1 上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所，上海 200093
2 上海理工大学机械工程学院，上海 200093
3 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
4 上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心，上海 200093
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。
光学设计 子午线光焦度 加宽渐进通道 渐进多焦点镜片
1 上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所，上海 200093
2 上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心，上海 200093
3 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
4 上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心，上海 200093
探究渐进多焦点镜片间接法设计中权重函数和平均曲率分布对镜片光焦度和像散的影响。设计了两组权重函数分布以及平均曲率分布，提出了根据符合度矩阵重置镜片权重分布的优化方法。在相同参数下计算出5组具有不同权重函数和平均曲率分布的渐进多焦点自由曲面面型。对镜片进行加工和评价测量，实验结果表明：权重函数的形状、面积以及权重值的不同，可对镜片光学性能带来不同方面的优化，且权重函数和平均曲率分布共同影响镜片的光焦度和像散分布。
光学设计 渐进多焦点镜片 权重函数 曲率分布 自由曲面
1 上海理工大学健康科学与工程学院生物医学光学与视光学研究所，上海 200093
2 上海理工大学机械工程学院，上海 200093
3 上海理工大学上海市介入医疗器械工程研究中心，上海 200093
4 上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心，上海 200093
5 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
在渐进多焦点镜片（PAL）的直接设计法中，光焦度轮廓分布对镜片的光学性能至关重要。在子午线上同一曲率变化的基础上，引入不同圆锥曲线方程来描述镜片光焦度轮廓分布。利用椭圆、双曲线、抛物线和圆的定义设定镜片内表面子午线上每个点曲线的离心率以及开口大小。根据圆锥曲线分布情况加入偏移量，实现远近视区视配点可视区宽度调整。设计、仿真和加工了4块镜片。结果表明，基于双曲线方程计算得到的渐进多焦点镜片的周边最大像散大于1倍加光度（ADD），而基于椭圆方程、圆方程和抛物线方程计算得到的渐进多焦点镜片周边最大像散小于1倍ADD，光学性能更好。当定焦区较大时，基于椭圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值；当定焦区较小时，基于圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值。所提方法可为渐进多焦点镜片的优化设计提供新的方案。
光学设计 直接设计法 渐进多焦点镜片 光焦度分布 离心率 像散
1 苏州科技大学 物理科学与技术学院 江苏省微纳热流技术与 能源应用重点实验室，江苏 苏州 215009
2 苏州苏大明世光学股份有限公司 江苏省研究生工作站，江苏 苏州 215007
3 苏州明世光学科技有限公司，江苏 苏州 215007
4 苏州一光仪器有限公司，江苏 苏州 215006
介绍了渐进多焦点眼用镜片的结构。提出了一种双向拟合设计渐进多焦点眼用镜片子午线的方法，采用两条多项式曲线从镜片视远点和视近点双向拟合，获得满足设计要求的子午线。在此基础上，选择与子午线正交、满足设计要求的曲线簇作为轮廓线，计算镜片上各个点的矢高数据，从而获得整个面形。设计结果表明，与只采用一条高阶多项式曲线描述子午线的方法相比较，双向拟合设计镜片子午线的方法可以灵活地调节子午线上光焦度增加的速率，从而控制镜片视远区、视近区以及渐进通道的光焦度和像散，设计满足眼镜佩戴者个性化需求的渐进多焦点眼用镜片，即当镜片参数相同时，双向拟合子午线不同，可以获得相应视觉需要的渐进多焦点眼用镜片。将设计的镜片进行实际加工，并检测加工结果，结果表明，加工获得的镜片性能与设计结果一致。
光学设计 渐进多焦点眼用镜片 子午线 光焦度 像散 optical design progressive addition lenses meridian power astigmatism 红外与激光工程
2022, 51(6): 20210630
1 江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室，苏州科技大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215009
2 江苏省研究生工作站苏州苏大明世光学股份有限公司，江苏 苏州 215007
3 苏州明世光学科技有限公司，江苏 苏州 215007
针对近视转老花人群特点，提出渐进多焦点眼用镜片（PAL）的优化设计方法。该方法中渐进多焦点表面矢高表达式为非球面公式，用连续变化的曲率调整元来调节光焦度和像散分布，该曲率调整元采用高斯函数多项式形式。分别用球面和非球面矢高表达式设计附加光焦度为1.5 D的PAL作对比。设计结果中给出了光焦度和像散分布，并采用以色列ROTLEX公司的自由曲面检测仪仿真验证。结果表明，优化设计的PAL的装配中心周边光焦度环状增加，镜片最大像散不超过1.25 D，即镜片最大像散不超过附加光焦度的83%。装配中心所在水平线的上部区域内，像散均小于0.5 D。视近区光焦度稳定带的长度接近20 mm。该PAL视远区光焦度环状增加，有利于缓解近视眼的视疲劳；镜片最大像散明显减小，易于被近视转老花且初次佩戴PAL的客户接受。
光学设计 渐进多焦点眼用镜片 近视 老花 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0322001
中国计量大学 计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
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。
成像光学 渐进多焦点镜片 镜-眼联合光学系统 评价方法 imaging optics progressive addition lenses MTF MTF lens-eye combined optical system evaluation method
1 上海理工大学 医疗器械与食品学院生物医学光学与视光学研究所, 上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
提出一种渐进环焦自由曲面镜片设计, 从周边离焦防控及光焦度渐变的角度出发构建一个多焦点镜片。在镜片的中心部位形成有一个圆形的中心定焦区, 在外周形成多个环形的周边定焦区, 镜片的光焦度沿着镜片子午线及镜片水平轴按设定的光焦度高阶多项式从内至外渐变;依据相邻定焦区边缘点切平面重合的原则, 由内至外依序计算各个定焦区后表面上所有点的矢高, 再根据所有定焦区后表面的所有点的矢高数据生成镜片后表面。与传统非球面镜片仿真结果对比, 表明渐进环焦自由曲面镜片光焦度和散光符合理论设计要求, 符合正常人眼在看物体时眼球的调节功能, 镜片边缘也较薄, 镜片的棱镜度也较小。设计为渐进多焦点自由曲面镜片提供了一种新的途径。
渐进镜片 自由曲面 环焦 光焦度 离焦 progressive addition lens freeform ring-focus power defocus
1 上海理工大学 医疗器械与食品学院 生物医学光学与视光学研究所, 上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
探究渐进多焦点自由曲面镜片非对称设计过程中, 内偏移量对镜片光学性能的影响。推导人眼在观察物体时, 双眼汇聚而内转的偏移量计算公式。仿真在同等参数条件下, 为实现左右眼平衡设计及在视觉生理上的视像对称, 渐进多焦点自由曲面镜片下加光区四种不同的内偏移量产生的光焦度和散光分布图。通过仿真结果得出, 不同的内偏移量对镜片的光焦度和散光分布有一定的影响, 特别是周边像散区的分布大小; 渐进多焦点自由曲面镜片的内偏移量应根据屈光不正患者实际的验光参数计算得到。
渐变焦镜片 内偏移 仿真 双眼汇聚 progressive addition lens offset converging binoculus simulation
