專利名稱：基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法
基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于視覺矯正技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的眼鏡處方是通過主觀驗(yàn)光法給出矯正離焦和散光(像散)的球度和柱度。 由于人眼屈光系統(tǒng)的復(fù)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(guī)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(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，矯正眼高階像差成為可能。目前，人眼高階像差的矯正已經(jīng)在激光角膜手術(shù)中實(shí)施， 而對(duì)于框架眼鏡的情形，人們始終有諸多疑慮這是由于眼鏡和眼球是分離的，僅對(duì)0°視場(chǎng)有效的眼波前像差數(shù)據(jù)，如何用來補(bǔ)償眼高階像差，既適合眼球的不同角度旋轉(zhuǎn)，又適合視物時(shí)不同的視場(chǎng)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(gè)不連續(xù)區(qū)，中央1°視場(chǎng)小范圍內(nèi)為自由曲面，周圍區(qū)則為原來的基弧球面；第二方案是把0°視場(chǎng)的眼波前像差數(shù)據(jù)，通過眼球旋轉(zhuǎn)應(yīng)用于其它視場(chǎng)角，而后進(jìn)行加權(quán)優(yōu)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(yàn)配的結(jié)果，因此擱置至今。
眼睛透過鏡片視物時(shí)有兩個(gè)特點(diǎn)其一是直視時(shí)要有一個(gè)視物清晰的視場(chǎng)，一般情況下要求總視角為士7° ；其二是眼睛視物需要轉(zhuǎn)動(dòng)，通常轉(zhuǎn)動(dòng)角度可以達(dá)到士20°或稍大。由于眼鏡是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此，眼球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其光軸與眼鏡片的光軸不再重合，為了解決此問題，應(yīng)在設(shè)計(jì)鏡片時(shí)，既考慮到眼睛的生理光學(xué)特性，同時(shí)將眼球和眼鏡看作是一個(gè)統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行各方面的均衡優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前，在框架眼鏡的設(shè)計(jì)中，非球面鏡片已經(jīng)開始走向市場(chǎng)。但是，現(xiàn)有的非球面鏡片設(shè)計(jì)，都是以改善鏡片自身的物理性能和光學(xué)性能為目的的。例如沈?yàn)槊竦仍O(shè)計(jì)了在士30°全視場(chǎng)內(nèi)消鏡片斜向像散等像差的非球面鏡片(光學(xué)學(xué)報(bào)，2002，22 (6) :743-748)，任建鋒等將非球面鏡片的相對(duì)畸變、像散、光順性和減薄量等因素列入到優(yōu)化設(shè)計(jì)中(光學(xué)技術(shù)，2006，32 (6) =906-908,911)，專利文獻(xiàn) (專利公開號(hào)CN1412604A)用非球面設(shè)計(jì)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(xué)性能得到了改善。但是，上述技術(shù)均未涉及針對(duì)個(gè)體人眼高階像差的矯正問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法，該方法通過對(duì)鏡片的球-柱優(yōu)化和非球面優(yōu)化，不僅能矯正眼睛低價(jià)像差，而且能夠最優(yōu)化矯正眼睛高階像差的非球面波前眼鏡結(jié)構(gòu)及其屈光度數(shù)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟
步驟1 通過醫(yī)用眼波前像差儀精確測(cè)量實(shí)際人眼的波前像差數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化至明視覺條件對(duì)應(yīng)的眼波前像差數(shù)據(jù)；
步驟2 利用醫(yī)用超聲測(cè)厚儀，精確測(cè)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(yīng)參量。
步驟3 基于Liou的標(biāo)準(zhǔn)眼模型，以明視覺條件對(duì)應(yīng)的人眼波前像差數(shù)據(jù)為目標(biāo)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(shí)際人眼光學(xué)特性的個(gè)體眼模型；
步驟4 在個(gè)體眼模型基礎(chǔ)上設(shè)置鏡片，將個(gè)性化眼光學(xué)結(jié)構(gòu)和鏡片視為統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)，將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置為多重結(jié)構(gòu)形式，并在每一子結(jié)構(gòu)下設(shè)置一定的視場(chǎng)角對(duì)應(yīng)于眼睛清晰成像的視場(chǎng)要求；
步驟5 將鏡片的前表面設(shè)置為非球面型用于矯正眼睛的高階像差，將鏡片的后表面設(shè)置為環(huán)曲面型用于同時(shí)矯正離焦和像散，通過優(yōu)化鏡片前表面的高次非球面系數(shù)、 鏡片后表面兩正交方向的曲率及此面繞光軸旋轉(zhuǎn)的角度，對(duì)鏡片的球-柱和非球面進(jìn)行優(yōu)化，得到符合個(gè)體眼視物特征的非球面波前眼鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)和屈光度數(shù)。
而且，所述步驟3建立個(gè)體眼模型的方法為以ZEMAX中krnike Fringe Sag多項(xiàng)式定義角膜前表面的面型來承擔(dān)個(gè)體眼模型的像散和高階像差，設(shè)定多項(xiàng)式的系數(shù)為變量，經(jīng)優(yōu)化后，波前像差值收斂至目標(biāo)值形成個(gè)體眼模型。
而且，所述的krnike Fringe Sag多項(xiàng)式的表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 通過醫(yī)用眼波前像差儀精確測(cè)量實(shí)際人眼的波前像差數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化至明視覺條件對(duì)應(yīng)的眼波前像差數(shù)據(jù)；步驟2:通過醫(yī)用超聲測(cè)厚儀精確測(cè)量實(shí)際人眼眼軸各部分長度，將測(cè)量值代入至 Liou的標(biāo)準(zhǔn)眼模型中；步驟3 基于Liou的標(biāo)準(zhǔn)眼模型，以明視覺條件對(duì)應(yīng)的人眼波前像差數(shù)據(jù)為目標(biāo)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(shí)際人眼光學(xué)特性的個(gè)體眼模型；步驟4 在個(gè)體眼模型基礎(chǔ)上設(shè)置鏡片，將個(gè)性化眼光學(xué)結(jié)構(gòu)和鏡片視為統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)，將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置為多重結(jié)構(gòu)形式，并在每一子結(jié)構(gòu)下設(shè)置一定的視場(chǎng)角對(duì)應(yīng)于眼睛清晰成像的視場(chǎng)要求；步驟5 將鏡片的前表面設(shè)置為非球面型用于矯正眼睛的高階像差，將鏡片的后表面設(shè)置為環(huán)曲面型用于同時(shí)矯正離焦和像散，通過優(yōu)化鏡片前表面的高次非球面系數(shù)、鏡片后表面兩正交方向的曲率及此面繞光軸旋轉(zhuǎn)的角度，對(duì)鏡片的球-柱和非球面進(jìn)行優(yōu)化， 得到符合個(gè)體眼視物特征的非球面波前眼鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)和屈光度數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟3建立個(gè)體眼模型的方法為以ZEMAXFringe Sag多項(xiàng)式定義角膜前表面的面型來承擔(dān)個(gè)體眼模型的像散和高階像差，設(shè)定多項(xiàng)式的系數(shù)為變量，經(jīng)優(yōu)化后，波前像差值收斂至目標(biāo)值形成個(gè)體眼模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的Zernike Fringe Sag多項(xiàng)式的表達(dá)式為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟4中多重結(jié)構(gòu)形式包括7個(gè)子結(jié)構(gòu)，分別對(duì)應(yīng)于眼球水平轉(zhuǎn)動(dòng)0° ,+10°、+20°、-10° 和-20°以及垂直旋轉(zhuǎn)+10°和-10°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟5中前表面為ZEMAX中的偶次非球面型，其表達(dá)式為
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟5中后表面為ZEMAX中的復(fù)合曲面型，其表達(dá)式為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的屈光度數(shù)通過下式計(jì)算得到
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于波前技術(shù)的非球面眼鏡的設(shè)計(jì)方法，其特點(diǎn)包括以下步驟1、通過醫(yī)用眼波前像差儀精確測(cè)量實(shí)際人眼的波前像差數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為眼波前像差數(shù)據(jù)；2、通過醫(yī)用超聲測(cè)厚儀對(duì)眼軸的各部分長度進(jìn)行測(cè)量，代入至眼模型；3、建立起符合實(shí)際人眼光學(xué)特性的個(gè)體眼模型；4、將個(gè)性化眼光學(xué)結(jié)構(gòu)和鏡片視為統(tǒng)一的光學(xué)系統(tǒng)，將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置為多重結(jié)構(gòu)形式；5、對(duì)鏡片的球-柱和非球面進(jìn)行優(yōu)化，得到非球面波前眼鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)和屈光度數(shù)。本發(fā)明通過對(duì)鏡片的球-柱優(yōu)化和非球面優(yōu)化，獲得不僅能矯正眼睛低階像差，而且能最優(yōu)化矯正眼睛高階像差的非球面波前眼鏡結(jié)構(gòu)及其屈光度數(shù)，提高了人眼的視覺質(zhì)量，具有設(shè)計(jì)簡便、精度高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02C7/02GK102566085SQ20121007349
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者劉永基, 孔強(qiáng), 孔祥鳴, 李蕊, 王肇圻 申請(qǐng)人:天津宇光光學(xué)有限公司