也谈Symfony新无极人工晶体（修改版）

Posted 2021-05-02 旭哥视界

1）衍射型人工晶体

2）景深扩展设计

3）色差消除设计

首先简单介绍一下衍射／折射：

衍射（Diffraction）与折射（Refraction），或许很多医生只闻其名而不知其然。

折射：凸透镜在某一程度上可以认为是多个棱镜叠加而成，平行光线经过透镜后汇聚到焦点，随后再发散出去，这是利用了光的粒子特性（呈直线传播）。折射时，光线仅能生成一个焦点。

衍射，又称绕射，是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象，google一下可以看到以下一些光学原理图。衍射是利用了光是一种“波”的原理。

不同经过衍射孔的光波，在不同空间位置可以发生光波的重叠。当最大波峰与最大波峰重叠之时，就出现聚集点（共振）。但是在同一空间中可以有多个聚集点，并不是所有的聚集点都是最强的（如上图的亮度不一的条形光栅）。只有当全部光波在某一位置上全部波峰重叠时候，才会形成那个主焦点（例如下图中的最亮点）

此外，衍射一个特性是，光波可以呈正弦波样围绕中轴往返，并非像折射一样经过汇聚焦点发散出去。大家可以看一下Zeiss三焦点人工晶体这张光路图想象一下光线像纺锤一样交织前进。

衍射型人工晶体

衍射人工晶体成像到底是怎么回事呢？看下面的单焦点，衍射多焦点，折射多焦点的光路图，可能大家仅仅觉得衍射的光线比折射型的人工晶体均匀而已

但是其实衍射型的设计要比折射型复杂多了。光线经过人工晶体表面不同的衍射阶梯，原本波幅同步的光波的波幅变得不同步，但是经过一段空间传播后，这些光波会在某一个空间点发生共振，而众多衍射光线的同一共振点，就是所谓的焦点。但是要让不同衍射阶梯的光线在某个理想位置一起聚集，是要经过大量运算。例如在经典的Alcon Restor渐进衍射人工晶体中，衍射阶梯A处的光线要经历46179波长后才聚焦到焦点A处，而阶梯B处的光线则要经历43696波长才能聚焦到焦点A（相差2483波长）。阶梯越多，计算越复杂。在双焦点人工晶体中，所有经过ABCDEFG....衍射阶梯（根据不同晶体，衍射阶梯数量不同）的光线，聚集到远、近两个焦点上。

此外，并非所有的光线都能聚焦到焦点上，还有部分损失在衍射过程中。如下图中，仅各有40%的零阶与一阶光线汇聚到远／近焦点上，还有其他部分光能损失。这也是为何多焦点人工晶体会出现光能损失。

景深扩展设计

明白了衍射原理，再看Symfony人工晶体。Symfony的Echelette设计就是通过精细计算设计，可以让尽可能多的光线在这个区域中的不同点上发生共振聚焦——但与双焦点人工晶体不同，所有经过ABCDEFG....衍射阶梯的光线，并非都聚焦到远、近两个焦点上，而是让通过阶梯ABCD的光线聚焦到a点，通过阶梯BCDE的光线聚焦到b点，通过阶梯CDEF的光线聚集到c点，通过阶梯DEFG的光线聚焦到d点........而abcd等点构成了这个绿色的Elongated Focus区域（焦深区域），所以Symfony是将经过不同阶梯的光线排列组合在不同的位点上聚集，形成了一条焦点区间。可以想象这种设计的复杂程度，应该是AMO的专利吧。

从上述解释中可以知道，并非经过该焦深区域的所有光线都在该区域中的任意一点上聚焦（共振），也就是说虽然获得了更大的焦深（景深扩展，EDOF，Extend Depth of Field），但是肯定是失去了锐度（仅有部分光线聚焦）。——这点上我支持冬雪川的意见。而萧迟医生说提出的最小弥散圈的问题，也不能解释锐度丢失的问题。国外专家也有类似观点——As Jack T. Holladay and Daniel Chang explain it, with optics you can’t gain an expanded range of vision without losing something in terms of the sharpness of vision; this is just the nature of the beast. 

甚至严格上说，焦深区域还存在空间点上对比敏感度下降的问题（仅有部分光线聚焦），但是可能比较难以察觉。而AMO所提出的相比其他多焦点人工晶体，Symfony并无比敏感度的问题，可能需要从另外一个角度来解释——因为它并没有近远多个焦点，全部光线都集中在这个焦深区，比其他多焦点人工晶体而言并没有光能分散，但比起单焦点还是有对比敏感度下降。

当然，由于存在焦点区域而不是单一的焦点，Symfony对于散光的宽容度比较大，甚至对于倾斜或者彗差的宽容度也会比其他多焦点人工晶体大。

理解了EDOF原理，大家就可以知道这和传统的双焦点与三焦点是不一样的，甚至可以叠加在一起。国外目前已经有三焦点+EDOF的人工晶体出现。

色差消除设计

由于设计中需要充分利用衍射原理，而衍射又依赖光的波长，那么不可避免的面临（不同波长）光线所带来的色差问题。AMO通过材料学的方法（即冬雪川所提到的提高人工晶体阿贝系数方法）来消除色差——我想AMO可能为了并非完全为了提高视觉效果，而是为了降低设计的难度。不经意中，这也成为AMO Symfony的宣传特点。

以上就是有关一些Symfony的人工晶体基本原理的个人体会，如有不足之处请各位多指正。

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