CN109946849A - 光学框架眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学框架眼镜，所述光学框架眼镜包括透镜，所述透镜具有以透镜的光学中心为圆心的圆形的中心区和围绕所述中心区的多个圆环形的增焦补偿区，其中，在径向向外的方向上，所述中心区和多个所述增焦补偿区的焦度递增。本发明中的光学框架眼镜可以消除眼的高阶像差，从而能够控制近视眼的发生和发展。另外，本发明的光学框架眼镜并不触及眼球，其佩戴方法简单、佩戴后不会引起不适感、保养方法简单并且制造成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及光学眼镜领域，具体而言，涉及一种光学框架眼镜。
背景技术
传统的光学框架眼镜是一种戴在患者眼前若干毫米，用于矫正视力的透明介质镜片，通过与配戴眼的屈光异常相适应的光线折射，使中心注视目标成像在配戴眼的视网膜黄斑部。则戴镜眼能够清晰地看到中心注视目标，从而对屈光异常眼起到了视力矫正作用。然而这种传统的光学框架眼镜并不具有控制近视发展的功效。
从视觉光学的角度分析，人眼并非精密理想的屈光体，当采用球柱面光学透镜精准地矫正眼的屈光不正以后，入眼的近轴光可以在视网膜层面清晰结像，从而矫正注视中心区的屈光不正，但入眼的轴外光所成的周边像面并不能在视网膜层面精确结像，形成周边性离焦，使视网膜层面周边的影像模糊，而模糊影像通过对视网膜神经递质水平的影响，控制眼轴长的发育，可能导致近视的发生和发展。
注视目标的真实信息与眼的视觉成像信息的差异称为像差，通常将眼的像差分为两种，上述可以采用光学透镜精确矫正的像差称为低阶像差，包括近视、远视和散光等；而常规光学透镜不能完全补偿的眼固有的成像缺陷称为高阶像差，包括球面像差(即，球差)、彗差、像散等。眼的高阶像差绝大部分来自于角膜面不规则的复杂形态，例如入瞳光线角膜中心与周边部的焦力差形成球差。
近年来一种名为塑形用硬性透气接触镜(Ortho-k lens)颇为流行，配戴该种接触镜可以暂时性地修改角膜形态，角膜中心部被镜片定量压平以后使眼的正焦力减量，用于矫正近视性屈光不正；而旁中心区角膜适度增焦，从而诱使塑形后眼的高阶像差被适度修正，使周边模糊影像在戴镜眼的视野中减少。临床实践已经证实配戴该种接触镜以后，部分戴镜眼的近视发展趋缓。
但是，由于塑形用硬性透气接触镜在佩戴时直接与眼睛接触，导致其佩戴方法复杂，佩戴后的舒适性较差，保养麻烦并且制造成本较高。因此，需要设计一种具有控制近视发生和发展的功效的光学框架眼镜。
发明内容
鉴于现有技术中的上述不足，本发明根据临床的实际测试结合精密计算设计了一种能够控制近视发展的光学框架眼镜。
本发明的实施例提供了光学框架眼镜，所述光学框架眼镜包括透镜，其特征在于，所述透镜具有以透镜的光学中心为圆心的圆形的中心区和围绕所述中心区的多个圆环形的增焦补偿区，其中，在径向向外的方向上，所述中心区和多个所述增焦补偿区的正焦度递增。
可选地，所述透镜具有5个等宽的增焦补偿区，所述中心区的直径为2mm，每个增焦补偿区的环宽为2mm。
可选地，在径向向外的方向上依次排列的5个等宽的增焦补偿区相对于所述中心区的正焦度增加值分别为0.01D、0.03D、0.07D、0.12D和0.18D。
可选地，所述中心区和多个所述增焦补偿区构成所述透镜的静态视野区。
本发明的实施例的光学框架眼镜至少具有以下优点：
本发明的光学框架眼镜可以消除眼的高阶像差，从而能够控制近视眼的发生和发展。另外，本发明的光学框架眼镜并不触及眼球，其佩戴方法简单、佩戴后不会引起不适感、保养方法简单并且制造成本较低。
附图说明
图1示意性地示出了人眼的角膜。
图2A和2B示意性地示出了本发明的光学框架眼镜的透镜补偿角膜球面像差的原理。
图3示意性地示出了人眼注视远目标时眼的视野角和透镜静态视野区。
图4示意性地示出了本发明的光学框架眼镜的中心区和增焦补偿区的尺寸。
图5示意性地示出了本发明的光学框架眼镜的增焦补偿区的变焦量值的计算过程。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解和实现本发明。但是，对所属技术领域的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不局限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面所述的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用，而不应看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
1.基本原理分析
如图1所示，角膜的前表面为椭圆形长轴向弧面的一部分，其中心部曲率最弯，显示的焦力最大，周边部曲率渐平，焦力递减。由于实测角膜轮廓的偏心率大于0且小于1，故按照角膜的形态轨迹延伸后可以虚拟为椭圆形，角膜中心与周边形成比较性焦力差，导致焦像面周边离焦(如图2A所示)。统计学显示角膜椭圆形偏心率的个体差异呈正态分布，如果取角膜椭圆形偏心率的均值设计球面像差补偿方案，可以近似补偿绝大多数戴镜眼的球面像差。具体设计方案是以光学透镜的光学中心为零点，围绕镜片零点周围视野范围设计若干环形区域，以渐变梯度适度增焦，使入射镜片周边部的光线可以定量补偿角膜椭圆形态周边部逐量减焦所形成的球面像差，则注视野周边区域焦像面可以适度地趋近视网膜(如图2B所示)，从而改善眼的视野区成像质量，达到控制近视发生和发展的目的。
2.透镜静态视野区的设定
设戴镜眼的视线通过透镜的光学中心指向注视目标，在瞳孔最大时，眼的视野所及在透镜上的投射范围为透镜静态视野区。当然由于框架眼镜的位置固定不变，注视眼可向周边转动约25°，形成范围更大的动态视野区，则不在本设计的讨论范围。
(1)注视远目标时眼的视野角
眼在注视远目标时瞳孔直径为生理最大值，如图3所示，眼在注视远目标时，由瞳孔边缘入射的光线经眼的屈光系折射与眼的主光轴相交于眼的结点N，设由瞳孔边缘入射的光线与眼的主光轴的夹角α为注视远目标时眼的视野角。夹角α可计算如下。
已知：注视远目标时瞳孔半径r1实测均值约为2.386mm，瞳孔平面至结点N的间距a均值实测约为4.133mm。
求：由瞳孔边缘入射的光线与眼的主光轴所夹视野角α。
解：tanα＝r/a＝2.386/4.133＝0.5773，α≈30°。
(2)透镜静态视野区半径
设在注视远目标时，视野角在光学镜片上的投射区半径均值为r，则r可计算如下。
已知：眼的视野角α约为30°，角膜前中心点与瞳孔平面的间距实测均值b约为3.067mm，光学镜片后顶点与角膜前中心点的间距c约为12mm。
求：透镜静态视野区半径r。
解：r＝tan30(a+b+c)＝0.5773×19.2＝11.08(mm)。
3.透镜的增焦补偿区的数量和宽度的设计
由上述计算可知透镜静态视野区圆形直径约为22mm，如图4所示，在透镜几何中心以2mm画圆设为中心区，之后，围绕中心区以2mm递增梯度为半径画同心圆，从而形成5个等宽的圆环形的增焦补偿区，即第1、第2、第3、第4和第5增焦补偿区。在径向向外的方向上，中心区和5个增焦补偿区的正焦度递增。
4.透镜各增焦补偿区的变焦量值的设计
如图5所示，设透镜几何中心点为O，在透镜的5个增焦补偿区的环宽中点取A、B、C、D和E点，自上述6个点向眼的结点N引直线，则与角膜交于O1、A1、B1、C1、D1和E1这6个点。已知角膜自几何中心向周边过渡正焦度递减，递减的量值呈渐变性。试计算角膜A1、B1、C1、D1和E1这5个点的正焦度递减值，将与上述5个点对应的透镜A、B、C、D和E这5个点所在的增焦补偿区设计为正焦度等量递增，即将A、B、C、D和E这5个点的正焦度增加值分别作为A、B、C、D和E这5个点所在的第1、第2、第3、第4和第5增焦补偿区的正焦度增加值，则透镜就可以近似地补偿角膜椭圆形态形成的球面像差。
已知：归纳屈光矫正以后眼的高阶像差残量的实测值，设角膜中心O1点正焦度减少值为0，则角膜E1点正焦度减少值约为-0.18D。角膜几何中心O1点曲率焦度实测均值约为43.58D，则角膜椭圆长半轴x约为7.7444mm；角膜椭圆形偏心率实测均值约为0.439，则角膜椭圆短半轴y约为6.958mm。由于角膜椭圆的圆心接近于眼的结点N，可默认每个变焦弧所对的圆心角约为5.45°，故可采用椭圆的圆心距公式分别计算角膜A1、B1、C1、D1和E1这5个点的圆心距x1、x2、x3、x4、x5，并推算A1、B1、C1、D1和E1这5个点的正焦度减少值。
求：透镜A、B、C、D和E点所在的第1、第2、第3、第4和第5增焦补偿区的正焦度增加值。
解1：角膜A1、B1、C1、D1和E1点的圆心距x1、x2、x3、x4、x5计算如下。
x1 2＝x2y2/[x2(sin5.45)2+y2(cos5.45)2]，x1＝7.7357(mm)
x2 2＝x2y2/[x2(sin10.9)2+y2(cos10.9)2]，x2＝7.7108(mm)
x3 2＝x2y2/[x2(sin16.35)2+y2(cos16.35)2]，x3＝7.6718(mm)
x4 2＝x2y2/[x2(sin21.8)2+y2(cos21.8)2]，x4＝7.6196(mm)
x5 2＝x2y2/[x2(sin27.25)2+y2(cos27.25)2]，x5＝7.5572(mm)
解2：根据上述圆心距的计算结果可知角膜上A1、B1、C1、D1等4点的焦度递减比率分别为4.6％、17.9％、38.7％、66.6％。
因此，综上所述，设角膜中心O1点正焦度减少值为0，则A1、B1、C1、D1、E1点的正焦度减少值分别为：
A1＝-0.01D，B1＝-0.03D，C1＝-0.07D，D1＝-0.12D，E1＝-0.18D。
则，透镜A、B、C、D和E点相对于透镜几何中心点O的正焦度增加值如下：
A＝0.01D，B＝0.03D，C＝0.07D，D＝0.12D，E＝0.18D。
因此，透镜A、B、C、D和E点所在的第1、第2、第3、第4和第5增焦补偿区相对于中心区的正焦度增加值分别为0.01D、0.03D、0.07D、0.12D和0.18D。例如，如果光学框架眼镜是近视镜并且透镜中心区的焦度为-3D，则第1、第2、第3、第4和第5增焦补偿区的焦度分别为-2.99D、-2.97D、-2.93D、-2.88D和-2.82D。如果光学框架眼镜是远视镜并且透镜中心区的焦度为+3D，则第1、第2、第3、第4和第5增焦补偿区的焦度分别为+3.01D、+3.03D、+3.07D、+3.12D和+3.18D。
5.本发明的有益效果
本发明的光学框架眼镜可以消除眼的高阶像差(球面像差)，从而能够控制近视眼的发生和发展，尤其可以针对尚未发生近视的儿童高危人群，减少其近视眼的患病几率。另外，本发明的光学框架眼镜并不触及眼球，其佩戴方法简单、佩戴后不会引起不适感，保养方法简单并且制造成本较低。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (4)
1.一种光学框架眼镜，所述光学框架眼镜包括透镜，其特征在于，所述透镜具有以透镜的光学中心为圆心的圆形的中心区和围绕所述中心区的多个圆环形的增焦补偿区，其中，在径向向外的方向上，所述中心区和多个所述增焦补偿区的正焦度递增。
2.根据权利要求1所述的光学框架眼镜，其中，所述透镜具有5个等宽的增焦补偿区，所述中心区的直径为2mm，每个增焦补偿区的环宽为2mm。
3.根据权利要求2所述的光学框架眼镜，其中，在径向向外的方向上依次排列的5个等宽的增焦补偿区相对于所述中心区的正焦度增加值分别为0.01D、0.03D、0.07D、0.12D和0.18D。
4.根据权利要求1所述的光学框架眼镜，其中，所述中心区和多个所述增焦补偿区构成所述透镜的静态视野区。
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