眼球的角膜和晶狀體包含扭曲視網(wǎng)膜上形成圖像的光學(xué)像差

研究人員報告了一種新的成像系統(tǒng)，可以消除特定人眼中存在的色差，從而可以更準(zhǔn)確地評估視力和眼睛健康。通過拍攝具有多個波長的眼睛最小的光感應(yīng)單元的照片，該系統(tǒng)還提供了縱向色差(LCA)的第一個客觀測量，這可以導(dǎo)致他們與視覺光暈，眩光和顏色感知的關(guān)系的新見解。

西雅圖華盛頓大學(xué)的研究人員在Optica，光學(xué)學(xué)會的高影響力研究期刊上表示，該技術(shù)可以很容易地應(yīng)用于臨床，對于評估與衰老相關(guān)的眼睛變化特別有用。并且還可以通過考慮鏡片本身的色差來幫助告知新的多焦點鏡片的設(shè)計。對于視覺研究，該技術(shù)可以推進(jìn)色盲的研究以及不同的人如何看待顏色。

研究小組負(fù)責(zé)人Ramkumar Sabesan說：“先前補償眼睛原生LCA的方法依賴于人口平均估計，而不是逐個人的個體化校正。” “我們展示了一種改進(jìn)的基于濾波器的Badal視力計，它能夠以不同的波段調(diào)整LCA，并以定制的方式為每個人提供調(diào)諧。”

研究人員報告將一種新的光學(xué)組件整合到傳統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)儀器中，以生成單眼定制的高分辨率，多波長圖像，用于眼睛中最小的錐形光感受器，測量大約2微米。

“我們的研究建立了一個靈活的工具來補償不同波段的色差，并以個性化的方式，從而有助于未來調(diào)查我們?nèi)绾卧诃h(huán)境中看到顏色，不受個人原生彩色瑕疵的影響，”Sabesan說。“現(xiàn)在配備了控制色差的工具，我們計劃對正常和不足的色覺進(jìn)行研究。”

補償像差

像制造的光學(xué)元件如顯微鏡和相機鏡頭一樣，眼球的角膜和晶狀體包含扭曲視網(wǎng)膜上形成的圖像的光學(xué)像差。像差會模糊投射在人的視網(wǎng)膜上的圖像，從而降低他/她的視力。它們還會影響醫(yī)生在使用眼科儀器觀察眼睛內(nèi)部時獲得的圖像。

自適應(yīng)光學(xué)是一種補償這些像差的方法。目前天文學(xué)家利用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來解決在通過地球大氣層觀察空間時出現(xiàn)的像差，這種技術(shù)已被納入眼睛成像工具中。然而，盡管當(dāng)前的儀器在校正單色像差(那些不依賴于所施加的光的波長而改變的那些)方面是有效的，但是色差(受波長影響的色像差)更具挑戰(zhàn)性。

為了解決這個問題，今天的儀器使用關(guān)于平均或“典型”眼睛中預(yù)期的像差的假設(shè)，而不是關(guān)于特定人眼中的實際像差的信息。雖然這對于許多應(yīng)用來說已經(jīng)足夠，但它不太適合需要同時和精細(xì)聚焦控制多個波長的其他應(yīng)用。

為了克服這一局限，研究人員使用了一種稱為Badal視力計的裝置，它由一對相距一定距離的鏡片組成。改變兩個鏡頭之間的距離會改變焦點，而不會改變通過鏡頭觀看的圖像的大小。

研究人員修改了這個簡單的Badal視力計，通過增加兩個濾光片來傳輸更長波長的光，同時反射更短的光。這些濾光片在傳統(tǒng)的Badal驗光儀內(nèi)保持靜止，這樣，現(xiàn)在，當(dāng)鏡頭之間的距離改變時，透射和反射的波段具有微妙的不同焦點水平，足以補償兩個波段的眼睛的原生色差。 。

通過精細(xì)調(diào)整濾光器的選擇，透鏡之間的距離和多色彩照明，這種設(shè)置可以共同用于以定制的方式測量和補償色差。

是診所和實驗室的寶貴工具

研究人員在兩種不同的自適應(yīng)光學(xué)儀器中實現(xiàn)了他們的新型LCA補償器：自適應(yīng)光學(xué)視覺模擬和自適應(yīng)光學(xué)掃描激光檢眼鏡。他們使用新儀器對人類志愿者的眼睛進(jìn)行成像。

他們發(fā)現(xiàn)，這種新方法成功地克服了以前對人眼的天然LCA估計的不一致性，這些估計與焦深，單色像差和與視網(wǎng)膜組織的波長相關(guān)的光相互作用有關(guān)。當(dāng)單色和色差都得到補償時，人的視力僅受到視網(wǎng)膜中錐形光感受器 - 光檢測細(xì)胞的排列的限制，而去除色差補償意味著紅色或綠色視覺被優(yōu)化。

研究人員還證明了該系統(tǒng)能夠通過最小化色差同時對具有多個波長的最小錐形光感受器進(jìn)行成像，這表明Badal LCA補償器提供了精細(xì)的細(xì)節(jié)水平，這是實現(xiàn)彩色視覺研究的重要進(jìn)步。

除了提供更好的視網(wǎng)膜內(nèi)部圖像外，該技術(shù)還可用于研究色差如何影響視網(wǎng)膜圖像質(zhì)量和視覺表現(xiàn)。這在以前是困難的，因為不存在提供LCA的精細(xì)個體化控制的工具。此外，主觀和客觀地獲得的LCA的測量值不匹配。

“通過將該技術(shù)應(yīng)用于兩種不同的基于自適應(yīng)光學(xué)的模態(tài)，我們展示了高保真度的視覺性能和視網(wǎng)膜成像，一旦色彩和單色像差得到補償，”Sabesan說。“這樣獲得的高分辨率視網(wǎng)膜圖像使我們能夠客觀地量化色差，并與大量專門用于測量色差的文獻(xiàn)進(jìn)行比較。”