液晶自适应光学在人眼眼底高分辨率成像中的应用

为了获得人眼眼底高分辨率图像,将液晶自适应光学(AO)技术引入到传统检眼镜中,采用基于夏克-哈特曼波前探测器(sHwS)和硅基液晶空间光调制器(LCOS-SLM)的自适应光学系统来校正人眼的高低阶像差,获得了细胞量级的高分辨眼底图像,为眼科疾病及其相关疾病的早期诊断提供了有力工具.采用闭环和开环两种校正模式,都获得了清晰的眼底图片,认为液晶自适应光学系统在活体人眼眼底高分辨率成像上具有巨大潜力.     

小型化人眼像差校正仪光学系统设计

为了实现活体人眼视网膜的高分辨率成像,需要实时校正人眼的动态变化像差,尤其是高 阶像差.设计了一套基于液晶空间光调制器的小型化人眼像差实时校正光学系统.该光学系统分别采用夏克-哈特曼波前传感器和液晶空间光调制器来探测和校正波前畸变.探测光采用790nm近红外光,成像光采用570nm可见光.系统设计尽量少采用透镜,减小了系统的体积、光能损失和系统自身可能引入的像差.使用开环模式可以提高光能利用率和系统的稳定性,而双波长模式可以增大视场,实现不同波长的成像,而且可以实现瞬间强曝光成像.用ZEMAX软件对光学系统进行模拟分析,表明该系统可以达到衍射极限的水平,MTF=0.5@31 cycles/mm(对应视网膜上4μm),MTF=0.3@48 cycles/mm(对应视网膜上2.6μm).实验结果证明:该系统光能利用率高,杂光干扰小,方便灵活.     

液晶自适应光学扫描激光检眼镜的光学系统设计

设计了一套液晶自适应光学扫描激光检眼镜,采用790 nm近红外光进行波前探测、视网膜成像以增加受试者的舒适度:采用离轴反射式结构以避免透镜表面的杂散光对探测和成像的不利影响;采用开环校正模式以提高系统稳定性和能量利用率(比闭环高约1倍).利用ZEMAX软件对成像系统进行模拟分析,证明系统自身可以达到接近衍射极限水平,MTF@33 cycles/mm=0.38(对应视网膜上4 μm),MTF@44 cycles/mm=0.2(对应视网膜上3 μm),轴向分辨率约80 μm,满足设计要求.     

开环液晶自适应光学系统:研究进展和结果

对于自适应光学系统,液晶波前校正器是一个非常有前景的波前校正器件。传统的向列相液晶波前校正器的主要缺点是偏振依赖和工作波段窄。采用了基于偏振分束器的开环光路设计和优化的能量分割方法来分别解决上述问题。结果显示,开环光路非常适合于液晶波前校正器,且新颖的能量分割方法显著提高了液晶自适应光学系统的探测能力。     

用于自适应光学系统的液晶技术

美国空军研究实验室(US Air ForceResearch Lab,简称USAF实验室)的SergioR.Restaino最近报导了该实验室在用于自适应光学系统的液晶技术方面的研究工作状况.任何一个光学成像系统所能达到的最高分辨率,取决于进入并通过该系统的波前质量的保真程度.波前质量的变差产生于光学设计和加工中的偏差,以及诸如大气状况、甚至于成像系统的承载结构等一些随机因素所造成的像差.近20年来,人们所研究的自适应光学(Adaptive Optics,简称AO)技术正是为了实时地消除这些像差的影响.为了使复杂的AO系统简化并降低其成本,许多单位和部门开展了各种替代技术的研究,US-AF实验室在利用液晶器件作为AO系统的校正单元方面开展了不少工作.一个光学(成像)系统能够产生高保真和高分辨率图像的能力,是该光学系统的一个重要的标志特性.用于天文或对空观测的光     

自适应光学令视网膜成像清晰

多年来,天文学家一直采用自适应光学元件,如变形反射镜来处理由大气湍流或其它像差导致的模糊图像。最近,罗彻斯特大学的一组研究人员将自适应光学技术应用于对人眼的成像中,并取得了惊人的成果。即使是视力好的人们也会出现光学像差现象,因为角膜和晶状体的微小缺陷使进入人眼的光发生畸变。这虽对视觉影响不大,但对那些想获得高清晰度视网膜图像的临床医生来说却是一个问题。由于像差会降低图像质量,因此,眼科医生若想获得所需     

视标引导的自适应光学眼底成像视场精确定位

自适应光学眼底相机,由于较高的成像分辨率和人眼等晕角的存在,单次成像的视场被限制在1左右。必须实现单个视场的精确定位和多个视场的图像拼接,才能得到完整的眼底图像。为了精确定位,文中分析视标引导成像视场的原理,设计了新型的视标引导系统。平行光照明视标,并通过透镜聚焦于人眼瞳孔中心,这样能够精确测量眼底成像视场的位置。基于此搭建的自适应光学系统可在22.6的眼底范围内成像,精度达到0.003。这套系统成功实现了单个细胞的追踪和眼底血管的大视场拼接,这将有益于液晶自适应光学系统在临床眼科的应用和推广。     

用液晶可降低自适应光学系统的造价

自适应光学是正在走向成熟的一门科学 ,在很多实验室和外场实验中已证明其不凡的功效。目前其主要应用目标是穿越大气层的卫星监控和天文观测。传统波前矫正系统的高昂造价使这项技术仅能用于经费充足的实验室。液晶型空间光调制器 (SL M)的新进展使人们用得起这种技术 ,也开辟了新的应用可能。天文成像用传统自适应光学系统要求天文数字的造价。这些系统使用昂贵的变形镜 ,它带有数百块压电晶体执行元件 ,每块执行器的价格高达 2 0 0 0美元。这种系统的性能优越 ,而其高昂价格却限制了它的工业和医疗应用。与变形镜形成对照 ,每个液晶空…     

液晶降低了自适应光学系统的成本

自适应光学是一种逐渐成熟、完善的科学技术,并已经证明它在很多实验室和公开场合下是很有应用价值的.通常情况下,自适应光学主要应用于卫星监测和天文学领域内实现通过大气层的成像.但由于昂贵的波前校正系统,即或对于一些得到充分资助的研究实验室来说,对这种技术的使用也受到一定的限制.然而新颖先进的液晶空间光调制器(spatial light modulator,SLM)使这一技术降低了成本,并开拓了一些新的应用可能.天文成像中使用的传统自适应光学系统的价格可称得上是一个天文数字.这些系统中使用了一些价格昂贵的可变形反射镜,并带有成百个压力制动的元部件,而每个制动部件的价格都高达2000美元.尽管系统的性能是极其优秀的,但其高昂的价格限制了它在工业和医学领域开拓应用范围.与变形镜的情况相反,每个液晶SLM部件的价格却     

基于液晶自适应透镜的设计与制作

详细论述了液晶透镜的设计理论,并在前人已有的工作基础之上改进制作工艺,得到新型单圆孔电极的液晶透镜。与现在已有的单圆孔电极液晶透镜制作工艺相比,改进体现在:使用光刻和盐酸腐蚀的方法,刻蚀ITO基板得到了具有直径为2mm的圆孔图案的上电极;使用聚酰亚胺取代玻璃作为绝缘层。新型透镜的特性是,工作电压可以低至1.1Vrms,焦距范围为20~480mm,响应时间可达到亚毫秒量级,而在500~1100nm范围内透过率稳定在80%以上。通过实验进一步表明:该液晶透镜的点扩展函数(PSF)与理论值接近,且焦距与工作电压成反比例关系。     

温度对液晶波前校正器响应速度及LUT的影响研究

温度起伏会对液晶器件的相位调制特性、响应速度有影响,从而影响自适应光学系统中的液晶波前校正器的相位调制精度。针对该问题,本文研究了温度对512×512像素的硅基液晶波前校正器(LCOS)的LUT(look-up table)的影响,正是由于LUT的变化导致其相位调制特性不同;实验测量了不同温度下LCOS的时间和相位响应特性,由此计算了对应的LUT,利用最小二乘拟合方法对得到的数据进行拟合,给出了16～26℃范围内的关系式,利用此关系式可以获得该温度范围内不同温度下合理的LUT。我们在LCOS上施加闪耀光栅灰度图后,对不同LUT下入射光束的衍射效率分别进行测量,结果表明我们利用关系式内对应温度下的LUT取代LCOS中固定值的LUT方法可以克服温度的起伏带来的影响,提高LCOS的相位调制能力。本方法对于液晶器件在自适应光学、显示等领域的应用也有帮助。     

GPU计算液晶自适应光学波前重构的并行性研究

研究了图形处理器(GPU)计算液晶自适应波前重构的并行性。介绍了液晶自适应光学的Zernike模式波前重构算法,论述了GPU的通用架构和GPU实现波前重构的方法。在此基础上提出了利用GPU拥有的RGBA4个颜色通道进行并行计算,进一步加快计算速度,最后给出了实验结果。结果表明:在GPU计算波前重构时,利用RGBA颜色通道的并行计算,将计算速度提高了3倍多。     

可扩展式自适应光学系统波前处理器的硬件设计

为满足大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理的需求,需设计千单元的自适应波前处理系统.为此提出了一种可扩展式的自适应光学系统波前处理器.系统由波前处理主板和波前处理子板组成,每块波前处理主板可扩展10块波前处理子板.整个系统可以完成2 000帧/s的实时波前图像的采集、子孔径斜率的计算、波前拟合和1 200...     

自适应光学系统中人造信标的参数设计

信标的亮度和尺寸直接影响波前传感器的最终精度, 因此也影响了自适应光学系统对大气的矫正效果。给出了信标参数与自适应光学系统校正效果（斯特列尔比）之间的关系, 考虑信标在运动目标中的应用, 还给出了在自适应光学校正效果相同的情况下, 人造信标与合作信标之间的等效性关系。     

基于空间光调制器的光学显微成像技术

空间光调制器(SLM)是一种对光波的光场分布进行调制的元件。它广泛应用于光信息处理、光束变换和输出显示等诸多应用领域。随着高分辨率空间光调制器在光学显微成像系统中的应用,大大提高了显微振幅和相位样品显微成像的分辨率和对比度,不仅能够实现各种传统的相位显微技术,而且能够灵活地以更复杂的相位调制方式实现新的显微成像。在光学显微系统中,SLM不仅用以控制样品照明光束,同时能作为空间傅里叶滤波器用于成像光路,综述了SLM在光学显微系统中的多种灵活应用。     

斜入射液晶空间光调制器的特性

用读出光斜入射到液晶空间光调制器(LC-SLM)的读出面,是一种有效的提高空间光调制器(SLM)读出效率的方法。测量了读出光以不同角度入射到液晶空间光调制器的读出面上时,相位调制深度与写入光强的关系、衍射效率与二值光栅对比度的关系。得到随着入射角度的增加,最大相位调制深度减小,而衍射效率变化并不明显。在45°时有最大相位调制深度2.0936π和35.4%的正一级衍射效率。     

基于液晶空间光调制器的涡旋相位恢复检测系统像差

提出一种基于液晶空间光调制器对涡旋相位进行相位恢复的方法,这有别于传统相位恢复算法。实验中利用液晶空间光调制器产生光学涡旋,再利用CMOS摄像头来捕捉涡旋光斑。采用改进的GS算法对系统相位进行恢复,算法中入射液晶面光振幅与随机输入相位结合进行迭代计算恢复液晶波阵面。因为程序经过多次迭代计算均恢复出涡旋相位,故证实该方法可进行相位恢复。通过计算得出系统的像差,同时利用泽尼克多项式对系统像差进行了定量分析。     

基于空间光调制器的灰度掩模制作系统

提出了基于空间光调制器的灰度掩模制作新方法。分析了该方法的基本原理，构造了相应的实验系统。同时制作了闪耀光栅、菲涅耳透镜以及Dammann光栅等二元光学器件的灰度掩模。该方法采用逐个图形曝光的方式使其具有内在的并行特性，可大大提高灰度掩模的制作速度和精度，并降低生产成本。     

LC-SLM调制传递函数的实验研究

根据液晶空间光调制器调制传递函数的定义和测量方法,建立了测量LC-SLM调制传递函数的实验系统,对EPSON 0.9 in L3D09H-41C00型液晶空间光调制器的调制传递函数进行了测量,得到了调制传递函数曲线,并对实验测量结果进行了分析和讨论.