[发明专利]一种色盲辅助眼镜的设计方法

摘要

本发明涉及一种色盲辅助眼镜的设计方法，属于视觉光学领域。本发明的目的是为了解决现有辨色辅助技术效果有限、对色盲完全无效或者会将彩色和黑灰色混淆的问题，本发明的色盲辅助眼镜左右镜框和安装在左右镜框内的色盲辅助镜片。本发明把颜色转化为一系列子影像的相对光强而辅助辨色，对重度色弱和色盲都有效，同时避免了容易将彩色和灰黑色混淆的问题。

主权项

一种色盲辅助眼镜的设计方法，其特征在于：色盲辅助眼镜包括：左右镜框和安装在左右镜框内的色盲辅助镜片；色盲辅助眼镜设计方法的具体步骤为：一、挑选色散度数为D1的复合透镜；把一片高色散透镜和一片低色散透镜叠加在一起，组成复合透镜，使得它对红(r)、绿(g)、蓝(b)3种代表光的相应焦距满足1fr≡1frC=1frA+1frB1fg≡1fgC=1fgA+1fgB1fb≡1fbC=1fbA+1fbB---(2);]]>其中A和B表示两片透镜，frA、fgA和fbA分别是A透镜对红、绿和蓝光的焦距，frB、fgB和fbB分别是B透镜对红、绿和蓝光的焦距，frC、fgC和fbC分别是复合透镜对红、绿和蓝光的焦距，frC、fgC和fbC被分别简化标记为fr、fg和fb；公式(2)为两个相邻透镜A和B的焦距叠加公式1fC=1fA+1fB---(3);]]>其中fC是复合透镜焦距，fA和fB分别是透镜A和B的焦距；已知透镜对蓝、绿和红三种代表光的折射率满足nb＞ng＞nr，而一片透镜，即凹透镜或者凸透镜的焦距f满足1f=(n-1)(1R1+1R2+n-1nR1R2d)---(4);]]>其中R1和R2分别是透镜正反两曲面的弧度，凸面的弧度为正，凹面的弧度为负，n是透镜材料的折射率，d是正反曲面顶点间的距离；将公式(4)带入公式(2)中，得到：1fr=(nrA-1)(1R1A+1R2A+nrA-1nrAR1AR2AdA)+(nrB-1)(1R1B+1R2B+nrB-1nrBR1BR2BdB)1fg=(ngA-1)(1R1A+1R2A+ngA-1ngAR1AR2AdA)+(ngB-1)(1R1B+1R2B+ngB-1ngBR1BR2BdB)1fb=(nbA-1)(1R1A+1R2A+nbA-1nbAR1AR2AdA)+(nbB-1)(1R1B+1R2B+nbB-1nbBR1BR2BdB)---(5),]]>其中，nrA、ngA和nbA是透镜A的材料对红、绿和蓝光的折射率，nrB、ngB和nbB是透镜B的材料对红、绿和蓝光的折射率，R1A和R2A是透镜A正反两个曲面的弧度，R1B和R2B是透镜B正反两个曲面的弧度，dA和dB是透镜A和透镜B的正反曲面顶点距离；将绿波段对应的焦距fg作为复合透镜对可见光的平均焦距同时调节R1A、R1B、R2A、R2B、dA、dB等透镜参数，使fg、fr和fb满足条件min{|1fr-1fg|,|1fg-1fb|}=|E1|---(6);]]>(1fr-1fg)(1fg-1fb)>0---(7);]]>fg＝f0  (8)；其中E1已知，f0已知，E1是单位为(1/米)的高色散条件参数，具体数值根据用户的体验度反馈来选择，保证色散效果明显；保证“焦距‑波长”关系是单调递增或递减的，而和的正负号由E1的符号决定：1fr<1fg<1fbifE1≥01fr>1fg>1fbifE1<0---(9);]]>f0为矫正视力所需眼镜镜片已知的对可见光的平均焦距；若两片透镜组成的复合透镜对蓝绿红三种代表光的焦距无法满足条件公式(6)‑(9)可以重叠更多透镜并调节透镜表面弧度以满足高色散条件公式(6)‑(9)；已知透镜成像公式1v(λ)=1u-1f(λ)---(10)]]>其中λ是光波长，u为物距，f为焦距，v为像距，当物体和像在透镜同一侧时像距v的符号为正、在透镜异侧时像距v的符号为负；f(λ)表示焦距是波长的函数，进而v(λ)表示在给定物距u时像距也是波长的函数；将公式(10)带入公式(6)则知红、绿和蓝三个代表色的子影像的视深满足min{|1vr-1vg|,|1vg-1vb|}=|E1|,---(11)]]>其中vr、vg和vb是红、绿和蓝色代表光的子影像的视深(像距)，将公式(11)和(7)对色散导致的像距差作泰勒展开并保留一阶项，得到公式组min{|Δvrgvg2|,|Δvgbvg2|}=|E1|ΔvrgΔvgb>0,---(12)]]>其中Δvrg＝vr‑vg是红绿像距差，Δvgb＝vg‑vb是绿蓝像距差；三个子影像之间的相互距离由E1的绝对值限制，将公式(10)带入公式(9)可知：E1的符号决定子影像的排列顺序，从近到远为红、绿、蓝对应E1为正，反之为负；定义色散度数D1满足D1=100×E^1;---(13)]]>其中是色散参数E1在单位为1/米时的数值；D1和E1等效，用户体验和验光时使用D1，制备镜片时使用E1，两个量通过公式(13)相互转换；由上根据已知f0和D1可制作平均焦距为f0且色散度数为D1的复合透镜；二、将步骤一中得到的复合透镜制作成眼镜片安装在镜框上，即得到基于高色散复合透镜的色盲辅助眼镜。