主客观结合人眼波前像差测量系统的设计与实验

设计了主客观方法相结合的人眼波前像差测量系统。该系统的控制部分以工控机为中心,实现了对离焦补偿装置、LCD视标显示装置和可变形镜驱动器的控制。使用Hartmann-Shack传感器对人眼出瞳的波前像差进行测量,光路中加入了能够显示各种视标和测试图案的LCD,从而考虑到了主观调节对人眼像差的影响,能够对人眼的视觉质量进行全面衡量,实现了客观测量和主观测量在光路中的结合。使用该系统分别测量得到了模拟眼和活体人眼的波前像差,并对主客观测量结果进行了信息融合,能够为个性化的人眼屈光矫正提供有用的依据。     

在测量人眼像差中信息融合方法的应用

建立了基于Hartmann-Shack传感器的主客观人眼波前像差测量系统,该系统使用Hartmann-Shack传感器客观测量人眼像差,分别对模拟眼和活体人眼进行了像差测量.同时系统中加入了主观测量人眼像差的部分,该系统能够同时进行客观和主观的像差测量,实现了使用信息融合的方法对测量结果进行数据处理.并结合了客观测量和主观测量的优点,使用信息融合的方法使测量结果更加合理.     

人眼波前像差主客观测量的信息融合方法

人眼是一个不完善的屈光系统,存在着各种像差,而且视觉不仅与人眼的屈光系统有关,还与主观的判断和神经系统的处理有密切关系.只有主观测量与客观测量相结合,才能得到最佳的视力矫正数据.本文提出了通过信息融合技术把像差的主观测量和客观测量的结果进行融合处理,给出矫正时所需的唯一数据,并通过实验得到了信息融合后的人眼波前像差.     

双眼高阶像差校正与视觉分析系统

人眼像差对视功能具有重要影响。目前相关研究结果多在单眼条件下获得,为解决双眼像差对双眼视功能的影响等问题,搭建了一套双眼高阶像差校正与视觉分析系统。该系统采用哈特曼波前传感器和37单元变形反射镜对双眼像差进行测量和控制,并通过对控制器增益的优化设计,实现了对双眼像差的稳定闭环控制。视标显示器采用有机发光二极管微型显示器,其视频输入信号直接由计算机产生,可方便地实现多种视功能测试。利用该系统进行了初步的立体视觉实验,展示了该系统在双眼视功能测试方面的巨大潜力。双眼高阶像差校正与视觉分析系统的建立为未来双眼视功能的深入研究提供了必要的技术和设备支持。     

一种新型人眼波前像差测量补偿系统的研究

离焦是人眼中最主要的像差之一,离焦量过大会严重影响人眼波前像差的测量及矫正精度。为了消除离焦在此方面带来的影响,设计了带有补偿装置的人眼波前像差测量及矫正系统。重点分析了该系统的原理、结构和工作流程。运用Hartmann-Shack波前传感器测量了人眼波前像差,并使用变形反射镜对人眼波前像差进行矫正。对模拟人眼矫正离焦前后的光斑点阵图和波前三维重构图进行了对比分析。研究表明,通过离焦补偿系统对模拟人眼的离焦量进行矫正,使被测量人眼的离焦量由2.020D和-2.035D分别减小到0.011D和-0.007D;通过调焦系统,使显示器上显示出的人眼光斑点阵图由模糊变清晰,提高了信标光在人眼眼底的成像质量。     

旋转双柱面镜矫正人眼散光EI北大核心CSCD

如何有效矫正随人群起伏很大的人眼像差,提高人眼自适应光学系统的人群适用范围是临床应用面临的最大难题。旋转双柱面镜散光补偿技术是一种使用灵活、低成本的散光补偿方法。给出了旋转双柱面镜散光矫正的理论依据,并搭建了基于远场光斑形态的散光自动补偿实验系统,验证了旋转双柱面镜散光矫正理论的正确性。在此基础上,将旋转双柱面镜与人眼自适应光学系统相结合,利用哈特曼波前测量数据调整双柱面镜,实现了(-4~0D_c)散光的全自动补偿,补偿精度优于0.1 D_c,并验证了实际人眼散光补偿效果。该技术结合Badal调焦可以为人眼自适应光学系统的大规模人群适用提供一种经济有效的低阶像差补偿方案。     

旋转双柱面镜矫正人眼散光

如何有效矫正随人群起伏很大的人眼像差,提高人眼自适应光学系统的人群适用范围是临床应用面临的最大难题。旋转双柱面镜散光补偿技术是一种使用灵活、低成本的散光补偿方法。给出了旋转双柱面镜散光矫正的理论依据,并搭建了基于远场光斑形态的散光自动补偿实验系统,验证了旋转双柱面镜散光矫正理论的正确性。在此基础上,将旋转双柱面镜与人眼自适应光学系统相结合,利用哈特曼波前测量数据调整双柱面镜,实现了(-4~0D_c)散光的全自动补偿,补偿精度优于0.1 D_c,并验证了实际人眼散光补偿效果。该技术结合Badal调焦可以为人眼自适应光学系统的大规模人群适用提供一种经济有效的低阶像差补偿方案。     

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。     

可诱导人眼自主调节的动态像差测量仪

研究了人眼在近视力状态下自动调节产生的动态像差。采用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack,H-S)原理研制了一套可诱导人眼屈光调节,并能测量不同调节状态下人眼像差的测量仪。诱导原理为用视标在人眼近距离范围内移动以诱发人眼屈光调节,哈特曼-夏克传感器同时进行像差的测量,可以获得人眼调节时的视觉信息。与干涉仪测量同一像差板进行相比,像差仪的测量精度均方根(RMS)值为λ/50,重复性为λ/500,具有较好的测量精度和重复性。在测量的10人19只眼中,最大的诱发调节幅度为8.6D,一般可诱发调节幅度为3~8D之间,占总人数的84%。     

基于哈德曼-夏克传感器测量眼镜片像差的方法

哈德曼-夏克传感器(Hartmann-Shack Sensor,HSS)是一种测量波前像差的仪器。提出了一种利用4F系统实现光瞳衔接,与哈德曼-夏克传感器相结合测量眼镜片的光焦度和像差分布情况的方法。阐述了该系统的工作原理,研究了哈德曼-夏克传感器所得到的检测值与实际被测光学系统的光焦度与像差之间的转换关系。考虑到人眼实际观察不同方向物体时视轴是在不断变化的,采用多光轴测量眼镜片的方法。实现了利用哈德曼-夏克传感器对于眼镜片的光焦度和像差进行精密测量。     

A wavefront sensor-less adaptive optical system for a solid-state laser

A wavefront sensor-less adaptive optical system has been set up. It consists of a deformable mirror, a high-voltage amplifier, a set of solid-state laser system, a CCD camera, control software and a genetic algorithm. This adaptive optical system does not employ a wavefront sensor to detect the wavefront information, but optimizes the light intensity within a fixed aperture in the focal plane by a 19-element piezoelectricity deformable mirror. A genetic algorithm is introduced to search the optimum surface profile of the deformable mirror for correcting the phase aberrations in a solid-state laser system. The far-field light intensity signal, which is measured by a CCD, is taken as the fitness function of the genetic algorithm. In this paper, the performance and the efficiency of this wavefront sensor-less adaptive optical system are presented. Both simulative results and experimental results are given and discussed.     

Correcting the ocular aberrations of a healthy adult population using microelectromechanical (MEMS) deformable mirrors

We model the capabilities of several commercially available microelectromechanical deformable mirrors to compensate for the typical optical wavefront aberrations that occur in the human eye. The simulations include the nonlinear effects of actuator clipping, ocular pupil diameter, beam diameter on the mirror and the number of mirror modes.     

微加工薄膜变形镜本征模分析

 介绍了变形镜本征模的构造过程及其特点，分析了从荷兰OKO公司购买的37单元微加工薄膜变形镜的本征模，并用前65阶Zernike多项式分析微加工薄膜变形镜的37阶本征模的特性。搭建了以微加工薄膜变形镜作为波前校正器、变形镜本征模为波前复原控制算法以及高分辨率Shack-Hartmann波前传感器为波前探测器的自适应光学实验系统。实验结果表明：变形镜本征模可以实现模式筛选，也可作为自适应光学系统的波前复原算法。     

空间插值在功率谱密度计算中的应用

为了提高光学元件波前中频PSD计算的精度和有效频谱宽度,提出了填补波前无效数据的双线性插值法和抑制欠采样噪声的六采样点插值法。模拟计算和实验结果表明:双线性插值法有效地保证了填充数据与真实数据的一致性,抑制了零填充方法引入的虚假中高频信息,使得填补后的PSD与原始PSD较好地吻合;六采样点插值法有效地分离了信号和欠采样噪声,使得有效PSD频谱上限从1/2 Nyquist频率提高到Nyquist频率。     

Adaptive optics wide-field microscopy using direct wavefront sensing

We report a technique for measuring and correcting the wavefront aberrations introduced by a biological sample using a Shack-Hartmann wavefront sensor, a fluorescent reference source, and a deformable mirror. The reference source and sample fluorescence are at different wavelengths to separate wavefront measurement and sample imaging. The measurement and correction at one wavelength improves the resolving power at a different wavelength, enabling the structure of the sample to be resolved.     

一种基于全息术的光学系统闭环像差补偿方法

提出了一种基于21单元变形镜与全息波前传感器的全息自适应光学系统, 并对其像差校正能力进行了分析. 首先描述了全息波前传感器基本原理, 并在薄全息图近似下给出基于快速傅里叶变换算法的全息波前传感器数值模型; 然后基于21单元变形镜的数值模型, 分析了该变形镜的波前校正能力; 在此基础上, 数值模拟并实验验证了全息自适应光学系统对静态像差的闭环校正能力.     

Phase diversity for calibrating noncommon path aberrations of adaptive optics system under nonideal measurement environment

When the defocus cannot be measured and the wavefront solution set is restricted by a multi-channel, some practical problems exist in the calibration of the noncommon path aberrations of the adaptive optics system. To solve these problems, an evaluation function of phase diversity algorithm is constructed in this paper. We use the method that the estimated aberration and the modulated deformable mirror iterate each other to make up the nonideal measurement environment. Then the ill-pose problem of the solution by phase diversity, produced as relaxing constraints of the diversity defocus on the wavefront solution set, is solved. We have adopted the proposed method to measure the noncommon path aberrations of the adaptive optics system on a 1.23 m telescope. Experimental results demonstrate that wavefront solution is more accurate and the whole imaging quality is improved effectively by using the deformable mirror to compensate the aberration measured.     

波前校正器和波前传感器的匹配

自适应光学系统中，波前校正器和波前传感器的形式、对应关系以及波前复原法的选择，对波前复原的效果都是有影响的。介绍了动态Ｈａｒｔｍａｎｎ—Ｓｈａｃｋ传感器方式下，以分立驱动器和连续表面变形镜为校正元件，采用直接斜率法波前复原过程的计算机模拟实验．研究了多种变形镜驱动器和探测子孔径的对应布局关系，得出每个孔径主要受三个驱动器控制的布局原则．     

盲优化波前校正提高自由空间光通信光纤耦合效率

为了提高自由空间光通信系统的光纤耦合效率,介绍了一种新颖的基于盲优化波前校正的自适应光学系统。该系统不使用波前传感器,而是在信号进入接收端前,将畸变光信号分束后送入光电探测器,进行耦合效率计算;采用耦合效率的估计公式斯特列尔比为目标函数,用随机并行梯度优化算法最大化目标函数,以实时控制变形镜,从而使耦合进入单模光纤的光达到最优。数值结果表明,此系统能使光纤耦合效率从6%提高到约60%。