基于圆锥曲线参数方程的渐进多焦点镜片设计

在渐进多焦点镜片（PAL）的直接设计法中,光焦度轮廓分布对镜片的光学性能至关重要。在子午线上同一曲率变化的基础上,引入不同圆锥曲线方程来描述镜片光焦度轮廓分布。利用椭圆、双曲线、抛物线和圆的定义设定镜片内表面子午线上每个点曲线的离心率以及开口大小。根据圆锥曲线分布情况加入偏移量,实现远近视区视配点可视区宽度调整。设计、仿真和加工了4块镜片。结果表明,基于双曲线方程计算得到的渐进多焦点镜片的周边最大像散大于1倍加光度（ADD）,而基于椭圆方程、圆方程和抛物线方程计算得到的渐进多焦点镜片周边最大像散小于1倍ADD,光学性能更好。当定焦区较大时,基于椭圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值;当定焦区较小时,基于圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值。所提方法可为渐进多焦点镜片的优化设计提供新的方案。     

基于权重函数优化的渐进多焦点镜片设计

探究渐进多焦点镜片间接法设计中权重函数和平均曲率分布对镜片光焦度和像散的影响。设计了两组权重函数分布以及平均曲率分布,提出了根据符合度矩阵重置镜片权重分布的优化方法。在相同参数下计算出5组具有不同权重函数和平均曲率分布的渐进多焦点自由曲面面型。对镜片进行加工和评价测量,实验结果表明：权重函数的形状、面积以及权重值的不同,可对镜片光学性能带来不同方面的优化,且权重函数和平均曲率分布共同影响镜片的光焦度和像散分布。     

渐进多焦点眼用镜片的子午线设计研究

介绍渐进多焦点眼用镜片的构造,论述镜片的设计思想,阐述渐进多焦点眼用镜片子午线设计的基本原理,构建子午线多项式,给出子午线设计需满足的准则.在子午线设计的基础上,设计渐进多焦点眼用镜片等屈光度轮廓线,确定镜片面形,并求出镜片平均球面度与像散.比较3种不同子午线设计的渐进多焦点眼用镜片,并进行实际加工与检测.研究结果表明,子午线设计是渐进多焦点眼用镜片设计的关键之一,不同的子午线屈光度分布,对应的渐进多焦点眼用镜片的球面度、像散以及畸变等差别较大.依据实际设计与检测结果,给出适用于不同个性化需求的渐进多焦点眼用镜片子午线屈光度分布的规律.     

基于遗传算法的渐进多焦点镜片子午线优化设计

根据遗传算法不依赖于具体优化目标且稳健性强的特点,提出运用遗传算法来寻找渐进多焦点眼镜片最优子午线的设计方案。基于子午线平滑方程,用二进制字符串(染色体)表示渐进多焦点眼用镜片子午线曲率变化曲线多项式系数。运用罚函数法和线性加权法将渐进多焦点镜片的光焦度和散光度多目标规划化成单目标函数。根据目标函数进行选择、交叉和变异,产生新一代染色体种群,循环搜索渐进多焦点镜片子午线最优系数。最后通过两个优化实例并加工成镜片样品进行测试分析,结果表明设计结果与实际测试结果基本相符。     

渐进多焦点眼用镜片的主曲率差优化设计方法

阐述了渐进多焦点眼用镜片的矢高分布设计原理,提出了一种利用调节主曲率差对平均曲率影响进行渐进多焦点眼用镜片优化设计的方法。比较设计和实际加工镜片优化前后的效果,优化前后镜片有效视区球光度保持不变,优化后镜片渐进通道最窄处宽度增加了0.7mm,视近区有效视觉面积明显增大,最大散光度略有减小。结果表明,提出的主曲率差优化设计方法对渐进多焦点眼用镜片的设计加工有实用价值。     

多光轴渐进变焦眼镜设计

提出了一种多光轴渐进多焦点镜片设计方法,选取人眼观察使用的实际光瞳为眼镜通光口径内的小光瞳对应的元透镜设计。在子午面上,镜片视远点与视近点之间的光焦度由8次多项式确定。在光瞳面内,包含远视区和邻近视近区光瞳的光焦度分别取双曲线类型和抛物线类型分布。鉴于元透镜都是小像差系统,把元透镜看作是中心厚度已知的薄透镜,采用高斯光学方法设计面型,不必进行光路追迹和像差平衡。实验结果表明,多光轴渐进多焦点镜片屈光度和像散符合理论设计分布要求。为渐进多焦点镜片设计提供了一种新的途径。     

渐进环焦自由曲面镜片设计

提出一种渐进环焦自由曲面镜片设计,从周边离焦防控及光焦度渐变的角度出发构建一个多焦点镜片。在镜片的中心部位形成有一个圆形的中心定焦区,在外周形成多个环形的周边定焦区,镜片的光焦度沿着镜片子午线及镜片水平轴按设定的光焦度高阶多项式从内至外渐变;依据相邻定焦区边缘点切平面重合的原则,由内至外依序计算各个定焦区后表面上所有点的矢高,再根据所有定焦区后表面的所有点的矢高数据生成镜片后表面。与传统非球面镜片仿真结果对比,表明渐进环焦自由曲面镜片光焦度和散光符合理论设计要求,符合正常人眼在看物体时眼球的调节功能,镜片边缘也较薄,镜片的棱镜度也较小。设计为渐进多焦点自由曲面镜片提供了一种新的途径。     

权重函数对渐进镜片设计的影响

为了研究权重分布函数对镜片设计的影响,在构建最小化模型的基础上,使用样条插值方法对过渡区域权重函数进行处理,设计了三组连接高权重区域和低权重区域的过渡区域变化快慢不同的权重分布函数.根据不同的权重分布函数设计了相应的渐进多焦点自由曲面镜片,并进行了仿真、加工及评价.实验结果表明权重分布矩阵对镜片光学性能有影响,曲面的平均曲率和主曲率差的过渡区域权重变化越快,镜片的光学性能越优.因此,使用过渡区域较快变化的权重函数有利于降低镜片周边像散、优化镜片光焦度和散光分布.     

内渐进多焦点镜片前表面光焦度匹配研究

研究内渐进多焦点镜片的前表面光焦度对该镜片的光焦度和散光的影响。设计出远用光焦度为2~10m-1,附加光焦度为2m-1的渐进表面数据,分别与1~10m-1的前表面光焦度匹配后输入Rotlex自由曲面检测仪转化为理论光焦度和散光度并进行统计分析。结果表明:在内渐进多焦点镜片的前表面光焦度匹配图中,存在扁椭圆区域,在该区域内匹配的内渐进多焦点镜片的远用区和近用区视觉清晰范围最大,且最大散光不大于附加光焦度。对于远用光焦度为非负的内渐进多焦点镜片,子午线上光焦度会随着前表面光焦度的增大而偏大。远用区为较大的正光焦度时,远用区和近用区清晰视觉范围明显较小。     

基于加光曲线变换的渐进镜片设计方法

从眼镜片用顶焦度的定义出发,探讨了渐进加光镜片的原理和结构,介绍了子午线设计的原则和方法。选择镜片周边的加光曲线形式,通过在边界条件下对子午加光曲线做变换,确定镜片表面的屈光度分布,给出了基于加光曲线变换的设计方法。与传统方法相比,不仅在形式上统一了渐进加光镜片的屈光度分布,而且还为设计者提供了更自由灵活的选择。利用曲面微分几何原理获得镜片表面面型矢高,计算屈光度和像散分布。通过实例设计表明,此方法可以设计出所需渐进特征的加光镜片。     

渐进多焦点自由曲面镜片非对称设计內移量对光学性能影响的研究

探究渐进多焦点自由曲面镜片非对称设计过程中,内偏移量对镜片光学性能的影响。推导人眼在观察物体时,双眼汇聚而内转的偏移量计算公式。仿真在同等参数条件下,为实现左右眼平衡设计及在视觉生理上的视像对称,渐进多焦点自由曲面镜片下加光区四种不同的内偏移量产生的光焦度和散光分布图。通过仿真结果得出,不同的内偏移量对镜片的光焦度和散光分布有一定的影响,特别是周边像散区的分布大小;渐进多焦点自由曲面镜片的内偏移量应根据屈光不正患者实际的验光参数计算得到。     

渐进多焦点镜片面形误差与光焦度关系的分析

渐进多焦点眼镜片能够同时满足视远与视近的需求,其应用日益广泛.本文介绍了渐进多焦点镜片的设计与评价方法,在此基础上通过对镜片面形方程及球面度方程求解偏微分,构建了渐进多焦点镜片光焦度分布与面形误差的关系模型.根据国家标准规定的镜片有效区域实际屈光度与名义值差值小于0.1 D的要求,对加光度为2.0D(6.0D8.0D)的渐进面面形误差进行了实例分析.应用给定的面形误差结果进行实验加工的镜片,经分析后实验输出的光焦度变化符合所设定的国家标准要求的范围,进一步验证了面形误差与光焦度分布关系模型的正确性,为渐进多焦点镜片加工的面形控制精度提供理论依据.     

渐进自由曲面镜片光学性能仿真方法研究

提出了一种渐进自由曲面镜片的光学性能仿真方法,能够在镜片的设计阶段对镜片的光焦度和散光分布进行仿真分析。采用双三次样条曲面拟合法,通过计算自由曲面镜片面型离散点数据局部点云拟合曲面的函数,得到曲面上各点的主曲率,进而得到渐进自由曲面镜片的光焦度和散光分布。结果显示仿真方法得到的镜片光焦度和散光分布图与基于莫尔偏折法原理的FFV软件仿真和实际加工得到镜片的测量结果相类似。     

渐进多焦点镜片光学系统MTF评价的仿真分析

针对渐进多焦点镜片的评价问题,提出了利用像质评价参数MTF对渐进多焦点镜片进行客观评价,通过对镜-眼联合光学系统的MTF理论仿真分析来评价渐进多焦点镜片的成像质量。考虑了人眼在实际视物时须有一定的转动角度与实际佩戴镜片的2个特征:镜面角与倾斜角,将装配镜片时的倾斜角与镜面角设定为0～10°;将人眼视物时的转动角度,在戴镜的情况下设定为±20°,表现为视远区、过渡区与视近区;将人眼视物时的清晰成像的较大视场设定为±5°。利用光学设计软件对6只渐近多焦点镜片中的6个典型区域进行分析,结果表明:像散主要由子午光束与弧矢光束没有汇聚在一个点上造成的,而渐进多焦点镜片的焦点呈渐进变化,其表面为非旋转对称的复杂表面,镜片的像散不同,其改变佩戴角度后会对成像质量造成一定影响。佩戴角度中的倾斜角对镜片MTF值的影响比镜面角对镜片MTF值的影响大。实际佩戴角度在不同视场下会对渐进多焦点镜片的成像质量造成一定的影响,利用像质评价参数MTF来评价渐进多焦点镜片时应将其考虑在内。     

渐进多焦点镜片的逐点定向曲率补偿优化设计

提出一种利用逐点定向曲率补偿法对渐进多焦点镜片初始模型进行整体优化以减小周边散光区（俗称盲区）的优化设计方法。推导出自由曲面任意方向法曲率的计算公式、确定主曲率和主方向的方法,求出镜片初始模型上各点的曲率差和最大曲率方向、最小曲率方向,通过迭加由不同曲率、不同轴向微小柱面构成的自由曲面,来实现逐点定向曲率补偿,使镜片各点的曲率差适当减小,从而减小散光。给出具体优化步骤和一个优化设计实例,并进行实际加工制作与检测。对比优化前后的光焦度和散光度的面形分布图。结果表明,逐点定向曲率补偿法能有效减小渐进多焦点镜片初始模型的最大散光并明显扩大视远区清晰视觉范围。     

渐进多焦点眼用镜片的加工制造

以渐进多焦点镜片的加工为实例,阐述了采用CNC雕刻机(En3d)加工自由曲面光学元件的加工工艺,利用TRACEPRO软件宏语言将点阵数据生成非均匀有理B样条自由曲面,运用精雕机的JDPaint软件生成刀具路径,对自由曲面光学元件进行加工制造.利用自由曲面面形测量仪对加工完成的渐进多焦点镜片进行光焦度分布和散光分布的面形分析.实验结果表明:采用CNC雕刻机加工自由曲面光学元件的加工工艺简单,操作方便,并且加工后的渐进多焦点镜片面形符合设计要求.     

渐进多焦点眼镜片的公差分析

渐进多焦点眼镜片能够同时满足视远与视近的需求,其应用日益广泛。介绍渐进多焦点镜片的基本结构、设计与评价方法,在此基础上根据国家标准规定的镜片有效区域实际屈光度与名义值差值小于0.1m-1的要求,对渐进多焦点镜片的面型进行了公差分析。通过对镜片面型方程及球面度方程求解偏微分推导出屈光度与面型相关的公差公式。举例对屈光度增量2.5 m-1（6.5 m-1~9 m-1）的渐进面进行设计评价与公差分析,该设计实例公差分析结果表明:面型最敏感处公差值为0.1 m,为镜片加工的控制精度提供理论依据。     

哈特曼法检测渐进多焦点镜片

介绍了哈特曼法检测眼镜片的测量原理及对远轴光线的屈光度补偿,采用哈特曼法对渐进多焦点镜片进行检测。提出了实验总体方案并得到CCD采样图,通过后续图像处理,理论上可以得到镜片的屈光度分布图。结果表明,哈特曼法检测渐进多焦点镜片结构简单,方便可行。     

内渐进多焦点镜片的加工

介绍了加工内渐进多焦点镜片的自由曲面数控机床的基本结构及工作原理,开展了机床的加工工艺实验,用以改善内渐进多焦点镜片的光学性能。实验结果表明,车削阶段影响表面粗糙度的两个主要因素是镜片材料和切削速度;得到了抛光效果良好的两个抛光参数:抛光时间是50s—100s,抛光气压是0.03 MPa—0.06 MPa;不同材料的镜片车削后表面粗糙度不同,抛光后表面粗糙度基本相同。     

渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法

利用波前传感器测量自由曲面镜片时,由于自由曲面镜片的直径通常大于波前传感器的接收孔径,主要采用子孔径拼接技术测量镜片的波前像差。针对子孔径拼接技术测量中存在着操作繁琐、数据处理量大等问题,提出渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法,得到渐进多焦点镜片中央直径为22 mm圆形区域内的波前像差。为了验证试验的可靠性,将测量得到的波前像差泽尼克表述中的离焦项转换为球镜度,与条纹偏折法测量得到镜片的球镜度进行对比实验,实验结果证明了渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法可以用于渐进多焦点镜片波前像差的检测。