一种渐进多焦点眼用镜片的设计方法、制备方法及镜片
技术领域
本发明属于眼镜配置技术领域，具体地，涉及一种渐进多焦点眼用镜片的设计方法、制备方法及镜片。
背景技术
渐进多焦点眼用镜片(也称为渐进镜片)拥有连续变化的焦距，可使由远及近不同距离的视野无断裂且成像清晰，克服了双光镜等在焦距转换时视野不连续、视野断裂、中距离视物不清和镜片上有明显界限等缺陷。通过合理设计渐进镜片的子午线球光度变化曲线，能够得到满足佩戴者球光度需求的镜片。目前，国内外渐进镜片的设计、优化和加工方法已经比较成熟，并可大致划分为如下四个区域：上半部散光度较小的宽阔区域称为视远区；下半部散光度较小的宽阔区域称为视近区；所述视远区与所述视近区之间的且散光度较小的狭窄区域称为渐变通道区；剩余左半部及右半部的且散光度较大的区域称为散光区。由于渐进镜片的散光不可避免，因此只有合理设计渐进镜片的有效视觉区(即指所述视远区、所述视近区和所述渐变通道区)才能充分发挥渐进镜片的优势。特别的，在中等距离和近距离视物时，人的眼球会向鼻梁侧旋转，渐进镜片应采用球光度非对称分布设计，在非对称设计中，如何使渐进镜片的区域散光度最小且球光度最合适是设计者所必须考虑的问题。
在传统设计中，一般根据经验或较为简单的推算结果设计渐进镜片的渐变通道区位置，并通过旋转镜片使渐变通道区向鼻梁侧偏移，但是并没有给出可精确反映非线性渐变特点的偏移函数或偏移量，如此可能在老视眼患者的视线从视远区向视近区移动时，该视线经过散光度较大的散光区，进而导致镜片佩戴者产生中距视物不清或头晕等不适，有待进一步优化设计。
发明内容
为了解决现有渐进镜片设计所存在的可能导致镜片佩戴者产生中距视物不清或头晕等不适的问题，本发明目的在于提供一种渐进多焦点眼用镜片的设计方法、制备方法、镜片及渐进多焦点式眼镜。
第一方面，本发明提供了一种渐进多焦点眼用镜片的设计方法，包括：
获取佩戴者在左眼验光时所得到的单眼瞳距、镜眼距和裸眼最大调节屈光度；
在圆形镜片上建立如下的笛卡尔坐标系：以所述圆形镜片的圆心为坐标原点O，X轴方向竖直朝下，Y轴方向水平朝右，Z轴方向朝向眼部，并设镜片视远参考点和镜片视近参考点在XOY平面上的坐标分别为(-h,0)和(H-h,0)，最后得到当左眼视线从视远区至视近区移动时在所述XOY平面上的视线交点轨迹
式中，PDleft为佩戴者左眼的所述单眼瞳距，φleft为佩戴者左眼的且从眼球旋转中心至角膜的间距，VDleft为佩戴者左眼的所述镜眼距，
根据所述笛卡尔坐标系和所述视线交点轨迹
式中，b为介于15～20之间的调节系数；
根据所述轮廓线簇u(x,y)和在X轴上各点的曲率半径分布函数r(x,0)＝r(x)，得到在XOY平面上各点的曲面半径r(u(x,y))和对应的曲率中心位置，从而构建起一系列的球面；
将所述球面的包络面作为左眼用镜片的内表面，计算得到所述左眼用镜片的表面矢高。
基于上述发明内容，提供了一种能够在对渐进镜片的渐变通道区进行偏移设计时，给出可精确反映非线性渐变特点的偏移函数或偏移量的新型左眼用镜片设计方法，即先基于笛卡尔坐标系得到当左眼视线从视远区至视近区移动时在镜片上的视线交点轨迹，然后构建基于该视线交点轨迹进行右偏移的轮廓线簇，最后基于该轮廓线簇得到左眼用镜片的表面矢高，如此可使位于视远区与视近区之间的渐进通道区向右弯曲，并吻合当左眼视线从视远区至视近区移动时在镜片上的视线交点轨迹，最终保证在老视眼患者的左眼视线从视远区向视近区移动时，该左眼视线不会经过散光度较大的散光区，进而避免出现镜片佩戴者产生中距视物不清或头晕等不适现象。
在一种可能设计中，根据所述轮廓线簇u(x,y)和在X轴上各点的曲率半径分布函数r(x,0)＝r(x)，得到在XOY平面上各点的曲面半径r(u(x,y))和对应的曲率中心位置，包括：
根据如下公式确定所述轮廓线簇u(x,y)上各点的曲率半径分布函数r(u)＝r(u(x,y))：
式中，rA为所述镜片视远参考点的曲率半径，rB为所述镜片视近参考点的曲率半径，i为
按照如下公式计算出所述圆形镜片上每个点对应的曲率中心位置
式中，
在一种可能设计中，计算得到所述左眼用镜片的表面矢高，包括：
按照如下公式计算所述表面矢高：
第二方面，本发明还提供了另一种渐进多焦点眼用镜片的设计方法，包括：
获取佩戴者在右眼验光时所得到的单眼瞳距、镜眼距和裸眼最大调节屈光度；
在圆形镜片上建立如下的笛卡尔坐标系：以所述圆形镜片的圆心为坐标原点O，X轴方向竖直朝下，Y轴方向水平朝右，Z轴方向朝向眼部，并设镜片视远参考点和镜片视近参考点在XOY平面上的坐标分别为(-h,0)和(H-h,0)，最后得到当右眼视线从视远区至视近区移动时在所述XOY平面上的视线交点轨迹
式中，PDright为佩戴者右眼的所述单眼瞳距，φright为佩戴者右眼的且从眼球旋转中心至角膜的间距，VDright为佩戴者右眼的所述镜眼距，
根据所述笛卡尔坐标系和所述视线交点轨迹
式中，b为介于15～20之间的调节系数；
根据所述轮廓线簇u(x,y)和在X轴上各点的曲率半径分布函数r(x,0)＝r(x)，得到在XOY平面上各点的曲面半径r(u(x,y))和对应的曲率中心位置，从而构建起一系列的球面；
将所述球面的包络面作为右眼用镜片的内表面，计算得到所述右眼用镜片的表面矢高。
基于上述发明内容，还提供了一种能够在对渐进镜片的渐变通道区进行偏移设计时，给出可精确反映非线性渐变特点的偏移函数或偏移量的新型右眼用镜片设计方法，即先基于笛卡尔坐标系得到当右眼视线从视远区至视近区移动时在镜片上的视线交点轨迹，然后构建基于该视线交点轨迹进行左偏移的轮廓线簇，最后基于该轮廓线簇得到右眼用镜片的表面矢高，如此可使位于视远区与视近区之间的渐进通道区向左弯曲，并吻合当右眼视线从视远区至视近区移动时在镜片上的视线交点轨迹，最终保证在老视眼患者的右眼视线从视远区向视近区移动时，该右眼视线不会经过散光度较大的散光区，进而避免出现镜片佩戴者产生中距视物不清或头晕等不适现象。
在一个可能设计中，根据所述轮廓线簇u(x,y)和在X轴上各点的曲率半径分布函数r(x,0)＝r(x)，得到在XOY平面上各点的曲面半径r(u(x,y))和对应的曲率中心位置，包括：
根据如下公式确定所述轮廓线簇u(x,y)上各点的曲率半径分布函数r(u)＝r(u(x,y))：
式中，rA为所述镜片视远参考点的曲率半径，rB为所述镜片视近参考点的曲率半径，i为
按照如下公式计算出所述圆形镜片上每个点对应的曲率中心位置
式中，
在一个可能设计中，计算得到所述右眼用镜片的表面矢高，包括：
按照如下公式计算所述表面矢高：
第三方面，本发明还提供了一种渐进多焦点眼用镜片的制造方法，根据如第一方面所述设计方法得到的表面矢高，启动数控铣磨机床对圆形镜片进行打磨和抛光，得到渐进多焦点左眼用镜片。
第四方面，本发明还提供了另一种渐进多焦点眼用镜片的制造方法，根据如第二方面所述设计方法得到的表面矢高，启动数控铣磨机床对圆形镜片进行打磨和抛光，得到渐进多焦点右眼用镜片。
第五方面，本发明还提供了一种渐进多焦点眼用镜片，所述渐进多焦点眼用镜片采用如第三方面或第四方面所述的制造方法制得。
第六方面，本发明还提供了一种渐进多焦点式眼镜，包括镜框以及安装在所述镜框上的左眼镜片和右眼镜片，所述左眼镜片采用如第三方面所述的制造方法制得，所述右眼镜片采用如第四方面所述的制造方法制得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的在现有左眼用镜片上不同区域与视线交点轨迹的关系示意图。
图2是本发明提供的新设计左眼用镜片的光焦度等值线图。
图3是本发明提供的新设计左眼用镜片的0.5像散等值线图。
图4是本发明提供的新设计左眼用镜片的0.25像散等值线图。
图5是本发明提供的在现有右眼用镜片上不同区域与视线交点轨迹的关系示意图。
图6是本发明提供的新设计右眼用镜片的光焦度等值线图。
图7是本发明提供的新设计右眼用镜片的0.5像散等值线图。
图8是本发明提供的新设计右眼用镜片的0.25像散等值线图。
上述附图中：101-视远区；102-渐变通道区；103-视近区；104-散光区；105-视线交点轨迹。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。
应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
应当理解，还应当注意到在一些备选可能设计中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
实施例
如图1～4所示，本实施例第一方面提供的渐进多焦点眼用镜片的设计方法，适用于设计渐进多焦点左眼用镜片，可以但不限于包括有如下步骤S101～S105。
S101.获取佩戴者在左眼验光时所得到的单眼瞳距、镜眼距和裸眼最大调节屈光度。
在所述步骤S101中，所述单眼瞳距、所述镜眼距和所述裸眼最大调节屈光度等可具体从现有的验光单中识别得到，例如，所述镜眼距一般在验光单中默认为12mm。
S102.在圆形镜片上建立如下的笛卡尔坐标系：以所述圆形镜片的圆心为坐标原点O，X轴方向竖直朝下，Y轴方向水平朝右，Z轴方向朝向眼部，并设镜片视远参考点A和镜片视近参考点B在XOY平面上的坐标分别为(-h,0)和(H-h,0)，最后得到当左眼视线从视远区至视近区移动时在所述XOY平面上的视线交点轨迹
式中，PDleft为佩戴者左眼的所述单眼瞳距，φleft为佩戴者左眼的且从眼球旋转中心至角膜的间距，VDleft为佩戴者左眼的所述镜眼距，
在所述步骤S102中，所述笛卡尔坐标系即为如图1所示的XYZ坐标系，X轴线即为镜片子午线，PDleft可举例为30mm，φleft的取值范围在12～13mm之间，VDleft可举例为12mm，
S103.根据所述笛卡尔坐标系和所述视线交点轨迹
式中，b为介于15～20之间的调节系数。
在所述步骤S103中，考虑在XOY平面上的任意点(x,y)，总存在一个圆柱面与X轴线相交，交点值设为u(x,y)，并且沿着圆柱面与坐标面XOY的交线的值恒等于u，因此设函数u(x,y)为所述圆形镜片的轮廓线簇。同时由于镜片表面的曲率半径是u的函数，曲率变化太快会导致较大的像散，因此u必须平滑渐变。而u平滑渐变的判据是其偏导数
根据欧拉-拉格朗日变分知识，当函数u(x,y)满足拉普拉斯方程式：
求解上述拉普拉斯方程的边界条件包括子午线边界条件和自然边界条件，其中，所述子午线边界条件需满足一定的特征值，即u(H-h,0)＝H-h,u(-h,0)＝-h，满足条件的边界条件方程，可以由如下公式表示：
式中，b为介于15～20之间的调节系数。至于所述自然边界条件，可在无穷远处为0。
最后求解所述拉普拉斯方程，即在考虑根据所述视线交点轨迹
式中，b为介于15～20之间的调节系数。
S104.根据所述轮廓线簇u(x,y)和在X轴上各点的曲率半径分布函数r(x,0)＝r(x)，得到在XOY平面上各点的曲面半径r(u(x,y))和对应的曲率中心位置，从而构建起一系列的球面.
在所述步骤S104中，具体根据现有专利技术CN101661167A(《一种利用子午线设计渐进多焦点眼用镜片的方法》)公开的技术方案，按照如下公式确定所述轮廓线簇u(x,y)上各点的曲率半径分布函数r(u)＝r(u(x,y))：
式中，rA为所述镜片视远参考点A的曲率半径，rB为所述镜片视近参考点B的曲率半径，i为
在所述步骤S104中，还具体根据现有专利技术CN101661167A(《一种利用子午线设计渐进多焦点眼用镜片的方法》)公开的技术方案，按照如下公式计算出所述圆形镜片上每个点对应的曲率中心位置
式中，
S105.将所述球面的包络面作为左眼用镜片的内表面，计算得到所述左眼用镜片的表面矢高。
在所述步骤S105中，具体可以但不限于按照如下公式计算所述表面矢高：
另外，还可以基于所述表面矢高再对镜片的光焦度分布进行常规计算，得到如图2所示的新设计左眼用镜片的光焦度等值线图，以及基于所述表面矢高再对镜片的像散分布进行计算，得到如图3所示的新设计左眼用镜片的0.5像散等值线图和如图4所示的新设计左眼用镜片的0.25像散等值线图。根据图2～4所示，可以很明显地看到位于视远区与视近区之间的渐进通道区向右弯曲，并吻合当左眼视线从视远区至视近区移动时在所述XOY平面上的视线交点轨迹，如此可保证在老视眼患者的左眼视线从视远区向视近区移动时，该左眼视线不会经过散光度较大的散光区，进而避免出现镜片佩戴者产生中距视物不清或头晕等不适现象。
如图5～8所示，本实施例第二方面还参照第一方面所提供的设计方法，提供了另一种适用于设计渐进多焦点右眼用镜片的新设计方法，即可以但不限于包括有如下步骤S201～S205。
S201.获取佩戴者在右眼验光时所得到的单眼瞳距、镜眼距和裸眼最大调节屈光度。
S202.在圆形镜片上建立如下的笛卡尔坐标系：以所述圆形镜片的圆心为坐标原点O，X轴方向竖直朝下，Y轴方向水平朝右，Z轴方向朝向眼部，并设镜片视远参考点A和镜片视近参考点B在XOY平面上的坐标分别为(-h,0)和(H-h,0)，最后得到当右眼视线从视远区至视近区移动时在所述XOY平面上的视线交点轨迹
式中，PDright为佩戴者右眼的所述单眼瞳距，φright为佩戴者右眼的且从眼球旋转中心至角膜的间距，VDright为佩戴者右眼的所述镜眼距，
S203.根据所述笛卡尔坐标系和所述视线交点轨迹
式中，b为介于15～20之间的调节系数。
在所述步骤S203中，同样在考虑根据所述视线交点轨迹
S204.根据所述轮廓线簇u(x,y)和在X轴上各点的曲率半径分布函数r(x,0)＝r(x)，得到在XOY平面上各点的曲面半径r(u(x,y))和对应的曲率中心位置，从而构建起一系列的球面。
在所述步骤S204中，同样具体根据现有专利技术CN101661167A(《一种利用子午线设计渐进多焦点眼用镜片的方法》)公开的技术方案，按照如下公式确定所述轮廓线簇u(x,y)上各点的曲率半径分布函数r(u)＝r(u(x,y))：
式中，rA为所述镜片视远参考点A的曲率半径，rB为所述镜片视近参考点B的曲率半径，i为
在所述步骤S104中，同样还具体根据现有专利技术CN101661167A(《一种利用子午线设计渐进多焦点眼用镜片的方法》)公开的技术方案，按照如下公式计算出所述圆形镜片上每个点对应的曲率中心位置
式中，
S205.将所述球面的包络面作为右眼用镜片的内表面，计算得到所述右眼用镜片的表面矢高。
在所述步骤S205中，具体可以但不限于按照如下公式计算所述表面矢高：
另外，还可以基于所述表面矢高再对镜片的光焦度分布进行常规计算，得到如图6所示的新设计右眼用镜片的光焦度等值线图，以及基于所述表面矢高再对镜片的像散分布进行计算，得到如图7所示的新设计右眼用镜片的0.5像散等值线图和如图8所示的新设计右眼用镜片的0.25像散等值线图。根据图6～8所示，可以很明显地看到位于视远区与视近区之间的渐进通道区向左弯曲，并吻合当右眼视线从视远区至视近区移动时在所述XOY平面上的视线交点轨迹，如此可保证在老视眼患者的右眼视线从视远区向视近区移动时，该右眼视线不会经过散光度较大的散光区，进而避免出现镜片佩戴者产生中距视物不清或头晕等不适现象。
本实施例第三方面还提供了基于前述第一方面所述设计方法的左眼用镜片制造方法，即根据如第一方面所述设计方法得到的表面矢高，启动数控铣磨机床对圆形镜片进行打磨和抛光，得到渐进多焦点左眼用镜片。所述数控铣磨机床为现有常用的镜片加工设备，只要导入所述表面矢高的具体数据，即可基于常规控制程序对所述圆形镜片进行打磨和抛光，得到与设计方法相对应的渐进多焦点左眼用镜片。
本实施例第三方面提供的前述左眼用镜片制造方法的技术细节和技术效果，可以参见第一方面所述的设计方法，于此不再赘述。
本实施例第四方面还提供了基于前述第二方面所述设计方法的右眼用镜片制造方法，即根据如第二方面所述设计方法得到的表面矢高，启动数控铣磨机床对圆形镜片进行打磨和抛光，得到渐进多焦点右眼用镜片。所述数控铣磨机床同样为现有常用的镜片加工设备，只要导入所述表面矢高的具体数据，即可基于常规控制程序对所述圆形镜片进行打磨和抛光，得到与设计方法相对应的渐进多焦点右眼用镜片。
本实施例第四方面提供的前述右眼用镜片制造方法的技术细节和技术效果，可以参见第二方面所述的设计方法，于此不再赘述。
本实施例第五方面还提供了一种基于前述第三方面或前述第四方面所述制造方法的渐进多焦点眼用镜片，即所述渐进多焦点眼用镜片采用如第三方面或第四方面所述的制造方法制得。
本实施例第五方面提供的前述渐进多焦点眼用镜片的技术细节和技术效果，可以参见第三方面或第四方面所述的制造方法，于此不再赘述。
本实施例第六方面还提供了一种基于前述第三方面或前述第四方面所述制造方法的渐进多焦点式眼镜，包括镜框以及安装在所述镜框上的左眼镜片和右眼镜片，所述左眼镜片采用如第三方面所述的制造方法制得，所述右眼镜片采用如第四方面所述的制造方法制得。
本实施例第六方面提供的前述渐进多焦点式眼镜的技术细节和技术效果，可以参见第三方面和第四方面所述的制造方法，于此不再赘述。
以上所描述的实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
