一种双面渐进多焦点镜片及其设计方法与流程

本发明涉及光学镜片领域，尤其涉及一种双面渐进多焦点镜片及其设计方法。

背景技术：

1、双面渐进多焦点镜片，即镜片两个表面分别具有多个焦点，为使用者提供自然、方便、舒适的矫正方式。目前出现的渐进多焦点镜片的技术比如：

2、公开号为cn105445956a的中国专利申请公开了具有矫正散光的自由曲面渐进式镜片的设计方法及镜片，其提出使用扩展的二次曲面公式对渐进镜片面形进行描述的方式，在商用光学设计软件zemax中设置评价函数，对镜片的像散分布进行优化；该申请虽然解决了表面分布平滑性及实现了全局优化，但是面形描述方程比较复杂，镜片渐进面容易产生局部突变。同时，采用商用设计软件，对于没有版权的用户，也无法直接使用。

3、公开号为ep0654692a1的欧洲发明申请公开了一种采用直接法设计渐进多焦点镜片的方法，针对渐进面，提出来子午线的曲线方程，再沿着子午线通过不同曲率的圆将面形方程扩展至整个镜片表面。

4、公开号为cn114994947a的中国专利申请公开了一种渐变光焦度镜片的面形设计方法及渐变光焦度镜片，提出将镜片的某一个表面用泽尼克多项式进行描述，同时，建立包含控制权重的优化评价函数，采用最小二乘法，对泽尼克多项式的系数进行优化，最终得到光焦度与目标值匹配，同时非必要像散较小的渐进多焦点镜片设计。

5、以上背景技术内容的公开并不必然会给出与本专利申请相关的技术教导。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种双面渐进多焦点镜片及其设计方法，由镜片的前后两个表面共同承担光焦度变化的设计要求。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种双面渐进多焦点镜片的设计方法，包括以下步骤：

4、确定镜片设计任务，其包括变焦任务 add obj和镜片的材料折射率，所述镜片设计任务还包括期望光焦度分布或期望平均曲率分布；

5、将所述变焦任务 add obj分配到镜片的前表面和后表面，其中，镜片的前表面所承担变焦目标为 add f ，0＜ add f＜ add obj；

6、设计所述镜片的前表面，包括：根据所述前表面的变焦目标 add f ，构建前表面上的子午线的光焦度分布曲线，再沿着弧矢方向用弧矢线与所述子午线正交，同一弧矢线上各点的光焦度相同；

7、设计所述镜片的后表面，包括：

8、对后表面构建一个初始镜面结构，并设置多个离散采样点 p bi，其中，1≤ i≤ j， j为采样点的数量；

9、按照预设的佩戴眼镜的镜眼关系，进行光线追迹，以确定后表面上各个采样点 p bi对应的在前表面上的点 p fi ；

10、根据镜片前表面的设计，确定点 p fi所在弧矢线处的光焦度 φ pfi ，或计算点 p fi所在弧矢线处的平均曲率 c pfi；

11、根据期望光焦度分布或期望平均曲率分布，确定点 p fi或点 p bi对应的期望光焦度 φ obj或期望平均曲率 c obj；

12、根据以下公式计算采样点 p bi处的平均曲率： c pbi = c obj - c pfi，其中， c pbi为后表面采样点 p bi处的平均曲率， c pfi为点 p fi所在弧矢线处的平均曲率， c obj为采样点 p bi或点 p fi对应的期望平均曲率；或者，根据以下公式计算后表面采样点 p bi处的光焦度： φ pbi = φ obj - φ pfi，其中， φ pbi为后表面采样点 p bi处的光焦度， φ pfi为点 p fi所在弧矢线处的光焦度， φ obj为采样点 p bi或点 p fi对应的期望光焦度。

13、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述镜片设计任务还包括期望像散分布；

14、所述设计方法还包括设计镜片前表面和后表面的像散分布，包括：

15、根据镜片前表面的已设计得到的光焦度分布或平均曲率分布，计算各采样点 p bi对应的在前表面上的点 p fi处的像散△x’ pfi ；

16、根据期望像散分布，确定点 p fi或点 p bi对应的期望像散△x’ obji ；

17、根据以下公式计算采样点 p bi处的像散△x’ pbi ：△x’ pbi =△x’ obji -△x’ pfi。

18、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，根据光焦度分布或平均曲率分布来计算某一目标点 q处的像散的步骤包括：

19、以目标点 q为圆心，构建预设半径的圆；

20、将该圆均匀分割，得到位于圆周上的若干点对，同一点对的两个点的虚拟连线经过圆心；

21、根据平均曲率分布计算每个点对的两个点处的平均曲率，求取其平均值作为该点对的平均曲率的平均值；或者，根据光焦度分布计算每个点对的两个点处的光焦度，并将其换算成平均曲率，求取两个点处平均曲率的平均值作为该点对的平均曲率的平均值；

22、选取所有点对的平均曲率的平均值中的最大平均值和最小平均值；

23、根据所述最大平均值、最小平均值和镜片的材料折射率，计算目标点 q处的像散。

24、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，前表面上的子午线的光焦度分布曲线所在的坐标系分别以子午线、光焦度为坐标轴，子午线由上而下各点的光焦度呈单向渐变趋势，子午线两端点的光焦度的差值为 add f 。

25、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，将子午线由上而下等分成第一部分、第二部分和第三部分，所述光焦度分布曲线对应所述第二部分的局部曲线存在拐点；

26、所述光焦度分布曲线对应所述第一部分或第三部分的局部曲线不存在拐点。

27、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述光焦度分布曲线对应所述第二部分的局部曲线的两端点的光焦度的差值大于或等于75%× add f 。

28、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述对后表面构建一个初始镜面结构包括：

29、根据镜片设计任务中的期望平均曲率分布，确定镜片中心点的期望平均曲率；或者，根据镜片设计任务中的期望光焦度分布，确定镜片中心点的期望光焦度，并以此计算镜片中心点的对应的期望平均曲率；

30、以所述镜片中心点的期望平均曲率构建球面镜面，作为所述初始镜面。

31、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述镜片设计任务还包括期望像散分布；

32、所述设计方法还包括对完成前表面和后表面设计的镜片进行校验，包括：

33、根据后表面的平均曲率分布或光焦度分布，计算后表面各采样点 p bi处的像散△x’ pbi ，根据前表面上的平均曲率分布或光焦度分布，计算各采样点 p bi对应的在前表面上的点 p fi处的像散△x’ pfi ；

34、根据以下公式计算采样点 p bi或点 p fi对应的像散设计值：△x’ desi =△x’ pbi +△x’ pfi；

35、根据期望像散分布确定点 p fi或点 p bi对应的期望像散△x’ obji ；

36、利用数学方法比对镜片像散设计分布与期望像散分布，若两者差异值小于预设的相近阈值，则校验通过，否则校验失败，并重新确定镜片设计任务和/或重新分配镜片前表面所承担的变焦目标和/或重新构建前表面上的子午线的光焦度分布曲线。

37、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，根据平均曲率分布或光焦度分布来计算某一目标点 q处的像散的步骤包括：

38、以目标点 p为圆心，构建预设半径的圆；

39、将该圆均匀分割，得到位于圆周上的若干点对，同一点对的两个点的虚拟连线经过圆心；

40、根据平均曲率分布计算每个点对的两个点处的平均曲率，求取其平均值作为该点对的平均曲率的平均值；或者，根据光焦度分布计算每个点对的两个点处的光焦度，并将其换算成平均曲率，求取两个点处平均曲率的平均值作为该点对的平均曲率的平均值；

41、选取所有点对的平均曲率的平均值中的最大平均值和最小平均值；

42、根据所述最大平均值、最小平均值和镜片的材料折射率，计算目标点 q处的像散。

43、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述设计方法还包括对完成设计的后表面进行面形优化，包括：

44、确定镜片后表面的面形描述公式和考察点的平均曲率公式，其中，面形描述公式配置有一个或多个渐进面系数，考察点的平均曲率公式与所述镜片上考察点的面形描述量相关；

45、针对镜片后表面的离散采样点，设置系数矩阵，所述系数矩阵包括平均曲率分布和光焦度准确性的权重系数；

46、建立考察点的平均曲率的评价函数，所述评价函数所述平均曲率分布和光焦度准确性的权重系数相关；

47、通过求解所述评价函数的最小值，得到优化后的渐进面系数；

48、将所述优化后的渐进面系数代入所述镜片后表面的面形描述公式，完成对后表面的面形优化。

49、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，分配给镜片前表面的变焦目标 add f 满足： add f≤50%× add obj 。

50、进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，利用以下公式计算某一点 p处的平均曲率： φ p = c p ×( n-1)，其中， φ p为点 p处的光焦度值， c p为点 p处的平均曲率， n为镜片的材料折射率。

51、根据本发明的另一方面，本发明提供了一种双面渐进多焦点镜片，所述镜片的前表面和后表面分别承担部分变焦任务，其中，镜片的前表面所承担变焦目标为 add f ；

52、所述镜片的前表面的子午线的光焦度分布曲线在子午线由上而下方向呈光焦度单向渐变趋势，子午线两端点的光焦度的差值为 add f ；沿着弧矢方向用弧矢线与所述子午线正交，同一弧矢线上各点的光焦度相同；

53、通过光线追迹确定所述镜片的后表面上的点 p bi与在前表面上的点 p fi 的对应关系，其中，1≤ i≤ j， j为采样点的数量；

54、点 p bi处的光焦度与对应的点 p fi 处的光焦度之和满足期望的光焦度分布，或者，点 p bi处的平均曲率与对应的点 p fi 处的平均曲率之和满足期望的平均曲率分布。

55、本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：考虑用户的实际佩戴状态，确定光线在镜片前后表面的一一对应关系，使得两个表面能够实现协同设计，共同完成光焦度变化的目标值，同时减少不必要像散的产生。