自由曲面光学镜片的设计
自由曲面玻璃镜片生产工艺
自由曲面玻璃镜片生产工艺
自由曲面玻璃镜片的生产工艺主要包括以下步骤：
1. 设计镜片的光学参数和表面形状。
这一步骤中，设计师会利用复杂的数学计算来确定最佳的镜片形状和光学参数，以满足佩戴者的需求。
2. 使用改进的单点CNC机床进行粗加工。
在这一步骤中，人造金刚石刀具被用来对镜片表面进行粗加工，形成基本的形状。
3. 使用自然金刚石单点刀具进行精磨。
在粗加工完成后，自然金刚石单点刀具被用来对镜片表面进行精磨，以进一步调整镜片的形状和光学性能。
4. 使用数控的柔性抛光机床进行抛光。
在精磨完成后，数控的柔性抛光机床被用来对镜片表面进行抛光，以提高镜片的光学性能和表面质量。
5. 进行光学检测和质量控制。
在完成抛光后，镜片会经过光学检测和质量控制，以确保其满足设计要求和质量标准。
通过以上步骤，可以生产出具有精确制造工艺和优良光学性能的自由曲面玻璃镜片，为佩戴者提供最佳的视觉体验。
zemax自由曲面公式
zemax自由曲面公式摘要：1.Zemax自由曲面简介2.Zemax自由曲面公式概述3.自由曲面公式应用实例4.自由曲面设计的注意事项5.总结与展望正文：Zemax是一款知名的光学设计软件，广泛应用于光学镜头、自由曲面和成像系统的设计。
自由曲面是光学元件中一种非球面的表面，具有较高的设计灵活性和广泛的应用前景。
本篇文章将介绍Zemax自由曲面公式，并举例说明其在实际应用中的操作方法。
一、Zemax自由曲面简介Zemax中的自由曲面是通过一组参数来描述的，这些参数决定了曲面的形状、位置和光学性能。
在Zemax中，自由曲面可以分为两大类：一类是基本自由曲面，另一类是高级自由曲面。
基本自由曲面包括线性多项式、二次多项式等，而高级自由曲面包括非线性多项式、环形多项式等。
二、Zemax自由曲面公式概述在Zemax中，自由曲面的公式主要涉及曲面的径向坐标和角向坐标。
径向坐标表示曲面到指定点的距离，角向坐标表示曲面在某一点的法线方向。
以下是自由曲面公式的基本形式：r = f(u, v)其中，r表示径向坐标，u和v分别表示角向坐标。
f(u, v)为一组参数方程，描述了曲面的形状和光学性能。
三、自由曲面公式应用实例以下是一个简单的自由曲面设计实例：1.打开Zemax软件，创建一个新的项目。
2.在项目中添加一个光学系统，包括光源、透镜、反射镜等组件。
3.选择一个光学元件，如透镜，将其表面类型改为自由曲面。
4.在自由曲面参数设置窗口中，输入径向坐标和角向坐标的公式，如：r = 2 + 3*u^2 + 2*v^25.设置光学元件的其他参数，如厚度、材料等。
6.应用自由曲面公式，生成曲面模型。
7.使用Zemax的光学模拟功能，评估光学系统的性能。
四、自由曲面设计的注意事项1.合理选择公式参数，以确保曲面具有良好的光学性能。
2.注意曲面的加工难度，避免使用过于复杂的公式。
3.保持曲面间的连续性，以降低光学系统的像差。
4.根据实际应用需求，调整曲面的形状和光学性能。
自由曲面反射镜面型
自由曲面反射镜面型
自由曲面反射镜是一种特殊设计的镜子，其表面不是平坦的，
而是根据特定的曲线或曲面进行设计的。
这种镜子可以用来聚焦光
线或产生特定形状的反射。
镜面型的设计可以根据特定的应用需求
进行优化。
从光学角度来看，自由曲面反射镜的镜面型可以是抛物面、双
曲面、椭圆面等不同类型的曲面。
每种曲面都有其特定的焦距和光
学特性，可以根据需要来选择合适的镜面型。
在光学系统中，自由曲面反射镜可以用于聚焦光束、改变光路、矫正像差等多种应用。
通过合理设计镜面型，可以实现对光线的精
确控制和调节，满足不同光学系统的需求。
此外，自由曲面反射镜的镜面型设计还涉及到材料选择、加工
工艺等方面。
不同的材料和加工工艺会影响镜面的精度、耐用性等
性能指标，因此在设计镜面型时需要综合考虑这些因素。
总的来说，自由曲面反射镜面型的设计需要根据具体的应用需
求和光学系统的特性来进行优化，以实现对光线的精确控制和利用。
通过合理的镜面型设计，可以实现更高效的光学性能和更广泛的应用领域。
天润巧乐视儿童专用镜片的设计思路
Ｍｙ Ｐａ ｔ ｉ ｅｎ ｔ ｉ ｓ Ｎｏ ｔ Ｗ ｅａ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｍｙ Ｐｒ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ７ ． Ｊ ＯＪ Ｏｐ ｈ ｔ ｈ ａ１ ． ２０ １ ７：
２ （ １ ） ：
００ ２ ５５ ５ ５ ７７． ＤＯＩ ：１ ０． １ ９ ０８ ０ ／ Ｊ ＯＪ ０． ２ ０１ ７． Ｏ２ ． ５ ５ ５５ ７ ６
国 内儿童镜 片产 品非常 多 ，类 似于 青少年 渐进 ，以提 供 下 加光减 少 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ调节 带来的 疲劳感 为设计 初衷 。但 国内有 不 少 视光 师 、医生对此 观点 不一 ，一 部分 人觉得 有效 ，也有 人
后的人眼感知 ， 各 个点 位均能达到稳定的光度 （ 见下圈 ） 。
天润 自由曲面专栏
天润巧 乐视儿童专用镜 片的设计思路
文／ 史金仲 天润光 学市场部
目前 ，针对 不同 人群和应 用场 合的功能 性镜 片正在被 行 业 所推 崇和应 用 ，眼镜行业 普遍 关注的—— 儿童 这一特 殊群
这 个 现象 说 明 ，一 般 视 力矫 正 的 ｔ １ ， － （ １ ￣，均 考虑 的 是 镜 片本 身的光 度 ，没 有考 虑实际戴 镜后 的限睛感 知到 的光度 问
设计 思路４：
考 虑儿童人群 的活动 场景对 镜片的防护要求
天润巧乐视 镜片考虑到儿童群体 的需求 ，设置了３ 种满足 不同环 境的产品线 ：
该 镜片主要针对５ ～１ ３ 周 岁的儿童群 体 ，对儿童的用眼姿
势进行了研究 。
儿童阅读学习时 ，常见的３ 种状态 ：
１ ． Ｉ ５ 乐视儿 童高清型 ：基 片材质阿 贝数高达５ ８ ，视物 更 清晰 。适合中低度数和初戴镜的儿童 。
自由曲面光学镜片的构造机理研究
了工件表 面 质量 ．
非均 匀有 理 Ｂ样 条 曲线定 义如 下＿ ： ３ ］
ｎ
∑ Ｎ （ Ｗ ． ） Ｐ Ｃ（ ＝ ｌ ） 三 ————一 ∑ ， 合 我们 近期 开 展 的 自 结
收 稿 日期 ：０ １ ４ Ｏ ２ １ 一Ｏ —２
基金 项 目： 国家 自然 科 学 基 金项 目（０ ７ ８４ ； 家 ８ ３计 划 项 目（ ０ ８ ３９０８）国 ６ ２ Ｏ ＡＡＯ ２ ０ ） 郑 州 市科 技 创 新 团 队 项 目（ ０ Ｘ １ ３ ４５３ ； １Ｃ ＴＤ ５ ）
作 者 简 介 ： 雪 涛 （９ １ ） 男 ， 南 杞 县 人 ， 师 ， 士 ． 乔 １７一 ， 河 讲 硕
第 ３ 期
乔 雪 涛 等 ： 由曲 面 光 学 镜 片 的构 造 机 理 研究 自
由 曲面眼用 光 学镜 片 设 计 、 造 、 测 技 术 的研 究 ， 制 检 在
进 行光 学镜 片 自由曲 面设计 时 ， 需考 虑 以下原 则 ： （ ） 人性 原则 ． １宜 自由曲面 光学 镜片 的设 计应 以人 类 眼 睛 的视 觉 质量 为依 据 ， 因人 而 宜 ， 量提 高修 正后 尽 的视觉 质量 ， 而且使 视 觉效 果往 正 向发展 ． 以眼镜度 如 数 为例 ， 在 改善视 觉 效果 的前 提下 ， 量不 向更 深 的 要 尽
别 介 绍 了基 于 笛 卡 尔 坐标 系 和 柱 坐 标 系 原 理 的 加 工 方 法 ． 关 键 词 ： 自由 曲 面 ； 学 镜 片 ； 光 渐进 多 焦 点 眼 镜 ； 造 机 理 构
文 献标 志 码 ： Ａ Ｄ ： ０ ３ ６ ／．ｓ ｎ １ ７ — ６ ０ ． ０ １ ０ ． ０ ＯＩ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ． ６ １ ９ ６ ２ １ ． ３ ０ ２ ｓ
自由曲面光学技术..
目前
待续
面型加工技术
美国的Precitech公司，仍无自己的自由曲面刀 具轨迹自动生成、预报及优化软件，虽然 Moore公司目前开发了自由曲面刀具轨迹生成 软件，仍未有配套的加工过程和策略优化模型 及相应的面形测量软件，并且其软件局限于该 公司自己生产的机床，不具通用性。英国 Zeeko公司开发了自由曲面刀具轨迹生成软件， 只适用于抛光机，其切削机理及表面生成过程 完全不同于切削加工，不可应用于自由曲面的 飞刀铣削过程。
代表当今员高水平的超精密金刚石车床是美 国劳伦斯.利弗莫尔(LLNL)实验室研制成功的 LODTM，它可加工直径达2100mm，重达 4500kg的工件其加工精度可达0.25μ m，表 面粗糙度RaO.0076μ m，该机床可加工平面、 球面及非球面，主要用于加工激光核聚变工 程所需的零件、红外线装置用的零件和大型 天体反射镜等。
1984年
发展历程 1990年
英国RankPneumo公司开发出 Nanoform600，该机床能加工直径为 600mm的非球面反射镜，加工工件的形状精 度优于0.1μ m，表面粗糙度优于0.01μ m。
英国Cranfield大学精密工程研究所(CUPE)研 制的大型超精密金刚石镜面切削机床，可以 加工大型X射线天体望远镜用的非球面反射镜 (最大直径可达1400mm，最大长度为 600mm的圆锥镜)。 日本制造的加工机床有：东芝机械研制的 ULG―l00A(H)不二越公司的ASP―L15、丰田 工机的AHN10、AHN30×25、AHN60―3D 非球面加工机床等。
加工技术发展历史
80年代以来，出现了许多种新的非球面 超精密加工技术，主要有：计算机数控单 点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、 计算机数控离子束成形技术、计算机数控 超精密抛光技术和非球面复印技术等，这 些加工方法，基本上解决了各种非球面镜 加工中所存在的问题。前四种方法运用了 数控技术，均具有加工精度较高，效率高 等特点，适于批量生产。
自由曲面光学方案 视场角
自由曲面光学方案视场角自由曲面光学方案是一种光学设计方法，用于设计和优化非球面（自由曲面）透镜或镜片，以实现特定的光学性能。
视场角是指光学系统能够覆盖的视场范围，通常用角度来表示。
下面我将从光学设计、视场角的重要性和影响、以及实际应用等方面来回答你的问题。
首先，自由曲面光学方案是一种先进的光学设计方法，通过使用非球面透镜或镜片，可以更好地纠正光学系统的像差，提高成像质量。
相比传统的球面透镜，自由曲面光学具有更大的设计自由度和更好的光学性能，能够实现更复杂的光学功能，如广角成像、高分辨率成像等。
视场角在光学系统设计中具有重要意义。
视场角决定了光学系统能够覆盖的场景范围，对于摄像机、望远镜等光学设备来说尤为重要。
较大的视场角意味着光学系统能够覆盖更广阔的场景，具有更好的观测能力和适用范围。
因此，在光学系统设计中，需要充分考虑视场角的大小和覆盖范围，以满足实际应用需求。
视场角的大小和覆盖范围会直接影响光学系统的成像能力和适用场景。
较大的视场角通常需要更复杂的光学设计和更优化的非球面曲面，以保证整个视场范围内的成像质量均匀和清晰。
因此，在自由曲面光学方案中，视场角的考虑是至关重要的，需要在光学系统设计过程中进行充分的优化和调整。
在实际应用中，自由曲面光学方案和视场角的结合可以应用于各种光学设备中，如航空航天领域的摄像机、卫星遥感系统、医学成像设备等。
通过合理设计自由曲面光学方案，可以实现更广阔的视场范围和更优异的成像性能，满足不同领域对于光学系统的高要求。
综上所述，自由曲面光学方案和视场角在光学设计中具有重要意义，需要充分考虑和优化。
通过合理设计和优化，可以实现更优异的光学性能和更广阔的适用范围，为各种光学设备的应用提供更好的技术支持。
自由曲面在空间光学的应用
自由曲面在空间光学中的应用在当今的生活中，自由曲面（Free-form）扮演着越来越重要的角色。
如汽车车身、飞机机翼和轮船船体的曲线和曲面都是自由曲面。
到底什么是自由曲面？简单来讲，在工业上我们认为就是不能用初等解析函数完全清楚的表达全部形状，需要构造新的函数来进行研究；在光学系统中，光学自由曲面没有严格确切的定义，通常是指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。
在我们的日常生活中，打印机、复印机以及彩色CRT中都会用到光学自由曲面。
鉴于光学自由曲面在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，所以，以下就自由曲面在空间光学方面的情况进行了调研。
一、自由曲面简介光学自由曲面没有严格确切的定义，通常指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。
光学自由曲面已经渗透到我们生活中的各个角落，如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼镜，就是自由曲面技术在眼用光学镜片中的成功应用。
自由曲面光学镜片主要有两种：一是自然形成的曲面；二是人工形成的曲面。
人工形成的自由曲面又分为一次成型和加工成型两种形式。
二、自由曲面运用的原因空间遥感光学系统是在离地200km（低轨卫星）以上的轨道对地面目标或空间目标进行光学信息获取，具有遥感成像距离远的特点。
如何在几百公里遥感距离下获得较高分辨率的同时保证较宽的成像幅宽是推动空间遥感光学不断发展的源动力。
光学系统的入瞳直径是决定空间相机地面像元分辨率的主要因素之一，在一定F／＃的前提下，入瞳直径越大，空间相机地面像元分辨率越高。
但入瞳直径的增加，意味着所有与孔径相关的像差增加。
受空间环境中力学、热学、压力等因素的制约，当入瞳直径增大到一定程度（通常200mm以上），光学系统一般采用反射式或折反射式方案。
为了简化光学系统形式，仅采用球面镜是无法平衡由于入瞳直径增加而剧增的像差，然而通过运用自由曲面的应用，可以解决像差增大的问题。
自由曲面汽车前照灯光学透镜设计方法
基金项目 院 广 东省 重 大 科 技 专 项计 划 (2009A080301013,2010A080402009) 曰 广 东省 战略 性新 型产 业 专 项 资 金 LED 产 业 项 目 作者简介 院 王 洪 (1964-) 袁 男 袁 教授 袁 博 士 生 导 师 袁 主要从事光学 系 统 设计 , 微 纳 光电材料与器件 袁 光通信 网络 与器件方面的研究 遥 Email: phhwang@ (2011A081301004,2012A080302003,2012A080304015)曰广州市重大科技专项计划(2010U1- D00221, 2011Y5-00006)
计算 过 程 中 袁 先 能 量 守 恒 定 理 袁 将 LED 芯片的发 光 立 体 角 和 照 明 面上的 照 明 区 域 进行 划 分 袁 从而在 照 明 面和 透 镜 的自 由 曲 面 间 建立 起 了 对 应 关 系 袁 再 基
置 为光学 系 统 坐 标 的 原 点 袁 LED 中 心 光 强 的方 向 为
提出了一种自由曲面 LED 汽车前照灯光学透镜的设计方法。 计。文中根据 LED 汽车前照灯的配光特性， 首先由能量守恒原理， 在接收屏上的坐标和透镜自由曲面上的坐标之间建立能量的一一对应关系， 基于非 并使用三 成像光学理论， 采用照度优化设计法， 运用数值计算求解出光学透镜 曲面各个点坐标的坐标值， 维模型软件制作出透镜光学模型。通过蒙特卡洛模拟法来追迹光线仿真， 最后的配光效果完全满足 《汽车 可达到 91%。 用 LED 前照灯》 (GB25991-2010)标准， 系统的光学效率得到显著提高， 关键词 院 LED； 前照灯； 数值计算； 自由曲面 中图分类号 院 O434.19 文献标志码 院 A 文章编号 院 1007-2276(2014)05-1529-06
自由曲面光学技术..
优缺点
传统的轨迹成形法加工自由曲面，共同的特点是加工效率高，但一般难于加工高精度的自 由曲面，其根本原因在于加工所依据的轨迹的准确性差，轨迹转移精度不高，而且模具或 机构等的轨迹单一，只能加工一种尺寸一种形状的非球面，且可加工的材质有限，通用性 差， 通常只用于中低精度非球面零件的批量生产。 由于该方法已经比较成熟，并且很传统，目前，国外对这方面研究的报道很少。国内主要 是中科院长春光机所和长春理工大学在做这方面的研究工作。
1972年
发展历程 1980年
摩尔公司首先开发出了用3个坐标控制的 M―18AG非球面加工机床，这种机床可加工 直径356mm的各种非球面的金属反射镜。 英国RankPneumo公司向市场推出了利用激 光反馈控制的两轴联动加工机床，该机床可 加工直径为350mm的非球面金属反射镜，加 工工件形状精度达0.25-0.5μ m，表面粗糙度 Ra在0.01-O.025μ m之间。随后又推出了 ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等 机床
代表当今员高水平的超精密金刚石车床是美 国劳伦斯.利弗莫尔(LLNL)实验室研制成功的 LODTM，它可加工直径达2100mm，重达 4500kg的工件其加工精度可达0.25μ m，表 面粗糙度RaO.0076μ m，该机床可加工平面、 球面及非球面，主要用于加工激光核聚变工 程所需的零件、红外线装置用的零件和大型 天体反射镜等。
抛光
可以分为初抛光和精抛光等两个过程。 光学零件的抛光是获得光学表面的工序。 其目的首先是去除精磨的破坏层，达到 规定的表面疵病要求，其次是精修面形， 达到要求的光圈，形成透镜规则的表面 。
2、轨迹成型法
类别
轨迹成形法主要包括使用成形工具的轨迹成形法、使用仿形靠模的轨迹成形法和使用机 构轨迹的成型法等几种。
IOT新一代自由曲面镜片
高级
Alpha H60 Alpha S20 Alpha S40 Alpha S60
Basic H40
标准 Basic H60 Basic S20 Pure Office 室内 Office Reader Acomoda 户外 Sport PAL Drive
SP
SP SP SP SP DRP DRP DRP
各功能区表现：
近用区 中距离 远用区
★★★★★☆ ★★★☆☆☆ ★★★★☆☆
最小装配高度 渐变通道 过渡通道
16 , 18 , 20 mm 12, 14 , 16 mm 8, 10 , 12 mm
宽广的近用视野 近用和远用有很好的平衡，有效的减少了 脖子的 压力 高精度和个性化的优化设计技术 每一个凝视方向都会有清晰的视野 最小的倾斜像散 多种内移方式：自动和手动
输出计算结果：
镜片加工面数据文件
设计多样性，满足不同生活方式的视力需求
个性化设计，针对消费者的特殊视力需求量身定做 数码加工精确度高，佩戴更加清晰舒适
全景优化设计-DRP 表面光度优化设计-SP 偏心设计 美薄设计 双非球设计
——设计理念
眼球在用镜片不同区 域的观察模式
各功能区表现： 近用区 中距离 远用区
★★★★★☆ ★★★★☆☆ ★★★☆☆☆
最小装配高度 渐变通道 过渡通道
16 , 18 , 20 mm 13, 15, 16mm 14, 16, 18mm
专门为没经验的佩戴者设计 不同视觉区域软性的转变 三种有效的渐变通道 高精度和个性化的优化设计技术 每一个凝视方向都会有清晰的视野 最小的倾斜像散 多种内移方式：自动和手动
自由曲面
1、内表面成型，贴近眼球，眼睛视野更宽阔 2、消除波前像差，光学性能优化至最佳 3、个性化设计，完美匹配佩戴者的眼睛，可获得最佳的视觉体验。
影响顾客眼镜佩戴效果的因素： 镜眼距、瞳距、前倾角、镜架尺寸、镜架与镜片基弧的匹配、两只镜
片的配重、个人视物喜好和敏感度……
1、形态定制
• 在镜片的形状上根据佩戴者的需要进行生产。 如大基弯染色镜片；指定厚度配重生产；美 薄加工。
2、光学定制
• 光学自由曲面是指形状精度为微米甚至亚微 米，表面精度为纳米的自由曲面，能最大限 度地改善光学系统性能，如矫正相差，改善 像质、扩大视野等。
3、生物定制
• 基于眼球转动的设计方式，随着眼球的转动， 使镜片上的每个点都能将来自眼球方向的光 线聚焦在视网膜上，在任何区域都能得到高 质量的视觉效果。设计时需考虑瞳高、镜眼 距、镜片内外表面弯度、前倾角、面弯、框 型，甚至头不同功能且最适 合自己的镜片。
传统生 产方式 自由曲 面技术
• 边缘厚，不美观。 • 边缘棱镜相差和斜向散光相差，视野 窄，舒适度差。
• 将各种设计通过单点数控机床对镜片 每个点进行点阵研磨，根据产品设计 的面型进行精确加工。 • 解决了符合人眼视觉需要的面型设计 和加工问题。
传统渐进片采用渐进片坯料加工，
前表面为渐进面，后表面为球面或托力克面
采用CNC数控机床在镜片表面直接磨削出复杂光学曲。 采用单点磨削系统在镜片表面直接磨削出复杂光学曲面 的技术称为自由曲面技术（Free-Form）
自由曲面（FREE-FORM）技术是基于数字化表面处理的（单点CNC数控机床），用于非对 称复杂光学设计表面加工的技术。
自由曲面镜片即采用自由曲面技术生产的镜片。
自由曲面渐进
我们国内众多厂家都引进了内渐进镜片品牌，还有不少是采用双表面自由曲面渐进镜片（双面渐进设计、复合多曲面设计、个性化设计、），使得渐进镜片在很大程度上变得更完美、更个性化、更舒适、也更复杂了。
复杂在一些必要的测量数据上，对验光与校配眼镜（调整眼镜）有着更高的要求，对于销售上的优点也更明显化。
在测量数据上，有着众多的要求，如习惯、眼睛运动、前倾角、镜角距、镜面弯、镜架参数等内容。
接下来几期让我们现在来分析这些自由曲面渐进镜片的优点、数据的必要性及数据的测量方法。
利用自由曲面技术加工的镜片与传统渐进多焦点镜片相比有以下优点。
1.视野得到明显改善将渐进设计移到内表面之后明显扩大了镜片各区的视野，另一个改善视野的因素来自于内表面的非球面或散光非球面设计。
非球面设计使得镜片的顶点曲率半径变平，从而使镜片更靠近眼睛，视野得到进一步扩大。
2.光学性能可被优化至最佳传统的渐进多焦点片因要考虑模具加工和半成口片的库存成本问题，往往一个模具聚合成形的外弯要对应很多镜片光度。
这就等于牺牲了大部分镜片的最佳光学性能，而最佳的光学性能应该是：每个光度只对应一个外弯。
这对于传统的渐进多焦点镜片来说几乎是不可能的。
因此，只能对最佳的视觉效果做出让步。
视觉效果的优劣取决于镜片光度偏离所需最佳外弯的远近。
使用自由曲面技术的渐进多焦点镜片其最大优点是：镜片的内、外表面均可选择最佳匹配的弯度；内表面本身就带有非球面设计，使镜片的光学性能得到了极大的优化、视物的清晰度得到了明显的提高。
3.个性化设计成为可能使用自由曲面技术的渐进多焦点镜片，可以在其设计软件中直接加入镜框形状、尺寸、瞳距及戴镜习惯产生的相关个性化参数等。
使镜片的光学性能可以根据每个人的特殊情况得到进一步的优化。
真正实现了可量身定做的个性化镜片。
大家都知道，外表面渐进多数可以用浇铸法（模铸法），也就是说用模具进行灌注后固化即可，前表面是渐进面，后面表就是度数球面，那么这些外渐进镜片的渐进方式是不可变、下加光无法修正、左右模糊区也无法改善、近用区域的内移量恒定、配戴后出现明显的波动现象。
自由曲面镜片研究意义和价值
自由曲面镜片研究意义和价值
自由曲面镜片是一种高端光学镜片,具有曲面设计独特、成像质量高、视觉效果好等特点,在眼镜、望远镜、显微镜等光学设备中得到了广泛应用。
本文将从自由曲面镜片的研究意义和价值两个方面进行探讨。
研究意义:
自由曲面镜片的研究意义主要表现在以下几个方面:
1. 提高成像质量:自由曲面镜片的曲面设计可以最大限度地减少光线的反射和折射,提高成像的质量和对比度。
这对于医学成像、望远镜成像等需要高质量图像的领域具有重要意义。
2. 改善光学性能:自由曲面镜片的曲面设计可以最大限度地减少光学畸变,提高光学性能和光学稳定性。
这对于精密仪器、科学实验等领域具有重要意义。
3. 降低生产成本:自由曲面镜片的曲面设计使得制造过程更加简单和高效,降低了生产成本。
这对于高端光学设备的生产和应用具有重要意义。
价值:
自由曲面镜片的价值主要表现在以下几个方面:
1. 提高视觉效果:自由曲面镜片的设计可以最大限度地改善视觉效果,使得光学设备在成像质量、对比度和亮度等方面得到提升。
这对于科学研究、医学成像等领域具有重要意义。
2. 降低生产成本:自由曲面镜片的曲面设计使得制造过程更加简单和高效,降低了生产成本。
这对于高端光学设备的生产和应用具有重要意义。
3. 提高生产效率:自由曲面镜片的曲面设计使得制造过程更加自动化和高效化,提高了生产效率。
这对于工业生产和应用具有重要意义。
自由曲面镜片的研究意义和价值非常显著。
通过深入研究和探索自由曲面镜片的设计和制造技术,可以进一步提升光学设备的性能和应用范围,为社会和科学研究带来更大的贡献。
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自由曲面光学镜面的设计摘要光学自由曲面具有非对称面形、灵活的空间布局、丰富的设计自由度等特性。
自由曲面是应用最广泛的曲面形状之一，如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼用镜片，就是自由曲面技术在眼用光学镜片中的成功应用。
本文通过设计渐进多焦点眼用镜片，并以之为例研究自由曲面光学镜片的性质及特点。
渐进镜片(英文progressive addition lenses 简称PAL）是针对老视症状的一种有效的解决手段，与各类传统老视镜片相比较具有许多优点，本文对这种镜片的设计和评价进行研究。
首先，介绍渐变镜片的渐变结构特征和矫正原理，比较分析软设计和硬设计之间的区别。
其次，介绍渐进多焦点眼用镜片的基本结构。
应用基于狄利克雷原则的软设计方法，阐述渐进多焦点眼用镜片子午线设计的基本原理，构建子午线多项式，给出子午线设计需满足的条件。
在子午线设计的基础上，设计渐进多焦点眼用镜片等屈光度轮廓线，在此基础上设计镜片矢高，确定镜片面形。
然后，根据曲面的微分几何理论，给出渐变镜片的性能评价方法，即计算镜片的球面度及柱面度。
关键词渐进镜片；老视；软设计；子午线Design of free-form surface optical lensesAbstractFree-form lens has asymmetric surface shape, flexible space layout, extensive design freedom and other characteristics. Free surface is one of the curved shapes which are most widely applied. For instance, the progressive addition lenses（PAL) which can improve the quality of human vision are a successful example that the free-form technology is applied to optical lenses. In this paper, the design of the progressive addition lenses is introduced, and the nature and characteristics of the optical lenses will be researched through it.The progressive addition lenses is a new kind of effective solution to presbyopia, it has many advantages over other lenses dealing with presbyopia. Investigation of its design and evaluation method is shown in this paper.Various kinds of presbyopia lens is reviewed and compared. The basic feature and principle of the PAL are introduced and the difference between the characteristics of hard design and soft design is described as well. The structure of progressive addition lenses is introduced, and the soft method based on Dirichlet principle is given in detail. The principle of designing meridional power laws for progressive addition lenses is expounded based on polynomial, and the criterion of designing meridional power laws is given out. On the basis of designing meridional power laws, the vector height and the isopower contours are designed in order to determine the surfaces of progressive addition lenses.According to the differential ge ometry theory of curving surfaces, PAL’s performances are evaluated, and the mean surface power and the constant surface astigmatism are calculated.Keywords progressive addition lenses, presbyopia, soft design,meridian line目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 渐进多焦点眼用镜片发展情况 (1)1.3 课题研究的意义 (3)1.4 论文主要研究内容 (4)第2章渐进多焦点眼用镜片基本原理和概念 (5)2.1 渐进多焦点眼用镜片原理 (5)2.2 镜片特征性设计 (6)2.2.1 渐进多焦点眼镜片的设计分类 (6)2.2.2 当前渐进多焦点眼用镜片的一些主要设计方法 (7)第3章渐进多焦点眼用镜片的设计 (10)3.1 子午线设计 (10)3.1.1 设计思路 (10)3.1.2 设计流程 (10)3.2 表面面形构造 (13)3.2.1 设计思路 (13)3.2.2 设计流程 (13)3.3 本章小结 (17)第4章渐进多焦点眼用镜片的评价方法 (18)4.1 评价方法 (18)4.2 设计举例 (19)4.3 本章小结 (22)结论 (23)参考文献 (24)致谢 ............................................................................................................... 错误!未定义书签。
附录A 译文..................................................................................................... 错误!未定义书签。
渐变镜片.................................................................................................... 错误!未定义书签。
附录B 外文原文............................................................................................. 错误!未定义书签。
附件 ................................................................................................................. 错误!未定义书签。
第1章绪论1.1 引言本文通过设计渐进多焦点眼用镜片，并以之为例研究自由曲面光学镜片的性质及特点。
目前导致人眼屈光不正的原因很多，人们通常使用角膜接触镜、单光眼镜片、双光眼镜片和渐进多焦点眼用镜片（也称渐进镜片）等矫正视力。
人们随着年龄的增长，眼睛的调焦能力逐渐衰弱，即老视眼或老花眼，难以看清近处的物体。
理想的解决办法应配戴具有变焦能力的镜片，使得看近处时，镜片具有高的正光焦度；看远处时，具有低的、甚至负的光焦度。
渐进多焦点眼用镜片的镜度随着人眼范围由远及近、视线由上到下的移动逐渐增加，它能够提供一个连续的从远用到近用都清晰的视力。
渐进多焦点眼用镜片的镜度变化平滑，佩戴方便，更符合人们的生理和心理需求，所以越来越受到消费者的青睐。
1.2 渐进多焦点眼用镜片发展情况1785年，Benjamin Franklin将自己屈光矫正镜片的一半和老视视近镜片的一半粘合在一起，以克服视远和视近时不停地轮换戴镜和摘镜的麻烦(见图1-1)，虽然当时的Franklin镜片并没有成为产品，但此举却开始了老视矫正历史的新纪元，即双光镜发展的历史。
图1-1Benjamin Franklin 双光镜后人在Franklin镜的原理基础上，对双光镜进行了改进和发展，经过一百多年的努力，双光镜片从设计、工艺和材料都日趋成熟，为广大老视者带来了诸多方便。
但是，双光镜存在着较多缺点，主要有：在视远区和视近区之间对中间距离视物不清：在视远区和视近区之间有“跳跃”现象，会造成行动不便：视远区和视近区有明显的可见分界，影响自然外观。
由此，渐变多焦点镜片应运而生。
图1-2渐进多焦点镜片的第一代设计最早的渐进多焦点镜片设计构思由英国视光师Owen Aves提出并发表专利于1907年。
Henry Orford Gowlland于1910年在加拿大设计制作类似镜片，但由于当时技术限制，并没有获得实践上的成功。
法国光学师兼工程师Bernard Maiternaz于1951年获得突破性发展，研制出真正适合临床佩戴的第一副现代概念的渐进多焦点镜片。
1959年欧洲第一个渐变镜Varilux眼镜片投放市场；1961年渐变镜Omnifocal眼镜片在美国发行。
到了20世纪70年代中，随着视觉生理的研究与发展，第2代软式设计的渐变镜应运而生，渐变镜片越来越广泛地为市场所接受。
2000年现代软式设计的第5代渐变镜强调运动视觉的需要，渐变通道短而窄，像差得到有效控制，有效视野更大。
到2003年末，渐变镜的设计已经把个体眼球运动参数结合到镜片设计上，做到了“个体化设计”。
框架眼镜一般有：(1)单光焦度眼镜，即普通的近视眼镜或者远视眼镜。
这种眼镜片只能提供一种屈光力，适合近视，远视和轻度的老视患者；(2)双焦点眼镜，这种眼镜片上方用于看远处物体，下部用于视近书刊及近距离工作。
随着年龄增长，人眼的调节力逐渐减弱。