光剑人工晶体在老视矫正领域的运用及成像分析

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老视产生于随年龄增长引起的人眼调节能力退化。传统的矫正方法是佩戴老花眼镜,这种单焦点透镜只能看清近处。如今也存在可以矫正老视的双焦点人工晶体该晶体只能对两个特定距离清晰成像,而其他位置则比较模糊。矫正后视觉的连续性较差,其中折射型的双焦点人工晶体还受到瞳孔大小变化的影响。佩戴渐进多焦点的框架眼镜虽然能够得到连续的视觉成像,但是过渡区域的像差比较大,对于屈光不正比较严重的人会产生眩晕等不适感。  将传统光学里的大焦深成像元件运用于老视矫正中,有望实现对从远至近的一定范围内清晰成像,解决老视矫正中的上述问题。本文主要研究了具有大焦深性能的光剑元件(Light Sword Optical Element,LSOE)应用于老视矫正的可行性。本文将人眼模型做了简化后,将LSOE元件作为人工晶体,对老视人眼做了矫正,并对性能进行了分析。  以标量衍射理论为基础,本文通过Matlab程序对LSOE人工晶体在人眼内的大焦深成像性能进行了研究,并从E图、斯特列尔比率、MTF和视锐度这几个角度对其成像质量进行分析。结果显示在没有人眼像差的情况下,植入后的人眼在0~4D范围内视锐度均在0.7以上,最高为0.85,基本实现了连续范围内的清晰成像。与传统的老视眼镜以及轴棱镜大焦深元件相比,在成像的清晰范围上占有很大的优势。此外,由于LSOE元件本身具有表面屈光度分布不随孔径大小变化而改变的特点,所以LSOE人工晶体受到的白天和夜间瞳孔的影响比其他可以矫正老视的人工晶体都相对较小,具有相对较好的成像稳定性。  由于人眼的角膜存在着大小不一的各种像差,本文随后研究了球差、像散、彗差这三种主要像差对该LSOE人工晶体矫正效果的影响。结果显示,球差的引入对大焦深的成像会造成明显的负面影响。但是人眼的球差一般数值较小所以产生的负面影响程度有限。人眼的像散和彗差也会造成矫正后的视锐度低于理想值,但是像散和彗差可以通过对LSOE人工晶体设计结构的优化进行部分抵消。除了像差之外,人眼因为视网膜上细胞的受光特性,还具有斯泰尔斯-克劳福德效应。文中将该效应加入到矫正后的人眼中进行分析。结果表明,在白天3mm小瞳孔的情况下,成像几乎不受斯泰尔斯-克劳福德效应的影响。夜晚瞳孔增大到5mm以上后,成像的变化较为显著,主要降低了人眼看远处时的视锐度。
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