CN117784446A - 一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片及设计方法。镜片前表面为渐进面，后表面为标准球面。根据佩镜者需求，在确定所述镜片后表面光焦度后，基于logistic函数对所述镜片前表面中的子午线进行优化设计，再通过调节子午线优化函数中的平移因子和曲率调节因子，可灵活地调节子午线上光焦度的变化速率，从而控制所述镜片的像散分布；本发明设计了与子午线正交且满足设计要求的轮廓线，将子午线上的光焦度分布扩散到所述镜片的整个表面，计算得到镜片上各个点的矢高数据。本发明提供的设计方案简化了镜片设计步骤，减小了计算量，且能有效控制镜片视远区、视近区以及渐进通道中的光焦度和像散分布，将像散控制在90%加光度以内。

Description

一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片及设计方法

技术领域

本发明涉及一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片及设计方法，属于光学设计技术领域。

背景技术

传统的单光眼镜由于其固定的光焦度，不能同时兼顾远、近及中距离视物。双光镜虽然解决了患者视远和视近的需求，但对中距离视物不清晰，且镜片中间有一条分隔线，影响美观和视野。而渐进多焦点眼镜片由于其连续变化的光焦度，能够使任意距离的物体清晰成像在视网膜上，逐渐成为矫正近视转老花眼的最佳选择。

渐进多焦点眼用镜片的面形是影响眼用镜片质量的重要因素之一，其中眼用镜片的子午线是面形设计的首要环节。中国发明专利CN113253482A提出了一种渐进多焦点眼镜片两段式子午线设计，该方法虽然可以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镜片。但该方法在每次设计不同子午线前，都要对不同的高阶偏微分方程进行求解，计算量较大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种计算量较小、且能有效控制镜片视远区、视近区以及渐进通道中的光焦度分布，并将像散控制在90％加光度以内的基于子午线优化的渐进多焦点镜片及设计方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片的设计方法，所述镜片包括视远区、视近区、过渡区和周边像散区；镜片的后表面为球面，其特征在于镜片前表面的设计方法包括如下步骤：

(1)将镜片前表面子午线上的光焦度D^f(u)设置为：

D^f(u)＝Dd+(Dr-Dd)/(1+e^(-k(u-x0)))

其中，Dd为视远区的定焦度，Dr为视近区的定焦度；k为曲率调节因子；x0为平移因子；u为子午线上任意点到镜片中心点的距离；

(2)在坐标系中，以轮廓线表达式构建镜片前表面上任意点(x,y)与u的对应关系，将子午线上的光焦度D^f(u)分布扩散到镜片前表面，得到镜片前表面上各点的光焦度分布D^f；所述的轮廓线表达式为：

其中，x_d为视远区定焦点距镜片中心点的距离，x_n为视近区定焦点距镜片中心点的距离；所述坐标系为以镜片前表面中心点为原点O构建的笛卡尔空间直角坐标系，x轴正方向沿镜片前表面弧矢方向水平向右，y轴正方向沿镜片前表面子午方向竖直向上,z轴垂直于xoy平面，且与x轴和y轴满足右手定则；

(3)计算镜片前表面上各点所对应的曲率半径r(u)：

r(u)＝(n-1)/D^f

其中，n为镜片材料的折射率；

(4)计算得到镜片前表面上各点所对应的曲率中心的坐标

ξ(u)＝u-r(u)sinθ

η(u)＝0

其中，θ为镜片上各点与其对应曲率中心的连线与z轴的夹角；

(5)计算得到镜片前表面各点所对应的矢高z₁(x,y)：

本发明技术方案还包括按上述设计方法得到的一种渐进多焦点镜片。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.传统设计方法通过求解高阶多项式的各项系数来确定渐进多焦点镜片的子午线光焦度变化曲线，对于不同子午线光焦度变化曲线需要求解不同的高阶多项式，本发明提供的渐进多焦点镜片在设计过程中无需求解高阶多项式，通过改变曲率调节因子和平移因子即可获取不同子午线光焦度变化曲线，设计过程中计算量较小。

2.本发明技术方案通过调节曲率调节因子和平移因子可以控制所述渐进多焦点镜片子午线上的光焦度分布，从而控制视远区、视近区以及渐进通道中的光焦度分布。

3.子午线附近镜片的像散的增速与曲面曲率在子午线方向上的变化率成正比，本发明技术方案通过调节曲率调节因子和平移因子可以控制子午线方向上的变化率，从而控制所述渐进多焦点镜片的像散分布并将最大像散控制在90％加光度以内。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片的区域分布图。

图2是本发明实施例提供的一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片前表面设计方法的流程图。

图3是本发明实施例提供的一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片子午线上的光焦度变化图。

图4是本发明实施例提供的一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片的光焦度分布图。

图5是本发明实施例提供的一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片的矢高图。

图6是本发明实施例提供的一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片的球面度分布图。

图7是本发明实施例提供的一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片的柱面度分布图。

图1中：1.视远区；2.视近区；3.过渡区；4.周边像散区。

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

本实施例提供一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片及设计方法。

参见附图1，它是本实施例提供的一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片的区域分布图，渐进多焦点镜片包括视远区1、视近区2、过渡区3和周边像散区4；视远区位于镜片上方区域，用以人眼观看远处物体，视近区位于镜片下方区域，用以人眼观看近处物体，过渡区位于视远区和视近区之间，用以人眼观看中距离物体，像散区位于所述过渡区两侧，对人眼清晰视物产生影响。

在本实施例中，镜片的后表面为球面，前表面为渐进面，其设计流程参见附图2。

镜片参数如下：

具体实施步骤如下：

1.将镜片前表面子午线上的光焦度D^f(u)设置为：

D^f(u)＝Dd+(Dr-Dd)/(1+e^(-k(u-x0)))

其中，Dd为视远区的定焦度，Dr为视近区的定焦度；k为曲率调节因子；x0为平移因子；u为子午线上任意点到镜片中心点的距离；在本实施例中，曲率调节因子k为0.38，平移因子x0为8；

计算得到前表面子午线上的光焦度分布，计算结果参见附图3所示。

2.将镜片表面分为81×81的矩阵，每个点之间的距离为1.0mm，在坐标系中，以轮廓线表达式构建镜片前表面上任意点(x,y)与u的对应关系，将子午线上的光焦度D^f(u)分布扩散到镜片前表面，得到镜片前表面上各点的光焦度分布D^f；

所述的轮廓线表达式为：

其中，x_d为视远区定焦点距镜片中心点的距离，x_n为视近区定焦点距镜片中心点的距离；所述坐标系为以镜片前表面中心点为原点O构建的笛卡尔空间直角坐标系，x轴正方向沿镜片前表面弧矢方向水平向右，y轴正方向沿镜片前表面子午方向竖直向上,z轴垂直于xoy平面，且与x轴和y轴满足右手定则。

参见附图4，是镜片前表面的光焦度分布图。

3.计算镜片前表面上各点所对应的曲率半径r(u):

r(u)＝(n-1)/D^f

其中，n为镜片材料的折射率；

4.计算得到镜片前表面上各点所对应的曲率中心的坐标

ξ(u)＝u-r(u)sinθ

η(u)＝0

其中，θ为镜片上各点与其对应曲率中心的连线与z轴的夹角；

5.计算得到镜片前表面各点所对应的矢高z₁(x,y)：

参见附图5，是本实施例提供的渐进多焦点镜片的前表面矢高图，可见镜片表面分布平滑、无突变。

参见附图6，是本实施例提供的渐进多焦点镜片的球面度分布图。从视远区到视近区，镜片上的光焦度分布呈现渐变的趋势，整个镜片上的光焦度不存在跳变的情况且满足患者清晰视物时的度数要求。

参见附图7，它本实施例提供的渐进多焦点镜片的柱面度分布图。周边像散区聚集在渐进通道两侧，有效视觉区内像散较小，且整个镜片上的最大像散控制在90％加光度内。

结果证明，本发明提供的一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片的设计方法，简化了镜片设计步骤，减小了计算量，且能有效控制镜片视远区、视近区以及渐进通道中的光焦度分布，并将像散控制在90％加光度以内。

Claims (2)

1.一种基于子午线优化的渐进多焦点镜片的设计方法，所述镜片包括视远区(1)、视近区(2)、过渡区(3)和周边像散区(4)；镜片的后表面为球面，其特征在于镜片前表面的设计方法包括如下步骤：

(1)将镜片前表面子午线上的光焦度D^f(u)设置为：

D^f(u)＝Dd+(Dr-Dd)/(1+e^(-k(u-x0)))

其中，Dd为视远区的定焦度，Dr为视近区的定焦度；k为曲率调节因子；x0为平移因子；u为子午线上任意点到镜片中心点的距离；

(2)在坐标系中，以轮廓线表达式构建镜片前表面上任意点(x,y)与u的对应关系，将子午线上的光焦度D^f(u)分布扩散到镜片前表面，得到镜片前表面上各点的光焦度分布D^f；

所述的轮廓线表达式为：

其中，x_d为视远区定焦点距镜片中心点的距离，x_n为视近区定焦点距镜片中心点的距离；所述坐标系为以镜片前表面中心点为原点O构建的笛卡尔空间直角坐标系，x轴正方向沿镜片前表面弧矢方向水平向右，y轴正方向沿镜片前表面子午方向竖直向上,z轴垂直于xoy平面，且与x轴和y轴满足右手定则；

(3)计算镜片前表面上各点所对应的曲率半径r(u):

r(u)＝(n-1)/D^f

其中，n为镜片材料的折射率；

(4)计算得到镜片前表面上各点所对应的曲率中心的坐标

ξ(u)＝u-r(u)sinθ

η(u)＝0

其中，θ为镜片上各点与其对应曲率中心的连线与z轴的夹角；

(5)计算得到镜片前表面各点所对应的矢高z₁(x,y)：

2.按权利要求1所述的设计方法得到的一种渐进多焦点镜片。