老花鏡片的設(shè)計原理及運用

文 汪山獻松 陳國貴

老花鏡片的設(shè)計原理及運用

文 汪山獻松 陳國貴

據(jù)我國第5次全國人口普查數(shù)據(jù)顯示（2000年），40歲以上的人口為53160萬人，占總?cè)丝诘?0.70%；與第4次全國人口普查相比,60歲及以上人口的比重上升了0.76個百分點，中國的中老齡人口逐年增加。一旦跨入老年，很多人都不可避免地出現(xiàn)“遠影清晰可辨，書報卻昏花一片”的現(xiàn)象。“老眼昏花”并不是突然發(fā)生的，從40歲以后，隨著年齡增長，晶狀體的可逆性逐漸降低并趨向硬化，睫狀肌變薄，調(diào)節(jié)功能減弱。看近處物體的清晰度愈來愈低，近點逐漸遠移，超過了人們的習(xí)慣學(xué)習(xí)工作距離時，就會感到嚴重看近不清，再后來，東西放遠也看不清了，這時就會說眼睛老了，稱為“老花眼”。

老花眼的形成

人的眼睛像是一部自動調(diào)節(jié)的照相機，主要起調(diào)節(jié)作用的是晶狀體和睫狀肌?？唇鼤r睫狀肌收縮，晶狀體懸韌帶放松，晶狀體就變膨，屈光力減少，由于這種調(diào)節(jié)的作用，物像看遠看近都會清楚。隨著年齡的增長，眼睛的調(diào)節(jié)能力變?nèi)?。人?0歲以后，隨著眼部晶狀體逐漸纖維硬化，睫狀肌逐漸麻痹，人眼無法有效調(diào)節(jié)眼球的形狀(軸向變化)，只能通過調(diào)節(jié)眼睛與所視物體的距離才能看清楚，看近處的物體時必須移遠，這時眼睛的屈光狀態(tài)就稱為老視眼。當(dāng)眼睛的調(diào)節(jié)能力基本消失的時候，老視眼要想在原來習(xí)慣的距離(33cm)上使用視力就必須配戴老視鏡進行視力補充，才能看近清晰。而且隨著年齡增長，老花眼鏡度數(shù)必然相應(yīng)地增加。從圖1中不難看出，人們大約是在40歲進入老花的，此時老花度數(shù)大約在75度左右；每增加5歲，老花的度數(shù)增加約25度，這是老花發(fā)展的一個緩慢時期；當(dāng)進入下一個5年，老花進入快速發(fā)展期，往往會從100度增加到200度；在以后的歲月中，老花度數(shù)的增加逐漸變慢，60歲以后老花度數(shù)每年增加5度左右。

老花的出現(xiàn)除了年齡因素以外, 還有其他的影響因素。既往有遠視的易較早出現(xiàn)老花，既往有近視的老花可能較晚出現(xiàn)；配戴框架遠視矯正鏡的人發(fā)生老花比配戴框架近視矯正鏡的人早，這是因為框架眼鏡頂點距離影響了調(diào)節(jié)效果，如果配戴隱形眼鏡，兩者之間沒有差異；近距用眼多的人出現(xiàn)老花較早，遠距用眼多的人出現(xiàn)老花遲；個子較高的人因手臂較長，閱讀距離較遠，因而出現(xiàn)老花較晚，需要附加度數(shù)少些；生活在赤道的人發(fā)生老花偏早，這可能與氣溫對晶狀體的影響有關(guān)；長期使用胰島素、鎮(zhèn)痛藥、抗風(fēng)濕藥、利尿藥物等也能使老花提早，因為這些藥物能影響睫狀肌。

老花眼的矯正

研究表明，老花眼很難通過藥物或手術(shù)治療，平時應(yīng)注意盡量避免強光刺激，佩戴合適的老花鏡，以延緩老花的程度。老花眼的矯正，一般采用手執(zhí)放大鏡和直接戴矯正眼鏡。手執(zhí)放大鏡給生活帶來不便，而且放大鏡的度數(shù)相對較高。目前的矯正眼鏡大多都是樹脂材料，抗沖擊性能較好，在品種選擇上有單光鏡片、雙光鏡片、三光鏡片和漸進多焦點鏡片。

圖1 正常人年齡和老花度數(shù)的關(guān)系

單光老花鏡

單光鏡是具有一個光焦度的凸透鏡，是以一定值為半徑球體的一部分，也是以曲率半徑作為圓的一部分?？傮w而言，單光老花鏡片在空間結(jié)構(gòu)上是一單一半徑球體的一部分。當(dāng)鏡片矯正時，其使用距離設(shè)定為33cm，這是健康的閱讀距離，因此無法解決中、遠距離的視力矯正問題。雖然單光老花鏡片可以通過調(diào)節(jié)，在物空間中獲得一定清晰的深徑覺，但中、遠距離物空間范圍內(nèi)無法獲得清晰的視覺。單光老花鏡是一種有效的老視近用矯正鏡，但并非最理想的老花矯正眼鏡。但因其價格低廉、能立即適應(yīng)、沒有相變區(qū)等優(yōu)點，仍是老花患者的首選產(chǎn)品。

雙光老花鏡

老花患者佩戴單光老花鏡片看近距離可以獲得清晰的視野，看中遠距離的視野將會模糊，只好將眼鏡拿開。如果需要頻繁使用近距離和遠距離切換，佩戴者就必須不斷重復(fù)佩戴和取下這兩個動作。雙光鏡片就是一款可以自動切換近距離和遠距離的鏡片，由遠視和近視兩個不同的屈光度構(gòu)成。雙光老花鏡的結(jié)構(gòu)是由視遠球面的一部分和視近球面的一部分水平方向?qū)佣伞溺R片的矢狀剖面看，雙光老花鏡片是由兩個半徑不同的圓的一部分弧連接成一條光滑但不太規(guī)則的曲線。雙光鏡片是以上部和下部兩個用途作為起點來設(shè)計的。上部是遠用，以無限遠作為參照物進行設(shè)計，也就是矯正遠視力。下部用來看近，一般是以33cm作為參照距離進行設(shè)計。因此，佩戴雙光老花鏡，獲得較為滿意的近用度數(shù)的同時，還可以獲得清晰的遠用視野。

但是，雙光鏡在設(shè)計中沒有考慮中距離的問題，因此不能解決遠與近之間的中距離視力矯正問題。當(dāng)人們由看遠轉(zhuǎn)變?yōu)榭唇鼤r，佩戴者的視線必須經(jīng)過鏡片上遠用與近用的共同邊界，完成鏡度的跨越。這種鏡度的跨越表現(xiàn)為沿邊界線的部分視野缺損。人們將這種視野缺損造成的部分像丟失和像斷裂現(xiàn)象叫做像跳。像跳會造成成像的連續(xù)性和完美性的破壞，這正是雙光鏡的不足之處。

三光老花鏡

為了解決雙光老花鏡沒有中距離視力矯正的問題，人們又設(shè)計了三光老花鏡。三光老花鏡是遠、中、近三個光焦度的凸透鏡，是由視遠、中、近距離的三個視球的各一部分，自上而下依次對接而成，從而構(gòu)成遠、中、近距離的矯正鏡度體系。從鏡片的矢狀剖面看，三光老花鏡是由三個半徑不同的圓的各一部分弧連接而成。連接成的這條曲線較平滑，但有兩個折點。三光老花鏡設(shè)計中，較恰當(dāng)?shù)亟鉀Q了遠距離、中距離和近距離的視力矯正問題。但是三光老花鏡片也無法克服鏡度的跨越問題，并由雙光鏡片一個鏡度的跨越變成了三光老花鏡片的兩個鏡度的跨越，但像跳問題仍然存在。

漸進多焦點鏡片

漸進多焦點鏡片是一款專為老視人群設(shè)計的鏡片。采用遠用、中和近用距離一系列連續(xù)的、不間斷水平平滑曲線鏈接，沿著子午線鏡片的曲率從鏡片上部到底部連續(xù)增加，既解決了遠、中、近不同距離的視力校正，又消除了像跳。漸進多焦點鏡片外觀和單光鏡片一樣，鏡片表面沒有分界線，消除了佩戴者對外觀的反感。在老花初期，使用單光和雙光鏡片，通過自身的調(diào)節(jié)和用眼姿勢的調(diào)整，可以獲得較為清晰的中距離視力，但是當(dāng)老花加深時，不能連續(xù)通過調(diào)節(jié)來補償喪失的中距離視力，中距離的視覺效果將大為降低，而漸進多焦點鏡片可以通過漸變區(qū)域來獲得清晰和舒適的中距離視覺效果。漸進多焦點鏡片的子午線上的每一點，屈光度正好符合眼睛的聚焦距離，眼睛調(diào)節(jié)不需要變化，調(diào)節(jié)需求基本上和老視發(fā)生前的狀態(tài)一致。然而，漸進也有自己的缺陷，如中、近距離視野相對狹小，中距離漸變走廊和近用區(qū)的周邊存在不期望的散光區(qū)(變形區(qū))。為了適應(yīng)上面兩個缺點，佩戴者需要改變用眼習(xí)慣來增加其適應(yīng)期。

上海偉星智能老花鏡

當(dāng)前中國老花人群大約在6億左右，其中1～2億左右為淺度老花(老花度數(shù)在75度以下)，4～5億左右為中高度老花(老花度數(shù)在75度以上)。在歐美發(fā)達國家，老花人群佩戴漸進多焦點鏡片已經(jīng)十分普遍，然而，動輒上千元或者幾千元的價格讓眾多的中國消費者望而卻步。提供一種經(jīng)濟實惠且功能強大的漸進多焦點鏡片服務(wù)中國的老花人群是中國鏡片加工企業(yè)的責(zé)任。上海偉星光學(xué)有限公司以服務(wù)大眾為己任，于2010年推出兩款新型實用的漸進多焦點鏡片——智能老花鏡片(淺度老花)和三友老花鏡片(中高度老花)。

智能老花鏡采用先進的時尚簡約設(shè)計理念，同時將配鏡中心設(shè)計在鏡片的幾何中心并且不考慮偏心設(shè)計，僅檢測近用測度點不需要考慮遠用測度點，相比傳統(tǒng)漸進多焦點鏡片，無論加工還是驗配都得到了一定的簡化。該鏡片實用通道范圍從幾何中心上16mm開始到幾何中心下8mm處結(jié)束，整體加光達到0.8D～1.0D，而兩側(cè)最大像散低于0.5D，再加上采用全表面的非球面化軟性設(shè)計，人眼幾乎可以忽略盲區(qū)的存在，消費者幾乎不需要時間去適應(yīng)。圖2為上海偉星智能老花鏡片0.25D散屈光輪廓等高線圖。從圖2(a)球光分布圖來看，整個下光區(qū)度數(shù)變化很小，并且有很大的面積，這樣眼鏡的視近區(qū)面積非常寬大，比傳統(tǒng)的漸進片及雙光鏡都要大得多，因此看近時的視野及舒適度都比傳統(tǒng)的漸進片及雙光鏡要好得多。從圖2(b)柱狀圖來看，由于采用0.25D散屈光輪廓等高線圖，可以看到只有鏡片的邊緣有一些較高的散光，這些部分會在加工的過程中去掉，不會影響佩戴，鏡片的變形區(qū)或者說散光區(qū)最大散光也沒有超過0.3D，這種低散光的設(shè)計在同類產(chǎn)品處于領(lǐng)先地位，必將給佩戴者帶來更加舒適的享受。

普通的漸進多焦點鏡片或者室內(nèi)專用的電腦辦公用漸進多焦點鏡片雖然能夠解決看遠看近兩鏡合一的問題，但由于兩側(cè)盲區(qū)的存在，舒適性依然不佳；同時下光區(qū)太小，閱讀也不方便。這是傳統(tǒng)老花漸進片的致命缺點。據(jù)研究報告指出，由于驗配錯誤導(dǎo)致的投訴占漸進多焦點鏡片總投訴的一半，所以驗配以及加工上的難度也在阻礙此類鏡片的普及化推廣。上海偉星智能老花鏡片采用單光化的驗配方法，將漸進鏡的專業(yè)驗配簡化為單光鏡的簡單模式，使每個眼鏡店都能方便地配鏡。從圖2中不難看出，智能老花鏡片的裝配中心就是樹脂鏡片的幾何中心，和單光鏡片完全相同。在裝備的過程中，只要注意到鏡片的上下順序就可以了。驗光過程也十分簡單，只要測量光學(xué)中心下方8mm處的近用測度點就可以，只要佩戴者所用度數(shù)和近用測度點光度相同就可以佩戴，不用考慮遠用度數(shù)。由于這種眼鏡片在室內(nèi)打麻將、打撲克時特別適合，又被稱為麻將鏡。戴上這種老花鏡，既能看清自己的牌，也能看清桌上的牌，長時間戴鏡也不吃力，因此深受老年人的喜愛。

上海偉星三友老花鏡

上海偉星光學(xué)的另一款漸近多焦鏡——三友老花鏡，是一款專門為多用途的老花人群設(shè)計的。該鏡的特點是上光區(qū)采用平光設(shè)計，下光區(qū)的度數(shù)范圍為1.00、1.25、1.50、1.75、2.00。三友老花鏡充分考慮到亞洲人臉頰較小的特點，其漸進通道長度設(shè)計為10mm，下光區(qū)的測度點在鏡片中心下方11mm處，最小裝配高度為13mm。同時根據(jù)亞洲人眼球生理特點設(shè)計相應(yīng)的內(nèi)偏量，其大小為1.5mm。裝配過程也進行了簡化，只需要測試鏡片的下光區(qū)度數(shù)就可以進行裝配，其配鏡中心在鏡片中心的正上方2mm處，左右眼需要單獨驗配。針對不同的群體，上海偉星光學(xué)有限公司正在策劃推出偉星三友老花鏡片的成鏡系列，消費者可以根據(jù)自己的試戴舒適度感受直接選擇眼鏡，省去驗配環(huán)節(jié)。圖3為上海偉星三友老花鏡片0.25D散屈光輪廓等高線圖，從圖3(a)球光分布圖來看，整個上光區(qū)度數(shù)變化很小，并且占到半個鏡片的面積，這樣的設(shè)計可以保證佩戴者看遠的視野較為寬闊，可以很好地解決老花佩戴者的視遠適應(yīng)問題。從圖3(b)柱狀圖的散屈光輪廓等高線圖，可以看到只有鏡片下光區(qū)的兩側(cè)有一些較高的散光，但這些和100～200度的ADD而言是相對較小的，不會影響佩戴，這種低散光的設(shè)計在同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位，將給佩戴者帶來更加舒適的享受。戴上這樣一副老花鏡，完全可以同時看清從遠到近的所有物體。由于上光區(qū)采用寬大的平光設(shè)計，視遠極為舒適，所以這是一種可以戴著走路、開車、購物、閱讀的老花鏡，戴鏡者可以免去傳統(tǒng)老花鏡需要經(jīng)常戴上、摘下的動作，使用極為方便。這是對傳統(tǒng)老花鏡的顛覆與創(chuàng)新。

圖2 上海偉星光學(xué)智能老花鏡片0.25D散屈光輪廓等高線圖

圖3 上海偉星光學(xué)三友老花鏡0.25D散屈光輪廓等高線圖

作者介紹

汪山獻松，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、高折射率樹脂材料的制備研究以及中、高折射率樹脂鏡片、抗疲勞樹脂鏡片和漸進片的工藝開發(fā)。

陳國貴，男，1959年6月生，浙江大學(xué)碩士學(xué)歷，高級工程師?，F(xiàn)任偉星集團總工程師，主要從事新產(chǎn)品研發(fā)與規(guī)劃。