人眼的Zemax建模分析

大连民族学院本科毕业设计（论文）人眼的Zemax建模分析学院（系）：物理与材料工程学院专业：光电子科学技术学生姓名：邰磊学号：2008053220指导教师：芦永军评阅教师：完成日期：2012年6月1日大连民族学院大连民族学院本科毕业设计（论文）题目-I-摘要通过阅读人眼相关文献，得到人眼系列光学参数，对其进行平均与归类，用优化值表示一种简化眼的折光系统而成像的模型眼。本人通过分析Liou&Brennan（1997）眼模型相关数据，在此基础上利用Zemax光学软件，建立较适合的人体模型眼。主要方法和结论如下：(1)以Liou&Brennan（1997）眼模型为模板，将虚拟光学部件几何化；(2)以光学插入面模拟人眼各光学部件，通过联系各插入面之间的光学关系从而建立人眼模型；(3)利用Zemax软件相关功能，对所建立的眼模型进行光学修正和评价；(4)结合模拟人眼模型，加深人眼知识掌握，更好的了解人眼功能。关键词：Zemax光学软件；模型眼；光学设计；光学测试大连民族学院本科毕业设计（论文）题目-II-TheSubjectofUndergraduateGraduationProject(Thesis)ofDLNUAbstractByreadingliteratures,theopticalparametersseriesofthehumaneye,itsaverageandclassified,andoptimizethevalueofasimplifiedmodeleyefortheeye'srefractivesystemimaging.Liou,&Brennan(1997),theeyemodeldatausingZemaxopticalsoftwareonthisbasis,theestablishmentofamoreappropriatehumanmodeleye.Themainmethodsandconclusionsareasfollows:(1)Liou,&Brennan(1997)eyemodelasatemplate,thegeometryofvirtualopticalcomponents;(2)insertedintheopticalsurfaceanalogofthehumaneyeoptics,contacteachinsertsurfaceopticalrelationsinordertoestablishthehumaneyemodel;(3)Zemaxsoftware,opticalcorrectionandevaluationonthemodelestablishedbytheeye;(4)combinedwithasimulationofthehumaneyemodeltodeepentheknowledgeofthehumaneyetograspabetterunderstandingofthehumaneyefunction.KeyWords：Zemaxopticalsoftware；Eyemodel；Opticaldesign;OpticalTesting大连民族学院本科毕业设计（论文）题目-III-目录摘要.....................................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................................II1绪论........................................................................................................................................11.1论文研究背景.............................................................................................................11.2论文主要工作.............................................................................................................12人眼的基础知识.....................................................................................................................12.1人眼光学系统.............................................................................................................22.1.1人眼的生理结构..............................................................................................22.1.2人眼的光学结构..............................................................................................42.2光学设计.....................................................................................................................52.2.1光学系统的评价..............................................................................................52.2.2光学设计软件：Zemax...................................................................................73建立人眼模型........................................................................................................................73.1建立简易人眼模型......................................................................................................83.2性能分析...................................................................................................................164模型的缺陷与不足..............................................................................................................19结论..................................................................................................................................20参考文献............................................................................................................................21致谢..................................................................................................................................22大连民族学院本科毕业设计（论文）题目–1–1绪论1.1论文研究背景眼睛是适宜光刺激的视觉器官。在一定程度上可将眼睛看作一种光学器具，即为一种复合光学系统。可以认为，从角膜到眼底视网膜间的每一个界面都是复合光学系统的组成部分。眼球屈光系统的构造包含着复杂的光学原理。对人眼建立医学或光学模型是研究眼睛光学系统特性的主要手段，对眼医学或者可视光学具有较为重要的应用价值。对光学模型眼研究的一般方法为：对人眼的相关光学常数进行大量测试，对结果取平均值从未作为人眼的光学常数，设定各折射面状态为球面或非球面，为其设定折射率，称这样的光学系统为“模型眼”(或“标准眼”，“示意眼”)。通常而言，眼模型可以精确的反映人眼的特性和作用。1.2论文主要工作本文主要研究工作为如下：（1）查阅相关文献，学习眼模型建立的方法和原理，获得模型眼建立的相关参数；（2）以光学插入面模拟眼内相关光学部件，创立眼模型；（3）以Zemax软件修正参数；并对模型眼进行优化与评价。2人眼的基础知识眼睛是人类感观中重要的器官，是产生视觉的器官。光作用于视觉器官，使其感受细胞变的兴奋，信息沿视觉神经系统加工后产生视觉。通过视觉，人可以感知外界物体的动静、颜色、明暗、大小，获得对机体生存具有重要意义的信息。若想更好的了解人的眼睛，更好的保护利用眼睛，就必要对人眼光学结构及参数进行研究。然而通过活体实验来研究人眼显然是不现实的，所以我们要先建立模型眼，继而在模型眼上进行模拟，得出我们想要的结果。大连民族学院本科毕业设计（论文）题目–2–2.1人眼光学系统眼睛是以光作为适应刺激的视觉生物器官，因此从光学角度可以将眼睛看做一种光学器具，即为一种复合光学系统。从角膜到视网膜之间的每个界面都是构成该复合光学系统的主要成员，其中眼内容物同角膜形成的屈光介质，其内部的光学结构相当复杂。光线从角膜进入，通过房水液、瞳孔，在晶状体内发生折射，再通过固定眼球的玻璃体内的玻璃液照射到视网膜上成像，后传递到视神经上传导视觉信息，最后进入大脑视觉中枢产生视觉[1]。2.1.1人眼的生理结构人眼近似球形，位于眼眶内。眼球由眼球壁、眼内腔和内容物、视神经和视路及血管等组成。眼球壁主要分为外中内三层。外层由角膜、巩膜构成。前1/6为透明角膜，其余5/6为白色巩膜，俗称“眼白”。眼球外层有着维持眼球形状和保护眼内组织的作用。角膜是接收信息的入口，是眼球前部的透明部分，光线经角膜射入眼球。角膜呈椭圆形，略向前突。横径为11.5～12mm，垂直径约10.5～11mm。周边厚约1mm，中央为0.6mm。角膜前的泪液膜有防止角膜干燥、保持角膜光洁平滑的作用。角膜内含丰富的神经，感觉敏锐。角膜除了是光线进入眼内和折射成像的主要构成外，也起保护作用，并是测定人体知觉的重要部位。巩膜为致密的胶原纤维结构，不透明，乳白色，质地坚韧。中层称葡萄膜，色素膜，具有丰富的色素和血管，由虹膜、睫状体和脉络膜三部分组成。虹膜：呈环圆形，在葡萄膜的最前部端，位于晶状体前，有辐射状皱褶纹理，表面有起伏不平的隐窝。不同种族人的虹膜颜色不尽相同。虹膜中央有一2.5～4mm的圆孔，称瞳孔。睫状体前接虹膜根部，后接脉络