温州医学院 9.跟镜片设计散案 编号 课题眼镜片设计 授课专业鼠视光年缓2008本科人数0 授课日期 2009.10.28 授课地点科数授 授课日的1掌据镜片的常见像差及处理，镜片设计最佳形式，基弧对镜片光学质量的形响。 2、章握丰球面设计及其优点，熟香高屈光度镜片设计，。改变眼睛外夏的镜片设计。 3.了解渐变镜的屈光循环设计。 参考资料： 《限镜学》 教学安排 课型：理论 数学方式：讲授讨论 教学资源 多煜体 教学过程 1、镜片的常见像差及处理。非球面设计概名及其优点。 2、镜片设计最佳形式，基弧对镜片光学质量的影响，高屈充度镜片设计，改变跟睛外观的镜片设 计，渐变镜的屈光循环设计。 任课老师鉴字
1 温州医学院 9.眼镜片设计教案 编号： 课题 眼镜片设计 授课专业眼视光 年级 2006 本科 人数 60 授课日期 2009.10.28 授课地点 科教楼 授课目的 1 掌握镜片的常见像差及处理，镜片设计最佳形式，基弧对镜片光学质量的影响。 2、掌握非球面设计及其优点，熟悉高屈光度镜片设计，改变眼睛外观的镜片设计。 3．了解渐变镜的屈光循环设计。 参考资料： 《眼镜学》 教学安排 课型： 理论 教学方式： 讲授 讨论 教学资源 多媒体 教学过程 1、镜片的常见像差及处理，非球面设计概念及其优点。 2、镜片设计最佳形式，基弧对镜片光学质量的影响，高屈光度镜片设计，改变眼睛外观的镜片设 计，渐变镜的屈光循环设计。 任课老师签字
第1次课授课时间0的，10.8 教案完成时间的.104 设程名称硬学望 年级2000 专业、层次眼视光木利 人数60 教員 保金 职称 讲币 授课方式 面授 学时 3 银镜片设计 牧授题目 (章节) 眼镜学 基本教材、参 考书 1、家握镜片的常见像差及处理，镜片设计最佳形式，利镜片光学质量的形响。 2、章握丰球面设计及其优点，熟悉高屈光度镜片设计，改变眼睛外观的镜片设计， 教学目的 3。了解渐变镜的屈光循环设计。 和要求 3学时 大体内容，时 间安持 多煤体 教学方法 重点和璋点：镜片的常见像差及处理，非球面设计概念及其优点. 教学重点、希 点 牧研室审问意见 (教案续页)
2 第 7 次课授课时间 2009.10.28 教案完成时间 2009.10.4 课程名称 眼镜学 年级 2006 专业、层次 眼视光本科 人数 60 教 员 保金华 职称 讲师 授课方式 面授 学时 3 教授题目 （章 节） 眼镜片设计 基本教材、参 考 书 眼镜学 教学目的 和 要 求 1、掌握镜片的常见像差及处理，镜片设计最佳形式，基弧对镜片光学质量的影响。 2、掌握非球面设计及其优点，熟悉高屈光度镜片设计，改变眼睛外观的镜片设计。 3．了解渐变镜的屈光循环设计。 大体内容、时 间安排 3 学时 教学方法 多媒体 教学重点、难 点 重点和难点: 镜片的常见像差及处理，非球面设计概念及其优点。 教研室审阅意见： （教案续页）
本内容 辅助手段、 时间分配 第一节簧片的常见像楚及处理 光通过镜片成像时。其像的形状与物体复相似，们不完全相同，多少有些差异， 这种差异四像差，像差造成镜片咸像不完美等问愿。 像差使点光源发出的光线经过场正镜片后没有获得光美的成像。影响成像质量的 镜片像差有许多种类，主要分为两大类：色差和单色像差。 色差与碳色相关，性檬产生彩色条纹。当光源只存在一种凌长（一种颜色）时， 产生单色像差。 (一)色差(chromatic aberratio画》 光因波长不同、其折射率也不同，因此成像位置有所差异，这种现象叫色差。色 差有两种表现，即纵向色差和横向色差。纵向色差是由不同波长组成的点光源经镜片 沿光轴方向形成的一系列点像。每个像的颜色各不相同，并且每个像的焦距存在微小 差异。横向色差依载干光线的颜色，在镜片焦距处产生大小差异细微的像， □纵白色差(longitudinal chromtic aberration)(也称为轴内色差)因 为每一种颜色或波长入射问一曲率表面后发生的偏折现象存在经微的差异，纵向色差 使镜片光拍上产生了一系列焦距（如图11-3）。因此，城向色差可以表示为可见光 两种端点蓝光(R)红光(R)之间的屈光力差异。F一F 国 3色塑 纵向色差与棱镜效应没有直接关系。因此，平光棱镜不会产生纵向色差。 通常戒璃或树镜片材料具有特定的断射率，实际上，镜片材料针对不问的被长， 其折射率有轻微差异。我们常用的某一镜片材料的折射率实际上是指黄光的所射率。 2.回夏值(ae)因为色散值是小数。所以使用并不广泛，而使用其 倒数表示却非常容易。色散力的倒数是一个整数。，（色散力》的倒数用希腊字得叫 或者v表示。 值有三个不同的名字。则值、收微、同具数或者例贝值，由此我们得到术语阿 贝植。 阿贝值最常用于鉴别镜片的色敏量。阿贝值感高，镜片产生的色股就越少。阿贝 值越低，通过镜片将越有可能发现影色条纹，并且高屈光力镜片周边的视敏度将下降。 3.抛白色差(ateral chromtic aberration》及“色力(chromatic pover)“ (也称为垂轴色差域放大率色差)横向色差既可以用成像放大率的差异来表示，又 可以用校镜效应的差异来表示。 (1) 放大率差星(nagnification differences)：对于屈光矫正镜片
3 基本内容 辅助手段、 时间分配 第一节 镜片的常见像差及处理 光通过镜片成像时，其像的形状与物体很相似，但不完全相同，多少有些差异， 这种差异叫像差，像差造成镜片成像不完美等问题。 像差使点光源发出的光线经过矫正镜片后没有获得完美的成像。影响成像质量的 镜片像差有许多种类，主要分为两大类：色差和单色像差。 色差与颜色相关，使像产生彩色条纹。当光源只存在一种波长（一种颜色）时， 产生单色像差。 （一）色差（chromatic aberration） 光因波长不同、其折射率也不同，因此成像位置有所差异，这种现象叫色差。色 差有两种表现，即纵向色差和横向色差。纵向色差是由不同波长组成的点光源经镜片 沿光轴方向形成的一系列点像。每个像的颜色各不相同，并且每个像的焦距存在微小 差异。横向色差依赖于光线的颜色，在镜片焦距处产生大小差异细微的像。 1. 纵向色差（longitudinal chromatic aberration）（也称为轴向色差） 因 为每一种颜色或波长入射同一曲率表面后发生的偏折现象存在轻微的差异，纵向色差 使镜片光轴上产生了一系列焦距（如图 11-3）。因此，纵向色差可以表示为可见光 两种端点蓝光（FF）红光（FC）之间的屈光力差异。 F F F C − 图 11-3 色差 纵向色差与棱镜效应没有直接关系。因此，平光棱镜不会产生纵向色差。 通常玻璃或树脂镜片材料具有特定的折射率。实际上，镜片材料针对不同的波长， 其折射率有轻微差异。我们常用的某一镜片材料的折射率实际上是指黄光的折射率。 2. 阿贝值（abbe value） 因为色散值是小数，所以使用并不广泛，而使用其 倒数表示却非常容易。色散力的倒数是一个整数。（色散力）的倒数用希腊字母 nu 或者表示。 值有三个不同的名字。nu 值、收敛、阿贝数或者阿贝值，由此我们得到术语阿 贝值。 阿贝值最常用于鉴别镜片的色散量。阿贝值越高，镜片产生的色散就越少。阿贝 值越低，通过镜片将越有可能发现彩色条纹，并且高屈光力镜片周边的视敏度将下降。 3. 横向色差（lateral chromatic aberration）及“色力（chromatic power）” （也称为垂轴色差或放大率色差） 横向色差既可以用成像放大率的差异来表示，又 可以用棱镜效应的差异来表示。 （1） 放大率差异（magnification differences）：对于屈光矫正镜片
根器皮大率差异来考思磺可色差。改大率差异是指两件不同腹长成像之可的差异，例 如红光和盟光（如图11-3）。 校镇效果差足(dif优erences in priseatic优ecL):当量化校镜效应时，校 镜的横向色差是两种不阿波长光的棱镜效应的差异（图11-4）。 细11-4棱镜的例向色整 当横向色差指棱镜效应差异时，有时也称为色力。当棱镜效应增加时，色差变 得更强，因此也更容易扰乱视觉。 4.色差降低视敏度设想某人正戴着一别屈光轿正镜片，且从镜片光学中心祝 物，正好没有棱镜效应。因此也没有色力。 当戴镜者从镜片的右边或者左边视物，镜片的校镜效应增加，产生色力。色力增 加越多（横向色差），成像越核刷，高屈光力镜片周边的棱镜效应比低屈光力的要大。 因此，高屈光力镜片的周边祝敏度比低屈光力的下降的快。 色差越高，阿贝值越低。例贝值越低，周边的相对祝敏度降低越快。 所幸，通常鼠镜片配戴时。较少使用镜片周边区域仔细视物。如果有时苦要仔细 看时，通常转头。 为了诚少色差可能带来麻颜，对于低阿贝值镜片（℃和一些高折材料），应该 考虑的主要配镜因素如下。 (1) 测量单夏锋距： (2) 测量主参考点高度，考虑顿斜角度： (3) 减小镜跟距离： (4) 足够的横斜角度。对于高屈光力镜片，模斜角度小于10度： (5) 注意边缘厚度的比较（光学中心太高于基准线（中线）会引起镜片边 锋再度的上方和下方差异明显)。 (二)单色修差(onochromatic aberrations) 当入射镜片的光线贝有一种颜色时，即产生单色像差。 I.球差(spherical aberration)光线通过镜片时，离光轴近的光线（近轴 光线)几平全部集中在镜片的焦点上，而离光轴越远的光线，折射越强，成像位置离 镜片越近，因此不能成像干一点南呈斑状，称之为你散光通（图15）。为了减少 这种现象，可以在镜片前成置光闲以遮挡周边的光线，或将球面镜制成非球面状。 图11-6球图 2.等差(c如四》与光轴呈斜向入射的光线不在一点上成像。通过镜片边峰的 光线，全部成像于通过光轴光线的单侧，呈非对称性的形似售星状光斑的集合，这种 现象叫韩差（图11-6）。 图11-65☒
4 根据放大率差异来考虑横向色差。放大率差异是指两种不同波长成像之间的差异，例 如红光和蓝光（如图 11-3）。 棱镜效果差异（differences in prismatic effect）：当量化棱镜效应时，棱 镜的横向色差是两种不同波长光的棱镜效应的差异（图 11-4）。 图 11-4 棱镜的横向色差 当横向色差指棱镜效应差异时，有时也称为色力。 当棱镜效应增加时，色差变 得更强，因此也更容易扰乱视觉。 4. 色差降低视敏度 设想某人正戴着一副屈光矫正镜片，且从镜片光学中心视 物，正好没有棱镜效应，因此也没有色力。 当戴镜者从镜片的右边或者左边视物，镜片的棱镜效应增加，产生色力。色力增 加越多（横向色差），成像越模糊。高屈光力镜片周边的棱镜效应比低屈光力的要大。 因此，高屈光力镜片的周边视敏度比低屈光力的下降的快。 色差越高，阿贝值越低。阿贝值越低，周边的相对视敏度降低越快。 所幸，通常眼镜片配戴时，较少使用镜片周边区域仔细视物。如果有时需要仔细 看时，通常转头。 为了减少色差可能带来麻烦，对于低阿贝值镜片（PC 和一些高折材料），应该 考虑的主要配镜因素如下。 （1） 测量单眼瞳距； （2） 测量主参考点高度，考虑倾斜角度； （3） 减小镜眼距离； （4） 足够的倾斜角度，但对于高屈光力镜片，倾斜角度小于 10 度； （5） 注意边缘厚度的比较（光学中心太高于基准线（中线）会引起镜片边 缘厚度的上方和下方差异明显）。 （二）单色像差（monochromatic aberrations） 当入射镜片的光线只有一种颜色时，即产生单色像差。 1．球差 （spherical aberration） 光线通过镜片时，离光轴近的光线（近轴 光线）几乎全部集中在镜片的焦点上，而离光轴越远的光线，折射越强，成像位置离 镜片越近，因此不能成像于一点而呈斑状，称之为弥散光斑（图 11-5）。为了减少 这种现象，可以在镜片前放置光阑以遮挡周边的光线，或将球面镜制成非球面状。 图 11-5 球差 2. 彗差（coma） 与光轴呈斜向入射的光线不在一点上成像。通过镜片边缘的 光线，全部成像于通过光轴光线的单侧，呈非对称性的形似彗星状光斑的集合，这种 现象叫彗差（图 11-6）。 图 11-6 彗差
用远镜看天上的星星时，离开程野中心的星的像，似乎有尾巴似的。尾巴有 时朝内方。有时朝外方。这就是因彗差引起的。 a.斜向像散(cb1 ique astigmatisa)从光轴外发出的光，与镜片星斜向入 射时，在含有镜片的光轴和物点的平面〔主子午面)内光线的集合位置，会与此垂直 平面（弧矢面）内光线集合位置相偏离。因此，通过镜片后的成像不是一点，面是呈 椭圆形，这叫斜向像散（简称像散，图11-？），这时像的大小与光侧的半径成比例。 也就是祝野越大（即光线入射角越大），则像越大。排除像散的镜片叫桥正修散镜片 (anastigmatic lens). 图-7斜向像國 4.场曲（也屈光力误老）(curvature of field(power error))与光 轴垂直的物体的像被弯曲，看起来像陶似的，这就是由像差引起的（图11-8）·若 使中心部的像清晰，周边部的像又模物：当周边部清晰时，中心都又模期，这瓷是由 像面弯曲像差而产生的暖象。但是，由于限球白身的程网膜显弯由状，所以这个像差 可以忽略不计。 图11-8场血 5.蓟变(d1strt1m)就镜片光学中心到境片周边不同区减的距离的比例而 言，这些不同区域的放大率各不相同，从而产生了时变。畸变与像的请晰度无关，而 是与形状相关的像差。对正镜片面言，放大率往周边按适当比例增加：而绕镜片，放 大率往圆边按适当比例诚少，通过高度的正镜片观察方形窗，窗角比窗框中央更远离 镜片中心。这意味着窗角鼓收大更多，使窗看似针垫。这就是所谓的针垫感变 (incushion distortion)·对于负镜片而言，窗角没有窗框中央放大的多，形成 了插状骑变(barrel distortion)·(图11-9) 图19时列 像差可以通过折射率及曲率半径不同的多个聚焦和发散镜片的组合，以及调节光 网的位置等方法，来消除大部分像差，但不能同时将所有的像差消除。事实上，少量 的像差即使存在也没有多大的影响。 根据所消除的像差的不同类型，可将镜片分成如下几类。 (1)消色差镜片(achromtic leas):消除了级向色差和单色球差的镜片. (2) 复消色差物镜(apochromatic lens):消除了两种以上颜色的轴白色差和 球差的镜片。 (3)轿正像散镜片(anastignatic1ems):消除了像做和场曲及其他一些像差 的镜片。 (4) 湾球面染镀片(aplanatic lens):消除了轴向色差、球差、彗差的镜片。 5
5 用望远镜看天上的星星时，离开视野中心的星星的像，似乎有尾巴似的，尾巴有 时朝内方，有时朝外方，这就是因彗差引起的。 3. 斜向像散（oblique astigmatism） 从光轴外发出的光，与镜片呈斜向入 射时，在含有镜片的光轴和物点的平面（主子午面）内光线的集合位置，会与此垂直 平面（弧矢面）内光线集合位置相偏离。因此，通过镜片后的成像不是一点，而是呈 椭圆形，这叫斜向像散（简称像散，图 11-7）。这时像的大小与光阑的半径成比例， 也就是视野越大（即光线入射角越大），则像越大。排除像散的镜片叫矫正像散镜片 (anastigmatic lens)。 图 11-7 斜向像散 4. 场曲（也称屈光力误差）（curvature of field （power error）） 与光 轴垂直的物体的像被弯曲，看起来像碗似的，这就是由像差引起的（图 11-8）。若 使中心部的像清晰，周边部的像又模糊；当周边部清晰时，中心部又模糊，这就是由 像面弯曲像差而产生的现象。但是，由于眼球自身的视网膜呈弯曲状，所以这个像差 可以忽略不计。 图 11-8 场曲 5. 畸变（distortion） 就镜片光学中心到镜片周边不同区域的距离的比例而 言，这些不同区域的放大率各不相同，从而产生了畸变。畸变与像的清晰度无关，而 是与形状相关的像差。对正镜片而言，放大率往周边按适当比例增加；而负镜片，放 大率往周边按适当比例减少。通过高度的正镜片观察方形窗，窗角比窗框中央更远离 镜片中心。这意味着窗角被放大更多，使窗看似针垫。这就是所谓的针垫畸变 （pincushion distortion）。对于负镜片而言，窗角没有窗框中央放大的多，形成 了桶状畸变（barrel distortion）。（图 11-9） 图 11-9 畸变 像差可以通过折射率及曲率半径不同的多个聚焦和发散镜片的组合，以及调节光 阑的位置等方法，来消除大部分像差，但不能同时将所有的像差消除。事实上，少量 的像差即使存在也没有多大的影响。 根据所消除的像差的不同类型，可将镜片分成如下几类。 （1） 消色差镜片(achromatic lens)：消除了纵向色差和单色球差的镜片。 （2） 复消色差物镜(apochromatic lens)：消除了两种以上颜色的轴向色差和 球差的镜片。 （3） 矫正像散镜片(anastigmatic lens)：消除了像散和场曲及其他一些像差 的镜片。 （4） 消球面差镜片(aplanatic lens)：消除了轴向色差、球差、彗差的镜片
眼镜片所成的像百然有各种像差，由于位于虱转动中心处的光俐很小，球差和西 差均很小，可忽略不计，色差虽然存在，但配戴消色差镜片又嫌太笨重。其实，戴镜 所关注的主要是横向色散。面横向色散若不超过0.1，则影响不大。例如，+3.0C0 皇冠玻璃镜片，在镜径为4毫米范围内，其横向色散不超过此值。若为+10.00镜片， 镜径则不直大于12毫米。而且由于银睛对光谱两端敏感度降低，镜片色酸几平不易 凳察，故色差也显得不很严重。设计者主要考虑的具有斜向像散和骑变，要克服此类 像差，我们可通过控制以下变量： A由镜片后顶点至眼转动中心的距离： B镜片厚度： C镜片折射率， D.在总屈光力保特一定值下的情况下，可调整面屈光力凡和2的值（即可改 变镜片的片形)。 第二节镜片设计最佳形式 在娇正屈光不正的情况下，镜片像质的好坏直接关系到人眼锐物的清所程度以及 舒适度。对于常用的单光镜片，无法借助不同透镜组合娇正像差，只能在改变片形的 条件下肥像差控制在较小的意围。因而，国内外许多镜片设计者政力于设计出像质好 的最佳镜片形式。 当眼镜片的厚度被忽略时，可以用眼镜片后溪点屈光力来表示，面这个度数等于 它前后两个屈光力表面的代数和.这样的话，如果一个镜片前表面的屈光力是+9.0D, 后表面屈光力是-5.000，那么这个透镜的总层光力是+4.000. 离轴光线 促质镜片的表面屈光力经过精密的计算后，可以清除成者至少诚少在成像质量上 的某些像整。对大部分人来说，大脑更容易适应畸变，这种像差只有在镜片形状或者 处方有很大变动的输提下才会产生，而且镜片设计者也能给予一些设计调整来清除。 在镜片设计上，主要仍存在的像差是斜向像散和场曲。 在透镜被弯曲为消除斜向散光的形状，常用德语词汇Pktl米描述.，即点聚焦。 在5度位置，该透镜的屈光力下降为及7D,虽斜向散光被完全桥正。但这透镜的 平均斜向屈光力改变了-0,2D。即这个透镜在35度时有一个-02D的平均斜向屈光 误差。 如果透镜从它聚焦点弯由处被磨平，主子午线屈光力增如，见图11-1h,一个 带有基弧为4.0的透镜和后项点屈光力透镜相同，该形状在跟球转离光拍时被看作 为有一小部分但一直增如的色觉散光。斜白散光的误差的量在35度时为+0.25，这 个小柱镜的慎颗斑的影响必定小于在图1山-16a中描述的点聚焦形状的0.25知球形通 镜模物斑的影响
6 眼镜片所成的像当然有各种像差，由于位于眼转动中心处的光阑很小，球差和彗 差均很小，可忽略不计。色差虽然存在，但配戴消色差镜片又嫌太笨重。其实，戴镜 所关注的主要是横向色散。而横向色散若不超过 0.1，则影响不大。例如，+3.00D 皇冠玻璃镜片，在镜径为 4 毫米范围内，其横向色散不超过此值。若为+10.00D 镜片， 镜径则不宜大于 12 毫米。而且由于眼睛对光谱两端敏感度降低，镜片色散几乎不易 觉察，故色差也显得不很严重。设计者主要考虑的只有斜向像散和畸变，要克服此类 像差，我们可通过控制以下变量： A. 由镜片后顶点至眼转动中心的距离； B. 镜片厚度； C. 镜片折射率； D. 在总屈光力保持一定值 F 的情况下，可调整面屈光力 F1 和 F2 的值（即可改 变镜片的片形）。 第二节 镜片设计最佳形式 在矫正屈光不正的情况下，镜片像质的好坏直接关系到人眼视物的清晰程度以及 舒适度。对于常用的单光镜片，无法借助不同透镜组合矫正像差，只能在改变片形的 条件下把像差控制在较小的范围。因而，国内外许多镜片设计者致力于设计出像质好 的最佳镜片形式。 当眼镜片的厚度被忽略时，可以用眼镜片后顶点屈光力来表示，而这个度数等于 它前后两个屈光力表面的代数和。这样的话，如果一个镜片前表面的屈光力是+9.00D， 后表面屈光力是-5.00D，那么这个透镜的总屈光力是+4.00D。 一、 离轴光线 优质镜片的表面屈光力经过精密的计算后，可以消除或者至少减少在成像质量上 的某些像差。对大部分人来说，大脑更容易适应畸变，这种像差只有在镜片形状或者 处方有很大变动的前提下才会产生，而且镜片设计者也能给予一些设计调整来消除。 在镜片设计上，主要仍存在的像差是斜向像散和场曲。 在透镜被弯曲为消除斜向散光的形状，常用德语词汇 Punktal 来描述，即点聚焦。 在 35 度位置，该透镜的屈光力下降为+3.75D，虽斜向散光被完全矫正，但这透镜的 平均斜向屈光力改变了-0.25D，即这个透镜在 35 度时有一个-0.25D 的平均斜向屈光 误差。 如果透镜从它聚焦点弯曲处被磨平，主子午线屈光力增加，见图 11-16b，一个 带有基弧为-4.50 的透镜和后顶点屈光力透镜相同，该形状在眼球转离光轴时被看作 为有一小部分但一直增加的色觉散光。斜向散光的误差的量在 35 度时为+0.25D，这 个小柱镜的模糊斑的影响必定小于在图 11-16a 中描述的点聚焦形状的 0.25D 球形透 镜模糊斑的影响
在蛋透镜的屈光力酸降为山000的基本面率，视野图上暴不了球形透镜主子罕】 的斜向溪点届光力增加到一定点，此时，眼球内的焦线将位于祝网膜旁且到程网颗等 距。在35度。适镜的偏轴屈光力是+3855/+0,30C。与偏轴屈光力相比，主子午线 的屈光力要强0,15D,而弧矢线上的屈光力要写0,1即。透镜的平均屈光力为+4.000。 因此，Prc1va】透镜的设计，无疑它消障了区域的平均斜向像散。 二，Tschering's料圆 现代镜片设计己经进入了计算机轴助设计时代，通过计算机能够制作出丰常精确 的三角射线追踪路径，形成视野图。星本需要数天时间手工计算画制的工作，用计算 机儿炒中就可以完成。在计算机美生之前，镜片设计者在试图缩减设计新型镜片所需 时间的研究中，将一些点焦形式（最佳形式）的由率半径排列成表，形减了一个合理 的屈光系列表，即通过所谓的球面三阶理论计算而米，由此获得了最好的镜片透镜形 状。 在l9世纪，这种方法已在镜片设计中被采钠.值得注意的是Airy和Tscherning, 尤其是Tscherning:根据三阶理论计算，得到了镜片形状和屈光力之闻的关系。后 米，hitwen指出，Tscherming方程解将形成一个料圆，这瓷是今天广为人知的 Tscherning桶圆。这样的桶圆能够形成一个点聚焦，减少主子午线误差的形状，并 且能用于道用镜片和远用镜片的设计。 第三节基或对镜片光学质量的影响 近年米，许多镜片设计者为了进一步满足市场对眼镜片的盾求，己经尝试对眼镜 片的表面采用丰常平的基弧设计。我们在考虑使夏镜片更轻更薄的同时，也必须对基 弧有一个正确的认识和选择， Tscherning(1904)制定了具有近乎完美光学质量的球面曲线，但这些由线非常 陡帕，不能满足戴镜者对平且博眼镜片的祝凭需求，以1.5折财率+3.000眼镜片的 Tscherning曲线&83D为例，当通过银镜片的轴外视物时，使用比Tscherning推荐 的更平更薄的球面曲线会导致光学缺陷，如果场由和解白像散超出一定的视觉阀值可 能会响戴镜者的视凳舒适度。这项研究是针对3刘注视范围内的中心视力，如果使 用比Tscherning推荐的更平曲线，会在30范围以外产生影响戴镜者周边和动态祝 力的明显变形现象。 为了调足戴镜者对平且薄的跟镜片的需求，一些镜片设计者已经成弃了破峭的 Tscherning由线。而尽可能通过完睿基弧图来获得综合考虑美观和光学质量的最佳 方法。例如1,5折射率+3,000取镜片采用&500基弧。不但可以获得较平基弧的眼 镜片，而且不改变光学质量，即在30度注祝方向的场由是Q.11D,斜向像散是0.20 (表11-1)
7 在透镜的屈光力被降为-4.00D 的基本曲率，视野图上显示了球形透镜主子午线 的斜向顶点屈光力增加到一定点，此时，眼球内的焦线将位于视网膜旁且到视网膜等 距。在 35 度，透镜的偏轴屈光力是+3.85DS/+0.30DC。与偏轴屈光力相比，主子午线 的屈光力要强 0.15D，而弧矢线上的屈光力要弱 0.15D。透镜的平均屈光力为+4.00D。 因此，Percival 透镜的设计，无疑它消除了区域的平均斜向像散。 二、Tschering’s 椭圆 现代镜片设计已经进入了计算机辅助设计时代，通过计算机能够制作出非常精确 的三角射线追踪路径，形成视野图。原本需要数天时间手工计算画制的工作，用计算 机几秒钟就可以完成。在计算机诞生之前，镜片设计者在试图缩减设计新型镜片所需 时间的研究中，将一些点焦形式（最佳形式）的曲率半径排列成表，形成了一个合理 的屈光系列表，即通过所谓的球面三阶理论计算而来，由此获得了最好的镜片透镜形 状。 在 19 世纪，这种方法已在镜片设计中被采纳。值得注意的是 Airy 和 Tscherning， 尤其是 Tscherning。根据三阶理论计算，得到了镜片形状和屈光力之间的关系。后 来，Whitwen 指出，Tscherning 方程解将形成一个椭圆，这就是今天广为人知的 Tscherning 椭圆。这样的椭圆能够形成一个点聚焦，减少主子午线误差的形状，并 且能用于近用镜片和远用镜片的设计。 第三节 基弧对镜片光学质量的影响 近年来，许多镜片设计者为了进一步满足市场对眼镜片的需求，已经尝试对眼镜 片的表面采用非常平的基弧设计。我们在考虑使眼镜片更轻更薄的同时，也必须对基 弧有一个正确的认识和选择。 Tscherning（1904）制定了具有近乎完美光学质量的球面曲线，但这些曲线非常 陡峭，不能满足戴镜者对平且薄眼镜片的视觉需求。以 1.5 折射率+3.00D 眼镜片的 Tscherning 曲线 8.83D 为例，当通过眼镜片的轴外视物时，使用比 Tscherning 推荐 的更平更薄的球面曲线会导致光学缺陷，如果场曲和斜向像散超出一定的视觉阈值可 能会影响戴镜者的视觉舒适度。这项研究是针对 30注视范围内的中心视力，如果使 用比 Tscherning 推荐的更平曲线，会在 30范围以外产生影响戴镜者周边和动态视 力的明显变形现象。 为了满足戴镜者对平且薄的眼镜片的需求，一些镜片设计者已经放弃了陡峭的 Tscherning 曲线，而尽可能通过完善基弧图来获得综合考虑美观和光学质量的最佳 方法。例如 1.5 折射率+3.00D 眼镜片采用 6.50D 基弧，不但可以获得较平基弧的眼 镜片，而且不改变光学质量，即在 30 度注视方向的场曲是 0.11D，斜向像散是 0.29D （表 11-1）
当雷与睛匹配时，X采用的较平氯虽然铁得了美观，但却有损光学质 量，例如采用5.000基弧的+3.00眼镜片在30°方向的场由为0.300，斜向像散为0.00 (表11-2)， (一)采用平坦基就 对于1.5折射半+3.00的定制片，如果选择3.500的基弧会增如很多光学缺陌， 即在30方向的场曲达到0.54D,斜向像散达到0.77（表11-1）· 表1-】对于不月的基元设计，1.5折射率眼镜片的光学质量 贝要场曲和料向像散不超出一定视觉树值，都么由于基弧变平而导致增加的场曲 和斜向像散不会有损于视觉质量：但如果超出了这个限度，它们的联合效果会严重影 响戴镜者的视敏度。以表11-1所示为例，在反00心基弧的条件下，藏镜者在30方 白观察Regn视力表时会适成一行模精，但如果银镜片采用的是3.50D基元则会有四 行产生核糊。 (二)非球正愤片的情况 为了使更多的单免眼镜片变平，眼镜片设计者采用了能将光学缺陪减到最小的最 优化的非球面由线，根据所选基弧米计算完善非球面眼镜片的光度数，接近理想的 眼镜片的屈光度数具采用相月的非球而曲线，当深用的由线超出推荐范围时，非球面 眼镜片的光学性能会迅速被改变。例如，对于1,6折射率+1.0的丰球面限镜片， 如果采用过平的基弧结果会如何呢？正如表11-2所示，在30方向的场由和斜向像 散会增加许多。 (三)渐进多偏点镜片的情况 渐选多焦点镜片具有类似的现象。近用视力更容易受到过平基弧的影响。光学质 量的损害现象一般可以通过等球镜图和等柱镜图来说明。例如，随着1.5折射半 +3.00D眼镜片基弧的减少(6,50,5.50,400D),会反应出越来越多的缺陷，过平 甚弧的渐进多焦点镜片设计并不能期望设计出完暮的视觉效果。 设计者们在考虑尽可能满足眼镜片轻且薄需求的同时，又要确保祝力清晰，技术 市场己经规定了风的基氧范围必须具备良好的光学质量，使用比裤荐更平的曲线会 产生有规戴镜者舒适视力的光学缺省（场由或斜向像散）。 第四节特森镜片的设计 球面设计 1.丰球面镜片术语非球面的意思是“不是球面的”。球镜的表面是规则的， 如同球或者球面的表面一样，有一个特定的曲率率径。非球面镜片表面的形状是变化 的，整个表面的曲率华轻都是不相同的
8 当基弧需与眼睛匹配时，UPX 采用的较平基弧虽然获得了美观，但却有损光学质 量，例如采用 5.00D 基弧的+3.00 眼镜片在 30方向的场曲为 0.30D，斜向像散为 0.50D （表 11-2）。 （一）采用平坦基弧 对于 1.5 折射率 +3.00 的定制片，如果选择 3.50D 的基弧会增加很多光学缺陷 ， 即在 30方向的场曲达到 0.54D，斜向像散达到 0.77（表 11-1）。 表 11-1 对于不同的基弧设计，1.5 折射率眼镜片的光学质量 只要场曲和斜向像散不超出一定视觉阈值，那么由于基弧变平而导致增加的场曲 和斜向像散不会有损于视觉质量；但如果超出了这个限度，它们的联合效果会严重影 响戴镜者的视敏度。以表 11-1 所示为例，在 5.00D 基弧的条件下，戴镜者在 30方 向观察 Regan 视力表时会造成一行模糊，但如果眼镜片采用的是 3.50D 基弧则会有四 行产生模糊。 （二）非球面镜片的情况 为了使更多的单光眼镜片变平，眼镜片设计者采用了能将光学缺陷减到最小的最 优化的非球面曲线，根据所选基弧来计算完善非球面眼镜片的屈光度数。接近理想的 眼镜片的屈光度数只采用相同的非球面曲线，当采用的曲线超出推荐范围时，非球面 眼镜片的光学性能会迅速被改变。例如，对于 1.6 折射率+1.50D 的非球面眼镜片， 如果采用过平的基弧结果会如何呢？正如表 11-2 所示，在 30方向的场曲和斜向像 散会增加许多。 （三）渐进多焦点镜片的情况 渐进多焦点镜片具有类似的现象，近用视力更容易受到过平基弧的影响。光学质 量的损害现象一般可以通过等球镜图和等柱镜图来说明。例如，随着 1.5 折射率 +3.00D 眼镜片基弧的减少（6.50，5.50，4.00D），会反应出越来越多的缺陷，过平 基弧的渐进多焦点镜片设计并不能期望设计出完善的视觉效果。 设计者们在考虑尽可能满足眼镜片轻且薄需求的同时，又要确保视力清晰，技术 市场已经规定了 UPX 的基弧范围必须具备良好的光学质量。使用比推荐更平的曲线会 产生有损戴镜者舒适视力的光学缺陷（场曲或斜向像散）。 第四节 特殊镜片的设计 一、 非球面设计 1. 非球面镜片 术语非球面的意思是“不是球面的”。球镜的表面是规则的， 如同球或者球面的表面一样，有一个特定的曲率半径。非球面镜片表面的形状是变化 的，整个表面的曲率半径都是不相同的
么丰球面设计的目的为了能够碱少光孕挤正镜片的保差：使镜片史平，从而 减少放大率，使镜片更受欢迎：获得更薄、更轻的镜片，以及设计渐进多鼎点镜片， (1)非球面设计的光学目的：大部分屈光力镜片的制迹是使用规则的球面， 但是镜片屈光力超出+7.000-2300D的范围，必需使用非球面设计. 非球面镜片表面是在距离光学中心的某一位置开始，镜片表面以合适的速度渐渐 改变了原有的曲率，从面抵消周边像差。 (2)非球面设计的变平目的：对于球镜的基江，属光力越高，则基弧越陡帅： 然而基弧越陵销，镜片外观就越精糕。选择较平基弧可以使镜片外观不显凸出、更美 观，而且也使放大率诚少，甚至看上去更薄了，由于平基弧减少了故大率，使服镜者 的限晴看上去没那么大了， 不幸的是，如果仅仪诚平球面镜片会破坏其光学性能。在镜片周边，球镜屈光力 会改变（场曲），并且会产生不期望的散光（斜向像散）。然面，如果减平的镜片表 面是非球面，就有可能同时获得美观和良好的光学性能。 (3)变平基弧的另一源因：基无越徒帕。镜片就越容易从金属镜柜移出。一 般根少为了使镜片基弧和镜框相匹配面减平基弧。但是与其减平球面镜片，还不如使 用更平的非球面设计的镜片。 (4)非球面设计的减薄日的（几何幸球面性）：非噻国设计可以使镜片更薄， 针对正镜片使用非球面设计，向镜片边缘方向减平镜片前表面或者后表面，亦或镜片 前后两面。减平镜片的周边可以使整个镜片更薄。 对于薄的负镜片，使镜片前表面陆帕，向镜片周边方向减平后表面，本或两面都 减平，这样可以减少镜片的边缘厚度， (5)制透渐选屈光力变化的非球面设计，根据定义。任何镜片表面不是缘面 的就是丰球面的，渐进多焦点镜片是通过一个渐进的变对的的表而曲率来获得加光度 数。 大部分渐选多集点镜片的设计继铁遵循与球面基弧设计相月的规则。换句话说， 镜片的远用区域的基氟与所需要的球面矫正镜片的基弧相同。 渐进多焦点镜片也可以在运用区域采用诚平的基弧。为了道免不期望的像差产 生。镜片的前表面应该是非球面性的。如月其他丰渐进的非球面镜片。 3.丰球面设计避免为移心面酵制棱镜当球面的单光镜片静片时，制片工厂能 够将光学中心磨制在镜片的任何位置，这是为了获得移心而磨制棱镜，为了移心而磨 制棱镜可以使镜片光学中心远离镜片毛坯中心而没有产生任何其它光学问题。另外， 当镜片毛坏对镜瓶尺寸而言太小时，移心棱镜是一个解决办法。 但是如果光学中心远离非球面镜片毛还的几何中心会发生什么见？如果移心幸 球面镜片的光学中心，非球面性将相对偏离眼睛的位置。当眼晴注祝某一方向时，会
9 2. 非球面设计的目的 为了能够减少光学矫正镜片的像差；使镜片更平，从而 减少放大率，使镜片更受欢迎；获得更薄、更轻的镜片，以及设计渐进多焦点镜片。 （1） 非球面设计的光学目的：大部分屈光力镜片的制造是使用规则的球面， 但是镜片屈光力超出+7.00D-23.00D 的范围，必需使用非球面设计。 非球面镜片表面是在距离光学中心的某一位置开始，镜片表面以合适的速度渐渐 改变了原有的曲率，从而抵消周边像差。 （2） 非球面设计的变平目的：对于球镜的基弧，屈光力越高，则基弧越陡峭。 然而基弧越陡峭，镜片外观就越糟糕。选择较平基弧可以使镜片外观不显凸出、更美 观，而且也使放大率减少，甚至看上去更薄了，由于平基弧减少了放大率，使戴镜者 的眼睛看上去没那么大了。 不幸的是，如果仅仅减平球面镜片会破坏其光学性能。在镜片周边，球镜屈光力 会改变（场曲），并且会产生不期望的散光（斜向像散）。然而，如果减平的镜片表 面是非球面，就有可能同时获得美观和良好的光学性能。 （3） 变平基弧的另一原因：基弧越陡峭，镜片就越容易从金属镜框移出。一 般很少为了使镜片基弧和镜框相匹配而减平基弧。但是与其减平球面镜片，还不如使 用更平的非球面设计的镜片。 （4） 非球面设计的减薄目的（几何非球面性）：非球面设计可以使镜片更薄。 针对正镜片使用非球面设计，向镜片边缘方向减平镜片前表面或者后表面，亦或镜片 前后两面。减平镜片的周边可以使整个镜片更薄。 对于薄的负镜片，使镜片前表面陡峭，向镜片周边方向减平后表面，亦或两面都 减平，这样可以减少镜片的边缘厚度。 （5） 制造渐进屈光力变化的非球面设计：根据定义，任何镜片表面不是球面 的就是非球面的。渐进多焦点镜片是通过一个渐进的变陡峭的表面曲率来获得加光度 数。 大部分渐进多焦点镜片的设计继续遵循与球面基弧设计相同的规则。换句话说， 镜片的远用区域的基弧与所需要的球面矫正镜片的基弧相同。 渐进多焦点镜片也可以在远用区域采用减平的基弧。为了避免不期望的像差产 生，镜片的前表面应该是非球面性的，如同其他非渐进的非球面镜片。 3. 非球面设计避免为移心而磨制棱镜 当球面的单光镜片磨片时，制片工厂能 够将光学中心磨制在镜片的任何位置，这是为了获得移心而磨制棱镜。为了移心而磨 制棱镜可以使镜片光学中心远离镜片毛坯中心而没有产生任何其它光学问题。另外， 当镜片毛坯对镜框尺寸而言太小时，移心棱镜是一个解决办法。 但是如果光学中心远离非球面镜片毛坯的几何中心会发生什么呢？如果移心非 球面镜片的光学中心，非球面性将相对偏离眼睛的位置。当眼睛注视某一方向时，会
很筷到达非球面区线，百转而注程另一可时，则段有足够快电到达非球面区城。荷 而言之，非球面镜片的光学中心必须保持与镜片毛坏的几何中心在同一位置。 4.配镜准则对丰球面设计的重要性优化设计的妻球面镜片能够铁得最佳的 光学性能和美现，国是必须提霏的是，非球面镜片决不允许犯配镜错误。如果球镜设 有完全符合各项合适的配适规则，戴镜者仍然可伦得到满意的视觉效果，但是如果非 球面镜片配适不当，镜片的光学性能会比球面基弧的镜片更精糕。 (1)非球面的配适指导，丰球面镜片的配适规则与其它任何镜片的精确配适 规则没有实质区别，包括测量单恩靡距，测量主参考点高度，以及调整镜框倾斜角度。 1)测量单取罐距：眼晴必须水平正对镜片的“非球面同心环”。测量运用的单 银瞳距可以确保正好对准。 2)测量主参考点和补整顿斜角度：首先，测量主参考点。然后使用顿斜补偿规 则，即颜斜角度每2度，主参考点高度减去1国。非球面区城必须集中圆烧镜片的光 学中心，因此，即使根据惧解补偿规则下移量超过5毫米，也不要移动主参考点低于 雕孔中心下方5毫米，·太往下移动主参考点可能导致周边的非球面区域干扰正常的 远用视力。 3》另一种测定主参考点高度的方法：顿斜头部测量。 测定主参考点高度的另一种方法是，首先配镜者的头部向后倾解，直至镜框面与 地面垂直。紧接着测量主参考点高度。（如果镜医顿斜角度很大，重新测量头部没有 倾斜时的高度，测量的差异应该小于5毫米。)这种头部顿斜方法与顿斜角度的补整 方法结果相同。且更为简便。 配适非球面镜片的指南总结，见表11-3。 表11-3非球面配适指南 A测量单银确距： 民根据习惯方式，测量主参考点高度：然后顿斜角度每颜斜2度，主参考点 高度减去1国（光学中心应该不低于童孔下方5m): C测定主参考点的另一种方法：首先，配镜者头部向后倾斜直至镜框面与地 面垂直。然后，测量这个位置的主参考点高度，应该与颜斜角度的补禁规则的测定 结果相同： D对于球面镜片，严禁警制棱镜来移心。移动完学中心离开从非球面区域 中心会破坏球面的光学优势， 三、高度正镜片设计 无品状体银配戴高度正镜片的现象至今还是存在，因此研制发展了许多高度正镜 片的设计， (一)球面镜片 10
10 很快到达非球面区域，当转而注视另一方向时，则没有足够快地到达非球面区域。简 而言之，非球面镜片的光学中心必须保持与镜片毛坯的几何中心在同一位置。 4. 配镜准则对非球面设计的重要性 优化设计的非球面镜片能够获得最佳的 光学性能和美观，但是必须提醒的是，非球面镜片决不允许犯配镜错误。如果球镜没 有完全符合各项合适的配适规则，戴镜者仍然可能得到满意的视觉效果。但是如果非 球面镜片配适不当，镜片的光学性能会比球面基弧的镜片更糟糕。 （1） 非球面的配适指导：非球面镜片的配适规则与其它任何镜片的精确配适 规则没有实质区别，包括测量单眼瞳距、测量主参考点高度，以及调整镜框倾斜角度。 1） 测量单眼瞳距：眼睛必须水平正对镜片的“非球面同心环”。测量远用的单 眼瞳距可以确保正好对准。 2） 测量主参考点和补偿倾斜角度：首先，测量主参考点。然后使用倾斜补偿规 则，即倾斜角度每 2 度，主参考点高度减去 1mm。非球面区域必须集中围绕镜片的光 学中心，因此，即使根据倾斜补偿规则下移量超过 5 毫米，也不要移动主参考点低于 瞳孔中心下方 5 毫米，。太往下移动主参考点可能导致周边的非球面区域干扰正常的 远用视力。 3）另一种测定主参考点高度的方法：倾斜头部测量。 测定主参考点高度的另一种方法是，首先配镜者的头部向后倾斜，直至镜框面与 地面垂直，紧接着测量主参考点高度。（如果镜框倾斜角度很大，重新测量头部没有 倾斜时的高度。测量的差异应该小于 5 毫米。）这种头部倾斜方法与倾斜角度的补偿 方法结果相同，且更为简便。 配适非球面镜片的指南总结，见表 11-3。 表 11-3 非球面配适指南 A. 测量单眼瞳距； B. 根据习惯方式，测量主参考点高度；然后倾斜角度每倾斜 2 度，主参考点 高度减去 1mm（光学中心应该不低于瞳孔下方 5mm）； C. 测定主参考点的另一种方法：首先，配镜者头部向后倾斜直至镜框面与地 面垂直。然后，测量这个位置的主参考点高度，应该与倾斜角度的补偿规则的测定 结果相同； D. 对于非球面镜片，严禁磨制棱镜来移心。移动光学中心离开从非球面区域 中心会破坏非球面的光学优势。 三、高度正镜片设计 无晶状体眼配戴高度正镜片的现象至今还是存在，因此研制发展了许多高度正镜 片的设计。 （一）球面镜片