基于个性化眼光学结构的人眼色差的研究

发布时间：2019-10-12 01:28

【摘要】：人眼存在着相对较大的色差,其对视网膜成像的清晰度产生一定影响,尤其当单色像差得到很好的矫正后,色差成为影响视觉质量的主要因素。随着波前技术的发展,人们对人眼的各种单色像差已有深入的研究,但在色差尤其是横向色差的研究中尚有若干问题有待解决。本文应用人眼波前像差技术,在考虑了视轴方向和光轴不重合的个性化眼光学结构的基础上,对人眼的色差特性以及色差矫正方面进行了如下研究：采用考虑视轴方向和光轴不重合的个性化眼光学结构对可见光波段人眼横向色差分布进行了统计。以往对人眼横向色差的测量多采用双色视标技术的主观方法,不可避免引入一些主观的误差。本文由角膜地形图数据计算得到35只人眼视轴与光轴间夹角,结合由实际测量技术获得的人眼各项光学参数,构建考虑视轴方向的个性化眼光学结构。通过对主光线追迹,计算得35只眼睛在470nm至650 nm波段下中心凹处横向色差绝对值的平均值为1.00±0.35 arcmin。统计人群中将近40%的眼睛的横向色差数值集中在0.675 arcmin至0.975 arcmin范围内。大多数眼睛的中心凹处横向色差的水平分量比竖直分量大。同时在水平方向上,多数眼睛的主光线中短波段光线交于视网膜上的位置比长波段的更靠近鼻侧。横向色差随波长的变化是非线性的,在长波段处其变化要比短波段处的平缓。为了更好地分析轴向色差和横向色差对视觉质量的影响,本文运用考虑视轴方向和光轴不重合的个性化眼光学结构比较以下三种情况下的成像质量：存在轴向色差但不存在横向色差情况、同时存在轴向色差和横向色差情况以及同时矫正了轴向色差和横向色差情况。研究表明,中心凹处横向色差对视觉质量产生的负面影响要弱于轴向色差的影响,因此中心凹处的轴向色差矫正比横向色差的矫正更重要。我们还发现,边缘视场横向色差的矫正在很大程度上取决于消色差元件的位置,这为人眼色差矫正的研究提供了一定的依据。研究了偏离视轴的外置光阑所引入的横向色差。在ZEMAX光学设计软件中,在构建的考虑视轴方向的个性化眼光学结构前设置偏离视轴的人工小孔,对通过人工小孔中心的光线进行追迹来分析人眼横向色差的变化。结果表明,在中心凹处人眼横向色差随外置光阑偏离视轴量的增加而线性增加。8只人眼在420nm-700nm波段间的横向色差平均以5.7 arcmin/mm的速率随外置光阑偏移量而增加。不同个体存在一定的差异,变化最大的眼睛以5.95 arcmin/mm增大,最小的以5.46 arcmin/mm增大。为了研究横向色差随视场的变化,本文在考虑视轴方向的个性化眼光学结构的基础上,分析了鼻侧和颞侧5°,10°,15°,20°情况的横向色差特性。研究发现,横向色差随视场角的增加而线性增加,8只人眼的增长速率存在一定个体差异,平均值为0.36 arcmin/deg。同时,在固定视场情况下,横向色差在短波段的变化要比在长波段的快；对应不同的视场,横向色差随波长变化的速率会有所不同,越接近光轴的入射光线其变化速率越小。为了矫正色差,本文利用衍射元件负色散的特性,首次设计出一款双片折射/衍射混杂的消色差系统。结合Navarro广角眼模型,将设计的双片折射/衍射混杂消色差系统与单片折射/衍射混杂消色差元件进行比较,在整个视场范围内两者都能很好的矫正轴向色差,但在大视场处后者引入了更多的横向色差,而前者却很好的矫正了人眼的横向色差,提高了成像质量。波前引导的角膜切削手术目前逐步成为视觉矫正方面的主要技术,对手术后人眼的各项光学特性研究已经成为视光学领域研究的热点。本文首次基于构建的LASIK手术前、后考虑视轴方向的个性化眼光学结构来分析了人眼横向色差的变化情况。15只眼睛横向色差绝对值均值由手术前的1.89 arcmin减小到手术后的1.37arcmin,平均降低了0.52 arcmin。结果表明横向色差的变化主要取决于角膜面型的对称性。本研究对术后人眼视功能的评价提供了一定的参考。
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：O43;R778

【引证文献】