[发明专利]基于波前技术的非球面眼镜的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于视觉矫正技术领域，尤其是一种基于波前技术的非球面眼镜的设计方法。

背景技术

传统的眼镜处方是通过主观验光法给出矫正离焦和散光(像散)的球度和柱度。由于人眼屈光系统的复杂性，除了存在离焦和像散这样的低阶像差外，还存在球差、彗差和其它各种非规则的高阶像差，它们也是限制视力的重要因素。随着眼波前像差测量技术的出现，矫正眼高阶像差成为可能。目前，人眼高阶像差的矫正已经在激光角膜手术中实施，而对于框架眼镜的情形，人们始终有诸多疑虑：这是由于眼镜和眼球是分离的，仅对0°视场有效的眼波前像差数据，如何用来补偿眼高阶像差，既适合眼球的不同角度旋转，又适合视物时不同的视场角？美国专利No.US 2002/0196412A1提出了两种矫正人眼高阶像差的框架眼镜方案，第一方案是将镜片面型分为两个不连续区，中央1°视场小范围内为自由曲面，周围区则为原来的基弧球面；第二方案是把0°视场的眼波前像差数据，通过眼球旋转应用于其它视场角，而后进行加权优化。很显然，此专利没有能解决上述问题，也没有能给出任何镜片验配的结果，因此搁置至今。

眼睛透过镜片视物时有两个特点：其一是直视时要有一个视物清晰的视场，一般情况下要求总视角为±7°；其二是眼睛视物需要转动，通常转动角度可以达到±20°或稍大。由于眼镜是不转动的，因此，眼球转动时其光轴与眼镜片的光轴不再重合，为了解决此问题，应在设计镜片时，既考虑到眼睛的生理光学特性，同时将眼球和眼镜看作是一个统一的光学系统，对整个系统进行各方面的均衡优化设计。目前，在框架眼镜的设计中，非球面镜片已经开始走向市场。但是，现有的非球面镜片设计，都是以改善镜片自身的物理性能和光学性能为目的的。例如：沈为民等设计了在±30°全视场内消镜片斜向像散等像差的非球面镜片(光学学报，2002，22(6)：743-748)，任建锋等将非球面镜片的相对畸变、像散、光顺性和减薄量等因素列入到优化设计中(光学技术，2006，32(6)：906-908，911)，专利文献(专利公开号CN1412604A)用非球面设计了一种基弧屈光力较小的镜片，能够使镜片厚度明显减薄且镜片的边缘光学性能得到了改善。但是，上述技术均未涉及针对个体人眼高阶像差的矫正问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于波前技术的非球面眼镜的设计方法，该方法通过对镜片的球-柱优化和非球面优化，不仅能矫正眼睛低价像差，而且能够最优化矫正眼睛高阶像差的非球面波前眼镜结构及其屈光度数。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于波前技术的非球面眼镜的设计方法，包括以下步骤：

步骤1：通过医用眼波前像差仪精确测量实际人眼的波前像差数据，并将其转化至明视觉条件对应的眼波前像差数据；

步骤2：利用医用超声测厚仪，精确测量人眼前房、自然晶状体和玻璃体的厚度，替代Liou眼模型中的相应参量。

步骤3：基于Liou的标准眼模型，以明视觉条件对应的人眼波前像差数据为目标值，将波前信息中的离焦引入至晶状体和眼轴，将像散和高阶像差引入至角膜，建立起符合实际人眼光学特性的个体眼模型；

步骤4：在个体眼模型基础上设置镜片，将个性化眼光学结构和镜片视为统一的光学系统，将整个系统设置为多重结构形式，并在每一子结构下设置一定的视场角对应于眼睛清晰成像的视场要求；

步骤5：将镜片的前表面设置为非球面型用于矫正眼睛的高阶像差，将镜片的后表面设置为环曲面型用于同时矫正离焦和像散，通过优化镜片前表面的高次非球面系数、镜片后表面两正交方向的曲率及此面绕光轴旋转的角度，对镜片的球-柱和非球面进行优化，得到符合个体眼视物特征的非球面波前眼镜的结构参数和屈光度数。

而且，所述步骤3建立个体眼模型的方法为：以ZEMAX中Zernike Fringe Sag多项式定义角膜前表面的面型来承担个体眼模型的像散和高阶像差，设定多项式的系数为变量，经优化后，波前像差值收敛至目标值形成个体眼模型。

而且，所述的Zernike Fringe Sag多项式的表达式为：