一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法与流程

本发明涉及镜片，具体为一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法。

背景技术：

1、眼镜是用于矫正屈光不正的光学器件，通过改变入射光线的聚散度来使像成像于视网膜上，在设计镜片时，可以将镜片和人眼组合视为一个光学系统，镜片一般按照设计分为球面镜片、非球面镜片、双非镜片、自由环曲面镜片，越往后工艺越复杂，镜片会变薄，光学性能也会更好；当人眼静止时，光轴通过镜片光学中心，视网膜上成清晰的理想像；当眼睛围绕旋转中心转动一定角度时，偏离镜片光学中心观察物体时，由于像差的存在，成一模糊像，且转动角度越大，像差越大，像越模糊，除了镜片常见的像差，光学系统视场角也是非常重要的指标，影响着成像范围的大小，但是过大的视场角会导致畸变的问题更加严重。

2、现有技术的不足：

3、目前普遍佩戴的镜片为非球面镜片，只侧重于镜片中心的清晰度，镜片边缘的成像质量无法得到保证，并且自由度较少，对大光度畸变的优化很难实现，镜片中畸变的优化一般基于tscherining椭圆理论，设计时，采用高基弯时，才能将大光度镜片畸变控制在可接受范围内，但是高基弯设计意味着较凸的面型和较厚的镜片，不符合现代审美，且影响佩戴者的体验。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法，其特征在于：本制作方法包括以下具体步骤：

3、s1、构建三维的镜眼联合模型；

4、s2、采样镜片的网格数据点；

5、s3、确实目标函数f；

6、s4、计算确定自由环曲面的曲面形状。

7、优选的，所述步骤s1中：以人眼旋转中心为原点建立三维坐标系，再以镜片表面几何中心o为原点建立一个世界坐标系，使镜片的中心落在z轴上，镜片的垂直子午线与y轴平行，镜片的水平子午线与x轴平行，构建一个考虑人眼转动时的镜眼模型。

8、优选的，所述步骤s2中：对镜片进行采样范围为0～1/4，相同θ为一组，采样m组，每组采样n个点，那么一共采样的视场点总数量为k＝mxn。

9、优选的，所述m和所述n为大于等于1的整数。

10、优选的，所述步骤s3具体包括以下步骤：

11、a1、计算斜轴像散、场曲和畸变：从眼睛旋转中心出发，根据每个采样点的主光线的追迹后，并取主光线周围四条光线，求出切向光焦度ft、矢向光焦度fs和追迹后的理想像高和实际像高，进而计算斜轴像散、场曲和畸变，斜轴像散表示为foae、场曲表示为fmoe、畸变常用百分比用η’表示，即：

12、foae＝ft'-fs'

13、

14、其中，ft’为子午屈光度，fs’为弧矢屈光度，fv’为顶点屈光度，mq’为理想像高，mq为实际像高；

15、a2、确定目标函数f：采取加权平均的方法，将斜轴像散、屈光度误差、畸变作为优化参数，并可以通过调整权重，逐点优化三种像差，求出自由环曲面系数，设置ω1＝0.8、ω2＝0.5、ω3＝2；

16、f＝ω1*f1+ω2*f2+ω3*f3

17、其中，f1为斜轴像散函数，f2为屈光度误差函数，f3为畸变函数，ω1，ω2，ω3为三者的权重。

18、优选的，所述步骤s4具体包括以下步骤：

19、b1、确定优化算法：采用遗传算法；

20、b2、求出自由环曲面系数：根据优化算法求得水平环曲面系数pb和垂直环曲面系数pc,并根据两者计算出其他采样子午线的系数，公式如下：

21、

22、其中，θ表示采样间隔即取出子午线相对于水平方向上的旋转角度。

23、b3、重建自由环曲后表面：在x方向加上9度屈光度得到y方向屈光度，将以上得到的每条子午线的曲面系数代入以双曲率二次曲面公式为基底，并用多个高阶项进行矫正的矢高公式，得到离散的数据点，最终用最小二乘法重建出自由环曲后表面，公式如下：

24、cx＝fv'/(n-1)

25、cy＝(fv'+9)/(n-1)

26、

27、其中，n为折射率,cx和cy分别表示x和y方向的曲率，r表示入射光线在曲面上的高度，b、c、d、e为自由环曲面高阶系数，x、y表示曲面上某点沿z轴方向在xoy平面上的投影的坐标。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、本发明一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法具体步骤包括s1、构建三维的镜眼联合模型；s2、采样镜片的网格数据点；s3、确实目标函数f；s4、计算确定自由环曲面的曲面形状，通过建立三维的镜眼联合模型，并在该模型上模拟真实的光线追迹，追迹出视场角内的每条光线在视网膜上的成像，并调整影响斜轴像散、屈光度误差以及畸变的参数，确定出合适的自由环曲面面型，自由环曲面的自由度更大，校正畸变的能力更强，最终设计的镜片的光学性能明显优于市场上的双非镜片，制作的镜片会更薄、畸变更小，成像会更加清晰、佩戴舒适度高。

技术特征：

1.一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法，其特征在于：本制作方法包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法，其特征在于：所述步骤s1中：以人眼旋转中心为原点建立三维坐标系，再以镜片表面几何中心o为原点建立一个世界坐标系，使镜片的中心落在z轴上，镜片的垂直子午线与y轴平行，镜片的水平子午线与x轴平行，构建一个考虑人眼转动时的镜眼模型。

3.根据权利要求1所述的一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法，其特征在于：所述步骤s2中：对镜片进行采样范围为0～1/4，相同θ为一组，采样m组，每组采样n个点，那么一共采样的视场点总数量为k＝mxn。

4.根据权利要求3所述的一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法，其特征在于：所述m和所述n为大于等于1的整数。

5.根据权利要求1所述的一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法，其特征在于：所述步骤s3具体包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法，其特征在于：所述步骤s4具体包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种优化畸变的自由环曲面镜片的制作方法具体步骤包括S1、构建三维的镜眼联合模型；S2、采样镜片的网格数据点；S3、确实目标函数F；S4、计算确定自由环曲面的曲面形状，通过建立三维的镜眼联合模型，本发明在该模型上模拟真实的光线追迹，追迹出视场角内的每条光线在视网膜上的成像，并调整影响斜轴像散、屈光度误差以及畸变的参数，确定出合适的自由环曲面面型，自由环曲面的自由度更大，校正畸变的能力更强，最终设计的镜片的光学性能明显优于市场上的双非镜片，制作的镜片会更薄、畸变更小，成像会更加清晰、佩戴舒适度高。技术研发人员：王传宝,樊红彬,项华中,程慧,张大伟受保护的技术使用者：江苏康耐特光学有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2