Retinal axial focusing and multi-layer imaging with a liquid crystal adaptive optics camera

With the help of adaptive optics(AO) technology, cellular level imaging of living human retina can be achieved.Aiming to reduce distressing feelings and to avoid potential drug induced diseases, we attempted to image retina with dilated pupil and froze accommodation without drugs. An optimized liquid crystal adaptive optics camera was adopted for retinal imaging. A novel eye stared system was used for stimulating accommodation and fixating imaging area. Illumination sources and imaging camera kept linkage for focusing and imaging different layers. Four subjects with diverse degree of myopia were imaged. Based on the optical properties of the human eye, the eye stared system reduced the defocus to less than the typical ocular depth of focus. In this way, the illumination light can be projected on certain retina layer precisely.Since that the defocus had been compensated by the eye stared system, the adopted 512 × 512 liquid crystal spatial light modulator(LC-SLM) corrector provided the crucial spatial fidelity to fully compensate high-order aberrations. The Strehl ratio of a subject with-8 diopter myopia was improved to 0.78, which was nearly close to diffraction-limited imaging. By finely adjusting the axial displacement of illumination sources and imaging camera, cone photoreceptors, blood vessels and nerve fiber layer were clearly imaged successfully.     

高频采样下人眼波像差特性研究

为提高自适应光学人眼波像差校正和视网膜成像效果,研究了人眼动态波像差的特性。利用采样频率为300Hz、曝光时间为3ms的哈特曼传感器,搭建波像差探测系统。误差分析和模拟人眼实验表明,该系统对动态波像差的测量误差均方根(RMS)均值仅为0.01λ。人眼波像差探测结果表明,人眼存在150Hz以上的波像差,可能对自适应波像差校正造成影响。这种影响可通过延长探测和成像曝光时间的方法来抑制。为了达到衍射极限,对于稳定盯视状态下的人眼,3ms探测曝光、探测校正周期不超过45ms的自适应系统,其校正残差均方根在λ/14以下;当曝光时间增加到6ms时,该周期可放宽至62ms。研究了倾斜像差的波动对成像的影响,确定了高分辨率人眼眼底成像中,成像曝光时间最长不能超过9ms。上述结果表明,将自适应光学视网膜成像的探测曝光与成像曝光时间均定在6ms左右,可获得更好的校正和成像效果。     

用于人眼视网膜成像照明的激光消散斑技术研究

以近红外激光(808 nm)作为人眼波前像差探测的信号光和视网膜成像的照明光,液晶空间光调制器(LCOS)作为波前校正器,用哈特曼波前探测器探测人眼像差,构建了人眼像差自适应校正的视网膜成像系统.利用模拟眼分析了激光散斑对相机成像的影响和对哈特曼波前探测器进行像差探测的影响,同时验证了利用旋转散射体的方法消除激光散斑的可行性和有效性;用活体人眼进行了激光消散斑前后照明视网膜进行成像的对比实验,并进一步利用自适应光学技术实现了对人眼像差的动态校正和视网膜细胞的连续成像.校正后,系统波前像差的均方根值小于0.1λ.实验表明激光消散斑后可以同时作为人眼像差探测的信号光和视网膜成像的照明光,从而可以进行连续自适应校正和成像.     

Mask相位法校准液晶空间光调制器的相位调制特性

提出Mask相位法校准出厂标定波长在532 nm的液晶空间光调制器(LC-SLM)在561 nm处的相位调制特性曲线.首先基于傅里叶光学模拟计算得出棋盘型二维相位光栅相位对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系,然后搭建实验光路测量计算机所发灰度图所对应的零级衍射光斑光强值.根据前面两组结果最后得到相位延迟量与计算机灰度...     

液晶自适应光学视网膜校正成像技术研究

为了实现对人眼视网膜的高分辨率成像,解决偏振能量损失、成像视场小和普适性差等问题,对液晶自适应光学技术及其在人眼视网膜成像中的应用进行了研究。通过开环光路的设计方案,避免了闭环液晶自适应系统的偏振光能量损失;在光路中加入可变视场光阑,利用小视场照明进行波前探测、大视场照明进行像差校正和成像的方法扩大了成像视场;使用脉冲光照明的方案减小曝光量;通过偏振光照明提高能量利用率、等效无穷远视标配合补偿镜以及改进后的视标提高盯视稳定性等一系列方法,提高系统普适性。校正后成像的清晰度和对比度获得了明显提高;高分辨率眼底成像视场直径从200μm扩大到500μm;曝光量减小到原来的1/2~1/3;对前期难以获得清晰成像的样本,取得了效果良好的视网膜视觉细胞自适应图像。     

LCOS液晶波前校正器的色散研究

对液晶波前校正器的色散问题进行了研究,测定了250D离焦、250D像散两种像差镜和650nm、670nm、710nm、840～860nm、835～865nm、830～870nm五种滤光片下的色散.结果表明:可见到近红外波段内20～30nm带宽的光是液晶自适应光学系统的理想光源,可实现系统较大的能量利用率和较小的色散.对于中心波长850nm的近红外光,当光源的带宽低于30nm时,LCOS的色散对系统像差影响较小,可以忽略,系统的光能利用率又较大;一旦光源带宽高于40nm,LCOS的色散会对系统的像差产生明显的影响,使成像分辨率大大降低.     

用于自适应光学视网膜成像的平场校正方法研究

采取平场校正的方法消除薄型背照式电荷耦合器件(CCD)相机在对视网膜细胞成像时由于多光束干涉效应在输出图像上产生了干涉条纹.在分析CCD芯片多光束干涉效应产生机理的基础上,根据视网膜细胞成像的特点,提出将未进行像差补偿的视网膜图像作为平场校正的参考图像对像差补偿之后的图像进行校正,解决了标准反射率白板图像作为平场校正参...     

开环双脉冲液晶自适应光学视网膜成像系统

为了获得高分辨率视网膜图像,利用液晶空间光调制器作为波前校正器建立了一套开环液晶自适应光学视网膜成像系统。与闭环模式相比,采用开环模式后,系统的能量利用率提高了1倍。系统采用双脉冲照明方式,以减少人眼曝光量,保护人眼安全。在照明光学系统中加入了大小视场切换装置使成像视场由之前的0.8°增至1.7°。同时优化了系统的时序控制流程,对人眼像差连续校正的同时快速调节成像相机的前后位置至最佳像面。对于开环模式对动态人眼像差的校正精度进行了测量,实验测得,经开环校正后,残差波面的均方根值约为0.09λ;相应的斯特雷尔(Strehl)比高于0.70,系统分辨率接近光学衍射极限的分辨率。对两名志愿者进行了实验,获得了清晰的眼底视网膜细胞图像。     

LCOS液晶波前校正器的色散研究

对液晶波前校正器的色散问题进行了研究,测定了250D离焦、250D像散两种像差镜和650 nm、670 nm、710 nm、840~860 nm、835~865 nm、830~870 nm五种滤光片下的色散.结果表明：可见到近红外波段内20~30 nm带宽的光是液晶自适应光学系统的理想光源,可实现系统较大的能量利用率和较小的色散.对于中心波长850 nm的近红外光,当光源的带宽低于30 nm时,LCOS的色散对系统像差影响较小,可以忽略,系统的光能利用率又较大|一旦光源带宽高于40 nm,LCOS的色散会对系统的像差产生明显的影响,使成像分辨率大大降低.     

液晶自适应光学视网膜校正成像技术研究

为了实现对人眼视网膜的高分辨率成像,解决偏振能量损失、成像视场小和普适性差等问题,对液晶自适应光学技术及其在人眼视网膜成像中的应用进行了研究。通过开环光路的设计方案,避免了闭环液晶自适应系统的偏振光能量损失;在光路中加入可变视场光阑,利用小视场照明进行波前探测、大视场照明进行像差校正和成像的方法扩大了成像视场;使用脉冲光照明的方案减小曝光量;通过偏振光照明提高能量利用率、等效无穷远视标配合补偿镜以及改进后的视标提高盯视稳定性等一系列方法,提高系统普适性。校正后成像的清晰度和对比度获得了明显提高;高分辨率眼底成像视场直径从200 μm扩大到500 μm;曝光量减小到原来的1/2~1/3;对前期难以获得清晰成像的样本,取得了效果良好的视网膜视觉细胞自适应图像。