老花镜片的设计原理及运用

2010-10-11汪山献松陈国贵

中国眼镜科技杂志 2010年7期

文汪山献松陈国贵

老花镜片的设计原理及运用

文汪山献松陈国贵

据我国第5次全国人口普查数据显示（2000年），40岁以上的人口为53160万人，占总人口的40.70%；与第4次全国人口普查相比,60岁及以上人口的比重上升了0.76个百分点，中国的中老龄人口逐年增加。一旦跨入老年，很多人都不可避免地出现“远影清晰可辨，书报却昏花一片”的现象。“老眼昏花”并不是突然发生的，从40岁以后，随着年龄增长，晶状体的可逆性逐渐降低并趋向硬化，睫状肌变薄，调节功能减弱。看近处物体的清晰度愈来愈低，近点逐渐远移，超过了人们的习惯学习工作距离时，就会感到严重看近不清，再后来，东西放远也看不清了，这时就会说眼睛老了，称为“老花眼”。

老花眼的形成

人的眼睛像是一部自动调节的照相机，主要起调节作用的是晶状体和睫状肌。看近时睫状肌收缩，晶状体悬韧带放松，晶状体就变膨，屈光力减少，由于这种调节的作用，物像看远看近都会清楚。随着年龄的增长，眼睛的调节能力变弱。人在40岁以后，随着眼部晶状体逐渐纤维硬化，睫状肌逐渐麻痹，人眼无法有效调节眼球的形状(轴向变化)，只能通过调节眼睛与所视物体的距离才能看清楚，看近处的物体时必须移远，这时眼睛的屈光状态就称为老视眼。当眼睛的调节能力基本消失的时候，老视眼要想在原来习惯的距离(33cm)上使用视力就必须配戴老视镜进行视力补充，才能看近清晰。而且随着年龄增长，老花眼镜度数必然相应地增加。从图1中不难看出，人们大约是在40岁进入老花的，此时老花度数大约在75度左右；每增加5岁，老花的度数增加约25度，这是老花发展的一个缓慢时期；当进入下一个5年，老花进入快速发展期，往往会从100度增加到200度；在以后的岁月中，老花度数的增加逐渐变慢，60岁以后老花度数每年增加5度左右。

老花的出现除了年龄因素以外, 还有其他的影响因素。既往有远视的易较早出现老花，既往有近视的老花可能较晚出现；配戴框架远视矫正镜的人发生老花比配戴框架近视矫正镜的人早，这是因为框架眼镜顶点距离影响了调节效果，如果配戴隐形眼镜，两者之间没有差异；近距用眼多的人出现老花较早，远距用眼多的人出现老花迟；个子较高的人因手臂较长，阅读距离较远，因而出现老花较晚，需要附加度数少些；生活在赤道的人发生老花偏早，这可能与气温对晶状体的影响有关；长期使用胰岛素、镇痛药、抗风湿药、利尿药物等也能使老花提早，因为这些药物能影响睫状肌。

老花眼的矫正

研究表明，老花眼很难通过药物或手术治疗，平时应注意尽量避免强光刺激，佩戴合适的老花镜，以延缓老花的程度。老花眼的矫正，一般采用手执放大镜和直接戴矫正眼镜。手执放大镜给生活带来不便，而且放大镜的度数相对较高。目前的矫正眼镜大多都是树脂材料，抗冲击性能较好，在品种选择上有单光镜片、双光镜片、三光镜片和渐进多焦点镜片。

图1 正常人年龄和老花度数的关系

单光老花镜

单光镜是具有一个光焦度的凸透镜，是以一定值为半径球体的一部分，也是以曲率半径作为圆的一部分。总体而言，单光老花镜片在空间结构上是一单一半径球体的一部分。当镜片矫正时，其使用距离设定为33cm，这是健康的阅读距离，因此无法解决中、远距离的视力矫正问题。虽然单光老花镜片可以通过调节，在物空间中获得一定清晰的深径觉，但中、远距离物空间范围内无法获得清晰的视觉。单光老花镜是一种有效的老视近用矫正镜，但并非最理想的老花矫正眼镜。但因其价格低廉、能立即适应、没有相变区等优点，仍是老花患者的首选产品。

双光老花镜

老花患者佩戴单光老花镜片看近距离可以获得清晰的视野，看中远距离的视野将会模糊，只好将眼镜拿开。如果需要频繁使用近距离和远距离切换，佩戴者就必须不断重复佩戴和取下这两个动作。双光镜片就是一款可以自动切换近距离和远距离的镜片，由远视和近视两个不同的屈光度构成。双光老花镜的结构是由视远球面的一部分和视近球面的一部分水平方向对接而成。从镜片的矢状剖面看，双光老花镜片是由两个半径不同的圆的一部分弧连接成一条光滑但不太规则的曲线。双光镜片是以上部和下部两个用途作为起点来设计的。上部是远用，以无限远作为参照物进行设计，也就是矫正远视力。下部用来看近，一般是以33cm作为参照距离进行设计。因此，佩戴双光老花镜，获得较为满意的近用度数的同时，还可以获得清晰的远用视野。

但是，双光镜在设计中没有考虑中距离的问题，因此不能解决远与近之间的中距离视力矫正问题。当人们由看远转变为看近时，佩戴者的视线必须经过镜片上远用与近用的共同边界，完成镜度的跨越。这种镜度的跨越表现为沿边界线的部分视野缺损。人们将这种视野缺损造成的部分像丢失和像断裂现象叫做像跳。像跳会造成成像的连续性和完美性的破坏，这正是双光镜的不足之处。

三光老花镜

为了解决双光老花镜没有中距离视力矫正的问题，人们又设计了三光老花镜。三光老花镜是远、中、近三个光焦度的凸透镜，是由视远、中、近距离的三个视球的各一部分，自上而下依次对接而成，从而构成远、中、近距离的矫正镜度体系。从镜片的矢状剖面看，三光老花镜是由三个半径不同的圆的各一部分弧连接而成。连接成的这条曲线较平滑，但有两个折点。三光老花镜设计中，较恰当地解决了远距离、中距离和近距离的视力矫正问题。但是三光老花镜片也无法克服镜度的跨越问题，并由双光镜片一个镜度的跨越变成了三光老花镜片的两个镜度的跨越，但像跳问题仍然存在。

渐进多焦点镜片

渐进多焦点镜片是一款专为老视人群设计的镜片。采用远用、中和近用距离一系列连续的、不间断水平平滑曲线链接，沿着子午线镜片的曲率从镜片上部到底部连续增加，既解决了远、中、近不同距离的视力校正，又消除了像跳。渐进多焦点镜片外观和单光镜片一样，镜片表面没有分界线，消除了佩戴者对外观的反感。在老花初期，使用单光和双光镜片，通过自身的调节和用眼姿势的调整，可以获得较为清晰的中距离视力，但是当老花加深时，不能连续通过调节来补偿丧失的中距离视力，中距离的视觉效果将大为降低，而渐进多焦点镜片可以通过渐变区域来获得清晰和舒适的中距离视觉效果。渐进多焦点镜片的子午线上的每一点，屈光度正好符合眼睛的聚焦距离，眼睛调节不需要变化，调节需求基本上和老视发生前的状态一致。然而，渐进也有自己的缺陷，如中、近距离视野相对狭小，中距离渐变走廊和近用区的周边存在不期望的散光区(变形区)。为了适应上面两个缺点，佩戴者需要改变用眼习惯来增加其适应期。

上海伟星智能老花镜

当前中国老花人群大约在6亿左右，其中1～2亿左右为浅度老花(老花度数在75度以下)，4～5亿左右为中高度老花(老花度数在75度以上)。在欧美发达国家，老花人群佩戴渐进多焦点镜片已经十分普遍，然而，动辄上千元或者几千元的价格让众多的中国消费者望而却步。提供一种经济实惠且功能强大的渐进多焦点镜片服务中国的老花人群是中国镜片加工企业的责任。上海伟星光学有限公司以服务大众为己任，于2010年推出两款新型实用的渐进多焦点镜片——智能老花镜片(浅度老花)和三友老花镜片(中高度老花)。

智能老花镜采用先进的时尚简约设计理念，同时将配镜中心设计在镜片的几何中心并且不考虑偏心设计，仅检测近用测度点不需要考虑远用测度点，相比传统渐进多焦点镜片，无论加工还是验配都得到了一定的简化。该镜片实用通道范围从几何中心上16mm开始到几何中心下8mm处结束，整体加光达到0.8D～1.0D，而两侧最大像散低于0.5D，再加上采用全表面的非球面化软性设计，人眼几乎可以忽略盲区的存在，消费者几乎不需要时间去适应。图2为上海伟星智能老花镜片0.25D散屈光轮廓等高线图。从图2(a)球光分布图来看，整个下光区度数变化很小，并且有很大的面积，这样眼镜的视近区面积非常宽大，比传统的渐进片及双光镜都要大得多，因此看近时的视野及舒适度都比传统的渐进片及双光镜要好得多。从图2(b)柱状图来看，由于采用0.25D散屈光轮廓等高线图，可以看到只有镜片的边缘有一些较高的散光，这些部分会在加工的过程中去掉，不会影响佩戴，镜片的变形区或者说散光区最大散光也没有超过0.3D，这种低散光的设计在同类产品处于领先地位，必将给佩戴者带来更加舒适的享受。

普通的渐进多焦点镜片或者室内专用的电脑办公用渐进多焦点镜片虽然能够解决看远看近两镜合一的问题，但由于两侧盲区的存在，舒适性依然不佳；同时下光区太小，阅读也不方便。这是传统老花渐进片的致命缺点。据研究报告指出，由于验配错误导致的投诉占渐进多焦点镜片总投诉的一半，所以验配以及加工上的难度也在阻碍此类镜片的普及化推广。上海伟星智能老花镜片采用单光化的验配方法，将渐进镜的专业验配简化为单光镜的简单模式，使每个眼镜店都能方便地配镜。从图2中不难看出，智能老花镜片的装配中心就是树脂镜片的几何中心，和单光镜片完全相同。在装备的过程中，只要注意到镜片的上下顺序就可以了。验光过程也十分简单，只要测量光学中心下方8mm处的近用测度点就可以，只要佩戴者所用度数和近用测度点光度相同就可以佩戴，不用考虑远用度数。由于这种眼镜片在室内打麻将、打扑克时特别适合，又被称为麻将镜。戴上这种老花镜，既能看清自己的牌，也能看清桌上的牌，长时间戴镜也不吃力，因此深受老年人的喜爱。

上海伟星三友老花镜

上海伟星光学的另一款渐近多焦镜——三友老花镜，是一款专门为多用途的老花人群设计的。该镜的特点是上光区采用平光设计，下光区的度数范围为1.00、1.25、1.50、1.75、2.00。三友老花镜充分考虑到亚洲人脸颊较小的特点，其渐进通道长度设计为10mm，下光区的测度点在镜片中心下方11mm处，最小装配高度为13mm。同时根据亚洲人眼球生理特点设计相应的内偏量，其大小为1.5mm。装配过程也进行了简化，只需要测试镜片的下光区度数就可以进行装配，其配镜中心在镜片中心的正上方2mm处，左右眼需要单独验配。针对不同的群体，上海伟星光学有限公司正在策划推出伟星三友老花镜片的成镜系列，消费者可以根据自己的试戴舒适度感受直接选择眼镜，省去验配环节。图3为上海伟星三友老花镜片0.25D散屈光轮廓等高线图，从图3(a)球光分布图来看，整个上光区度数变化很小，并且占到半个镜片的面积，这样的设计可以保证佩戴者看远的视野较为宽阔，可以很好地解决老花佩戴者的视远适应问题。从图3(b)柱状图的散屈光轮廓等高线图，可以看到只有镜片下光区的两侧有一些较高的散光，但这些和100～200度的ADD而言是相对较小的，不会影响佩戴，这种低散光的设计在同类产品中处于领先地位，将给佩戴者带来更加舒适的享受。戴上这样一副老花镜，完全可以同时看清从远到近的所有物体。由于上光区采用宽大的平光设计，视远极为舒适，所以这是一种可以戴着走路、开车、购物、阅读的老花镜，戴镜者可以免去传统老花镜需要经常戴上、摘下的动作，使用极为方便。这是对传统老花镜的颠覆与创新。