渐进片：从模铸法到自由曲面

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1、渐进片：从模铸法到自由曲面刘亚威1996年，自由曲面技术在美国首次应用于镜片车房，从此，渐进镜片开始进入自由曲面时代。目前，全球最重要的镜片供应商，包括依视路、豪雅、蔡司、罗敦司得等均已经在中国市场推出自己的自由曲面产品，并已获得了相当的成功。研读渐进镜片的发展的历史，我们可以深切地感受到光学加工技术和计算机技术在其中的推动作用尽管业内公认依视路集团在1959年推出的第一代万里路渐进片是第一款获得商业成功的渐进多焦点片（ProgressiveAdditionLens，PAL，下称渐进片），但其实早在20世纪初，即有多位视光师或光学工程师开始提出渐

2、进片的设计理念。例如，英国视光师欧文（OwenAves）在1906年首次提出渐进多焦点镜片的设想，并取得一项英国专利。欧文的设计非常有创意，他将镜片的前表面设计成椭球面的一部分，将后表面设计成圆锥面的一部分，这样，对于前表面，垂直方向上的曲率自上而下逐渐变大；对于后表面，水平方向上的曲率自上而下逐渐变大；整体而言，自上而下，光度逐渐变正。但遗憾的是，早期由于加工工艺的限制，似乎越天才的光学设计创意，越难以实现商品化。很长时间里，渐进片仅仅停留在设计图纸上或者实验室里。而依视路之所以能实现渐进片的商品化，是因为同时还解决了渐进片的加工工艺。事实上，

3、依视路于1953年即获得了渐进片设计的专利，但是直到1959年才解决了生产工艺，生产渐进片的3种机器获得了专利。模铸法加工技术常规的镜片磨削工艺只能在镜片表面研磨出球面或球柱面。所以，传统的渐进片（树脂材料）一般采用模铸法先行制造出渐进胚料，渐进胚料的前表面为渐进面，已经具有了阅读加光度（ADD）。然后根据顾客的远用处方，在胚料的后表面磨削出相应曲率的球面或球柱面即可（图一）。图一：传统渐进片采用渐进片坯料加工，前表面为渐进面，后表面为球面或托力克面渐进胚料有两个特征参数，即ADD和基弯。基于这两个参数，通常一个系列的渐进片需要准备65～90种胚

4、料。例如，假设有6种基弯，分别对应12种ADD（即+0.75～+3.50D，共计12个加光度），这样，就会有6×12＝72种不同的渐进片胚料。传统渐进片生产的关键在于渐进胚料模具的设计和加工。由于渐进片前表面是渐进面，所以，相应的模具（通常为外观类似于玻璃镜片的玻璃模具）的后表面就必须是渐进面。早期的渐进片设计目标非常朴素，即如何去掉双光镜片或三光镜片上不同区域间明显的分界线。所以，早期渐进片采用了非常“硬”的设计，即远用区、近用区均采用球面设计，基本没有考虑中间区的视觉质量，和周边的像差分布。中间过渡非常生硬，周边区像差也很大。而且，第一代渐进

5、片为对称设计，镜片前表面的曲率是轴对称分布的。所以，为这样的镜片设计模具相应要容易得多。自第二代渐进片起，创新的设计理念不断被采用。例如，非对称设计、不同内移量设计，多样性设计等设计技术层出不穷。这样，渐进片的前表面曲率变得越来越复杂。复杂的表面曲率，要求更高精度的模具切削工艺。此时CNC（ComputerNumericallyControlled,数控机床）被应用到模具的生产中来。CNC是一个单点磨削系统，在计算计程序的引导下，点状磨削刃具可以对模具表面每一个点进行精确的磨削。这种方法生产模具的难点之一在于如何给模具进行抛光。用传统的抛光技术，

6、必然会破坏模具表面的精密曲率分布。所以，必须采用柔性抛光机床进行抛光。该技术可以使模具被抛光的同时保持精密的曲率分布。一些新的CNC机床也可以对模具表面粗磨、精磨、抛光一次完成。热沉降法是生产渐进模具另一个常用方法。使用CNC数控机床对精密陶瓷材料的模具进行表面磨削，在表面磨削出渐进面；把表面经过抛光的球面玻璃基片置于陶瓷模具之上，对玻璃基片进行加热，玻璃软化后将和陶瓷模具的渐进面紧密贴合，这样陶瓷模具表面的渐进面将被“拷贝”到玻璃模具的表面。模铸法生产渐进片的加工思路可以概况为“化繁为简”。最困难的光学设计、光学加工在模具设计生产阶段已经完成，

7、车房只需简单地在渐进胚料的后表面磨削出相应的球面或托力克面，生产效率比较高。所以，普通民众即可以较低的价格享受渐进镜片带来的方便与舒适。不过，模铸法生产也存在一些问题，例如，传统渐进片考虑模具加工和胚料库存成本的因素，因此相邻的一组光度都会选用同一种基弯的胚料来加工，而这一种胚料只是针对了某一基准光度进行了优化；偏离了胚料基准光度的渐进片光学区效果表现就比较差。特别是高度散光镜片，效果更差，往往是传统渐进片验配的禁忌之一。所以传统的渐进片并不能让每个顾客均达到视觉效果的最优化。此外，随着计算机性能的快速提升，更复杂的光学设计技术和设计理念被渐进镜

8、片设计者所采用。个性化设计、“波前像差”设计等新技术已经难以通过传统的渐进片加工技术得以表达。此时，自由曲面技术应运而生。自由曲面技术前