[发明专利]一种平滑相位多焦点人工晶状体设计的优化方法

说明书

本发明公开了一种平滑相位多焦点人工晶状体设计的优化方法，包括：设计确定多焦点人工晶状体的基础光焦度，构建眼模型，将基础光焦度输入眼模型，优化得到偶次非球面透镜主体；构建平滑相位函数，确定焦点性能比例，根据平滑相位函数和焦点性能比例获得初始相位函数参数组合；对初始相位函数参数组合进行优化筛选获得初步最优相位函数参数组合；基于透镜主体和初步最优相位函数参数组合叠加轮廓面型获得初步最优多焦点人工晶状体；微调参数，再次优化获得最接近设计焦面性能比例的目标参数组合；验证目标参数组合的性能，获得优化后多焦点人工晶状体的设计加工数据。本发明优化效率高，优化效果好。

技术领域

本发明属于人工晶状体领域，特别是涉及一种平滑相位多焦点人工晶状体设计的优化方法。

背景技术

天然晶状体是人眼中的重要的屈光调节结构。但随着年龄的增长，天然晶状体的屈光调节能力逐年下降、晶体变浑浊，导老视、白内障等症状。针对于老视、白内障，近年来主要的复明手段是通过手术的方式将天然晶状体替换为人工晶状体。多焦点人工晶状体是人工晶状体中较为突出的设计类型，植入后能为患者提供多个视距的清晰视力，其设计通常需要结合折射和衍射的原理进行设计，通常在具有基础光焦度的光学透镜叠加切趾衍射轮廓实现。切趾衍射轮廓一般设计的参数是衍射环半径及衍射台阶的高度，由于切趾轮廓存在轮廓高度上的断点，导致衍射效率的模拟计算较为复杂，加工时产生的误差也会使得实际成像性能也与预期设计性能存在较大。

对于传统切趾人工晶状体的设计，可以使用Zemax、Code V等光学设计软件，通过引入附加光程差来模拟衍射轮廓的引入，优化衍射系数来达到设计衍射轮廓的目的。平滑相位设计的衍射轮廓能够避免切趾轮廓设计时产生的问题，由于相位函数能够使用连续函数表示，使得可调控参数数量得到拓展，对于性能的控制范围增大，模拟计算的复杂度得到降低。但相对的，一方面对于大部分连续相位函数所对应的衍射轮廓面型，并不在光学设计软件自建面型中，需要自行建立面型；另一方面，几何光学追迹方法并没有考虑到衍射效率的问题，单纯通过光学设计软件进行模拟计算，会导致对于性能的分析不够全面，相位函数相关参数的优化也会缺乏精确度。

传统衍射元件的设计分析通常在数值计算软件例如Matlab中进行。设计方向主要是最大化目标级次的衍射效率，并使其他衍射级的能量最小化。多目标全局优化算法是目前多焦点衍射元件优化的主要手段，能使用相位函数的参数自由度来操纵能量分布。但平滑相位函数的参数通常与评价指标呈非线性关系，常见的遗传算法、模拟退火算法都需要对目标函数进行求导，需要一种算法不需要计算目标函数导数的同时，保持结果的快速收敛；对于叠加在光学透镜上的衍射轮廓，计算PSF、在模型中的实际性能对于其设计的评价反馈更加精确，这需要打通数值计算软件与光学设计软件来进行。

基于在设计和分析所遇到的问题，需要设计一种平滑相位多焦点人工晶状体的优化方法。该方法需要能够将设计衍射轮廓导入光学设计软件，基于软件中的模拟，结合衍射理论的数值计算结果，综合全面的分析所设计多焦点人工晶状体；通过计算结果，设计评价函数进行全局优化，充分利用相位函数的自由度，得到接近设计目标的参数组合，且该设计结果满足多焦点人工晶状体的基本性能，具备连续平滑的衍射轮廓。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，本发明提供了一种平滑相位多焦点人工晶状体设计的优化方法。该方法基于平滑相位函数设计衍射轮廓，并通过多目标全局优化算法对轮廓参数进行优化分析，提高设计衍射级次的衍射效率。在将面型导入光学设计软件后，叠加透明透镜主体后得到多焦点人工晶状体，模拟追迹人工晶状体在各焦点处的成像性能和MTF值，并进行进一步优化。该优化方法能整体保持较高的计算优化效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种平滑相位多焦点人工晶状体设计的优化方法，包括：

设计确定多焦点人工晶状体的基础光焦度，构建眼模型，将所述基础光焦度输入所述眼模型，优化得到偶次非球面透镜主体；