CN113189790A - 球棒结构环型多点微透镜离焦镜片以及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球棒结构环型多点微透镜离焦镜片以及其设计方法，镜片两面均为非球面，外非球面中心圆形区域有叠加层，叠加层由间隔排布的球形微透镜和棒形微透镜组成。所述叠加层中心为一个圆形区域，中心区外围以环形分布向镜片边缘延伸，环至少为两环，同环内球形微透镜的屈光度相同，环与环之间球形微透镜的屈光度按照函数方程式变量变化。镜片采用双面非球面设计，有效降低球面镜片边缘光学性能缺陷导致的转动眼球时的边缘斜向视物会产生模糊感，提升整体视觉清晰度。采用叠加球棒结构微透镜多焦点设计，与独立微透镜多焦点设计相比，其近视控制效果提升。球棒结构采用环形分布，环与环之间微透镜屈光度按照函数逐渐增加使佩戴者的舒适性增加。

Description

球棒结构环型多点微透镜离焦镜片以及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种光学设备设计技术，特别涉及一种球棒结构环型多点微透镜离焦镜片以及其设计方法。

背景技术

中国青少年近视眼患病率随着学龄增长而升高，表现出发病率低龄化和度数高度化的趋势，且逐年上升。中国大陆40岁以上成年人的近视眼患病率约为25％～35％，而青少年儿童的近视眼患病率更高，部门地区初中生的近视眼患病率高达60％以上。

上世纪90年代后期，科学家们发现除了视网膜中央区的离焦信号外，视网膜周边区的远视性离焦也是可能引起近视加深的重要因素，并在国际上首次证明，如果能控制好视网膜周边的远视性离焦，对青少年近视的增长有30-40％的控制效果。

单焦点镜片矫正视力可以让患者立刻获得清晰的视野，但其有一个致命的缺陷就是当光线进入眼睛以后，中心视力处的物像投影到视网膜上，其他的外围却投影到了视网膜的后方，从而形成远视性离焦，可能会导致近视的不断加深。而近视性离焦镜片，不仅让中心视力处的图像投影在视网膜上，通过技术手段，让周边图像投射到视网膜前方。从而避免眼睛自身调节来加长眼轴，最终达到预防近视的目的。

通过专利检索发现，有近视性离焦镜片的相关发明。例如：CN111796436A-一种减缓近视加深的镜片及其制备方法，该发明利用光学塑料膜制成具有离焦效应的功能膜，并将该功能膜内置于树脂镜片中间，起到近视防控的作用，且在镜片的表面不存在微小的凸起，镜片更加美观。但该系列镜片加工困难，且由于该系列镜片的微透镜在镜片内部，其微透镜屈光度很难得到保障，其效果也很难体现。日本特许第4891249号公报中描述的镜片是菲涅耳多焦点镜片，该镜片在镜片中同心地配置多个屈光区域，其中，这些屈光区域中的作为第一屈光区域的至少一个屈光区域具有基于矫正眼睛的屈光不正用的处方的第一屈光力。然而，该系列镜片的微透镜屈光度之间的关系是独立的，患者佩戴过程中容易出现重影，影响佩戴效果。再如，专利CN201980004568.1提出一种旨在配戴在配戴者的眼睛的前方的镜片元件，所述镜片元件处方部分被配置用于在标准配戴条件下和针对中央凹视力向所述配戴者提供基于所述配戴者的处方的第一光焦度，用于矫正所述配戴者的所述眼睛的屈光异常；多个的至少三个光学元件，至少一个光学元件具有在标准配戴条件下并且针对周边视力不将图像聚焦在所述眼睛的视网膜上的光学功能，以便减缓所述眼睛的屈光异常的发展。该专利提供了一个大体的方向，并未对具体产品进行明确的要求。

发明内容

为了克服佩戴不适和提升近视控制效果，提出了一种球棒结构环型多点微透镜离焦镜片以及其设计方法。

本发明的技术方案为：一种球棒结构环型多点微透镜离焦镜片，镜片两面均为非球面，外非球面中心圆形区域有叠加层，使近视性离焦量呈现连续性的叠加层由间隔排布的球形微透镜和棒形微透镜组成；所述叠加层中心为一个圆形区域，中心区外围以环形分布向镜片边缘延伸，环至少为两环，同环内球形微透镜的屈光度相同，环与环之间球形微透镜的屈光度按照函数方程式变量变化。

优选的，所述棒形微透镜为菲涅尔透镜，高度为0.01～5um。

优选的，所有棒形微透镜的屈光度相同。

优选的，所述球形微透镜为非球面透镜，球形微透镜高度为0.1～5um，球形微透镜的底面直径为0.1～5mm。

所述球棒结构环型多点微透镜离焦镜片的设计方法，所述环与环之间球形微透镜的屈光度按照函数方程式变量变化，其变化关系为y＝alog₃x+b,其中y为球形微透镜的屈光度，x为环内径到镜片中心点的距离，a、b为常数。

优选的，所述球形微透镜的设计方程为：

其中，Z为共轴光学系统设计Z值的大小；c为球形微透镜曲率；r为球形微透镜半径值，r²＝x²+y²；K为二次曲面系数；a₃、a₄、a₅、a₆、a₇、a₈为高阶非球面系数，α、β为树脂镜片设计补偿系数。

本发明的有益效果在于：本发明球棒结构环型多点微透镜离焦镜片以及其设计方法，镜片采用双面非球面设计，可以有效降低球面镜片边缘光学性能缺陷导致的转动眼球时的边缘斜向视物会产生模糊感，从而是整体视觉更加清晰。在非球面基础上，采用叠加球棒结构微透镜多焦点设计，与独立微透镜多焦点设计相比，其近视控制效果会提升。同时，球棒结构采用环形分布，环与环之间微透镜屈光度按照函数逐渐增加会让佩戴者的舒适性增加。

附图说明

图1为本发明球棒结构环型多点微透镜离焦镜片俯视图；

图2为本发明球棒结构环型多点微透镜离焦镜片截面图；

图3为本发明球棒结构环型多点微透镜离焦镜片叠加层示意图；

图4为本发明球棒结构环型多点微透镜离焦镜片叠加层局部放大示意图。

附图标记：1、非球面镜片；101、非球面基底层；2、叠加层；201、球形微透镜；202、棒形微透镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种球棒结构环型多点微透镜离焦镜片以及其设计方法，镜片两面采用差异化设计，如图1、2所示球棒结构环型多点微透镜离焦镜片结构示意和截面图，内外两面均采用非球面镜片1设计，外非球面中间部分叠加球棒结构微透镜2多焦点设计的叠加层。球面镜边缘光学性能缺陷从眼视光的角度出发主要包括斜像散(ObliqueAstigmatism)、度差(MeanPower Error)和畸变(Distortion)，上述缺陷将导致转动眼球时的边缘斜向视物会产生模糊感。非球面镜片很可能是出于中心度数测量方便的原因，也可能是出于加工相对容易控制的原因，往往会将中心区域(大约10～15毫米)设计成球面，比如日本精工公司的单非球面镜片就有一个中心10毫米为球面设计的发明专利，国内相当数量的非球面镜片也属于此列。但随着非球面加工技术的发展，从中心开始即为非球面设计的思路渐渐流行起来，中心非球设计无疑给设计本身带来了更多优化的余地。比如一片中心20口径为球面的镜片势必会减少20-50口径的设计可能性，给该区域设计优化带来困难。如果非球面设计从中心开始，整个表面的设计变量就可以多得多，得到最佳优化也会变得容易。

如图3、4所示叠加层示意图，此图仅仅为了示意，表达球形微透镜201和棒形微透镜202的连接关系，具体以设计尺寸为准。在降低了镜片光学性能缺陷以后，为了提升镜片控制近视的性能，在外面非曲面的基础上叠加球棒结构微透镜多焦点多环结构设计，其中非球面基底层101采用非球面设计，其屈光度基于矫正视力屈光不正用的处方的屈光度；叠加层采用球棒结构微透镜多焦点设计，由间隔排布的球形微透镜201和棒形微透镜202组成(球形微透镜和棒形微透镜间隔排列可以近视性离焦量呈现连续性，有利于佩戴者舒适度的提升)，叠加层中心为一个圆形区域，中心区外围以环形分布向镜片边缘延伸，环至少为两环(根据个体眼睛特点需求进行设计)。棒形微透镜202采用菲涅尔设计，球形微透镜201为非球面设计，设计方程为：

其中，Z为共轴光学系统设计Z值的大小；c为球形微透镜曲率；r为球形微透镜半径值，r²＝x²+y² ；K为二次曲面系数；a₃、a₄、a₅、a₆、a₇、a₈为高阶非球面系数，α、β为树脂镜片设计补偿系数。

同环内球形微透镜的屈光度相同，环与环之间球形微透镜的屈光度按照一定的函数方程式变量变化，其变化关系为y＝alog₃x+b,其中y为球形微透镜的屈光度，x为环内径到镜片中心点的距离，a、b为常数。棒形微透镜具有相同的屈光度。

实施例1

一种球棒结构环型多点微透镜离焦镜片的设计方法，镜片两面采用差异化设计，镜片两面采用差异化设计，内面为非球面设计，外面为包含非球面基底层与球棒结构微透镜的叠加层的双层结构设计。其中基底层采用非球面设计，其屈光度基于矫正视力屈光不正用的处方的屈光度；叠加层采用球棒结构微透镜多焦点设计，由间隔排布的球形微透镜和棒形微透镜组成，叠加层中心为一个圆形区域，中心区外围以环形分布向镜片边缘延伸，环数为九环。棒形微透镜采用菲涅尔设计，球形微透镜为非球面设计。

同环内球形微透镜的屈光度相同，环与环之间球形微透镜的屈光度按照一定的函数方程式变量变化，其变化关系为y＝alog₃x+b,其中y为球形微透镜的屈光度，x为环内径到镜片中心点的距离。棒形微透镜具有相同的屈光度。镜片原材料为树脂材料，其折射率和阿贝数满足条件：折射率为1.60，阿贝数为40。球形微透镜高度为0.1um，微透镜的底面直径为0.1mm；棒形微透镜高度为0.01um。

实施例2

一种球棒结构环型多点微透镜离焦镜片的设计方法，镜片两面采用差异化设计，内面为非球面设计，外面为包含非球面基底层与球棒结构微透镜的叠加层的双层结构设计。其中基底层采用非球面设计，其屈光度基于矫正视力屈光不正用的处方的屈光度；叠加层采用球棒结构微透镜多焦点设计，由间隔排布的球形微透镜和棒形微透镜组成，叠加层中心为一个圆形区域，中心区外围以环形分布向镜片边缘延伸，环数为九环。棒形微透镜采用菲涅尔设计，球形微透镜为非球面设计。

同环内球形微透镜的屈光度相同，环与环之间球形微透镜的屈光度按照一定的函数方程式变量变化，其变化关系为y＝alog₃x+b,其中y为球形微透镜的屈光度，x为环内径到镜片中心点的距离。棒形微透镜具有相同的屈光度。镜片原材料为树脂材料，其折射率和阿贝数满足条件：折射率为1.67，阿贝数为31。球形微透镜高度为0.2um，微透镜的底面直径为0.2mm；棒形微透镜高度为0.01um。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种球棒结构环型多点微透镜离焦镜片，其特征在于，镜片两面均为非球面，外非球面中心圆形区域有叠加层，使近视性离焦量呈现连续性的叠加层由间隔排布的球形微透镜和棒形微透镜组成；所述叠加层中心为一个圆形区域，中心区外围以环形分布向镜片边缘延伸，环至少为两环，同环内球形微透镜的屈光度相同，环与环之间球形微透镜的屈光度按照函数方程式变量变化。

2.根据权利要求1所述球棒结构环型多点微透镜离焦镜片，其特征在于，所述棒形微透镜为菲涅尔透镜，高度为0.01～5um。

3.根据权利要求2所述球棒结构环型多点微透镜离焦镜片，其特征在于，所有棒形微透镜的屈光度相同。

4.根据权利要求2所述球棒结构环型多点微透镜离焦镜片，其特征在于，所述球形微透镜为非球面透镜，球形微透镜高度为0.1～5um，球形微透镜的底面直径为0.1～5mm。

5.根据权利要求1所述球棒结构环型多点微透镜离焦镜片的设计方法，其特征在于，所述环与环之间球形微透镜的屈光度按照函数方程式变量变化，其变化关系为y＝a log₃x+b,其中y为球形微透镜的屈光度，x为环内径到镜片中心点的距离，a、b为常数。

6.根据权利要求5所述球棒结构环型多点微透镜离焦镜片的设计方法，其特征在于，所述球形微透镜的设计方程为：

其中，Z为共轴光学系统设计Z值的大小；c为球形微透镜曲率；r为球形微透镜半径值，r²＝x²+y²；K为二次曲面系数；a₃、a₄、a₅、a₆、a₇、a₈为高阶非球面系数，α、β为树脂镜片设计补偿系数。

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