基于Varifocal变焦结构视光学系统设计

摘 要：当前市面上的视觉训练产品大多采用电子屏幕显示远近大小交替变化的物体，通过观看屏幕刺激睫状肌，进行视功能训练，但该方法存在蓝光辐射，对人眼构成潜在危害。针对此问题，设计了一种基于Varifocal变焦结构的视光学系统，该系统通过控制两组垂直于光轴镜片的横向移动实现光焦度连续变倍，模拟物体远近的变化，刺激睫状肌调节训练。本文首先推导可变焦距透镜的面型限制，加入可变焦距球面效应方程优化Alvarez透镜基础面型，并采用Zemax软件进行设计。所设计的透镜面型由三阶XY多项式自由曲面表征，其中两组透镜最大相对垂轴偏移量为5.6mm，实现屈光度在+4D—-8D的连续变倍。设计结果表明，全视场调制传递函数在奈奎斯特频率30lp/mm处均大于0.3，均方根（RMS）半径值接近于艾里斑半径值，畸变均小于2%，该光学系统成像质量较好。