一种利用子午线设计渐进多焦点眼用镜片的方法 【技术领域】
本发明涉及一种镜片的设计方法，特别涉及一种利用子午线设计渐进多焦点眼用镜片的方法。
背景技术
渐进多焦点眼用镜片应用自由曲面实现镜片的光焦度连续变化，通过屈光度连续渐进增加的过渡区实现视远区与视近区表面面形与屈光度的自然衔接，使由远及近不同距离的视野无断裂而能清晰成像，克服人们使用双光镜等在视远区和视近区转换时视野不连续、视像断裂、中距离视物不清、视远区和视近区有明显的可见分界，影响使用者的美观等缺陷，因此，渐进多焦点眼用镜片越来越受人们的关注，其应用范围日趋广泛，应用前景十分广阔。渐进多焦点眼用镜片的设计是渐进多焦点眼用镜片研制的关键问题。
渐进多焦点眼用镜片表面分为视远区、视近区、中间过渡区和像散区，如图1所示。视远区A：位于渐进加光镜片上半部分的宽阔区域，在人眼处于放松平视状态下矫正视远能力，提供清晰、宽阔的视野。视近区C：对于大多数渐进加光镜片，视近区位于视远参考圈中心下方约10-18mm，具体位置因渐进镜片使用类型、设计方法以及校正老视程度、人眼瞳距和用眼习惯等的不同而有相应的差异。中间过渡区B：连接视远区和视近区的中间区域，也是渐进镜片区别于双光镜的主要特征区域。渐进加光区的长度、宽度和加光量以及加光量变化梯度即渐进度限定了配戴者眼睛的活动范围，直接决定了人眼对渐进加光镜片的适应性。目前现有国内外设计的渐进多焦点眼用镜片，只适合于单一功能需求，不能设计适用不同使用场合的渐进多焦点眼用镜片。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种可以适用于不同的眼镜配戴者的需求的设计渐进多焦点眼用镜片的方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种利用子午线设计渐进多焦点眼用镜片的方法，其特征在于：包括有以下步骤：
a)设计渐进多焦点眼用镜片子午线屈光度变化曲线：
根据镜片配戴者个性化设计要求，确定镜片视远点和视近点位置、视远点屈光度、镜片加光度等参数，然后根据以下方程式确定渐进多焦点眼用镜片子午线屈光度变化曲线图：
1r(u)=1rD+(1rR-1rD)Σn=mm+l-1cn(u+L)n]]>
式中rD为视远点PD处的曲率半径；
rR为视近点PR处的曲率半径；
r(u)为子午线上距中心O点距离u处的曲率半径；
L为视远点PD距中心O点的距离；
m为PD点u＝-L处第一个非零的的阶数；
l为PR点u＝h-L处第一个非零的的阶数；
cn由方程式求解而得；
h为PD至PR之间的距离。
b)确定渐进多焦点眼用镜片表面面形：
首先选择与渐进多焦点眼用镜片子午线屈光度变化曲线正交的轮廓线形式，轮廓线上曲率与正交点处曲率相等，轮廓线可以是直线、抛物线或双曲线，也可以是分别以视远点和视近点为中心的圆或椭圆；
然后根据微分几何基本规则计算出镜片上各点矢高；
镜片上各点矢高求得后，根据以下方程式求得最大和最小曲率半径R1和R2：
(rt-s2)R2+g[2pqs-(1+p2)t-(1+q2)r]R+g4＝0
式中：p=∂z∂x,]]>q=∂z∂y,]]>r=∂2z∂x2,]]>s=∂2z∂x∂y,]]>t=∂2z∂y2,]]>g=1+p2+q2;]]>
x、y、z为各点矢高的值；
求得最大、最小曲率半径R1和R2后，再根据计算出各点平均球面度，根据计算出各点的像散，从而确定镜片表面面形。
进一步，所述的轮廓线为双曲线，镜片上各点的矢高通过微分几何方程：
z=z(x,y)=ζ-[r(u)2-(x-ξ)2-(y-η)2]12]]>计算而得；
式中(ξ，η，ζ)为球面每个位置曲率中心坐标，其中：
ξ(u)＝u-r(u)sinθ(u)，
ζ(u)=r(u)cosθ(u)+∫0utgθ(u)du,]]>
η(u)＝0，sinθ(u)=∫0udur(u);]]>
r(u)为子午线上距中心O点距离u处的曲率半径。
本发明有以下优点：
1.本发明根据配戴者的视觉要求，设计沿渐进多焦点镜片子午线的屈光度分布。因此，本发明可用于多种用途的渐进多焦点镜片设计。
2.依据子午线屈光度变化曲线，确定渐进多焦点眼用镜片表面面形，渐进多焦点镜片屈光度和像散分布更趋满足配戴者需求。
【附图说明】
附图1为渐进多焦点眼用镜片分区图；
附图2渐进多焦点眼用镜片xy平面示意图
附图3为本发明实施例一渐进多焦点眼用镜片子午线屈光度变化曲线图；
附图4为本发明实施例一渐进多焦点眼用镜片等屈光度轮廓线示意图；
附图5为本发明实施例一渐进多焦点眼用镜片平均球面度图；
附图6为本发明实施例一渐进多焦点眼用镜片像散分布图；
附图7为本发明实施例二渐进多焦点眼用镜片子午线屈光度变化曲线图；
附图8为本发明实施例二种渐进多焦点眼用镜片等屈光度轮廓线示意图；
附图9为本发明实施例二渐进多焦点眼用镜片平均球面度图；
附图10为本发明实施例二渐进多焦点眼用镜片像散分布图；
【具体实施方式】
本发明一种利用子午线设计渐进多焦点眼用镜片的方法的实施例，包括有以下步骤：
c)设计渐进多焦点眼用镜片子午线屈光度变化曲线：
根据镜片配戴者个性化设计要求，确定镜片视远点和视近点位置、视远点屈光度、镜片加光度等参数，然后对照图2根据以下方程式确定渐进多焦点眼用镜片子午线屈光度变化曲线(该曲线图如附图3所示)：
1r(u)=1rD+(1rR-1rD)Σn=mm+l-1cn(u+L)n]]>
式中rD为视远点PD处的曲率半径；
rR为视近点PR处的曲率半径；
r(u)为子午线MM′上距中心O点距离u处的曲率半径；
L为视远点PD距中心O点的距离
m为PD点u＝-L处第一个非零的的阶数；
l为PR点u＝h-L处第一个非零的的阶数；
cn由方程式求解而得；
h为PD至PR之间的距离。
d)确定渐进多焦点眼用镜片表面面形：
首先选择与渐进多焦点眼用镜片子午线屈光度变化曲线正交的轮廓线形式，轮廓线上曲率与正交点处曲率相等，轮廓线可以是直线、抛物线或双曲线，也可以是分别以视远点和视近点为中心的圆或椭圆；本实施例中，轮廓线选为双曲线，首先通过轮廓线算出镜片上各点的曲率，然后镜片上各点矢高根据微分几何基本规则：
z=z(x,y)=ζ-[r(u)2-(x-ξ)2-(y-η)2]12]]>计算而得；
式中(ξ，η，ζ)为球面每个位置曲率中心坐标，其中：
ξ(u)＝u-r(u)sinθ(u)，
ζ(u)=r(u)cosθ(u)+∫0utgθ(u)du,]]>
η(u)＝0，sinθ(u)=∫0udur(u);]]>
r(u)为子午线上距中心O点距离u处的曲率半径。
镜片上各点矢高求得后，根据以下方程式求得最大和最小曲率半径R1和R2：
(rt-s2)R2+g[2pqs-(1+p2)t-(1+q2)r]R+g4＝0
式中：p=∂z∂x,]]>q=∂z∂y,]]>r=∂2z∂x2,]]>s=∂2z∂x∂y,]]>t=∂2z∂y2,]]>g=1+p2+q2;]]>
x、y、z为各点矢高的值；
求得最大、最小曲率半径R1和R2后，再根据计算出各点平均球面度，根据计算出各点的像散，从而确定镜片表面面形。
本发明中，根据不同配戴者地不同需求，通过对子午线屈光度变化曲线方程式中的m和l值不同的选择，可以设计出具有不同像散和球面度的渐进多焦点眼用镜片。
本发明中，当选用其它形式的轮廓曲线时，球面每个位置曲率中心坐标计算方式是一样的，但曲率中心的位置有所改变，而至于具体选取哪一种轮廓曲线，则要根据配戴者的具体需求。
总而言之，根据本发明提供的方法，可以根据不同的配戴者的各种需求，方便地进行对应设计，以更好地满足配戴者的需求。
根据本发明的方法设计的镜片可用任何已知的适于用作眼镜片的材料来制造，这些材料或者是市场上可获得的，或者是其制造方法是已知的。而且，根据本发明的镜片的制造可采用任何常规的镜片制造方法，包括但不限于，研磨、整片铸造、压模、热力塑型、层压、表面铸造或者它们的组合。优选地，在双渐进面镜片的制造中，镜片的其中一面通过在一镜片毛坯上浇铸渐进面而形成，而另外一面通过加工形成。
下面通过示例以进一步说明本发明，该示例不对本发明构成任何限制。
示例一：预设的渐进多焦点眼用镜片视远点镜片度数100度，视远与视近点之间加光度数为150度，镜片通道长度h＝21毫米，视远点A与镜片中心点的间距L＝7毫米。镜片直径60mm，折射率1.499。
图5和图6分别为本发明实施例一中渐进多焦点眼用镜片平均球面度图与渐进多焦点眼用镜片像散分布图。由图3的曲线图可知，沿镜片子午线方向屈光度在视远区保持基本不变，由视远点起至视近区屈光度逐渐增加，屈光度变化与设计的子午线相吻合，像散与畸变均很小。
示例二：采用示例一所描述的镜片参数，采用子午线屈光度曲线如附图7，该曲线亦根据上述的子午线屈光度变化曲线方程式计算而得，但是m值和l值取值与示例一中不同，因此其子午线屈光度曲线图也不同，在视远点和视近点之间子午线的屈光度几乎为线性变化，在视远点和视近点之外屈光度缓慢趋于稳定值，在视远点之外较慢地趋于稳定值，且屈光度值较小，在视近点之后则较快地趋于一个较小的屈光度值。
图9和图10分别为本发明实施例二中渐进多焦点眼用镜片平均球面度图与渐进多焦点眼用镜片像散分布图。
由示例一和示例二可见，尽管镜片的设计参数一样，但不同的子午线屈光度分布，镜片的球面度和像散分布形态差别甚大。示例一子午线屈光度变化陡然，设计出来的镜片拥有开阔的具有同一屈光度、像散小的视远区。示例二子午线屈光度变化较平缓，设计出来的镜片无开阔的具有同一屈光度的视远区，而在视远点之外平均球面度还有下降；其视远点附近只在一个较小的范围内像散较小。两示例相比，由示例二子午线设计的镜片拥有较宽的通道和较开阔的球面度稳定、像散小的视近区，其两侧的像散也较小。
由此可见，若子午线上的屈光度在视远区较长距离内保持不变，沿着子午线向镜片下方伸展又突然变化且变化快的设计，可设计视远区开阔但两侧像散较大的渐进多焦点镜片，适用于视远为主兼顾视近使用；若子午线上的屈光度变化较缓慢，又能在视近和视远区的一段距离内保持稳定的屈光度值，其设计的镜片有开阔度基本相当的视近和视远区，两侧像散较小，适用于中近距离兼顾助视使用。
虽然已结合附图对本发明实施例做了详细的描述，但是本领域的技术人员应该明白以上的实施例仅是本发明的实施方式，而并非对本发明的保护范围的限定，任何基于本发明的发明所做的改进都理所当然在本发明保护范围内。