人眼參數概述1.引言人眼只包含少量的光學元件，如圖1所示。然而，在良好的照明條件下，當瞳孔很小（2到3毫米）時，它可以在近軸的地方達到近衍射極限。人的眼睛也有一個非常寬的視野（在固定的正面注視方向上，上、下、鼻和顳部半子午線分別約65°、75°、60°和95°，確切的值取決于個人的面部幾何形狀）。在雙目視野，即兩個單眼視野重疊的地方，其橫向范圍約為120°。光學圖像質量雖然在外圍視野有所下降，但一般也足以滿足它所服務的神經網絡的需要。因為神經視網膜的空間分辨率隨著遠離視軸（視軸連接注視點、節點和中央凹）迅速下降。視軸（thevisualaxis）的方向通常與光軸（theopticalaxis）的方向相差幾度，因此神經分辨率最優的中央凹通常會輕微偏離光軸與視網膜的交叉點，如圖1所示。人眼像差的控制是借助于非球面光學表面和梯度折射率的透鏡，即透鏡的折射率從透鏡中心向其外層逐漸減小。因為眼睛近似于一個同心系統，離軸像差進一步減少；在這個系統中，光學表面和探測器表面是同心的，在孔徑光闌處有一個共同的曲率中心。盡管像差水平增加，光學成像質量下降，隨著瞳孔在較低水平下的擴張（達到最大直徑約8毫米，對應的數值孔徑約為0.25毫米），此時神經性能也下降，光學和神經性能保持相當好的匹配。當眼睛處于基本的〃放松”狀態時，它處于對遠處物體的聚焦狀態。對于50歲以下的人來說，通過調節晶狀體的屈光度，可以使近距離物體能夠清晰地聚焦。圖1:人眼的水平剖面圖2.人眼參數在生命的最初幾年里，人眼會大幅地整體生長，眼軸長度從出生時的17毫米增加到3歲時的23毫米。雖然在成年期晶狀體的大部分尺寸幾乎保持穩定，但晶狀體的厚度和體積會繼續增加，但直徑不會增加。從出生到70歲，晶狀體的厚度以約0.5的斜率線性增長，其指數分布也有相應的變化。盡管角膜、玻璃體和房水的屈光指數基本上是恒定的，但在相同年齡的個體之間，表面曲率、軸長等都表現出相當大的差異（~10%）。圖2顯示了成人人眼的幾個典型參數值的分布情況：大多數分布近似正態分布（虛線），但需要注意，它們的軸向長度不是一樣的。圖2:成人人眼的幾個典型參數值的分布情況如前所述，人眼的光學表面可能是非球面的。前角膜的形態尤其重要，由于其前表面的折射率變化很大，它貢獻了眼睛總屈光度的四分之三。它的面形也與隱形眼鏡的設計和眼睛的單色像差有明顯相關。它通常用圓錐曲線的形式來描述：上式中，對稱軸在Z方向，r是垂直于對稱軸的距離，％是曲面極點處的曲率半徑。Pvalue圖3:角膜非球面度參數p分布的直方圖當p=1時，對應一個球面；0~1.0之間的p值表示長(軸)橢球面(ProlateEllipse)；p>1.0為扁橢球面(OblateEllipse)。（需要說明的是，P和K都可以是圓錐常數，P=1+K=-e2,不同的書、軟件或論文等中可能用的不同，要注意區分，比如ZEMAX中用的K標記圓錐常數。）圖3為參數p分布的實驗測量值。其分布較寬，在+0.8左右達到峰值，對應一個長（軸）橢球，其曲率半徑在角膜中心最小，向角膜邊緣增大；角膜頂點的曲率半徑約為7.8±0.25毫米。人眼最不為人所知的光學特征是晶狀體內的折射率分布。晶狀體在整個生命過程中隨著表層（皮層）材料的添加而不斷生長。晶狀體最老的部分是它的中心區域（核）。雖然人們普遍認為，在透鏡中心的折射率最高，然后向其外層下降，但事實證明，晶狀體的折射率梯度的確切形式很難測量。當眼睛適應近距離觀察物體時，以及隨著年齡的增長，晶狀體的形狀及其梯度會發生變化，這使得描述變得復雜起來。為了說明隨年齡變化的總趨勢，圖4顯示了使用磁共振成像獲得的離體晶狀體iso指數輪廓；在離體測量時，晶狀體呈現出完全調節的形態?？梢钥闯?，隨著年齡的增長，晶狀體中心指數相對恒定的區域體積增大，梯度幾乎完全限于晶狀體的表面層。中心指數保持在1.420±0.075，表面指數保持在1.371±0.004。

Age=7yrAge=20yrAge=27yrAge=35yrAge-40yrAge=50yrAge-63yrAge-82yr圖4:不同年齡（7至