基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法
2024-03-22 17:55:05 2
專利名稱：基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法
基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法技術領域
本發明屬於視覺矯正技術領域，尤其是一種基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法。
背景技術：
傳統的眼鏡處方是通過主觀驗光法給出矯正離焦和散光(像散)的球度和柱度。 由於人眼屈光系統的複雜性，除了存在離焦和像散這樣的低階像差外，還存在球差、彗差和其它各種非規則的高階像差，它們也是限制視力的重要因素。隨著眼波前像差測量技術的出現，矯正眼高階像差成為可能。目前，人眼高階像差的矯正已經在雷射角膜手術中實施， 而對於框架眼鏡的情形，人們始終有諸多疑慮這是由於眼鏡和眼球是分離的，僅對0°視場有效的眼波前像差數據，如何用來補償眼高階像差，既適合眼球的不同角度旋轉，又適合視物時不同的視場角？美國專利No. US 2002/0196412A1提出了兩種矯正人眼高階像差的框架眼鏡方案，第一方案是將鏡片面型分為兩個不連續區，中央1°視場小範圍內為自由曲面，周圍區則為原來的基弧球面；第二方案是把0°視場的眼波前像差數據，通過眼球旋轉應用於其它視場角，而後進行加權優化。很顯然，此專利沒有能解決上述問題，也沒有能給出任何鏡片驗配的結果，因此擱置至今。
眼睛透過鏡片視物時有兩個特點其一是直視時要有一個視物清晰的視場，一般情況下要求總視角為士7° ；其二是眼睛視物需要轉動，通常轉動角度可以達到士20°或稍大。由於眼鏡是不轉動的，因此，眼球轉動時其光軸與眼鏡片的光軸不再重合，為了解決此問題，應在設計鏡片時，既考慮到眼睛的生理光學特性，同時將眼球和眼鏡看作是一個統一的光學系統，對整個系統進行各方面的均衡優化設計。目前，在框架眼鏡的設計中，非球面鏡片已經開始走向市場。但是，現有的非球面鏡片設計，都是以改善鏡片自身的物理性能和光學性能為目的的。例如沈為民等設計了在士30°全視場內消鏡片斜向像散等像差的非球面鏡片(光學學報，2002，22 (6) :743-748)，任建鋒等將非球面鏡片的相對畸變、像散、光順性和減薄量等因素列入到優化設計中(光學技術，2006，32 (6) =906-908,911)，專利文獻 (專利公開號CN1412604A)用非球面設計了一種基弧屈光力較小的鏡片，能夠使鏡片厚度明顯減薄且鏡片的邊緣光學性能得到了改善。但是，上述技術均未涉及針對個體人眼高階像差的矯正問題。發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法，該方法通過對鏡片的球-柱優化和非球面優化，不僅能矯正眼睛低價像差，而且能夠最優化矯正眼睛高階像差的非球面波前眼鏡結構及其屈光度數。
本發明解決其技術問題是採取以下技術方案實現的
一種基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法，包括以下步驟
步驟1 通過醫用眼波前像差儀精確測量實際人眼的波前像差數據，並將其轉化至明視覺條件對應的眼波前像差數據；
步驟2 利用醫用超聲測厚儀，精確測量人眼前房、自然晶狀體和玻璃體的厚度， 替代Liou眼模型中的相應參量。
步驟3 基於Liou的標準眼模型，以明視覺條件對應的人眼波前像差數據為目標值，將波前信息中的離焦引入至晶狀體和眼軸，將像散和高階像差引入至角膜，建立起符合實際人眼光學特性的個體眼模型；
步驟4 在個體眼模型基礎上設置鏡片，將個性化眼光學結構和鏡片視為統一的光學系統，將整個系統設置為多重結構形式，並在每一子結構下設置一定的視場角對應於眼睛清晰成像的視場要求；
步驟5 將鏡片的前表面設置為非球面型用於矯正眼睛的高階像差，將鏡片的後表面設置為環曲面型用於同時矯正離焦和像散，通過優化鏡片前表面的高次非球面係數、 鏡片後表面兩正交方向的曲率及此面繞光軸旋轉的角度，對鏡片的球-柱和非球面進行優化，得到符合個體眼視物特徵的非球面波前眼鏡的結構參數和屈光度數。
而且，所述步驟3建立個體眼模型的方法為以ZEMAX中krnike Fringe Sag多項式定義角膜前表面的面型來承擔個體眼模型的像散和高階像差，設定多項式的係數為變量，經優化後，波前像差值收斂至目標值形成個體眼模型。
而且，所述的krnike Fringe Sag多項式的表達式為
權利要求
1.一種基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法，其特徵在於包括以下步驟步驟1 通過醫用眼波前像差儀精確測量實際人眼的波前像差數據，並將其轉化至明視覺條件對應的眼波前像差數據；步驟2:通過醫用超聲測厚儀精確測量實際人眼眼軸各部分長度，將測量值代入至 Liou的標準眼模型中；步驟3 基於Liou的標準眼模型，以明視覺條件對應的人眼波前像差數據為目標值，將波前信息中的離焦引入至晶狀體和眼軸，將像散和高階像差引入至角膜，建立起符合實際人眼光學特性的個體眼模型；步驟4 在個體眼模型基礎上設置鏡片，將個性化眼光學結構和鏡片視為統一的光學系統，將整個系統設置為多重結構形式，並在每一子結構下設置一定的視場角對應於眼睛清晰成像的視場要求；步驟5 將鏡片的前表面設置為非球面型用於矯正眼睛的高階像差，將鏡片的後表面設置為環曲面型用於同時矯正離焦和像散，通過優化鏡片前表面的高次非球面係數、鏡片後表面兩正交方向的曲率及此面繞光軸旋轉的角度，對鏡片的球-柱和非球面進行優化， 得到符合個體眼視物特徵的非球面波前眼鏡的結構參數和屈光度數。
2.根據權利要求1所述的基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法，其特徵在於所述步驟3建立個體眼模型的方法為以ZEMAXFringe Sag多項式定義角膜前表面的面型來承擔個體眼模型的像散和高階像差，設定多項式的係數為變量，經優化後，波前像差值收斂至目標值形成個體眼模型。
3.根據權利要求2所述的基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法，其特徵在於所述的Zernike Fringe Sag多項式的表達式為
4.根據權利要求1所述的基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法，其特徵在於所述步驟4中多重結構形式包括7個子結構，分別對應於眼球水平轉動0° ,+10°、+20°、-10° 和-20°以及垂直旋轉+10°和-10°。
5.根據權利要求1所述的基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法，其特徵在於所述步驟5中前表面為ZEMAX中的偶次非球面型，其表達式為
6.根據權利要求1所述的基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法，其特徵在於所述步驟5中後表面為ZEMAX中的複合曲面型，其表達式為
7.根據權利要求1所述的基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法，其特徵在於所述的屈光度數通過下式計算得到
全文摘要
本發明涉及一種基于波前技術的非球面眼鏡的設計方法，其特點包括以下步驟1、通過醫用眼波前像差儀精確測量實際人眼的波前像差數據，並將其轉化為眼波前像差數據；2、通過醫用超聲測厚儀對眼軸的各部分長度進行測量，代入至眼模型；3、建立起符合實際人眼光學特性的個體眼模型；4、將個性化眼光學結構和鏡片視為統一的光學系統，將整個系統設置為多重結構形式；5、對鏡片的球-柱和非球面進行優化，得到非球面波前眼鏡的結構參數和屈光度數。本發明通過對鏡片的球-柱優化和非球面優化，獲得不僅能矯正眼睛低階像差，而且能最優化矯正眼睛高階像差的非球面波前眼鏡結構及其屈光度數，提高了人眼的視覺質量，具有設計簡便、精度高等特點。
文檔編號G02C7/02GK102566085SQ20121007349
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月20日 優先權日2012年3月20日
發明者劉永基, 孔強, 孔祥鳴, 李蕊, 王肇圻 申請人:天津宇光光學有限公司