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第十章 第二节 眼镜片设计
2010-06-06 12:04:47 来源:网络 作者:方氏 【 】 浏览:64078次 评论:0
一、镜片类型
(一)单光镜片
1.球镜和环曲面镜片 最普通的单光镜片,属于简单的新月型或环曲面镜片,通常前表面(凸面)是球镜,后表面(凹面)是球面或者环曲面。绝大部分镜片材料都可以应用这样的镜片设计。
2.非球面镜片可以制造出外观更平更薄的镜片,一般采用圆锥曲线设计,主要是椭圆曲线设计。非球面设计考虑了平基弧的镜片设计,没有增加周边的散光。常规镜片材料都可应用非球面设计,最常用于中高折射率的树脂材料,目的是为了进一步减少镜片的厚度。
近年来,非球面镜片的应用不再局限于高度正镜片,低中度屈光力的镜片也广泛应用了非球面设计,不但改善了光学性能,也增加了美观性。应用非球面曲线设计可以获得更薄、更美观的镜片,而且也没有增加使人难以接受的像差,尤其是镜片周边的散光。
(二)多焦点镜片
1.双光镜片
(1)圆顶双光:常用的圆顶双光镜片是熔合了较高折射率的材料作为子片材料,圆顶双光的子片一般不易察觉。
圆顶双光设计是面向没有太多近用阅读的使用者。圆顶双光是非常容易制造的双光镜片,而且其圆顶形状更容易加工柱镜,因为轴位不需要和子片的顶部一致。
尽管圆顶双光的外观不易察觉,但它主要有两个缺点。首先,也是最重要的,子片顶部有一个不能被使用到的区域,因为圆形的顶部没有足够的宽度用于视近,因此眼位需要继续往子片下方才能进行舒适阅读。这对于需要大量近距离工作的戴镜者而言,不是很好的选择;其次,从远用区进入子片时会出现像跳。
(2)平顶双光:平顶双光解决了圆顶双光的主要问题,即放弃了没有用的圆顶子片顶部,但子片外观也就因此更加明显。平顶双光的子片不仅容易被触摸到,其外观也更容易被发现。
另外,与圆顶双光相比,平顶双光的光学中心更接近子片的顶部,因此像跳现象减轻;但平顶双光的外观不美观,对柱镜的制造,要求更严格,加工时子片顶部必须保证水平。
(3)一线双光:一线双光是子片外观最明显的双光镜片,有很大的近用可视区,可推荐给主要为近距离工作的人群。
一线双光的主要优点是有一个非常大的阅读区,而且也没有像跳,因为子片的光学中心正好位于子片的分割线上;但一线双光存在很多缺点:镜片厚、重,外观也非常难看,还有棱镜问题。一线双光对柱镜的加工也需要非常仔细,子片顶部一定要保证水平。
2.三光镜片
可以为老视者提供远、中及近距离视力。三光镜片也有平顶三光、一线三光等不同的设计。




二、镜片设计

1.像差 镜片不能使所有入射光线都能成像在一个期望像点而产生的成像质量问题。

塞德尔像差:包括五种单色像差。

(1)球差:球差是镜片的周边光线不能和近轴光线聚焦在同一点而产生的像差,属于轴向球面像差
球差很少会被配镜者或者镜片设计者关注,因为人眼的瞳孔相当于一个受限制的孔径,一般只有在研制一些光学设备镜头时会考虑减少球差。

(2)彗差:也是因镜片周边的入射光线的折射产生,主要是斜向入射光线。彗差常可以认为是斜向光线入射镜片时产生的一种球差




(3)斜散像差:斜向入射光线通过镜片后产生的像差,形成的是一弥散像,而不是一个聚焦点。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(主子午面或切线面)内光线的集合位置,会与其垂直平面(弧矢面)内光线集合发生偏离 (如图10-6)。镜片设计时必须考虑减少斜散像差。

(4)场曲:在没有其他像差存在的条件下,平面物体通过镜片后所成的像发生弯曲现象
场曲对于眼镜片设计不是一个重要的问题,因为视网膜是弯曲的。场曲主要是仪器制造商考虑的问题,尤其是照相机制造商,因为需要在一平面胶卷上成像。
(5)畸变:畸变影响的是形状,而不是像的清晰度。对正镜片配戴者而言,镜片周边的成像比近轴区域的成像更放大。也就是说,对于一正方形物体,将被放大呈针垫型(如图10-8(1)所示)。对负镜片配戴者则是相反的效果,镜片周边的成像放大率小于1(即缩小)而呈桶型(如图10-8(2)所示)。
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畸变主要是高屈光力戴镜者的问题。畸变可以通过非球面镜片的设计减少镜片周边的放大率。
2.色差 与材料的阿贝数和镜片的屈光力有关。镜片的阿贝数越低,同时屈光力越高,色差则越易察觉。
各种光线波长的不同折射产生了色差。色差主要分轴向色差和横向色差。
(1)轴向色差:通常由入射光线形成,例如光谱中,紫光比红光聚焦要早,这种类型的色差一般不对戴镜者产生明显影响。
(2)横向色差:因镜片周边较短波长有更大偏折所产生的色差(如彩图10-2)。色差与镜片的屈光力和镜片材料的阿贝数直接相关。横向色差可以用镜片某点的棱镜效应除以镜片材料的阿贝数来进行计算,即横向色差=棱镜效应/阿贝数。
减少色差最简单的办法是选用高阿贝数的材料。当然,也可以减少低阿贝数镜片材料的横向色差。镜片屈光力是固定的,可以通过减少棱镜效应来减少横向色差,也就是使视轴尽可能靠近光学中心,例如减少镜眼距离、增加面弯、选择小镜框。另外,非球面镜片设计减少周边的棱镜,所以也会减少横向像差。
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Tags:第二 镜片 设计 责任编辑:peijingshi
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