漸變鏡片的漸變結(jié)構(gòu)特征和矯正原理

光學(xué)自由曲面具有非對稱面形、靈活的空間布局、豐富的設(shè)計自由度等特性。自由曲面是應(yīng)用最廣泛的曲面形狀之一，如能改善人類視覺質(zhì)量的漸進(jìn)多焦點眼用鏡片，就是自由曲面技術(shù)在眼用光學(xué)鏡片中的成功應(yīng)用。本文通過設(shè)計漸進(jìn)多焦點眼用鏡片，并以之為例研究自由曲面光學(xué)鏡片的性質(zhì)及特點。

漸進(jìn)鏡片(英文progressive addition lenses 簡稱PAL）是針對老視癥狀的一種有效的解決手段，與各類傳統(tǒng)老視鏡片相比較具有許多優(yōu)點，本文對這種鏡片的設(shè)計和評價進(jìn)行研究。

首先，介紹漸變鏡片的漸變結(jié)構(gòu)特征和矯正原理，比較分析軟設(shè)計和硬設(shè)計之間的區(qū)別。

其次，介紹漸進(jìn)多焦點眼用鏡片的基本結(jié)構(gòu)。應(yīng)用基于狄利克雷原則的軟設(shè)計方法，闡述漸進(jìn)多焦點眼用鏡片子午線設(shè)計的基本原理，構(gòu)建子午線多項式，給出子午線設(shè)計需滿足的條件。在子午線設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計漸進(jìn)多焦點眼用鏡片等屈光度輪廓線，在此基礎(chǔ)上設(shè)計鏡片矢高，確定鏡片面形。

然后，根據(jù)曲面的微分幾何理論，給出漸變鏡片的性能評價方法，即計算鏡片的球面度及柱面度。

第1章 緒論

1.1 引言

本文通過設(shè)計漸進(jìn)多焦點眼用鏡片，并以之為例研究自由曲面光學(xué)鏡片的性質(zhì)及特點。目前導(dǎo)致人眼屈光不正的原因很多，人們通常使用角膜接觸鏡、單光眼鏡片、雙光眼鏡片和漸進(jìn)多焦點眼用鏡片（也稱漸進(jìn)鏡片）等矯正視力。人們隨著年齡的增長，眼睛的調(diào)焦能力逐漸衰弱，即老視眼或老花眼，難以看清近處的物體。理想的解決辦法應(yīng)配戴具有變焦能力的鏡片，使得看近處時，鏡片具有高的正光焦度；看遠(yuǎn)處時，具有低的、甚至負(fù)的光焦度。

漸進(jìn)多焦點眼用鏡片的鏡度隨著人眼范圍由遠(yuǎn)及近、視線由上到下的移動逐漸增加，它能夠提供一個連續(xù)的從遠(yuǎn)用到近用都清晰的視力。漸進(jìn)多焦點眼用鏡片的鏡度變化平滑，佩戴方便，更符合人們的生理和心理需求，所以越來越受到消費(fèi)者的青睞。

1.2 漸進(jìn)多焦點眼用鏡片發(fā)展情況 ? ?

1785年，Benjamin Franklin將自己屈光矯正鏡片的一半和老視視近鏡片的一半粘合在一起，以克服視遠(yuǎn)和視近時不停地輪換戴鏡和摘鏡的麻煩(見圖1-1)，雖然當(dāng)時的Franklin鏡片并沒有成為產(chǎn)品，但此舉卻開始了老視矯正歷史的新紀(jì)元，即雙光鏡發(fā)展的歷史。

圖1-1 Benjamin Franklin 雙光鏡 后人在Franklin鏡的原理基礎(chǔ)上，對雙光鏡進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展，經(jīng)過一百多年的努力，雙光鏡片從設(shè)計、工藝和材料都日趨成熟，為廣大老視者帶來了諸多方便。但是，雙光鏡存在著較多缺點，主要有：在視遠(yuǎn)區(qū)和視近區(qū)之間對中間距離視物不清：在視遠(yuǎn)區(qū)和視近區(qū)之間有“跳躍”現(xiàn)象，會造成行動不便：視遠(yuǎn)區(qū)和視近區(qū)有明顯的可見分界，影響自然外觀。由此，漸變多焦點鏡片應(yīng)運(yùn)而生。 ?

圖1-2 漸進(jìn)多焦點鏡片的第一代設(shè)計

最早的漸進(jìn)多焦點鏡片設(shè)計構(gòu)思由英國視光師Owen Aves提出并發(fā)表專利于1907年。Henry Orford Gowlland 于1910年在加拿大設(shè)計制作類似鏡片，但由于當(dāng)時技術(shù)限制，并沒有獲得實踐上的成功。法國光學(xué)師兼工程師Bernard Maiternaz 于1951年獲得突破性發(fā)展，研制出真正適合臨床佩戴的第一副現(xiàn)代概念的漸進(jìn)多焦點鏡片。1959年歐洲第一個漸變鏡Varilux眼鏡片投放市場；1961年漸變鏡Omnifocal 眼鏡片在美國發(fā)行。到了20世紀(jì)70年代中，隨著視覺生理的研究與發(fā)展，第2代軟式設(shè)計的漸變鏡應(yīng)運(yùn)而生，漸變鏡片越來越廣泛地為市場所接受。2000年現(xiàn)代軟式設(shè)計的第5代漸變鏡強(qiáng)調(diào)運(yùn)動視覺的需要，漸變通道短而窄，像差得到有效控制，有效視野更大。到2003年末，漸變鏡的設(shè)計已經(jīng)把個體眼球運(yùn)動參數(shù)結(jié)合到鏡片設(shè)計上，做到了“個體化設(shè)計”。

框架眼鏡一般有： (1)單光焦度眼鏡，即普通的近視眼鏡或者遠(yuǎn)視眼鏡。這種眼鏡片只能提供一種屈光力，適合近視，遠(yuǎn)視和輕度的老視患者； (2)雙焦點眼鏡，這種眼鏡片上方用于看遠(yuǎn)處物體，下部用于視近書刊及近距離工作。隨著年齡增長，人眼的調(diào)節(jié)力逐漸減弱。佩戴雙焦點眼鏡后通過主片只能看清遠(yuǎn)物，通過視近附片只能看清近物，位于中間距離的物體，則看不清楚。鏡片上可觀察到不同光焦度區(qū)域分界線； (3)三焦點眼鏡，在雙焦點眼鏡的基礎(chǔ)上增加了中間距附片，使老視眼能看清中間距離的物體，但是鏡片上仍可觀察到不同光焦度區(qū)域分界線。通過雙焦點或三焦點眼鏡片上不同光焦度分界處觀察物體時會看到物體的形狀突然變化，即像跳； (4)漸進(jìn)多焦點眼鏡，消除了雙焦點眼鏡和三焦點眼鏡的像跳現(xiàn)象。遠(yuǎn)用區(qū)與近用區(qū)域之間光焦度平滑過渡，鏡片外觀與單焦眼鏡片相同；

(5)液晶衍射鏡片，這種眼鏡的重量還未能有效減輕，目前還處于研究階段。上述眼鏡片都可以添加一定的散光屈光力來矯正散光。

1.3 課題研究的意義

我國大量兒童需要佩戴眼鏡：當(dāng)前學(xué)齡前兒童視力低常率為12.64%，隨著年齡增長，視力低常率增高，5歲最高，6歲又稍有下降。視力低常眼中近視(3.18%)、中度遠(yuǎn)視(4.49%)、大于1.50D的散光(22.47%)和混合散光(11.05%)所占的比例增多。 我國學(xué)生近視率居高不下，令人憂慮。小學(xué)生的近視率為20.23%，初中生的近視率為48.18%，高中生的近視率為71.29%，大學(xué)生的近視率為73.01% 。環(huán)境因素導(dǎo)致的青少年近視多伴有調(diào)節(jié)痙攣，如何控制視疲勞，減輕調(diào)節(jié)痙攣，是控制近視的研究熱點。 青少年近視患者往往是看不清楚遠(yuǎn)處物體，需要佩戴眼鏡，而進(jìn)行視近和觀察近處物體時眼睛能夠自己調(diào)節(jié)看清物體，不需要眼鏡片進(jìn)行附加調(diào)節(jié)。

漸進(jìn)多焦點眼鏡可以在眼鏡片的上部提供遠(yuǎn)用光焦度，而在鏡片下部采用屈光力為零的鏡片。相比單光眼鏡片，佩戴漸進(jìn)多焦點眼鏡片看近物時，眼的調(diào)節(jié)減少。研究表明：配戴漸進(jìn)多焦點眼鏡能起到防止近視加深作用，特別適用于近視伴有調(diào)節(jié)痙攣的青少年患者。漸進(jìn)多焦點鏡片能夠延緩青少年近視進(jìn)展。 老年人隨年齡增長視力逐漸下降，平均每增長10歲視力下降約0.2左右。其中93. 37%為屈光不正，遠(yuǎn)視性屈光不正占54. 90%，近視性屈光不正占39. 76%，5.02%為混合散光”。漸進(jìn)多焦點眼鏡最初就是為了改善老年人視力而設(shè)計。

“未來幾年，60年代出生的人群隨著年齡增長，不少人在工作和生活中開始需要老視鏡的輔助，一個龐大的老視鏡需求市場在逐漸形成”。 因此，漸進(jìn)多焦點眼鏡片在我國具有極大的市場潛力。自九十年代末以來，美國蘇拿、日本豪雅、法國依視路等公司在中國設(shè)廠，漸變鏡片逐漸被國內(nèi)人們了解，但是價格因素仍是進(jìn)一步推廣應(yīng)用的制約因素。國內(nèi)目前這方面的工作剛起步，設(shè)計與研制報道非常少見。因此，開展有關(guān)漸變鏡片的研究工作，無論是在工程上，還是在社會效應(yīng)上都具有重大意義。

1.4 論文主要研究內(nèi)容

本文介紹漸進(jìn)多焦點眼用鏡片的構(gòu)造，論述鏡片的設(shè)計思想及常用的設(shè)計方法，闡述漸進(jìn)多焦點眼用鏡片子午線設(shè)計的基本原理，構(gòu)建子午線多項式，給出子午線設(shè)計需要滿足的條件。在子午線設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計漸進(jìn)多焦點眼用鏡片等屈光度輪廓線，在此基礎(chǔ)上設(shè)計鏡片的矢高，再確定鏡片面形，并求出鏡片平均球面度與像散。

編輯：黃飛

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