CN102768414A

CN102768414A - 一种新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法

Info

Publication number: CN102768414A
Application number: CN2012102662731A
Authority: CN
Inventors: 陈家璧; 章浩伟; 项华中; 朱岚
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: CN102768414B

Abstract

本发明涉及一种新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法，与传统的渐进多焦点镜片相比较，从多光轴来考虑设计渐变焦镜片，在一块镜片上布满多个渐变焦球形或者非球形的小光瞳，每个入射镜片的光轴对应一个球形或者非球形的小光瞳设计相应的光焦度，并对多个球形或者非球形的小光瞳所对应的整个渐变焦镜片前表面或者后表面进行整体曲面拟合。实现面形在每个球形或者非球形的小光瞳内相对于球面的均方差（RMS）大幅度减少，尤其是眼睛左右运动时可观察区域中的盲区相对其他渐进多焦点镜片大幅减少。本设计方法更好地结合了人眼的实际使用习惯，能够在远距、中距和近距全程空间实现视功能的渐变最佳矫正。

Description

一种新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法

技术领域

本发明涉及一种渐变焦镜片设计方法，特别涉及一种新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法。

背景技术

渐变焦眼镜是采用光焦度从上到下逐渐增加的镜片，随着人眼观察范围由远至近，镜片的光焦度逐渐增加。因此，只用一块镜片就能矫正多种视场的视力，能提供一个连续的从远用到近用都清晰的视力，无镜片中的拼接痕迹，外表美观。

渐变焦镜片是一种相当复杂的光学元件，对它的研究涉及到光学、人体工程学和数学等多门学科的知识。虽然渐变镜片概念的提出到今天，经历了将近一个世纪的发展，世界各地的光学工程师和数学家们仍在不断探索以完善其性能。

但是目前国内外的渐变多焦点镜片设计方法的研究与使用仅限于单光轴系统，与人眼实际在观察不同方位的事物时是呈现多光轴系统的实际情况有所不同。人眼在观察远近不同的目标时，其视轴方向会发生转动从而使双眼会聚到目标上。因此，随着观察目标的不同，眼睛使用镜片位置也不同，并且这两者之间的关系不是简单的沿镜片子午线变化。所以本专利从多光轴系统来考虑设计渐变焦镜片，结合人眼的实际使用习惯，设计更为合理的镜片。

发明内容

本发明是针对现在渐变镜设计与眼睛使用情况不符的问题，提出了一种新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法，从多光轴来考虑设计渐变焦镜片，在一块镜片上实现多个渐变焦球形或者非球形的小光瞳，每一个光轴对应一个球形或者非球形的小光瞳设计相应的光焦度，并对多个球形或者非球形的小光瞳对应的渐变焦镜片进行整体曲面拟合。更符合人眼的使用情况。

本发明的技术方案为：一种新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法，包括如下步骤：

1）在镜片上设计远用基准点、棱镜基准点（PRP）及其表面中心；

2）在镜片的子午线上，设计与传统渐进多焦点镜片远用基准点到近用基准点直线距离相等的位置参考基准点，且远用基准点到这个位置参考基准点的长度均为L；

3）应用高次多项式设计准则，设计多光轴渐变焦镜片子午线上的多焦点光瞳中心；

4）用等焦距曲线是二次曲线的曲线求得其全光瞳面内的等屈光度轮廓线，以经过镜片表面中心的水平直线为对称中心线，越靠近这个中心线，二次曲线的离心率e越大，等屈光度轮廓线弯曲度就越小；

5）等屈光度轮廓线使整个镜片上布满多个渐变焦球形或者非球形的小光瞳，每个入射镜片的光轴对应一个球形或者非球形的小光瞳，球形或者非球形的小光瞳的中心处于等屈光度轮廓线上，小光瞳的结构为小型的凸透镜，凸透镜直径φ的大小选择与人眼瞳孔大小相匹配；

6）对多个球形或者非球形的小光瞳对应的渐变焦镜片前表面或者后表面进行整体曲面拟合，根据微分几何学原理求出镜片的平均球面度。

所述小光瞳是重叠的且布满整个镜面区域，且在过远用基准点和位置参考基准点的等屈光度轮廓线之间的区域内，小光瞳的重叠比外围区域更加的密集；在子午线上，远用基准点到位置参考基准点的长度为L的线段内，小光瞳的个数N用如下公式来计算：

Figure 2012102662731100002DEST_PATH_IMAGE004

其中a为待定系数，L为远用基准点和与近用基准点距离相等的位置参考基准点之间的距离，φ为小光瞳的直径。所述小光瞳重叠的区域，通过多目标函数求解模型参数的方法对重叠区域重构面形，在多光轴渐进多焦点的光瞳设计区进行曲面拟合，拟合面可位于镜片的前表面或者后表面。

本发明的有益效果在于：本发明新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法，与传统的渐进多焦点镜片相比较能够实现面形在每个球形或者非球形的小光瞳内相对于球面的均方差（RMS）大幅度减少，尤其是眼睛左右运动时可观察区域中的盲区相对其他渐进多焦点镜片大幅减少。本设计方法更好地结合了人眼的实际使用习惯，能够在远距、中距和近距全程空间实现视功能的渐变最佳矫正。

附图说明

图1为本发明新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法上小光瞳分布示意图；

图2为本发明眼睛水平位置时多光轴渐进多焦点镜片光轴正视示意图；

图3为本发明眼睛向上转动时多光轴渐进多焦点镜片光轴正视示意图；

图4为本发明眼睛向左转动时多光轴渐进多焦点镜片光轴俯视示意图。

具体实施方式

本设计方法从多光轴来考虑设计渐变焦镜片，在一块镜片上实现多个渐变焦球形或者非球形的小光瞳，每一个光轴对应一个球形或者非球形的小光瞳设计相应的光焦度，并对多个球形或者非球形的小光瞳对应的渐变焦镜片前表面或者后表面进行整体曲面拟合。同时在多光轴的情况下应用高次多项式设计渐进多焦点眼用镜片的子午线，实现面形在每个球形或者非球形的小光瞳内相对于球面的均方差大幅度减少，尤其是眼睛左右运动时可观察区域中的盲区相对其他设计方法大幅减少。具体情况如下所述。

如图1所示镜片上小光瞳分布示意图，在一块镜片1上，实现多光轴设计渐进多焦点镜片，因而在镜片1的镜面上有许多的球形或者非球形的小光瞳4存在，并且这些球形或者非球形的小光瞳4是重叠的且布满整个镜面区域。每一个光轴对应一个球形或者非球形的小光瞳4，小光瞳4位置是随着人眼8的视轴转动位置来决定的，由于有多个球形或者非球形的小光瞳4的存在，镜片1的子午线3，应用高次多项式来设计，并求解镜片子午线3方程，用等焦距曲线是二次曲线的曲线求得其全光瞳面内的等屈光度轮廓线2，以经过镜片1表面中心的水平直线为对称中心线，越靠近这个中心线，二次曲线的离心率e越大，等屈光度轮廓线2弯曲度就越小，根据微分几何学原理求出镜片前表面或者后表面的平均球面度。由于是多光轴的渐进多焦点镜片1，在镜片1上有远用基准点5、棱镜基准点（PRP）及其表面中心6、设计了子午线3上与渐进多焦点镜片远用基准点5到近用基准点直线距离相等的位置参考基准点7。人眼在观察四周的事物过程中，眼睛是围绕眼球的球心在上下或者左右转动。当人眼有视觉缺陷的时候，观察周围的事物将变得十分的模糊，因此，眼镜是矫正眼球屈光、保护眼睛健康和提高视觉功能的一种特殊的医疗器具。

如眼睛水平位置时多光轴渐进多焦点镜片光轴示意图2，当有视觉缺陷的人眼处在水平位置观察物体时，可以认为视觉光轴9是在水平位置，并通过眼球8的球心13。眼镜在人眼前一定距离处，观察的物体通过镜片1中的小光瞳4，经过眼球8的角膜10、前室11、水晶体12再投影到视网膜的黄斑上。

同理，眼睛向上转动时多光轴渐进多焦点镜片光轴左视示意图3，当有远视视觉缺陷的人眼向上转动观察物体时，用到多光轴渐进多焦点镜片1的视远区，在此可以认为视觉光轴9是与水平位置保持一定的角度，并通过眼球8的球心13。眼镜在人眼前一定距离处，观察的物体通过镜片1中的小光瞳4，经过眼球8的角膜10、前室11、水晶体12再投影到视网膜的黄斑上。

同理，眼睛向下转动时多光轴渐进多焦点镜片时，当有近视视觉缺陷的人眼向下转动观察物体时，用到多光轴渐进多焦点镜片1的视近区，在此可以认为视觉光轴9是与水平位置保持一定的角度，并通过眼球8的球心13。眼镜在人眼前一定距离处，观察的物体通过镜片1中的小光瞳4，经过眼球8的角膜10、前室11、水晶体12再投影到视网膜的黄斑上。

同理，眼睛向左转动时多光轴渐进多焦点镜片光轴俯视示意图4，当有视觉缺陷的人眼向左转动观察物体时，可以认为视觉光轴9向左偏转并与水平位置保持一定的角度，并通过眼球8的球心13。眼镜在人眼前一定距离处，观察的物体通过镜片1中的小光瞳4，经过眼球8的角膜10、前室11、水晶体12再投影到视网膜的黄斑上，这样人眼的视觉盲区相对其他渐进多焦点镜片大幅减少。球形或者非球形的小光瞳4的结构是一个球面或者非球面结构的小型凸透镜，凸透镜直径φ的大小选择与人眼瞳孔大小相匹配。当多数小光瞳布满在整个镜片1上时，且在过远用基准点5和位置参考基准点7的等屈光度轮廓线之间的区域内，小光瞳4的重叠比外围区域更加的密集。由于人眼视觉范围的限制，越靠近边界区域，小光瞳4 的重叠越稀疏。在子午线上，远用基准点和与近用基准点距离相等的位置参考基准点的长度为L的线段内，小光瞳的个数N用如下公式来计算：

其中a为待定系数，L为远用基准点和与近用基准点距离相等的位置参考基准点之间的距离，φ为小光瞳的直径。因此,除掉在远用基准点5和参考基准点7为中心的两个小光瞳以外，在远用基准点5和参考基准点7之间有N-2个小光瞳，每两个相邻小光瞳间距为：

Figure 2012102662731100002DEST_PATH_IMAGE006

在远用基准点5以上和参考基准点7以下的子午线3上，以l为间距，设置若干小光瞳4的中心直到全光瞳的子午线3两端为止。同理，自子午线3上的小光瞳4中心向左右两个方向，沿着等屈光度轮廓线2每间距l均设置一个小光瞳中心，直到全光瞳边缘。

由于有重叠的区域存在，在镜片上，镜片的内表面或者外表面区域是一个半径固定的球面，当镜片表面布满直径大小一定的球形或者非球形的小光瞳4时，其外表面或者外表面将是不连续的非球面，因此通过多目标函数求解参数以重构曲面的方法，将镜片的内表面或者外表面的多个相同同半径的球形曲面或非球形曲面进行曲面拟合，实现向具有最佳球面度分布，具有最小像差的镜片曲面的过度。

Claims

1.一种新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在镜片（1）上设计远用基准点（5）、棱镜基准点（PRP）及其表面中心（6）；

2）在镜片（1）的子午线（3）上，设计与传统渐进多焦点镜片远用基准点（5）到近用基准点直线距离相等的位置参考基准点（7），且远用基准点（5）到这个位置参考基准点（7）的长度均为L；

3）应用高次多项式设计准则，设计多光轴渐变焦镜片子午线（3）上的多焦点（光瞳中心）；

4）用等焦距曲线是二次曲线的曲线求得其全光瞳面内的等屈光度轮廓线（2），以经过镜片（1）表面中心的水平直线为对称中心线，越靠近这个中心线，二次曲线的离心率e越大，等屈光度轮廓线（2）弯曲度就越小；

5）等屈光度轮廓线（2）使整个镜片上布满多个渐变焦球形或者非球形的小光瞳（4），每个入射镜片的光轴对应一个球形或者非球形的小光瞳（4），球形或者非球形的小光瞳的中心处于等屈光度轮廓线（2）上，小光瞳（4）的结构为小型的凸透镜，凸透镜直径φ的大小选择与人眼瞳孔大小相匹配；

6）对多个球形或者非球形的小光瞳（4）对应的渐变焦镜片（1）前表面或者后表面进行整体曲面拟合，根据微分几何学原理求出镜片的平均球面度。

2.根据权利要求1所述新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法，其特征在于，所述小光瞳（4）是重叠的且布满整个镜面区域，且在过远用基准点（5）和位置参考基准点（7）的等屈光度轮廓线之间的区域内，小光瞳（4）的重叠比外围区域更加的密集；在子午线（3）上，远用基准点（5）到位置参考基准点（7）的长度为L的线段内，小光瞳（4）的个数N用如下公式来计算：

Figure 2012102662731100001DEST_PATH_IMAGE001

其中a为待定系数，L为远用基准点（5）和与近用基准点距离相等的位置参考基准点（7）之间的距离，φ为小光瞳的直径。

3.根据权利要求2所述新型多光轴渐进多焦点镜片设计方法，其特征在于，所述小光瞳（4）重叠的区域，通过多目标函数求解模型参数的方法对重叠区域重构面形，在多光轴渐进多焦点的光瞳设计区进行曲面拟合，拟合面可位于镜片的前表面或者后表面。