基于液体变焦透镜的人眼光学成像系统研究

Because of the importance of vision, the research of human eye optical characteristics has been a hot topic and has great research value in the cross field of ophthalmology and optics. Advantage of the emerging liquid lens technology, based on the research results of the former National Natural Science Foundation Project on Chinese human eye optical model we have obtained, the theoretical and experimental research on human eye optical imaging system will be obtained in this project. The main research work includes, firstly, according to the performance of each part of human eye optical system, the suitable liquid materials and combinations of different liquid are analyzed and chosen. The theoretical models of human eye with the corresponding liquid lenses are built and the imaging analyses are presented. Secondly, with the voltage drive technique, the experimental analysis of the liquid lens system of eye model is presented, in particular with the analysis of the lens variable-focus optical properties. In this project, through the introduction of the combination of different liquid and its comparative analysis, the optimal human eye optical imaging system and its characteristics will be obtained. The Research on human eye optical imaging system can be used in biomimetic vision. The purpose of the project is to expand the application field of liquid lens technology, to provide theoretical basis and technical support for the research of controlled visual imaging in the ophthalmic clinical teaching and preoperative presentation.

由于视觉的重要性，有关人眼光学特性的研究一直是眼科学和光学交叉领域的热门课题，具有重要的研究意义与价值。在申请人已参与完成的前一个国家自然科学基金项目对我国人眼数字化光学模型的研究基础上，本项目利用新兴的液体变焦透镜技术，开展人眼光学成像系统的理论和实验研究，主要包括：①根据人眼光学系统中各部分的光学性能，分析选择合适的液体材料及其不同的组合形式，建立相应的人眼液体透镜的理论模型，并进行成像分析研究；②利用电压驱动技术对表征人眼模型的液体透镜系统进行成像特性的实验分析，尤其是表征晶状体变焦的三层液体透镜形式的变焦分析研究。本项目拟通过引入不同液体的组合形式及其对比研究，获得最优的人眼光学系统及其成像特性研究结果，探索可用于仿生视觉的人眼成像系统，拓展液体透镜技术新的应用领域，为眼科临床的教学和术前演示的可控性直观成像研究提供理论基础和技术支撑。

视光学属于眼科学和光学交叉领域范畴，由于人眼视觉的重要性，有关人眼光学特性的研究具有重要的研究意义与价值。基于项目负责人在人眼光学系统方面的研究基础，结合新兴的液体变焦透镜技术，对于液体透镜技术及其在人眼光学成像系统中的应用进行了理论与实验研究，主要研究内容分为三个方面：.“液体透镜的基本性能分析”方面有①正弦信号驱动双液体透镜动态响应的测试分析，②减少双液体透镜变焦时间的分析，③电润湿液体透镜暂态过程的测试分析，④基于介电效应液滴驱动的理论与实验分析；.“理论模型的建立与分析”方面有①基于离子液体的非球面双液体透镜和三层液体透镜理论模型的调相与成像分析，②一种基于液体棱镜结构的布儒斯特窗结构和构建方法，③双液体透镜中轮胎面面型的实现方法及其结构，④基于方腔结构的非球面双液体透镜的理论模型建立，⑤基于平面图案电极的单个液滴透镜的理论模型及其分析，⑥基于不同电极形式的组合液体透镜（类三层液体透镜结构）的研究，⑦可表征晶状体变焦的基于平行平板电极的三层液体透镜的模型建立；.“基于理论分析的实验研究”方面有①基于方腔结构的非球面双液体透镜结构的加工与界面面型的实验分析，②基于平面图案电极的单个液滴透镜的器件制备与变焦实验分析，③基于平面图案电极和平行平板电极的组合液体透镜的制备及其界面面型的实验分析，④可表征晶状体变焦的基于平行平板电极的三层液体透镜的制备与成像实验的研究，⑤可表征角膜与晶状体的组合结构形式及相应的人眼液体透镜系统的搭建。.最终完成了项目计划中有关液体透镜及其在人眼成像系统中的应用的理论仿真与分析，从理论上建立了基于液体透镜的人眼光学成像系统模型，从技术上构建了可实现变焦的人眼光学成像的实验系统，获得了初步的实验分析结果，拓展了液体透镜技术新的应用领域。所以，整体工作已按项目计划内容全部完成，而实验研究中的具体细节工作和定量分析工作仍可将进一步继续开展。