CN115793277A - 一种基于自由曲面的近视防控镜及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于自由曲面的近视防控镜及其设计方法，属于镜片设计与制备技术领域。由中心分布区和根据正常或近视患者实际测量的眼球各方向上的屈光度分布,所设计的各方向上不同的屈光度分布的周边区域所构成，利用透镜周边各方向上不同的屈光度设计，解决由于周边视觉成像在视网膜后形成的离焦性近视，把镜片的周边视觉成像在人眼视网膜上或视网膜前，从而消除形成离焦性近视的外因，达到近视防控的目的，消除镜片在周边视觉成像在视网膜后，以能保证视觉区域没有散光的干扰。本发明最大的特点是针对各患者眼球的屈光度分布,设计一一对应的周边离焦镜片,从而在整体上消除周边性离焦近视的成因,达到近视防控的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于自由曲面的近视防控镜及其设计方法，属于镜片设计与制备技术领域。
背景技术
目前，在眼睛无调节状态下，如果物体长期成像在视网膜后，会导致人眼眼轴变长，从而形成所谓的离焦性近视，这种现象在青少年中较为普遍。
现在通常的眼镜是球面透镜，即眼镜中心到边缘的屈光度是相同的。但由于人眼视网膜不是一个平面，因而导致在实际矫正人眼的屈光度时，需要从中间向外逐渐递增的光度。当用球面镜来矫正中心屈光度时，边缘会矫正过头，从而导致周边视觉会成像在视网膜后，长期佩戴会形成离焦性近视，从而加深患者的近视度数。
为了解决上述问题，德国蔡司设计了“成长乐”，通过在周边设计一个离焦环来补偿周边视觉。日本豪亚在周边设计了小透镜阵列来补偿周边视觉。
目前，在实际操作过程中上述专利存在一定的不足，主要表现为实际镜片的周边屈光度分布均为固定的或有限的几种。但实际上人眼的周边离焦屈光度分布是不对称的,且各个患者均不同,具有个性化的特点。但现有镜片都是为通用眼或统计眼设计的,因而很难达到真正意义上的消除周边性离焦的外因。
有鉴于上述的缺陷，本发明以期创设一种基于自由曲面的近视防控镜及其设计方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于自由曲面的近视防控镜及其设计方法。本发明基于自由曲面的近视防控镜采用自由曲面的方法，根据医学上实际测量的患者眼镜的周边离焦分布图，设计一个完全与之匹配的镜片,理论上可完全消除周边离焦的外因,实现把镜片的周边视觉成像在人眼视网膜上或视网膜前，从而有效消除形成离焦性近视的外因，达到近视防控的目的，消除上述的镜片在周边视觉成像在视网膜后，以能保证视觉区域没有散光的干扰。
本发明的一种基于自由曲面的近视防控镜的设计方法，具体设计方法为：
S1、通过医学仪器测量出患者眼镜的实际离焦屈光度分布图；
S2、根据患者的验光单，调整实际的屈光分布图；
S3、根据镜片口径及屈光度分布图，确定镜片边缘的矢高；
确定镜片边缘矢高的具体方法为：通过在屈光分布图上提取通过边缘点的剖面线，对剖面线上的屈光度沿轴向积分，获得边缘点的矢高，具体计算过程如下：
(1)设M(x)为镜片剖面上的屈光度分布函数；
(2)对于镜片剖面上任意点u，计算
其中n为材料折射率；
(3)根据上述计算出来的u及sinθ(u)计算曲率中心(ξ,η)；
其中：ξ(u)＝u-r(u)sinθ(u)，
其中，
(4)最后根据下式计算镜片剖面的矢高：
S4、根据边缘点的矢高数据和屈光度分布，求解如下拉普拉斯方程：
其中D为镜片上对应的实际测量到的屈光度分布，n为镜片材料的折射率；
x,y为镜片以中心为原点建立坐标***后的坐标位置；
通过上述计算结果获得镜片的矢高分布数据；
S5、按照计算的数据，通过现有FreeForm加工设备加工出基于自由曲面的近视防控镜。
按设计方法得到的一种基于自由曲面的近视防控镜。
一种基于自由曲面的近视防控镜，包括镜片主体，所述镜片主体由球面中心分布区(1)与周边自由曲面(2)组成，在镜片主体中间位置设有一个直径为10～12mm的有效光区，所述中心分布区(1)位于镜片主体上，中心分布区(1)以镜片主体中心为圆心，半径范围在5.5mm到15.5mm之间，所述周边自由曲面区(2)位于镜片主体上，并与中心区光滑连接。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明基于自由曲面的近视防控镜的中心区域屈光度与患者验光单相符，而周边区域的屈光度与患者实际测量的屈光度分布相符。中心区域与周边自由曲面的连接二阶可导,保证镜片从中间向边缘过渡时,屈光度连续变化,从而保证佩戴者没有像跳的不适；
(2)通过屈光度分布的过中心点的剖面线,来确定镜片边缘的矢高分布。在给定边缘矢高条件下,通过求解一特殊的拉普拉斯方程来确定镜片的矢高数据,保证在满足屈光度分布条件下,镜片上整体的散光最小。通过来发明加工出来的镜片,保证在整个视野范围内,在人眼无调节状态下,镜片能把像成在视网膜上或前；
(3)本发明基于自由曲面的近视防控镜由中心分布区和根据正常或近视患者实际测量的眼球各方向上的屈光度分布,所设计的各方向上不同的屈光度分布的周边区域所构成，利用透镜周边各方向上不同的屈光度设计，解决由于周边视觉成像在视网膜后形成的离焦性近视，把镜片的周边视觉成像在人眼视网膜上或视网膜前，从而消除形成离焦性近视的外因，达到近视防控的目的，消除镜片在周边视觉成像在视网膜后，以能保证视觉区域没有散光的干扰。本发明最大的特点是针对各患者眼球的屈光度分布,设计一一对应的周边离焦镜片,从而在整体上消除周边性离焦近视的成因,达到近视防控的目的。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明的实际患者的眼睛从中心到边缘的屈光度的测量结果；
图2为根据本发明的方法确定的镜片边缘矢高分布图；
图3为本发明的剖面上的屈光度分布函数M(x)；
图4为根据本发明设计的实际镜片的矢高分布图；
图5为本发明基于自由曲面的近视防控镜的结构示意图。
其中；
1、中心分布区；2、周边自由曲面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
1、通过医学仪器测量出患者眼镜的实际离焦屈光度分布图；
2、根据患者的验光单,调整实际的屈光分布图,图1是本实例中所用到的屈光度分布；
3、根据镜片口径,及屈光度分布图,确定镜片边缘的矢高,如图2所示；
方法：通过在屈光分布图上提取通过边缘点的剖面线,对剖面线上的屈光度沿轴向积分,获得边缘点的矢高。具体计算过程如下：
设M(x)为剖面上的屈光度分布函数，见图3；
对于剖面上任意点u，计算
其中n为材料折射率。u为剖面上距离中心的距离。
根据上述计算出来的u及sinθ(u)计算镜片的曲率中心(ξ,η)。
ξ(u)＝u-r(u)sinθ(u)，
其中，
最后根据下式计算剖面的矢高：
对于u＝-25,n＝1.553有：
sinθ(u)＝0.5092
ξ(u)＝u-r(u)sinθ(u)＝25-201.7290×0.5092＝0.0353
4、根据边缘数据和屈光度分布,求解如下拉普拉斯方程：
其中D为镜片上对应的实际测量到的屈光度分布,n为镜片材料的折射率。
x,y为镜片以中心为原点建立坐标***后的坐标位置。
就能获得镜片的矢高分布数据,如图4所示。
例最终在点(-25，-25)处的矢高计算值为：3。13497。
即：
z(-25，-25)＝3.13497；
整个曲面的分布如图4所示。
5、通过现有FreeForm加工设备加工出患者专有的基于自由曲面的近视防控。
一种基于自由曲面的近视防控镜，包括镜片主体，所述镜片主体由球面中心分布区(1)与周边自由曲面(2)组成，在镜片主体中间位置设有一个直径为10-12mm的有效光区，所述中心分布区(1)位于镜片主体上，中心分布区(1)以镜片主体中心为圆心，半径范围在5.5mm到15.5mm之间，所述周边自由曲面区(2)位于镜片主体上，并与中心区光滑连接。
中心区域屈光度与患者验光单相符,而周边区域的屈光度与患者实际测量的屈光度分布相符。
中心区域与周边自由曲面的连接二阶可导,保证镜片从中间向边缘过渡时,屈光度连续变化,从而保证佩戴者没有像跳的不适。
通过屈光度分布的过中心点的剖面线,来确定镜片边缘的矢高分布。
在给定边缘矢高条件下,通过求解一特殊的拉普拉斯方程来确定镜片的矢高数据,保证在满足屈光度分布条件下,镜片上整体的散光最小。
通过来发明加工出来的镜片,保证在整个视野范围内,在人眼无调节状态下,镜片能把像成在视网膜上或前。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于自由曲面的近视防控镜的设计方法，其特征在于具体设计方法为：
S1、通过医学仪器测量出患者眼镜的实际离焦屈光度分布图；
S2、根据患者的验光单，调整实际的屈光分布图；
S3、根据镜片口径及屈光度分布图，确定镜片边缘的矢高；
确定镜片边缘矢高的具体方法为：通过在屈光分布图上提取通过边缘点的剖面线，对剖面线上的屈光度沿轴向积分，获得边缘点的矢高，具体计算过程如下：
(1)设M(x)为镜片剖面上的屈光度分布函数；
(2)对于镜片剖面上任意点u，计算
其中n为材料折射率；
(3)根据上述计算出来的u及sinθ(u)计算曲率中心(ξ,η)；
其中：ξ(u)＝u-r(u)sinθ(u)，
其中，
(4)最后根据下式计算镜片剖面的矢高：
S4、根据边缘点的矢高数据和屈光度分布，求解如下拉普拉斯方程：
其中D为镜片上对应的实际测量到的屈光度分布，n为镜片材料的折射率；
x,y为镜片以中心为原点建立坐标***后的坐标位置；
通过上述计算结果获得镜片的矢高分布数据；
S5、按照计算的数据，通过现有FreeForm加工设备加工出基于自由曲面的近视防控镜。
2.按权利要求1设计方法得到的一种基于自由曲面的近视防控镜。
3.根据权利要求2所述的一种基于自由曲面的近视防控镜，其特征在于：包括镜片主体，所述镜片主体由球面中心分布区(1)与周边自由曲面(2)组成，在镜片主体中间位置设有一个直径为10～12mm的有效光区，所述中心分布区(1)位于镜片主体上，中心分布区(1)以镜片主体中心为圆心，半径范围在5.5mm到15.5mm之间，所述周边自由曲面区(2)位于镜片主体上，并与中心区光滑连接。
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