1、 第九章第九章 眼鏡片的設計眼鏡片的設計一、眼鏡片的作用一、眼鏡片的作用1. 眼鏡片解決的問題眼鏡片解決的問題 改善視網膜光學像清晰（球鏡或柱鏡）改善視網膜光學像清晰（球鏡或柱鏡） 改變眼看清晰像的空間范圍（球鏡改變眼看清晰像的空間范圍（球鏡, ,漸進鏡）漸進鏡） 改變眼的調節需求（球鏡改變眼的調節需求（球鏡, ,漸進鏡）漸進鏡） 改變視網膜上的成像位置改變視網膜上的成像位置 （三棱鏡）（三棱鏡） 2. 眼鏡矯正引起的其他變化眼鏡矯正引起的其他變化視覺空間的變化視覺空間的變化視網膜光學像大小的變化視網膜光學像大小的變化雙眼視機能的變化（集合）雙眼視機能的變化（集合）視中樞融合功能的變化（等像鏡

2、設計）視中樞融合功能的變化（等像鏡設計）例例1例例2 調節變化調節變化 調節性集合變化調節性集合變化 眼位變化眼位變化 融合功能變化融合功能變化 OD/OS: - 4.00D 全矯看33cm： 3 exo 加add+1.50后：14exo AC/A：7.3/D 所用調節量： 全矯： 3D 欠矯： 1.5D 所用調節性集合： 全矯：21.9 欠矯：11 所用正融合性集合：全矯： 3 欠矯：14 統計平均值的正融合性集合范圍：約20二、像與像差二、像與像差1.1.像像 從同一發光點發出的從同一發光點發出的單心光束單心光束，經光學系經光學系統反射或折射后，折射光線或統反射或折射后，折射光線或其其延長

3、線仍延長線仍能會聚為一點的能會聚為一點的單心光束單心光束，則入射光束發，則入射光束發出點為出點為物物，折射或反射光束的會聚點為，折射或反射光束的會聚點為像像，這樣的像稱為這樣的像稱為理想像理想像或或完善像完善像。2. 像差像差 從同一發光點發出的從同一發光點發出的單心光束單心光束，經光學系統經光學系統反射或折射后，折射光線或其延長線并不能反射或折射后，折射光線或其延長線并不能會聚為一點，而成為會聚為一點，而成為像散光束像散光束，像散光束像散光束在在理想像理想像的位置所形成的實際的位置所形成的實際影像影像與與理想像理想像的的偏差稱為偏差稱為像差像差。三、眼鏡片的設計三、眼鏡片的設計1. 引言引言

4、 一個眼鏡片僅在它的中心一個眼鏡片僅在它的中心區域（戴鏡者沿光軸注視區域（戴鏡者沿光軸注視時）矯正患者的屈光不正時）矯正患者的屈光不正。戴鏡者轉動眼睛離開透。戴鏡者轉動眼睛離開透鏡中心注視，由于像差的鏡中心注視，由于像差的存在，會看目標模糊、變存在，會看目標模糊、變形或出現彩色。形或出現彩色。1.1 眼鏡片設計的主要的目眼鏡片設計的主要的目 使偏離眼鏡片中心注視的像差減到最小。使偏離眼鏡片中心注視的像差減到最小。1.2 涉及的問題涉及的問題 適當地選擇眼鏡片前表面焦度或者說是適當地選擇眼鏡片前表面焦度或者說是基弧（基弧（base curve）。）。 頂點距離（頂點距離（vertex dista

5、nce）。）。 注視物的距離注視物的距離 保持正常的雙眼視保持正常的雙眼視2. 遠點與遠點球遠點與遠點球 2.1 遠點：遠點：調節靜止時，視網膜黃斑凹共軛的點稱為遠點遠點。2.2 遠點球遠點球 調節靜止的眼球旋轉時，視網膜黃斑凹共軛點的軌跡形成的球面稱為遠點球遠點球。遠點球遠點球眼球旋轉中心眼球旋轉中心近視眼的遠點和遠點球近視眼的遠點和遠點球遠點球遠點球遠點遠點3. 像差與視覺像差與視覺初級幾何像差初級幾何像差色差色差軸向色差軸向色差橫向色差橫向色差單色像差單色像差球差球差彗差彗差像散像散像面彎曲像面彎曲畸變畸變3.1 初級幾何像差分類初級幾何像差分類 球差球差軸上物點以粗光束入射時，經球面光

6、學系統在理想像面產生圓形光斑的像差稱為球差。對視覺的主要影響就是模糊對視覺的主要影響就是模糊 彗差軸外物點發出的粗光束經實際光學系統后在理想像面形成彗星形光斑的像差叫做彗差彗差。 像散像散 離軸物點發出的細光束，經球面光學系離軸物點發出的細光束，經球面光學系統后，形成像散光束，在理想像面上產統后，形成像散光束，在理想像面上產生橢圓形光斑的像差叫做生橢圓形光斑的像差叫做像散。像散。像散光束的特點：像散光束的特點： 有兩條線狀的光斑稱為有兩條線狀的光斑稱為焦線焦線 有一個圓形光斑稱為有一個圓形光斑稱為最小彌散圓最小彌散圓 有無數橢圓有無數橢圓透鏡的像散與人眼的散光透鏡的像散與人眼的散光 英文詞匯英

7、文詞匯：astigmatism 相同：規則散光與象散像差圖形相同相同：規則散光與象散像差圖形相同 不同：含義不同不同：含義不同 起因不同起因不同 在視光學中像散在視光學中像散 像差也稱為斜向像差也稱為斜向 散光。散光。 像曲像曲 一個平面的物所成的像為曲面的像差叫一個平面的物所成的像為曲面的像差叫做像場彎曲。做像場彎曲。 當光學系統存在較大場曲時，就不能使當光學系統存在較大場曲時，就不能使平面物體上的各點同時清晰成像。此時，平面物體上的各點同時清晰成像。此時，若把中心調焦清晰了，邊緣就變得模糊；若把中心調焦清晰了，邊緣就變得模糊；反之，邊緣調清晰后，則中心就變得模反之，邊緣調清晰后，則中心就變

8、得模糊，如下圖。糊，如下圖。 畸變像變形的成像缺陷叫做像變形的成像缺陷叫做 畸變畸變。 軸向色差軸向色差軸上物點發出的白光經光學系統后由于不同顏色的光在軸上像點位置不同而產生的像差叫做軸向色差。白光透鏡屏幕SFSCS 橫向色差橫向色差 軸外物點發出的白光經光學系統后由于不軸外物點發出的白光經光學系統后由于不同色光所成像點的高度不同而造成的像差同色光所成像點的高度不同而造成的像差稱為稱為橫向色差（橫向色差（TCA）。 FFFCh人眼瞳孔控制入射光束粗細，使得與光束粗人眼瞳孔控制入射光束粗細，使得與光束粗細有關的像差很小而不影響視覺。細有關的像差很小而不影響視覺。自然瞳孔自然瞳孔散瞳瞳孔散瞳瞳孔3

9、. 2 鏡片像差對視覺的影響鏡片像差對視覺的影響影響矯正眼視覺的鏡片像差影響矯正眼視覺的鏡片像差 斜散光（像散）斜散光（像散） 像面彎曲（像曲）像面彎曲（像曲） 畸變畸變 橫向色差橫向色差1）理想的鏡片）理想的鏡片 外界任意位置的外界任意位置的物點物點通過鏡片任何位置都通過鏡片任何位置都能成像在遠點球上成能成像在遠點球上成點像點像。即，眼從鏡片。即，眼從鏡片任何位置看都能清晰成像。任何位置看都能清晰成像。遠點球遠點球2 2）像散）像散 軸外的點發出的同心光束經透鏡折射后成為軸外的點發出的同心光束經透鏡折射后成為像散光束而產生像差為像散光束而產生像差為像散像散，也稱，也稱斜向散光斜向散光（ ob

10、lique astigmatism ）。）。子午面子午面弧矢面弧矢面光軸光軸3 3）像曲與焦度誤差）像曲與焦度誤差 平面的物，像是彎曲造成的像差為平面的物，像是彎曲造成的像差為像曲像曲（ Curvature of the field ）； 像曲像曲與與遠點球遠點球之間的偏差稱為之間的偏差稱為焦度誤差焦度誤差（ Power error）焦度誤差焦度誤差像曲像曲像曲像曲遠點球遠點球 像散像散與與像曲像曲相伴而生，都是當眼球旋轉時相伴而生，都是當眼球旋轉時通過球鏡周邊觀察時產生的像差。兩條焦通過球鏡周邊觀察時產生的像差。兩條焦線與遠點球的相對位置與鏡片形狀有關。線與遠點球的相對位置與鏡片形狀有關。二

11、者對視覺的主要影響是造成視網膜像模糊。二者對視覺的主要影響是造成視網膜像模糊。3）畸）畸 變變 畸變畸變（ Distortion ）只引起像的變形，而對像）只引起像的變形，而對像的清晰度并無影響。對于一般的光學系統的清晰度并無影響。對于一般的光學系統，只要相對畸變，只要相對畸變q q4%4%，就感覺不出變形。，就感覺不出變形。 戴正球鏡者，產生枕戴正球鏡者，產生枕 形畸變，戴負球者產形畸變，戴負球者產 生桶形畸變。生桶形畸變。 眼鏡片形的改變，畸變也會改變，這也是眼鏡片形的改變，畸變也會改變，這也是更換鏡片時發生在周邊的主要問題之一。更換鏡片時發生在周邊的主要問題之一。 對大多數人來說，畸變是

12、容易適應的，在對大多數人來說，畸變是容易適應的，在鏡片設計中不作為重點考慮。鏡片設計中不作為重點考慮。4）橫向色差（）橫向色差（TCA） 低對比度下注意不到彩色，但會影響一定視力。低對比度下注意不到彩色，但會影響一定視力。分析公式：分析公式： TCA=P/VP-棱鏡度數V-阿貝數 臨界值：0.1，大于該值易感覺到。 +4.00D的鏡片，0.1的位置？ 建議：盡可能選高建議：盡可能選高V值材料的鏡片。值材料的鏡片。三、鏡片設計三、鏡片設計 1. 1. 鏡片度數的形成鏡片度數的形成111rnF221rnF21FFF2111FFntFF前表面度數前表面度數后表面度數后表面度數薄透鏡的度數薄透鏡的度數

13、厚透鏡的度數厚透鏡的度數光學十字表示光學十字表示 +4.00D的球鏡+=+8.00D+8.00D- 4.00D- 4.00D+ 4.00D+ 4.00D +4.00DS+2.00DC90+=+8.00D+8.00D- 4.00D- 2.00D+ 4.00D+ 6.00D+ 5.00D+ 5.00D- 3.00D- 3.00D+8.00D+8.00D2. 片型片型 鏡片前后兩表面曲率之間的搭配關系稱為鏡片前后兩表面曲率之間的搭配關系稱為鏡片形狀鏡片形狀，簡稱，簡稱片形片形。常用片形常用片形 新月鏡片：凸的前表面和凹的后表面 扁平鏡片：正球：雙凸或平凸 負球：雙凹或平凹3. 基基 弧及其選擇弧及其

14、選擇 3.1基弧基弧 眼鏡片作為基準的那個表面的曲率，一般眼鏡片作為基準的那個表面的曲率，一般以面焦度表示。以面焦度表示。說明說明 基弧決定了給定焦度眼鏡片的片形基弧決定了給定焦度眼鏡片的片形。另。另一表面的焦度由鏡片焦度和基弧焦度決定。一表面的焦度由鏡片焦度和基弧焦度決定。 作為半成品的毛坯，基弧是已研磨好的作為半成品的毛坯，基弧是已研磨好的那面的曲率，通常是前表面。那面的曲率，通常是前表面。 成品鏡片的基弧是生產商預先選定好的成品鏡片的基弧是生產商預先選定好的2111FFntFF 基弧可以影響戴鏡者的畸變和眼鏡放大率。眼鏡放大率眼鏡放大率是指戴上矯正眼鏡和未矯正眼鏡看遠處同一物體時的視網膜

15、像的大小之比。11111FntlFMF 鏡片焦度鏡片焦度F1 鏡片前表面焦度鏡片前表面焦度t 鏡片中央厚度鏡片中央厚度l 鏡片后頂點至眼前主點的距離鏡片后頂點至眼前主點的距離n 鏡片折射率鏡片折射率 戴不同基弧的眼鏡看周邊會感覺不同。3.2 鏡片設計考慮的因素鏡片設計考慮的因素 1）機械因素）機械因素橋高橋高扁平鏡片扁平鏡片彎曲鏡片彎曲鏡片+4.00 D各種基弧鏡片比較各種基弧鏡片比較+4.00 D LensesBase CurveCenterPlateWeight10.00 D Base6.9 mm15.3 mm21.7 g8.00 D Base6.3 mm11.7 mm19.5 g6.00

16、 D Base6.0 mm8.7 mm18.3 g4.00 D Base5.9 mm6.0 mm17.7 g-4.00 D各種基弧鏡片比較各種基弧鏡片比較-4.00 D LensesBase CurveEdgePlateWeight6.00 D Base8.7 mm16.4 mm25.4 g4.00 D Base7.8 mm12.8 mm24.0 g2.00 D Base7.3 mm9.7 mm23.2 g0.00 D Base7.0 mm7.0 mm22.8 g小結小結 扁平鏡片的優勢：薄、輕、美觀，正鏡易扁平鏡片的優勢：薄、輕、美觀，正鏡易裝配裝配2）光學因素）光學因素 彎曲的鏡片像差最小

17、，較大的清晰視野范彎曲的鏡片像差最小，較大的清晰視野范圍，眼鏡倍率較大。圍，眼鏡倍率較大。 扁平的鏡片眼鏡倍率小，像差較大。扁平的鏡片眼鏡倍率小，像差較大。 選擇合適的選擇合適的基弧基弧使最有害像差，即使最有害像差，即斜散光斜散光和和像曲像曲最小化。最小化。3.3 鏡片設計原則鏡片設計原則歷史歷史 1804，W. Wollaston（沃拉斯頓）建立的基弧特點：片形較陡（曲率大） 1898，F. Ostwa（奧斯塔瓦）發展的基弧特點：片形較平（曲率小） 1904, M. Tscherning（切爾寧）用數學證明了以上兩個片形都可解決斜向散光問題。目前的鏡片片形基弧用后者。Tscherning橢圓

18、橢圓+2.00D鏡片的最佳片形鏡片的最佳片形+7.50 D以上的鏡片度數無法通過球鏡消減像差，以上的鏡片度數無法通過球鏡消減像差，可以選擇非球。可以選擇非球。4. 最佳片形最佳片形 使鏡片周邊像差最小的片形。使鏡片周邊像差最小的片形。5. 現實考慮現實考慮 1）基于最佳設計的鏡片，周邊像差小，但比較凸基于最佳設計的鏡片，周邊像差小，但比較凸，鏡片厚重，不美觀。，鏡片厚重，不美觀。 2）每個度數的鏡片需要一個基弧，造成制作上的）每個度數的鏡片需要一個基弧，造成制作上的麻煩。考慮到度數相差不大時，周邊像差變化不麻煩。考慮到度數相差不大時，周邊像差變化不大，鏡片生產商，做了變通。一定度數范圍對應大，

19、鏡片生產商，做了變通。一定度數范圍對應一個基弧。一個基弧。 3）斜向散光和像曲一起消除是不可能的。）斜向散光和像曲一起消除是不可能的。典型基弧選取表典型基弧選取表度數范圍度數范圍基弧度數基弧度數+8.00 D to +4.75 D10.00 D+2.25 D to +4.50 D8.00 D+2.00 D to -2.00 D6.00 D-2.25 D to -4.00 D4.00 D-4.25 D to -7.00 D2.50 D-7.25 D to -12.00 D0.50 D鏡片生產商的選擇鏡片生產商的選擇 1）消除斜散光，但焦點與遠點球不一致。 2）不消除斜散光，讓最小彌散圓落在遠點球上。4. 給定處方度數推薦的基弧計算給定處方度數推薦的基弧計算 Vogels formulas（一個經驗公式）（一個經驗公式） 正度數正度數： 基弧度數基弧度數= =處方度數處方度數 + 6.00+ 6.00 負度數負度數： 基弧度數基弧度數= =處方度數處方度數/2 + 6.