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
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