漸進多焦點鏡片的設計和評價

文 汪山獻松 陳國貴

漸進多焦點鏡片的設計和評價

文 汪山獻松 陳國貴

漸進多焦點鏡片自1959年投入市場，經過近半個世紀的不斷完善和改進，其性能得到了非常大的改善，尤其是計算機技術的引入，更是開創了漸進鏡片發展的新紀元。漸進多焦鏡片在設計中出現了硬性設計和軟性設計、前表面設計到后表面設計、雙面設計和雙面復合設計等。漸進多焦點鏡片是非常復雜的光學設計，從理論上講，其設計模式可以無限多；從現實角度而言，所有的設計方案都要將設計集中到眼睛合適的位置，同時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和下光區度數的同時，還要注意到鏡片散光的分布和大小。本文將著重介紹漸進多焦點鏡片的通用設計及不同設計之間的差別。

1 漸進多焦點鏡片的光學結構

漸進多焦點鏡片不是單一、固定的球面，而是由若干個球面不間斷地連續而成，鏡片的光焦點是一個連續的變化過程，實現了一條由遠及近的矯正光焦曲線。整個鏡面屈光度可以分為4個區（遠用光度區、近用光度區、漸進光度區、周邊光度區），又可以簡稱為遠用區、近用區、漸進區、周邊區（如圖1）。

圖1 漸進多焦點鏡片鏡面屈光度分區示意圖

鏡片的上部為遠用區，該區域等同單光鏡片。遠用的絕對清晰區視場角為80o～100o。對于大于視場角100o的區域，如果是中、高度屈光度的矯正者有一定的色散現象，遠用區的正下方是漸進區，這一區域的屈光度是自上而下逐漸變化的。該區域保證佩戴者在由遠到近的注視過程中，可以獲得穩定的物像形態，使視覺達到生理和心理的一致。據研究顯示，0.25D可以產生0.5%的像差，2.5D可以產生5%的像差，人的感覺閾限值在2%，也就是說當視像非同時出現而先后呈現的模式比較2%的像差時，人會明顯感覺到像差的存在。而漸變區的度數是自上而下不斷變化的，下加光的范圍大致在+0.50D～+4.00D。如果將近區的長度設計得足夠長，就可以消除像差。然而，鏡片的寬度是有限的。對消除像差而言，鏡片的通道長度越長越好，但是通道過長會給配鏡帶來麻煩，也會限制近用區。如果鏡片的通道長度固定，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，屈光度的梯度就越小；反之，屈光度的梯度就越高。如何判斷鏡片的漸進區優劣，將在后文討論。

漸進區的兩邊是周邊區，又叫變性區或者散光區。變形散光是漸變多焦點鏡片很難克服的一大問題,雖然驗配得當的漸變區域能給予佩戴者清晰的視力,但在漸變槽兩側將產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計的不同和附加度數的深淺。當眼球離可用漸變槽中心區域越遠，像質變形就越明顯。由于近用區為球性設計,所以視近區越寬，其周邊誘發出來的散光就越大；相反，視近區域越窄，其誘發性變形散光的問題就越小。誘發性周邊變形散光同樣隨附加度數的變化而改變，近閱讀附加度數越大，周邊變形問題就越明顯。

漸變區和周邊區的下方是近用區。近用區相對穩定，其掃描清晰圖像的寬度較漸進區的視場角要大，但是視場內的目標寬度要小。如果寬度超過40cm，佩戴者通過頭的左右轉動以達到清晰的圖像。近用區一般用來看書、寫字等近距離工作，30～40cm的視距足夠了。漸進多焦點鏡片通過光學的連續結構設計，讓佩戴者可以有穩定的遠用屈光度、連續漸變的中距離屈光度和相對穩定的近用屈光度，獲得滿意的由遠到近的校正視力，看到的是由遠到近的連續立體空間。

2 漸進多焦點鏡片的通用設計

2.1 非球面的漸進鏡片設計

最初的漸變多焦點鏡片其上半部分與傳統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計方法，即在鏡片上半部視遠區的周邊保留少量散光，這樣可將周邊散光擴散至外周較大的區域，使像散的量由集中的周邊向相鄰區擴散，減少變形散光密度，從而讓像散趨向平緩。后來的研究發現，當遠用區中央部分沒有像散，而其周邊區有小量的色散時，佩戴者在側視和正視時的像稍有不同，有少量的邊緣色分離現象。這種現象對于佩戴者來說是容易適應的，也可以清楚地看到物像。所以現在的多焦點鏡片均采用上半部的非球面設計。

2.2 軟性設計和硬性設計

所謂硬性設計和軟性設計是一個新術語，表示屈光度變化的大小，是一個相對的概念。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。軟硬的區別在于兩個因素：一是漸進區的長度，長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。二是像散區集中而且比較小偏硬，像散區分布大而且廣偏軟。雙光鏡片的設計特征為視近區域與其他部分有明顯界限，視近區域的位置一目了然，沒有漸變區，也可以理解為通道長度是0的漸進片設計。從這一點而言，雙光鏡片是最硬的漸變多焦點設計。

同樣，佩戴漸變多焦點鏡片，漸變區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，而此時變化的距離可能僅相隔幾毫米，這種設計特征就屬于硬性設計。硬性設計的優點在于將變形散光集中在特定的區域，硬性設計鏡片通常有較大且更穩定的視遠區域和視近區域，使得視近區域變寬，特別適合于高度數的附加。硬性設計的鏡片漸變區漸變速度快，即度數增加很快，這意味著當佩戴者朝下看時，眼球將很快到達完全附加度數區域，有很清晰和便捷的下光區視野。硬性設計的缺點是變形散光柱屈光度數增加太快、密度太集中，對于一個極端硬性設計的鏡片，這種變形意味著需要更長和更困難的適應時間。

對于佩戴者而言，如果漸變區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，漸變區的長度有15o以上，這種設計特征就屬于軟性設計。軟性設計鏡片的特點是從視近區至周邊的變化比較緩慢，當佩戴者眼球水平轉動離開視遠區域時，多余的散光度數也增加，但增加的速度比較緩慢。佩戴者從視遠區至視近區的度數過渡比較慢，即漸變區較長、較寬，這也意味著佩戴者需要將眼球下轉至更下一些才能到達完全附加的區域。軟性設計的優點是適應的時間較短，看周邊物體時變形較少，頭轉動時，物體“游離”現象較少。軟性設計的視近區域比較小，允許像差分布在較大的區域，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。軟性設計鏡片的缺點是鏡片上半部分視遠區的視力清晰度稍差些，使用視近區時眼睛需要更往下些才能到達較小的視近區域。

2.3 多樣化設計

漸變多焦點鏡片初期所采用的設計方法都是單一化設計，無論下加光多少，都是統一的設計方法，即中間的漸變區的屈光度變化形式基本固定。這種設計比較適合老視初始者，當一個人剛剛步入老視年齡期時，所需的閱讀附加度數是很低的，這就是說還有一些自身調節力可使用。例如，某人需要的屈光度為+1.00D，此時他看中間距離時基本使用自身的調節力就足夠。然而，屈光度增加，自身可用的調節力也隨之逐漸減少，中間漸變度數的變化也就需要調整變化，因此就產生了“多樣設計”的概念。采用不同加光度使用不同的設計模式的方法，最大程度地滿足不同屈光度對鏡片設計的需求。

2.4 非對稱設計

最早的漸進多焦點鏡片是采用對稱設計的，漸進區以垂直方向設置。鏡片設計為對稱性，鏡片無左右之分。然而，在實際的閱讀過程中，眼球會向下向內旋轉。為了符合這個要求，對稱設計的鏡片在割邊時需要朝鼻內側傾斜旋轉9o。現在的漸進多焦點鏡片都采用非對稱鏡面屈光度的方法，從設計上將漸進區內轉9o，并對左右側鏡片的對應點進行平衡設計，從而使其對應點的屈光度、像散和垂直棱鏡基本相似。非對稱設計是單只鏡片上兩側屈光度分布的不對稱，正是這種非對稱設計，實現了雙眼生理上視線和視像的對稱，這也保證了在佩戴鏡片時，可以獲得均衡、敏銳的雙眼視覺。

作者介紹

汪山獻松，男，1978年11月出生于安徽。2008年1月畢業于東華大學材料學院，取得博士學位。同年進入上海偉星光學有限公司主持研發部工作。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。

陳國貴，男，1959年6月生，浙江大學碩士學歷，高級工程師。現任偉星集團總工程師，主要從事新產品研發與規劃。