光子器件在当今生物医药行业中发挥着不可或缺的作用，从非侵入性医疗程序和超灵敏的诊断仪器。在过去的四分之一世纪里，资深光学工程师借助先进的软件工具和及时的设计，将这些新技术引入市场。然而Photon Engineering公司坚信其光学工程软件产品FRED，它可以帮助和加快创新步伐，使生物医学界的成员更直接、更充分地参与这一进步过程。FRED结合人机界面(GUI)，几何图形可以随意构建，其对象的外观可以直接从接口中获得，具有很强的计算引擎能力，可以满足这种精密设计的需要。而能表达呈现FRED几个熟悉但创新的生物医学行业应用例子：如前房视镜、激光诱导荧光毛细管和人体皮肤模型。
虹膜和角膜角度的监测是青光眼诊断和治疗过程中的关键因素。为了测量虹膜和角膜内表面的夹角，必须使用前房角镜，通过眼睛的入口照亮这些表面，并有效地收集返回的光。
一个精确的人眼模型，是进行前房角镜模拟运算中不可或缺的组件。如下图1所示FRED人眼前庭构造的构造。这个特定的人眼模型是基于Smith & Atchison以及Schwiergling提出的人眼参考模型。这种人眼模型的材料性质取自Tuchin。眼睛的所有主要部件也包括角膜的前后表面、虹膜、晶状体和水涟漪液。可以使用几个完整的人眼模型FRED夹下安装后目录的示例数据。
如果需要修改人眼模型的组件，输入对话窗口可以有效地定义用户的特征，如图2所示 所示。
用户可以直接在那里FRED存取曲率、孔径、微调、定位、材料、散射、涂层和中心位置的可视化对象特性。
图1. LED 模型:人眼前房
图2. FRED对话窗口的表面特征
如果可以使用人眼模型，下一步将构建前房角镜头的模拟。FRED很容易从CodeV、ZEMAX或OSLO汇入设计的透镜。在FRED前房角镜可以通过简单的操作定位在角膜上。FRED每个表面都有局部坐标系统。在添加任何对象时，都可以相对定位在其他对象中。如图3所示，前角镜头放置在相对于眼角膜的外表面。
图 3. 在任何坐标系统中定位对象.
实际上，此前房角镜是藉由一种表面间的指数匹配液耦合到角膜上。FRED具有独特的"胶合"该指数匹配层可以很容易地插入特征。接触这些表面的操作非常简单：进入前房角镜后表面的编辑模式，打开"Gule"选择角膜前表面作为目录选项"胶合"表面，最后选择粘合材料。如图4所示。图5是一个完整的几何模型。
图 4. 胶合房角镜到角膜
图5. FRED系统内前房角镜和人眼模型的剖面图
几何模型构造完成后，模拟程序准备的下一步是构建光源，照亮眼前房间（角膜和虹膜之间）。标准前房角镜程序指出，所需最理想的照明光源为狭缝光源。图6显示FRED对话窗口设置光源。Positions/Directions目录选项允许用户设置所需的光数、光源的大小和角度。
图 6. Source对话框的位置/方向目录选项.
为了进行更深入的分析，用户可能需要具有特殊光谱信息、切趾角度或位置的光源。这些操作和许多其他关于光源的定义都可以Source找到对话窗口的各种目录选项。用户可以选择如图7所示的标准CDF波长，或数字光源光谱曲线，如图8所示。注意这两个例子，FRED不同的波长可以用颜色来区分，而且很容易看到。
图 7. 设定FRED中光源频谱
图 8. 创建包含频谱数据的数字图形FRED光源
增加光源定义的切趾也是一个简单的操作过程。FRED中光源对话窗口Power在目录选项中，为定制所需的光源轮廓提供了几种可预定义的切趾选项。图9显示了高斯特殊切趾类型laser diode(雷射二极管；激光二极管)或 LED典型示例：
图 9. FRED光源高斯空间切址法.
放置光源后，开始最佳照明状态后，前房角镜后可以使用户轻松观看额外的颜色视学。FRED在七大热门厂商数据库中提供数百种常用透镜。如图10所示，踪模型如图10所示 所示。
图 10. 前房角镜模型照明路径图。光色代表特定的表面交叉
在这篇文章中，光的颜色不是根据波长来确定的。FRED当光线接触到表面时，可以区分四种不同的情况：反射、穿透、散射或绕射。如图11所示 ，从角膜后表面散射的光线可以改为绿色，从虹膜散射的光线可以改为红色。
图 11. 根据表面和交线的类型设置颜色.
作为FRED一个分析的例子，如图12所示，是透镜焦点的斑点图，可以显示虹膜和角膜中光的散射。上图和下图比较了右图所示平面和曲面虹膜的区别。正如我们所期望的，我们可以看到下图有一个小或封闭的角度。
图 12. 平面和曲面虹膜的点状图
参考文献：
1. The Eye and Visual Optical Instruments, G. Smith & D. Atchison, Cambridge University Press, 1997
2. Visual Optics Course Notes, Jim Schwiergling, Optical Sciences Center, University of Arizona, 2000.
3. Tissue Optics; Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnostics, Valery Tuchin, SPIE Press,2000.