用于精准面型控制的人工晶状体制造方法及人工晶状体与流程

1.本发明涉及一种人工晶状体的制造方法，尤其地涉及一种用于精准面型控制的人工晶状体制造方法及使用该方法制造的人工晶状体。


背景技术：

2.在本节提供的技术描述用于总体上介绍本技术的背景内容，并且可能构成或可能不构成现有技术。
3.人工晶状体是指采用人工合成材料制成的一种特殊透镜，这些材料包括硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯、水凝胶等。人工晶状体的形状和功能类似人眼的自然晶状体，具有重量轻、光学性能高、无抗原性、致炎性、致癌性和能生物降解等特性。
4.人工晶状体被广泛应用于白内障医疗领域，白内障术后摘除了浑浊的晶状体，将人工晶状体植入眼内替代原来的晶状体，使外界物体聚焦成像在视网膜上，从而达到能够看清楚周围的景物的目的。
5.白内障患者从看见到看清，再到追求高质量的视觉效果的过程，推动了人工晶状体的一系列发展，产生了不同类别的人工晶状体。从人工晶状体的光学面型角度，人工晶状体可以分为球面人工晶状体以及非球面人工晶状体。其中，非球面人工晶状体的优势在于可以为患者提供更加清晰地成像质量，尤其是在夜晚等光线不足时，瞳孔放大，更多的光线进入眼内，此时非球面边缘的球差控制显得尤为重要。而球差及其他像差的控制，一方面与个体化差异有关，另一方面与人工晶状体自身的光学质量密切相关。因此，人工晶状体的性能指标成为本领域技术人员所关注的焦点。
6.在人工晶状体的制造过程中，由于人工晶状体的自身变形特性以及实际制造过程中的误差等多种原因，会导致人工晶状体的理论设计值与实际制造产品之间的差异。因此，如何实现对人工晶状体的面型进行精准控制，从而提高设计输出转化的准确性和稳定性，是制造人工晶状体的难点。此外，对于人工晶状体，尤其是非球面人工晶状体，面型的理论设计值与实际值的偏差通常在大孔径更为显著。因此，如何实现大孔径情形下精准控制人工晶状体的面型从而控制大孔径下的球差等性能指标的精准度是本领域技术人员面对的重要技术问题。


技术实现要素：

7.为解决上述问题，本技术提出一种用于精准控制人工晶状体的面型的方法。本技术的方法能够克服人工晶状体的加工误差等不利因素，使人工晶状体的实际值逼近理论设计值，达到精准面型的控制目的。而且，能够使人工晶状体的面型在大孔径范围内得到有效控制和优化。
8.根据本技术的一方面，提供一种人工晶状体的制造方法，包括如下步骤：
9.s11：获取光学面型目标模型，并基于所述光学面型目标模型进行光学加工得到人工晶状体；
10.s12：对所述人工晶状体中光学面型进行实际测量，获取实际测量面型轮廓数据；
11.s13：基于所述实际测量面型轮廓数据进行数学建模，反演生成光学面型实际模型；
12.s14：判断所述光学面型实际模型是否达到面型控制要求；若所述光学面型实际模型未达要求，则对所述光学面型目标模型中的一个或多个参数进行优化，确定优化后的所述光学面型目标模型，返回执行步骤s11，直到所述光学面型实际模型达到所述面型控制要求为止；
13.s15：对最终满足面型控制要求的人工晶状体，判断是否达到预设性能指标；若未满足所述预设性能指标，则需要进行模型补偿调整优化，并返回执行s11，直到所述人工晶状体满足所述预设性能指标为止。
14.可选地，s13基于所述实际测量面型轮廓数据进行数学建模，反演生成光学面型实际模型包括：
15.根据所述光学面型目标模型确定面型曲线；
16.将所述实际测量面型轮廓数据作为所述面型曲线的拟合数据，进行数据反演生成光学面型实际曲线。
17.可选地，将所述实际测量面型轮廓数据作为所述面型曲线的拟合数据，进行数据反演生成光学面型实际曲线包括：
18.将所述实际测量面型轮廓数据作为所述面型曲线的拟合数据，采用最小二乘法进行数据反演生成面型曲线模型。
19.可选地，根据所述光学面型目标模型确定面型曲线包括：
20.若为球面或非球面人工晶状体，则光学面型相对应为球面或非球面，则确定面型曲线为：
21.其中，z为光学表面矢高值，k为圆锥系数，c为曲率，为曲率半径的倒数，r为透镜上的点偏离y轴的径向距离，a2、a4、a6…
为非球面系数，当k及非球面系数均为0时，该面型表征为球面；反之，则表示非球面；
22.若为散光人工晶状体，则光学面型规划为复曲面，则确定面型曲线为：
[0023][0024]
其中，z为复曲面的矢高，c
x
，cy分别为两个复曲面子午线的曲率，为曲率半径的倒数，k
x
、ky为两个复曲面主子午线的圆锥系数，r为距离透镜中心的轴向距离，θ为子午线角；
[0025]
若为双焦点、三焦点、延展焦深型人工晶状体，则光学面型规划为不同环带、不同台阶高度组合的衍射面型，或折/衍射混合面型。
[0026]
可选地，所述人工晶状体的光学面型包括呈前后分布的第一光学面型和第二光学面型，对所述光学面型目标模型中的一个或多个参数进行优化，确定优化后的所述光学面型目标模型包括：
[0027]
根据实际参数反馈与预设性能指标的差异性，对所建立的数学模型进行迭代优化补偿，其中包括对所述第一光学面型和/或所述第二光学面型中的一个或多个参数进行优
化。
[0028]
可选地，在s11根据光学面型目标模型之前还包括：
[0029]
根据人工晶状体的技术指标，确定光学面型目标模型。
[0030]
可选地，根据光学面型目标模型，并基于所述光学面型目标模型进行光学加工包括：
[0031]
根据所述光学面型目标模型确定加工参数，采用单点金刚石数控车削机床进行光学加工。
[0032]
可选地，s12对所述人工晶状体中光学面型进行实际测量，获取实际测量面型轮廓数据包括：
[0033]
采用接触式或非接触式对所述人工晶状体的光学面型进行实际测量，获取所述实际测量面型轮廓数据。
[0034]
可选地，判断所述光学面型实际模型是否达到面型控制要求及预设性能指标包括：
[0035]
判断所述光学面型实际模型的球差是否小于等于预设球差阈值，若所述光学面型实际模型的球差小于等于所述预设球差阈值，判定所述光学面型实际模型达到面型控制要求及预设性能指标；若所述光学面型实际模型的球差大于所述预设球差阈值，判定所述光学面型实际模型未达到面型控制要求及预设性能指标。
[0036]
可选地，所述预设性能指标包括以下任意一种或任意组合：球差、像散、色差。
[0037]
在本技术的另一方面，还提供一种人工晶状体，所述人工晶状体采用前述的制造方法来制造。
[0038]
本技术提供的人工晶状体的制造方法，通过对光学数控加工得到的人工晶状体面型进行数学模型建立，并根据实际加工与理论面型的偏差，利用最小二乘法对其进行反演，将其最终补偿模型反馈给车床进行加工，直到最终补偿加工后的面型偏差达到可控要求。经过车床加工后的人工晶状体还会有繁琐的制造过程，该制造过程中会由于温度变化、水合过程、注塑过程等对其光学性能造成影响，为此本技术涉及如何将制造过程中光学性能的变化与光学面型迭代结合起来。根据制造过程的特征，通过对面型的不断迭代，最终实现人工晶状体的性能满足性能指标要求。本技术提到的补偿方法克服了人工晶状体自身变形特性(例如收缩或膨胀等)以及实际制造过程中导致面型误差的增加，实现对光学面型的精准控制，进一步提高设计输出转化的准确性和稳定性，使人工晶状体产品的光学质量在全光学孔径处得到有效提高，有利于制造出高精度、精准的非球面/自由曲面人工晶状体。对光学加工的面型控制，是在人工晶状体自生产源头进行了面型要求，有助于对后续人工晶状体制造过程中的误差进行有效评估。此外，本技术还提供了一种具有上述技术效果的人工晶状体。
[0039]
本发明内容既不意图识别要求保护的主题的关键或重要特征，也不意图用来限制要求保护的主题的范围。应从下面的附图和描述来理解另外的实施例、形式、目标、特征、优点、方面以及益处。
附图说明
[0040]
在下文中，将基于实施例参考附图进一步解释本技术。
[0041]
图1示意性地示出本技术所提供的人工晶状体的制造方法的一种具体实施方式的流程图；
[0042]
图2示意性地示出本技术所提供的人工晶状体的制造方法的另一种具体实施方式的流程图；
[0043]
图3示意性地示出本技术所提供的人工晶状体的制造方法的具体实施方式示意图；
[0044]
图4示出了某一方向上实际输入面型与测试后得到的面型之间的偏差示意图；
[0045]
图5-6分别示出了模拟理论设计值和实际加工测量值有偏差的干涉图形比较示意图；
[0046]
图7示出了加工偏差和拟合数据曲线示意图；
[0047]
图8示出了拟合残差示意图；
[0048]
图9示出了补偿后的干涉条纹示意图；
[0049]
图10示出了理论非球面设计与实际面型偏差曲线示意图；
[0050]
图11-12分别示出了模拟理论设计值和实际加工测量值有偏差的干涉图形比较示意图；
[0051]
图13示出了加工实际偏差点与拟合数据所产生曲线的差异示意图；
[0052]
图14示出了加工偏差和拟合数据曲线示意图；
[0053]
图15示出了拟合曲线偏差示意图；
[0054]
图16示出了模型修正后的干涉条纹示意图；
[0055]
图17示出了前表面面型变化示意图；
[0056]
图18示出了后表面面型变化示意图；
[0057]
图19-20分别示出了理论设计与实际加工的对比示意图；
[0058]
图21示出了模型优化结果示意图。
具体实施方式
[0059]
以下将结合附图和具体的实施方式，对本技术的方法进行详细说明。应理解，附图所示以及下文所述的实施例仅仅是说明性的，而不作为对本技术的限制。
[0060]
图1示出了本技术所提供的人工晶状体的制造方法的一种具体实施方式的流程图。本实施例中，该方法具体包括：
[0061]
s11：获取光学面型目标模型，并基于光学面型目标模型进行光学加工，加工得到人工晶状体；
[0062]
其中，光学面型目标模型可以为基于技术指标或预设性能指标设计得到的光学面型目标模型，也可以为后续进行迭代优化后的更新的光学面型目标模型。在确定光学面型目标模型之后，基于该光学面型目标模型进行光学加工，从而得到实际的人工晶状体。作为一种具体实施方式，可以采用数控车床光学加工方式对该人工晶状体进行自动化加工，当然并不限于该特定方式。
[0063]
s12：对人工晶状体中光学面型进行实际测量，获取实际测量面型轮廓数据；
[0064]
在加工得到实际的人工晶状体之后，可以对其面型轮廓进行实际测量，以用来还原加工后的面型，获取实际测量面型轮廓数据，通过该数据可以评估加工的准确性。测量过
程可以采用接触式测量或非接触式测量，这均不影响本技术的实现。
[0065]
s13：基于所述实际测量面型轮廓数据进行数学建模，反演生成光学面型实际模型；
[0066]
对于不同光学参数的人工晶状体而言，可以通过不同的光学面型来实现。例如：球面、非球面；非球面可以具体为复曲面、衍射面、折/衍射面混合或者多种面型叠加组合。不同的光学面型可以对应不同的光学面型目标模型。
[0067]
具体地，本实施例中光学面型实际模型可以具体通过面型曲线来表征。步骤s13可以具体为：根据光学面型目标模型确定面型曲线；将实际测量面型轮廓数据作为该面型曲线的拟合数据，进行数据反演生成光学面型实际曲线。
[0068]
以光学面型为非球面、球面或复合曲面为例，具体地：
[0069]
若光学面型为非球面或球面时，则确定面型曲线为：
[0070]
其中，z
asph
为光学表面矢高值，k为圆锥系数，c为曲率，为曲率半径的倒数，r为透镜上的点偏离y轴的径向距离，a2、a4、a6…
为非球面系数；当k及非球面系数均为0时，该面型表征为球面；反之，则表示非球面。
[0071]
若为散光人工晶状体，则光学面型规划为复曲面时，则确定面型曲线为：
[0072][0073]
其中，z为复曲面的矢高，c
x
，cy分别为两个复曲面子午线的曲率，为曲率半径的倒数，k
x
、ky为两个复曲面主子午线的圆锥系数，r为距离透镜中心的轴向距离，θ为子午线角。
[0074]
若为双焦点、三焦点、延展焦深型人工晶状体，则光学面型规划为不同环带、不同台阶高度组合的衍射面型，或折/衍射混合面型。
[0075]
本实施例中可以将所述实际测量面型轮廓数据作为所述面型曲线的拟合数据，采用最小二乘法进行数据反演生成所述光学面型实际曲线。当然并不限于该种具体方式。
[0076]
s14：判断所述光学面型实际模型是否达到面型控制要求；若所述光学面型实际模型未达到面型控制要求，则对所述光学面型目标模型中的一个或多个参数进行优化，确定优化后的所述光学面型目标模型，返回执行步骤s11，直到所述光学面型实际模型达到所述面型控制要求为止；
[0077]
s15：对最终满足面型控制要求的人工晶状体，判断是否达到预设性能指标；若未满足所述预设性能指标，则需要进行模型补偿调整优化，并返回执行s11，直到所述人工晶状体满足所述预设性能指标为止。
[0078]
在人工晶状体的实际制造过程中，都会有理论设计值与实际制造的差异性存在。人工晶状体会经过除加工外的其他制造过程，该制造过程也会对其光学性能造成影响，分析其原因也是由于面型的变化，因此除金工加工外，还需要综合考虑其他过程例如水合、注塑、温度等可能对面型造成较大影响的因素。本技术为了无限逼近该理论设计，可以在实际加工后，通过对建立的光学面型实际模型进行不断修正和优化，使其达到理论设计值。同时，通过不断优化该过程，达到人工晶状体的面型精准控制，从而实现光学性能的优化。
[0079]
可以理解的是，本技术提到的人工晶状体的光学面型可以包括呈前后分布的第一
光学面型和第二光学面型。第一光学面型和第二光学面型可以为相同面型，也可以为不同面型。例如，前表面为球面，后表面为非球面；也可是前表面为非球面，后表面为球面，或者两表面均为非球面；也可以是以非球面为基础的椭圆面，衍射面及自由曲面。在该情况下，对光学面型目标模型中的一个或多个参数进行优化，确定优化后的光学面型目标模型可以具体包括：对所述第一光学面型和/或所述第二光学面型中的一个或多个参数进行优化，确定优化后的光学面型目标模型。针对两个光学面型的情况，既可以对两个面型分别进行执行测量优化的操作，也可以仅对其中任意一个面型进行测量优化，最终使得整体的人工晶状体面型控制达到要求。这均不脱离本技术的范围。
[0080]
对于人工晶状体制造而言，面型控制是其达到精准光学的必要条件，人工晶状体的光学性能指标主要是通过面型控制来实现，但经过光学加工后的光学面型会由于晶状体材料、加工工艺的不同而发生变化，为此在实现加工面型可控外，对于人工晶状体的性能还需要监控和迭代修正，为此提到了在加工误差补偿调整后，人工晶状体性能未达到要求时进行进一步迭代优化的方法。
[0081]
图2示出了本技术所提供的人工晶状体的制造方法的另一种具体实施方式的流程图。本实施例中，该方法具体包括：
[0082]
s20：根据人工晶状体的技术指标，确定光学面型目标模型；
[0083]
s21：根据光学面型目标模型确定加工参数，采用单点金刚石数控车削机床进行光学加工，加工得到所述人工晶状体；
[0084]
数控车床光学加工是利用数字编程，实现对机床的自动化操作，完成光学零件的面型加工，具有准确度高、重复性高、易操作、高效率等特点。相比于传统的非球面光学零件加工方法，数控车床光学加工不仅在时间、效率和成本上远远满足要求，更重要的是能完成像对金、铜、镍等金属和等非球面光学面的加工。同时，还能够解决传统的非球面光学零件加工方法无法解决的复杂非球面曲面零件，例如自由曲面、椭圆曲面、衍射面、离轴非球面等光学零件的超精密加工技术难题。
[0085]
采用单点金刚石数控车削机床可实现复杂非球面、离轴非球面等光学元件的超精密加工。因此，本实施例采用单点金刚石数控车削机床进行光学加工，可以根据不同材料、不同光学面型进行光学面加工。其中，不同材料包括但不限于pmma、亲水丙烯酸酯、疏水丙烯酸酯等，不同面型包括但不限于球面、非球面，非球面包括复合曲面、衍射面等。采用单点金刚石数控车削机床进行加工，能够大大减少加工误差，其形状误差可小于0.1μm。
[0086]
s22：采用接触式或非接触式对加工得到的人工晶状体的光学面型进行实际测量，获取所述实际测量面型轮廓数据；
[0087]
本步骤可以用来测量加工后的光学轮廓，以便还原加工后的面型，通过实际测量面型轮廓数据来评估加工后的面型误差，判断加工的准确性。具体地测量方式可以采用接触式测量，也可以采用非接触式测量。接触式测量可以对存在的不同面型轮廓进行获取，并进行分析。采用非接触式测量利用激光干涉原理或白光干涉原理，可以对整个轮廓面型进行获取并进行分析，得到整个加工面型的偏差。
[0088]
s23:基于所述实际测量面型轮廓数据进行数学建模，反演生成光学面型实际模型；
[0089]
对不同光学参数的人工晶状体而言，有不同的光学面型来实现。例如球面、非球
面；非球面可以具体为复合曲面、衍射面或多种面型叠加组合。不同的光学面型可以对应不同的光学面型目标模型。本实施例采用面型曲线来对光学面型实际模型进行表征。
[0090]
下面通过具体实施方式来对数学建模的过程进行进一步详细阐述。
[0091]
若光学面型为非球面或球面时，则确定面型曲线为：
[0092]
其中，z为光学表面矢高值，k为圆锥系数，c为曲率，为曲率半径的倒数，r为透镜上的点偏离y轴的径向距离，a2、a4、a6…
为非球面系数。此处构建的是偶次非球面，当圆锥系数k和非球面系数为0时，可认为此方程构成的光学面型为球面；反之，则表示非球面。
[0093]
若光学面型为复曲面时，确定面型曲线为：
[0094][0095]
其中，z为复曲面的矢高，c
x
，cy分别为两个复曲面子午线的曲率，为曲率半径的倒数，k
x
、ky为两个复曲面主子午线的圆锥系数，r为距离透镜中心的轴向距离，θ为子午线角。此面型中，当k
x
＝0，ky＝0时，此复合曲面可以具有球面特征；当k
x
≠0，或ky≠0，或k
x
≠0，ky≠0时，此面型认为是具有非球面特征的复合曲面。
[0096]
若光学面型为衍射面时，可以将该衍射面分解为两个面型，一个面型是基本非球面，另一个可定义为由台阶高度及环带半径等决定面型，此面型叠加到非球面上，便形成了整个衍射光学面。根据不同的环带半径和台阶高度，衍射面会有各种不同的数学模型。例如：台阶高度相同，环带半径相同；或环带半径相同，台阶高度不同等根据不同的能量分布，衍射效率等构成不同的叠加衍射面。因此衍射光学面的数学模型可以有很多种，在此不再赘述。
[0097]
若光学面型为具有复曲面特征的衍射面型。该面型可以是结合非球面、复合曲面以及衍射曲面为一起的复杂面型，从人工晶状体特征角度来讲，可以实现不同的光学特征。
[0098]
s24：判断所述光学面型实际模型是否达到面型控制要求；若所述光学面型实际模型未达要求，则对所述光学面型目标模型中的一个或多个参数进行优化，确定优化后的所述光学面型目标模型，返回执行步骤s21，直到所述光学面型实际模型达到所述面型控制要求为止；
[0099]
通过对所加工面型的轮廓反演，优选地，可以在整个测量范围内取任一方向或多个方向上的原始轮廓。确定面型拟合后的各参数，这些参数可以包括：曲率半径、非球面系数、不同孔径处的矢高值偏差、整个面型偏差rms(均方根值)或者其任意组合。判断实际拟合后的面型与要达到的面型之间的偏差是否小于偏差要求，若小于偏差要求，判定车床加工后的面型达到面型控制要求；反之，未达到面型控制要求。例如，当人工晶状体实际面型在不同孔径处的矢高值偏差小于等于预设值时，认为光学面型实际模型达到或满足了面型控制要求，否则认为光学面型实际模型没有满足面型控制要求。再如，当人工晶状体实际面型的整个面型偏差rms(均方根值)小于等于预设值时，认为光学面型实际模型达到或满足了面型控制要求，否则认为光学面型实际模型没有满足面型控制要求。又如，当人工晶状体实际面型在不同孔径处的矢高值偏差和整个面型偏差rms均小于等于相应的预设值时，才
认为光学面型实际模型达到或满足了面型控制要求，否则认为光学面型实际模型没有满足面型控制要求。
[0100]
s25：对最终满足面型控制要求的人工晶状体，判断是否达到预设性能指标；若未满足所述预设性能指标，则需要进行模型补偿调整优化，并返回执行s11，直到所述人工晶状体满足所述预设性能指标为止。
[0101]
一般情况下，人工晶状体的制造过程中会包括很多步骤，不同的制造过程对其面型变化甚至光学性能会造成很大的影响。为此，在达到加工过程中的面型可控外，需要同时考虑经过全部制造步骤后最终对人工晶状体光学性能的影响。例如，水合过程、注塑过程、温度变化等可能对光学性能造成影响的步骤。
[0102]
为此提出，在加工面型可控之外，本技术综合考虑后续制造过程中会对光学性能造成影响的因素。通过对光学性能的测量及反复迭代过程，使人工晶状体的性能指标满足预设性能指标。而性能指标的迭代主要是通过制造过程中对面型的不断迭代优化实现的。本技术通考虑制造过程对其面型变化的影响，通过光学模型迭代优化的方式，对初建立的模型进行反复迭代，直到其光学性能达到预设性能指标。
[0103]
其中，上述预设性能指标可以为以下任意一种或任意组合：球差、像散、色差。以球差为例，本步骤中具体判断达到性能指标的方式可以为：判断按照此方法加工的人工晶状体的球差是否小于等于超过预设球差阈值，若所述人工晶状体的球差小于等于预设球差阈值，判定其达到预设性能指标；若该人工晶状体球差大于预设球差阈值，则判定未未达到所述预设性能指标。
[0104]
本实例中得到面型偏差并根据实际加工与理论面型的偏差，利用最小二乘法对其进行反演，将其最终补偿模型反馈给车床进行加工，直到最终补偿加工后的面型偏差达到可控要求。下面对采用最小二乘法进行优化修正的方法的具体实施过程进行介绍。
[0105]
最小二乘法曲线拟合的基本思想是：使所有数据点与拟合点的误差的平方和达到最小的拟合曲线，即最小二乘法拟合曲线。对于给定的一组数据{(xi,yi),(i＝1,2,
…
，m)}，若拟合曲线模型为y＝f(x)，则第i误差距离为f(xi)-yi，所有点的平方和就是：
[0106][0107]
进而求出该平方和的最小值对应的参数，就可得到拟合曲线f(xi)。
[0108]
对模型修正的过程主要包括：
[0109]
确定拟合曲线的函数模型；
[0110]
参考要进行修正的数学模型，可以是非球面、复合曲面、衍射曲面或其他复杂光学面型。
[0111]
确定法方程求解参数；
[0112]
假设已知数据点(ri，zi)，z为所有次数不超过m的非球面系数构成的多项式，现将多项式进行分解：z＝h(r) a
krk
[0113]
假定非球面为二次曲面，中心点曲率为c0，二次曲面系数为k0，取边缘的点p1(r1，z1)和中间点p2(r2，z2),其余项系数为0,得到以下方程：
[0114]
[0115][0116]
可以得到r0＝1/c0及k0值，并取r∈(0.8r0，1.2r0)，k∈(0.8k0，1.2k0),以此为r和k的取值范围。
[0117]
现针对z方程中的非球面系数进行反演计算，
[0118]
令使得
[0119][0120]
对上式进行偏导数求解，并令
[0121][0122]
则有，
[0123][0124]
借助计算机可快速对采集到的数据进行处理，得到修正后的模型，结合模型和实际采样点的数值差异，进行修正优化，完成数据修正。
[0125]
对修正后的面型测量，通过测量最终的人工晶状体光学性能，直到完成预设性能指标的要求，当满足要求后，此迭代过程结束。反之，需要根据过程中的数据反馈，结合性能指标，对模型进行迭代优化，直到满足预设性能指标要求。参见图3本技术所提供的人工晶状体的制造方法的具体实施方式示意图。
[0126]
本实施例所提供的人工晶状体的制造方法，具有下述技术效果：
[0127]
(1)眼内透镜在实际面型发生变化，本实施例结合最小二乘法原理，对其数据采样点进行轮廓反演，通过进行补偿分析，从而使最终的设计输出结果可以很好的弥合设计输入的参数量值；
[0128]
(2)将数控车床光学加工应用在人工晶状体的生产制造过程中，可以很好的从制造源头提供精密面型的实现。
[0129]
(3)采用精密光学测量对数控光学加工出的产品进行实际测量，并根据测量结果给予一定的反馈，为数学模型的建立提供一定的基础，进一步提高了产品的光学性能。
[0130]
(4)根据人工晶状体的面型测量结果及涉及面型特征，对面型轮廓进行数学模型建立。该数学模型是通过不同的光学性能要求，通过建立不同的光学面型，并利用数学模型对其进行准确表达，为后续进行迭代优化提供了前提。
[0131]
(5)通过对所建立的数学模型不断优化迭代，直到满足人工晶状体的产品性能的技术指标，能够达到很好的精准面型控制和高产品质量的实现。
[0132]
(6)不局限于球面、非球面光学面型，对于不对称的椭圆面、衍射光学面均可以适用。同样，也不局限于某种材料，对于硬性、软性材料均可以适用。可见，本技术可以满足对于不同的光学设计和不同的光学面型的个性化设计。
[0133]
下面通过一个非限制性举例，具体阐述本技术的实现方案。表1示出了人工晶状体基本指标。
[0134]
表1
[0135][0136]
通过上述的人工晶状体基本指标，规划设计人工晶状体包含两个光学面，为达到技术指标的要求，5mm孔径范围内球差为0μm，特选用非球面实现此技术指标，其中可以是前表面为非球面，后表面为球面，亦或是前表面为球面，后表面为非球面，亦或是前后表面均为非球面。在本示例中，选择前表面为球面，后表面是非球面。其中两个光学面的基本参数如表2所示。
[0137]
表2
[0138][0139]
以该非球面人工晶状体为例，该人工晶状体由两个光学表面组成。其中前表面是球面，后表面是高阶非球面。通过采用本技术提供的光学加工、光学测量、数学模型建立方法，并根据实际加工过程误差以及结合后续制造过程中对面型可能有影响的因素，进行已建立面型模型的调整和迭代优化，目的是实现单焦人工晶状体实现大孔径下球差的精准控制，从而提高对暗环境下人工晶状体的光学性能。
[0140]
同样地，此方法并不局限于此面型及此人工晶状体设计，也适用于构成散光人工晶状体光学特征的复曲面、多焦、edof人工晶状体的衍射光学表面。
[0141]
将拿到的光学参数，输入到加工文件中，对人工晶状体的两个面分别进行加工。在本实施例中，先对前表面球面进行加工和检测，加工涉及的参数包括光学有效孔径、曲率半径、以及其他的机械特征。
[0142]
球面光学面加工和测量是一种相对比较简单的光学面加工，加工表面质量可通过面型误差来评价整个有效光学孔径内的光学面型质量。本实例中，采用不同孔径处的矢高差来评估面型误差，图4示出了某一方向上实际输入面型与测试后得到的面型之间的偏差示意图，在5mm孔径处，面形偏差已有1μm，该面型偏差已超出控制范围。图5-6示出了模拟理论设计值和实际加工测量值有偏差的干涉图形比较示意图。
[0143]
加工过程一般都会存在大的面型偏差，需要进行几次模型补偿调整，才能将此偏差减少到最低，例如曲率半径、刀具中心差异、光学面型差异等问题，需要对加工过程中实施一定的补偿，确保加工误差达到最小，保证面型的准确性。加工过程中的面型偏差等从图5-6可得，加工后测得的面型与设计的面型偏差为正，由于材料及加工过程中温度、人员操作等其他因素影响造成的加工误差，主要集中在5mm～6mm大孔径处，大孔径处对球差的贡献为：球差相对增加0.063λ。非球面的主要优势体现在大孔径处的成像质量，所以达到精准
非球对于人工晶状体产品来讲是很有意义的。要达到精准非球，就需要对其生产制造过程中产生的面型偏差进行进一步控制和迭代优化。
[0144]
通过测量后，可获取曲面上的任何一条或几条原始轮廓，并对轮廓上的点进行分析，结合上述曲线方程反演理论和方法，对上述建立的模型进行数据过程处理，如图7加工偏差和拟合数据曲线示意图所示，得到模型曲线方程为
[0145][0146]
其中c接近0；k＝0；a2＝2.96e-5；a4＝9.497e-8；如图8拟合残差示意图所示。
[0147]
根据上述偏差曲线拟合结果，结合要弥补的原始曲线轮廓进行补偿，最终可得到理想的优化曲线，最终调整光学面补偿模型为，
[0148][0149]
其中c＝0.053；k＝0；a2＝2.96e-5；a4＝9.497e-8；
[0150]
对补偿后的结果进行干涉条纹评价，如图9补偿后的干涉条纹示意图所示，与理想设计值非常接近，达到此面型可控要求。
[0151]
后表面为非球面，可以采用同样的加工原理和分析方法。对于非球面的加工，相较于球面加工，会需要规划更多的加工参数。根据本实施例中设计的非球面面型加工，需要转化为输入加工的主要参数有：曲率半径、圆锥系数、相应的高阶非球面系数。通过对加工后的光学面型进行测量获取原始轮廓，并对原始轮廓上的点进行曲线反演和拟合计算，最终得到如图10理论非球面设计与实际面型偏差曲线示意图，理论设计和实际面型偏差随着孔径的变化在变化，最大孔径处的偏差为2.2μm，同样也是在5mm-6mm处的变化趋势愈加明显，而面型偏差的变化体现在光像差的变化如图11-12所示。很明显，此加工中造成的面型偏差是超出面型控制要求的。其中，图11表示理论设计的面型所贡献的干涉条纹图样pv为2.5544λ，而实际加工后检测的面型，pv为2.8357λ，如图12所示。为此，由于面型偏差的影响对于光学像差的影响显而易见，需要对产生的面型偏差模型进行弥补和纠正。
[0152]
图13示出了加工实际偏差点与拟合数据所产生曲线的差异示意图，并对其数学模型进行补偿，加工偏差和实际拟合曲线差异及拟合偏差如图14-15所示。图14示出了加工偏差和拟合数据曲线示意图，图15示出了拟合曲线偏差示意图。
[0153]
最终经过面型补偿后的模型为：
[0154]
c接近于0，a3＝-2.97e-6,
[0155][0156]
其中，c＝0.042,k＝0.27,a3＝1.088e-05。
[0157]
再通过修改后的模型进行车床加工及测量反算，最终后表面产生的面型与实际加工输入值十分接近，如图16所示。图16示出了模型修正后的干涉条纹示意图。由此也可看出，软性透镜在4.5mm～6.0mm处的面型变化，大孔径处的球差会因为面型的偏差而导致球差量值的变化，对于非球面透镜而言，最关键的体现也是在大孔径处，所以对于大孔径处的
像差控制很有必要，控制好面型偏差的变化成为了控制球差精准度的关键所在。
[0158]
当加工面型可以达到面型控制要求后，人工晶状体会经过其他的制造过程，经过其他过程后的人工晶状体会做相应的光学性能评估，例如光焦度、球差等。对于人工晶状体的性能进行评估，如其性能满足预设性能指标，则认为此人工晶状体达到性能指标要求。否则，继续进行制造过程中的性能改进，而人工晶状体的光学性能改进主要是通过其光学面型的改进和控制，面型的改进和对整个过程中的面型补偿会对其光学性能产生影响。为此，需要结合其面型迭代，探索其面型和性能的关系，根据其制造过程中可能对此产生影响的因素，通过对面型的不断迭代优化，使其性能能够满足性能指标要求。
[0159]
例如，加工后的人工晶状体可以达到面型控制要求，但经过例如水合过程、温度、注塑等过程影响后，对于光学面型会产生较大影响。本实施例中，最终经过所有制造过程的人工晶状体，光焦度发生了漂移，由预想中的20.0d变为20.3d，5mm孔径处的球差变成了-0.15μm，远超出 /-0.05μm的可控范围，为此需要对规划的面型进行迭代优化，使得经过所有制造过程中的人工晶状体性能达到要求。
[0160]
因为眼内透镜是由前后两个光学面组成的，两个光学面共同对光焦度、球差产生贡献，在做面型迭代优化时，需要分析确定经过所有制造过程后前表面和后表面的面型误差，然后再在其中一个光学面或是两个光学面上上进行模型迭代。因此，可以只在一个光学面上做迭代，例如在前表面，或是在后表面。当然也可以利用其中一个光学面的迭代来补偿和平衡另外一个面的面型偏差变化，从而达到对整个眼内透镜大孔径处光学参数的有效控制。该迭代过程是要经过数据收集，确定经过光学加工后的其他过程所带来的的面形偏差，统一进行反馈和迭代，直到人工晶状体的光学性能达到性能指标要求。
[0161]
前表面和后表面的面型偏差结果如图17-18所示。图17示出了前表面面型变化示意图，图18示出了后表面面型变化示意图。
[0162]
两表面形变后，因为两面共同贡献，致使球差由0μm变为了-0.15μm。图19-20表示了由于面型的变化呈现不同的pv值。对于精准非球，要对其形变的面型进行补偿，使其无限接近设计面型。
[0163]
根据实际工艺过程中产生的偏差，通过本技术采用的方法对面型进行补偿和校正。例如只针对前表面进行测量优化，让其承担后表面的形变，即进行过补，加大表面形变后最大孔径处的z值，从而改变大孔径处的球差，使其接近于设计值。最终结果如图21模型优化结果示意图所示。
[0164]
通过对后表面面型的优化，结合前述拟合曲线的原理，最终补偿曲线为：
[0165][0166]
其中，c＝1/20.08，k＝0，a2＝-5.699e-05,a3＝5.664e-07,代入公式便可得最终曲线方程。前表面保持不变，最终经过验证后，人工晶状体光焦度可达20 /-0.1d,5mm孔径处的球差可达0 /-0.02μm，可达到对非球面人工晶状体大孔径下得精准控制和优化，其性能指标可以满足技术指标要求。
[0167]
以上举例中，不限于举例中的非球面系数，可以根据实际过程进行择优选择。
[0168]
同样地，本技术提供的方法可适用于其他复合曲面、衍射元件加工测量及模型建
立和模型调整补偿。
[0169]
此外，本技术还提供了一种人工晶状体，该人工晶状体采用上述任一种人工晶状体的制造方式来进行制造。
[0170]
综上，本实施例所提供的人工晶状体及其制造方法，通过采用数控车床光学加工、精密光学测量、精准数学模型建立以及迭代优化的技术手段，克服弥补了加工过程及实际制造过程中导致面型误差增加，达到精准面型的控制补偿，进一步提高设计输出转化的准确性和稳定性，使眼内透镜的光学质量在全光学孔径处得到有效提高。除了传统的简单球面之外，现代iol中还使用复杂的光学表面设计来控制局部透射波阵面，通过这些设计，iol可以精确地将各种光学性能要求达到到非常详细的视觉灵敏度，对比度灵敏度和聚焦深度。本发明提供了一种可以在实践中实现这些复杂的表面设计的方法。
[0171]
此外，本技术提供的方法将数控车床光学加工应用在人工晶状体的生产制造过程中，可以很好的从制造源头提供精密面型的实现。采用精密光学测量对数控光学加工出的产品进行实际测量，并根据测量结果给予一定的反馈，为数学模型的建立提供一定的基础，进一步提高了产品的光学性能。根据人工晶状体的面型测量结果及涉及面型特征，对面型轮廓进行数学模型建立。该数学模型是通过不同的光学性能要求，通过建立不同的光学面型，并利用数学模型对其进行准确表达，为后续进行迭代优化提供了前提。结合最小二乘法原理，对其数据采样点进行轮廓反演，通过进行补偿分析，从而使最终的设计输出结果可以很好的弥合设计输入的参数量值。通过对所建立的数学模型不断优化迭代，直到满足人工晶状体的产品性能的技术指标，能够达到很好的精准面型控制和高产品质量的实现。
[0172]
本技术提供的人工晶状体及其制造方法，不局限于球面、非球面光学面型，对于不对称的椭圆面、衍射光学面均可以适用。同样，也不局限于某种材料，对于硬性、软性材料均可以适用。可见，本技术可以满足对于不同的光学设计和不同的光学面型的个性化设计。
[0173]
虽然出于本公开的目的已经描述了本技术各方面的各种实施例，但是不应理解为将本公开的教导限制于这些实施例。在一个具体实施例中公开的特征并不限于该实施例，而是可以和不同实施例中公开的特征进行组合。例如，在一个实施例中描述的根据本技术的方法的一个或多个特征和/或操作，亦可单独地、组合地或整体地应用在另一实施例中。本领域技术人员应理解，还存在可能的更多可选实施方式和变型，可以对上述系统进行各种改变和修改，而不脱离由本技术权利要求所限定的范围。