用于儿童斜视矫正的微结构压贴三棱镜 -学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

魚ww.xtuu.ceom
第37卷第3期
光学仪器
Vol 37, No. 3
2015年6月
OPTICAL NSTRUMENTS
June, 2015
文章编号:1005-5630(2015)03-0233-05
用于儿童斜视矫正的微结构压贴三棱鏡
付明磊,王伟文,张湘南,乐孜纯2,维亚切斯拉夫?彼得罗夫2…3
(1,浙江工业大学理学院,浙江杭州310023;2.浙江工业大学光学工程研究所,浙江杭州310023;
3.乌克兰国家科学院信息记录研究所,乌克兰基辅03113)
摘要:针对儿童斜视鞴助治疗的色散问题,提出了利用徽棱镜阵列组消除压贴三棱鏡中的色散
现象的设计方案。通过压贴三棱镜平移光线,用徽棱镜阵列组进行色散补偿,设计了一个新颖
的组合光学系统。阐述了徽棱镜阵列组色散补偿的基本原理,并利用几何光学软件仿真了组合
光学系统的色散、透过率等光学参数。点列图以及扩散函数图等仿真结果表明,微棱镜阵列对
于减少压贴三棱镜的色散有较明显的效果。
关键词:压贴三棱镜;徽棱镜阵列;微结构三棱镜;色散
中图分类号:O435文献标志码:Adoi:10.3969/j.isSn.1005-5630.2015.03.010
Micro structure press-on prism for children strabismus compensation
FU,, WANG Weiwen, ZHANG Xiangnan LE Zichuml2, PETROV Viacheslav s
(1. College of Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China
2. Institute of Optical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023,China;
3. Institute for Information Recording of NAS of Ukraine, Kiev 03113, Ukraine>
Abstract: To solve the dispersion problems in the press-on prism, this paper proposes a method
that using micro prism array to compensate dispersion phenomenon of the press-on prism. In
this paper, a new combined optical system is formed, using the press-on prism to translate
ight and using the micro prism array to compensate dispersion. Additionally, the basic
principle of dispersion compensation is introduced, and the geometric optical software is used
to simulate the dispersion and transmittance of the optical system. All the analysis figures
including spot diagram, PSF and so on, show an obvious effect in using micro prism to
compensate dispersion of the press-on prism.
Keywords: press-on prism; micro prism array; micro structure prism; dispersion
斜视是一种很常见的眼部疾病,在2009-2012年期间,我国医学人员对广东汕头地区9所城乡中小
学校和广西玉林市城区部分幼儿园进行斜视筛査,结果斜视患病率分别为2.95%和3.13%2。斜视不
仅严重阻碍儿童的视觉发育,而且还会影响儿童的身心健康。
近年来,国内众多医疗机构采用压贴三棱镜作为儿童斜视的辅助治疗手段,并取得了较明显的效
收稿日期;2014-10-08
基金项目:浙江省大学生科技创新活动计划(新苗人才计划)项目(G140110964900)
作者简介:付明磊(1981-),男,博士,主要从事光学设计等方面的研究。E-mail:fuml@iut.edu.cn
234
光学仪器
第37卷
果21。与传统的三棱镜相比,压贴三棱镜具有精度高、质量轻、厚度薄等优点。然而,由于镜片的光学
设计问题,一般的压贴ご棱镜存在色散。在佩戴这样的压贴三棱镜眼镜后,可能出现图像失真现象。目
前,常用的消除色散方案有:采用禊形镜与棱镜对组合系统产生负色散量以消除色散?;采用1/4波长延
迟器产生相位延迟达到消色散的目的?。但在,以上方案不适用压贴三棱镜中的色散消除,本文提出了
利用微结构三棱镜阵列来消除压贴三祾镜中的色散现象。
设计原理
单组祾鏡对的消除色散原理
单组棱镜对的光线传播情况如图1所示,棱镜2的人射面平行于棱镜1的出射面,并且棱镜2的出射
面平行于棱镜1的入射面。光线从棱镜1出射后发生色散,
由图1可知,影响色散的光路长度为。?
式中:为光线色散角;L为棱镜1和棱镜2之间倾斜的距离。
根据群色散原理,对光路长度相对于波长取二阶导数,由文献
8]得
d2t
Sir
d
/coso》(2)
式中第一项为正色散,第二项为负色散。如果实现正负色散相互抵图1单组棱镜对中的光线传播
消,即可达到棱鏡组消除色散的效果。
Fig 1 Ray path of a single set of prism
1.2微棱鏡阵列组的消除色散原理
图2为本文提出的微结构三棱镜阵列消除压贴三棱镜中色散的方案。光线从压贴三棱镜阵列入射
后发生折射,进入微棱镜阵列组后再次发生折射,最后平行出射。
目前,市场上流通的压贴三棱镜采用的是PVC材料,这种软质材料的压贴三棱镜可以通过真空贴膜
的方式贴在镜片内层上。在本文中,所设计的压贴三棱镜和微结构三棱镜采用PMMA材料,它们可以通
过超声波焊接技术做组合固定。同时,为了减少两者的对准误差,在组合固定时,需对压贴二祾镜和微结
构三镜做共轴测试
当一束白光进入压贴三棱镜阵列(称为折射元件)时,由于
レレレレレレレレレレレレレレ
白光是复色光(即包含不同波长的单色光),因此在发生折射的
同时发生较大的色散,其折射角随波长的增加而减小。换言之
对于折射元件,其色散角随波长的增大而减小,如图3所示
对于较小的棱镜阵列,其作用相当于一个衍射光栅,称其为
衍射元件。为了实现较好的行射效果,只取一级行射。在一级
图2微棱鏡阵列组的光线传播
衍射时的色散角表示为
Fig Z Ray path of a micro prism array
(3
D
式中:D为折射元件的高度;λ为光波长。由式(3)可知色散角随
波长的增加而增加。这说明衍射元件产生的色散能补偿光线经
过折射元件的色散。如果衍射元件的尺寸足够小,则足够补偿
折射元件带来的色散。
1.3微棱镜阵列组结构参数