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基于眼模型的个性化人眼视觉矫正的研究

王楠  
【摘要】:本文旨在应用现有的波前技术建立个性化的眼模型并在此基础上进行视觉矫正方面的研究。论文的主要内容如下:首先系统的阐述了人眼的生理结构、人眼波前像差的基本概念和数学表示、人眼波前像差的测量方法、Hartmann-Shack波前传感器的测量原理以及眼模型的发展概况;然后,根据实验测得的活体人眼角膜地形图、眼轴长度和波前像差等数据,利用Zemax光学设计软件的优化功能,构建出个性化的人眼模型;最后,设计了能够矫正个性化眼模型波前像差的框架眼镜和角膜接触镜,并研究了偏移和旋转时框架眼镜和角膜接触镜的偏差容限。 在Gullstrand-Le Grand眼模型的基础上,应用Orbscan-Ⅱ角膜地形图仪测量了人眼角膜前后表面的角膜地形图,将角膜地形图上的数据拟合为Zemax光学设计软件中的可用面型,构建出个性化的人眼角膜;应用BMF-200眼科A/B型超声波测厚仪测量人眼眼轴各部分长度,从中计算出角膜厚度、角膜后表面到晶状体的距离、晶状体厚度以及晶状体与视网膜之间的距离;应用Hartmann-Shack波前传感器测量人眼波前像差,利用Zemax软件的优化功能,选择优化函数Zern,目标值为测出的波前像差值,设置晶状体前后表面的曲率半径和晶状体面型的非球面参数为变量,优化出与实际人眼波前像差一致的个性化眼模型。 设计矫正个性化眼模型波前像差的框架眼镜,选定树脂材料制作镜片,镜片的前后表面类型均为非球面,以系统的Zernike系数为优化函数,目标函数值为零,优化镜片的曲率半径和非球面参数。分析对比矫正前后的波前像差数据,发现设计出的框架眼镜能够较好的矫正眼模型的波前像差。考虑框架眼镜在佩戴过程中会出现微小的偏移,研究在不同偏移量下的波前像差,发现当偏移量在0.2R(R为瞳孔半径)以内时,框架眼镜能够矫正全部高级像差,当偏移量达到0.25R时部分高级像差不能够得到矫正,表明0.2R这一偏移量即为框架眼镜偏移时矫正高级像差的偏差容限;当偏移量达0.3R时,部分低阶像差也不能够得到矫正,表明0.25R为矫正低阶像差时的偏差容限。 设计矫正个性化眼模型波前像差的角膜接触镜,选定PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为镜片材料,设计镜片类型为非球面,以系统的Zernike系数为优化函数,目标函数值为零,优化镜片的曲率半径和非球面参数。分析对比矫正前后的波前像差数据,发现设计出的角膜接触镜能够较好的矫正眼模型的波前像差,并取得比框架眼镜更好的矫正效果。考虑角膜接触镜紧贴角膜表面,会伴随着眼球的转动发生旋转和偏移,研究了在不同偏移量和旋转角度下的波前像差,得出角膜接触镜在偏移时的高级像差偏差容限为0.05R,低阶像差的偏差容限为0.075R,在旋转时的高级像差的偏差容限为2°,偏转角度在5°以内对于低阶像差的矫正没有太大影响。


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