétrie de révolution par rapport & l'axe optique. En réalisant l'une au moins des deux surfaces 15 sous la forme d'une surface asphérique, on peut encore réduire l'épaisseur centrale dans des lentilles positives et l'on peut encore améliorer la correction des aberrations. Dans ce cas, il est particulièrement avantageux, dans des lentilles ophtalmiques positives, 20 que la surface non-sphérique soit la surface frontale. Dans les lentilles négatives, si l'on donne à l'une des surfaces une forme non-sphérique à symétrie de révolution et que l'on choisit judicieusement l'indice de réfraction, on obtient une réduction de l'épaisseur 25 périphérique telle que cela entraînerait des propriétés de formation d'image inacceptables dans une lentille négative présentant une surface non-sphérique et un indice de réfraction homogène. Dans des lentilles négatives, il est avanta30 geux que la surface nonsphérique soit la surface postérieure. Parmi les différentes variations possibles de l'indice de réfraction, on peut citer que - l'indice de réfraction ne varie que dans la zone com35 prise entre l'axe optique et l'angle visuel central, et est sensiblement constant à l'extérieur de cette zone; et que - l'indice de réfraction diminue de laxe o* i% cor l'extérieur dans une lentille ophtalia;ue ozit.e et augmente dans une lentille ophtalmique nzgatlie. Bien entendu, il est possible de te.istr des surfaces à symétrie de révolution zelattvement aoM.tquées pour constituer une surface nonsphérïqe, cozme on peut le représenter, à titre d'ezeple, pa des développements en série exponentiels de degré supériesr O10 auxquels on superpose, si nécessaire, une oi quadratique. En outre, on peut réaliser la surface nonsphérique à symétrie de révolution au moyen de fonctions "pistolet" et les optimiser encore pour minimiser l'épaisseur centrale, également en ce qui concerne la correction des aberrations. Le concept de la présente invention permet cependant de réduire considérablement l'épaisseur critique simplement avec des courbes non-sphériques relativement simples. Le mode de réalisation d'une surface non10 sphérique présentant une symétrie de révolution est un compromis particulièrement avantageux entre la réduction de l'épaisseur critique et la simplicité de production. La présente invention ressortira plus clairement de la description détaillée qui va suivre d'exem15 ples de réalisation non limitatifs de celle-ci, en regard du dessin annexé dont: les figures 1 à 7 affectées des indices A et e (soit les figures la et lb, 2a et 2b, 3a et 3b, 4a et 4b, 5a et 5b, 6a et 6b, 7a et 7b) représentent l'allure 20 des fonctions d'indice de réfraction et des aberrations pour des lentilles ophtalmiques de puissance uniforme, présentant des surfaces sphériques ou non-sphériques et des épaisseurs centrales différentes, et les figures 8 à 11 affectées des indices a et 25 k (soit les figures 8a et 8b, 9a et 9b, 10a et 10b, 11a et 11b) représentent l'allure des fonctions d'indice de réfraction et des aberrations pour des lentilles ophtalmiques de puissance uniforme négatives, présentant des surfaces sphériques ou non-sphériques et des épaisseurs 30 périphériques différentes. Sur toutes les figures présentées dans la suite, la partie A représente une coupe (à l'échelle) d'une lentille ophtalmique perfectionnée par le procédé de la présente invention, comportant une surface anté35 rieure 1 et une surface postérieure 2. En outre, on a représenté l'épaisseur critique dont la valeur doit être réduite par les mesures préconisées par la présente invention. L'épaisseur critique est l'épaisseur centrale d dans les lentilles positives et l'épaisseur périphéri5 que _d dans les lentilles négatives. Par ailleurs, dans la section A, l'indice de réfraction n est représenté en fonction de la distance. -à l'axe optique, indiquée en millimètres. On se réfère expressément à la présentation illustrée de la fonction 10 d'indice de réfraction, en ce qui concerne la présente description. On a tracé, dans la partie b, l'allure de l'astigmatisme A S (ligne continue) et de l'erreur de réfraction t R (ligne discontinue), c'est-àdire l'écart 15 de l'effet de la lentille ophtalmique par rapport à la valeur dite prescrite en fonction de l'angle visuel. L'astigmatisme et les erreurs de réfraction sont indiqués en dioptries (dpt). Le tableau indique l'effet global D (en 20 dioptries), l'effet D1 de la surface antérieure 1 et l'effet D2 de la surface postérieure 2 (également en dioptries), ainsi que l'épaisseur centrale _ et l'épaisseur périphérique dr pour un diamètre de 66 mm, pour toutes les lentilles ophtalmiques représentées sur 25 les figures 1 à 10. Les figures la, lb à 6a, 6b illustrent des lentilles ophtalmiques positives à 8,00 dioptries. Les figures la, lb représentent une lentille ophtalmique de puissance uniforme, présentant des 30 surfaces sphériques et un indice de réfraction homogène no = 1,525. Les courbures de la surface antérieure 1 et de la surface postérieure 2 sont choisies de façon qu'il y ait des aberrations faibles. Comme le montre le tableau, l'épaisseur centrale d, de 8,79 mm, est 35 relativement importante. Les figures 2a, 2b représentent une lentille analogue à celle des figures la, lb, mais avec un indice de réfraction de no = 1,6. Les diffractions des deux surfaces sont choisies de façon que les aberrations soient faibles. L'épaisseur centrale d est réduite 5 seulement au minimum de 7,54 en raison de l'augmentation de l'indice de réfraction. Les figures 3a, 3b et 4a, 4b représentent une lentille ophtalmique de puissance uniforme présentant une surface antérieure 1 non-sphérique et un indice de 10 réfraction homogène de n = 1,525 ou 1,6. La surface antérieure asphérique est un hyperboloide de révolution aplati, satisfaisant à l'équation suivante: Z= Cr2 / 1 + -(K + 1)c2r2] -1/2 avec Jr, avec z = hauteur de la flèche, r = distance à l'axe de rotation, C = 1/R; R = rayon de courbure de la surface au sommet; K = coefficient de conique. On a: C = 1/R = D1/(n-1). En choisissant le paramètre de conique K (voir 20 tableau) de la surface non-sphérique de façon que l'épaisseur centrale d de la lentille ophtalmique soit seulement d'environ 60 % ou 50 % de la lentille sphérique d'indice de réfraction homogène représentée sur la figure 1 ou la figure 2, on aboutit (comme le 25 montre une comparaison des figures 3a, 3b ou 4a, 4b et des figures la, lb ou 2a, 2b à des aberrations R et S inacceptables qui dépassent déjà une dioptrie pour un angle visuel de 20'. On va voir dans la suite qu'on peut, de façon 30 surprenante, obtenir une forte amélioration de la qualité de l'image grâce & un indice de réfraction variable n(r), variant en fonction de la distance r à l'axe optique (axe de révolution), même lorsqu'on choisit des diffractions ou allures de courbure des surfaces indivi35 duelles aboutissant à de faibles épaisseurs centrales. Les figures Sa, 5b représentent une lentille ÀDo ophtalmique de puissance uniforme selon l'invention, comportant deux surfaces sphériques dont la diffraction est choisie de façon qu'on obtienne une épaisseur centrale de seulement environ 66 % de l'épaisseur centrale 5 de la lentille représentée aux figures la, lb. Un tel choix de la diffraction aboutirait à des aberrations A R et A S inacceptables avec un indice de réfraction homogène, qui atteindraient déjà plusieurs dioptries pour de faibles angles visuels. L'indice de réfraction a variant en fonction de la distance r à l'axe de rotation peut cependant réduire notablement les aberrations A R et A S. Les figures 6a, 6b et 7a, 7b, représentent également des lentilles ophtalmiques de puissance uni15 forme selon l'invention, dont l'indice de réfraction n'est pas constant (homogène), mais dépend de la distance à l'axe optique (axe de rotation). Les lentilles représentées sur les figures 6a, 6b et 7a, 7b correspondent aux lentilles représentées sur les figures 3a, 3b 20 ou les figures 4a, 4b, en ce qui concerne les allures de courbure des deux surfaces et la valeur de l'indice de réfraction au niveau de l'axe de révolution (r = O). Comme le montre les courbes des indices de réfraction n(r) tracées, sur la partie a des figures 6a, 25 6b et 7a, 7b, en fonction de la distance r, l'indice de réfraction est presque constant dans la zone centrale, d'un diamètre d'environ 10 à 15 mm, et diminue au-delà de cette zone. L'indice de réfraction de la lentille représentée sur les figures 5a, 5b varie également dans 30 cette zone, mais la variation en fonction de la distance est moins forte qu'au-delà de la zone centrale. Grâce à cela, on obtient pour résultat (comme le montrent les parties h des figures 5a, 5b à 7a, 7b) que les aberrations à R et A S ont beaucoup diminué en 35 fonction de l'angle visuel. 259915? En particulier, il est même possible de spécifier une allure spécifique stricte pour les aberrations. Dans les modes de réalisation représentés, il a été spécifié de maintenir l'erreur de réfraction A R à une va5 leur d'environ 0, jusqu'à un angle visuel d'environ 30'. Bien entendu, d'autres spécifications sont possibles; ainsi, à titre d'exemple, un certain rapport de l'erreur de réfraction A R et de l'astigmatisme A S, ainsi que certaines spécifications par le signe plus et 10 le signe moins des deux aberrations. Le calcul de l'indice de réfraction n en fonction de la distance r fournit de façon appropriée des fonctions dites 'pistolet". Les figures 8a, 8b à lla, llb représentent des 15 lentilles ophtalmiques négatives de puissance uniforme. Les figures 8a, 8b représentent une lentille opthalmique de puissance uniforme courante", présentant des surfaces sphériques 1 et 2 et unindice de réfraction n homogène, dont l'épaisseur périphérique dr de 20 13,75 mm est relativement importante. Les aberrations sont cependant relativement faibles, comme le montre la partie b. Les figures 9a, 9b représentent une lentille ophtalmique négative de puissance uniforme, comportant 25 une surface postérieure non-sphérique et un indice de réfraction homogène, ce qui réduit considérablement l'épaisseur périphérique à 7,13 mm, mais augmente les aberrations en fonction de l'angle visuel dans une mesure telle que la lentille ne serait pas acceptable en 30 pratique. - Les figures 10a, 10b et 11a, 11b représentent les lentilles de puissance uniforme selon la présente invention, ayant le même effet que celles représentées sur les figures 8a, 8b et 9a, 9b, et un indice de 35 réfraction variable, variant en fonction de la distance T à l'axe optique. On a spécifié, dans ce cas, des épaisseurs périphériques différentes, mais il est néanmoins possible de maintenir l'erreur de réfraction à O jusqu'à un angle visuel d'environ 40', tout en ayant en même temps de faibles valeurs d'astigmatisme. La lentille ophtalmique obtenue par le procédé de la présente invention, représentée sur les figures 11a, 11b, a la même surface non-sphérique que la lantille représentée sur les figures 9a, 9b. Les exemples de réalisation préférés qui 10 précèdent montrent qu'il est possible de réaliser des lentilles ophtalmiques négatives et positives par le procédé selon l'invention, dont les épaisseurs critiques (épaisseur périphérique ou épaisseur centrale) soient notablement réduites par rapport aux lentilles ophtalmi15 ques & surfaces sphériques. En même temps, la qualité de l'image est nettement améliorée par rapport aux lentilles ophtalmiques présentant des surfaces non-sphérique et un indice de réfraction homogène. Il en est particulièrement ainsi avec des lentilles négatives dans les20 quelles, même avec des surfaces non-sphériques compliquées, on ne peut obtenir une forte réduction de l'épaisseur périphérique, tout en ayant de bonnes propriétés de formation d'image. Il est cependant particulièrement surprenant qu'on puisse spécifier certaines 25 aberrations ou le rapport entre certaines aberrations. Dans les modes de réalisation préférés représentés, on a spécifié une erreur de réfraction de O pour un certain domaine d'angle visuel. On peut tout aussi bien spécifier que l'erreur 30 de réfraction ait des valeurs positives et l'astigmatisme des valeurs positives et l'astigmatisme des valeurs négatives, et que le rapport de ces deux aberrations ait une valeur moyenne spécifique pour un certain angle visuel ou dans un certain domaine d'angle visuel. Cette 35 spécification permet, à titre d'exemple, de réduire la valeur absolue d'une aberration individuelle. T A B L E A U TABLEAU Fig. D/dpt D1/dpt D2/dptd/rm dr/mo K 1 8.00 9746 -2,00 8t79 0 0 1,525 2 8a00 9,55 -2,00 7,54 0 0 1l6 3 8,00 9,63 -2700 5t87 0 -4r5 1, 525 4 8t00 9t77 -2,00 3y79 0 -13/7 1l6 8r00 9,25 -2700 5,87 0 0 1t525 6 8TO0 9,63 2700 5r,87 0 -4,5 t1525 7 8,00 9y77 -2100 3t79 0 -13?7 lt6 8 -10,00 2rOO 12y00 0or 13.75 0 17525 9 -10,00 2100 -12tO0 0r8 6.86 -6,67 17525 -10,00 2tO0 -11,65 0,8 8.86 -2t7 1P525 11 -10,00 2,00 -11,28 0,8 6.86 -6,0 1.525 Dans les modes de réalisation préférés 20 représentés sur les figures la, lb à 7a, 7b, c'est la surface antérieure qui est non-sphérique et, dans ceux représentés sur les figures 8a, 8b à 11a, 11b, c'est la surface postérieure qui l'est. Les surfaces des modes de réalisation 25 correspondant à K = O sont parfaitement sphériques. 14A REVENDICATIONS 1. Lentille ophtalmique (verre de lunette) de puissance uniforme présentant un indice de réfraction variable dont le gradient présente une symétrie de 5 révolution par rapport à l'axe optique, caractérisée en ce que l'allure de la courbure de l'une au moins des deux surfaces de la lentille optique est choisie, sans tenir compte de la correction de l'aberration, de façon que l'épaisseur critique de la lentille ophtalmique ne 10 dépasse pas une valeur spécifique, et en ce que la correction de l'aberration a lieu essentiellement par la variation de l'indice de réfraction. 2. Lentille ophtalmique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'indice de réfraction est 15 fonction de la distance à l'axe optique. 3. Lentille ophtalmique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'indice de réfraction varie perpendiculairement à l'une au moins des deux surfaces. 4. Lentille ophtalmique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'axe optique passe par le centre géométrique de l'ébauche de verre rond. 5. Lentille ophtalmique selon l'une quelconque 25 des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'épaisseur centrale (d) d'une lentille ophtalmique positive est réduite à une valeur spécifiée. 6. Lentille ophtalmique selon la revendication , caractérisée en ce que les deux surfaces d'une 30 lentille ophtalmique positive sont sphériques7. Lentille ophtalmique selon la revendication ou 6, caractérisée en ce que l'une au moins des surfaces d'une lentille ophtalmique positive est nonsphérique. 8. Lentille ophtalmique selon la revendication 7, caractérisée en ce que la surface non-sphérique est la surface antérieure. 9. Lentille ophtalmique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'épaisseur périphérique (dr) d'une lentille ophtalmique négative est réduite à une valeur spécifiée. 10. Lentille ophtalmique selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'une au moins des surfaces d'une lentille ophtalmique négative est nonsphérique. 11. Lentille ophtalmique selon la revendica10 tion 10, caractérisée en ce que la surface non-sphérique est la surface postérieure. 12. Lentille ophtalmique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que l'indice de réfraction ne varie que dans la zone 15 comprise entre l'axe optique et l'angle visuel central, et est sensiblement constant à l'extérieur de cette zone. 13. Lentille ophtalmique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que l'indice de réfraction diminue de l'axe optique vers l'extérieur dans une lentille ophtalmique positive et augmente dans une lentille ophtalmique négative. 14. Lentille ophtalmique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la 25 surface non-sphérique est un hyperboloide de révolution aplati.