第一节 眼用透镜设计的新观念
眼用透镜的设计，首先是一种艺术，它需要设计者要像现代艺术家那样发挥想象力，否则无法确立新的观念。
一、眼用透镜设计新观念
眼用透镜的透镜形式一般采用的是凸凹形和凹凸形，这与五六十年前使用形式显然不同。特别是老花镜，之所以要使用凸凹形和凹凸形的新月形镜片，就是因为这种弯曲的镜片符合视光学规律。
符合视光学规律，这是眼用透镜新观念的第一要求。下面我们从物与像的关系入手进行探讨。
当眼看清某一物体时，物体就会在视网膜上成像。此时，物体与视网膜上像的关系，就是共扼关系。我们假定眼的调节为零，视网膜作为凹面光接受装置，在光瞳的作用下，它只能将凹球面光发射来的信息成像(图3-1)。视网膜的像球面与物体的物球面，在光学上为共扼效应，像球面上的点与物球面上的点具有一一对应的关系。可以说，这就是视光学的起点。
眼镜不可能放在人眼的节点处，在节点使用透镜以对称形镜片最合理。显然，这样的眼镜是不存在的，眼镜戴用的位置在眼前，其适宜的形式，只能是曲面，这个曲面是实现物球面与像球面共扼关系的介质面，与视生理作为根据的这个面只能是负曲面。
屈光不正的眼，远物球面位置不变，在眼的屈折力不变的情况下，眼内成焦的位置未变——距角膜距离未变，但因眼轴长短发生了改变，使视网膜与焦点分离，视网膜与物球面不再共扼，视网膜就没有清晰的像可形成，只能是在焦点前(远视)或焦点后(近视)成像，并在视网膜上弥散成圆形的模糊像，这就是屈光不正没有清晰视觉的原因。其主观感觉就是视物不清，其客观症状就是视力下降。
对于屈光不正的矫正方法，应有两种方法:①改变眼轴的长度，使其恢复原生理结构状态； ②改变焦点位置，使其再次与视网膜重合，眼近似地达到生理光学结构状态。显然前一种方法更合理，但这种方法的不可预测性，以及实施的难度，尚很难解决。因此，人们对屈光不正的矫正方法，采取避难求易的方法，而普通眼镜矫正法就是这类方法中对眼最安全的方法。
透镜的设计者，是以明视觉为基准，通过精确计算，解决像球面上像的质量，用放大率的调整达到像的清晰，用像差的控制达到像质的均一性。早期的镜片设计与加工受到认识水平和生产力水平的限制，只能在静态视觉上做文章，只能在单光度上做文章。单光镜一个不够用，再加一个；还不够用，那就再加一个。终于有一天，人们认识到不可能这样永远加下去时，人们又想出了一个办法:根据职业特点，将不同的镜度在镜平面上进行重新分配设计，以适应需要。
在早期镜片的设计和改进中，人们也在思考，寻求着突破；如何设计出一种给予老视眼最大利用空间的眼镜镜片，这个应该解决的问题的核心关键就是远用镜度与近用镜度间的过渡问题，其最佳方式只能是镜度的无级变化，使这一过渡通过焦距的无级缩短而实现。这一设计方法与传统方法明显不同，它存在着一个透镜的光学滩坡(links)效应。这个光学滩坡效应与人的动态视生理又是一致的。应用计算机进行精确计算，精心设计光度分布，得出各点的效能镜度:球镜度、柱镜度和轴的倾斜。各点的屈光力总和，可用下列二次方程来确定:
说明:
Pi:点i的主镜度；
Wj:j点的主屈光特征；
Tj:j点的目标屈光特征；
Aj:j点的势能屈光特征。
各点的数据构成了一个与目标距离和主屈光力为主导，反映屈光势能的镜度体系，眼用透镜的设计者，正是从这一体系的构建中，逐步走向渐进镜片的设计。
二、渐进镜片设计方法概要
渐进镜片就其总的设计趋向而言，有三个特征:①严谨的结构细节。即点的静态与动态屈光力和点间屈光连接，构成了严谨的镜片光学结构，这是此种镜片确切的优势所在。②以视生理为基础。以视觉生理的诸多因素作为镜片的设计基础，最大程度保存和利用视觉生理中由习惯养成的人的视觉模式。③以戴用舒适为目的。镜片的设计与改进，最终的目的是戴用者感到舒适。
渐进镜片的设计家，在充分考虑远、近视力矫正用屈光差的条件下，如何给戴用者提供更趋向于自然生理的镜度变化，是设计的核心问题。渐进镜片的设计者分别从镜度结构和知觉需求进行设计。
从镜度结构上，设计者从三个方面进行了设计。
第一，连接区的长度。连接区，即远、近用区域间的中间狭长通道。这个通道，又根据用途不同和设计方法差异而设计成不同长度，大致有三种:14mm、16mm、18mm，这些是最常见到的。这样的设计长度，满足了低加光度到高加光度(+3.50~+4.00D)的需求。在这样长度下解决了两个问题:①中距离镜度变化问题；②头位相对固定条件下眼的下转注视问题。戴用渐进镜片看远、由远及近、再到看近的视觉，可以通过眼的下转予以实现，头的前倾增大不明显，与人的正常视状态没有太大区别。
第二，连续区的倾斜度，眼在视近时，在物距的影响下会发生双眼的会聚现象，此时的瞳距小于视远的瞳距，而镜片上的光学中心距又肯定小于视近的瞳距。镜片上的近用光学中心距，较远用光学中心距约小5mm，单侧为2.5mm(图3-2)，图中O1和02分别为左、右眼的旋转中心，LR为矫正镜在眼前的位置，L、R分别为左、右镜片视近时光学中心的位置。从图上看，近用瞳距不等于近用光学中心距。渐进镜片设计中，考虑了这一因素，采用视近区内置的方法，左、右侧镜片各内置2.5mm的方法予以解决，这样就导致了渐进区的向内倾斜。 14mm、16mm、18mm长的渐进区，分别向内倾斜11°、10°、9°左右。这样的处理保证了视近时，双眼会聚状态下像的融合。
第三，视近区的宽度。渐进镜片是以30cm视距条件下的阅读常规宽度为参照系，以这个参照系的值进行视近区宽度的设计，使得渐进镜片的视近区基本符合正常阅读使用。因此，当国画家进行大幅写意山水画创作时配戴会感到不太方便。
渐进镜片的设计家对镜度结构进行设计的同时，也对知觉要求方面进行了适应设计。适应设计，设计者是通过解决像散差来进行的。设计中，解决像散差是通过两个途径来完成:①水平光行差。即视线横扫过镜片时，镜度变化引起的斜散像差。设计者以生理耐受和双眼均衡为基准，对左、右镜片进行了视觉对应点的棱镜效应均衡处理设计，对单只镜片进行了非对称性设计。通过这两种设计，使双侧镜片的视觉对应点上的镜度和斜散像差达到均衡，使戴用者有较理想的影像融合，也在很大程度上提高了戴用的适应程度。②周边区像差。最早期的渐进镜片，由于认识水平和加工水平的限制，控制像差建立良好视像的可能性很小，消除这个区域非常困难。随着人们认识提高和计算机的应用，这个问题也得到了相应的解决。设计者通过将像散推向周边或将像散平铺的方法，达到了控制外曲面棱镜效应，从而有效控制了周边像差。两种方法中，前一种方法——将像散推向周边，中央区域效果较好，周边区域可用度不高，戴用时晕动感明显；后一种方法——将像散平铺，中央区域效果稍逊于前者，周边区域利用效果较好，戴用者没有明显的晕动感。
渐进镜片的设计者就是通过以上方法，使镜片结构恰当地体现和配合了视功能，这种得当的设计工艺，就是目前镜片的最优化设计程序。
三、渐进镜片的研究
渐进镜片自1959年问世，已走过了44年的历史。44年来，设计人员始终以视觉为基础，通过周密的应用实验，经过反复的多次比较，求证、修订，才使我们在今天能够制做出趋向完美的镜片。
渐进镜片的生产厂，都有各自的标准，这些标准是经过反复的严格实验，获取或求得相关的可进行比较的数据。研究者对这些数据进行深入分析，并对数据给予精确的说明和合理的求证，从而找到最优的设计方法。而标准正是最优设计方法的质量和规格的文字及言语表现形式。
渐进镜片的优良功能，首先源于相关信息的积累，基础研究的信息(视生理、设计计算、光学)，顾客的主观信息(顾客戴用感觉和满意程度)和临床实践客观信息(观察者观察到的表现)。这些信息的积累，又不断开拓了设计上改进的途径，从而使镜片不断走向优良和完美，其次，优良的功能更源于理论与实践精妙结合。设计者不懈地努力工作，日积月累地进行着基础研究，从事着理论的推导；临床工作者，根据验配工作实践，提供着合理的建议；正是理论的推导和合理的建议相结合，成就了渐进镜片不断发展，日趋完美。
第二节 渐进镜片视光学图解
单光镜片是只有单一屈光度的镜片，其各子午线的几何结构相同。因此，只需使用平面结构图，就可以非常清楚地显示出它的片径、厚度和垂度多方面的状况。对于双光镜和三光镜，也可以用平面结构图来显示其光学方面的状况。
对于渐进镜片，则很难用平面结构图来显示其光学特征，这是因为在渐进镜片上根本无法找到传统光学性能意义上的对称中心。为了能充分显示渐进镜片的鲜明特征，人们设计了一系列图解方式。大体而言，有三种:即线性平面轨迹法、平面区域对照法、空间镜度向量法。通过这些方法，较好地解决了渐进镜片光学特性的视觉信息化问题，这对渐进镜片的理解、推广和应用有着十分重要的作用。
一、线性平面轨迹法
采用以点的运动轨迹在平面上的位置的描绘方法，来显示一定区域内的镜度变化。使用这种方法的只有:中央视区镜度变化示意图(图3-3)。图中横坐标表示镜度，纵坐标表示距棱镜参照点(或镜片几何中心)的垂直距离。
图3-3是一枚平光下加+2.0D的舒适型渐进镜片的线性轨迹图，图中显示:
纵坐标零点相对当于棱镜参照点位置，远用光度区在该点4mm以上。渐进下加光区自该点上4mm，到该点下12mm，共16mm，并延伸到17mm(该点至棱镜参考点上4mm为21mm)。当距下加光度区起始点27mm时其下加光度开始低于标定值。
近用区域垂直径应为11mm。
85%的下加光度(本例为+1.70D)距下加光度起始点的距离为11.4mm。90%的加光度距加光起始点为12.4mm。距离16mm达加光度的100%。
这种图显示的是渐进镜片自上经渐进区而向下的镜度变化，反映的是透镜曲率半径连续变短的长度改变。前面的数值，采用的是依视路舒适型的基本数值，不同品牌的渐进镜片数值是不完全一致的，但说明的问题是一致的。
