Brevet FR2630552A1 — publié le 19891027

"Procédé pour la minimisation de l'épaisseur maximale d'une lentille ophtalmique unifocale et lentille ophtalmique unifocale à gradient d'indice obtenue en application de ce procédé" La présente invention concerne d'une manière générale les lentilles ophtalmiques unifocales, c'est-à-dire de puissance constante, qu'il s'agisse de lentilles convergentes, c'est-à-dire de puissance positive, ou qu'il s'agisse de lentilles divergentes, c'est-à-dire de puissance négative. Elle vise plus particulièrement celles de ces lentilles dont l'une et l'autre des faces, c'est-à-dire tant la face avant convexe que la face arrière concave, sont sphériques. Ces lentilles ont pour avantage d'être relativement aisées à usiner. Mais deux problèmes, notamment, se présentent à leur sujet. Le r.emier a trait au fait que, pour des puissances relativement élevées, leur épaisseur maximale, ou épaisseur critique, qui en est l'épaisseur au centre pour une puissance positive et l'épaisseur à la périphérie pour une puissance négative, est relativement élevée, au détriment de leur esthétique, et, par le poids qui en résulte, au détriment du confort de l'usager. Le deuxième a trait au fait que, notamment pour ces puissances élevées, les aberrations, et en particulier les aberrations d'astigmatisme et les aberrations de courbure de champ, deviennent de plus en plus importantes au fur et à mesure que l'axe de vision de l'usager s'écarte de leur axe optique. Pour minimiser ces aberrations, il est usuellement mis en oeuvre une surface asphérique pour l'une au moins des faces, au prix d'une complication de l'usinage de celle-ci. Le plus souvent, par ailleurs, l'indice de réfraction du matériau constitutif des lentilles ophtalmiques est uniforme. S'agissant de lentilles ophtalmiques à faces concave et convexe sphériques, la puissance se trouve alors géométriquement déterminée par cet indice de réfraction, le rayon de courbure des faces et l'épaisseur au centre. Il a cependant déjà été proposé de faire varier radialement l'indice de réfraction de l'axe optique d'une lentille ophtalmique vers sa périphérie. C'est le cas, par exemple, dans le brevet anglais No 1.571.930, et c'est le cas, également, dans la demande de brevet français qui, déposée le 20 Mai 1987 sous le No 87 07084, a été publiée sous le No 2.599.157. Dans l'un Jet l'autre cas, il est essentiellement recherché une correction des aberrations. Plus précisément, dans le brevet anglais No 1.571.930, suivant lequel la variation d'indice de réfraction se fait quasi linéairement, il est de préférence fait en sorte que, grâce à cette variation d'indice de réfraction, les faces concave et convexe de la lentille concernée soient encore effectivement des faces sphériques. Dans la demande de brevet français No 87 07084, suivant laquelle les faces concave et convexe ne sont pas nécessairement des faces sphériques, il est en principe recherché une minimisation de l'épaisseur critique de la lentille. Mais, les exemples qui y sont explicités le montrent, l'indice de réfraction ne varie pas nécessairement de manière sensible dans la partie centrale de cette lentille, qui en est pourtant la partie la plus utilisée, et, surtout, la puissance optique de cette lentille ne s'écarte pas de manière sensible de sa puissance géométrique. La présente invention est fondée sur le fait, jusqu'ici non encore mis en évidence, que, par une variation appropriée d'indice de réfraction, il est au contraire possible de modifier de manière substantielle la puissance optique d'une lentille par rapport à sa puissance géométrique, tout en procédant à une correction satisfaisante de son astigmatisme et de sa courbure de champ. Elle vise la réalisation de lentilles ophtalmiques unifocales, qui, tout en présentant avantageusement des faces concave et convexe rigoureusement sphériques, et donc faciles à usiner avec précision, et tout en étant suffisamment corrigées de leurs aberrations d'astigmatisme et de courbure de champ, ont une épaisseur maximale réduite. De manière plus précise, elle a tout d'abord pour objet un procédé pour la minimisation de cette épaisseur maximale, qui est du genre impliquant la mise en oeuvre d'un indice de réfraction variable radialement de l'axe optique- de la lentille vers sa périphérie, et qui, d'une manière générale, est caractérisé en ce que la loi de variation de l'indice de réfraction est choisie de manière à ce que, en valeur absolue; la puissance optique de la lentille soit nettement supérieure à sa puissance géométrique, la puissance optique étant calculée en prenant comme indice de réfraction l'indice de réfraction de la lentille sur son axe optique. En pratique, suivant l'invention, cette puissance optique est, en valeur absolue, au moins égale à 1,5 fois la puissance géométrique. Il en résulte, comme recherché, une minimisation de l'épaisseur maximale, au bénéfice de l'esthétique et du poids. Pour une puissance optique donnée, il est dès lors possible, suivant l'invention, de réaliser des lentilles ophtalmiques unifocales à faces concave et convexe - sphériques dont l'épaisseur maximale est réduite par rapport à celle d'une lentille ophtalmique de même type, traditionnelle, de même puissance, et dont, cependant, les aberrations d'astigmatisme et de courbure de champ sont suffisamment corrigées pour être acceptables. La présente invention a encore pour objet une telle lentille ophtalmique, cette lentille ophtalmique étant d'une manière générale caractérisée en ce que, par la variation de son indice de réfraction, sa puissance optique est, en valeur absolue, nettement supérieure à sa puissance géométrique, la puissance optique étant calculée en prenant comme indice de réfraction l'indice de réfraction de la lentille sur son axe optique. En bref, la présente invention permet d'associer avantageusement la mise en oeuvre de faces concave et convexe sphériques, l'obtention d'une épaisseur maximale réduite, et le maintien d'une bonne qualité d'image. Les caractéristiques et avantages de l'invention 15. ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe, sans hachure, d'une lentille ophtalmique unifocale suivant l'invention; la figure 2 est un diagramme se rapportant aux aberrations d'astigmatisme et de courbure de champ de cette lentille; la figure 3 est un diagramme analogue à celui de la figure 2, pour une lentille de même type que la précédente mais répondant à d'autres caractéristiques; les figures 4, 5 et 6 sont chacune respectivement analogues aux figures 1, 2, 3, pour d'autres lentilles ophtalmiques unifocales suivant l'invention. Les figures 1 à 3 illustrent l'application de l'invention à une lentille ophtalmique convergente, et donc de puissance positive. Elle présente une face avant convexe 10 et une face arrière concave 11. L'une et l'autre sont sphériques. Soit Rcx le rayon de la face convexe 10, et Rcv celui de la face concave 11. Soit e0 l'épaisseur au centre, mesurée suivant l'axe optique X de l'ensemble. Si l'indice de réfraction du matériau constitutif de la lentille concernée est uniforme et a pour valeur no, la puissance de cette lentille se trouve exclusivement déterminée par sa géométrie, en fonction, outre cet indice de réfraction no, des rayons RC et RCv de ses faces convexe et concave, et de son épaisseur au centre eO. Soit P cette puissance, dite ci-après puissance géométrique, qui, en pratique, répond à la formule suivante: PG = D1.+ D2 - D1 D2 n0 avec D1 = et D- 1 e 2 RCV S'agissant d'une lentille ophtalmique unifocale convergente, l'épaisseur au centre e0 est l'épaisseur maximale, ou critique. Pour la minimisation de cette épaisseur maximale, il a été proposé, les autres conditions étant égales par ailleurs, et notamment la puissance, la mise en oeuvre d'un indice de réfraction n variable radialement de l'axe optique X de la lentille vers sa périphérie. Cet indice de réfraction n variant ainsi en fonction de la distance r à l'axe optique X, en pratique dans le même sens que l'épaisseur e de celleci mesurée parallèlement à cet axe optique X, la puissance réelle de cette lentille, dite ci-après puissance optique PO, se trouve alors différer légèrement de sa puissance géométrique PG, l'indice de réfraction n entrant dans son calcul. Suivant l'invention, la loi de variation de l'indice de réfraction n est choisie de manière à ce que, en valeur absolue, la puissance optique. PO de la lentille soit nettement supérieure à sa puissance géométrique PG' la puissance optique PO étant calculée en prenant comme indice de réfraction nO l'indice de réfraction de la lentille sur son axe optique X. De préférence, cette loi de variation est choisie de manière à ce que, en valeur absolue, la puissance optique PO soit au moins égale à 1,5 fois la puissance géométrique PG' Ainsi, suivant l'invention, la variation d'indice de réfraction est mise à profit pour "créer", au premier chef, de la puissance optique. En pratique, la loi de variation de l'indice de réfraction n retenue est choisie de manière à ce que, en chacun des points de la lentille, elle réponde à la relation suivante: d t grad n J O0 dr dans laquelle, comme indiqué ci-dessus, r est la distance d'un tel point à l'axe optique X. Cette relation implique que, en tout point de la lentille, y compris dans sa zone centrale, la variation de l'indice de réfraction n n'est pas linéaire, mais présente au contraire un certain gradient. Ainsi, suivant une caractéristique de l'invention, c'est par un effet de gradient, et non par un effet de distribution, que la variation de l'indice de réfraction est mise à profit pour 'créer" de la puissance optique. Bien entendu, les aberrations, et, en particulier, celles d'astigmatisme et de courbure de champ, doivent, corollairement, être corrigées. Mais, suivant l'invention, les corrections correspondantes sont limitées, le parti étant pris, non pas de les pousser à leur extrême, mais de faire en sorte qu'elles soient justes suffisantes pour que les aberrations restent dans les limites de tolérance usuellement jugées convenables, telles qu'elles existent pour les lentilles ophtalmiques conventionnelles de même type. Ainsi, suivant l'invention, la variation de l'indice de réfraction n est choisie de manière à privilégier l'augmentation, en valeur absolue, de la puissance plutôt que la correction des aberrations, pour pouvoir disposer de lentilles ophtalmiques unifocales, qui, tout en présentant des faces concave et convexe sphériques, et donc aisément usinables, sont avantageusement moins lourdes et plus esthétiques, grâce à l'augmentation de puissance obtenue, et qui sont cependant suffisamment corrigées des aberrations d'astigmatisme et de courbure de champ pour que celles-ci ne soient pas supérieures à celles usuellement jugées comme acceptables. En pratique, il suffit, suivant l'invention, de se fixer les caractéristiques géométriques de la lentille recherchée, en l'espèce les rayonsRcx et RCv de ses faces convexe et concave, et son épaisseur au centre e0, pour que l'homme de l'art sache choisir la loi de variation de l'indice de réfraction n qui, tout en permettant, comme recherché,. d'obtenir une puissance optique PO nettement supérieure à la puissance géométrique PG' conduise à une correction suffisante des aberrations d'astigmatisme et de courbure de champ. Cette loi de variation de l'indice de réfraction n peut par exemple être exprimée de la manière suivante: Z-- r2j rn = n0 + j =15 a 2j nO étant l'indice de réfraction sur l'axe optique X, a; des coefficients numériques, et, comme déjà indiqué J ci-dessus, r la distance à l'axe optique. On donnera ci-après, à titre non limitatif, les valeurs numériques relatives à deux exemples possibles de réalisation pour une lentille ophtalmique unifocale convergente. EXEMPLE 1 RCx = 160 mm RCv = 237 mm e0 = 3 mm Pour cette géométrie, et avec un indice de réfraction n0 égal à 1,5, la puissance géométrique est la suivante: PG = 1 dpt Suivant l'invention, on met eh oeuvre une variation d'indice de réfraction pour laquelle les coefficients aj de la loi correspondante sont les suivants: a = - 4,0761.10 4 a2 = - 10 a3 = O a = 5.10-13 a5 = 6.1016 Avec une telle variation, de l'indice de réfraction, la puissance optique P0 obtenue est la suivante: P0 = 3,5 dpt. Elle est donc 3,5 fois supérieure à la puissance géométrique PG. Corollairement, l'indice de réfraction n pour un point situé à une distance radiale de l'axe optique X égale à 15 mm, cette distance radiale correspondant en pratique à un angle de vision de l'ordre de 30 par rapport à cet axe optique, est le suivant: n15mm = 1,417 La différence an entre cet indice de réfraction n et l'indice de réfraction no0 sur l'axe optique X est donc égale à 0,083. Elle est donc supérieure, en valeur absolue, à 0,07. Les aberrations d'astigmatisme et de courbure de champ que présente par ailleurs la lentille ophtalmique convergente ainsi obtenue ressortent du diagramme de la figure 2. Sur ce diagramme figurent, en abscisses, la puissance optique PO, en dioptries, et, en ordonnées, l'angle de vision A par rapport à l'axe optique X, en degrés. Ainsi qu'on le sait, cet angle de vision A est apprécié par rapport au centre de rotation CR de l'oeil, avec la lentille ophtalmique supposée être placée de manière à avoir sa face arrière concave 11 à une distance de ce centre de rotation CR sensiblement égale à 25 mm. Sur le diagramme de la figure 2, la courbe S correspond à la focale sagittale, qui est celle contenue dans le plan de la figure 1, et la courbe T correspond à la focale tangentielle, qui est celle contenue dans un plan perpendiculaire au précédent. Ainsi qu'on le sait, la différence T-S correspond à l'astigmastisme Ast, et l'expression fl (T + S) - P0 7 à la courbure de champ CC. Il ressort du diagramme de la figure 2, qui a été volontairement limité à 30', cet angle de vision correspondant normalement au balayage vertical maximal de l'oeil humain, que l'astigmatisme Ast reste inférieur à 0,21 dioptrie, en atteignant cette valeur pour 30', et que la courbure de champ CC reste inférieure, en valeur absolue, à 0,14 dioptrie, en atteignant cette valeur pour 25'. Soit: Ast = 0,21 dpt à 30 max CCax = - 0,13 dpt à 25' De telles valeurs d'aberration d'astigmatisme et de courbure de champ sont parfaitement acceptables. En outre, la courbure de champ étant négative, elle peut aisément être compensée par accommodation. EXEMPLE 2 RCX = 100 mm RCv = 4815 mm e0 = 7 mm d'ou PG = 5 dpt pour nO = 1,5 a1 = 4,83.10 4 a2 = - 2,3.10- a3 = 2.10 10 a4 = - 5.1013 -16 a5 = -.5.10 nO =1,5 d'o P = 12 dpt n15mm 139 an = - 0,11 Astmax = - 0,17 à 25' CCmax = - 0,63 à 30 CC = -0,63â30' max Ainsi qu'on le notera, et bien que de puissance élevée, la lentille ophtalmique convergente correspondante reste suffisamment corrigée. Les courbes S et T de cet exemple 2 sont représentées sur la figure 3. Les figures 4 à 6 illustrent l'application de l'invention à la réalisation d'une lentille ophtalmique unifocale divergente, et donc de puissance négative. On en donnera ci-après deux exemples pratiques de réalisation, dans les mêmes conditions que ci-dessus. EXEMPLE 3 RCx = 160 mm RCv = 100 mm eO = 2 mm d'o PG = - 2 dpt pour nO 1,5 G a1 = 5,33.10 1 - 7 2 = - 4,5.10 a3 =0 = 5.1013 4 16 a5 = 10 n0 = 1,5 d'o PO = - 4 dpt n15 =1,586 n15mm=1,8 n n= + 0,086 AStmax = - 0,23 dpt à 30' CCmax = - 0,03 dpt à 15' La figure 5 montre les courbes S et T de cet exemple 3. EXEMPLE 4 RCx = 200 mm RCv =77 mm e = 3 mm d'o PG = - 4 dpt pour n0 = 1,5 il a1 = 5,017.10-4 1 -7 a2 = - 5 10 a3 0 a4 =5.10- 13 4 16 a5 = 1,5.1016 no = 1,5 d'o P = - 7 dpt n15mm = 1,577 an = + 0,077 Ast = 0,25 dpt à 20 max CC = - 0,15 dpt à 20' La figure 6 montre les courbes S et T de cet exemple 4. Comme précédemment, les aberrations, laissées dans des limites acceptables, vont dans le bon sens. Le tableau suivant reprend les valeurs principales des exemples précédents en leur joignant ceux d'autres exemples 5 à 10. p P Ast cc PO G n Atmax max -n (dioptries)(dioptries)[(n15mm)(dioptries) (dioptries) min !EXEMPLE 1 3,5 - 0,083 0,21 - 0,13 EXEMPLE 2 12 5 -0,11 -0 17 - 0 63 1XEMPLE 3 - 4 -2 0,092 -0,23 - 0,03 EXEMPLE 4 - 7 - 4 0,083 - 0,25 - 0,15 XEMPLE 5 10 3,5 - 0,119 - 0,15 - 0,51 i I! EXEMPLE 6 7 2 - 0,10 0,09 - 0,37 EXEMPLE 7 4,5 1,5 - 0,07 0,27 - 0,12 EXEMPLE 8 - 3 - 1 0,088 - 0,14 - 0,03 EXEMPLE 9 - 6 - 3 0,094 - 0,28 -0,14 i I EXEMPLE 1q - 10 - 5 0,079 - 0,29 - 0,13 Ainsi qu'on le notera, la différence d'indice de réfraction n entre l'axe optique et un point situé à une distance radiale de celui-ci égale à 15 mm est, en valeur absolue, toujours supérieure à 0,07, en étant en pratique le plus souvent de l'ordre de 0,1. Ainsi qu'on le notera, également, le rapport de la puissance optique P0 àa la puissance géométrique PG atteint 3,5 dans les exemples 1 et 6. Pour la réalisation pratique de la loi de variation d'indice retenue, il est mis en oeuvre des techniques usuelles en ce domaine. Ces techniques ne relevant pas de la présente invention, elles ne seront pas décrites ici. Par exemple, appliquées à un barreau, elles conduisent à des surfaces d'iso-indice cylindriques, et le barreau ainsi traité est ensuite débité en palets propres être usinés en lentilles ophtalmiques. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples donnés, mais s'étend à toute variante d'exécution. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la minimisation de l'épaisseur maximale d'une lentille ophtalmique unifocale à faces concave et convexe sphériques, du genre impliquant la mise en oeuvre d'un indice de réfraction (n) variable radialement de l'axe optique (X) de cette lentille vers sa périphérie, et caractérisé en ce que la loi de variation de l'indice de réfraction (n) est choisie de manière à ce que, en valeur absolue, la puissance optique (Po) de la lentille soit nettement supérieure à sa puissance géométrique (P la puissance optique (PO) étant calculée en prenant comme indice de réfraction l'indice de réfraction (nO) de la lentille sur son axe optique (X). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la loi de variation de l'indice de réfraction (n) est choisie de manière à ce que, en valeur absolue, la puissance optique (Po0) de la lentille soit au moins égale à 1,5 fois sa puissance géométrique (PG). 3. Lentille ophtalmique unifocale du genre comportant des faces concave (10) et convexe (11) sphériques et un indice de réfraction (n) variable radialement de son axe optique (X) à sa périphérie, caractérisée en ce que, par la variation de son indice de réfraction (n), sa puissance optique (P o) est, en valeur absolue, nettement supérieure à sa puissance géométrique (PG), la puissance optique (Po) étant calculée en prenant comme indice de réfraction l'indice de réfraction (nO) de la lentille sur son axe optique (X). 4. Lentille ophtalmique unifocale suivant la revendication 3, caractérisée en ce que sa puissance optique (P0) est au moins égale à 1,5 fois sa puissance géométrique (PG) 5. Lentille ophtalmique unifocale suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le rapport de sa puissance optique (Po) à sa puissance géométrique (PG) atteint 3,5. 6. Lentille ophtalmique unifocale suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que, en chacun de ses points, la loi de variation de son indice de réfraction (n) répond à la relation suivante: d f grad n 7 O dr r étant la distance de ce point à l'axe optique (X). 7. Lentille ophtalmique unifocale suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que, en chacun de ses points, la loi de variation de son indice de réfraction (n) peut être exprimée de la manière suivante: à 2j n = 1 5 aj r =1 à 5 j nO étant l'indice de réfraction sur l'axe optique (X) a. des coefficients numériques ] et r la distance à l'axe optique (X). 8. Lentille ophtalmique unifocale suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que la différence d'indice de réfraction ( An) entre son axe optique (X) et un point situé à une distance radiale de celui-ci égale à 15 mm est, en valeur absolue, supérieure à 0,07, en étant de préférence de l'ordre de 0,1.