第11章第4节特殊镜片的设计 - 眼镜学

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第11章第4节特殊镜片的设计

2009-11-27 15:56:53 来源:网络作者:马丁【大中小】浏览:48877次评论:0条

眼睛以镜片进行视力矫正时，必须使镜片的后焦点与眼的远点相重合，由于远点与视网膜黄斑中心凹为共轭关系，进入瞳孔的光束必须聚焦于黄斑中心凹。正常情况下，瞳孔的直径约3~4mm，故镜片每次被用到的仅为极小部分。所以讨论镜片时，可以近轴光线为主。当眼睛向前正视时所处的位置为原始位置，如图11-1所示，通过瞳孔中心P以及中心凹（FC）的直线称为眼的主线。

图11-1所示为远视眼在原始位置配戴矫正镜片的情况。要使镜片在此位置不产生棱镜效果，镜片的光轴应与眼的主线重合。镜片的后焦点F′应与眼的远点（FP）相重合。当我们转动眼睛注视不在主线上的远处物体时，与中心凹保持共轭的远点也随之转动，如图11-2所示。由于眼睛能绕着中心R转至无数不同的方向，其远点也有无数不同的位置，但所有位置均与眼转动中心保持不变距离。由此可以想象，远点的移动构成了一个球面，以眼的转动中心为球心，此球面称为远点球面。

对远视者而言，远点球面在眼的后方；对近视者而言，远点球面则在眼的前方。
由于连接瞳孔中心和中心凹的直线通常通过R，不会因视线方向的改变而改变，可假设有一固定光阑置于R，眼镜片设计的目的使得镜片能将近轴光线折射通过R而聚集于远点球面上。光束无论平行于透镜的光轴，还是斜射，都能在远点球面上成像。

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。

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，以及设计渐变多焦点镜片。

（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率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锐利前表面或者后表面，抑或镜片前后两面。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，抑或两面都减平，这样可以减少镜片的边缘厚度。

（5）
制造渐变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。渐变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。

大部分渐变多焦点镜片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。

渐变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，如同其他非渐变非球面镜片。

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他光学问题。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。

非球面的配适指导：非球面镜片的配适规则与其他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超过5mm，也不要使主参考点低于瞳孔中心下方5mm，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，首先配戴者的头部向后倾斜，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5mm）。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。将光学中心移离非球面区域中心会破坏非球面的光学优势。

二、高度正镜片设计

无晶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

高度正镜片的配戴者使用规则的球面镜片，甚至有些光学性能不好的球面设计，有时候，这些镜片称为“全视野镜片”。事实上在整个可视表面有屈光力的任何镜片都可称为全视野镜片。

（二）正缩径镜片

正缩径镜片是指镜片中心区域有屈光力，而周边无屈光力或者极少屈光力的镜片。该中心区域称为孔径，周边区域称为载体（图11-14）。缩径形式是为了减薄镜片而发展起来的。这与选用小的正镜片来获得薄平镜片是类似的。

1．缩径设计的优点缩径设计的主要优点是重量减轻，厚度减薄，并且对于非球面的双凸透镜，还具有好的光学性能。

2．缩径设计的缺点
缩径设计的主要缺点是外观。甚至对于小尺寸的眼镜，孔径边缘通常是可视的。如果镜框尺寸太大，圆的划分线太多，使孔径区域看起来像煎蛋的蛋黄。
（三）多梯度镜片
Welsh 4-梯度镜片的发展是为了克服双凸设计的不美观，同时也能成为薄镜片。Welsh 4-梯度后表面的曲率几乎是平的。镜片的前表面在中心区域有一个24mm的球性区域。在中心区域以外，镜片表面的屈光力逐步下降（图11-15）。例如，如果镜片中心的基弧是+14.00D，外部有四个同心区域，屈光力分别为+13.00D、+12.00D、+11.00D和+10.00D。每个区域和另一个区域混合，所以屈光力变化不明显。

Welsh 4-梯度是从以前正镜片的设计中彻底变化而来的。光学性能不是非常理想，但是镜片薄且更美观。

三、高度负镜片设计
高度负镜片配戴者的主要问题是镜片边缘太厚，这个问题通常可以通过镜框的选择来解决。
针对高度负镜片的负缩径设计与针对高度正镜片的正缩径设计的应用思路是相同的。镜片的中心区域包括镜片的矫正屈光力。周边（载体）区域仅仅是为了延伸镜片的物理尺寸，没有增加镜片厚度。
高度近视眼的配镜原则，主要是小的直径尺寸、高折射率镜片、研磨和抛光，以及减反射膜等方面。

四、改变眼睛外观的镜片设计
通常，镜片屈光力仅仅被用来矫正屈光不正，以及减轻因双眼视问题产生的棱镜屈光力。然而，屈光力、棱镜、甚至染色除了矫正屈光不正外还有另一种用途：它也能用来改善盲眼或修复（义）眼的美容外表。
有经验的眼视光师能够使义眼与健在眼的虹膜及巩膜在颜色及外观上相匹配。由于眼窝的位置，甚至在双眼颜色良好匹配的条件下，义眼可能看上去还是反常的。如果进行美容手术也没有效果，可以通过眼镜片来改善外观。使用镜片美容并不属于处方范畴，它们可以由配镜师在镜框选择时做出决定。
（一）改变眼睛外观大小
正镜片有光学放大作用，而负镜片有光学缩小作用。当正镜片放大时，不仅使戴镜者所视物像的尺寸变大，而且使戴镜者眼睛外观尺寸也变大。通常，配镜师选用非球面设计，使镜片变平变薄来减轻这种影响。然而，有时候却需要特意使无视力眼外观尺寸变大。
1．使用球镜眼睛外观尺寸可以通过正/负球镜改变。
如果一个人用义眼取代了丧失的一只眼球，义眼可以在颜色上和健在眼良好匹配。但是由于义眼通常会内陷，而看起来变小。此时可以通过正球镜来增加义眼的外观尺寸。同理，使用负球镜可以减小眼睛的外观尺寸。
2．使用柱镜通过使用平柱镜，眼睛尺寸可以在柱镜的屈光力子午线方位变大或者缩小，而在与其成90度轴的子午线方向没有影响。
平柱镜可以用来改变水平或者垂直方向的眼睛外观尺寸。例如，有时候甚至当无视力眼与有视力眼相比，睑裂长度正常，而宽度偏窄时，可用轴位在水平180度的正柱镜矫正。通过在眼前试戴正柱镜试镜片来选择合适的屈光力。
3．倾斜柱镜改变斜眼睑非水平或垂直位置旋转平柱镜会产生倾斜。如果眼睑看起来歪斜，可在无视力眼前放置柱镜，并旋转柱镜轴向直至眼睑与有视力眼位置差不多。
有时候义眼的眼睑看起来可能有些歪斜，可以利用柱镜的剪动原理，即正柱镜使直线逆向旋转，而负柱镜使直线顺向旋转。采用正柱镜还是负柱镜的决定因素是放大率。在眼前试戴柱镜试镜片，并通过轴向调试来确定使眼睑正位的理想轴位。
（二）采用镜片掩饰伤疤和畸形
有时候无视力眼有伤疤或者呈畸形，可以选择染色镜片来减少眼睛的可视度。但是需要提醒的是，一副染色镜片将会降低戴镜者在夜间的视力，故不能因为美观性的考虑而忽略了安全因素。
（三）改变眼睛外观位置
外伤导致的眼球损失也会引起眼窝位移。这会使义眼比健在眼外观偏高或者偏低。如果盲眼或者义眼与健在眼相比，偏高或者偏低、偏内或者偏外，可以使用棱镜来改变眼位。
棱镜的底向总是与眼位偏移的方向一致。换句话说，如果眼睛偏高，使用底朝上的棱镜；如果眼睛偏内，使用底朝内的棱镜。戴镜者的眼睛外观将朝棱镜的顶点方向移动。这种棱镜称之为反向棱镜，因为它与应用在健在眼通常所规定的方向正好相反。

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