南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350
角膜含水量是反映眼睛健康水平的重要参数,在相关眼科疾病的诊断、屈光手术的参数设置和术前术后的诊治以及角膜有关的生物化学基础研究中都具有重要科学意义。主要介绍了基于光学测厚法、共焦拉曼谱、近红外吸收谱及太赫兹波谱成像等光学技术的角膜含水量测量方法原理及研究进展,并对各方法存在的优缺点作扼要的总结。
光谱学 角膜含水量 角膜厚度 红外吸收 太赫兹波成像 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 170001
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
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
为了使白内障患者在术后获得良好的视觉效果,提出一种扩展焦深的双区域非球面衍射人工晶状体(IOL)设计。在Zemax软件中基于无晶状体眼模型对其进行了优化和分析。分析结果表明,在±4°的视场内,从0.75 m到无穷远的物距,佩戴此人工晶体的人眼模型在550 nm波长、2.5 mm瞳孔直径的条件下调制传递函数(MTF)值在空间频率为50 cycles·mm -1时保持在0.30以上。对角膜非球面系数的变化进行了蒙特卡罗分析,结果表明,当角膜非球面系数在-0.70~0.60的范围内变化时,从0.75 m到无穷远的物距,空间频率为50 cycles·mm -1处约有90%的MTF大于0.29。此外,理论分析表明,所设计的人工晶体在不同瞳孔和白光照明的情况下,其成像性能基本保持稳定。
光学设计 人工晶体 角膜非球面系数 调制传递函数 光学学报
2020, 40(10): 1022001
南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350
青霉素类药物在临床上的应用十分广泛,此类药物的真伪鉴别以及药物含量的鉴定是极其重要的。利用自主搭建的太赫兹时域光谱系统,对纯青霉素钠和三种不同厂家的阿莫西林胶囊进行了测试分析,获得了四种药品在0.2~1.4 THz波段的吸收谱,发现它们均存在明显的吸收峰。同时,在相同质量下测试了纯青霉素钠和不同含量的阿莫西林在吸收峰强度上的变化,分别得到了四种药品的质量和强度的对应关系。最后将阿莫西林三种药品的强度放在一起进行对比,可直观地看到含量和强度之间的对应关系。对纯青霉素钠和阿莫西林的光谱研究结果表明:利用太赫兹光谱可对青霉素类药物进行定性鉴定和定量分析,这对青霉素类药品的物质鉴别等有重要意义。
光谱学 太赫兹时域光谱 青霉素类 定性鉴别 定量分析
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
为控制青少年的近视进展并矫正近视并发散光,设计一款多区域非球面隐形眼镜。运用Zemax构建了-3 D(屈光度)近视联合-1.5 D散光的眼模型,基于此模型分别优化了隐形眼镜前表面各区域的面型参数,得到一款直径为14.4 mm、中心厚度为0.06678 mm的隐形眼镜,并分析佩戴此隐形眼镜眼模型的成像性能及周边离焦情况。结果表明,眼模型在3 mm(直径)瞳孔下视远时,空间频率50 cycle/mm处的调制传递函数(MTF)在0°~7°视场内均高于0.7,表明近视和散光均得到良好矫正。当隐形眼镜出现30°以内的旋转或0.7 mm以内的偏心时,佩戴隐形眼镜的眼模型的成像性能保持相对稳定。此外,眼模型在3 mm瞳孔下25°视场的离焦值高达-9.5 D;在6 mm瞳孔下0°~30°视场内的离焦值均在-6 D左右,表明此款隐形眼镜提供了较大的周边近视性离焦值,具有控制近视进展的潜力。
光学设计 隐形眼镜 近视进展 近视并发散光 调制传递函数 周边离焦
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
Author Affiliations
Abstract
Institute of Modern Optics, Nankai University, Tianjin 300350, China
A double-zone aspheric diffractive intraocular lens (IOL) was designed and manufactured aiming to regain a continuous range of clear vision for pseudophakic presbyopia. After obtaining the IOL structure parameters through optimization based on an aphakic model eye, its imaging performances were analyzed in the model eye. The modulation transfer function at 50 cycles/mm remained above 0.29 within ±5° field of view for object distance ranging from 6 to 0.66 m. In addition, the imaging qualities are robust for pupil changes, polychromatic light, and different corneal asphericities. The manufactured IOL exhibits the ability to extend depth of focus.
330.4460 Ophthalmic optics and devices 220.2740 Geometric optical design 330.7323 Visual optics, aging changes Chinese Optics Letters
2018, 16(9): 093301
1 南开大学现代光学研究所， 天津 300071
2 南开大学光学信息技术科学教育部重点实验室， 天津 300071
为提高静脉注射的成功率，设计了一款头戴静脉显示光学系统，该系统由红外成像系统与穿透型目镜式头戴显示器组成。近红外成像系统具有F/1.59的大数值孔径，利于弱红外散射光的收集成像，设计中采用了旋转对称的二次曲面设计，系统的质量是相应球面系统的77.8%。穿透型头戴显示器结构简单紧凑，采用了旋转对称的二次曲面设计，系统的质量是相应球面系统的55.6%。设计结果显示，近红外成像系统成像质量优异，分辨率可达扩展图形阵列(XGA)(1024 pixel×768 pixel)。穿透型目镜式头戴显示器具有10 mm的出瞳直径，50 mm的出瞳距离，0.068D的最大场曲(D为屈光度)，0.372%的最大相对畸变以及XGA(1024 pixel×768 pixel)的显示模式分辨率。双目光学系统的总质量为44 g。较之现有的静脉显示系统，本系统具有结构简单紧凑、数值孔径大、分辨率高、重量轻等特点。
成像系统 静脉显示 目镜式头戴显示器 二次曲面 激光与光电子学进展
2017, 54(7): 071103
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
近视人眼随年龄的增长会出现老视, 为了实现一副眼镜矫正近视并发老视人眼的远、近视力, 设计了一种非球面衍射型隐形眼镜(CL), 通过非球面CL矫正近视, 并通过衍射环的设计矫正老视。在一个有200度近视和2 D调节力的近视并发老视眼模型上优化CL, 选取的5个设计物距介于250 mm到无限远。研究了0°视场和±4°视场时设计物距下佩戴CL的近视并发老视眼模型的光学性能。结果表明, 佩戴该CL后, 在明视觉条件下(2.8 mm瞳孔直径), 注视不同距离物体时, 人眼视力最低可达1.3, 最高可达1.5; 在间视觉条件下(4.5 mm瞳孔直径), 除注视无穷远处物体时视力略差(0.9), 注视其他距离物体时, 视力均在1.0以上。此外, 佩戴CL后, 眼模型的大视场彗差、像散和畸变均在合理范围内。可见, 所设计CL能够在0~4 D物距范围内提供良好的光学质量和视觉质量, 且中间距离也实现了高质量成像, 成像性能几乎不受瞳孔变化的影响。
光学设计 隐形眼镜 近视并发老视 光学性能 视力
南开大学现代光学研究所教育部光电信息技术科学重点实验室, 天津 300071
为了矫正老视眼，使其达到在连续范围内清晰视物的目标，探索性地将具有大焦深成像性能的光剑元件(LSOE)作为人工晶体(IOL)引入人眼模型中，运用Matlab 数值模拟的方法，模拟了0~4D 物距内视网膜上的成像效果。同时从E 图、调制传递函数(MTF)曲线和斯特列尔比率这三个角度，将该人工晶体的成像效果与老花镜和反向轴棱镜进行对比分析。结果显示，带有光剑人工晶体的人眼模型基本实现了阅读距离(25 cm)至无穷远处的清晰连续成像，在成像质量上占有优势，并且具有大焦深效果受瞳孔缩放影响较小的突出特点。
医用光学 老视矫正 大焦深 光剑元件 激光与光电子学进展
2015, 52(5): 051701
