渐进多焦点自由曲面镜片优化重构

张云进; 项华中; 王亚琼; 郑泽希; 张大伟

doi:10.37188/OPE.20233106.0813

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渐进多焦点自由曲面镜片优化重构

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-12

- 渐进多焦点自由曲面镜片优化重构
- Optimization and reconstruction of progressive addition free-form surface lens
- 光学精密工程 2023年31卷第6期页码：813-821
- 作者机构：
  
  1.上海理工大学健康科学与工程学院，上海 200093
  2.上海理工大学机械工程学院，上海 200093
  3.上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
- 作者简介：
  
  张云进（1995-），男，山西吕梁人，硕士研究生，2018年于湖南工学院获得学士学位，主要从事渐进多焦点自由曲面镜片优化研究。E-mail: 1347511156@qq.com
  项华中（1986-），男，安徽安庆人，博士后，副教授，2012年于上海理工大学获得硕士学位，2016年于上海理工大学获得博士学位，主要从事医学光学与视光学研究。E-mail: xiang3845242@usst.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年基金项目(61605114)
- DOI：10.37188/OPE.20233106.0813
  中图分类号： TP394.1;TH691.9
- 收稿：2022-08-25，
  
  修回：2022-10-10，
  
  纸质出版：2023-03-25
- 稿件说明：
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张云进,项华中,王亚琼等.渐进多焦点自由曲面镜片优化重构[J].光学精密工程,2023,31(06):813-821.

ZHANG Yunjin,XIANG Huazhong,WANG Yaqiong,et al.Optimization and reconstruction of progressive addition free-form surface lens[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(06):813-821.
张云进,项华中,王亚琼等.渐进多焦点自由曲面镜片优化重构[J].光学精密工程,2023,31(06):813-821. DOI： 10.37188/OPE.20233106.0813.

ZHANG Yunjin,XIANG Huazhong,WANG Yaqiong,et al.Optimization and reconstruction of progressive addition free-form surface lens[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(06):813-821. DOI： 10.37188/OPE.20233106.0813.

摘要

渐进多焦点自由曲面镜片的后表面由多个曲面拟合而成，其衔接处曲率变化较大且不连续，初始的自由曲面镜片往往需要通过局部或者全局优化来改善其光学性能以及表面光顺性。提出基于NURBS曲线和最小二乘曲线的全局拟合方法来对渐进多焦点自由曲面镜片后表面进行优化重构。介绍了最小二乘曲线拟合的算法原理，在相同参数下对两组光焦度不同的镜片后表面进行重构，并进行仿真分析和测量分析，对其光学性能进行评价。实验结果表明：两组镜片最大像散分别减小了0.61 D和0.45 D，远用区像散分别减小了0.15 D和0.16 D，中间通道（

=0 mm处）宽度增加超过1.8 mm。重构后的曲面能够在保持光焦度基本不变的情况下，提高了后表面的光滑性，有效减小了渐进片的最大像散，同时渐变通道的宽度也有一定程度的改善。

Abstract

The rear surface of a freeform progressive addition lens （PAL） is often fitted using multiple surfaces， and curvature changes at the joints are usually large and discontinuous. Initial freeform PALs frequently required local or global optimization to improve their optical properties and surface smoothness. A global fitting method based on the non-uniform rational B-spline curve and least squares curve is proposed to optimize reconstruction of the rear surface of a lens. The algorithm principle of least squares curve fitting is introduced， and the rear surfaces of two sets of lenses with different powers are reconstructed under the same parameters； moreover， their optical properties are simulated， quantified， and evaluated. Experimental results demonstrate that the maximum astigmatism of both lens groups reduces by 0.61 D and 0.45 D， respectively. The astigmatism in the distance area decreases by 0.15 D and 0.16 D， respectively， and the middle channel width （Y = 0 mm） increases by over 1.8 mm. The proposed reconstructed surface improves the rear surface smoothness， gradient channel width， and effectively reduces PAL maximum astigmatism.

关键词

Keywords

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高健东，项华中，李念宁，等 . 权重函数对渐进镜片设计的影响［J］. 光子学报， 2020 ， 49 （ 9 ）： 41 - 49 . doi: 10.3788/gzxb20204909.0922001 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20204909.0922001

GAO J D ， XIANG H ZH ， LI N N ， et al . Influence of weight function on progressive addition lens design ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2020 ， 49 （ 9 ）： 41 - 49 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gzxb20204909.0922001 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20204909.0922001

张海平，唐运海，张慧星，等 . 基于非球面方程的渐进多焦点眼用镜片优化设计［J］. 激光与光电子学进展， 2022 ， 59 （ 3 ）： 264 - 270 .

ZHANG H P ， TANG Y H ， ZHANG H X ， et al . Optimal design of progressive addition lenses based on aspherical formula ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2022 ， 59 （ 3 ）： 264 - 270 . （in Chinese）

LI Y Y ， HU X L ， JIANG H L ， et al . Alignment tolerant dual-surface sphero-cylindrical progressive addition lens ［J］. OSA Continuum ， 2020 ， 3 （ 3 ）： 580 - 593 . doi: 10.1364/osac.385544 http://dx.doi.org/10.1364/osac.385544

项华中，朱天凤，魏叶飞，等 . 多光轴渐进变焦眼镜设计［J］. 光学技术， 2015 ， 41 （ 4 ）： 355 - 359 .

XIANG H ZH ， ZHU T F ， WEI Y F ， et al . Design for multi-optical-axis progressive addition spectacle lenses ［J］. Optical Technique ， 2015 ， 41 （ 4 ）： 355 - 359 . （in Chinese）

WANG J ， SANTOSA F . A numerical method for progressive lens design ［J］. Mathematical Models and Methods in Applied Sciences ， 2004 ， 14 （ 4 ）： 619 - 640 . doi: 10.1142/s0218202504003386 http://dx.doi.org/10.1142/s0218202504003386

HUAZHONG ， XIANG . Weight distributions of spherical and cylindrical power deviations for designing freeform progressive addition lenses ［J］. Optics Communications ， 2021 ， 484 ： 126662 . doi: 10.1016/j.optcom.2020.126662 http://dx.doi.org/10.1016/j.optcom.2020.126662

唐运海，吴泉英，钱霖，等 . 渐进多焦点眼用镜片的平均曲率流优化设计［J］. 光学学报， 2011 ， 31 （ 5 ）： 194 - 199 . doi: 10.3788/aos201131.0522001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201131.0522001

TANG Y H ， WU Q Y ， QIAN L ， et al . Optimizing design for progressive addition lenses by mean curvature flow ［J］. Acta Optica Sinica ， 2011 ， 31 （ 5 ）： 194 - 199 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201131.0522001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201131.0522001

唐运海，吴泉英，钱霖，等 . 渐进多焦点眼用镜片的个性化设计［J］. 光学精密工程， 2012 ， 20 （ 12 ）： 2638 - 2644 . doi: 10.3788/ope.20122012.2638 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20122012.2638

TANG Y H ， WU Q Y ， QIAN L ， et al . Design of personalized progressive addition lenses ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2012 ， 20 （ 12 ）： 2638 - 2644 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20122012.2638 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20122012.2638

ZHANG H X ， WU Q Y ， ZHANG H P ， et al . Optimization design of progressive addition lenses based on the toric equation ［J］. Journal of Suzhou University of Science and Technology （Natural Science Edition）， 2022 ， 39 （ 2 ）： 37 - 44 .

LOOS J ， GREINER G ， SEIDEL H P . A variational approach to progressive lens design ［J］. Computer-Aided Design ， 1998 ， 30 （ 8 ）： 595 - 602 . doi: 10.1016/s0010-4485(97)00102-4 http://dx.doi.org/10.1016/s0010-4485(97)00102-4

HSU W Y ， LIU Y L ， CHENG Y C ， et al . Design， fabrication， and metrology of ultra-precision optical freeform surface for progressive addition lens with B-spline description ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2012 ， 63 （ 1 ）： 225 - 233 . doi: 10.1007/s00170-012-3901-1 http://dx.doi.org/10.1007/s00170-012-3901-1

PIEGL L ， TILLER W . The Nurbs Book ［M］. New York， USA ： Springer ， 1995 . doi: 10.1007/978-3-642-97385-7 http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-97385-7

周广利，陈帅，王超，等 . 基于NURBS技术的船体几何重构研究与实现［J］. 应用科技， 2021 ， 48 （ 1 ）： 6 - 11， 17 . doi: 10.11991/yykj.202008005 http://dx.doi.org/10.11991/yykj.202008005

ZHOU G L ， CHEN SH ， WANG CH ， et al . Research and implementation of hull geometry based on NURBS technology ［J］. Applied Science and Technology ， 2021 ， 48 （ 1 ）： 6 - 11， 17 . （in Chinese） . doi: 10.11991/yykj.202008005 http://dx.doi.org/10.11991/yykj.202008005

陈华伟，袁小翠，伍权 . 点云模型的切片式曲面重构算法设计［J］. 计算机应用与软件， 2020 ， 37 （ 8 ）： 245 - 249， 288 . doi: 10.3969/j.issn.1000-386x.2020.08.042 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-386x.2020.08.042

CHEN H W ， YUAN X C ， WU Q . Design of sliced surface reconstruction algorithm for point cloud model ［J］. Computer Applications and Software ， 2020 ， 37 （ 8 ）： 245 - 249， 288 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1000-386x.2020.08.042 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-386x.2020.08.042

孔德明，黄紫双，王书涛，等 . 基于分数阶傅里叶变换的NURBS曲面拟合［J］. 计量学报， 2021 ， 42 （ 3 ）： 294 - 300 . doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2021.03.06 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.03.06

KONG D M ， HUANG Z SH ， WANG SH T ， et al . NURBS surface fitting based on fractional Fourier transform ［J］. Acta Metrologica Sinica ， 2021 ， 42 （ 3 ）： 294 - 300 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2021.03.06 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2021.03.06

张国军，幸研 . 一种基于端点非插值性的NURBS曲面重构方法［J］. 东南大学学报（自然科学版）， 2016 ， 46 （ 6 ）： 1161 - 1164 .

ZHANG G J ， XING Y . A reconstruction method for NURBS surface by curve unclamping ［J］. Journal of Southeast University （Natural Science Edition）， 2016 ， 46 （ 6 ）： 1161 - 1164 . （in Chinese）

赵吉宾，刘伟军，王越超 . 基于NURBS曲线的STL模型截面轮廓平滑处理技术研究［J］. 小型微型计算机系统， 2005 ， 26 （ 3 ）： 496 - 499 . doi: 10.3969/j.issn.1000-1220.2005.03.042 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-1220.2005.03.042

ZHAO J B ， LIU W J ， WANG Y CH . Smooth technique of STL model intersection contours based on NURBS curves ［J］. Mini-Micro Systems ， 2005 ， 26 （ 3 ）： 496 - 499 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1000-1220.2005.03.042 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-1220.2005.03.042

冯肖维，胡海云，庄睿卿，等 . 三维点云自适应稀疏优化重构［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 10 ）： 2495 - 2503 . doi: 10.37188/OPE.20212910.2495 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212910.2495

FENG X W ， HU H Y ， ZHUANG R Q ， et al . Adaptive reconstruction of 3D point cloud by sparse optimization ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 10 ）： 2495 - 2503 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212910.2495 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212910.2495

连远锋，裴守爽，胡伟 . 融合NFFD与图卷积的单视图三维物体重建［J］. 光学精密工程， 2022 ， 30 （ 10 ）： 1189 - 1202 . doi: 10.37188/OPE.20223010.1189 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223010.1189

LIAN Y F ， PEI SH SH ， HU W . Single-view 3D object reconstruction based on NFFD and graph convolution ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2022 ， 30 （ 10 ）： 1189 - 1202 . （in Chinese） . doi : 10.37188/OPE.20223010.1189 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223010.1189

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