Ansys Zemax Optical Studio 中的近视眼及矫正

近视，通常称为近视眼，是一种眼睛屈光不正，导致远处物体模糊，而近处物体清晰。这是一种常见的视力问题，通常发生在眼球过长或角膜（眼睛前部清晰的部分）过于弯曲时。因此，进入眼睛的光线会聚焦在视网膜前面，而不是直接聚焦在视网膜上，从而导致视力模糊。

图 1 展示了视力正常、近视和眼镜矫正近视的眼睛。在视力正常的情况下，主视场光束很好地聚焦在视网膜上，而近视眼使主视场失焦。主视场光束通常表示远离眼睛的物体。使用处方眼镜，可以调整焦点，重新聚焦在视网膜上。

 

图1 正常视力、近视和处方矫正近视眼球示意图

图2对比了健康眼球（左）和近视眼球（右）的Zemax模型布局。健康眼球将远距离投射的大多数视野光线聚焦在视网膜上。近视眼球的视网膜变形，所有视野都出现明显的离焦现象。两个模型成像的远景如图3所示。

 

图2 正常视力眼球与近视眼球的Ansys Zemax模型

 

图3 健康眼球与近视眼球感知的远景对比

下图 4 中，添加了处方镜片以校正模糊。与市场上的大多数处方眼镜一样，这片玻璃具有凸凹结构。玻璃的中心比边缘薄，以使光焦点向前移动。以下是 Zemax 模型中的一些假设。眼镜与眼球的距离和眼镜的材料（聚碳酸酯）是固定的。处方眼镜的外侧曲率在制造时是固定的。然后，通过操作数 REAY 优化内侧曲率，约束条件是最小化图像表面的零瞳孔高度。这里的材料是聚碳酸酯。这个 Zemax 优化过程就像在验光办公室进行视力检查和开处方一样。

 

图4 近视眼球矫正处方

图 5 比较了图 3 中的远景，近视眼戴上处方眼镜后看到的远景。视力得到了很大改善，几乎和健康眼一样清晰。

 

图5 矫正近视眼感知到的远处场景

图 5 中的点图比较表明，处方眼镜（右）的聚焦质量比裸眼近视眼（左）的聚焦质量有显著改善。图 6 中的调制传递函数 (MTF) 比较表明，在 20lp/mm 时主视场有显著改善。

 

图6 近视眼球与戴眼镜近视眼球点图对比

 

图7 近视眼球与佩戴处方眼镜的近视眼球的MTF比较