基于个性化模型的人眼色差对视功能影响的研究

利用光学设计软件Zemax,对人眼色差对视功能的影响进行了研究.对构建的个性化人眼模型进行离焦、像散和高阶像差矫正的模拟.视觉效果的提高受到了色差的很大限制.在中、高空间频率处,自然光下的调制传递函数约为单色光下的50%.在自然光下,传统视觉矫正能够获得1.2的视力,个性化视觉矫正能够获得1.5的视力,还远远达不到人们所期望的超视觉.     

人眼动态视力测试仪的研究

本文介绍了动态视力测试仪的原理和结构及测试过程，概述了动态视力测试的意义和国内外这方面的进展情况及视力与车速的关系。该仪器采用微机管理及控制、自动进行数据的采集、标准判别和结果打印，可作为各种交通工具的驾驶人员及运动员的动态、静态视力的检测仪器。具有广阔的市场前景。     

自由曲面空间光学系统设计研究

对自由曲面的发展及应用做简要梳理,介绍国外自由曲面空间光学系统的研究现状,讨论3种自由曲面数理模型的特点和像差平衡能力,阐述自由曲面光学系统相对轴对称系统和平面对称系统的像差特点以及自由曲面空间光学系统的像差控制与评价方法,给出采用泽尼克多项式表述的自由曲面多光谱相机的设计结果,成像视场76,为远心光路设计,全视场调制传递函数（MTF）优于0.56,适用于空间多光谱成像。     

人眼视觉的传递特性及模型

介绍了国内外对人眼视觉特性及其调制传递函数的研究 ,对几种典型的人眼视觉模型进行了分析。较之以往采用的具有低通特性的指数型和高斯型 ,及具有带通特性的Barten模型和复合模型更符合人眼视觉传递特性。在此基础上将两种带通模型和国内外一些典型的试验数据进行了比较研究 ,得出 :Barten模型参数简单 ,计算方便 ,但实用的范围较复合模型小。复合模型综合考虑了人眼瞳孔、显示器亮度、视场角、量子效率、积分时间等因素的影响 ,是一种更全面的反映人眼传递特性的视觉模型     

高精度检测球面面形的方法研究

短波光学的迅猛发展和高精密光学仪器的需求日益增多,对高精度表面的加工与检测也随之重要起来。而在一般的干涉检测中,球面镜检测精度主要依赖参考镜的精度。利用Jensen提出的干涉仪绝对校准理论可以去除参考镜的误差和干涉仪的附加波像差,从而提高被测件测量精度。在研究Jensen绝对校准理论的基础上,提出一种利用泽尼克(Zernike)多项式进行波面相位转换的方法进行波面处理,并提出具体实施方案。对面形精度优于A／37小凸球面进行测量得出了较好的结果,打破了标准镜头最优A／20的局限,使这一理论简单易行地赋予应用。从而实现了高精度检测球面面形。     

基于泽尼克多项式的显微镜点扩展函数研究

在计算光学切片显微成像(COSM)的非盲图像复原中,准确获取系统点扩展函数对图像复原质量和复原结果的稳定性有重要影响.显微镜系统的点扩展函数的获取通常有两种方式:数值计算和物理测量.数值计算运算量大,涉及的参数较多且难以准确估计,因而在实际应用中具有一定的局限性;物理测量得到的点扩展函数最能真实体现显微镜系统的光学特性,但其存在着信噪比(SNR)低的缺点,使用之前必须对其进行预处理.针对物理测量得到的点扩展函数详细讨论了如何运用扩展Nijboer-Zernike理论(ENZ)来对测得的点扩展函数进行重建.实验证明,该方法能快速准确地重建显微镜的三维点扩展函数,提升其信噪比.     

基于单幅干涉图的波前重构技术研究

条纹中心法是干涉测量技术中分析单幅干涉图的一种重要处理方法,该方法主要包括图像预处理、波前重构和样品表面形貌及参数的测量等三个部分。研究了条纹中心法的关键技术,特别是应用协方差矩阵法求解泽尼克多项式以进行波前重构的过程。提出了基于单幅干涉图自动波前重构的流程方法。最后应用该流程方法处理由泰曼-格林干涉系统采集的精密抛光铝制盘基片表面形成的一幅干涉图像。实验结果表明,该方法可以实现单幅干涉图的自动波前重构,干涉波前重构的拟合精度可达1．4686×10^-6nm,还可以自动获得精密抛光铝制盘基片表面的形貌及参数。     

人眼的彩色和亮度传递特性及模型化

综述国内外对人眼视觉特性的实验和模型化研究,对亮度调制传递函数以及彩色对比度的实验与模型进行了较详细的分析．指出Wandell提出的模式——彩色分离模型对人眼彩色视觉传递特性的研究较为全面和可行。     

基于Zemax接口技术的人眼晶状体模型研究

对人眼模型中晶状体的面型和折射率分布进行了研究,基于晶状体的光学特性,利用光学设计软件Zemax接口技术的调入,采用不同连续公式法分别给出了晶状体不同的梯度渐变折射率分布形式;结合晶状体不同的非球面面型,比较分析了晶状体不同面型和不同梯度折射率分布的组合模型对人眼模型重现实测像差的影响;给出了重现我国人眼实测像差误差最小的晶状体模型.结果显示:晶状体的面型越复杂得到人眼模型的像差与真实人眼的测量像差就越接近;当晶状体采用Zernike面,梯度渐变折射率采用分段函数公式形式时,重现实测像差误差最小.     

引入泽尼克多项式的极大似然盲解卷积算法初值的优化选取

为提高图像盲复原处理效果,提出了经验法、拟合高斯点扩散函数法,以及符合Kolmogorov谱函数的初值选取方法等三种初值选取方法。引入泽尼克多项式参量化表示点扩散函数,应用极大似然迭代盲解卷积算法对模拟模糊图以及木星观测图进行了复原处理。计算结果表明,符合Kolmogorov谱函数分布的初值方法以及拟合高斯点扩散函数方法得到的图像复原结果较好。     

利用Zemax分析“猫眼效应”的激光反射特性

利用Zemax镜头设计软件建立了共轴的简化"猫眼效应"反射模型,并结合其强大的物理光学传播分析功能,仿真分析了目标镜头的口径、焦距、焦平面反射元件尺寸、倾斜度等主要参数对"猫眼效应"激光反射特性的影响。仿真分析的结果表明,目标镜头的"猫眼效应"激光反射特性是受目标参数和入射激光特性所共同制约的,对于空中目标来说,其"猫眼效应"的激光反射特性完全可以为激光主动探测所用。     

A new method to calculate corneal ablation depth based on optical individual eye model

The corneal shape, axial lengths and the wavefront aberrations of the eye were all considered to calculate the ablation depth based on the individual eye model. The optimization method for the curves surface replaced the direct calculation from only the optical path difference method (OPD). We analyzed the eye's optical system on its exit pupil and offered the optimum corneal anterior surface. And the ablation depth was the difference between the pre- and post-optimization along the optical axis of the eye. In our experiment, the maximum ablation depth decreases by 8.5% and the mean ablation depth decreases by 8.2% compared with the OPD method.     

掠入射光学系统设计

介绍了经典Woher Ⅰ型掠入射成像光学系统的基本结构,推导了由系统的口径和焦距表示的掠入射系统的参数方程组.通过此方程组可得到掠入射光学系统详细的初始设计参数.此外,针对掠入射系统不能直接使用常规商业光学设计软件进行优化的问题,以Zemax软件为例,介绍了怎样利用其宏语言构造优化函数用于掠入射系统的分析和优化.并且进行了一组实例的设计和优化,优化后系统由经典Woher Ⅰ型的抛物面-双曲面结构变为具有相同口径和焦距的双曲面-双曲面结构.最后,对上述两种掠入射系统的成像性能进行了对比分析.分析结果表明,双曲面-双曲面的结构提高了掠入射系统大视场的分辨率,能够满足对太阳进行全日面高分辨率观测的要求.     

大功率条形激光二极管阵列光束整形方法研究

为改善条形大功率LD阵列的光束质量,提高其输出功率密度,使其更利于应用,提出了一种基于非成像光学的光束分割重排的光束整形方案,详细讨论了方案的工作原理和设计方法。对整个方案用Zemax进行了仿真优化并通过计算比较整形前后光束的光束参数乘积分析了光束质量的改善情况。首先采用抛物面反射镜对光束进行准直,并配合反射镜实现按发光区对光束的分割,进一步利用平行六面体棱镜对光束的平移效果完成光束重排,最后在输出端得到了光占空比为1的高亮度的矩形光斑。仿真计算结果表明,整形后光束的快慢轴尺寸相近,光束参数乘积比接近于1,质量均衡;整个光束的能量集中,平均功率明显提高。     

结合Zemax、Matlab Gui编程,提高应用光学的教学质量

应用光学是学院应用物理专业的一门核心课程,具有很强的实用性。为了更好的改进课堂教学效果,结合前期应用光学理论教学中存在的问题,从课程内容安排、课堂组织形式和理论与实践结合度方面进行改革。实施课程内容优化,注重课堂学生自主学习,引入Zemax光学设计、Matlab GUI编程培养学生解决问题的能力。     

用迈克耳孙干涉仪测量厚透明材料折射率

使用迈克耳孙干涉仪测量了厚透明材料的折射率.在光路中一半视场平行放入待测材料,对应的条纹出现压缩,根据条纹隐入和涨出计算待测材料的折射率,并进行了相关实验和误差分析.应用Zemax软件对实验进行了模拟,验证了其可行性.     

Scanning compensation in imaging lidar using a double-sided reflector

In this paper, we present a bistatic scanning imaging lidar optical system. A double-sided scanning mirror is used in this system, which can compensate image spot migration. Geometrical optical analysis is conducted for the scanning light path and an optimal detector position is given. The optical simulation is also implemented using soft-ware Zemax to verify the compensation effect of double-sided reflector. An experiment is carried out with a CW-HeNe laser to observe image spot migration in different positions. The experimental results are in agreement with simulation results. In addition, imaging experiment is performed using 905 nm pulsed laser in the laboratory. The scanning image for black and white stripes target is obtained by single-element detector. Theoretical and experimental results confirm that the use of a double-sided flat reflector can effectively compensate image spot migration.     

Wavefront aberrations in the accommodated human eye based on individual eye model

In this research, we firstly construct individual eye models based on the wavefront and the measured cornea structure of the eyes. Then we analyze the influence of accommodation on the wavefront aberrations based on individual eye model. The individual eye model has the same wavefront aberration as that measured from Hartmann–Shack wavefront sensor. The optical design software ZEMAX is used to construct the individual eye models for 20 normal eyes. Accommodative conditions are from 0 to –4 diopter in steps of one diopter. The variations of the total, the spherical, the coma and the higher-order root-mean-square wavefront aberrations, as accommodations, are illustrated. Influence of accommodation on wavefront aberration varies from individual to individual, and the variation magnitude is independent of the magnitude of the wavefront aberration of the eye.     

Individual eye model based on wavefront aberration

Based on the widely used Gullstrand-Le Grand eye model, the individual human eye model has been established here, which has individual corneal data, anterior chamber depth and the eyeball depth. Furthermore, the foremost thing is that the wavefront aberration calculated from the individual eye model is equal to the eye's wavefront aberration measured with the Hartmann-shack wavefront sensor. There are four main steps to build the model. Firstly, the corneal topography instrument was used to measure the corneal surfaces and depth. And in order to input cornea into the optical model, high-order aspheric surface-Zernike Fringe Sag surface was chosen to fit the corneal surfaces. Secondly, the Hartmann-shack wavefront sensor, which can offer the Zernike polynomials to describe the wavefront aberration, was built to measure the wavefront aberration of the eye. Thirdly, the eye's axial lengths among every part were measured with A-ultrasonic technology. Then the data were input into the optical design software–ZEMAX and the crystalline lens's shapes were optimized with the aberration as the merit function. The individual eye model, which has the same wavefront aberrations with the real eye, is established.