漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)

文 汪山獻(xiàn)松 陳國(guó)貴

漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)

文 汪山獻(xiàn)松 陳國(guó)貴

漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片自1959年投入市場(chǎng)，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的不斷完善和改進(jìn)，其性能得到了非常大的改善，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入，更是開(kāi)創(chuàng)了漸進(jìn)鏡片發(fā)展的新紀(jì)元。漸進(jìn)多焦鏡片在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了硬性設(shè)計(jì)和軟性設(shè)計(jì)、前表面設(shè)計(jì)到后表面設(shè)計(jì)、雙面設(shè)計(jì)和雙面復(fù)合設(shè)計(jì)等。漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片是非常復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計(jì)，從理論上講，其設(shè)計(jì)模式可以無(wú)限多；從現(xiàn)實(shí)角度而言，所有的設(shè)計(jì)方案都要將設(shè)計(jì)集中到眼睛合適的位置，同時(shí)還要考慮鏡片的整體高度和配鏡高度，在提供給佩戴者上光區(qū)和下光區(qū)度數(shù)的同時(shí)，還要注意到鏡片散光的分布和大小。本文將著重介紹漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的通用設(shè)計(jì)及不同設(shè)計(jì)之間的差別。

1 漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的光學(xué)結(jié)構(gòu)

漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片不是單一、固定的球面，而是由若干個(gè)球面不間斷地連續(xù)而成，鏡片的光焦點(diǎn)是一個(gè)連續(xù)的變化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了一條由遠(yuǎn)及近的矯正光焦曲線。整個(gè)鏡面屈光度可以分為4個(gè)區(qū)（遠(yuǎn)用光度區(qū)、近用光度區(qū)、漸進(jìn)光度區(qū)、周邊光度區(qū)），又可以簡(jiǎn)稱(chēng)為遠(yuǎn)用區(qū)、近用區(qū)、漸進(jìn)區(qū)、周邊區(qū)（如圖1）。

圖1 漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片鏡面屈光度分區(qū)示意圖

鏡片的上部為遠(yuǎn)用區(qū)，該區(qū)域等同單光鏡片。遠(yuǎn)用的絕對(duì)清晰區(qū)視場(chǎng)角為80o～100o。對(duì)于大于視場(chǎng)角100o的區(qū)域，如果是中、高度屈光度的矯正者有一定的色散現(xiàn)象，遠(yuǎn)用區(qū)的正下方是漸進(jìn)區(qū)，這一區(qū)域的屈光度是自上而下逐漸變化的。該區(qū)域保證佩戴者在由遠(yuǎn)到近的注視過(guò)程中，可以獲得穩(wěn)定的物像形態(tài)，使視覺(jué)達(dá)到生理和心理的一致。據(jù)研究顯示，0.25D可以產(chǎn)生0.5%的像差，2.5D可以產(chǎn)生5%的像差，人的感覺(jué)閾限值在2%，也就是說(shuō)當(dāng)視像非同時(shí)出現(xiàn)而先后呈現(xiàn)的模式比較2%的像差時(shí)，人會(huì)明顯感覺(jué)到像差的存在。而漸變區(qū)的度數(shù)是自上而下不斷變化的，下加光的范圍大致在+0.50D～+4.00D。如果將近區(qū)的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)得足夠長(zhǎng)，就可以消除像差。然而，鏡片的寬度是有限的。對(duì)消除像差而言，鏡片的通道長(zhǎng)度越長(zhǎng)越好，但是通道過(guò)長(zhǎng)會(huì)給配鏡帶來(lái)麻煩，也會(huì)限制近用區(qū)。如果鏡片的通道長(zhǎng)度固定，下加光越高，屈光度的梯度就越高；反之，屈光度的梯度就越小。如果下加光固定，通道越長(zhǎng)，屈光度的梯度就越??；反之，屈光度的梯度就越高。如何判斷鏡片的漸進(jìn)區(qū)優(yōu)劣，將在后文討論。

漸進(jìn)區(qū)的兩邊是周邊區(qū)，又叫變性區(qū)或者散光區(qū)。變形散光是漸變多焦點(diǎn)鏡片很難克服的一大問(wèn)題,雖然驗(yàn)配得當(dāng)?shù)臐u變區(qū)域能給予佩戴者清晰的視力,但在漸變槽兩側(cè)將產(chǎn)生一定程度的成像變形，其變形程度和變形方向取決于鏡片設(shè)計(jì)的不同和附加度數(shù)的深淺。當(dāng)眼球離可用漸變槽中心區(qū)域越遠(yuǎn)，像質(zhì)變形就越明顯。由于近用區(qū)為球性設(shè)計(jì),所以視近區(qū)越寬，其周邊誘發(fā)出來(lái)的散光就越大；相反，視近區(qū)域越窄，其誘發(fā)性變形散光的問(wèn)題就越小。誘發(fā)性周邊變形散光同樣隨附加度數(shù)的變化而改變，近閱讀附加度數(shù)越大，周邊變形問(wèn)題就越明顯。

漸變區(qū)和周邊區(qū)的下方是近用區(qū)。近用區(qū)相對(duì)穩(wěn)定，其掃描清晰圖像的寬度較漸進(jìn)區(qū)的視場(chǎng)角要大，但是視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)寬度要小。如果寬度超過(guò)40cm，佩戴者通過(guò)頭的左右轉(zhuǎn)動(dòng)以達(dá)到清晰的圖像。近用區(qū)一般用來(lái)看書(shū)、寫(xiě)字等近距離工作，30～40cm的視距足夠了。漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片通過(guò)光學(xué)的連續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓佩戴者可以有穩(wěn)定的遠(yuǎn)用屈光度、連續(xù)漸變的中距離屈光度和相對(duì)穩(wěn)定的近用屈光度，獲得滿(mǎn)意的由遠(yuǎn)到近的校正視力，看到的是由遠(yuǎn)到近的連續(xù)立體空間。

2 漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的通用設(shè)計(jì)

2.1 非球面的漸進(jìn)鏡片設(shè)計(jì)

最初的漸變多焦點(diǎn)鏡片其上半部分與傳統(tǒng)的單光鏡片一樣均為球面前表面。1974 年，Varilux介紹了一種非球面設(shè)計(jì)方法，即在鏡片上半部視遠(yuǎn)區(qū)的周邊保留少量散光，這樣可將周邊散光擴(kuò)散至外周較大的區(qū)域，使像散的量由集中的周邊向相鄰區(qū)擴(kuò)散，減少變形散光密度，從而讓像散趨向平緩。后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)遠(yuǎn)用區(qū)中央部分沒(méi)有像散，而其周邊區(qū)有小量的色散時(shí)，佩戴者在側(cè)視和正視時(shí)的像稍有不同，有少量的邊緣色分離現(xiàn)象。這種現(xiàn)象對(duì)于佩戴者來(lái)說(shuō)是容易適應(yīng)的，也可以清楚地看到物像。所以現(xiàn)在的多焦點(diǎn)鏡片均采用上半部的非球面設(shè)計(jì)。

2.2 軟性設(shè)計(jì)和硬性設(shè)計(jì)

所謂硬性設(shè)計(jì)和軟性設(shè)計(jì)是一個(gè)新術(shù)語(yǔ)，表示屈光度變化的大小，是一個(gè)相對(duì)的概念。所謂“硬”指的是屈光度變化速率大，像散變化突然；所謂“軟”指的是屈光度變化速率小，像散變化緩慢。軟硬的區(qū)別在于兩個(gè)因素：一是漸進(jìn)區(qū)的長(zhǎng)度，長(zhǎng)通道屈光度變化速率慢趨于軟，短通道屈光度變化速率快趨于硬。二是像散區(qū)集中而且比較小偏硬，像散區(qū)分布大而且廣偏軟。雙光鏡片的設(shè)計(jì)特征為視近區(qū)域與其他部分有明顯界限，視近區(qū)域的位置一目了然，沒(méi)有漸變區(qū)，也可以理解為通道長(zhǎng)度是0的漸進(jìn)片設(shè)計(jì)。從這一點(diǎn)而言，雙光鏡片是最硬的漸變多焦點(diǎn)設(shè)計(jì)。

同樣，佩戴漸變多焦點(diǎn)鏡片，漸變區(qū)散光柱鏡屈光力的改變或增加很快，例如，散光柱鏡有可能快速地從零增加至0.50D，又快速變化至1.00D，然后更快速變化至1.50D，而此時(shí)變化的距離可能僅相隔幾毫米，這種設(shè)計(jì)特征就屬于硬性設(shè)計(jì)。硬性設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于將變形散光集中在特定的區(qū)域，硬性設(shè)計(jì)鏡片通常有較大且更穩(wěn)定的視遠(yuǎn)區(qū)域和視近區(qū)域，使得視近區(qū)域變寬，特別適合于高度數(shù)的附加。硬性設(shè)計(jì)的鏡片漸變區(qū)漸變速度快，即度數(shù)增加很快，這意味著當(dāng)佩戴者朝下看時(shí)，眼球?qū)⒑芸斓竭_(dá)完全附加度數(shù)區(qū)域，有很清晰和便捷的下光區(qū)視野。硬性設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是變形散光柱屈光度數(shù)增加太快、密度太集中，對(duì)于一個(gè)極端硬性設(shè)計(jì)的鏡片，這種變形意味著需要更長(zhǎng)和更困難的適應(yīng)時(shí)間。

對(duì)于佩戴者而言，如果漸變區(qū)散光柱鏡屈光力的改變或增加較慢，例如，散光柱鏡緩和地從零增加至0.75D，漸變區(qū)的長(zhǎng)度有15o以上，這種設(shè)計(jì)特征就屬于軟性設(shè)計(jì)。軟性設(shè)計(jì)鏡片的特點(diǎn)是從視近區(qū)至周邊的變化比較緩慢，當(dāng)佩戴者眼球水平轉(zhuǎn)動(dòng)離開(kāi)視遠(yuǎn)區(qū)域時(shí)，多余的散光度數(shù)也增加，但增加的速度比較緩慢。佩戴者從視遠(yuǎn)區(qū)至視近區(qū)的度數(shù)過(guò)渡比較慢，即漸變區(qū)較長(zhǎng)、較寬，這也意味著佩戴者需要將眼球下轉(zhuǎn)至更下一些才能到達(dá)完全附加的區(qū)域。軟性設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)的時(shí)間較短，看周邊物體時(shí)變形較少，頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物體“游離”現(xiàn)象較少。軟性設(shè)計(jì)的視近區(qū)域比較小，允許像差分布在較大的區(qū)域，甚至可以分布到鏡片上半部分，這樣變形散光就不那么致密，成像變形也不明顯了。軟性設(shè)計(jì)鏡片的缺點(diǎn)是鏡片上半部分視遠(yuǎn)區(qū)的視力清晰度稍差些，使用視近區(qū)時(shí)眼睛需要更往下些才能到達(dá)較小的視近區(qū)域。

2.3 多樣化設(shè)計(jì)

漸變多焦點(diǎn)鏡片初期所采用的設(shè)計(jì)方法都是單一化設(shè)計(jì)，無(wú)論下加光多少，都是統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法，即中間的漸變區(qū)的屈光度變化形式基本固定。這種設(shè)計(jì)比較適合老視初始者，當(dāng)一個(gè)人剛剛步入老視年齡期時(shí)，所需的閱讀附加度數(shù)是很低的，這就是說(shuō)還有一些自身調(diào)節(jié)力可使用。例如，某人需要的屈光度為+1.00D，此時(shí)他看中間距離時(shí)基本使用自身的調(diào)節(jié)力就足夠。然而，屈光度增加，自身可用的調(diào)節(jié)力也隨之逐漸減少，中間漸變度數(shù)的變化也就需要調(diào)整變化，因此就產(chǎn)生了“多樣設(shè)計(jì)”的概念。采用不同加光度使用不同的設(shè)計(jì)模式的方法，最大程度地滿(mǎn)足不同屈光度對(duì)鏡片設(shè)計(jì)的需求。

2.4 非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)

最早的漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片是采用對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)的，漸進(jìn)區(qū)以垂直方向設(shè)置。鏡片設(shè)計(jì)為對(duì)稱(chēng)性，鏡片無(wú)左右之分。然而，在實(shí)際的閱讀過(guò)程中，眼球會(huì)向下向內(nèi)旋轉(zhuǎn)。為了符合這個(gè)要求，對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)的鏡片在割邊時(shí)需要朝鼻內(nèi)側(cè)傾斜旋轉(zhuǎn)9o?，F(xiàn)在的漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片都采用非對(duì)稱(chēng)鏡面屈光度的方法，從設(shè)計(jì)上將漸進(jìn)區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)9o，并對(duì)左右側(cè)鏡片的對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行平衡設(shè)計(jì)，從而使其對(duì)應(yīng)點(diǎn)的屈光度、像散和垂直棱鏡基本相似。非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)是單只鏡片上兩側(cè)屈光度分布的不對(duì)稱(chēng)，正是這種非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了雙眼生理上視線和視像的對(duì)稱(chēng)，這也保證了在佩戴鏡片時(shí)，可以獲得均衡、敏銳的雙眼視覺(jué)。

作者介紹

汪山獻(xiàn)松，男，1978年11月出生于安徽。2008年1月畢業(yè)于東華大學(xué)材料學(xué)院，取得博士學(xué)位。同年進(jìn)入上海偉星光學(xué)有限公司主持研發(fā)部工作。主要從事中、高折射率樹(shù)脂材料的制備研究以及中、高折射率樹(shù)脂鏡片、抗疲勞樹(shù)脂鏡片和漸進(jìn)片的工藝開(kāi)發(fā)。

陳國(guó)貴，男，1959年6月生，浙江大學(xué)碩士學(xué)歷，高級(jí)工程師。現(xiàn)任偉星集團(tuán)總工程師，主要從事新產(chǎn)品研發(fā)與規(guī)劃。