一种局域化像差调控镜片及设计方法

本发明涉及一种用于屈光矫正和成像质量控制的光学镜片及设计方法，具体涉及一种局域化像差调控镜片及设计方法。

背景技术：

1、随着近视发生率尤其是高度近视患者群体的快速增长，以及近视与致盲性眼底病如视网膜脱落和黄斑变性之间的内在关联被临床所揭示，近视问题及其防控措施越来越成为全民眼健康的核心议题。特别是在青少年近视防控领域，近年来在产业、医疗和消费端呈现持续快速发展的势头。

2、以阵列微透镜和阵列微柱镜为代表的微结构框架镜片已经成为控制近视进展的主流产品。因为微结构具有的正向附加屈光力，这类微结构框架镜片的光学作用原理通常被解释为视网膜周边近视离焦作用。众所周知，离焦概念是针对全眼成像波面而言的，但是微透镜和微柱镜个体只对整体波面中的局部区域产生孤立的相位调制，并没有作用到全局波面，与离焦作用没有关联。实际上，阵列式微透镜和阵列式微柱镜对整体成像波面产生周期性相位扰动。通过波面分解，这部分波面扰动对应高阶像差。高阶像差对像点能量产生弥散作用，使像面细节模糊、对比度下降，给镜片佩戴者一种视物不清的视觉感受。显然，成像波面中的高阶像差才是微结构框架镜片发挥近视进展控制作用的关键因素。以往，这一关键因素通常被忽视。围绕高阶像差主题的新一代微结构镜片的设计、分析和评估方法亟待建立，与之相关的人眼本身的高阶像差因素也需要在设计中一并考虑。

技术实现思路

1、为了克服背景技术的不足，本发明提供一种局域化像差调控镜片及设计方法，主要针对个性化的人眼波前像差尤其是高阶像差情况，解决微结构镜片的附加高阶像差匹配设计问题。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种局域化像差调控镜片，包括

4、基底功能层，所述基底功能层是由球面、球柱面、非球面或环曲非球面构成的连续光滑的基础曲面，且基底功能层具有基础屈光力，可以矫正眼睛的屈光不正，基底功能层中心位置的屈光力与验光处方要求的屈光矫正量相符；以及

5、局域化像差调控功能层，所述局域化像差调控功能层覆盖于镜片基底功能层，是由自由曲面单元组件通过规则或者非规则的排列组合形成的连续或者非连续的自由曲面附加层，且局域化像差调控功能层具有附加高阶像差作用，在人眼动态视场范围内与个性化的人眼高阶像差发生耦合，重塑视网膜上的成像质量，进而控制眼球屈光状态的发展。

6、所述局域化像差调控功能层在以镜片光学中心为圆心的3~6mm瞳孔直径范围内产生的附加高阶像差可矫正该视角方向上的人眼高阶像差，显著提升成像质量。

7、所述局域化像差调控功能层在距所述镜片光学中心1~3 mm位置为圆心的3~6 mm瞳孔直径范围内产生的附加高阶像差可部分矫正对应视角方向上的人眼高阶像差。

8、所述局域化像差调控功能层在距所述镜片光学中心3 mm以上位置为圆心的3~6mm瞳孔直径范围内产生的附加高阶像差不会矫正对应视角方向上的人眼高阶像差，成像质量因而下降。

9、所述局域化像差调控功能层包含高清成像工作区，范围是以镜片光学中心为圆心的3~4mm半径内。

10、所述局域化像差调控功能层包含模糊成像工作区，其范围是所述高清成像工作区以外的区域。

11、高清成像工作区的面型是中心零度视角的人眼高阶像差的波面除以镜片材料与空气的折射率之差。

12、所述模糊成像工作区是由自由曲面单元组件构成。

13、所述自由曲面单元组件的面型是通过高阶多项式进行描述的。

14、所述局域化像差调控功能层在模糊成像工作区产生的瞳孔范围内的附加高阶像差的均方根值达到对应视角人眼高阶像差rms值的10%以上。

15、所述局域化像差调控功能层设置在镜片朝物体一侧的基底功能层上和/或镜片朝眼睛一侧的基底功能层上。

16、所述自由曲面单元组件的边界轮廓为多边形、圆形或者非规则的封闭曲线外形。

17、所述自由曲面单元组件按照固定周期或非周期方式进行无缝隙紧密排布或者稀疏排布。

18、所述局域化像差调控功能层覆盖所述镜片基底功能层40%以上的区域。

19、所述局域化像差调控镜片的附加高阶像差和所述个性化人眼高阶像差在人眼动态视场情况下是针对视网膜黄斑中心凹考虑的。

20、一种如上述的局域化像差调控镜片的设计方法，包括如下步骤：

21、步骤一，建立镜片初始的三维仿真模型，包括镜片中心厚度和前后表面面型，其中，面型包括镜片基底功能层的基础曲面和局域化像差调控功能层的初始曲面；该初始曲面是由高阶多项式描述的自由曲面单元组件以阵列排布方式构成，并且在以镜片光学中心为圆心的3~4 mm半径范围内初始化为平面；

22、步骤二，建立镜片-眼睛组合的三维仿真模型，其中眼睛部分包括镜眼距、瞳孔大小和位置、眼球转动中心坐标参数；

23、步骤三，逆向追迹主光线从眼球转动中心出发，沿既定的眼睛注视方向行进，先后经过镜片后表面和前表面折射后，在物面一侧朝物方行进，并在给定物距处确定物点坐标；

24、步骤四，从步骤三确定的物点坐标出发，顺光路追迹大量的实际成像光线，在经过镜片折射后到达眼睛的瞳孔位置，计算每条光线行进的总光程，与主光线光程相减得到镜片在对应视角方向上产生的成像波面及附加高阶像差；

25、步骤五，在零度视角方向，在3~4 mm半径范围内，用实测的人眼高阶波前像差减去步骤四获得的同一视角下镜片所产生的高阶波前像差，所得剩余高阶像差的波面除以镜片材料与空气的折射率之差，所得结果作为局域化像差调控功能层的高清成像工作区的面型；

26、步骤六，在旁周边视角方向，成像光路经过模糊成像工作区，分别计算由步骤四获得的镜片高阶波前像差的rms值和实测的人眼高阶波前像差的rms值，若两者比值小于预先设定的阈值，则调整高阶多项式的表达式及系数，提升自由曲面单元组件的面型幅度和复杂度，再重复步骤四，直至上述比值大于阈值；遍历操作旁周边的各个视角方向，形成局域化像差调控功能层的模糊成像工作区的最终面型；

27、步骤七，将局域化像差调控功能层的最终面型叠加到基底功能层的基础曲面上，形成局域化像差调控镜片的工作面。

28、本发明的有益效果是：本发明提出的局域化像差调控镜片是在各个视角方向上根据实测的人眼高阶像差对镜片的局域化像差调控功能层的面型进行逐步优化，从而在中心零度视角方向形成高清成像工作区，在旁周边视角方向形成均衡稳定且有效的模糊成像工作区。因为充分考虑了人眼高阶像差的个性化因素，局域化像差调控镜片具有个性化定制属性。在动态视场情况下，镜片佩戴者能够显著地感受到成像质量随视角的变化。相较于传统的不考虑人眼自身高阶像差因素的微结构镜片，局域化像差调控镜片能够在清晰成像和模糊成像之间呈现更加鲜明且稳定的反差，在周边视场不存在人眼高阶像差代偿问题，能够更好地发挥出对屈光不正发展状态的控制作用。

技术特征：

1.一种局域化像差调控镜片，其特征在于：包括

2.根据权利要求1所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述局域化像差调控功能层（11）在以镜片光学中心为圆心的3~6mm瞳孔直径范围内产生的附加高阶像差可矫正该视角方向上的人眼高阶像差。

3.根据权利要求1所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述局域化像差调控功能层（11）在距所述镜片光学中心1~3 mm位置为圆心的3~6 mm瞳孔直径范围内产生的附加高阶像差可部分矫正对应视角方向上的人眼高阶像差。

4.根据权利要求1所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述局域化像差调控功能层（11）在距所述镜片光学中心3 mm以上位置为圆心的3~6 mm瞳孔直径范围内产生的附加高阶像差不会矫正对应视角方向上的人眼高阶像差。

5.根据权利要求2所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述局域化像差调控功能层（11）包含高清成像工作区，范围是以镜片光学中心为圆心的3~4mm半径内。

6.根据权利要求5所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述局域化像差调控功能层（11）包含模糊成像工作区，其范围是所述高清成像工作区以外的区域。

7.根据权利要求5所述的局域化像差调控功能层（11）的高清成像工作区，其特征在于：高清成像工作区的面型是中心零度视角的人眼高阶像差的波面除以镜片材料与空气的折射率之差。

8.根据权利要求6所述的局域化像差调控功能层的模糊成像工作区，其特征在于：所述模糊成像工作区是由自由曲面单元组件（12）构成。

9.根据权利要求1所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述自由曲面单元组件（12）的面型是通过高阶多项式进行描述的。

10.根据权利要求6所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述局域化像差调控功能层（11）在模糊成像工作区产生的瞳孔范围内的附加高阶像差的均方根值达到对应视角人眼高阶像差rms值的10%以上。

11.根据权利要求1所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述局域化像差调控功能层（11）设置在镜片朝物体一侧的基底功能层（10）上和/或镜片朝眼睛一侧的基底功能层（10）上。

12.根据权利要求1所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述自由曲面单元组件（12）的边界轮廓为多边形、圆形或者非规则的封闭曲线外形。

13.根据权利要求1所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述自由曲面单元组件（12）按照固定周期或非周期方式进行无缝隙紧密排布或者稀疏排布。

14.根据权利要求1所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述局域化像差调控功能层（11）覆盖所述镜片基底功能层（10）40%以上的区域。

15.根据权利要求1所述的局域化像差调控镜片，其特征在于：所述局域化像差调控镜片的附加高阶像差和所述个性化人眼高阶像差在人眼动态视场情况下是针对视网膜黄斑中心凹考虑的。

16.一种如权利要求1-15任意一项所述的局域化像差调控镜片的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结一种局域化像差调控镜片及设计方法，主要解决传统微结构镜片设计无法定量化调控高阶像差，无法针对佩戴者个性化人眼高阶像差进行镜片定制设计的问题。本发明提供局域化像差调控镜片及设计方法，与现有技术所不同的是，本发明的局域化像差调控是在人眼动态视场的各个视角方向上计算获取镜片初始结构产生的高阶像差，参考人眼在相应视角方向上的全眼高阶像差，通过调整局域化像差调控功能层中的单元组件面型，使镜片产生的高阶像差能够达到或超过设定的阈值。在局域化像差调控作用下，镜片仅在中心零度视角矫正人眼的高阶像差，提供高清的成像面；在其余的周边视角，镜片不矫正人眼高阶像差，所产生的附加高阶像差与人眼高阶像差成比例，因而，在动态视场下眼睛可以感受到均衡且显著的周边模糊景像。技术研发人员：厉以宇,冯海华,陈娇洁受保护的技术使用者：温州医科大学附属眼视光医院技术研发日：技术公布日：2024/9/12