人眼波前像差客观测量的研究

分析波动光学中人眼像差的产生机理和波前像差的表示方式。运用Zernike多项式表示人眼波前像差函数,研究Zernike多项式与人眼波像差的对应关系以及一些高级像差对人眼成像质量的影响。通过对自适应光学中Zernike多项式重建波前理论的研究,重点分析了应用Hartmann-Shack波前传感器测量人眼客观像差并用变形反射镜矫正人眼像差的解决方案。对提高正常眼睛的视力和人眼屈光矫正手术具有重要的实验和临床价值。     

人眼波前像差测量中的照明系统设计

使用Hartmann-Shack传感器测量大像差人眼时,细平行光照明会导致波前像差测量的精度下降。设计并实现了一种自动的可调照明系统,在入射光路中加入了一个位置可以自动调整的准直透镜,调整这个透镜的位置可以准确的改变照明光的光屈度,精密电控平移台可以对准直透镜的位置进行快速准确扫描定位。实验中对模拟人眼像差进行了测量,分别用细平行光照明和自动可调照明系统的实验结果进行了对比。实验结果显示,使用自动可调照明使传感器获得图像的信噪比由2:1提高到10:1,对近视-5D模拟人眼测量的结果也由-4.285D±0.208D提高到-5.041D±0.157D,结果显示,使用自动可调照明系统提高了Hartmann-Shack传感器图像的信噪比,使测量结果更加准确。     

人眼像差探测哈特曼波前传感器的质心优化

为提高自适应光学系统中Hartmann-Shack波前传感器的动态测量范围和测量精度,对由CCD采集的波前光斑图进行了质心探测研究.介绍了波前传感器的工作原理,根据127单元传感器的结构特征和实际人眼光斑图的畸变特点,提出了一种动态定位光斑区域、动态分割区域内部阈值以及锁定最优探测窗口的自适应光斑质心探测方法.讨论了该...     

基于个性化眼模型的人眼调焦特性研究

运用光学设计软件ZEMAX分别为10只正常人眼构建了个性化眼模型,这些眼模型由实际测量的人眼参数数据优化而来,具有与实际人眼相同的光学特性.在此基础上分析了0D、-1D、-2D、-3D、-4D状态下的全眼像差与特殊像差项的变化情况.随着调节状态的改变,不同眼睛的波前像差的变化不同,而且变化量的大小与初始状态0D时的波前像差大小无关.将个性化眼模型计算得来的全眼波前像差值与用哈特曼夏克波前传感器实际测量的全眼像差值相比较,结果吻合.     

准分子激光人眼像差矫正系统的研究

准分子激光人眼像差矫正系统旨在实现个体化切削,它不仅能进行正常的角膜屈光矫正,减少高阶像差,而且可以有效的克服传统准分子激光手术引起的球差、彗差以及其他高阶像差而导致的夜问视力下降、光晕、眩光及偏心切削等并发症。准分子激光人眼像差矫正系统包括主观式像差仪进行波前像差的测量、准分子激光系统进行像差矫正两大部分。描述了人眼波前像差的概念、成因以及表示的方法和测量技术;研究了准分子激光人眼像差矫正系统的原理;阐述了准分子激光飞点扫描、主动眼球跟踪、激光的恒能和闭环控制、激光脉冲光斑直径和均匀控制等关键技术。研究成果可直接用于准分子激光人眼像差矫正系统,目前正在进行临床实验,取得了良好效果。     

用夏克-哈特曼探测器测量人眼波前像差

为了精确测量人眼的高低阶像差,设计并搭建了一套人眼波前像差精确测量光学系统。该系统采用夏克-哈特曼波前探测器进行波前探测,可以在不同瞳孔、不同视场和不同调焦状态下精确测量人眼的波前像差。用ZEMAX软件对系统进行模拟分析,验证了该系统的探测精度,讨论了系统的调焦性能。用该系统实验分析了人眼各阶像差的分布情况、瞳孔大小和调焦状态对人眼波前像差的影响,以及人眼波前像差的时间和空间变化特性(变化频率约3 Hz,等晕角约为1.5°)。结果表明,该系统精度高(PV1/20λ),操作方便,是人眼波像差的研究和个性化角膜手术的有力工具。     

人眼像差测量技术研究进展

眼睛由于内部结构的复杂多变,成像时伴随有大量的像差。用于测量人眼像差和视网膜成像质量的各种技术已经问世,然而至今还没有形成标准规范的眼像差测量方法。目前已经提出的眼像差测量技术有:阴影眼像差仪,Hartmann-Shack眼像差仪,干涉量度法和双程法,以及测量评估视网膜成像质量的人眼调制传递函数测量仪。详细回顾和描述了这几种技术的实验光路、实验原理和实验结果,同时在比较各种技术的基础上提出了眼像差研究的发展方向。     

像差测量中瞳孔中心的处理与跟踪研究

人眼像差仪的诞生和应用,对眼科和视光学的发展起到极大的推动和促进作用。主要研究了主观式人眼像差仪的测量,着重于测量过程中图像处理部分的研究,以达到对瞳孔中心的实时跟踪,确保对人眼波前像差测量的准确性和精确性。     

激光为光源的液晶自适应眼底成像系统

摘要：本文介绍了基于液晶波前校正器的模拟人眼眼底自适应成像系统,该系统采用Shark-Hartman波前探测器进行波面探测,将探测所得波前畸变经过计算处理转化为灰度图通过电脑施加到LCOS上进行波面校正,通过校正人眼像差的方式来提高系统成像质量。经过校正后系统波前误差从1.92m降低到0.048m系统分辨率接近70lp/mm已经到达该光学系统衍射极限分辨。     

人眼像差测量方法研究

由于人们对视力矫正的需求,近几十年来人眼像差测量技术得到长足进步。目前已经出现了可以重建波前的测量波像差的激光追迹技术,同步像差仪,哈特曼-夏克传感器,塔尔博特传感器,阴影像差仪,视网膜仪,主观追迹技术以及直接评价人眼视觉质量的干涉测量技术及双程法。现回顾和描述了各种技术的原理,并做了比较,同时提出了眼像差研究的发展方向。     

纳米级针孔矢量衍射波前误差分析

应用哈特曼-夏克(H-S)波前检测仪检测大数值孔径(NA)透镜时,需要采用纳米级针孔产生参考球面波前对H-S传感器进行标定.为了制作出满足要求的高质量针孔,本文对影响参考波前质量的各种要素进行了仿真计算和分析,以获得最优针孔加工参数.基于矢量衍射理论,在会聚高斯光束照射下,计算了针孔厚度和直径大小对衍射波前误差的影响,衍射波前中的像差成份、能量透过率、强度均匀性、针孔加工误差及光束相对针孔中心发生平移、离焦、倾斜时衍射波前误差的变化.分析计算显示,在NA为0.6时,为了使相对于理想球面波的波峰波谷值(P-V)偏差不大于0.005λ(λ=193 nm),在实际针孔的加工制作中,应选取材料铬,并取厚度200 nm,直径180 nm为适宜.     

双轴转台分度误差检测与辨识技术

以自行研发的小规格五轴联动加工中心为例,分析了双轴转台的各项误差。简单介绍了Renishaw回转轴测量系统的构成、工作原理,并详细说明了利用该系统检测A轴与C轴分度误差的方法。利用该方法在我公司的五轴联动加工中心样机上对双轴转台进行分度误差检测,实践证明该方法具有检测精度高、检测重复性好、检测效率高等优点。     

大口径光学元件斜入射反射波前误差测量和计算

针对测量高功率激光驱动装置中大口径矩形反射光学元件的波前误差时测量角度和使用角度不完全相同引入的测量误差,提出了将测量角度下的反射波前转换到使用角度的反射波前的换算及恢复方法。首先分析了将斜入射测量角度下的波前转换到使用角度下波前的余弦换算方法,得到了实际测量角度与实际使用角度下的波前误差计算关系;然后计算并分析了双三次插值算法本身引起的中频PSD1(功率谱密度)误差,指出在满足有效口径测量的情况下,选择的入射角度应该与实际使用的角度尽可能的相接近。最后,基于410mm×410mm的熔石英反射镜开展了误差分析和实验验证。利用该方法将0°反射波前换算到45°反射波前,并将得到的测试结果与45°直接测量得到的测试结果进行了比较。结果显示上述结果的PV值相差0.01λ,RMS值相差0.003λ,PSD1值相差0.08nm;表明该换算方法不仅能够准确计算出使用角度下反射波前的低频误差,而且能获得相对准确的中频段PSD1误差。     

Phase correction of laser radiation with the use of adaptive optical systems at the Russian Federal Nuclear Center—Institute of Experimental Physics

Results obtained at the Institute of Laser Physics Research (which is part of the Russian Federal Nuclear Center — Institute of Experimental Physics) on phase correction of pulsed and continuous wave laser radiation by closed-loop adaptive optical systems (AOS) with flexible deformable mirrors are described. With the help of a conventional AOS including a Hartmann-Shack wavefront sensor and an adaptive mirror having a 220 × 220 mm aperture, aberrations of the beam of a powerful pulsed laser facility called Luch have been reduced by an order of magnitude. The development of special software for reconstruction of singular wavefronts by the Hartmann-Shack sensor has allowed us to perform the correction of a doughnut-shaped Laguerre-Gaussian vortex laser beam in an AOS with a bimorph mirror and to focus it into a bright axial spot that drastically increases the Strehl ratio. Adaptive optical systems have been developed where the adaptive mirror control is ensured by searching for an extremum of a chosen criterion functional with the help of a stochastic parallel gradient algorithm rather than by means of wavefront measurements. Embedding of microcontrollers into the control unit has allowed us to reach an AOS bandwidth of 5 kHz and to demonstrate the dynamic phase correction of tip-tilts and higher aberrations of the wavefront caused by turbulence induced by heating of the beam propagation path under laboratory conditions.     

子孔径干涉拼接测量非球面的模型分析

针对非球面波前本身带有波前误差的特点和测量中由于装调误差而带来的新的波前误差,提出基于多阶波前误差校准实现子孔径间重叠区不匹配度最小化的方法,建立待拼接的子孔径间相位关系模型;应用逐步回归法确定拼接测量中各波前误差对拼接精度影响的权重,进一步得到优化的子孔径干涉拼接测量（SSI）非球面的测量模型,并且获得较好的波面重构结果。仿真分析表明,理论上该测量模型的拟合精度高于传统测量模型,进一步仿真测量实验表明,基于波像差校准的拼接测量模型能够满足高精密非球面测量的要求。     

微缩投影系统的垂轴放大率测量

考虑有限距光学系统的成像质量与系统垂轴放大率相关,本文提出了基于系统波像差检测的垂轴放大率测量方案。以给定的光学系统中像平面位置与物平面位置满足高斯公式和牛顿公式的原理为出发点,通过系统波像差中离焦量的变化监控物点移动微小量后像点的移动距离。然后,对牛顿公式或高斯公式微分导出轴向放大率,最终求出系统垂轴放大率。建立了垂轴放大率测量模型,给出物点的微小位移量和初始离焦量的选取标准,并系统地分析了光学元件形位公差和像点定位精度对垂轴放大率测量结果的影响。搭建了基于点衍射干涉仪的微缩投影系统波像差检测平台,测量了系统的垂轴放大率。实验显示,系统垂轴放大率的测量值与理论值的偏差优于0.24%,验证了提出的垂轴放大率测量方法的可行性和理论分析的准确性。     

接触式非球面轮廓测量的数据处理模型

在分析接触式轮廓测量仪误差的基础上,以最小二乘法为基本数学理论,提出了一种能同时校正由于非球面镜放置时存在的X、Y方向的倾斜、X、Y、Z方向的偏心,曲率半径不准确、以及由于轮廓仪的旋转中心与探测头的零点之间随机的微小偏移所造成的测量误差的数学模型。数学模拟表明,该模型在校正上述误差源上具有极高的精度,对1 cm以下的偏心和0.1°以下的倾斜可无误差地恢复,对曲率半径的恢复也极为有效。实际工程应用的结果表明,模型是可靠有效的,为接触式非球面轮廓测量提供了一个宽松的镜子放置条件及自动拟合最佳曲率半径的功能。特别是自动校正由于轮廓仪的旋转中心与探测头的零点之间的随机微小偏移所造成的测量误差的功能提高了测量仪的测量精度和测量结果的重复性。     

五棱镜的运动误差对波前测量的影响

五棱镜使光束转向时,它的工作状态的改变会给测量带来一定的误差,分析了五棱镜由于机械运动引起的在三维方向有微偏角时使光束转向改变波前的复杂情况,计算机模拟实验证明了由机械运动引起的波前改变量是可分离的,以便减小五棱镜的运动误差对测量的影响,使五棱镜光束转向系统在测量中发挥最佳效能。