CN114740634B - 一种基于环曲面的自由曲面镜片及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于环曲面的自由曲面镜片及其设计方法，属于镜片制备技术领域。本发明设计的基于环曲面的自由曲面镜片单面中心具有二个不同的曲率半径，镜片单面中心存在0‑0.50D左右的柱面度，具体是水平方向会比垂直方向大0‑0.50D左右的屈光度；双面合成透镜后，中心柱面度为0，与传统镜片具有相同的效果；镜片二个方向上严格按光线追迹方法确定曲面形状，镜片舒适度会明显优于传统镜片；镜片会比传统的球面或非球面更薄；镜片成像会比传统的球面或非球面更清晰。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于环曲面的自由曲面镜片及其设计方法，属于镜片制备技术领域。
背景技术
目前，随着人们对眼用镜片轻量化、功能性、舒适性以及新颖性等要求的提高，传统的眼用镜片已经不能满足现代眼镜行业的需求。基于数字化表面处理的自由曲面技术正在颠覆着传统的镜片制造业。自由曲面镜片由于其大的自由度，能够最大限度地按照人为设定的要求控制顶焦度分布和柱镜顶焦度分布等，因此自由曲面的应用是近年来眼镜光学设计领域的一个大热门。
传统的眼镜片都是基于旋转对称的面型设计(球面或非球面)，然而人眼的视场在水平方向和垂直方向上是不等的。为了适应人眼的实际视觉，设计非旋转对称的镜片对人眼的视觉更有利。例如现在高档的显示屏都是曲屏设计的，我们的眼镜片如果设计成类似曲屏的显示屏，会让人眼佩戴眼镜更舒服。
眼镜是佩戴在人脸上的，因此眼镜片的设计要适应人脸的特征。实际人脸的垂直方向与水平方向是具有不同的面弯的。
有鉴于上述的缺陷，本发明以期创设一种基于环曲面的自由曲面镜片及其设计方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供基于环曲面的自由曲面镜片及其设计方法。
本发明的一种基于环曲面的自由曲面镜片，镜片水平方向的面弯小于垂直方向的面弯，水平方向的面弯为0～3.00D，垂直方向的面弯为0.5～3.50D，水平方向的屈光度比垂直方向屈光度大0～0.50D，镜片单面中心具有两个不同的曲率半径，镜片单面中心的柱面度为0～0.50D。
一种基于环曲面的自由曲面镜片的设计方法，具体设计步骤为：
S1、设计镜片前表面基弯Wf以及对应镜片的中心曲率半径Rf；
S2、采用反向非球面技术，确定非球面偏心率Kf；
S3、根据前剖面方程：初步确定前表面曲面形状；
S4、根据镜片实际光度和前弯Wf，确定镜片后表面弯度Wb,对应镜片中心曲率半径Rb；
S5、根据后剖面方程：初步确定后表面曲面形状；
S6、设定镜片前表面环曲面的中心屈光度差为Wc＝0.25,最终的前表面曲面方程表示为：
求解得到镜片前表面环曲面的形状；
S7、设定镜片后表面环曲面的中心屈光度差为Wc＝0.25,最终的后表面曲面方程表示为：
求解得到镜片后表面环曲面的形状。
进一步的，所述S1中Rf＝1000(n-1)/Wf，其中n为镜片材料折射率。
进一步的，所述S3中Cf＝1/Rf，r为镜片距离光学中心的距离。
进一步的，所述S4中Rb＝1000(n-1)/Wb。
进一步的，所述S5中Cb＝1/Rb，Kb为偏心率。
进一步的，所述S6和S7中，Cc＝1/Rc，(x,y)为二维平面坐标值，Kc为环曲面的偏心率。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明设计的基于环曲面的自由曲面镜片单面中心具有二个不同的曲率半径，镜片单面中心存在0-0.50D左右的柱面度，具体是水平方向会比垂直方向大0-0.50D左右的屈光度；双面合成透镜后，中心柱面度为0，与传统镜片具有相同的效果；镜片二个方向上严格按光线追迹方法确定曲面形状，镜片舒适度会明显优于传统镜片；镜片会比传统的球面或非球面更薄；镜片成像会比传统的球面或非球面更清晰。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明基于环曲面的自由曲面镜片的结构示意图；
图2是本发明基于环曲面的自由曲面镜片的前表面曲面矢高分布和柱面度分布图；
图3是本发明基于环曲面的自由曲面镜片的后表面曲面矢高分布和柱面度分布图；
图4是本发明基于环曲面的自由曲面镜片的前表面曲面最终的矢高分布和柱面分布图；
图5是本发明基于环曲面的自由曲面镜片的后表面曲面最终的矢高分布和柱面分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1，本发明一较佳实施例所述的一种基于环曲面的自由曲面镜片，其特征在于：镜片水平方向的面弯大于垂直方向的面弯，水平方向的面弯为0～3.00D，垂直方向的面弯为0.5～3.50D，水平方向的屈光度比垂直方向屈光度大0～0.50D，镜片单面中心具有两个不同的曲率半径，以适配人脸的水平和垂直方向，镜片单面中心的柱面度为0～0.50D。
一种基于环曲面的自由曲面镜片的设计方法，其特征在于具体设计步骤为：1、根据实际市场需求，设计前表面基弯Wf,对应镜片中心曲率半径为：Rf＝1000(n-1)/Wf。其中n为镜片材料折射率；
2、采用反向非球面技术，确定非球面偏心率Kf；
3、根据剖面方程：初步确定前表面曲面形状，其中Cf＝1/Rf，r为镜片距离光学中心的距离；
4、根据镜片实际光度和前弯Wf，确定镜片后表面弯度Wb,对应镜片中心曲率半径为：Rb＝1000(n-1)/Wb；
5、根据剖面方程：初步确定后表面曲面形状，其中Cb＝1/Rb，Kb为偏心率；
6、前表面环曲面化：假定设计的环曲面，中心屈光度差为Wc＝0.25,则Rc＝1000(n-1)/Wc。最终的前表面曲面方程可表示为：
其中：/>Cc＝1/Rc，(x,y)为二维平面坐标值，Kc为环曲面的偏心率，可取为0。
7、后表面环曲面化：假定设计的环曲面，中心屈光度差为Wc＝0.25,则Rc＝1000(n-1)/Wc。最终的后表明曲面可表示为：
其中：/>Cc＝1/RC。
实施例1
本发明眼镜片以折射率n＝1.665，联合光度为-6.00D的眼镜片设计过程为例，其过程如下：
现有一度数为-6.00D的眼镜片，请参见图1，根据实际市场需求，设计前表面基弯Wf＝1.00D,对应镜片中心曲率半径为：Rf＝1000(n-1)/Wf＝665.0。其中n为镜片材料折射率，具体为n＝1.665；
2、采用反向非球面技术，确定非球面偏心率Kf＝-1.506085e+02；
3、根据剖面方程：初步确定前表面曲面形状，其曲面矢高分布和柱面度分布见图2，其中Cf＝1/Rf＝0.0015,r为镜片距离光学中心的距离；
4、根据镜片实际光度-6.00D和前弯Wf＝1.00D，确定镜片后表面弯度Wb＝7.00D,对应镜片中心曲率半径为：Rb＝1000(n-1)/Wb＝-9.498940e+01；
5、根据剖面方程：初步确定后表面曲面形状，其曲面矢高分布和柱面度分布见图3，其中Cb＝1/Rb＝0.0105，Kb＝-5.344332e+00,r为镜片距离光学中心的距离；
6、前表面环曲面化：假定设计的环曲面，中心屈光度差为Wc＝0.25,则Rc＝1000(n-1)/Wc＝2660。最终的前表面环曲面方程可表示为：
其中：/>Cc＝1/Rc＝3.759398e-4，(x,y)为二维平面坐标值,Kc＝0.0。曲面最终的矢高分布和柱面分布如图4所示；
7、后表面环曲面化：假定设计的环曲面，中心屈光度差为Wc＝0.25,则Rc＝1000(n-1)/Wc＝2660。最终的前表明曲面可表示为：
其中：/>Cc＝1/Rc，(x,y)为二维平面坐标值,Kc＝0.0，曲面最终的矢高分布和柱面分布如图5所示。
对照例1
用同规格的球面眼镜片作为对照例；
将对照例1中的球面眼镜片和本申请实施例1中的自由曲面眼镜片进行参数对比，具体对比结果如表1所示：
表1
由上表中的对比数据可以看出，与同规格的球面眼镜片相比，其边缘厚度和质量显著减小，同时眼镜片与球面眼镜片相比，比较平整；
所设计的非球面眼镜片其非球面系数为零，畸变小于5％范围内，所以该镜片的设计方法能够满足要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于环曲面的自由曲面镜片的设计方法，其特征在于具体设计步骤为：
S1、设计镜片前表面基弯Wf以及对应镜片的中心曲率半径Rf；
S2、采用反向非球面技术，确定非球面偏心率Kf；
S3、根据前剖面方程：初步确定前表面曲面形状；
S4、根据镜片实际光度和前弯Wf，确定镜片后表面弯度Wb，对应镜片中心曲率半径Rb；
S5、根据后剖面方程：初步确定后表面曲面形状；
S6、设定镜片前表面环曲面的中心屈光度差为Wc＝0.25，最终的前表面曲面方程表示为：
求解得到镜片前表面环曲面的形状；
S7、设定镜片后表面环曲面的中心屈光度差为Wc＝0.25，最终的后表面曲面方程表示为：
求解得到镜片后表面环曲面的形状；
所述S1中Rf＝1000(n-1)/Wf，其中n为镜片材料折射率；
所述S3中Cf＝1/Rf，r为镜片距离光学中心的距离；
所述S4中Rb＝1000(n-1)/Wb；
所述S5中Cb＝1/Rb，Kb为偏心率；
所述S6和S7中，Cc＝1/Rc，(x，y)为二维平面坐标值，Kc为环曲面的偏心率。
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