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(duì)稱面形、靈活的空間布局、豐富的設(shè)計(jì)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(jué)質(zhì)量的漸進(jìn)多焦點(diǎn)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(guò)設(shè)計(jì)漸進(jìn)多焦點(diǎn)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(diǎn)。

漸進(jìn)鏡片(英文progressive addition lenses 簡(jiǎn)稱PAL）是針對(duì)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(diǎn)，本文對(duì)這種鏡片的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)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(jì)和硬設(shè)計(jì)之間的區(qū)別。

其次，介紹漸進(jìn)多焦點(diǎn)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(jì)方法，闡述漸進(jìn)多焦點(diǎn)眼用鏡片子午線設(shè)計(jì)的基本原理，構(gòu)建子午線多項(xiàng)式，給出子午線設(shè)計(jì)需滿足的條件。在子午線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)漸進(jìn)多焦點(diǎn)眼用鏡片等屈光度輪廓線，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)方法，即計(jì)算鏡片的球面度及柱面度。

第1章 緒論

1.1 引言

本文通過(guò)設(shè)計(jì)漸進(jìn)多焦點(diǎn)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(diǎn)。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(diǎn)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(zhǎng)，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(shí)，鏡片具有高的正光焦度；看遠(yuǎn)處時(shí)，具有低的、甚至負(fù)的光焦度。

漸進(jìn)多焦點(diǎn)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(dòng)逐漸增加，它能夠提供一個(gè)連續(xù)的從遠(yuǎn)用到近用都清晰的視力。漸進(jìn)多焦點(diǎn)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(lái)越受到消費(fèi)者的青睞。

1.2 漸進(jìn)多焦點(diǎn)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(shí)不停地輪換戴鏡和摘鏡的麻煩(見(jiàn)圖1-1)，雖然當(dāng)時(shí)的Franklin鏡片并沒(méi)有成為產(chǎn)品，但此舉卻開(kāi)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(duì)雙光鏡進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展，經(jīng)過(guò)一百多年的努力，雙光鏡片從設(shè)計(jì)、工藝和材料都日趨成熟，為廣大老視者帶來(lái)了諸多方便。但是，雙光鏡存在著較多缺點(diǎn)，主要有：在視遠(yuǎn)區(qū)和視近區(qū)之間對(duì)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(huì)造成行動(dòng)不便：視遠(yuǎn)區(qū)和視近區(qū)有明顯的可見(jiàn)分界，影響自然外觀。由此，漸變多焦點(diǎn)鏡片應(yīng)運(yùn)而生。 ?

圖1-2 漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的第一代設(shè)計(jì)

最早的漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片設(shè)計(jì)構(gòu)思由英國(guó)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(jì)制作類似鏡片，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)限制，并沒(méi)有獲得實(shí)踐上的成功。法國(guó)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(diǎn)鏡片。1959年歐洲第一個(gè)漸變鏡Varilux眼鏡片投放市場(chǎng)；1961年漸變鏡Omnifocal 眼鏡片在美國(guó)發(fā)行。到了20世紀(jì)70年代中，隨著視覺(jué)生理的研究與發(fā)展，第2代軟式設(shè)計(jì)的漸變鏡應(yīng)運(yùn)而生，漸變鏡片越來(lái)越廣泛地為市場(chǎng)所接受。2000年現(xiàn)代軟式設(shè)計(jì)的第5代漸變鏡強(qiáng)調(diào)運(yùn)動(dòng)視覺(jué)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(jì)已經(jīng)把個(gè)體眼球運(yùn)動(dòng)參數(shù)結(jié)合到鏡片設(shè)計(jì)上，做到了“個(gè)體化設(shè)計(jì)”。

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(diǎn)眼鏡，這種眼鏡片上方用于看遠(yuǎn)處物體，下部用于視近書(shū)刊及近距離工作。隨著年齡增長(zhǎng)，人眼的調(diào)節(jié)力逐漸減弱。佩戴雙焦點(diǎn)眼鏡后通過(guò)主片只能看清遠(yuǎn)物，通過(guò)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(diǎn)眼鏡，在雙焦點(diǎn)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(guò)雙焦點(diǎn)或三焦點(diǎn)眼鏡片上不同光焦度分界處觀察物體時(shí)會(huì)看到物體的形狀突然變化，即像跳； (4)漸進(jìn)多焦點(diǎn)眼鏡，消除了雙焦點(diǎn)眼鏡和三焦點(diǎn)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(guò)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(lái)矯正散光。

1.3 課題研究的意義

我國(guó)大量?jī)和枰宕餮坨R：當(dāng)前學(xué)齡前兒童視力低常率為12.64%，隨著年齡增長(zhǎng)，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(guó)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(diǎn)。 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(shí)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(diǎn)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(diǎn)眼鏡片看近物時(shí)，眼的調(diào)節(jié)減少。研究表明：配戴漸進(jìn)多焦點(diǎn)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(diǎn)鏡片能夠延緩青少年近視進(jìn)展。 老年人隨年齡增長(zhǎng)視力逐漸下降，平均每增長(zhǎng)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(diǎn)眼鏡最初就是為了改善老年人視力而設(shè)計(jì)。

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

1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容

本文介紹漸進(jìn)多焦點(diǎn)眼用鏡片的構(gòu)造，論述鏡片的設(shè)計(jì)思想及常用的設(shè)計(jì)方法，闡述漸進(jìn)多焦點(diǎn)眼用鏡片子午線設(shè)計(jì)的基本原理，構(gòu)建子午線多項(xiàng)式，給出子午線設(shè)計(jì)需要滿足的條件。在子午線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)漸進(jìn)多焦點(diǎn)眼用鏡片等屈光度輪廓線，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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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