Ansys Zemax | 眼科镜片设计

眼科镜片设计原理与关键参数分析


引言

眼科镜片设计旨在优化视觉体验，聚焦于斜向像散的操控。通过对彗差、像散等像差类型的精确管理，可改善视场角下的图像质量。人体视觉系统的特性决定了对于高分辨率和视野的需求，从而在设计中优先考虑像散、球差、彗差等因素的影响。随着自由曲面制造技术的不断发展，眼科镜片设计得以突破传统限制，引入更为复杂的镜片形状和尺寸优化策略。

眼科镜片设计基础


眼球结构与远点球概念

眼球存在一个远点，它代表了远远处物体在视网膜上的清晰成像位置。这一特性对于设计能够准确矫正视网膜位置的镜片至关重要，确保在不同视距条件下获得清晰的视觉效果。

镜片与光学系统视角




眼镜的作用在于修正眼球与镜片之间的光路，使得偏离焦距的光线投影到远点球上。人眼的瞳孔充当可调节的光圈，随着视线的变化同步转动。尽管物平面通常设定为无穷远，但在现实应用中，根据不同的视觉场景（如办公室或夜间），调整物平面位置是一个重要的设计参数。

精准设计原则


像差最小化策略

构建眼科镜片时，采用Seidel斜向像散最小化技术，通过调整光学系统参数，如导入ASTI操作数到OpticStudio的评价函数中设定目标值为零，优化权重关联和利用单一波长进行仿真，有效减小彗差和像散的影响。

形状优化与视场考量

通过OpticStudio等软件中的特殊配置，例如优化远点球上的模糊圈尺寸，设计者可以实现对于特定视场角的精准优化。以3.00D的透镜为例，研究基于不同视场角（15°、30°）的修正方法，观察如何通过基本曲线的确定实现镜片形状的调整。

校正曲线的复杂性与差异性

高度定制化的眼科镜片设计需综合考虑佩戴者特征、视觉环境因素及人眼多维特性，如老花眼、近视和色散问题。按照优化后的校正曲线不仅能修正像差问题，还要重视矩阵曲率对影像质量的影响，预估不同场景下的最佳成像关系。

材料科学与镜片选择


常见材料简介

眼科镜片材料的选择直接关系到镜片的光学性能、耐用性、重量与舒适度。常用材料，如玻璃（Corning_1.523、Corning_1.6、Corning_1.7等）及聚合物（CR39、PC）覆盖了从常规到变色镜片的不同需求。总体而言，材料的光学性质、折射率及其对特定波长的响应成为了评估与应用的重要指标。

折射率与色彩匹配

通过使用OpticStudio软件读取像质性能数据表格，设计人员能够针对各波长调整材料的折射率与阿贝数，选择符合人眼视觉特性和特定应用场景的最佳材料。材料库的覆盖面广，包括但不限于光学聚合物和塑料种类，以适应从日常生活到特殊视觉需求的广泛范围。