[发明专利]镜框匹配优化的个性化自由曲面渐变镜设计方法

说明书

一种镜框匹配优化的个性化自由曲面渐变镜设计方法，基于变分‑差分的数学方法，引入眼镜镜框的轮廓函数，在镜框限定的镜片光学区域内优化镜片的像散，实现个性化的自由曲面渐变镜设计。所述设计方法依据佩戴者的验光处方，结合其选择的镜框轮廓形状、佩戴习惯等个性需求，在变分‑差分数值方法求解渐变镜自由曲面过程中构建个性化的优化评价函数，简化球镜度与像散权重函数的结构，在获得所需球镜度设计分布的同时，有效降低镜框区域内的像散，使像散变化梯度更小，分布更加柔和，提升镜片有效视觉区域的工作性能，提高配戴者的舒适度。所述设计方法适用于不同功能类型的自由曲面视觉矫正镜片。

技术领域：

本发明涉及镜片及其设计方法技术领域，具体涉及一种镜框匹配优化的个性化自由曲面渐变镜设计方法。

背景技术：

自由曲面镜片是在眼科光学和先进制造业的共同推动下产生和不断发展的，其特征是利用自由曲面加工技术实现视觉矫正镜片的定制化加工。随着佩戴者对视觉矫正镜片外观更美、像差更小、功能更具个性化需求的不断增加，现代自由曲面镜片正在向个性化、多样化和舒适化方向发展。

通过自由曲面技术加工出来的，经过个性化设计或者量身定制的镜片都可称作自由曲面镜片。自由曲面镜片至少有一个面是自由曲面，可以是前表面，也可以是后表面，或者前后两个表面都为自由曲面。除了至少两次连续可微的要求外，自由曲面不存在统一的数学描述方式。典型的自由曲面镜片如自由曲面渐变镜，主要用于老视眼矫正，青少年缓解视力疲劳与控制近视，以及满足不同使用场合或职业环境的视觉矫正需求。

自由曲面渐变镜表面分为四个区域：视远区、视近区、中间过渡区和像差区。视远区位于镜片上半部分的宽阔区域，含有矫正视远屈光不正的处方度数，提供清晰、宽阔的视野。视近区位于视远参考圈中心下方约10～18mm，鼻侧约2～3mm，具体度数由视近附加量和设计样式而定。中间过渡区也称渐变通道，通道长度可根据实际需要进行设定，通道宽度取决于球镜度变化速率和像散的大小等因素。中间过渡区的长度、宽度和加光量限定了配戴者眼睛的活动范围，决定了人眼对镜片的适应性。像差区是无法满足人眼正常视觉要求的镜片周边区域，主要表现为像散和棱镜像差，影响佩戴者对镜片的适应。通常把实际可用的视远区、视近区和中间过渡区统称为自由曲面渐变镜的有效视觉区域或有效视野。它实际上包括无像差的区域和像差在个体可耐受范围内的区域。客观上，影响中/近视野范围的主要因素是像散的分布与变化情况。没有像散的理想镜片设计目前还无法实现。因此，为达到像差最小化需要构造非常复杂的权重函数与评价函数。如何根据佩戴者的具体需求及镜框的外形特征，简化权重函数构造，尽可能减小像散的变化梯度，高效、合理、均匀地分布像散，达到最优的视觉矫正功能，是自由曲面渐变镜设计的目标。

发明内容：

本发明基于变分-差分的数学方法，引入眼镜镜框的轮廓函数，在镜框限定的镜片光学区域内优化镜片的像散，实现个性化的自由曲面渐变镜设计。所述设计方法依据佩戴者的验光处方，结合其选择的镜框轮廓形状、佩戴习惯等个性需求，在变分-差分数值方法求解渐变镜自由曲面过程中构建个性化的优化评价函数，简化球镜度与像散权重函数的结构，在获得所需球镜度设计分布的同时，有效降低镜框区域内的像散，使像散变化梯度更小，分布更加柔和，提升镜片有效视觉区域的工作性能，提高配戴者的舒适度。所述设计方法适用于不同功能类型的自由曲面视觉矫正镜片。本发明提供了一种镜框匹配优化的个性化自由曲面渐变镜设计方法。

本发明采用的技术解决方案是：一种镜框匹配优化的个性化自由曲面渐变镜设计方法，设计方法包括以下步骤：建立球镜度与像散的目标函数、构建权重函数、构建优化评价函数以及数值计算优化。

所述的渐变镜的前后两个工作面中至少有一个为非回转对称的复杂曲面，自由曲面渐变镜包含一个光学中心，一条基本的子午脐线和沿子午脐线变化的球镜度。

所述的自由曲面渐变镜，在镜框区域范围内的最大像散不高于加光度数值的84％。