渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布，是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法；针对渐进通道宽度过窄的问题，对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加，同时推导新的子午线光焦度分布函数以降低子午线光焦度变化率；仿真及加工了3片镜片。研究结果表明：采用累积分布函数能够设计出满足光学性能要求的渐进镜片；使用矢高叠加扩展了渐进通道的宽度，保持了像散梯度的平滑过渡，且将最大像散分布在镜片鼻翼两侧；新的子午线光焦度分布函数在拓宽渐进通道宽度下会存在像散梯度变化堆积问题，所以需要将光焦度分布和面型等因素结合考虑，并进行优化。本研究方法为渐进多焦点镜片的子午线光焦度优化设计提供了新的理论。

针对渐进多焦点镜片的评价问题, 提出了利用像质评价参数MTF对渐进多焦点镜片进行客观评价, 通过对镜-眼联合光学系统的MTF理论仿真分析来评价渐进多焦点镜片的成像质量。考虑了人眼在实际视物时须有一定的转动角度与实际佩戴镜片的2个特征: 镜面角与倾斜角, 将装配镜片时的倾斜角与镜面角设定为0～10°; 将人眼视物时的转动角度, 在戴镜的情况下设定为±20°, 表现为视远区、过渡区与视近区; 将人眼视物时的清晰成像的较大视场设定为±5°。利用光学设计软件对6只渐近多焦点镜片中的6个典型区域进行分析, 结果表明: 像散主要由子午光束与弧矢光束没有汇聚在一个点上造成的, 而渐进多焦点镜片的焦点呈渐进变化, 其表面为非旋转对称的复杂表面, 镜片的像散不同, 其改变佩戴角度后会对成像质量造成一定影响。佩戴角度中的倾斜角对镜片MTF值的影响比镜面角对镜片MTF值的影响大。实际佩戴角度在不同视场下会对渐进多焦点镜片的成像质量造成一定的影响, 利用像质评价参数MTF来评价渐进多焦点镜片时应将其考虑在内。

利用波前传感器测量自由曲面镜片时，由于自由曲面镜片的直径通常大于波前传感器的接收孔径，主要采用子孔径拼接技术测量镜片的波前像差。针对子孔径拼接技术测量中存在着操作繁琐、数据处理量大等问题，提出渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法，得到渐进多焦点镜片中央直径为22 mm圆形区域内的波前像差。为了验证试验的可靠性，将测量得到的波前像差泽尼克表述中的离焦项转换为球镜度，与条纹偏折法测量得到镜片的球镜度进行对比实验，实验结果证明了渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法可以用于渐进多焦点镜片波前像差的检测。

设计渐进多焦点眼用镜片(PAL)的轮廓线u以得到近用区可视范围广且渐变通道长度变短的渐进多焦点眼用镜片。对渐进多焦点眼用镜片采取对称设计，设置子午线上u的变化曲线作为拉普拉斯方程的边界条件，并给出边界条件的具体形式。结合自然边界条件，运用分离变量法和傅里叶变换法求解拉普拉斯方程的解析解。设计实例表明：该设计方法不仅能使渐进多焦点眼用镜片拥有宽阔的近用区可视范围，还能使渐进多焦点眼用镜片的渐变通道变短。将设计数据进行实际加工，并对加工获得的渐进多焦点眼用镜片进行测试分析，结果表明设计与实际测试结果基本相符。

渐进多焦点眼镜片能够同时满足视远与视近的需求, 其应用日益广泛.本文介绍了渐进多焦点镜片的设计与评价方法, 在此基础上通过对镜片面形方程及球面度方程求解偏微分, 构建了渐进多焦点镜片光焦度分布与面形误差的关系模型.根据国家标准规定的镜片有效区域实际屈光度与名义值差值小于0.1D的要求, 对加光度为2.0D(6.0D~8.0D)的渐进面面形误差进行了实例分析.应用给定的面形误差结果进行实验加工的镜片, 经分析后实验输出的光焦度变化符合所设定的国家标准要求的范围, 进一步验证了面形误差与光焦度分布关系模型的正确性, 为渐进多焦点镜片加工的面形控制精度提供理论依据.

针对内渐进镜片在加工过程中出现过切的情况,提出一种判断方法。该方法使用双三次样条曲面参数方程计算自由曲面各点曲率半径最小值,通过三维软件对曲面曲率半径进行计算,研究镜片在机床上实现加工的判据。由分析和计算表明,若曲面加工范围内存在某些点的曲率半径小于给定的机床刀具半径,则机床无法加工内渐进镜片的曲面。

渐进多焦点眼镜片能够同时满足视远与视近的需求, 其应用日益广泛。介绍渐进多焦点镜片的基本结构、设计与评价方法, 在此基础上根据国家标准规定的镜片有效区域实际屈光度与名义值差值小于0.1m-1的要求, 对渐进多焦点镜片的面型进行了公差分析。通过对镜片面型方程及球面度方程求解偏微分推导出屈光度与面型相关的公差公式。举例对屈光度增量2.5 m-1(6.5 m-1~9 m-1)的渐进面进行设计评价与公差分析, 该设计实例公差分析结果表明: 面型最敏感处公差值为0.1 μm, 为镜片加工的控制精度提供理论依据。

研究内渐进多焦点镜片的前表面光焦度对该镜片的光焦度和散光的影响。设计出远用光焦度为2~10m-1, 附加光焦度为2m-1的渐进表面数据, 分别与1~10m-1的前表面光焦度匹配后输入Rotlex自由曲面检测仪转化为理论光焦度和散光度并进行统计分析。结果表明: 在内渐进多焦点镜片的前表面光焦度匹配图中, 存在扁椭圆区域, 在该区域内匹配的内渐进多焦点镜片的远用区和近用区视觉清晰范围最大, 且最大散光不大于附加光焦度。对于远用光焦度为非负的内渐进多焦点镜片, 子午线上光焦度会随着前表面光焦度的增大而偏大。远用区为较大的正光焦度时, 远用区和近用区清晰视觉范围明显较小。

根据遗传算法不依赖于具体优化目标且稳健性强的特点，提出运用遗传算法来寻找渐进多焦点眼镜片最优子午线的设计方案。基于子午线平滑方程，用二进制字符串(染色体)表示渐进多焦点眼用镜片子午线曲率变化曲线多项式系数。运用罚函数法和线性加权法将渐进多焦点镜片的光焦度和散光度多目标规划化成单目标函数。根据目标函数进行选择、交叉和变异,产生新一代染色体种群，循环搜索渐进多焦点镜片子午线最优系数。最后通过两个优化实例并加工成镜片样品进行测试分析,结果表明设计结果与实际测试结果基本相符。