阳婷 1,2,3徐晓立 1,2,3张学典 1,2,3李峰 1,2,3江旻珊 1,2,3,*
1 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
2 上海理工大学 教育部光学仪器与系统工程研究中心，上海 200093
3 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
利用Zemax软件建立了Navarro, Atchison和Zapata-Díaz三种年龄相关性人眼模型的光学系统，评估并比较了各模型眼在不同年龄及不同调节状态下的成像质量。模拟了入瞳直径分别为3 mm和5 mm时，各模型眼在年龄为20～60岁时的成像质量，以及Navarro和Zapata-Díaz模型眼在0.5～2 D范围内的调节。结果表明，三种模型眼的成像质量均随年龄的增长或者入瞳直径的增加而变差，Atchison模型眼在不同年龄下的成像质量更好，且较符合临床实际，Navarro模型眼在调节过程中具有更好的成像质量。研究结果可为视光学领域中年龄相关性人眼模型的选择提供参考。
年龄相关性人眼模型 入瞳直径（EPD） 调制传递函数 调节 光线追迹 age-related human eye model entrance pupil diameter（EPD） modulation transfer function accommodation ray tracing
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 江苏省中医院, 江苏 南京 210029
3 金陵科技学院视光工程系, 江苏 南京 211169
针对人眼个性化差异,建立符合我国人眼数据的晶体光学模型,并实现相应的数字化加工工艺,具有十分重要的价值与意义。三维打印技术可根据晶状体的三维数字模型进行加工制造,步骤简单,成本低廉。依据实测角膜参数、眼内间距、各介质折射率以及人眼像差,重构晶体光学模型,建立以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乳酸(PLA)为材料,1 mm厚的渐变折射率晶体模型,和以光敏树脂为材料,1 mm厚的单一折射率晶体模型。利用光固化成型(SLA)工艺打印单一折射率晶体模型,熔融沉积成型(FDM)工艺打印渐变折射率晶体模型。结果表明:FDM工艺打印的渐变折射率晶体模型台阶效应严重;SLA工艺打印的单一折射率晶体模型,应力大小为87.9 nm/mm,焦距与理论值偏差4.98%,表面粗糙度达120 nm量级。
视觉光学 人工晶体 三维打印技术 人眼模型 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 213301
1 南开大学 电子信息与光学工程学院 现代光学研究所，天津 300350
2 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
3 北京大学眼视光学研究中心，北京 100027
本文提出了一种新的角膜面形分析方法，不仅消除了角膜本体厚度对塑形后角膜面形分析的影响，同时也能体现塑形后角膜的不对称性。在角膜前表面高度数据分析中引入基准参考面，以消除角膜本体厚度的影响，进而将塑形后的角膜前表面划分为光学区、转换区和边缘区。分析表明，角膜塑形后的光学区口径为（1.9±0.27） mm，曲率半径为（8.32±0.38） mm；转换区口径为（6.56±0.38） mm，曲率半径为（7.48±0.55） mm；边缘区的曲率半径为（10.49±1.83） mm。角膜塑形后的转换区水平方向屈光能力小于竖直方向的屈光能力，鼻侧屈光能力大于颞侧屈光能力，上侧屈光能力大于下侧屈光能力。利用所得参数建立半定制化的眼模型，对眼模型进行分析，结果表明：角膜塑形后周边呈近视性离焦，各方向的离焦呈非对称性分布，符合临床表现。
角膜塑形镜 角膜分区 周边离焦 分区算法 眼模型 orthokeratology lens division of cornea peripheral defocus partition algorithm eye model
南京航空航天大学机电学院 数字医疗装备实验室, 江苏 南京 210016
为解决眼底相机在进行视网膜疾病筛查时视场角较小的问题,设计了一种基于角膜接触眼底镜、利用多环光纤实现广域照明的视网膜广域成像系统。对该系统所采用的眼模型、广域成像及照明方式等进行了研究。首先,为实现系统充分照明,设计了多环光纤照明结构;接着为模拟人眼广域成像原理,结合婴幼儿眼球结构特点建立了Escudero-Sanz大视场眼模型;然后设计了角膜接触眼底镜,采用像差小、折射率大的非球面设计,满足大视场的要求;最后搭建了实验平台。实验结果表明：设计的角膜接触眼底镜可以实现85°视场的广域成像，采用多环光纤光线照明可以得到较清晰的视网膜及其周边血管图像。
应用光学 视网膜 广域成像 照明 眼模型 角膜接触眼底镜 applied optics retina wide angle imaging illumination eye model corneal contact lens
1 南开大学 光电信息技术科学教育部重点实验室, 南开大学现代光学所, 天津300071
2 天津市眼科医院, 天津市眼科学与视觉科学重点实验室, 天津 300020
利用临床采集的人眼波前像差、角膜地形图和眼轴数据, 在光学软件Zemax中构建了60只个性化眼模型, 得出在瞳孔直径为6 mm和3 mm时的入射波前像差和出射波前像差.在6 mm瞳孔下, 入射波前像差大小为3.753 μm, 出射波前像差大小为3.074 μm, 差异有统计学意义(显著性值<0.05).其中, 入射波前像差和出射波前像差的离焦项差异大小为1.131 μm, 约占总差异的82%.入射波前像差和出射波前像差的球差项差异大小为0.185 μm, 约占总体差异的13%.6 mm瞳孔下, 除去高阶像差项, 出射波前像差和入射波前像差的离焦项、像散项、彗差项和球差项均具有统计学差异性.而在3 mm瞳孔下, 入射波前像差为0.804 μm, 出射波前像差为0.732 μm, 两者具有统计学差异性(显著性值<0.05).入射波前像差和出射波前像差的离焦项差异大小为0.133 μm, 约占总体差异的80%.除去像散项, 出射波前像差和入射波前像差的离焦项、彗差项、球差项和高阶像差项均具有统计学差异性.研究表明, 无论在大瞳孔还是在小瞳孔下, 人眼的入射波前像差和出射波前像差均具有统计学差异性.
人眼波前像差 个性化眼模型 Hartmann-Shack像差仪 离焦 像散 彗差 球差 高阶像差 Wavefront aberration of the eye Personalized eye model Zemax Zemax Hartmann-Shack aberrometer Defocus Astigmatism Coma Spherical aberration Higher-order aberrations
1 天津工业大学 电子与信息工程学院, 天津 300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室, 天津 300387
3 天津医科大学第二医院, 天津 300211
设计了一种便携式免散瞳眼底相机光学系统, 达到了全视场300万像素的高清眼底成像。在考虑人眼生理特征和光学特性的基础上, 引入Gullstrand-Le Grand 眼模型来模拟被测屈光度正常的人眼, 用Schematic眼模型来检验屈光度异常人眼对成像光路的影响。在成像系统中, 首先采用接目物镜会聚从人眼视网膜反射出瞳孔的光线, 然后再由成像物镜将视网膜的像成像到CCD上。在照明系统中, 为避免角膜中心区域产生杂散光, 采用环形光阑和共轴照明相结合的照明方式给眼底照明。仿真结果表明: 该系统视场角为30°, 成像分辨率高于120 lp/mm, 场曲值小于0.12 mm, 畸变仅为-1.2％, 全视场色差值均在艾里斑之内, 且该光学系统具有较大的调焦能力, 对-10 D~+10 D的人眼普遍适用。所用的光学元件均为普通的球面玻璃, 便于加工制造且能有效降低实际的制作成本。
光学设计 眼底相机 眼模型 高分辨率 optical design fundus camera eye model high resolution 红外与激光工程
2018, 47(8): 0818001
1 天津工业大学 电子与信息工程学院, 天津 300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室, 天津 300387
为了实现从不同角度同时拍摄同一眼底视网膜区域的图像, 使采用双目立体视觉法进行眼底三维重建成为可能, 设计了一种免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该光学系统由成像系统和照明系统两部分组成, 在成像系统中, 使用Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟正常人眼, 运用体视显微镜成像原理进行分光设计; 在照明系统中, 通过设置黑点板的方式消除网膜物镜产生的杂散光, 并加入环形光阑以避免角膜反射光的产生。设计结果表明, 本立体成像眼底相机光学系统截止频率在95 lp/mm处各视场的MTF值均大于0.2, 成像系统畸变小于-3%, 场曲值小于0.1 mm, 色差矫正良好, 并且具有较强的调焦能力, 能对-10~+5 m-1的人眼清晰成像。
光学设计 眼底相机 立体成像 眼模型 optical design fundus camera stereo imaging eye model
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
在早期的研究中，采用出、入瞳直径相等的双通系统进行人眼像差测量时，两个通道的奇像差相互抵消，造成奇像差(如彗差)无法测量。本文建立全新的模拟眼模型进行实验，验证双通系统在波前测量时，是否存在人眼奇像差抵消的现象。采用典型双通系统——哈特曼波前探测系统进行实验，并将出瞳光阑直径固定为6 mm，改变系统入瞳光阑大小（1~8 mm）。实验结果表明，双通系统中，人眼奇像差在出、入瞳直径相等时可测，且人眼奇像差测量与出、入瞳直径差异无关，因此人眼奇像差测量在双通系统中不存在抵消的现象。
成像系统 视觉系统 双通系统 奇像差 眼模型 抵消现象
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
依据典型的人眼基本结构及参数, 分别建立了基于-5 D近视的眼表散光和眼内散光模型, 并模拟了传统的球面修正、Q值优化和波前像差引导的准分子激光角膜原位磨镶术(LASIK手术)对角膜基质的切削, 分别对比了手术前后的视网膜光斑分布图和眼球波前像差图。结果表明: 传统的球面修正和Q值优化的LASIK手术对角膜前表面引起的散光有抑制作用, 但对眼内散光的矫正效果较差; 球面修正会引入较大的球差, Q值优化手术可以减小术后的球差, 但无法修正眼内的其他高阶像差; 波前像差引导的LASIK手术对任何类型的近视、散光或是无规则的高阶像差都可以全面修正。
医用光学 人眼模型 角膜散光 眼内散光 屈光手术 高阶像差 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 101702
1 南开大学现代光学研究所, 天津 300071
2 南开大学光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300071
3 天津医科大学天津市眼科医院眼科研究所眼科学与视觉科学重点实验室, 天津 300020
在光轴和视轴不重合的眼球模型中，设计了一种仅消轴向色差（LCA）而保持横向色差（TCA）不变的元件，建立了仅有TCA的眼模型。进而将实测的人眼高阶像差数据沿视轴方向引入眼模型，用以研究色差和高阶像差的相互作用。建立了三款个性化眼球模型，研究了明视觉状态下高阶像差、色差（LCA+TCA）、LCA和TCA对视觉的影响以及它们之间的相互作用。结果表明：对于多数人眼，色差对视觉的影响远大于高阶像差的影响，并且色差的存在进一步抑制了高阶像差的影响。在色差对视觉的影响中，LCA是具有统治地位的因素；对于多数人眼，TCA的影响可以忽略。
视觉光学 人眼模型 视觉影响 光学设计 光学学报
2014, 34(11): 1133001
