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人眼光学数字化模型及其光学参数干涉测试方法的研究

孔梅梅  
【摘要】: 从光学角度而言,眼球是一个典型的成像仪器,人眼光学数字化模型及其光学参数干涉测试方法的研究,一直都是光学、眼科学和视光学领域的热门课题。围绕这个研究主题,主要研究了我国人眼平均模型和个性化模型的建立及应用,并研究人眼角膜地形(面型)和眼内间距的光学干涉测量技术。 应用光学设计软件Zemax,研究了人眼内部关键模型,主要包括:建立了角膜双二次曲面面型的光学模型;进行了晶状体梯度渐变折射率分布的光学模型建立,并通过C语言调入Zemax中实现;建立了基于Conrady色散方程拟合的眼内各介质色散模型,并在Zemax中构建了相应的折射率分布数据库。应用统计分析软件SPSS 13.0,对我国人眼参数的大量实测采集数据,进行了正态性检验与95%的置信区间确定等分析。 以实测参数的统计处理结果和模拟的眼内关键模型为基础,研究了我国人眼平均模型和个性化模型的建立。在Zemax中通过多重结构功能建立了2个瞳孔直径(3mm和6mm)的人眼光学系统结构,以同时重现2个瞳孔时的实测人眼像差为目标,逆向构建了我国人眼平均模型,其像差重现精度(RMS误差)分别为0.0712μm(小瞳孔3mm)和0.1675μm(大瞳孔6mm)。在个性化人眼模型的研究中,对不同形式的晶状体面型和折射率分布表示分别进行了对比与讨论,提高了实测人眼像差的重现精度,RMS误差分别为0.0089μm(小瞳孔3mm)和0.0098μm(大瞳孔6mm)。 在我国人眼模型的基础上,进行了以下三个方面的应用分析:建立可用于角膜屈光手术中的角膜切削模型;通过人工晶体的非球面面型、渐变折射率分布对人眼成像质量的改善,及其边缘形状可能使患者产生眩光等方面的分析,为人工晶体的设计提供了指导作用;通过采用Zernike多项式来描述角膜前表面,进行了超视力人眼模型的建立及其成像质量的分析。结果表明,在眼视光学中,基于人眼模型的分析具有全面性、系统性的特点,进一步证实了人眼模型的研究具有重要意义。 从理论和实验上分析了对振动不敏感的横向和径向剪切干涉法,通过引入不同的移相方法进行了移相剪切干涉技术的研究,选用人眼角膜地形的环路径向剪切干涉测量方案,并设计了实验系统,获得了初步的实验结果。对部分相干原理在眼内间距测量中的应用进行了初步探讨。理论分析了部分相干测量原理和眼内测距时存在的色散问题,搭建了部分相干测量的简易实验系统,对不同分界面的光学玻璃薄片进行了实验测量及误差分析,得到了较好的结果。


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