CN113419358B - 一种优化设计的非球面近视眼镜片及其制备模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化设计的非球面近视眼镜片及其制备模具。眼镜片本体分成四个区域，分别为屈光度变化稳定的中心光度稳定区，采用光焦度补偿、控制散光值和平均屈光度值的离轴像差矫正区，尽量降低散光值的散光控制区和有效控制矢高平稳变化、减小边缘厚度的加工控制区。本发明提供的非球面近视眼镜片的成像质量优于现有技术同光度的近视眼镜片，还能针对框架眼镜的使用特点，提高配戴舒适性，减少镜架倾角、框架眼镜配戴位置以及戴镜者不良习惯带来的实际配戴效果偏离理论设计的影响；同时，眼镜片可通过模具化批量制造，加工方便，降低成本，有利于非球面镜片的进一步推广应用。

Description

一种优化设计的非球面近视眼镜片及其制备模具

技术领域

本发明涉及一种近视镜片，具体为一种提升配戴者舒适性的优化的非球面近视眼镜片及其制备模具。

背景技术

普通的非球面镜片在设计上往往只考虑了理论上的平行光入射远点球面模型，这种设计只有在点瞳装配准确无误、戴镜者配戴习惯良好、镜架平行于视网膜的情况下才能达到理论设计效果。但事实上在实际应用中，很多配戴者这三点都难以做到。镜架倾角会影响理论配戴效果，而部分戴镜者糟糕的戴镜习惯包括镜架在鼻梁上下滑也经常性地存在，点瞳虽然是非球面镜片的装配要求，但并不是所有的眼镜店都会贯彻而且装配本身也难以保证完全精确。而一旦镜片配戴位置出现偏差，非球面镜片的人眼实际感知效果有可能还不如未经过像差矫正的球面镜片。针对个人眼镜配戴位置不同进行补偿性优化设计和制造工厂精确装配的个人化非球面镜片解决了配戴位置影响带来的问题，但是这种个人化镜片无法采用模具浇注的生产方式进行批量制造，车削单付订制的成本很高，验配方法也相对复杂不易推广。

发明内容

本发明针对现有非球面近视眼镜片设计、加工技术存在的不足，提供一种优化设计的非球面近视眼镜片及其制备模具，能有效提高非球面近视眼镜片的佩戴舒适性，并可通过模具化批量制造，降低成本。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是提供一种优化设计的非球面近视眼镜片，包括中心光度稳定区、离轴像差矫正区、散光控制区和加工控制区；

所述的中心光度稳定区为口径等于5毫米的圆形区域，从中心向外，区域内的屈光度变化量呈递增，其屈光度变化量小于0.06D；

所述的离轴像差矫正区为口径大于5毫米到等于30毫米之间的圆环形区域，区域内的屈光度变化量呈均匀分布，各处的散光度变化量低于相同处的屈光度变化量；

所述的散光控制区为口径大于30毫米到等于66毫米之间的圆环形区域，区域内的屈光度变化量和散光度变化量呈先缓慢递增后急速递减，在镜片口径40mm处的屈光度变化量为镜片中心屈光度的5%～6.5%；区域内散光度变化量的递减直至为零；

所述的加工控制区为口径大于66毫米到镜片边缘之间的圆环形区域，区域内的矢高呈平滑过渡。

本发明所述的一种优化设计的非球面近视眼镜片，眼镜片的前表面为非球面，后表面为球面、非球面或超环曲面；也可以是眼镜片的后表面为非球面，前表面为球面或超环曲面。所述的非球面为偶数非球面。

本发明技术方案还包括一种优化设计的非球面近视眼镜片的制备模具，它由两片玻璃模具绑定而成，两片玻璃模具包括一个工作面为凹面的上模座和一个工作面为凸面的下模座。

在本发明中，所述镜片某处的屈光度为镜片该处不同方向上最大屈光度值与最小屈光度值的平均值；所述镜片的屈光度变化量为镜片该处的屈光度值减去镜片中心的屈光度值。

本发明将镜片本体分为四个区域，即中心光度稳定区、离轴像差矫正区、散光控制区、以及加工控制区，能有效提高非球面近视眼镜片的佩戴舒适性，其设计依据和原理是：

镜片本体第一区域中心光度稳定区的屈光度变化稳定，对于从中心开始平均屈光度匀速变化的非球面眼镜片而言，即便装配偏离中心位置或使用时偏离中心位置，也不会对配戴舒适性产生影响。

镜片本体第二区域的像差矫正区，在保证配戴该镜片斜向视物时相对于球面镜片能够减少离轴像差的同时，考虑了屈光度补偿值范围均能形成良好离轴像质的因素，从中选取了值设计。同时设计时采用ZEMAX程序控制该区域的散光值不超过屈光度值，也降低了镜架配戴位置偏离理论设计位置可能带来的对该区域成像质量的影响。

镜片本体第三区域的散光控制区，充分考虑了在外围控制散光延续增长将进一步降低镜架实际配戴位置偏离理论设计位置会产生的周边干扰增大因素。通过ZEMAX程序的光学设计方法，在保证平滑过渡的同时，考虑了6%～10%的屈光度补偿值范围均能形成良好离轴像质的因素，从中选取了受配戴位置影响较小的6.5 %补偿值设计,同时将散光值尽量降低，使镜片的潜在可适应性明显提高。

镜片本体第四区域的加工控制区，不仅控制眼镜片矢高变化的平稳，而且有效的减少眼镜片边缘厚度，从而减少了眼镜片的体积，减轻了眼镜片的重量，进一步增加了佩戴舒适性；由于眼镜片体积、重量的减少也降低了眼镜片的生产成本。

与现有技术相比，本发明提供的非球面近视眼镜片采用四区域分布结构，具有以下显著的有益效果：

1.本发明提供的非球面近视眼镜片其中心光度稳定区的屈光度从中心开始呈匀速稳定变化，对于非球面眼镜片来说，即便装配偏离中心位置或使用时偏离中心位置，也不会对配戴舒适性产生影响。

2.镜片本体的像差矫正区，在保证配戴该镜片斜向视物时相对于球面镜片能够减少离轴像差的同时，考虑了6%～10%的屈光度补偿值范围均能形成良好离轴像质的因素，从中选取了受配戴位置影响较小的6.5 %补偿值设计，同时通过控制该区域的散光值不超过屈光度值，降低了镜架配戴位置偏离理论设计位置可能带来的对该区域成像质量的影响。

3.镜片本体的散光控制区，充分考虑了在外围控制散光延续增长将进一步降低镜架实际配戴位置偏离理论设计位置会产生的周边干扰增大因素，在保证平滑过渡的同时，将散光值尽量降低，使得镜片的潜在可适应性明显提高。

4.镜片本体的加工控制区，不仅控制眼镜片矢高变化的平稳，而且可以有效的减少眼镜片边缘厚度，从而减少了眼镜片的体积，减轻了眼镜片的重量，进一步增加了佩戴舒适性；减少了眼镜片体积和重量，降低眼镜片的生产成本。

5.本发明提供的眼镜片经优化设计，可以适度减少配戴位置影响非球面理论效果，提高非球面近视眼镜片的佩戴舒适性；同时，可以通过模具化批量制造，降低成本，有利于大范围推广非球面镜片的应用。

附图说明

图1是本发明提供的一种优化设计的非球面近视眼镜片的结构示意图；

图中，1.中心光度稳定区；2.离轴像差矫正区；3.散光控制区；4.加工控制区。

图2是本发明实施例1提供的一种优化设计的非球面近视眼镜片中心光度稳定区域内屈光度变化量沿着径向变化的曲线图；

图3是本发明实施例1提供的一种优化设计的非球面近视眼镜片离轴像差矫正区域内屈光度和散光度变化量沿着径向变化的曲线图；

图4是本发明实施例1提供的一种优化设计的非球面近视眼镜片散光控制区域内屈光度和散光度变化量沿着径向变化的曲线图；

图5、6分别是本发明实施例1、3提供的一种优化设计的非球面近视眼镜片的矢高曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。

实施例1

本实施例提供一种屈光度为-4D非球面近视眼镜片，镜片材料的折射率为1.56，镜片口径为∮80。眼镜片前表面采用偶数非球面折射面，后表面为球面折射面。

参见附图1，是本实施例提供的非球面近视眼镜片的结构示意图,镜片本体上分为四个区域，第一区域为中心光度稳定区1，是直径为5毫米的圆形区域；第二区域为离轴像差矫正区2，是为直径大于5毫米到30毫米之间的环形区域；第三区域为散光控制区3，是直径大于30毫米到66毫米之间的环形区域；第四区域是直径大于66毫米到镜片边缘的环形区域，为加工控制区4。

本实施例提供的非球面近视眼镜片，其优化设计的条件包括：第一区域中心光度稳定区，区域内的屈光度变化量呈递增，其屈光度变化量小于0.06D（D为屈光度单位符号）；第二区域离轴像差矫正区，区域内任一位置上的散光度变化量必须低于同一位置处的屈光度变化量；其第三区域散光控制区，在镜片全口径40毫米（半口径20mm）处的屈光度变化量不低于镜片中心屈光度的5%，不超过镜片中心屈光度的6.5%，对于本实施例中屈光度为4D的近视眼镜片，其镜片中心球镜屈光度的5% 为0.2D ，中心屈光度的6.5% 为 0.26D ；用符号QGD表示在半口径20mm处屈光度变化量，则：0.2D ≤ QGD ≤ 0.26D；同时，在散光控制区的区域内，屈光度从匀速逐步递增至递减的变化，而散光度从匀速逐步递增至快速递减的变化，直至停顿；其第四区域加工控制区，区域内的矢高平滑过渡，并且在所设计表面的眼镜片边缘处矢高值不大于同规格球面眼镜片边缘处矢高值，以保证非球面近视眼镜片的边厚比同规格的球面眼镜片的边厚薄，以利于减少镜片的体积和重量。

依据上述四个分区的设计要求，本实施例采用ZEMAX程序设计，计算得到优化设计的非球面近视眼镜片的设计参数结果如表一所示。

表一：

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根据表一的参数，采用ZEMAX程序计算得到优化设计的非球面近视眼镜片在第一区域范围内屈光度改变量曲线如图2所示。

参见附图2可以看到：从镜片中心开始，屈光度变化量沿着径向呈递增；镜片中心处屈光度变化量是零，在半口径2.5mm处，镜片屈光度的改变量是0.004D。眼镜片的屈光度在该区域内改变很小，与球面眼镜片相比差别不大。

根据表一的参数，采用ZEMAX程序计算得到优化设计的非球面近视眼镜片在第二区域和第三区域范围内的屈光度和散光度变化量沿着径向变化的曲线分别如图3和图4所示。

参见附图3，优化设计的非球面近视眼镜片从半口径2.5mm处开始，屈光度从小到大不断增加，镜片2.5mm处平均屈光度变化量为0.004D，在半口径15mm处，镜片屈光度变化量是0.209D，散光度变化量是0.15D。相同位置处散光度变化量曲线始终位于屈光度变化量曲线之下，这说明，在第二区域内，同位置散光度变化量始终低于屈光度的变化量。

参见附图4，优化设计的非球面近视眼镜片在半口径15mm处屈光度变化量为0.209D，在半口径20mm处，镜片屈光度变化量为0.258D，镜片的屈光度改变量在0.2D～0.26D之间；在半口径33mm处屈光度的改变量为0.298D，可见，在第三区域内，眼镜片的屈光度改变量在快速变化。眼镜片的散光度在镜片半口径15mm处的改变量是0.150D，在半口径33mm处，镜片散光度的改变量迅速下降到零（0.000D）。可见在第三区域内平均屈光度的快速变化导致散光度的变化快速趋缓，直至停顿。由图4还看到，镜片在第三区域内相同位置处平均散光度变化量曲线始终位于平均屈光度变化量曲线之下。这说明，在第三区域内，同位置散光度变化量始终低于平均屈光度的变化量。

经ZEMAX程序计算得到优化设计的非球面近视眼镜片矢高数据，其矢高变化曲线如图5所示。

由图5可以看到，优化设计的非球面近视眼镜片的矢高变化平稳，无任何矢高突变点，这就可以保证加工的正常进行；在镜片的边缘（半口径40mm）处, 优化设计的非球面近视眼镜片矢高较球面眼镜片减少了0.658mm,致使的边缘厚度比球面眼镜片减少0.658mm，由于非球面眼镜片体积和重量减少，增加了戴镜的舒适性，减少了加工用料，节约了加工成本。

由图2～5的结果表明，本实施例眼镜片的设计结果参数符合设计要求。

本实施例设计的镜片，采用模具加工方法进行加工。模具由两片玻璃模具绑定而成，两片玻璃模具包括一个工作面为凹面的上模座，用于成型镜片的前表面，另一个工作面为凸面的下模座，用于成型镜片的后表面。

与现有技术相比，本实施例提供的四个分区设计方法得到的非球面近视眼镜片具有以下显著优势：

1.成像质量与现有技术相比具有明显的提高。

本实施例与同规格参数球面眼镜片成像质量的对比参见表二。

表二：

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由表二结果可以看到：本实施例提供的优化设计的近视非球面眼镜片在全视场2W=70°范围内的像质要大大优于现有技术的眼镜片的像质。

2.镜片的潜在可适应性对比现有技术有明显的提高。

现有非球面镜片在实际应用中，由于部分戴镜者不良的戴镜习惯，以及眼镜装配难以保证完全精确，存在着镜片配戴位置出现偏差，致使一些佩戴非球面镜片者的实际感知效果不理想。

按《GB 13511.1-2011》国家标准，眼镜的光学中心水平互差不得大于3mm。若将眼镜片的光学中心位置偏离正确位置3mm进行模拟计算，实际上，偏离正确位置3mm相当于眼镜片增大了视场范围，如原最大视场是2W=70°，由于偏离了正确位置，而成为 2W=78°，产生的不良后果是视场越大，像差越大，成像质量就越差；也就是说，由于视场的扩大，眼镜片的成像质量变差了。

本实施例提供的优化设计的近视非球面眼镜片在偏离正确位置后的像质，如2W=70°时，点图是21微米，在2W=78°时，点图为22.94微米，与现有技术中国实用新型专利《矫正像差眼镜片》（CN201420702769）公开的像差数据对比，现有技术的眼镜片在2W=78°时，点图为81微米。对比可以看到：本实施例提供的优化设计的近视非球面眼镜片潜在可适应性对比现有技术有明显的提高。

3．镜片的像质优于现有技术的非球面近视眼镜片。

现实生活中，佩戴眼镜者的眼睛经常会偏离正确位置，在这种情况下，本实施例提供的优化设计的近视非球面眼镜片潜在可适应性的优点得到了充分体现。与现有技术中国实用新型专利《矫正像差眼镜片》（CN201420702769）公开的像差数据对比，在2W=78°时，本实施例提供的眼镜片的点图为22.94微米，现有技术的点图是26.3微米，像质优于现有技术的非球面近视眼镜片。

实施例2

本实施例提供一种镜片的屈光度为-4D非球面近视眼镜片，镜片材料的折射率是1.56，镜片口径是∮80。眼镜片前表面是球面折射面，后表面是偶数非球面折射面。

设计方法及设计要求与实施例一相同，依据四个分区的设计要求，本实施例采用ZEMAX程序设计，计算得到优化设计的非球面近视眼镜片的设计参数结果如表三所示。

表三：

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根据表三的设计参数，使用ZEMAX程序计算得到在第一区域的范围内，从镜片中心开始，屈光度从小到大不断增加；镜片中心处屈光度的改变量是零，散光度也是零。在半口径2.5mm(全口径5mm)处，镜片屈光度的改变量是0.0043D，散光度是零。眼镜片的屈光度在第一区域内改变很小，与球面眼镜片差别不大。

根据表三的参数，使用ZEMAX程序计算，得到在第二区域的范围内，眼镜片的屈光度和散光度改变量的数据：从镜片半口径2.5mm处开始，屈光度从小到大不断增加，镜片2.5mm处平均屈光度的改变量是0.0043D，散光度是0；在半口径15mm（全口径30mm）处，镜片屈光度的改变量是0.146D,散光度0.143D。可见优化设计的非球面近视眼镜片在第二区域内同位置散光度变化量始终低于屈光度的变化量。

根据表三的参数，使用ZEMAX程序计算得到在第三区域的范围内，眼镜片的平均屈光度和散光度改变量的数据：从镜片半口径15mm处开始，屈光度从小到大递增；镜片15mm处平均屈光度的改变量是0.146D，在半口径20mm处，眼镜片的屈光度改变量是0.246D,(在0.2D～0.26D之间),在半口径33mm处，镜片屈光度的改变量是0.251D。而眼镜片的平均散光度在镜片半口径15mm处的改变量是0.143D，在半口径20mm处，眼镜片的散光度是0.235D,在半口径33mm处，镜片散光度的改变量迅速下降到零（0.000D）。

根据表三的参数，使用ZEMAX程序计算得到优化设计的非球面近视眼镜片矢高，优化设计的非球面近视眼镜片的矢高变化平稳，无任何矢高突变点，这就可以保证加工的正常进行；在镜片的边缘（半口径40mm）处, 优化设计的非球面近视眼镜片矢高较球面眼镜片减少了0.578mm,致使的边缘厚度比球面眼镜片减少0.578mm。由于优化设计的非球面近视眼镜片的体积和重量的减少，增加了戴镜的舒适性，减少了加工用料，节约了加工成本。

根据上述四个分区计算数据结果可以看到，本实施例提供的镜片参数符合设计要求。

将按本实施例四个分区设计方法得到非球面近视眼镜片与现有技术进行比较。表四是本实施例与现有技术的同规格参数球面眼镜片成像质量的对比结果。

表四：

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由表四结果可以看到：本实施例提供的近视非球面眼镜片在全视场2W=70°范围内的成像质量对比现有技术有明显的提高。

实施例3

本实施例提供一种镜片的屈光度为-4D非球面近视眼镜片，镜片材料的折射率是1.56，镜片口径是∮80，眼镜片的前、后表面均为偶数非球面折射面。

设计方法及设计要求与实施例一相同，依据四个分区的设计要求，本实施例采用ZEMAX程序设计，计算得到优化设计的非球面近视眼镜片的设计参数结果如表五所示。

表五：

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根据表五参数，使用ZEMAX程序计算得到在第一区域的范围内，优化设计的非球面近视眼镜片的平均屈光度改变量如下：在镜片中心处平均屈光度的改变量是零，在半口径2.5mm(全口径5mm)处，镜片平均屈光度的改变量是0.0054D。可见优化设计的非球面近视眼镜片的平均屈光度在第一区域内从镜片中心开始不断增加，但改变很小，和球面眼镜片差别不大。

根据表五的参数，使用ZEMAX程序计算得到在第二区域的范围内，优化设计的非球面近视眼镜片的屈光度改变量和散光度的数据：从镜片半口径2.5mm处开始，屈光度从小到大不断增加，镜片半口径2.5mm（全口径5mm）处屈光度的改变量是0.0054D，散光度为零。镜片半口径15mm（全口径30mm）处屈光度的改变量是0.164D，散光度为0.152D。由此可见，优化设计的非球面近视眼镜片在第二区域内同位置散光度始终低于平均屈光度的变化量。

根据表五的参数，使用ZEMAX程序计算得到在第三区域的范围内，优化设计的非球面近视眼镜片的屈光度改变量和散光度的数据：镜片半口径15mm（全口径30mm）处屈光度的改变量是0.164D，在半口径20mm处屈光度的改变量是0.239D，在半口径33mm处，镜片屈光度的改变量是0.204D。优化设计的非球面近视眼镜片的散光度在半口径15mm处散光度为0.152D，在镜片半口径20mm处的散光度是0.199D，在半口径33mm处，镜片散光度迅速下降到零（0.000D）。

根据表五的参数，使用ZEMAX程序计算得到优化设计的非球面近视眼镜片矢高，矢高变化曲线如图6所示。

参见附图6可以看到，优化设计的非球面近视眼镜片的前后表面的矢高变化都是平稳的，无矢高突变点，保证了加工的正常进行；在镜片的边缘（半口径40mm）处, 优化设计的非球面近视眼镜片矢高较球面眼镜片减少致使的边缘厚度比球面眼镜片减少0.558mm。由于优化设计的非球面近视眼镜片的体积和重量的减少，增加了戴镜的舒适性，减少了加工用料，节约了加工成本。

由上述四个分区计算数据结果可以看到，本实施例镜片的结果参数与设计要求相符合。

表六是本实施例与现有技术的同规格参数球面眼镜片成像质量的对比结果。

表六：

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表六结果可以看到，本实施例提供的近视非球面眼镜片在全视场2W=70°范围内的像质要大大优于现有技术的眼镜片的像质。

同时，镜片的潜在可适应性对比现有技术有明显的提高。本发明采用四个区域的设计方法，提供一种优化设计的新型近视非球面眼镜片，镜片本体第一区域-中心光度稳定区的屈光度变化稳定，相对于从中心开始屈光度匀速变化的非球面镜片，即便偏离装配位置和使用位置有所偏离也不会产生配戴舒适性的影响。而镜片本体第二区域的像差矫正区，在保证配戴该镜片斜向视物时相对于一般镜片能够减少离轴像差的同时，考虑了6%～10%的屈光度补偿值范围均能形成良好离轴像质的因素，从中选取了受配戴位置影响较小的5%～6.5%补偿值设计。同时设计时采用ZEMAX程序控制该区域的散光值不超过屈光度值，也降低了镜架配戴位置偏离理论设计位置可能带来的对该区域成像质量的影响；第三区域的散光控制区，则充分考虑了在外围控制散光延续增长将进一步降低镜架实际配戴位置偏离理论设计位置会产生的周边干扰增大因素，通过ZEMAX程序的光学设计方法，在保证平滑过渡的同时，将散光值尽量降低。眼镜的设计者知道，伴随屈光度产生的散光度将会使人眼视物变得模糊，破坏眼镜片的成像清晰度。本发明正是由于的设计中，在眼镜片的关键位置处严格控制了散光度的大小，使得优化设计的新型近视非球面眼镜片的成像质量优于同光度近视眼镜片，且潜在可适应性明显提高。

综上所述，本发明提供的优化设计的非球面近视眼镜片，成像质量优于现有技术的同光度近视眼镜片，具有配戴舒适性好的特点，并且镜片的加工方便，生产成本低。尤其是眼镜片能针对框架眼镜的使用特点，在实际配戴效果上的可适应性与现有技术相比明显提高。

Claims (5)

1.一种优化设计的非球面近视眼镜片，其特征在于：包括中心光度稳定区（1）、离轴像差矫正区（2）、散光控制区（3）和加工控制区（4）；

所述的中心光度稳定区为口径等于5毫米的圆形区域，从中心向外，区域内的屈光度变化量呈递增，其屈光度变化量小于0.06D；

所述的离轴像差矫正区为口径大于5毫米到等于30毫米之间的圆环形区域，区域内的屈光度变化量呈均匀分布，各处的散光度变化量低于相同处的屈光度变化量；

所述的散光控制区为口径大于30毫米到等于66毫米之间的圆环形区域，区域内的屈光度变化量和散光度变化量呈先缓慢递增后急速递减，在镜片口径40mm处的屈光度变化量为镜片中心屈光度的5%～6.5%；区域内散光度变化量的递减直至为零；

所述的加工控制区为口径大于66毫米到镜片边缘之间的圆环形区域，区域内的矢高呈平滑过渡。

2.根据权利要求1所述的一种优化设计的非球面近视眼镜片，其特征在于：眼镜片的前表面为非球面，后表面为球面、非球面或超环曲面。

3.根据权利要求1所述的一种优化设计的非球面近视眼镜片，其特征在于：

眼镜片的后表面为非球面，前表面为球面或超环曲面。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种优化设计的非球面近视眼镜片，其特征在于：所述非球面为偶数非球面。

5.如权利要求1所述的一种优化设计的非球面近视眼镜片的制备模具，它由两片玻璃模具绑定而成，其特征在于：两片玻璃模具包括一个工作面为凹面的上模座和一个工作面为凸面的下模座。

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