一种周边波前曲率调控方法和装置

1.本发明涉及镜片光学处理技术领域，特别涉及一种周边波前曲率调控方法和装置。


背景技术：

2.目前现有的近视防控的功能镜片设计所依据的基本原理是在人眼周边视场引入近视离焦，用于延缓眼轴增长；同时在中心视场矫正屈光误差，以保证较好的中心视觉质量，使得镜片佩戴者能够长期佩戴而不影响日常生活质量。针对近视的研究发现视网膜实际接收的光信号的情况是影响眼轴生长速度的直接因素。由于现有光学手段无法直接测量视网膜上接受的光信号，因此需要借助于间接的光学评价与测量手段。常用方法是测量人眼的屈光状态来推断出入射人眼的平行光在眼内聚焦位置与视网膜的相对位置关系。当入射人眼的平行光聚焦于视网膜之前时，该状态被称为近视离焦；当入射人眼的平行光聚焦于视网膜后时，该状态被称为远视离焦。
3.目前传统的近视防控理论认为，在周边视场引入近视离焦，可抑制眼轴的过快增长，从而抑制近视的进一步发展。然而现有的镜片的周边光学设计中，仅仅通过衡量用于评价镜片自身的光学参数来推断其对人眼视网膜光信号的影响，常见的光学参数包括镜片的顶焦度、球镜度、柱镜度等等。上述这些光学参数的计算过程中没有引入人眼的光学特征。在严格的光学原理中，佩戴镜片的人眼的周边离焦不是人眼周边离焦与镜片周边屈光的简单相加，在设计佩戴镜片的人眼周边离焦状态时，需要把镜片和人眼组成的光学系统作为整体来考虑。因此，现有技术方案在调控镜片佩戴者的实际周边离焦状态时存在着一定误差和不确定性，由此影响镜片实际佩戴过程中的近视防控效果。


技术实现要素：

4.本发明其中一个发明目的在于提供一种周边波前曲率调控方法和装置，所述方法和装置结合眼镜和人眼作为一个完整的光学系统考虑，充分考虑镜片和人眼的系统性，从而实现人眼离焦状态的精准调控，实现近视防控的标准化和精准化。
5.本发明另一个发明目的在于提供一种周边波前曲率调控方法和装置，所述方法和装置通过构建的镜眼联合光学结构，计算从视网膜中心凹以外周边开始，经过人眼的球面波发射到空气中和对应眼镜的联合光学结构折射后在眼镜前面波前作为镜眼联合周边波前，并计算基于所述镜眼联合周边波前反向传递经过空气和眼镜折射在出瞳处的镜眼联合周边波前函数，上述计算方式规范且系统性构建了镜片离焦计算方法，从而可以准确判断眼镜佩戴者的离焦状态，提高调控精度。
6.本发明另一个发明目的在于提供一种周边波前曲率调控方法和装置，所述方法和装置在镜片上配置了功能区，所述功能区上配置了多个调控点，所述多个调控点形成不同的调控形态，所述不同的调控形态构成了周边视场不同方位和视角的波前曲率参数的分布调控，因此可以综合考虑眼镜佩戴者的方位和视角的调控需求，使得眼镜佩戴者的周边视
场引入更精准的离焦调控信号。
7.本发明另一个发明目的在于提供一种周边波前曲率调控方法和装置，所述方法和装置通过设计调控眼镜联合波前曲率，可以根据人眼球一般化的中心视场方向及周边波前曲率数值与分布批量化或个性化生产固定眼镜联合波前曲率值的镜片。
8.为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种周边波前曲率调控方法，所述方法包括：
9.配置模拟眼球和镜片，所述镜片上设有基底和调控区，其中所述调控区包括至少一个调控点；
10.根据模拟眼球的视角和方位构建镜眼联合光学结构，在给定中心视场方向下，在所述镜眼联合光学结构的出瞳处和人眼出瞳处检测人眼周边波前曲率和镜眼联合周边波前曲率；
11.根据所述人眼周边波前曲率和镜眼联合周边波前曲率的调控条件，通过包括一般光线追迹和柯丁顿方程获得包括镜眼联合周边波前和人眼周边波前对应调控点需要的分布、曲率参数和扰动参数，用于控制所述调控点在镜片上的分布、曲率参数和扰动参数。
12.根据本发明其中一个较佳实施例，所述人眼周边波前曲率和镜眼联合周边波前曲率的检测方法包括：确定对应出瞳处位置，在所述对应出瞳处位置配置相差测量仪，通过所述相差测量仪测量所述出瞳处位置的波前系数，并根据微分几何原理计算该波前曲面在所述出瞳处的波前曲率。
13.根据本发明另一个较佳实施例，所述调控点曲率参数和扰动参数的获得方法包括：所述曲率参数包括入射波前曲率参数和出射波前曲率参数，所述入射波前曲率参数和出射波前曲率参数分别由所述调控点进行调控，调控后根据在出瞳处的一般光线追迹到所述调控点所在镜片表面的折射面以获取所述入射波前曲率参数和出射波前曲率参数，以判断所述调控点的调控效果。
14.根据本发明另一个较佳实施例，所述调控点在镜片上的扰度参数的获取方法包括：定义人眼周边波前曲率参数为(κ
p
,κq,τ
p
)，定义镜眼联合周边波前曲率参数为(κ
p
',κq',τ
p
')，在分别完成人眼周边波前和镜眼联合波前一般光线追迹得到所述对应波前曲率参数后，利用如下公式得到调控点在镜片上的扰度参数
[0015][0016]
其中r和i分别表示光线的出射角与入射角，下标p表示与光线、折射面法线所在平面垂直的方向，下标q表示与光线或曲面法线和p方向所在平面垂直的方向，扰度参数计算公式中μ表示入射光线所在介质折射率与出射光线所在介质折射率的比值，η＝cosr-μcosi。
[0017]
根据本发明另一个较佳实施例，所述镜眼联合周边波前对应调控点的曲率参数包括平均主曲率κm，最大主曲率与最小主曲率之差的绝对值κc，最大主曲率的方向角θ
max
；其中所述镜眼联合周边波前对应调控点的最大曲率和最小曲率被配置为大于等于0的值；和/或
配置调控点对应镜眼联合周边波前曲率参数中的平均主曲率κm根据视场角的增大而增大，和/或所述调控点对应镜眼联合周边波前曲率参数中的平均主曲率κm被配置为关于视场角的u型或倒u型函数。
[0018]
根据本发明另一个较佳实施例，所述调控区包括功能区，所述功能区内设置至少一个所述调控点，在所述功能区内配置局部二维坐标系，进一步计算在所述局部二维坐标系下，包含每个功能区调控点的形态和范围的第一区域计算公式为：
[0019][0020]
其中x和y表示功能区在调控点局部坐标系下沿最大曲率与最小曲率的切向方向的横纵坐标值，r
x
和ry分别表示x和y方向的曲率半径，q
x
和qy分别表示x和y方向的非球面系数，i和j分别表示x与y坐标的幂指数，n和m分别表示i和j的最大幂指数，c
ij
表示多项式的系数，其中根据调控点位置、调控后对视网膜光斑的作用效果和不同功能区范围进行上述q
x
、qy与c
ij
参数的调整。
[0021]
根据本发明另一个较佳实施例，所述功能区配置方法包括：配置带状功能区，所述带状功能区内设有连续排布的调控点，以调控点为中心设置距离调控点中心固定距离的长度的圆域，并通过上述第一区域计算公式计算圆域范围，并通过样条曲面平滑过渡得到圆域范围之外的面型，设置形成所述包括多个连续排布调控点的环带状功能区或多个非连续排布调控点两侧带状置设置的功能区。
[0022]
根据本发明另一个较佳实施例，所述功能区配置方法包括：以功能区包含的其中一个调控点作为原点构建二维坐标系，每个功能区被配置为包含单个调控点的闭合区域，所述包含单个调控点的闭合区域采用上述第一区域计算公式得到，并在调控区域配置连续圆周排列的离散设置的功能区域或非连续两侧离散设置的功能区域。
[0023]
根据本发明另一个较佳实施例，镜眼联合周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
与人眼周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
的差值的绝对值在5
°
以内，或镜眼联合周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
与所述指定的或一般镜片配戴者的人眼周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
的差值的绝对值大于等于85
°
且小于等于95
°
。
[0024]
为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种眼球周边波前曲率调控装置，所述装置包括：
[0025]
模拟眼球；
[0026]
调控点；
[0027]
镜片；
[0028]
相差测量仪；
[0029]
处理器；
[0030]
所述处理器连接所述相差测量仪，所述模拟眼球、镜片和调控点按照预设视场排列构成镜眼联合光学结构，所述相差测量仪计算人眼周边波前系数和镜眼联合周边波前系数，利用处理器设置的微分几何计算规则得到人眼周边波前曲率和镜眼周边波前曲率，设
置调控点在镜片的分布和曲率，通过包括一般光线追迹和柯丁顿方程计算对应调控点人眼周边波前曲率和镜眼联合周边曲率，调整调控点在镜片上的分布和曲率以满足人眼周边波前曲率和镜眼联合周边曲的调控条件。
[0031]
本发明进一步提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机可读存储介质执行所述计算机程序以实现上述一种周边波前曲率调控方法。
附图说明
[0032]
图1显示的是本发明一种周边波前曲率调控方法的流程示意图。
[0033]
图2为眼模型周边波前传播的示意图；
[0034]
图3为调控点位于镜片前表面的情形下镜眼联合模型周边波前传播的示意图；
[0035]
图4为通过反向光线追迹获取镜眼联合周边波前的示意图；
[0036]
图5为调控点位于镜片后表面的情形下镜眼联合模型周边波前传播的示意图；
[0037]
图6为包含多个调控点的多个功能区呈环带分布的镜片设计；
[0038]
图7为包含单个调控点的各个功能区被离散地呈圆周排列的镜片设计；
[0039]
图8为包含单个调控点的各个功能区被离散地排列在左右周边区域的镜片设计；
[0040]
图9为包含多个调控点的多个功能区呈部分环带分布于左右周边区域的镜片设计；
[0041]
图10为本发明中带有调控点的镜片前表面第三较佳实施例矢高分布的地形图；
[0042]
图11为本发明中带有调控点的镜片前表面第四较佳实施例矢高分布的地形图；
[0043]
图12为本发明中带有调控点的镜片第三较佳实施例不同视角下的视网膜点列示意图。
[0044]
图13为本发明中带有调控点的镜片第四较佳实施例不同视角下的视网膜点列示意图。
[0045]
其中，人眼模型-1，中心凹-2，第一主光线-3，视网膜上中心凹以外的点-4，从视网膜上中心凹以外的点发出的球面波-5，周边主光线-6，虹膜-7，人眼出瞳-8，人眼出瞳中心点-9，位于人眼出瞳平面处的人眼周边波前-10，镜片-11，功能区-12，调控点-13，从镜眼联合光学系统出射的波前-14，镜眼联合光学系统的出瞳-15，周边主光线位于镜片前方部分的反向延长线-16，位于镜眼出瞳平面处的镜眼联合周边波前-17，中心视场参考点-18，基底区-19。
具体实施方式
[0046]
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
[0047]
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
[0048]
请结合图1-图13，本发明提供了一种周边波前曲率调控方法和装置，其中所述装置主要包括如下部分：模拟眼球、调控点、镜片、相差测量仪和处理器；其中所述调控点被配置在所述镜片上，所述调控点用于设计在所述镜片上的波前曲率；所述调控点、镜片和模拟眼球按照预设的视场角依顺序排列形成如图3所示给定指定视场角的镜眼联合光学结构。其中在所述镜眼联合光学结构的出瞳(即图3中的10)处设置相差测量仪，所述相差测量仪用于检测包括但不仅限于人眼周边波前系数，在检测到所述人眼周边波前系数后，输入处理器中根据微分几何原理在所述出瞳处的曲率为所述人眼周边波前曲率，需要说明的是，微分几何原理为现有公知常识，依据上述原理计算人眼周边波前曲率为现有公知常识的数学换算，本发明对此不再详细赘述。值得一提的是，本发明在同一视场角下利用人眼周边波前和镜眼联合周边波前进行一般光线追迹得到对应调控点的波前曲率，可以根据需要的波前曲率调控所述调控点，使得人眼周边波前曲率满足设计要求。因此本发明综合考虑了镜眼联合光学结构的镜眼联合波前曲率和人眼周边波前曲率对调控光路的影响，从而实现人眼视网膜光信号直接关联且周边离焦的更精准的定义方式与矫正手段。
[0049]
本发明对一些专业术语进行如下解释，以清楚说明本发明的技术方案和技术效果：
[0050]
术语“主光线”是指从人眼视网膜上的一点出发，经过人眼光学系统折射后经过人眼出瞳15中心的光线。
[0051]
术语“中心视场方向”是指从人眼视网膜上的中心凹4出发，经过人眼光学系统折射后从角膜前表面出射的主光线方向。
[0052]
术语“一般光线追迹”是指对主光线进行单个光线的光线追迹的基础上，对波前与主光线交点处的曲率进行光线追迹，包括在相同介质中的波前传递与在不同介质交界面的波前折射。
[0053]
其中如图3所示，所述人眼周边波前10为从视网膜上中心凹以外的指定点4发出的球面波5通过人眼光学系统折射后，从角膜前表面出射后的波前，其中相差测量仪被安装在图3的10位置，测量的所述人眼周边波前曲率为人眼出瞳8处的波前10的曲率。
[0054]
所述镜眼联合周边波前14为从视网膜上中心凹以外的指定点4发出的球面波5通过人眼与镜片联合光学系统折射后，从镜片前表面出射后的波前，镜眼联合波前曲率是指镜眼联合周边波前14在空气介质中反向传递至镜眼联合光学系统的出瞳15处的波前曲率，也就是说在所述镜眼联合光学系统的出瞳15处设有相差测量仪，以检测对应位置的波前曲率。
[0055]
也就是说，本发明中定义了人眼人眼出瞳8处的波前10和镜眼联合光学系统的出瞳15处波前17的两个不同出瞳处波前，分别用于测量人眼波前曲率和镜眼联合波前曲率。
[0056]
本发明提供如下实施例说明本发明的技术方案：
[0057]
将所述调控点配置在镜片外表面的第一较佳实施例，其中配置模拟近视的右眼，该眼的中心屈光误差为-3d，基底区被配置为单焦矫正的非球面镜片，其设计参数为：(1)前后表面曲率半径分别为244mm、111.6mm；(2)前、后表面非球面系数分别为-8.16、-1.29；(3)厚度为1.3mm。镜片折射率为1.59。
[0058]
第一较佳实施例中，所有调控点被配置为视场角以5
°
为间隔等间隔分布于30
°
～50
°
；子午线以10度为间隔等间隔分布于0
°
～350
°
的180个视场点对应的主光线上。根据该
眼中心视场方向，将镜片配置于角膜顶点前13mm处。通过光线追迹可得到每个视场主光线在镜片后方、镜片内部和镜片前方的的位置与方向。
[0059]
在第一较佳实施例中，假定配戴者出瞳处周边波前曲率在调控点对应视场点的具体数值如下表1所示，为了便于展示本技术方案，表格中部分数据省略。
[0060][0061]
表1
[0062]
在表1中，最大主曲率方位的参考系为对应视场角的局部坐标系，该局部坐标系以(图2所示)出瞳中心9为原点、以水平方向为x轴(图2中平面射入或射出方向)，以主光线(图2中3)为z轴。在本技术方案的实际应用中，对于配戴者人眼周边波前曲率的数值与分布没有限制要求。
[0063]
在第一较佳中，为便于展示本发明提出的技术方案，所有调控点对应的镜眼联合周边波前曲率参数中的平均主曲率κm被配置为2.5d，最大与最小主曲率之差的绝对值κc设置为0d，调控点沿主光线与基底区前表面距离被设置为0.002mm。但可以实现本发明技术效果的方案不仅限于上述参数设定。
[0064]
在上述镜片前方设置所述调控点的第一较佳实施例中，对每一调控点对应的人眼周边波前曲率从人眼往镜片方向实施一般光线追迹，得到到达镜片前表面的波前曲率参数(κ
p
,κq,τ
p
)；相应地，对同一主光线对应的镜眼联合周边波前曲率实施一般光线追迹，得到在空气介质中到达镜片前表面的波前曲率参数(κ
p
',q',τ
p
')，根据如下公式，得到调控点在其所在镜片折射面的曲率与挠度参数
[0065][0066]
根据微分几何基础原理，由该参数可得到调控点位置处的曲率与方位。
[0067]
需要说明的是，本发明中一般光线追迹指的是在观察点设置光学传感器(第一较佳实施例中安装在镜片内侧)，利用所述光学传感器接收来自镜片外表面射入光束经过所述调控点和镜片的传导后在所述观察点被捕捉，通过调整不同位置镜片外表面射入光束光强等变化，在光学传感器对应位置光强发生变化实现逆向光线追迹。上述光线追迹方式仅举例说明，本发明不对光学传感器的安装位置和追迹方法进行限定。
[0068]
如下表2展示了第一较佳实施例调控点的曲率值分布。
[0069][0070]
表2
[0071]
请参考图5，本发明针对所述调控点在镜片上的分布和位置提供了第二较佳实施例，所述第二较佳实施例中，所述调控点13被设置在所述镜片的后侧面，使得所述镜片、调控点和模拟眼球在同一视场下构成镜眼联合光学结构。在上述第二较佳实施例中，对每一调控点对应的人眼周边波前曲率从人眼往镜片方向实施一般光线追迹，得到到达镜片后表面的波前曲率参数(κ
p
,κq,τ
p
)；相应地，对同一主光线对应的镜眼联合周边波前曲率实施一般光线追迹，得到从镜片前方到达镜片后表面的波前曲率参数(κ
p
',κq',τ
p
')，根据如下公式，得到调控点在其所在镜片折射面的曲率与挠度参数
[0072][0073]
其中r和i分别表示光线的出射角与入射角，下标p表示与光线、折射面法线所在平面垂直的方向，下标q表示与光线或曲面法线和p方向所在平面垂直的方向，扰度参数计算公式中μ表示入射光线所在介质折射率与出射光线所在介质折射率的比值，η＝cosr-μcosi。
[0074]
根据微分几何基础原理，由该参数可得到调控点位置处的曲率与方位。
[0075]
请参考图6-图9，本发明针对所述调控区域构建的功能区做不同的设计，其中每个功能区包括至少一个调控点，所述调控点和功能区设计方法包括：
[0076]
如图6所示，功能区被配置为包含多个调控点的连续的环带区域，所述功能区内的每个调控点周围半径至少在0.5mm的圆域内可由如下方程表示：
[0077][0078]
其中x和y表示功能区在调控点局部坐标系下沿最大曲率与最小曲率的切向方向的横纵坐标值，r
x
和ry分别表示x和y方向的曲率半径，q
x
和qy分别表示x和y方向的非球面系数，i和j分别表示x与y坐标的幂指数，n和m分别表示i和j的最大幂指数，c
ij
表示多项式的系数，其中根据调控点位置、调控后对视网膜光斑的作用效果和不同功能区范围进行上述q
x
、qy与c
ij
参数的调整。
[0079]
在功能区内调控点周围半径至少在0.5mm的圆域之外的面型可由样条曲面平滑过
渡得到。
[0080]
在本发明的另一些实施例中，如图7所示，调控区包含一个或多个呈连续圆周排列的多个离散的功能区，其中每个功能区被配置为包含单个调控点的闭合区域，所述的每个功能区在以其所包含的调控点为原点的局部坐标系下可由如下方程表示：
[0081][0082]
在本发明的一些实施例中，如图9所示，所述功能区被配置为包含多个调控点的非连续带状区域，所述的多个功能区分布于镜片的左侧周边区域与右侧周边区域，在所述功能区内的每个调控点周围半径至少在0.5mm的圆域内可由如下方程表示：
[0083][0084]
在功能区内调控点周围半径至少在0.5mm的圆域之外的面型可由样条曲面平滑过渡得到。
[0085]
在本发明的另一些实施例中，如图8所示，所述调控区包含一个或多个呈非连续圆周排列的多个离散的功能区，其中每个功能区被配置为包含单个调控点的闭合区域，且所述的多个功能区分布于镜片的左侧周边区域与右侧周边区域，所述的每个功能区在以其所包含的调控点为原点的局部坐标系下可由如下方程表示：
[0086][0087]
也就是说，附图6-图9，提供了针对功能区形态和分布的不同设计，包括连续环带结构、非连续离散带状结构、连续圆周结构，非连续离散圆周结构。然而本领域技术人员可以理解的是，本发明可以针对所述调控点做其它形态的设计，本发明对此不再限制。
[0088]
具体而言请参考图10显示的本发明针对功能区的调控点形态设计的第三较佳实施例矢高分布的地形示意图。上述图10包含每个调控点的功能区边界已经标出。本实施例中，每个功能区包含单个调控点，功能区呈环状排列。每个功能区由如下方程表示：
[0089][0090]
在第三较佳实施例中q
x
、qy与c
ij
(i＝1,2,
…
,n；j＝1,2,
…
,m)被配置为0。在本技术方案的实施过程中，q
x
、qy与c
ij
(i＝1,2,
…
,n；j＝1,2,
…
,m)可根据镜片调控点位置、对视网膜光斑的作用效果和各功能区的范围进行调整。
[0091]
在本发明的上述第三较佳实施例中所有调控点优选被配置为视场角以5
°
为间隔
等间隔分布于25
°
～60
°
所在的8个圆周上，由内向外每个圆周依次等间隔分布10、12、14、16、20、28、36、50个视场点对应的主光线上。根据该眼中心视场方向，将镜片配置于角膜顶点前13mm处。通过光线追迹可得到每个视场主光线在镜片后方、镜片内部和镜片前方的的位置与方向。
[0092]
在第三较佳实施例中，假定配戴者出瞳处周边波前曲率在调控点对应视场点的具体数值如下表3所示，为了便于展示本技术方案，表格中部分数据省略。
[0093][0094]
表3
[0095]
在表3中，最大主曲率方位的参考系为对应视场角的局部坐标系，该局部坐标系以(图2所示)出瞳中心9为原点、以水平方向为x轴(图2中平面射入或射出方向)，以主光线(图2中3)为z轴。在本技术方案的实际应用中，对于配戴者人眼周边波前曲率的数值与分布没有限制要求。
[0096]
在第三较佳实施例中，调控点对应的镜眼联合周边波前曲率参数中的平均主曲率κm在八个圆周上由内到外分别被配置为2d、2d、2.5d、2.5d、3d、3d、4d、4d，最大与最小主曲率之差的绝对值κc设置均配置为0d，调控点沿主光线与基底区前表面距离被设置为0.002mm。
[0097]
对每一调控点对应的人眼周边波前曲率从人眼往镜片方向实施一般光线追迹，得到到达镜片前表面的波前曲率参数(κ
p
,κq,τ
p
)；相应地，对同一主光线对应的镜眼联合周边波前曲率实施一般光线追迹，得到在空气介质中到达镜片前表面的波前曲率参数(κ
p
',κq',τ
p
')，根据如下公式，得到调控点在其所在镜片折射面的曲率与挠度参数
[0098][0099]
根据微分几何基础原理，由该参数可得到调控点位置处的曲率与方位。
[0100]
表4展示了第三较佳实施例调控点的曲率值分布。
[0101][0102]
表4
[0103]
请参考图11，本发明提供了基于功能区形态和分布特征变化的第四较佳实施例，图11展示了第四较佳实施例的调控点所在镜片后表面的矢高地形图，其中包含每个调控点的功能区边界已经标出。本实施例中，每个功能区包含单个调控点，功能区呈环状排列。每个功能区由如下方程表示。
[0104][0105]
在第四较佳实施例中q
x
、qy与c
ij
(i＝1,2,
…
,n；j＝1,2,
…
,m)被配置为0。在本技术方案的实施过程中，q
x
、qy与c
ij
(i＝1,2,
…
,n；j＝1,2,
…
,m)可根据镜片调控点位置、对视网膜光斑的作用效果和各功能区的范围进行调整。
[0106]
在上述第四较佳实施例中，所有调控点13被配置在镜片后表面，以5
°
为间隔等间隔分布于25
°
～60
°
所在的8个圆周上，由内向外每个圆周依次等间隔分布10、12、14、16、20、28、36、50个视场点对应的第一主光线3上。根据该眼中心视场方向，将镜片11配置于角膜顶点前13mm处。通过光线追迹可得到每个视场主光线在镜片11后方、镜片11内部和镜片11前方的的位置与方向。
[0107]
在本实施例中，假定配戴者出瞳8处周边波前曲率在调控点对应视场点的具体数值如下表5所示，为了便于展示本技术方案，表格中部分数据省略。
[0108]
[0109]
表5
[0110]
在表5中，最大主曲率方位的参考系为对应视场角的局部坐标系，该局部坐标系以出瞳中心点9为原点、以水平方向为x轴，以主光线为z轴。在本技术方案的实际应用中，对于配戴者人眼周边波前10曲率的数值与分布没有限制要求。
[0111]
在本实施例中，调控点13对应的镜眼联合周边波前14曲率参数中的平均主曲率κm在八个圆周上由内到外分别被配置为2d、2d、2.5d、2.5d、3d、3d、4d、4d，最大与最小主曲率之差的绝对值κc在八个圆周上由内到外分别被配置为0.5d、1d、1.5d、1.5d、2d、2d、2.5d、2.5d，调控点13沿主光线与基底区19前表面距离被设置为0.002mm。
[0112]
并按照调控点在其所在镜片折射面的曲率与挠度参数计算。
[0113]
图12展示了本发明第三较佳实施例的镜片对人眼水平子午线上视场角分别为0
°
、20
°
、25
°
、30
°
、35
°
、40
°
对应的视网膜点列图。当视场角大于25
°
时，视网膜光斑呈现明显的不对称性，且周边出现弥散性光点，该光点对视网膜感光效应产生明显作用。
[0114]
图13展示了本发明第四较佳实施例的镜片对人眼水平子午线上视场角分别为0
°
、20
°
、25
°
、30
°
、35
°
、40
°
对应的视网膜点列图。当视场角大于25
°
时，视网膜光斑呈现明显的不对称性，且周边出现弥散性光点，周边散光离焦的引入使得弥散性光点聚集在光斑附近并分布在与光斑垂直的方向上，对视网膜感光效应产生明显作用。
[0115]
在本发明的另一实施例中，基底区可配置为渐变焦模式的屈光矫正，根据佩戴者视远与视近及二者之间过渡过程时其中心视场对应视线的方位及移动轨迹，在视近区降低矫正量，改善视疲劳及近距离阅读可能引起的调节滞后。
[0116]
在本发明的一些实施例中，所有调控点对应的镜眼联合周边波前曲率参数中的平均主曲率κm可被配置为大于0的某一特定值；在另一些实施例中，镜眼联合周边波前曲率参数中的平均主曲率κm可根据视场角的增大而增大；在另一些实施例中，镜眼联合周边波前曲率参数中的平均主曲率κm可被配置为关于视场角的u型或倒u型函数。
[0117]
在本发明的一些实施例中，所有调控点对应的镜眼联合周边波前最大与最小主曲率之差的绝对值κc可被配置为小于0.25d的一个或多个特定值，在此情形下主曲率方向对人眼的作用可被忽略不计；在另一些实施例中，镜眼联合周边波前最大与最小主曲率之差的绝对值κc可根据视场角的增大而增大；在另一些实施例中，镜眼联合周边波前最大与最小主曲率之差的绝对值κc可被配置为关于视场角的u型或倒u型函数。
[0118]
在本发明的另一些实施例中，镜眼联合周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
与所述指定的或一般镜片配戴者的人眼周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
的差值的绝对值在5
°
以内。
[0119]
在本发明的另一些实施例中，镜眼联合周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
与所述指定的或一般镜片配戴者的人眼周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
的差值的绝对值大于等于85
°
且小于等于95
°
。
[0120]
本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)执行时，执行本技术的方法中限定的上述功能。需要说明
的是，本技术上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线段、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线段的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本技术中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本技术中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线段、电线段、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0121]
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0122]
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明，本发明的目的已经完整并有效地实现，本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

技术特征：
1.一种周边波前曲率调控方法，其特征在于，所述方法包括：配置模拟眼球和镜片，所述镜片上设有基底和调控区，其中所述调控区包括至少一个调控点；根据模拟眼球的视角和方位构建镜眼联合光学结构，在给定中心视场方向下，在所述镜眼联合光学结构的出瞳处和人眼出瞳处检测人眼周边波前曲率和镜眼联合周边波前曲率；根据所述人眼周边波前曲率和镜眼联合周边波前曲率的调控条件，通过包括一般光线追迹和柯丁顿方程获得包括镜眼联合周边波前和人眼周边波前对应调控点需要的分布、曲率参数和扰动参数，用于控制所述调控点在镜片上的分布、曲率参数和扰动参数。2.根据权利要求1所述的一种周边波前曲率调控方法，其特征在于，所述人眼周边波前曲率和镜眼联合周边波前曲率的检测方法包括：确定对应出瞳处位置，在所述对应出瞳处位置配置相差测量仪，通过所述相差测量仪测量所述对应出瞳处位置的波前系数，并根据微分几何原理计算该波前曲面在所述出瞳处的波前曲率。3.根据权利要求1所述的一种周边波前曲率调控方法，其特征在于，所述调控点曲率参数和扰动参数的获得方法包括：所述曲率参数包括入射波前曲率参数和出射波前曲率参数，所述入射波前曲率参数和出射波前曲率参数分别由所述调控点进行调控，调控后根据在出瞳处的一般光线追迹到所述调控点所在镜片表面的折射面以获取所述入射波前曲率参数和出射波前曲率参数，以判断所述调控点的调控效果。4.根据权利要求1所述的一种周边波前曲率调控方法，其特征在于，所述调控点在镜片上的扰度参数的获取方法包括：定义人眼周边波前曲率参数为(κ
p
,κ
q
,τ
p
)，定义镜眼联合周边波前曲率参数为(κ
p
',κ
q
',τ
p
')，在分别完成人眼周边波前和镜眼联合波前一般光线追迹得到所述对应波前曲率参数后，利用如下公式得到调控点在镜片上的扰度参数得到所述对应波前曲率参数后，利用如下公式得到调控点在镜片上的扰度参数其中r和i分别表示光线的出射角与入射角，下标p表示与光线、折射面法线所在平面垂直的方向，下标q表示与光线或曲面法线和p方向所在平面垂直的方向，扰度参数计算公式中μ表示入射光线所在介质折射率与出射光线所在介质折射率的比值，η＝cosr-μcosi。5.根据权利要求1所述的一种周边波前曲率调控方法，其特征在于，所述镜眼联合周边波前对应调控点的曲率参数包括平均主曲率κ
m
，最大主曲率与最小主曲率之差的绝对值κ
c
，最大主曲率的方向角θ
max
；其中所述镜眼联合周边波前对应调控点的最大曲率和最小曲率被配置为大于等于0的值；和/或配置调控点对应镜眼联合周边波前曲率参数中的平均主曲率κ
m
根据视场角的增大而增大，和/或所述调控点对应镜眼联合周边波前曲率参数中的平均主曲率κ
m
被配置为关于视场角的u型或倒u型函数。6.根据权利要求1或4所述的一种周边波前曲率调控方法，其特征在于，所述调控区包括功能区，所述功能区内设置至少一个所述调控点，在所述功能区内配置局部二维坐标系，
进一步计算在所述局部二维坐标系下，包含每个功能区调控点的形态和范围的第一区域计算公式为：其中x和y表示功能区在调控点局部坐标系下沿最大曲率与最小曲率的切向方向的横纵坐标值，r
x
和r
y
分别表示x和y方向的曲率半径，q
x
和q
y
分别表示x和y方向的非球面系数，i和j分别表示x与y坐标的幂指数，n和m分别表示i和j的最大幂指数，c
ij
表示多项式的系数，其中根据调控点位置、调控后对视网膜光斑的作用效果和不同功能区范围进行上述q
x
、q
y
与c
ij
参数的调整。7.根据权利要求6所述的一种周边波前曲率调控方法，其特征在于，所述功能区配置方法包括：配置带状功能区，所述带状功能区内设有连续排布的调控点，以调控点为中心设置距离调控点中心固定距离的长度的圆域，并通过上述第一区域计算公式计算圆域范围，并通过样条曲面平滑过渡得到圆域范围之外的面型，设置形成所述包括多个连续排布调控点的环带状功能区或多个非连续排布调控点两侧带状置设置的功能区。8.根据权利要求6所述的一种周边波前曲率调控方法，其特征在于，所述功能区配置方法包括：以功能区包含的其中一个调控点作为原点构建二维坐标系，每个功能区被配置为包含单个调控点的闭合区域，所述包含单个调控点的闭合区域采用上述第一区域计算公式得到，并在调控区域配置连续圆周排列的离散设置的功能区域或非连续两侧离散设置的功能区域。9.根据权利要求1所述的一种周边波前曲率调控方法，其特征在于，镜眼联合周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
与人眼周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
的差值的绝对值在5
°
以内，或镜眼联合周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
与所述指定的或一般镜片配戴者的人眼周边波前曲率参数中的最大主曲率的方向角θ
max
的差值的绝对值大于等于85
°
且小于等于95
°
。10.一种周边波前曲率调控装置，所述装置包括：模拟眼球；调控点；镜片；相差测量仪；处理器；所述处理器连接所述相差测量仪，所述模拟眼球、镜片和调控点按照预设视场排列构成镜眼联合光学结构，所述相差测量仪计算人眼周边波前系数和镜眼联合周边波前系数，利用处理器设置的微分几何计算规则得到人眼周边波前曲率和镜眼周边波前曲率，设置调控点在镜片的分布和曲率，通过包括一般光线追迹和柯丁顿方程计算对应调控点人眼周边波前曲率和镜眼联合周边曲率，调整调控点在镜片上的分布和曲率以满足人眼周边波前曲率和镜眼联合周边曲的调控条件。

技术总结
本发明公开了一种周边波前曲率调控方法和装置，所述方法包括：配置模拟眼球和镜片，所述镜片上设有基底和调控区，其中所述调控区包括至少一个调控点；根据模拟眼球的视角和方位构建镜眼联合光学结构，在给定中心视场方向下，在所述镜眼联合光学结构的出瞳处检测人眼周边波前曲率；根据所述人眼周边波前曲率的调控条件，通过包括一般光线追迹和柯丁顿方程获得包括镜眼联合周边波前对应调控点需要的分布、曲率参数和扰动参数，用于控制所述调控点在镜片上的分布、曲率参数和扰动参数。所述方法和装置结合眼镜和人眼作为一个完整的光学系统考虑，充分考虑镜片和人眼的系统性，从而实现人眼离焦状态的精准调控，实现近视防控的标准化和精准化。标准化和精准化。标准化和精准化。


技术研发人员：房丰洲 李青
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15