LASIK手术对人眼波前像差的影响

采用主观光线追迹的像差仪测量人眼波前像差,比较3mm和6mm 瞳孔直径下,LASIK手术前与术后四个月的29只人眼波像差情况.数据比较分析表明,手术后人眼高阶像差一般会大于术前,且像差增大量随术前屈光度数的增大和瞳孔直径的增大而增加,如3 mm瞳孔直径下86%的人眼高阶像差的RMSH<0.12 μ,>0.4μ.比较人眼波像差的Zernik展开式中各项发现球差Z04无论在3 mm还是6 mm孔径下术后改变都最大;其中,当比较3阶,4阶和5至7阶时可看出对于3 mm孔径第三阶术后改变比例较大,为1.87,6 mm时第四阶改变较大,比例为2.21.     

泽尼克各项像差对人眼光学质量的影响

基于两个人眼光学质量客观评价标准同心相对瞳孔平面(PFWc)和区域调制传递函数(Marea MTF),研究和分析了波前像差均方根值WRMS处于0.05~1.00μm较大范围内泽尼克各项像差对人眼光学质量的影响。分析结果表明,泽尼克各项在WRMS一定时,瞳孔中心区域的光学质量差距明显,离焦(C4)和球差(C12)项的MPFWc值最小,而五叶草(C15、C20)项的MPFWc值最大。五叶草项在WRMS值处于0.05~1.00μm的范围内,其Marea MTF值均大于0.94,表明该像差项对光学质量的影响可以忽略。MPFWc值和Marea MTF值随着WRMS值的增大而减小,但不是简单的线性关系,随着WRMS值的增大,它们的变化趋于平缓。各项泽尼克像差对人眼光学质量的影响存在较大差别,对人眼光学质量的影响从大到小依次为:球差、离焦、散光、彗差、三叶草、四叶草、五叶草等。     

人眼高阶像差校正和视觉分析系统

人眼除具有可用眼镜或接触镜校正的低阶像差(离焦、像散)之外,还普遍存在高阶像差。高阶像差的存在影响着屈光系统的成像质量。为研究高阶像差对视觉功能的影响,利用自适应光学技术,建立了具有校正高阶像差和产生高阶像差双重功能的人眼高阶像差校正和视觉分析系统。介绍了系统实现高阶像差校正和视觉分析的工作原理;阐述了波前校正器、哈特曼波前探测系统、控制系统等关键单元技术;列出了系统对泽尼克模式像差的校正效果,绝大多数像差从0.5λ降低到0.2λ以下;阐明系统功能的实现过程,并给出仿真实验的结果。该系统为进一步研究高阶像差对视功能的影响提供了有效的手段。     

基于波前技术的人眼神经对比敏感度测量

搭建了基于波前像差的神经对比敏感度(NCSF)测试系统。该系统在测试人眼空间对比敏感度(CSF)的同时,利用Hartmann-Shack波前传感器测量人眼波前像差,通过计算进而得到人眼的NCSF。与通过两种设备分别测量全视觉CSF和波前像差获得NCSF相比,该方法避免了不同测试状态下像差波动的影响,简化了测试过程;和传统激光干涉方法测量NCSF相比,该方法避免了激光干涉产生的相干噪音和激光散斑等不利因素,并且通过改变不同亮度不同颜色视标,可以得到不同亮度,不同波长下的NCSF。选用绿光视标对四例正常人眼的NCSF进行了测量,结果表明:该系统可以同时获得人眼的全视觉CSF、屈光系统调制传递函数和NCSF;在同等亮度下,不同人眼的NCSF存在个体差异;对同一个体,NCSF曲线的最大值对应的空间频率比全眼空间CSF曲线的最大值对应的空间频率高一些。     

泽尼克多项式校正全息阵列光镊像差的实验研究

像差会影响光镊对粒子的捕获效果. 全息阵列光镊中, 像差不仅来自光学元件, 由特定算法设计的光阱相位片也会在光路中引入像差. 本文通过液晶空间光调制器加载泽尼克多项式相位图, 对全息阵列光镊中由光栅透镜组型算法引起的像差进行校正. 结果显示: 利用三阶泽尼克多项式可有效消除光路中由光栅透镜组型算法引 起的慧差, 使得捕获2 μm聚苯乙烯小球的阵列光阱刚度提高了约40%; 对比不同项的像差校正结果发现, 全息阵列光镊中由算法引起的慧差 与光学元件引起的像差一样, 也会对阵列光阱的捕获效果产生较大影响; 同时根据一阶像差校正结果可得光栅透镜 组型算法对于一阶泽尼克像差具有鲁棒性. 实验结果表明, 对全息阵列光镊中由 算法引起的像差进行校正, 对于提高光阱的捕获效果和深化对算法特性的认识都具有重要意义.     

人眼的高级像差对视功能的影响

准确测量和分析人眼的高级像差有助于更好地改善视觉,具有重要的实验和临床意义。测量了实际人眼的波前像差,分析了高级像差对人眼视功能的影响。像差数据由哈特曼-夏克（Hartmann-Shack）波前传感器分别对不同瞳孔的人眼进行测量而获得,视功能的评价方法采用了调制传递函数（MTF）、对比敏感度函数（CSF）、斯特雷尔（Strehl）比率。由人眼的波前像差数据和视网膜空间像调制度（AIM）曲线直接给出了视锐度值与对比敏感度值。矫正了离焦与像散后．被测者的平均视锐度值达到了1．0,对比敏感度在低频（20c／mm）处约为52,高频（80c／mm）处约为1;矫正了前4阶像差后,平均视锐度值可提高到1．2,对比敏感度在低频（20c／mm）处提高到96,高频（80c／mm）处提高到7。实际人眼各不相同,达到理想成像需矫正高级像差的阶数也不同。矫正了前九阶像差后,均可达到理想成像,斯特雷尔比率值大于0．8。     

基于差分空间像主成分分析的偏振像差检测方法

提出了一种原位的光刻机投影物镜偏振像差检测方法。定义一种新的偏振像差表征方法,推导了3对正交偏振态照明下空间像之差与偏振像差3个泡利项之间的互相关关系,并据此对交替相移掩模的3组差分空间像进行主成分分析进而求解偏振像差的各项泡利泽尼克系数。从理论上揭示了各偏振像差项在成像中的耦合规律,从而在测量原理上解决各项耦合问题,可同时测量偏振像差所有泡利项的前37阶泽尼克系数。在典型的深紫外光刻仿真条件下对所提方法进行随机偏振像差测试,其中3组泡利项的实部和虚部共6×37阶泡利泽尼克系数误差的标准差均在10~(-3)量级。测试结果验证了本方法的正确性和可行性。     

基于矢量波像差理论的两反光学系统装调研究

 为了实现对两反光学系统的精密装调,提出一种基于矢量波像差理论和波像差检测技术对失调量精确求解的装调方法。使用矢量波像差理论,将已设计的两反光学系统参数、失调量和失调光学系统的波像差之间建立方程;然后通过干涉测量法得到某一个视场的干涉图,利用条纹分析软件得到表征失调系统三阶彗差和三阶像散的泽尼克项系数,将泽尼克项系数代入方程从而求解出失调量。运用此方法对4 m口径RITCHEY-CHR-TIEN结构的天文望远镜进行模拟装调,最终求解的失调量与引入的失调量结果相互吻合,说明该装调方法正确。     

矫正器平移和旋转对人眼高阶像差矫正的容限分析

人眼像差矫正器的位置变化对矫正人眼像差能力的容限分析有重要的意义.在基于哈特曼-夏克人眼像差仪对三只人眼像差准确测量的基础上,比较了人眼高阶像差矫正器与人眼低阶像差矫正器矫正效果的不同,从理论上计算了在平移和旋转下高阶像差矫止器矫正效果优于低阶像差矫正器的移动容限.三组被测试像差对旋转的容限均在20°左右,而对平移的容限差异较大.结果表明,位置变化对不同的像差有着不同的影响,人眼波前像差越大对位置变化越敏感,高阶矫正优势越不明显;高阶像差矫正对不同类型的位置变化有不同的容限度.其中平移的容限较小而旋转的容限较大.     

自由曲面空间光学系统设计研究

对自由曲面的发展及应用做简要梳理,介绍国外自由曲面空间光学系统的研究现状,讨论3种自由曲面数理模型的特点和像差平衡能力,阐述自由曲面光学系统相对轴对称系统和平面对称系统的像差特点以及自由曲面空间光学系统的像差控制与评价方法,给出采用泽尼克多项式表述的自由曲面多光谱相机的设计结果,成像视场76,为远心光路设计,全视场调制传递函数（MTF）优于0.56,适用于空间多光谱成像。     

Correlation between Post-LASIK Starburst Symptom and Ocular Wavefront Aberrations

Monochromatic aberrations in post laser in-situ keratomileusis （LASIK） eyes are measured. The data are categorized into reference group and starburst group according to the visual symptoms. Statistic analysis has been made to find the correlation between the ocular wavefront aberrations and the starburst symptom. The rms aberrations of the 3rd and 4th orders for the starburst group are significantly larger than those for the reference group. The starburst symptom shows a strong correlation with vertical coma, total coma, spherical aberrations. For 3-mm pupil size and 5.8-mm pupil size, the modulation transfer function （MTF） of the starburst group are lower than those of the reference group, but their visual acuities are close. MTF and PSF analyses are made for two groups, and the results are consistent with the statistical analysis, which means the difference between the two groups is mainly due to the third- and fourth-order Zernike aberrations.     

Monte Carlo simulations on corneal and total aberrations before and after LASIK

Previous Monte Carlo simulations which manipulate each Zernike coefficient of total aberrations of human eyes indicate that interactions among wave-front aberrations can provide better visual quality for both pre-LASIK eyes and post-LASIK eyes. In this paper, we go a step further for Monte Carlo simulations which are not only on total aberrations but also on corneal aberrations, before and after LASIK, for a set of eyes. The corneal aberrations after LASIK are acquired through a new reliable method. Then a series of Monte Carlo simulations (including sign simulation, value simulation and meridional simulation) are performed by manipulating each Zernike coefficient (second through sixth-order) of total aberrations as well as corneal aberrations. The results are evaluated by modulation transfer function (MTF) ratio. Total aberrations for post-LASIK eyes still show MTF advantage over randomized aberrations, with slightly change as compared to that for pre-LASIK eyes. However, true corneal aberrations before and after LASIK have no MTF advantage over random aberrations. From this research, we draw conclusions: there is apparent advantage for the complete eye's true aberrations over random aberrations, whether pre-LASIK or post-LASIK, which does not exist for any biological optical surfaces in isolation, and the ability of adaptive mechanism of human eyes, increases after LASIK.     

Effects of interactions among wave aberrations on optical image quality after refractive surgery

Research on wave aberrations indicates that interactions and balances among aberrations can provide better visual quality for normal eyes. In this paper, we investigate the aberration compensatory mechanism for eyes after LASIK surgery. Data of Zernike coefficients of wave-front aberrations are collected from 60 post-operative eyes through a Hartmann-Shack wave-front sensor, and then a series of Monte Carlo simulations are performed by manipulating the value of each Zernike coefficient (second order through seventh order). The modulation transfer function (MTF) ratio as a function of spatial frequency is used to evaluate the aberrations’ characteristic of independence. Finally, in a control condition, “synthetic” model eyes are produced through Monte Carlo arithmetic and the aberration independence of the synthetic eyes is analyzed. The results suggest that, for 6 and 3 mm pupil size, aberrations of the eyes after LASIK surgery are still not independent and the adaptive mechanism still exists. However, the adaptive mechanism does not hold for the “synthetic” eyes.     

用SVGA1薄膜晶体管液晶显示器矫正人眼波像差

在研究了SVGA1薄膜晶体管液晶显示器（TFT LCD）的位相调制特性的基础上,用它作为眼波像差的矫正器件,在用哈特曼-夏克波前传感器的眼像差测量系统中对眼波像差进行了成功的矫正.对于5.2 mm的瞳孔,矫正后人眼波像差的PV值降低了3倍多,并接近瑞利判据的像差容限.对系统的光学传递函数(MTF)的分析说明,经波像差矫正后眼的空间分辨率由17 c/deg提高到38 c/deg.     

成像电子光学系统空间和时间像差的根半径(RMS)研究

在成像电子光学系统中,均方根半径不仅可以表示系统的时间和空间分辨率特性,而且可以作为计算调制传递函数的一个辅助评价指标,具有计算量小,直观方便等优点.研究和推导了成像电子光学系统中逸出光电子的初角度为朗伯分布,初能量分别为余弦分布、贝塔分布和麦克斯韦分布下的系统时间和横向像差的均方根半径表达式,求解了不同初能分布下的时...     

The study of the effects of higher-order aberrations on human contrast sensitivity with white-light retinal aerial image modulation (AIM)

The impact of higher-order aberrations on contrast sensitivity function (CSF) is calculated using individual white-light retinal aerial image modulation (AIM). Wavefront aberrations of 26 eyes are measured with Hartmann-Shack sensor, and the CSFs in natural light are acquired through a range of 2-48 c/deg. The white-light AIM is computed as the ratio of modulation transfer function (MTF) in white-light to CSF. Through manipulating the higher-order aberrations, the affected CSF is predicted by employing the white-light AIM. We find that coma aberration mainly influences CSF at higher spatial frequency and spherical aberration affects CSF in the whole spatial frequency range non-selectively. Additionally, it is spherical aberration rather than coma that impacts the CSF more substantially. Furthermore, the maximum value of area under CSF (AUCSF) is obtained without full correction of higher-order aberration, which indicates that there is compensatory mechanism among aberrations.     

基于三片曲面反射镜的离轴投影成像系统

采用调制传递函数和波前像差分析方法,设计了基于偶次非球面反射镜和Zernike自由曲面反射镜构成的放大倍数为80,相对孔径为2.8的三个离轴投影成像系统.其中第一片反射镜M1表面为凹面用于减小第二片反射镜的尺寸及获得高的对比度,而第二片反射镜M2和第三片反射镜M3表面为凸面用于校正系统像差及获得更短的投影距离.经软件设计与分析,三系统中基于三片Zernike自由曲面反射镜的成像系统光学性能最好,调制传递函数实现60lp/mm时60%以上,畸变小于2.0%.与其它文献相比,基于三片Zernike自由曲面反射镜系统可以更好地消除像差,缩短系统厚度,增大系统的可视角与相对孔径.     

基于个性化模型的人眼色差对视功能影响的研究

利用光学设计软件Zemax,对人眼色差对视功能的影响进行了研究.对构建的个性化人眼模型进行离焦、像散和高阶像差矫正的模拟.视觉效果的提高受到了色差的很大限制.在中、高空间频率处,自然光下的调制传递函数约为单色光下的50%.在自然光下,传统视觉矫正能够获得1.2的视力,个性化视觉矫正能够获得1.5的视力,还远远达不到人们所期望的超视觉.