自由曲面光学镜片的设计
自由曲面玻璃镜片生产工艺
自由曲面玻璃镜片生产工艺
自由曲面玻璃镜片的生产工艺主要包括以下步骤：
1. 设计镜片的光学参数和表面形状。
这一步骤中，设计师会利用复杂的数学计算来确定最佳的镜片形状和光学参数，以满足佩戴者的需求。
2. 使用改进的单点CNC机床进行粗加工。
在这一步骤中，人造金刚石刀具被用来对镜片表面进行粗加工，形成基本的形状。
3. 使用自然金刚石单点刀具进行精磨。
在粗加工完成后，自然金刚石单点刀具被用来对镜片表面进行精磨，以进一步调整镜片的形状和光学性能。
4. 使用数控的柔性抛光机床进行抛光。
在精磨完成后，数控的柔性抛光机床被用来对镜片表面进行抛光，以提高镜片的光学性能和表面质量。
5. 进行光学检测和质量控制。
在完成抛光后，镜片会经过光学检测和质量控制，以确保其满足设计要求和质量标准。
通过以上步骤，可以生产出具有精确制造工艺和优良光学性能的自由曲面玻璃镜片，为佩戴者提供最佳的视觉体验。
zemax自由曲面公式
zemax自由曲面公式摘要：1.Zemax自由曲面简介2.Zemax自由曲面公式概述3.自由曲面公式应用实例4.自由曲面设计的注意事项5.总结与展望正文：Zemax是一款知名的光学设计软件，广泛应用于光学镜头、自由曲面和成像系统的设计。
自由曲面是光学元件中一种非球面的表面，具有较高的设计灵活性和广泛的应用前景。
本篇文章将介绍Zemax自由曲面公式，并举例说明其在实际应用中的操作方法。
一、Zemax自由曲面简介Zemax中的自由曲面是通过一组参数来描述的，这些参数决定了曲面的形状、位置和光学性能。
在Zemax中，自由曲面可以分为两大类：一类是基本自由曲面，另一类是高级自由曲面。
基本自由曲面包括线性多项式、二次多项式等，而高级自由曲面包括非线性多项式、环形多项式等。
二、Zemax自由曲面公式概述在Zemax中，自由曲面的公式主要涉及曲面的径向坐标和角向坐标。
径向坐标表示曲面到指定点的距离，角向坐标表示曲面在某一点的法线方向。
以下是自由曲面公式的基本形式：r = f(u, v)其中，r表示径向坐标，u和v分别表示角向坐标。
f(u, v)为一组参数方程，描述了曲面的形状和光学性能。
三、自由曲面公式应用实例以下是一个简单的自由曲面设计实例：1.打开Zemax软件，创建一个新的项目。
2.在项目中添加一个光学系统，包括光源、透镜、反射镜等组件。
3.选择一个光学元件，如透镜，将其表面类型改为自由曲面。
4.在自由曲面参数设置窗口中，输入径向坐标和角向坐标的公式，如：r = 2 + 3*u^2 + 2*v^25.设置光学元件的其他参数，如厚度、材料等。
6.应用自由曲面公式，生成曲面模型。
7.使用Zemax的光学模拟功能，评估光学系统的性能。
四、自由曲面设计的注意事项1.合理选择公式参数，以确保曲面具有良好的光学性能。
2.注意曲面的加工难度，避免使用过于复杂的公式。
3.保持曲面间的连续性，以降低光学系统的像差。
4.根据实际应用需求，调整曲面的形状和光学性能。
自由曲面反射镜面型
自由曲面反射镜面型
自由曲面反射镜是一种特殊设计的镜子，其表面不是平坦的，
而是根据特定的曲线或曲面进行设计的。
这种镜子可以用来聚焦光
线或产生特定形状的反射。
镜面型的设计可以根据特定的应用需求
进行优化。
从光学角度来看，自由曲面反射镜的镜面型可以是抛物面、双
曲面、椭圆面等不同类型的曲面。
每种曲面都有其特定的焦距和光
学特性，可以根据需要来选择合适的镜面型。
在光学系统中，自由曲面反射镜可以用于聚焦光束、改变光路、矫正像差等多种应用。
通过合理设计镜面型，可以实现对光线的精
确控制和调节，满足不同光学系统的需求。
此外，自由曲面反射镜的镜面型设计还涉及到材料选择、加工
工艺等方面。
不同的材料和加工工艺会影响镜面的精度、耐用性等
性能指标，因此在设计镜面型时需要综合考虑这些因素。
总的来说，自由曲面反射镜面型的设计需要根据具体的应用需
求和光学系统的特性来进行优化，以实现对光线的精确控制和利用。
通过合理的镜面型设计，可以实现更高效的光学性能和更广泛的应用领域。
天润巧乐视儿童专用镜片的设计思路
Ｍｙ Ｐａ ｔ ｉ ｅｎ ｔ ｉ ｓ Ｎｏ ｔ Ｗ ｅａ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｍｙ Ｐｒ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ７ ． Ｊ ＯＪ Ｏｐ ｈ ｔ ｈ ａ１ ． ２０ １ ７：
２ （ １ ） ：
００ ２ ５５ ５ ５ ７７． ＤＯＩ ：１ ０． １ ９ ０８ ０ ／ Ｊ ＯＪ ０． ２ ０１ ７． Ｏ２ ． ５ ５ ５５ ７ ６
国 内儿童镜 片产 品非常 多 ，类 似于 青少年 渐进 ，以提 供 下 加光减 少 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ调节 带来的 疲劳感 为设计 初衷 。但 国内有 不 少 视光 师 、医生对此 观点 不一 ，一 部分 人觉得 有效 ，也有 人
后的人眼感知 ， 各 个点 位均能达到稳定的光度 （ 见下圈 ） 。
天润 自由曲面专栏
天润巧 乐视儿童专用镜 片的设计思路
文／ 史金仲 天润光 学市场部
目前 ，针对 不同 人群和应 用场 合的功能 性镜 片正在被 行 业 所推 崇和应 用 ，眼镜行业 普遍 关注的—— 儿童 这一特 殊群
这 个 现象 说 明 ，一 般 视 力矫 正 的 ｔ １ ， － （ １ ￣，均 考虑 的 是 镜 片本 身的光 度 ，没 有考 虑实际戴 镜后 的限睛感 知到 的光度 问
设计 思路４：
考 虑儿童人群 的活动 场景对 镜片的防护要求
天润巧乐视 镜片考虑到儿童群体 的需求 ，设置了３ 种满足 不同环 境的产品线 ：
该 镜片主要针对５ ～１ ３ 周 岁的儿童群 体 ，对儿童的用眼姿
势进行了研究 。
儿童阅读学习时 ，常见的３ 种状态 ：
１ ． Ｉ ５ 乐视儿 童高清型 ：基 片材质阿 贝数高达５ ８ ，视物 更 清晰 。适合中低度数和初戴镜的儿童 。
自由曲面光学镜片的构造机理研究
了工件表 面 质量 ．
非均 匀有 理 Ｂ样 条 曲线定 义如 下＿ ： ３ ］
ｎ
∑ Ｎ （ Ｗ ． ） Ｐ Ｃ（ ＝ ｌ ） 三 ————一 ∑ ， 合 我们 近期 开 展 的 自 结
收 稿 日期 ：０ １ ４ Ｏ ２ １ 一Ｏ —２
基金 项 目： 国家 自然 科 学 基 金项 目（０ ７ ８４ ； 家 ８ ３计 划 项 目（ ０ ８ ３９０８）国 ６ ２ Ｏ ＡＡＯ ２ ０ ） 郑 州 市科 技 创 新 团 队 项 目（ ０ Ｘ １ ３ ４５３ ； １Ｃ ＴＤ ５ ）
作 者 简 介 ： 雪 涛 （９ １ ） 男 ， 南 杞 县 人 ， 师 ， 士 ． 乔 １７一 ， 河 讲 硕
第 ３ 期
乔 雪 涛 等 ： 由曲 面 光 学 镜 片 的构 造 机 理 研究 自
由 曲面眼用 光 学镜 片 设 计 、 造 、 测 技 术 的研 究 ， 制 检 在
进 行光 学镜 片 自由曲 面设计 时 ， 需考 虑 以下原 则 ： （ ） 人性 原则 ． １宜 自由曲面 光学 镜片 的设 计应 以人 类 眼 睛 的视 觉 质量 为依 据 ， 因人 而 宜 ， 量提 高修 正后 尽 的视觉 质量 ， 而且使 视 觉效 果往 正 向发展 ． 以眼镜度 如 数 为例 ， 在 改善视 觉 效果 的前 提下 ， 量不 向更 深 的 要 尽
别 介 绍 了基 于 笛 卡 尔 坐标 系 和 柱 坐 标 系 原 理 的 加 工 方 法 ． 关 键 词 ： 自由 曲 面 ； 学 镜 片 ； 光 渐进 多 焦 点 眼 镜 ； 造 机 理 构
文 献标 志 码 ： Ａ Ｄ ： ０ ３ ６ ／．ｓ ｎ １ ７ — ６ ０ ． ０ １ ０ ． ０ ＯＩ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ． ６ １ ９ ６ ２ １ ． ３ ０ ２ ｓ
自由曲面光学技术..
目前
待续
面型加工技术
美国的Precitech公司，仍无自己的自由曲面刀 具轨迹自动生成、预报及优化软件，虽然 Moore公司目前开发了自由曲面刀具轨迹生成 软件，仍未有配套的加工过程和策略优化模型 及相应的面形测量软件，并且其软件局限于该 公司自己生产的机床，不具通用性。英国 Zeeko公司开发了自由曲面刀具轨迹生成软件， 只适用于抛光机，其切削机理及表面生成过程 完全不同于切削加工，不可应用于自由曲面的 飞刀铣削过程。
代表当今员高水平的超精密金刚石车床是美 国劳伦斯.利弗莫尔(LLNL)实验室研制成功的 LODTM，它可加工直径达2100mm，重达 4500kg的工件其加工精度可达0.25μ m，表 面粗糙度RaO.0076μ m，该机床可加工平面、 球面及非球面，主要用于加工激光核聚变工 程所需的零件、红外线装置用的零件和大型 天体反射镜等。
1984年
发展历程 1990年
英国RankPneumo公司开发出 Nanoform600，该机床能加工直径为 600mm的非球面反射镜，加工工件的形状精 度优于0.1μ m，表面粗糙度优于0.01μ m。
英国Cranfield大学精密工程研究所(CUPE)研 制的大型超精密金刚石镜面切削机床，可以 加工大型X射线天体望远镜用的非球面反射镜 (最大直径可达1400mm，最大长度为 600mm的圆锥镜)。 日本制造的加工机床有：东芝机械研制的 ULG―l00A(H)不二越公司的ASP―L15、丰田 工机的AHN10、AHN30×25、AHN60―3D 非球面加工机床等。
加工技术发展历史
80年代以来，出现了许多种新的非球面 超精密加工技术，主要有：计算机数控单 点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、 计算机数控离子束成形技术、计算机数控 超精密抛光技术和非球面复印技术等，这 些加工方法，基本上解决了各种非球面镜 加工中所存在的问题。前四种方法运用了 数控技术，均具有加工精度较高，效率高 等特点，适于批量生产。
自由曲面光学方案 视场角
自由曲面光学方案视场角自由曲面光学方案是一种光学设计方法，用于设计和优化非球面（自由曲面）透镜或镜片，以实现特定的光学性能。
视场角是指光学系统能够覆盖的视场范围，通常用角度来表示。
下面我将从光学设计、视场角的重要性和影响、以及实际应用等方面来回答你的问题。
首先，自由曲面光学方案是一种先进的光学设计方法，通过使用非球面透镜或镜片，可以更好地纠正光学系统的像差，提高成像质量。
相比传统的球面透镜，自由曲面光学具有更大的设计自由度和更好的光学性能，能够实现更复杂的光学功能，如广角成像、高分辨率成像等。
视场角在光学系统设计中具有重要意义。
视场角决定了光学系统能够覆盖的场景范围，对于摄像机、望远镜等光学设备来说尤为重要。
较大的视场角意味着光学系统能够覆盖更广阔的场景，具有更好的观测能力和适用范围。
因此，在光学系统设计中，需要充分考虑视场角的大小和覆盖范围，以满足实际应用需求。
视场角的大小和覆盖范围会直接影响光学系统的成像能力和适用场景。
较大的视场角通常需要更复杂的光学设计和更优化的非球面曲面，以保证整个视场范围内的成像质量均匀和清晰。
因此，在自由曲面光学方案中，视场角的考虑是至关重要的，需要在光学系统设计过程中进行充分的优化和调整。
在实际应用中，自由曲面光学方案和视场角的结合可以应用于各种光学设备中，如航空航天领域的摄像机、卫星遥感系统、医学成像设备等。
通过合理设计自由曲面光学方案，可以实现更广阔的视场范围和更优异的成像性能，满足不同领域对于光学系统的高要求。
综上所述，自由曲面光学方案和视场角在光学设计中具有重要意义，需要充分考虑和优化。
通过合理设计和优化，可以实现更优异的光学性能和更广阔的适用范围，为各种光学设备的应用提供更好的技术支持。
自由曲面在空间光学的应用
自由曲面在空间光学中的应用在当今的生活中，自由曲面（Free-form）扮演着越来越重要的角色。
如汽车车身、飞机机翼和轮船船体的曲线和曲面都是自由曲面。
到底什么是自由曲面？简单来讲，在工业上我们认为就是不能用初等解析函数完全清楚的表达全部形状，需要构造新的函数来进行研究；在光学系统中，光学自由曲面没有严格确切的定义，通常是指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。
在我们的日常生活中，打印机、复印机以及彩色CRT中都会用到光学自由曲面。
鉴于光学自由曲面在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，所以，以下就自由曲面在空间光学方面的情况进行了调研。
一、自由曲面简介光学自由曲面没有严格确切的定义，通常指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。
光学自由曲面已经渗透到我们生活中的各个角落，如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼镜，就是自由曲面技术在眼用光学镜片中的成功应用。
自由曲面光学镜片主要有两种：一是自然形成的曲面；二是人工形成的曲面。
人工形成的自由曲面又分为一次成型和加工成型两种形式。
二、自由曲面运用的原因空间遥感光学系统是在离地200km（低轨卫星）以上的轨道对地面目标或空间目标进行光学信息获取，具有遥感成像距离远的特点。
如何在几百公里遥感距离下获得较高分辨率的同时保证较宽的成像幅宽是推动空间遥感光学不断发展的源动力。
光学系统的入瞳直径是决定空间相机地面像元分辨率的主要因素之一，在一定F／＃的前提下，入瞳直径越大，空间相机地面像元分辨率越高。
但入瞳直径的增加，意味着所有与孔径相关的像差增加。
受空间环境中力学、热学、压力等因素的制约，当入瞳直径增大到一定程度（通常200mm以上），光学系统一般采用反射式或折反射式方案。
为了简化光学系统形式，仅采用球面镜是无法平衡由于入瞳直径增加而剧增的像差，然而通过运用自由曲面的应用，可以解决像差增大的问题。
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自由曲面光学镜面的设计摘要光学自由曲面具有非对称面形、灵活的空间布局、丰富的设计自由度等特性。
自由曲面是应用最广泛的曲面形状之一，如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼用镜片，就是自由曲面技术在眼用光学镜片中的成功应用。
本文通过设计渐进多焦点眼用镜片，并以之为例研究自由曲面光学镜片的性质及特点。
渐进镜片(英文progressive addition lenses 简称PAL）是针对老视症状的一种有效的解决手段，与各类传统老视镜片相比较具有许多优点，本文对这种镜片的设计和评价进行研究。
首先，介绍渐变镜片的渐变结构特征和矫正原理，比较分析软设计和硬设计之间的区别。
其次，介绍渐进多焦点眼用镜片的基本结构。
应用基于狄利克雷原则的软设计方法，阐述渐进多焦点眼用镜片子午线设计的基本原理，构建子午线多项式，给出子午线设计需满足的条件。
在子午线设计的基础上，设计渐进多焦点眼用镜片等屈光度轮廓线，在此基础上设计镜片矢高，确定镜片面形。
然后，根据曲面的微分几何理论，给出渐变镜片的性能评价方法，即计算镜片的球面度及柱面度。
关键词渐进镜片；老视；软设计；子午线Design of free-form surface optical lensesAbstractFree-form lens has asymmetric surface shape, flexible space layout, extensive design freedom and other characteristics. Free surface is one of the curved shapes which are most widely applied. For instance, the progressive addition lenses（PAL) which can improve the quality of human vision are a successful example that the free-form technology is applied to optical lenses. In this paper, the design of the progressive addition lenses is introduced, and the nature and characteristics of the optical lenses will be researched through it.The progressive addition lenses is a new kind of effective solution to presbyopia, it has many advantages over other lenses dealing with presbyopia. Investigation of its design and evaluation method is shown in this paper.Various kinds of presbyopia lens is reviewed and compared. The basic feature and principle of the PAL are introduced and the difference between the characteristics of hard design and soft design is described as well. The structure of progressive addition lenses is introduced, and the soft method based on Dirichlet principle is given in detail. The principle of designing meridional power laws for progressive addition lenses is expounded based on polynomial, and the criterion of designing meridional power laws is given out. On the basis of designing meridional power laws, the vector height and the isopower contours are designed in order to determine the surfaces of progressive addition lenses.According to the differential ge ometry theory of curving surfaces, PAL’s performances are evaluated, and the mean surface power and the constant surface astigmatism are calculated.Keywords progressive addition lenses, presbyopia, soft design,meridian line目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 渐进多焦点眼用镜片发展情况 (1)1.3 课题研究的意义 (3)1.4 论文主要研究内容 (4)第2章渐进多焦点眼用镜片基本原理和概念 (5)2.1 渐进多焦点眼用镜片原理 (5)2.2 镜片特征性设计 (6)2.2.1 渐进多焦点眼镜片的设计分类 (6)2.2.2 当前渐进多焦点眼用镜片的一些主要设计方法 (7)第3章渐进多焦点眼用镜片的设计 (10)3.1 子午线设计 (10)3.1.1 设计思路 (10)3.1.2 设计流程 (10)3.2 表面面形构造 (13)3.2.1 设计思路 (13)3.2.2 设计流程 (13)3.3 本章小结 (17)第4章渐进多焦点眼用镜片的评价方法 (18)4.1 评价方法 (18)4.2 设计举例 (19)4.3 本章小结 (22)结论 (23)参考文献 (24)致谢 ............................................................................................................... 错误!未定义书签。
附录A 译文..................................................................................................... 错误!未定义书签。
渐变镜片.................................................................................................... 错误!未定义书签。
附录B 外文原文............................................................................................. 错误!未定义书签。
附件 ................................................................................................................. 错误!未定义书签。
第1章绪论1.1 引言本文通过设计渐进多焦点眼用镜片，并以之为例研究自由曲面光学镜片的性质及特点。
目前导致人眼屈光不正的原因很多，人们通常使用角膜接触镜、单光眼镜片、双光眼镜片和渐进多焦点眼用镜片（也称渐进镜片）等矫正视力。
人们随着年龄的增长，眼睛的调焦能力逐渐衰弱，即老视眼或老花眼，难以看清近处的物体。
理想的解决办法应配戴具有变焦能力的镜片，使得看近处时，镜片具有高的正光焦度；看远处时，具有低的、甚至负的光焦度。
渐进多焦点眼用镜片的镜度随着人眼范围由远及近、视线由上到下的移动逐渐增加，它能够提供一个连续的从远用到近用都清晰的视力。
渐进多焦点眼用镜片的镜度变化平滑，佩戴方便，更符合人们的生理和心理需求，所以越来越受到消费者的青睐。
1.2 渐进多焦点眼用镜片发展情况1785年，Benjamin Franklin将自己屈光矫正镜片的一半和老视视近镜片的一半粘合在一起，以克服视远和视近时不停地轮换戴镜和摘镜的麻烦(见图1-1)，虽然当时的Franklin镜片并没有成为产品，但此举却开始了老视矫正历史的新纪元，即双光镜发展的历史。
图1-1Benjamin Franklin 双光镜后人在Franklin镜的原理基础上，对双光镜进行了改进和发展，经过一百多年的努力，双光镜片从设计、工艺和材料都日趋成熟，为广大老视者带来了诸多方便。
但是，双光镜存在着较多缺点，主要有：在视远区和视近区之间对中间距离视物不清：在视远区和视近区之间有“跳跃”现象，会造成行动不便：视远区和视近区有明显的可见分界，影响自然外观。
由此，渐变多焦点镜片应运而生。
图1-2渐进多焦点镜片的第一代设计最早的渐进多焦点镜片设计构思由英国视光师Owen Aves提出并发表专利于1907年。
Henry Orford Gowlland于1910年在加拿大设计制作类似镜片，但由于当时技术限制，并没有获得实践上的成功。
法国光学师兼工程师Bernard Maiternaz于1951年获得突破性发展，研制出真正适合临床佩戴的第一副现代概念的渐进多焦点镜片。
1959年欧洲第一个渐变镜Varilux眼镜片投放市场；1961年渐变镜Omnifocal眼镜片在美国发行。
到了20世纪70年代中，随着视觉生理的研究与发展，第2代软式设计的渐变镜应运而生，渐变镜片越来越广泛地为市场所接受。
2000年现代软式设计的第5代渐变镜强调运动视觉的需要，渐变通道短而窄，像差得到有效控制，有效视野更大。
到2003年末，渐变镜的设计已经把个体眼球运动参数结合到镜片设计上，做到了“个体化设计”。
框架眼镜一般有：(1)单光焦度眼镜，即普通的近视眼镜或者远视眼镜。
这种眼镜片只能提供一种屈光力，适合近视，远视和轻度的老视患者；(2)双焦点眼镜，这种眼镜片上方用于看远处物体，下部用于视近书刊及近距离工作。
随着年龄增长，人眼的调节力逐渐减弱。