3.3.8 眼镜光学：多焦眼镜 - 眼镜验光员(基础知识)

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3.3.8 眼镜光学：多焦眼镜

2009-12-07 15:03:39 来源:网络作者:方氏【大中小】浏览:8440次评论:0条

本节以前的讨论均是针对“单焦”(或称单光)镜片，所谓单焦，是指矫正仅针对单视距，如远用或近用中的一个。
但当人们由于“老花”的问题而必须配近用镜来补偿自身调节力的不足时，势必要求老花者需多备一副近用镜，则在视远及视近时必须频繁地摘镜、换镜，为消除这种麻烦，产生了在同一镜片上能针对不同的视距进行矫正的双光(双焦)镜片，进而还有三焦等多焦点镜片及渐变焦镜片。

1．双光镜(双焦镜)
一般的双光镜片常将镜片分成两个视区：对视远用进行矫正的称为远用区、视远区；对视近用进行矫正的称为近用区、视近区或阅读区。
近用附加焦度等于视近时与视远时的焦度的差值，FA=FN—FD，所以近用处方常以近用附加焦度来表示，在远用处方上则再加一适宜的正球面焦度(如Add：FA)。
双光镜片常被看成是两镜片的紧密组合，即主片用作视远矫正，而在主片上再贴加一子片用作视近矫正，可知该子片的屈光力应恰为近用附加的度数(当然有时也会与上述相反，即主片视近、子片视远)。

(1)双光镜片的类型
双光镜片按其结构一般分为四类：
1)分裂型。视远区与视近区分属两个半片(D.P和N.P)，在相接处需精细磨齐，然后用金属框将其固定，其相接处可以是直线，也可以是弧线(见图3—48)。
此类双光镜可分别按视远及视近要求(FD和FN)进行磨制及定中心，但由于接合缝过于明显或容易崩边及积尘，现已基本不用了。

2)一体型。该类镜片的主片与子片为同一材料，通常共用一个折射面，而在另一个面上有两个曲率，这两个曲率的面屈光力之差即为近用附加。若子片做在前面，则子片的曲率比主片要大；若子片做在后面，则子片的曲率要小一些。
一体型双光镜片又按其主片与子片分界线的明显性分为显性或不显性一体型双光镜(见图3—49)，不显性镜的视远区与视近区的分界处附近有一曲率连续改变的过渡区(宽度为2~3 mm)，在过渡区内无视觉矫正作用。但由于位于近用区的边缘，故对视近时的视场大小影响较小，戴镜者也不易感觉到不便。

3)胶合型。胶合型双光镜如图3—50所示。该类镜片的子镜片是一个面的曲率设计成与主镜片的一个面完全一致(但屈光力的符号相反)，并使之胶合于主片上。由于另一面有一定的自由度，除满足近用附加焦度的要求外，还可满足特殊的棱镜度要求，也可作为在近用柱镜屈光力及轴位与远用矫正处方不一致时的补正，所以该类镜片用途很广，但由于需先磨制好后再胶合，所以批量生产的较少，影响了该类镜片的使用。

4)熔融性。熔融性双光镜片是使用较为广泛的一种双光镜，它是用折射率较低的冕牌玻璃作为主片，用折射率较高的火石玻璃作为子片，先在主片上磨制一个凹弧面，子片与主片共同加热至子片的软化点以上且主片的软化点以下时，软化的子片将与主片的凹弧面良好接触，并熔融在一起。在共同冷却时，两者材料的膨胀系数的选择使二者既紧密结合，又不出现爆裂，即子片与主片共用一个熔融面，而子片的另一面则磨成与主片完全一致(见图3—51)，主片的焦度及柱镜焦度由该片的另一个面进行调整。一般，子片附在主片的前面居多。

(2)双光镜片的棱镜效应
由于双光镜片在使用时的特殊性，当通过近用区视近时，视线将远离远用区的光学中心，则由此而产生的垂直方向的棱镜效应，与单独使用近用镜时有较大的差异。另外，当视线由远用区向近用区移动时，由于在近用区的边缘附近，由近用附加焦度所产生的棱镜效应又最强，故在近用区的边缘，会产生棱镜效应的突然改变——像跳，所以对棱镜效应的计算与控制是双光镜片设计的重要任务之一。
棱镜效应不仅与主片和子片的屈光力有关，还和视点到各点光学中心的相对位置有关。

1)基准点及定位的名词定义
①光心。光轴与镜片前表面的交点被定义为光学中心，通过光学中心的光线都不产生偏折，故可认为在光学中心处棱镜度为零。
在双光镜片中，有时将镜片分为远用区和近用区，有时又可将镜片看成是主片和子片的联合，所以各自均有其各自的光学中心。
一般，远用区的光学中心OD就是主片的光学中心(假设主片为远用)。
子片的光学中心OS由于较难确定，一般以子片的中心——子片与主片分界线的水平与垂直切线所组成的矩形的中心来代替，所以准确地说应为子片中心。
近用区光学中心ON，即视近部分(远用焦度与近用附加焦度的组合)的光学中心，由于要满足光学中心的定义(棱镜度为零，光线不产生折射)，故该点有时可能在镜片之外。
②基准点。分为远用基准点DRP和近用基准点NRP，镜片设计时，认为人眼的视轴通过该点，所以，所有的光学参数均是相对于这些点的。通常应标明NRP相对于DRP(下方和内移)的位置，如NRP位于DRP下方8 mm，偏内2 mm。另外，在讨论镜片时称为基准点，但在讨论镜片的视觉功能时，常将该点称为视点，即远用视点DVP或近用视点NVP。
③子片顶点S。子片上边界曲线之水平切线的切点，若上边界为直线，则取该直线的中点为子片顶点(见图3—52)。

④子片垂直偏移量V。子片顶点到远用区光学中心的垂直方向偏移量(见图3—52)。
⑤子片高度(子片顶高)h。子片顶点到镜片最低边缘水平切线的垂直距离(见图3—53)。

⑥子片深度de。子片(未经切割)在垂直方向上的最大尺寸。
⑦内移。子片相对于远用基准点向鼻侧的偏移量。内移的目的通常是使左右视场能合一。
⑨几何内移量i。远用中心点及子片顶点之间垂线的水平距离。
⑨子片顶心距(CA)。子片顶点到子片中心的(垂直)距离，对于圆形子片，CA即为子片的半径(见图3—54)。

⑩子片宽度W。子片在水平方向上的最大尺寸。对于圆形子片，即为子片直径。
一般是用双光镜的主片来满足视远时的焦度要求，子片则以近用附加焦度与远用焦度联合来满足视近时的焦度要求。
若无特殊要求，远用基准点就是远用光心，除去视场可能受子片所限外，其光学效果与单光镜片没有区别。但双光镜片的近用基准点则不一定在近用区光学中心，它是根据人眼的视近习惯及镜眼距而确定的，一般在DRP下8~10 mm，内移2~2.5 mm处。
为不影响视远区的视场，子片顶点一般位于DRP下2~4 mm。

2)双光镜片近用区的棱镜效应的表象。主要有三个方面，即像跳、像位移、左右眼像位移差，这些均与视点和主片(或远用区)光学中心、子片光学中心或近用区光学中心的相互位置有关。
①各光学中心的相互关系。对双光镜片近用区棱镜度的计算一般有两种理解方法，一种是主片焦度FD与子片焦度FA的联合作用，另一种是只有近用区焦度FN的作用。
例：双光镜处方为远用+2.00 D、近用Add+2.00 D，要求近用视点NVP位于远用基准点OD下10 mm，并要求在近用视点处的垂直棱镜度为零，试求子镜片中心0s的垂直位置。
解：近用视点即近用光学中心ON应是主片与子片各自产生棱镜效应相互抵消、合成棱镜度为零的点，设近用光学中心ON位于OD之下yD(cm)处，Os位于OD之下y(cm)处，则：
FD yD=FA(y-yD)
据题意FD=+2.00 D，FA=+2.00 D，yD=10 mm=1 cm，Os位于OD之下y(cm)处。
y=(FD+FA)/FA×yD=(2+2)/2×1=2cm
即应将子片光学中心磨置于远用光学中心之下20 mm处，如图3—55所示。

②像跳。当人眼由视远移向视近时，视轴由远用区光学中心逐渐下移(见图3—56)，当移至分界线上下时，在分界线偏上点，棱镜效应仅由主片屈光力及其偏位产生，该垂直方向的P1=FDv(A的折射像为A’)。当移至分界线偏下点，其棱镜效应则是主片与子片的合成作用，在垂直方向的棱镜效应P2=FDv+FACA(B的折射像为B’，与A’重合，AB之间为盲区)。

由于棱镜度突变而产生的像跳：
△P=P2-P1=FA CA
即像跳完全是由子片屈光力(近用附加焦度)与子片的顶心距CA所决定的。只有当顶心距CA=0时，才能完全消除像跳，即子片光心位于子片顶点。
无像跳的条件是：子片的光心位于子片顶点，若此顶点垂直偏差V也等于零，则表示远用光心、近用光心、子片光心、子片顶点都位于一点。
⑧像位移。像位移完全是由于视点处的棱镜效应所致，由于镜片均是围绕着基准点(远用或近用)而设计的，而视点却会由于人的习惯和配戴位置不同而不同，在校配时应选用符合视点位置要求的基准点位置，并通过校正使视点和基准点相符，所以在讨论时均假设基准点与视点相符。
若人眼视近时，视点通过近用光学中心不会产生像位移。当FD＜0时，0N不是在OD的上方，就是在Os的下方，有时甚至不在镜片上。对于胶合型双光镜，有时虽可依靠子片光心Os的偏移，使ON位于NRP点，但免不了在子片顶端产生像跳或是不美观。
所以，双光镜的设计，是像位移、像跳及实用美观三者的平衡。
④双眼的像位移差及差异棱镜效应。由于NRP不一定位于近用光学中心，故视近时将受到一定的棱镜效应的影响，视物时会产生一定的像位移。这对于初戴双光镜者来说是很不习惯的，但是经过一段时间的适应后，戴镜者会对看到的像所反映的实际物空间的变异有所纠正，即像位移是可以习惯的。而人眼最不能接受的是左、右眼之间的像位移的差异，即物空间的一个点，反映在双眼的像空间里却差异很大，若超过了大脑融像范围，就会产生复视现象(即不能双眼单视)。这种像位移的差异是由于视点处的棱镜效应的不一致所引起的，两眼之间的棱镜效应差异即差异棱镜效应。
由于差异棱镜表征的是像偏移的差异，所以对同方向的棱镜效应，差异棱镜效应为两者的差值；对反方向的棱镜效应，差异棱镜效应为两者的和。
一般，在垂直方向上，差异棱镜效应为左、右眼在垂直方向的棱镜度之差(两者同为底朝上或底朝下时)：在水平方向上，差异棱镜效应是左、右眼在水平方向的棱镜度之和(两者同为底朝外或底朝内时)。
差异棱镜效应是双光镜片首要的控制目标。

2．三焦镜
三焦镜片也称三光镜片，它能满足对三个视距的助视要求。
随着年龄的增长，调节力逐渐减弱，按近用镜(或双光镜)的焦度配置原理，近用附加焦度将逐渐加强，但通过双光镜的视远区和视近区都不能获得足够清楚的中距离视觉。
为满足中距离之用而在视远的基础上附加的焦度称为中距(或中光)用附加焦度，一般为近用附加焦度的50%~60%。
双光、三光(或三光以上)均称多焦点镜片，三光镜片的光学性能计算，也类似于双光镜片。
原则上说，具有Ac=1 D的调节力配用三光镜，就能看清相当于3 D的物距的变化。
如一正视眼老者，调节幅度为1.00 D，近用附加焦度为2 D，中距用附加焦度为1 D，则从无穷远处到眼前1 m可用远用镜，从眼前1 m到0.5m可用中距镜，从眼前0.5 m到眼前0.33 m可用近用镜。但是这样配镜，在最常用的距离点上，都是用足了调节力才能看清，这与预留三分之一的调节力以达到在舒适点成像的原则是不相符的。
对该例所配的三光镜可选用近用附加焦度为+2.50 D，中距用附加焦度为+1.25 D或1.50 D，这样可在两个常用近工作距离，即眼前0.33 m和眼前0.5 m，保留0.25~0.50 D的调节力就能达到明视。
这样的配方，虽有一定的物距损失(在本例中为-1~-1.25 D或-1.5 D)，在该区域内始终不能清晰成像，但由于其均不是常用工作距，而由此能达到在常用工作距上减少调节的目的也是值得的。
若Ac(调节幅度)＜-1/3WN(WN为近用工作距的聚散度)，所配的三光镜总会有一定的物距损失，近用附加焦度与中距用附加焦度的设置应有针对性，还应特别注意近距到中距的连贯性，其间最好不要出现模糊区。
同样，三光镜片也分熔融型、胶合型、分裂型及一体型等类型，其焦度及曲率的计算也类似于双光镜片的计算，在计算棱镜效应时，也与双光镜片大同小异。唯一的区别是，其对中间视距的区域大小有一定限制，中间区域的位置也可视需要而定，有时甚至置于远用区的上方。
为满足中距离之用而在视远的基础上附加的焦度称为中距(或中光)用附加焦度，一般为近用附加焦度的50%~60%。
双光、三光(或三光以上)均称多焦点镜片，三光镜片的光学性能计算，也类似于双光镜片。
原则上说，具有Ac=1 D的调节力配用三光镜，就能看清相当于3 D的物距的变化。
如一正视眼老者，调节幅度为1.00 D，近用附加焦度为2 D，中距用附加焦度为1 D，则从无穷远处到眼前1 m可用远用镜，从眼前1 m到0.5m可用中距镜，从眼前0.5 m到眼前0.33 m可用近用镜。但是这样配镜，在最常用的距离点上，都是用足了调节力才能看清，这与预留三分之一的调节力以达到在舒适点成像的原则是不相符的。
对该例所配的三光镜可选用近用附加焦度为+2.50 D，中距用附加焦度为+1.25 D或1.50 D，这样可在两个常用近工作距离，即眼前0.33 m和眼前0.5 m，保留0.25~0.50 D的调节力就能达到明视。
这样的配方，虽有一定的物距损失(在本例中为-1~-1.25 D或-1.5 D)，在该区域内始终不能清晰成像，但由于其均不是常用工作距，而由此能达到在常用工作距上减少调节的目的也是值得的。
若Ac(调节幅度)＜-1/3WN(WN为近用工作距的聚散度)，所配的三光镜总会有一定的物距损失，近用附加焦度与中距用附加焦度的设置应有针对性，还应特别注意近距到中距的连贯性，其间最好不要出现模糊区。
同样，三光镜片也分熔融型、胶合型、分裂型及一体型等类型，其焦度及曲率的计算也类似于双光镜片的计算，在计算棱镜效应时，也与双光镜片大同小异。唯一的区别是，其对中间视距的区域大小有一定限制，中间区域的位置也可视需要而定，有时甚至置于远用区的上方。

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三光镜与中距离视觉的需求
以下讨论暂不计镜眼距。
FN=B-WN=A-A’c-WN
FA=FN-FD=-A’c-WN
式中A——远点聚散度；
B——近点聚散度；
A’c——调节力；
Ac——调节幅度；
WN——近工作距的聚散度。
戴双光镜视近时，其近工作距的聚散度的变化范围为-FA(A’c=0)到-(FA+Ac)(A’c=Ac)，随着Ac的下降，则不仅要增加FA值，还缩小了近工作距的可变区域。
由于戴远用矫正镜在用了全部调节力所能看清的物点的聚散度WD≈-Ac，若-WD＜－WN(即Ac＜FA)，其间必有一段距离，在用足调节力的情况下，无论是从远用区，还是从近用区都无法看清。
例如，某人尚有1 D的调节力，若以近工作距为33 cm配近用镜，则FA≥2 D，才能看清眼前33~50 cm的近物。从所配的远用镜处，其只能看清眼前1 m(W=-1 D)以外的物体，在眼前0.5~1 m处这段距离是无法看清的(△W=FA-Fc=2-1=1 D)。
如需要看清远光的最近点到近光的最远点间的物体，就必须再配第三副眼镜或使用三焦镜片，来满足中距离视物的要求。

3．渐变焦眼镜
渐变焦镜片在人眼从视远到视近的过程中，视点移动的轨迹方向上，其屈光力是连续变化的，若视点的移动反映的是物距相应的变化，则人眼通过镜片能获得各距离连续的清晰视觉。由于屈光力是连续变化的，故在不同的视距处不会产生明显的像跳。
渐变焦镜片(见图3—57)同样也是以远用及近用基准点处的参数代表其各项光学性能。远用基准点到近用基准点的连线代表了视点预定的轨迹，这条直线也称为渐变焦镜片的主子午线，在主子午线(或者其延长线)上，屈光力是由上至下连续递增的。

渐变焦镜片的另一重要参数是主子午线的长度及围绕着主子午线的可视区宽度。由于要在主子午线上满足屈光力的连续变化，在离开主子午线一定距离后，其像质急剧恶化，像散与畸变迅速增大。对于有规律的散光，可在镜片的另一个面进行补偿，使剩下的杂乱散光值降到最小。一般将像散小于0.50 D的区域称为可视区，可视区的宽度也称通道宽度。
通道宽度决定了物方视场的大小，一般初戴渐变焦镜者，视线会不自觉地通过模糊区(非可视区)，得到的影像将是扭曲变形的朦胧像，这需要经过一定的头位与眼位的配合与适应，即在水平方向上是头位转动达到视场的改变，在垂直方向上则依靠眼位转动满足视距的变化，视点的轨迹沿主子午线方向移动，使视点通过该子午线的每一点的屈光力，正好符合眼睛的聚焦距离。
所以渐变焦镜片的定位是相当重要的，渐变焦镜片比其他多焦点镜片，还增加了一个基准点——配适点(fitting point)。配适点一般位于DRP之下5 mm左右，配适点的高度(配适点到镜架最底部水平切线的间距)代表了眼瞳的高度。这就意味着配渐变焦镜片需针对特定的镜架测量眼瞳在该镜上的高度——瞳高。
所有的渐变焦镜片都有两个隐形的永久性标记(相距34 mm)，而永久性标记点连线的中点就是配适点，所以配适点也间接地相当于一个永久性标志。镜片所有其他基准点位置都是相对于配适点而建立的。
按几何光学知识，渐变焦的形成可以是折射率的连续变化或曲率的连续变化。现在渐变焦镜片大多数是曲率连续变化的，由此可定义其为非球面镜片。
以前仅有玻璃是优良的光学材料时，由于玻璃表面加工性能较复杂，必须经过研磨抛光才能达到其光学的要求，故“非球面”常被称为“奢侈品”。故在一般的光学设计中，较少考虑“非球面”的形式。
随着树脂镜片技术的成熟，其光学性能已不亚于玻璃，树脂镜片可以模制成型，只要模具能符合要求(曲率、表面粗糙度)，就能连续批量地生产。模具一般是以玻璃为材料，即以前生产一片玻璃镜片的成本现在可以生产一个模具，并由此再生产一大批镜片。由于树脂镜片大大降低了渐变焦镜片的成本，使其在近年得到迅速推广。

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