CN115793282A - 一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于眼视光学技术领域，公开了一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片及其设计方法，该眼镜片包含前表面和后表面；其中前表面和后表面用于提供近视矫正的光焦度；前表面上设置有第二成像单元、第三成像单元，其中第三成像单元由分布于若干个同心环上的环曲面微透镜阵列组成，任意同心环上的相邻环曲面微透镜之间均设置有圆形微透镜，圆形微透镜表面的最高点高于相邻环曲面微透镜表面的最高点，所有圆形微透镜共同组成第二成像单元；第二成像单元用于提供近视离焦区域，第三成像单元用于提供高阶像差光学信号调制区域，通过环曲面微透镜结构参数调控以泽尼克多项式标准项系数为表述形式的三阶以上的高阶像差。

Description

一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片及其设计方法

技术领域

本发明属于眼视光学技术领域，具体涉及一种眼镜片及其设计方法。

背景技术

随着近视患者人数不断上升，近视已经成为视力障碍的主要原因之一，因此研究控制近视发展的干预措施具有显著意义。激光手术或晶体植入等治疗近视的手段虽然效果好，但由于其属于一种侵入式治疗手段、且价格昂贵、可能诱发感染或其他眼部疾病，难以在大众中普及。通过镜片设置正向离焦的微透镜阵列在视网膜周边形成近视离焦以抑制眼轴增长的技术方案已经拥有多个相关临床应用验证。文献“Relationship betweenhigher-order wavefront aberrations and natural progression of myopia inschoolchildren. Scientific reports,2017,7(1)”指出视网膜周边高阶像差，尤其是属于泽尼克系数3阶到6阶的高阶像差值与学龄儿童近视眼的发展存在明显的相关性。另一类的试验则表明包含高阶像差影响在内的视网膜周边对比敏感度的下降对于抑制眼轴增长速度和延缓近视加深存在关联性。但与在框架眼镜片、角膜塑形镜以及多焦软隐形镜等领域上有更多临床验证的近视离焦理论相比，上述高阶像差关联近视理论在临床证据的广泛性和全面性上还有所欠缺，也有争议认为近视离焦本身也只是更复杂高阶像差存在的一种表现形式，而非影响青少年近视进展的深层次基础机制。因此，需要更多的高阶像差抑制近视发展的设计研究和更充分的临床数据来验证和丰富这个理论。

目前有关近视离焦和高阶像差独立设计的镜片技术方案已有不少，比如中国专利CN111095083A和CN104678572A强调了在视网膜周边配置区别于处方屈光度的单纯离焦功能，CN111103701A则强调了附加单纯高阶像差的功能，但还欠缺将近视离焦和高阶像差并存，并提供高阶像差调制方法的技术方案，目前鲜有较为详细公开设计和分析高阶像差与近视离焦并存的眼镜片的技术方案。

发明内容

为解决现有用于控制近视发展的普通近视离焦镜片提供的刺激信号单一的技术问题，本发明的技术方案是：

一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片，包括由前表面和后表面组成的第一成像单元，其中第一成像单元用于提供近视矫正的光焦度，使成像落于视网膜上；前表面上设置有第二成像单元、第三成像单元，其中第三成像单元由分布于若干个同心环上的环曲面微透镜阵列组成，同心环的任意环带上的相邻环曲面微透镜之间均设置有圆形微透镜，圆形微透镜表面的最高点高于相邻环曲面微透镜表面的最高点，所有圆形微透镜共同组成第二成像单元；第二成像单元用于提供近视离焦区域，使成像落于视网膜前方，第三成像单元用于提供高阶像差光学信号调制区域，通过环曲面微透镜结构参数调控以泽尼克多项式标准项系数为表述形式的三阶以上的高阶像差。

本技术方案的工作原理是：

第二成像单元和第三成像单元给予戴镜者在瞳孔扫视范围内视网膜周边多种非清晰矫正刺激信号，提供了更多形式的抑制眼轴增长的刺激机制。第二成像单元在第一成像单元的基础上以附加圆形微透镜的形式使光线发生会聚，使视网膜周边的成像落在视网膜前方，形成近视性离焦，从而起到抑制眼轴增长，延缓近视发展的作用。第三成像单元在第一成像单元的基础上以附加环曲面微透镜的形式，使光线在视网膜上形成模糊化的光斑，该光斑在光学形态上具有三阶以上的高阶像差，这些高阶像差与抑制眼轴增长之间存在相关关系；通过改变第三成像单元的结构参数，可以有效地控制三阶以上高阶像差的变化量，提供抑制眼轴增长的一种刺激因素，进一步加强延缓近视发展的效果。

优选的，所述圆形微透镜与相邻环曲面微透镜紧密排列并存在相交边界，相交边界部分的表面矢高平滑过渡。使相交边界部分的表面矢高平滑过渡可以确保每个圆形微透镜光学中心或环曲面微透镜光学中心到达相交边界矢高最低点时矢高呈单向变化，无反复现象。圆形微透镜与邻环曲面微透镜紧密排列，因结构上具备连续表面而有利于加工。

优选的，所述环带形状包括：圆形、椭圆形、多边形之一；所述前表面和后表面的面形包括：球面、非球面、环曲面、超环曲面之一；不同环带上的圆形微透镜直径配置为相等或不等，不同环带上环曲面微透镜的径向直径配置为相等或不等，所述圆形微透镜的单面平均光焦度为正且其面形为球面或非球面；环曲面微透镜的单面平均光焦度为正或负且其面形为环曲面、超环曲面之一。

优选的，所述前表面中央区域至少6毫米直径范围内不设置第二成像单元、第三成像单元，所述的圆形微透镜为直径D2在0.8-2毫米的凸透镜，所述的环曲面微透镜径向直径D3小于圆形微透镜直径D2。人眼瞳孔的大小一般为3-6毫米，因此镜片中央至少6毫米直径不设置第二成像单元、第三成像单元可有效保证人眼平视时轴上视场全口径在视网膜中心成像清晰，防止加入第二成像单元第三成像单元后，视网膜中心视觉质量大幅下降导致佩戴者无法适应。圆形微透镜设置为直径D2在0.8-2毫米的设置一是为了有利于加工，二是保证人眼平视或扫视时，视网膜周边视场的全口径光束能完全覆盖住一个圆形微透镜和相邻的一个环曲面微透镜，这样就保证视网膜周边每个视场下，人眼都可以得到非清晰矫正信号的刺激以抑制眼轴增长；另外，视网膜周边视场的光束口径范围内需要大范围的第一成像单元以获得清晰视力，因此综合以上考量，将人眼瞳孔范围减半，再适当缩小获得圆形微透镜的直径范围；而环曲面微透镜径向直径D3小于圆形微透镜直径D2是考虑到第三成像单元用于提供高阶像差光学信号调制区域，在近视离焦与高阶像差两种信号刺激中以近视离焦为主，高阶像差为辅，因此在成像单元的大小上，环曲面微透镜径向直径D3小于圆形微透镜直径D2。

优选的，所述圆形微透镜的顶点法线朝向该处前表面的曲率中心，圆形微透镜的单面平均光焦度与前表面的平均光焦度的差值为2-10屈光度。圆形微透镜的顶点法线朝向该处前表面的曲率中心可保证通过圆形微透镜的光线与第一成像单元光线的共轴性；圆形微透镜的单面平均光焦度相对于前表面的平均光焦度的差值为2-10屈光度，其中下限值可保证通过圆形微透镜的光线能成像在视网膜前，从而形成真正的近视离焦，而上限值则可避免形成深度失焦而破坏近视离焦的效果。

优选的，同一环带上的圆形微透镜均匀分布，相邻环带之间的距离小于瞳孔直径，且任意圆形微透镜与其相邻的环曲面微透镜所在的圆形包络直径小于瞳孔直径。在镜片上，一个视场的全口径光束大小等于瞳孔大小，以上的设置可保证人眼平视或扫视时，镜片上视网膜周边视场的全口径光束能完全覆盖住一个圆形微透镜和一个环曲面微透镜的面积，同时还能覆盖到比前者面积更大的第一成像单元，这样在视网膜周边每个视场下，人眼既有较多的清晰矫正信号刺激，也有两种非清晰矫正信号的辅助刺激以抑制眼轴增长，使佩戴者更容易适应。

基于本申请一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片的设计方法，包括以下步骤：

S1.根据近视患者的配镜处方以及所选镜片材料的折射率，计算出镜片上第一成像单元的前表面和后表面的面形参数，将由第一成像单元确定的镜片插入到理想眼模型之前；再以理想眼模型的玻璃体厚度为可变量，优化出对应近视形式的镜眼模型；

S2.根据近视离焦的需要，在圆形微透镜的单面平均光焦度相对于前表面的平均光焦度的差值为2-10屈光度中选择一个数值，计算出第二成像单元圆形微透镜的面形参数并确定圆形微透镜直径；以前表面中央区域的范围、同一环带上圆形微透镜均匀分布、相邻环带之间的距离小于瞳孔直径为约束条件确定各同心环的环带圆形微透镜中心到第一成像单元光轴的径向距离h和每个环带上圆形微透镜的个数；再使圆形微透镜的顶点法线朝向该处前表面的曲率中心，确定各环带上起始圆形微透镜的球心的位置；

S3.根据步骤S2的计算结果，在镜眼模型中的第一成像单元前表面上添加由圆形微透镜阵列组成的第二成像单元；通过光学仿真验证经过第二成像单元的轴外视场光线在视网膜前的近视离焦功能；记录最大轴外视场下，视网膜上以泽尼克多项式标准项系数为表述形式的三阶以上的高阶像差Z₀；其中Z₀包括：竖直慧差Z7₀、水平彗差Z8₀、倾斜三叶草Z9₀、水平三叶草Z10₀、水平二阶像散Z12₀、倾斜二阶像散Z13₀；

S4.在步骤S3的镜片模型上添加由环曲面微透镜阵列组成的第三成像单元，通过光学仿真分析第三成像单元起始曲率半径下最大轴外视场下视网膜上产生的以泽尼克多项式标准项系数为表述形式的三阶以上的高阶像差Z₁，其中Z₁包括：竖直慧差Z7₁、水平彗差Z8₁、倾斜三叶草Z9₁、水平三叶草Z10₁、水平二阶像散Z12₁、倾斜二阶像散Z13₁；

S5.保持第三成像单元的环曲面微透镜径向直径不变，逐步减小第三成像单元的环曲面微透镜的基弧半径r2，以圆形微透镜表面的最高点高于相邻环曲面微透镜表面的最高点为约束条件，记录随着基弧半径减小在最大轴外视场下视网膜上的三阶以上的高阶像差Z_n，通过数据拟合得出△Z与r2的关系曲线：△Z=f(r2)；其中△Z=Z_n-Z₀；

S6.根据为近视患者增加的三阶以上高阶像差值△Z依据步骤S5的关系曲线求解环曲面微透镜的基弧半径r2。

优选的，所述步骤S4中第三成像单元所有环曲面微透镜的径向直径小于第二成像单元的圆形微透镜直径。

优选的，所述步骤S4中，以环曲面面形作为第三成像单元的环曲面微透镜初始面形，为环曲面微透镜基弧选定一个大于前表面平均光焦度的值来计算起始曲率半径；以环曲面微透镜径向直径小于圆形微透镜直径为约束条件，确定环曲面微透镜的径向直径；根据环带形状和环带圆形微透镜中心到第一成像单元光轴的径向距离，计算出各环带上环曲面微透镜基弧圆心的位置。

有益效果

本发明的眼镜片通过第二成像单元引入视网膜周边近视离焦刺激信号，同时通过第三成像单元引入高阶像差刺激信号，从而实现进一步增强延缓近视发展的效果。本发明眼镜片设计方法中，通过微透镜阵列结构参数与泽尼克多项式的关联调制方案，使得导入的高阶像差能够和面形参数之间建立起一定的规律或者关系式，进而形成对近视发展产生显著影响的高阶像差调制方案。本申请的优选方案中保留了充足的近视离焦信号并将其与高阶像差信号整合在同一环带上以保证设计和加工的便利性。

本发明所述的眼镜片，其制造方式包含金属模具注塑、金属模具或玻璃模具光固化、玻璃模具浇注以及自由曲面车削成型。此外还可以根据需要在眼镜片表面镀功能层，例如：增透膜、变色膜等。

附图说明

图1 为高阶像差与近视离焦并存的眼镜片的正向视图；

图2 为光轴平面内圆形微透镜和第一成像单元之间的位置关系示意图；

图3 为光轴平面内环曲面微透镜基弧和第一成像单元之间的位置关系示意图；

图4 为步骤St1中近视形式的镜眼模型光学系统图；

图5 为环曲面微透镜的基弧半径r2与新增的竖直彗差△Z7的散点图与回归直线；

图6 为环曲面微透镜的基弧半径r2与新增的水平彗差△Z8的散点图与回归直线；

图7 为环曲面微透镜的基弧半径r2与新增的倾斜三叶草△Z9的散点图与回归曲线；

图8 为环曲面微透镜的基弧半径r2与新增的水平三叶草△Z10的散点图与回归直线；

图9 为环曲面微透镜的基弧半径r2与新增的水平二阶像散△Z12的散点图与回归曲线；

图10 为环曲面微透镜的基弧半径r2与新增的倾斜二阶像散△Z13的散点图与回归曲线；

其中1为第一成像单元，2为圆形微透镜，3为环曲面微透镜，4为圆形微透镜与其相邻的环曲面微透镜所在的圆形包络，5为第一虚拟面，6为第二虚拟面，7为近视形式的理想眼模型。

具体实施方式

下面结合附图及实施例中对本申请的眼镜片技术方案进行清楚的描述。

实施例一

本申请提出的一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片，如图1所示，包括由前表面和后表面组成的第一成像单元1，其中第一成像单元用于提供近视矫正的光焦度，使成像落于视网膜上；前表面上设置有第二成像单元、第三成像单元，其中第三成像单元由分布于若干个同心环上的环曲面微透镜3阵列组成，同心环的任意环带上的相邻环曲面微透镜之间均设置有圆形微透镜2，圆形微透镜表面的最高点高于相邻环曲面微透镜表面的最高点，所有圆形微透镜共同组成第二成像单元；第二成像单元用于提供近视离焦区域，使成像落于视网膜前方，第三成像单元用于提供高阶像差光学信号调制区域，通过环曲面微透镜结构参数调控以泽尼克多项式标准项系数为表述形式的三阶以上的高阶像差。

优选的，同一环带上的圆形微透镜均匀分布，相邻环带之间的距离小于瞳孔直径，且任意圆形微透镜与其相邻的环曲面微透镜所在的圆形包络4直径小于瞳孔直径。

实施例二

一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片的设计方法，包括以下步骤：

S1.根据近视患者的配镜处方以及所选镜片材料的折射率，计算出镜片上第一成像单元的前表面和后表面的面形参数：前表面半径R1和后表面R2，确定镜片直径D1，将由第一成像单元确定的镜片插入到理想眼模型之前；再以理想眼模型的玻璃体厚度为可变量，优化出对应近视形式的镜眼模型；

S2.根据近视离焦的需要，在圆形微透镜的单面平均光焦度相对于前表面的平均光焦度的差值为2-10屈光度中选择一个数值，如图2所示，计算出第二成像单元圆形微透镜的曲率半径r1并确定圆形微透镜直径D2；以前表面中央区域的范围、同一环带上圆形微透镜均匀分布、相邻环带之间的距离小于瞳孔直径为约束条件确定各同心环的环带圆形微透镜中心到第一成像单元光轴的径向距离h和每个环带上圆形微透镜的个数；再使圆形微透镜的顶点法线朝向该处前表面的曲率中心，确定各环带上起始圆形微透镜的球心的位置（z, y）；

S3.根据步骤S2的计算结果，在镜眼模型中的第一成像单元前表面上添加由圆形微透镜阵列组成的第二成像单元；通过光学仿真验证经过第二成像单元的轴外视场光线在视网膜前的近视离焦功能；记录最大轴外视场下，视网膜上以泽尼克多项式标准项系数为表述形式的三阶以上的高阶像差Z₀；其中Z₀包括：竖直慧差Z7₀、水平彗差Z8₀、倾斜三叶草Z9₀、水平三叶草Z10₀、水平二阶像散Z12₀、倾斜二阶像散Z13₀；

S4.在步骤S3的镜片模型上添加由环曲面微透镜阵列组成的第三成像单元，通过光学仿真分析第三成像单元起始曲率半径下最大轴外视场下视网膜上产生的以泽尼克多项式标准项系数为表述形式的三阶以上的高阶像差Z₁，其中Z₁包括：竖直慧差Z7₁、水平彗差Z8₁、倾斜三叶草Z9₁、水平三叶草Z10₁、水平二阶像散Z12₁、倾斜二阶像散Z13₁；以第三成像单元所有环曲面微透镜的径向直径D3小于第二成像单元的圆形微透镜直径D2为约束条件确定第三成像单元微透镜的径向直径；

S5.保持第三成像单元的环曲面微透镜径向直径D3不变，逐步减小第三成像单元的环曲面微透镜的基弧半径r2，以圆形微透镜表面的最高点高于相邻环曲面微透镜表面的最高点为约束条件，记录随着基弧半径减小在最大轴外视场下视网膜上的三阶以上的高阶像差Z_n，通过数据拟合得出△Z与r2的关系曲线：△Z=f(r2)；其中△Z=Z_n-Z₀；

S6.根据为近视患者增加的三阶以上高阶像差值△Z依据步骤S5的关系曲线求解环曲面微透镜的基弧半径r2。

实施例三

假定近视患者处方为S -3.00D，设定镜片直径D1为60mm，材料折射率为1.56，镜片中心厚度t1为1.3mm，形状为弯月球面负透镜；一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片的设计方法，包括以下步骤：

St1.根据近视患者的配镜处方以及所选镜片材料的折射率，计算出镜片上第一成像单元的前表面和后表面的面形参数：前表面半径R1和后表面半径R2，将由第一成像单元确定的镜片插入到理想眼模型之前；再以理想眼模型的玻璃体厚度为可变量，优化出对应近视形式的镜眼模型；具体流程如下：

St11.根据近视患者的配镜处方设置镜片前表面的平均光焦度为2屈光度（简称D），后表面的平均光焦度为-5屈光度；再结合镜片材料的折射率，计算出镜片前、后表面的第一成像单元的球面半径R1和R2，得到的第一成像单元结构数据见表1；

表

第一成像单元结构数据

St12.选用Liou理想眼模型，设置镜片距离角膜前表面的距离为12mm，理想眼瞳孔直径设置为6mm，系统波长为0.55μm，最大半视场为14°；以理想眼模型的玻璃体厚度为可变量，优化出相应的近视形式的镜眼模型，其光学系统如图4所示；

St2.根据近视离焦的需要，圆形微透镜设置为凸透镜，在凸透镜的单面平均光焦度与前表面的平均光焦度的差值为2-10屈光度中选择一个数值，结合镜片折射率和面形，计算出第二成像单元凸透镜的面形参数；以圆形微透镜直径D2在0.8-2毫米范围内变化为约束条件确定凸透镜的直径；以前表面中央区域的范围、同一环带上圆形微透镜均匀分布、相邻环带之间的距离小于瞳孔直径为约束条件确定各同心环的环带圆形微透镜中心到第一成像单元光轴的径向距离h和每个环带上圆形微透镜的个数；再使圆形微透镜的顶点法线朝向该处前表面的曲率中心，确定各环带上起始圆形微透镜的球心的位置（z, y）；具体流程如下：

St21.在凸透镜的单面平均光焦度与前表面的平均光焦度的差值为2-10屈光度中选取4D，则凸透镜的单面平均光焦度为6D，选择凸透镜的面形为球面，再结合镜片材料的折射率，计算出凸透镜的球面半径r1，确定凸透镜的直径D2为2mm，第二成像单元的光学结构数据见表2；

表2 第二成像单元微结构的数据

St22.以镜片前表面中央区域至少6毫米直径范围不设置第二成像单元及第三成像单元为约束条件，确定前表面中央区域直径为10mm；因为瞳孔直径为6mm，为满足相邻环带之间的距离小于瞳孔直径的要求，相邻环带之间的距离设为4mm，由此确定各环带凸透镜中心到光轴的径向距离h（h为凸透镜顶点法线与第一成像单元球面交点到光轴的垂直距离）；设置环带为圆形，同一环带上相邻的圆形微透镜和环曲面微透镜所在的圆形包络直径小于瞳孔直径，因此选择相邻圆形微透镜和环曲面微透镜总弧长约等于4mm，且同一环带上均匀分布，根据每个环带的h值可计算出每个环带上凸透镜的个数；最后以圆形微透镜顶点法线的方向应朝向前表面曲率中心为约束条件，确定坐标YZ平面内各环带上起始凸透镜球心的位置（z，y）；以上得到的第二成像单元位置和个数数据见表3；

表 3 各环带上第二成像单元的位置、个数及球心坐标

第二成像单元凸透镜和第一成像单元在YZ光轴截面内的位置关系示意图见图2，其中Z轴为光轴，为方便标记第二成像单元凸透镜球心，图上按r1半径画出一个整圆。实际镜片上凸透镜仅有突出第一成像单元的部分存在，且图2上仅画出同一环带处于光轴上方的部分；

St3.根据步骤St2的计算结果，在前表面添加第二成像单元；通过光学软件仿真验证经过第二成像单元的轴外视场光线在视网膜前的近视离焦功能；在镜眼模型下记录最大轴外视场下视网膜处以泽尼克多项式标准项系数表示的RMS波像差Z₀，此处Z₀包含竖直慧差Z7₀、水平彗差Z8₀、倾斜三叶草Z9₀、水平三叶草Z10₀、水平二阶像散Z12₀和倾斜二阶像散Z13₀；数据见表4；

表4 仅有第一成像单元和第二成像单元时的Zernike标准像差系数

St4.以环曲面面形作为第三成像单元微透镜的初始面形，为环曲面微透镜基弧选定一个大于镜片前表面平均光焦度的值作为起始光焦度来计算基弧曲率半径r2，前表面平均光焦度为2D，现选定起始基弧光焦度为4D，则r2=140mm，以此作为环曲面微透镜基弧的起始曲率半径；以第三成像单元所有环曲面微透镜的径向直径D3小于第二成像单元的圆形微透镜直径D2为约束条件确定第三成像单元微透镜的径向直径；本实例环带为圆形且第三成像单元各环带中心到光轴的垂直距离等于h，根据这些条件可计算出YZ平面各环带基弧圆心的位置（z1，y1），第二成像单元各环带位置和基弧圆心坐标数据见表5；

表 5 各环带上第三成像单元的位置和基弧圆心的坐标

第三成像单元基弧和第一成像单元在光轴平面内的位置关系见图3，在本实例中，YZ光轴截面上方仅能剖切到第二成像单元和第一成像单元，看不到第三成像单元，图3的位置关系可理解为将第三成像单元旋转到了YZ光轴截面后再行剖切形成的；为方便表示第三成像单元基弧圆心，图上按r2半径画出一个整圆；实际镜片上第三成像单元仅有突出第一成像单元的部分存在，且图3上仅画出同一环带处于光轴上方的部分；

将建好的模型加入到近视形式的镜眼模型中，通过光学软件仿真分析第三成像单元起始曲率半径下最大轴外视场下视网膜处产生的RMS波像差Z₁，Z₁包括泽尼克多项式标准项系数表示的Z7₁、Z8₁、Z9₁、Z10₁、Z12₁和Z13₁；

St5.保持第三成像单元微透镜的环曲面微透镜径向直径D3不变，以等光焦度间隔1D增加的方式逐步减小第三成像单元环曲面微透镜的基弧半径r2，且以圆形微透镜表面的最高点高于相邻环曲面微透镜表面的最高点为约束条件，基弧的光焦度可增加到9D，不同的基弧光焦度对应的基弧半径数据见表6；

表6 不同的基弧光焦度对应的基弧半径数据

记录随着基弧半径减小在最大轴外视场下视网膜上的三阶以上的高阶像差Z_n，Z_n包括泽尼克多项式标准项系数表示的Z7_m、Z8_m、Z9 _m、Z10_m、Z12 _m和Z13 _m（m为2，…，6），数据见表7；

表7 不同基弧屈光度下的Zernike标准像差系数

从全部6次结果中，选择半径r2和泽尼克系数之间呈单调连续变化的数值，并从Z7_m、Z8_m、Z9 _m、Z10_m、Z12 _m和Z13 _m（m为1，…，6）中减去由第一成像单元和第二成像单元引起的Z7₀、Z8₀、Z9₀、Z10₀、Z12₀和Z13₀，建立起第三成像单元环曲面微透镜基弧半径r2与新增的泽尼克多项式标准项系数关系的经验公式；公式后附带的R²表示判定系数，数值越接近1，拟合程度越好；显著性F表示因变量与自变量数据之间的线性关系是否显著，数值越小，线性关系越显著；各项经验公式如下：

F1.选取m=1至4时对应数据进行拟合，得到基弧半径r2与新增的竖直慧差△Z7关系的经验公式为：

△Z7=2×10^-4×r2-0.0487，r2≥80mm，

R²=0.996，显著性F=0.002；

F2.基弧半径r2与新增的水平彗差△Z8关系的经验公式为：

△Z8=-2×10^-8×r2+4×10^-6，r2≥62.222mm，

R²=0.9937，显著性F=0.000149；

F3.基弧半径r2与新增的倾斜三叶草△Z9关系的经验公式为：

△Z9=0.3978×ln(r2)-2.08，r2≥62.222mm，

R² = 0.9889；

F4.选取m=1至4时对应数据进行拟合，得到基弧半径r2与新增的水平三叶草△Z10关系的经验公式为：

△Z10=-3×10^-9×r2+9×10^-7，r2≥80mm，

R²=0.9994，显著性F=0.000287；

F5.基弧半径r2与新增的水平二阶像散△Z12关系的经验公式为：

△Z12=-3×10^-5×(r2)²+0.0074×r2-0.522，r2≥62.222mm，

R²=0.9888；

F6.基弧半径r2与新增的倾斜二阶像散△Z13关系的经验公式为：

△Z13=-4×10^-6×ln(r2)+2×10^-5，r2≥62.222mm，

R²=0.0954；

以上F1至F6对应的散点图及回归直线或曲线见图5至图10所示，从图形和经验公式可知，r2的变化对Z8、Z10和Z13影响很小，几乎可以不计；

St6.通过该经验公式可知：第三成像单元面形会影响某项或某几项泽尼克多项式标准项系数，因此在通过仿真得知经验公式后，可以根据期望添加的高阶像差值求解出环曲面微透镜的基弧半径r2，从而得到第三成像单元的结构参数。

本实施例提供的镜片在保留传统视网膜周边近视离焦刺激信号的同时，引入了高阶像差信号刺激，并通过微透镜阵列结构参数与泽尼克多项式的关联调制方案，使得导入的高阶像差能够和面形参数之间建立联系，进而实现对近视发展可能产生显著影响的三阶到六阶像差进行调制的便捷方案，在视网膜周边精确设置高阶像差。同时在技术方案中保留了充足的近视离焦信号并将其与高阶像差信号整合在同一环带上以保证设计和加工的便利性。该镜片通过瞳孔扫视范围内两种刺激信号的并存提供了更多形式的抑制眼轴增长的刺激机制。

本实施例中，第二成像单元与第三成像单元交错连接所构成的环带微结构分布可以是圆环形式或椭圆形式，环带可以是圆周旋转对称，也可以是非对称的。第二成像单元和第三成像单元相交部分的表面遵循矢高平滑过渡的原则，确保每个第二成像单元微结构光学中心或第三成像单元微结构光学中心到达连接部位矢高最低点时矢高呈单向变化，无反复现象。

Claims (9)

1.一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片，包括由前表面和后表面组成的第一成像单元，其中第一成像单元用于提供近视矫正的光焦度，使成像落于视网膜上；其特征在于，前表面上设置有第二成像单元、第三成像单元，其中第三成像单元由分布于若干个同心环上的环曲面微透镜阵列组成，同心环的任意环带上的相邻环曲面微透镜之间均设置有圆形微透镜，圆形微透镜表面的最高点高于相邻环曲面微透镜表面的最高点，所有圆形微透镜共同组成第二成像单元；第二成像单元用于提供近视离焦区域，使成像落于视网膜前方，第三成像单元用于提供高阶像差光学信号调制区域，通过环曲面微透镜结构参数调控以泽尼克多项式标准项系数为表述形式的三阶以上的高阶像差。

2.根据权利要求1所述的一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片，其特征在于，所述圆形微透镜与相邻环曲面微透镜紧密排列并存在相交边界，相交边界部分的表面矢高平滑过渡。

3.根据权利要求1所述的一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片，其特征在于，所述环带形状包括：圆形、椭圆形、多边形之一；所述前表面和后表面的面形包括：球面、非球面、环曲面、超环曲面之一；不同环带上的圆形微透镜直径配置为相等或不等，不同环带上环曲面微透镜的径向直径配置为相等或不等，所述圆形微透镜的单面平均光焦度为正且其面形为球面或非球面；环曲面微透镜的单面平均光焦度为正或负且其面形为环曲面、超环曲面之一。

4.根据权利要求3所述的一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片，其特征在于，所述前表面中央区域至少6毫米直径范围内不设置第二成像单元、第三成像单元，所述圆形微透镜为直径在0.8-2毫米的凸透镜。

5.根据权利要求1所述的一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片，其特征在于，同一环带上的圆形微透镜均匀分布，相邻环带之间的距离小于瞳孔直径，且任意圆形微透镜与其相邻的环曲面微透镜所在的圆形包络直径小于瞳孔直径。

6.根据权利要求1所述的一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片，其特征在于，所述圆形微透镜的顶点法线朝向前表面的曲率中心，圆形微透镜的单面平均光焦度与前表面的平均光焦度的差值为2-10屈光度，所述环曲面微透镜径向直径小于圆形微透镜直径。

7.一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据近视患者的配镜处方以及所选镜片材料的折射率，计算出镜片上第一成像单元的前表面和后表面的面形参数，将由第一成像单元确定的镜片插入到理想眼模型之前；再以理想眼模型的玻璃体厚度为可变量，优化出对应近视形式的镜眼模型；

S2.根据近视离焦的需要，在圆形微透镜的单面平均光焦度与前表面的平均光焦度的差值为2-10屈光度中选择一个数值，计算出第二成像单元圆形微透镜的面形参数并确定圆形微透镜直径；以前表面中央区域的范围、同一环带上圆形微透镜均匀分布、相邻环带之间的距离小于瞳孔直径为约束条件，确定各同心环的环带圆形微透镜中心到第一成像单元光轴的径向距离和每个环带上圆形微透镜的个数；再使圆形微透镜的顶点法线朝向前表面的曲率中心，确定各环带上起始圆形微透镜的球心的位置；

S3.根据步骤S2的计算结果，在镜眼模型中的第一成像单元前表面上添加由圆形微透镜阵列组成的第二成像单元；通过光学仿真验证经过第二成像单元的轴外视场光线在视网膜前的近视离焦功能；记录最大轴外视场下，视网膜上以泽尼克多项式标准项系数为表述形式的三阶以上的高阶像差Z₀；

S4.在步骤S3的镜片模型上添加由环曲面微透镜阵列组成的第三成像单元，通过光学仿真分析第三成像单元起始曲率半径下最大轴外视场下视网膜上产生的以泽尼克多项式标准项系数为表述形式的三阶以上的高阶像差Z₁；

S5.保持第三成像单元的环曲面微透镜径向直径不变，逐步减小第三成像单元的环曲面微透镜的基弧半径r2，以圆形微透镜表面的最高点高于相邻环曲面微透镜表面的最高点为约束条件，记录随着基弧半径减小在最大轴外视场下视网膜上的三阶以上的高阶像差Z_n，通过数据拟合得出△Z与r2的关系曲线：△Z=f(r2)；其中△Z=Z_n-Z₀；

S6.根据为近视患者添加的三阶以上的高阶像差值△Z依据步骤S5的关系曲线求解环曲面微透镜的基弧半径r2。

8.根据权利要求7所述的一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片的设计方法，其特征在于，所述步骤S4中，第三成像单元所有环曲面微透镜的径向直径小于第二成像单元的圆形微透镜直径。

9.根据权利要求7所述的一种高阶像差与近视离焦并存的眼镜片的设计方法，其特征在于，所述步骤S4中，以环曲面面形作为第三成像单元的环曲面微透镜初始面形，为环曲面微透镜基弧选定一个大于前表面平均光焦度的值来计算起始曲率半径；以环曲面微透镜径向直径小于圆形微透镜直径为约束条件，确定环曲面微透镜的径向直径；根据环带形状和环带圆形微透镜中心到第一成像单元光轴的径向距离，计算出各环带上环曲面微透镜基弧圆心的位置。

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