[发明专利]一种自由曲面渐进多焦点镜片及其设计方法

权利要求书

1.一种自由曲面渐进多焦点镜片的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

（a）初始面型构造：

自由曲面渐进多焦点镜片的面型构造，采用扩展的轴对称二次曲面公式进行构造，公式为：

其中，为各点的空间坐标，

为各点的曲率张量，

为二次曲线系数张量；

构造子午脐线：先后连接视远点、适配点、视近点得到子午脐线，当视近点与视远点存在侧向位移时，子午脐线为曲线；当视近点与视远点不存在侧向位移时，子午脐线即为镜片的纵向中心线；

构造初始面型：设定镜片视远点与视近点的球径度，利用高阶的非线性插值方法计算子午脐线上各点的球径度，同时已知镜片折射率，即可计算子午脐线上每一点沿x方向和y方向的初始曲率和，而曲率均设为零；同时将各点的二次曲线系数张量也设为零，由扩展的轴对称二次曲面公式计算得到镜片上各点的初始矢高；

（b）表面光学特性计算

然后利用微分几何的基本公式计算出相应点的最大和最小曲率半径和，从而获得镜片表面光学特性，即各点的表面球径度和像散值：

表面球径度 ， 像散值 

n为镜片材料的折射率；

（c）面型优化：

面型优化分两个阶段，第一阶段选取步骤（a）中得到的像散值大于0.05D的各个点进行面型优化：将步骤（a）中二次曲线系数的和设为变量，和的变化范围为-0.5～+0.5，离散化取值，其余参数保持不变，对、取值组合进行遍历，每选择一组数据，就用步骤（b）的方程计算出该点的像散值，最后找出拥有最小像散值的、取值，并保留；第二阶段在第一阶段优化的基础上，保持和不变，将各点曲率张量中的设为变量，的变化范围为-0.01～+0.01，离散化取值，其余参数保持不变，对取值进行遍历，每选择一个数据，就用步骤（b）的方程计算出该点的像散值，最后找出拥有最小像散值的取值，得到最终的自由曲面渐进多焦点镜片的表面面型。

2.一种按照权利要求1的镜片的设计方法设计的自由曲面渐进多焦点镜片，镜片包含前后两个工作面，其特征在于：镜片的前后两个工作面中至少有一个为复杂的非回转对称的自由曲面，镜片能够提供包括视远、视中和视近在内的全程清晰视觉。

3.根据权利要求2所述的自由曲面渐进多焦点镜片，其特征是，所述镜片的上半部分为有效视觉区域，其中包括位于中间的远用区和两侧的旁视加光区。

4.根据权利要求2或3所述的自由曲面渐进多焦点镜片，其特征是，所述远用区工作范围能够达到130度，像散值小于0.05D。

5.根据权利要求2或3所述的自由曲面渐进多焦点镜片，其特征是，所述旁视加光区的加光度数能够到达镜片整体加光度数的50%，该区域像散值小于0.25D。

6.根据权利要求2所述的自由曲面渐进多焦点镜片，其特征是，所述镜片水平中心轴附近的狭长区域为像散区，等像散曲线近似呈水平方向分布，该水平位置恰好是镜片沿子午脐线加光的起始位置。

7.根据权利要求2所述的自由曲面渐进多焦点镜片，其特征是，所述镜片下半部分靠近子午脐线左右两侧为像散区，等像散曲线近似呈垂直方向分布，当表面球径度加光2.00D时，像散值≦1.30D。

8.根据权利要求2所述的自由曲面渐进多焦点镜片，其特征是，所述沿子午脐线从镜片光学中心到85%表面球径度加光位置的通道长度≦11 mm。

9.根据权利要求2所述的自由曲面渐进多焦点镜片，其特征是，所述镜片表面球径度加光2.00D时，中间过渡区的渐变通道宽度能够达到8 mm，加光度越小，通道越宽。

10.根据权利要求2所述的自由曲面渐进多焦点镜片，其特征是，所述镜片的像差区域内像散值的渐变度小于中间过渡区域内表面球径度的渐变度。