CN113253482A - 一种渐进多焦点眼镜片两段式子午线设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种渐进多焦点眼镜片的设计方法。首先确定视远区参考点、视近区参考点的位置及对应光焦度，用一个可以改变参数（一阶导数、横坐标，纵坐标）的子午线形状控制点来连接分别过视远区参考点和视近区参考点的两条曲线，构成一条连续平滑的子午线光焦度变化曲线，再结合轮廓线得到镜片上各点的矢高数据，从而确定渐进多焦点眼镜片的整个面型。本发明可以通过形状控制点更加灵活地调节渐进多焦点眼镜片的子午线光焦度变化梯度，控制视远区和视近区的光焦度和像散，从而满足渐进多焦点眼镜片佩戴者的个性化需求。

Description

一种渐进多焦点眼镜片两段式子午线设计方法
技术领域
本发明涉及一种渐进多焦点眼镜片的设计方法，特别涉及一种渐进多焦点眼镜片子午线的设计方法。
背景技术
渐进多焦点眼镜片可以同时满足老视眼患者看远和看近的需求，克服了传统的单光镜片只能看单一距离物体的缺陷，也避免了双光镜片在看远和看近切换过程中产生视觉断裂等不足，如今已在生活中获得越来越广泛的应用。其正面投影图参见附图1，渐变面主要分为四个区域，1区为视远区，在人眼球放松平视的状态下将远处的事物清晰成像在视网膜上，视远区范围较大，提供清晰广阔的视野； 2区为视近区，用于观察近距离事物，视近区范围较视远区小；视远区和视近区由3区中央过渡区（渐变通道）相连接，负责观察远距离和近距离之间的事物，4为像散区，是设计渐进多焦点眼镜片一定会产生的影响镜片性能的区域。图中A为视远区参考点，B为视近区参考点，具体位置的确定根据对老视眼患者验光、配镜数据（如矫正老视程度，人眼瞳距以及用眼习惯等）的测量结果来确定。
美国专利US4861153和中国专利 CN101661167A中首先确定镜片视远区参考点，视近区参考点位置，视远区参考点光焦度，加光度数等参数，通过解一个高阶多项式的各项系数确定渐进多焦点眼镜片的子午线光焦度变化曲线，可以根据佩戴者的视觉要求，得到不同的子午线光焦度分布，可用于多种用途的渐进多焦点眼镜片的设计。上述方法使用高阶多项式系数确定子午线屈光度分布，在设计不同用途的渐进多焦点眼镜片时不够直观灵活。
发明内容
本发明的目的是克服目前设计方法的不足，在设计不同使用场合的渐进多焦点眼镜片时，提供一种更加灵活的，方便的渐进多焦点眼镜片设计方法。
实现本发明的目的的技术方案步骤如下：
在本发明中，设定如下的坐标系：y轴正方向水平向右，x轴正方向竖直向下，z轴正方向垂直纸面指向读者，坐标轴单位为mm。
设计渐进多焦点眼镜片的子午线光焦度变化曲线：
根据配镜者的佩戴要求，确定视远区参考点、视近区参考点位置，视远区参考点光焦度，加光度数等参数，渐进多焦点眼镜片的子午线屈光度变化曲线由以下函数确定：
Figure 383905DEST_PATH_IMAGE002
（1）
式中u为子午线上的位置；
l为视远区参考点A到镜片中心O的距离；
h为视远区参考点A到视近区参考点B的距离；
n为镜片材料折射率；
D(u)为子午线上对应位置的光焦度；
r(u)为子午线上对应位置的曲率半径；
连接分别过视远区参考点A和视近区参考点B的两条曲线的点K，位于A和B之间，其坐标(u 0 ,D 0 )为变量，其取值范围为：-l+1<u 0 <-l+h-1，D A <D 0 <D A +ADD。
形状控制点K处两端点的一阶导数相等为k 0 ，即形状控制点K处平滑连接,k 0也是控制子午线形状的变量。
通过以下（2）和（3）两个增广矩阵可以解得上述函数的系数：
Figure 361220DEST_PATH_IMAGE004
（2）
Figure 665162DEST_PATH_IMAGE006
（3）
得到子午线屈光度变化曲线D(u)，从而得到子午线上曲率半径分布r(u)。
确定渐进多焦点眼镜片的面型：
选择轮廓线函数，轮廓线选择与子午线正交的曲线簇。根据文献专利US5123725公开的技术方案，渐进多焦点眼镜片的轮廓线为u(x, y)，其中u(x, y)的表达式如下：
Figure 845345DEST_PATH_IMAGE008
（4）
依据镜片子午线上曲率半径分布r(u)和轮廓线u(x, y)，得到镜片上个点的曲率半径r(u(x, y))。
计算出各个点的曲率半径所对应的曲率中心位置，根据文献专利US5123725公开的技术方案，确定各个点的曲率半径所对应的曲率中心位置
Figure 567445DEST_PATH_IMAGE009
的公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（5）
以曲率半径和对应的曲率中心构建一系列的圆，这些圆的包络面就是镜片的表面，最后通过计算得到镜片各点对应的矢高：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（6）
本发明的优势在于：相比于其他方案，通过改变形状控制点处的坐标和一阶导数，可以更加灵活的获得不同形状的子午线光焦度变化曲线，从而设计出满足用户要求的渐进多焦点眼镜片。
附图说明：
图1为渐进多焦点眼镜片不同区域功能示意图，1区为视远区，2区为视近区，3区为渐变通道，4区为像散区，点A和B分别为视远区参考点和视近区参考点；
图2为本发明实例中渐进多焦点眼镜片子午线光焦度变化曲线示意图；
图3为本发明实例中渐进多焦点眼镜片矢高示意图；
图4为本发明实例1中渐进多焦点眼镜片光焦度等值线示意图；
图5为本发明实例1中渐进多焦点眼镜片像散等值线示意图。
图6为本发明实例2中渐进多焦点眼镜片光焦度等值线示意图。
图7为本发明实例2中渐进多焦点眼镜片像散等值线示意图。
图8为本发明实例3中渐进多焦点眼镜片光焦度等值线示意图。
图9为本发明实例3中渐进多焦点眼镜片像散等值线示意图。
具体实施方式：
下面结合示意图和实施实例对本发明技术方案作进一步说明。
实施实例1
本实例中，镜片半径R为30 mm，折射率n为1.56，镜片视远区参考点A处的光焦度为4屈光度，加光度数ADD为2屈光度，所以视近区参考点B处的光焦度为6屈光度，视远区参考点A和视近区参考点B之间的距离h=32 mm，视远区参考点A与镜片中心O之间的距离l=10mm。具体设计步骤如下：
1. 规定坐标系如下：y轴正方向水平向右，x轴正方向竖直向下，z轴正方向垂直纸面指向读者，坐标轴单位为mm。
根据配镜者的佩戴要求，确定视远区参考点、视近区参考点位置，视远区参考点光焦度，加光度数等参数，由式（1）确定，连接分别过视远区参考点A和视近区参考点B的两条曲线的点K，位于A和B之间，其坐标(u 0 ,D 0)为变量，其取值分别为u 0=10，D 0=5。
形状控制点K处两端点的一阶导数相等为k 0，即形状控制点K处平滑连接，k 0 取值为0.26。代入上述数据后，解两个增广矩阵，得到两个多项式系数，从而获得子午线光焦度变化曲线，参见附图2的第1条曲线为解出的子午线光焦度变化曲线图，图中横坐标为镜片子午线上的位置坐标，纵坐标为子午线上对应的光焦度。
根据文献专利US5123725公开的技术方案，通过式（4）计算出渐进多焦点眼镜片的轮廓线u(x, y)，利用计算出的轮廓线u(x, y)，求出镜片整个表面的曲率半径分布r(u(x,y))。
根据专利文献US5123725公开的技术方案，按照式（5）计算出镜片上每一点对应的曲率中心
Figure 332970DEST_PATH_IMAGE014
，式中，每一个u与对应的曲率中心和曲率半径构成的球面相匹配，这一系列球面的包络面就是渐变表面的矢高，矢高的计算公式如式（6）。参见附图3，为本实例中渐进多焦点眼镜片矢高三维示意图。
再对镜片的光焦度分布进行计算，参见附图4，为本实例中渐进多焦点眼镜片光焦度等值线示意图。
最后计算渐进多焦点眼镜片的像散，参见附图5，为本实例中渐进多焦点眼镜片像散等值线示意图。
从图2曲线1可以看出，镜片光焦度在视远区变化缓慢，在视近区变化较快，视远区参考点和视近区参考点附近的光焦度趋于平稳，光焦度变化曲线平滑，没有突变。从附图4渐进多焦点眼镜片光焦度等值图可以看出：视远区在一个较大的范围内光焦度在4屈光度附近，偏差值小于0.5屈光度，视远区和视近区中间的渐进通道长度大约16mm，附图5是渐进多焦点眼镜片像散等值线分布图，从图中可以看出，视远区像散小于0.5屈光度的区域范围较大，呈现倒三角形状，其像散小于0.5屈光度的最大宽度约为50mm，渐变通道上像散小于0.5屈光度的区域贯穿渐变通道，最窄处约为3mm，视近区像散小于0.5屈光度的区域呈现椭圆状，其范围小于视远区，视近区像散小于0.5屈光度的最大宽度为10mm。这种镜片视远区开阔，适用于视远为主兼顾视近使用的人群。
实施实例2
在本实例中，镜片参数和设计步骤均与实例1相同，不同之处在于设计渐进多焦点眼镜片子午线光焦度变化曲线时形状控制点的坐标变为(8, 5.2)，一阶导数k 0的值为0.2，附图2的第2条曲线为对应的子午线光焦度变化曲线，附图6为本实例渐进多焦点眼镜片光焦度等值线示意图。图7为本实例渐进多焦点眼镜片像散等值线示意图。
从图2曲线2可以看出，相比较实例1，本实例镜片光焦度在视远区变化较快，在视近区变化较缓慢，视远区参考点和视近区参考点附近的光焦度趋于平稳，光焦度变化曲线平滑，没有突变。从附图6渐进多焦点眼镜片光焦度等值图可以看出：相对实例1而言，实例2的镜片其视近区在一个较大的范围内光焦度在6屈光度附近，偏差值小于0.5屈光度，视远区的范围减小，附图7是渐进多焦点眼镜片像散等值线分布图，从图中可以看出，视近区像散小于0.5屈光度的区域范围相比较实例1而言，最大宽度扩大了6mm，为16mm。渐变通道上像散小于0.5屈光度的区域贯穿渐变通道，最窄处约为3 mm，视远区像散小于0.5屈光度的区域范围比实例1有所减小，视远区像散小于0.5屈光度的最大宽度为42mm，减小了8mm，这种镜片视近区相比实例1开阔，适用于读书，看报，书写等近距离工作为主的人群。
实施实例3
在本实例中，镜片参数和设计步骤均与实例1相同，不同之处在于设计渐进多焦点眼镜片子午线光焦度变化曲线时形状控制点K的坐标变为(16, 5.6)，一阶导数k 0的值变为0.01，附图2的第3条曲线为对应的子午线光焦度变化曲线，附图8为本实例渐进多焦点眼镜片光焦度等值线示意图。图9为本实例渐进多焦点眼镜片像散等值线示意图。
从图2曲线3可以看出，由于K点处的一阶导数取值较小，镜片光焦度在子午线形状控制点处变化缓慢，视远区参考点和视近区参考点附近的光焦度趋于平稳，光焦度变化曲线平滑，没有突变。从附图8渐进多焦点眼镜片光焦度等值图可以看出：相对实例1和实例2而言，视远区和视近区的范围都有所减小，附图9是渐进多焦点眼镜片像散等值线分布图，从图中可以看出视远区和视近区像散小于0.5屈光度的最大宽度分别为40 mm和14mm，范围减小，但是渐变通道宽度明显增大，约为6 mm，比实例1和实例2增加了3mm，扩大了一倍。这种镜片适用于中距离如使用电脑等工作为主，兼顾视远和视近使用的人群。
从本发明提供的实例可以看到，改变子午线光焦度变化曲线中的形状控制点K处的参数可以得到不同的子午线光焦度变化曲线，设计出的渐进多焦点眼镜片大光焦度和像散分布也不同。从设计结果对比表格中可以看出：实例1的视远区范围最大，实例2的视近区范围最大。实例3的视近区和视远区都最小，但是渐变通道最宽阔。
表1 三个实例设计结果对比表
Figure 78203DEST_PATH_IMAGE016
上述的三个实例说明，相比较解一个高阶多项式各项系数得到子午线光焦度变化曲线，本发明通过两条曲线连接，调整形状控制点K的参数（一阶导数、横坐标，纵坐标）得到子午线光焦度变化曲线，可以呈现更为直观的子午线光焦度变化趋势，渐进多焦点眼镜片的光焦度和像散分布也会出现相应的变化，因此设计更加直观灵活，设计的渐进多焦点眼镜片也可以满足不同人群的个性化需求。

Claims (3)

1.一种渐进多焦点眼镜片两段式子午线设计方法，过程包括设计子午线光焦度变化曲线，结合选取的轮廓线确定镜片表面各点的矢高，从而确定镜片的整个面型，其特征在于包括如下步骤：
（1）确定镜片的视远区参考点A的位置和光焦度(u 1, D A)、视近区参考点B位置和光焦度(u 2, D A+ADD)，其中， ADD为加光度数，形状控制点K连接分别过点A和B的两条曲线.，得到子午线光焦度变化曲线，算得镜片子午线上曲率半径分布r(u)；
（2）根据镜片子午线上曲率半径分布r(u)和轮廓线函数u(x, y)，得到镜片上各点的曲率半径r(u(x, y))及其对应的曲率中心位置，构建一系列球面，这一系列的球面的包络面即为镜片的表面，再经过计算得到镜片上各点的矢高。
2.根据权利要求1所述的一种渐进多焦点眼镜片两段式子午线设计方法，其特征在于：所述形状控制点为K，其坐标为(u 0,D 0)，u 1<u 0<u 2，D A<D 0<D A+ADD，K点处一阶导数为k 0，0<k 0≤0.3。
3.根据权利要求1所述的一种渐进多焦点眼镜片两段式子午线设计方法，其特征在于：所述的曲线表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中u为子午线上的位置，D(u)为子午线上对应位置的光焦度，r(u)为子午线上对应位置的曲率半径，n为镜片的折射率，l为视远区参考点A到镜片中心O的距离，h为视远区参考点A到视近区参考点B的距离， a 1，a 2，b 1，b 2，c 1，c 2，d 1，d 2，e 1，e 2为待求多项式的系数；
待求多项式的系数a 1，b 1，c 1，d 1，e 1和a 2，b 2，c 2，d 2，e 2分别由下列两个增广矩阵确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
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