利用视标和波前数据的NCSF测量

搭建了基于波前像差的神经对比敏感度测定系统,利用Hartman-Shack波前像差传感器测量人眼波前像差,以及高空间频率的对比敏感度测量仪测量全视觉对比敏感度函数,进而得到人眼的神经对比敏感度.和传统激光干涉方法测量神经对比敏感度相比较,本文的测定方法,避免了激光干涉所产生的相干噪音和激光散斑不利因素,并且可以得到白光神经对比敏感度NCSF.对不同人眼分别对绿光和白光视网膜神经对比敏感度进行了测定,测试结果表明:在同等亮度下,绿光的神经对比敏感度远高于白光神经对比敏感度;绿光和白光的对比敏感度曲线的最大值出现在空间频率为8c/deg附近,而其神经对比敏感度曲线的最大值出现在相对高一些12c/deg附近的空间频率上.     

利用视标和波前数据的NCSF测量

搭建了基于波前像差的神经对比敏感度测定系统,利用Hartman-Shack波前像差传感器测量人眼波前像差,以及高空间频率的对比敏感度测量仪测量全视觉对比敏感度函数,进而得到人眼的神经对比敏感度.和传统激光干涉方法测量神经对比敏感度相比较,本文的测定方法,避免了激光干涉所产生的相干噪音和激光散斑不利因素,并且可以得到白光神经对比敏感度NCSF.对不同人眼分别对绿光和白光视网膜神经对比敏感度进行了测定,测试结果表明：在同等亮度下,绿光的神经对比敏感度远高于白光神经对比敏感度|绿光和白光的对比敏感度曲线的最大值出现在空间频率为8 c/deg附近,而其神经对比敏感度曲线的最大值出现在相对高一些12 c/deg附近的空间频率上.     

基于个体眼光学结构的波前眼镜设计

提出一种在个体眼光学结构基础上根据波前数据设计波前眼镜的新方法。建立了个性化的眼光学结构,并将眼球和镜片视为统一的镜一眼光学系统,用光学设计的优化方法给出镜片的结构数据,并分析了±7°视场和眼球旋转±20°时,该镜一眼系统的成像情况。与波前拟合的方法相比,该方法设计的波前眼镜离焦差为（-0．057±0．015）m^-1,像散差为（0．015±0．013）m^-1散光轴位差为（0．100±0．316）°。镜一眼系统的矫正视力均大于1．25,其中8只被试眼的视力可达1．5以上。10只被试眼在转动±20°情形下的0°视场成像相比于直视的情况均略有下降,而7°视场的成像质量相比于直视的情况下降则更为明显。由该方法给出的验光结果客观可信,可用于对佩戴波前眼镜后人眼的视觉质量的预先评估。     

基于个性化人眼模型的大视场波像差特性的研究

大视场波前像差对人眼光学系统的影响不容忽视。运用Zemax光学设计软件分别为8只正常人眼构建了个性化的人眼模型,该人眼模型由实际测量的人眼波前像差数据、角膜地形数据及眼内各部分轴向间距数据优化得来,与个体人眼具有相同的光学特性。在此基础上,分析了人眼颞侧方向0°,10°,20°,30°,40°,50°视场的离轴像差随视场角的变化趋势,得出边缘视觉比中央视觉质量差主要来源在于像散与彗差。四阶以上的高阶像差随着视场角的改变,变化不大。将个性化人眼模型计算得到的大视场波前像差值与用哈特曼夏克(Hartmann-Shack)波前传感器实际测量得到的人眼像差值相比较,两者结果相吻合。     

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。     

人眼波前像差的动态特性研究

人眼波前像差随时间涨落会引起人眼光学性能和视觉功能的改变.采用改进的HartmannShack波前传感器人眼像差仪对10只屈光度为0D~-5.0D、直径为3mm和6mm的人眼瞳孔的波前像差进行测量,其中每只人眼在5s内连续测量125次,测量频率为25Hz.为确定测量过程中是否引入人为像差,对人造眼3mm和6mm瞳孔的动态波前像差进行测量比对.结果表明:所测量的10只人眼3mm和6mm瞳孔总的Zernike波前像差均方根涨落幅度的平均值分别为0.087μm和0.105μm,均大于Marechal衍射极限;Zernike第3阶到第7阶波前像差均方根涨落幅度随像差阶数的递增而下降,涨落幅度为0.06~0.02μm;人眼波前像差的涨落频率达6Hz.     

适用于波前处理器的自适应光学系统非共光路像差补偿方法

提出了一种适合硬件形式波前处理器的非共光路像差校正方法.讨论了非共光路像差的产生原因和运用相位差异技术检测非共光路像差的方法.根据波前处理器的工作流程,推导了将非共光路像差折算到波前探测器参考点偏移量的算法,编写了实现算法的主控计算机软件模块.在望远镜光路中以光源为目标开展实验,用本文算法校正后,目标能量集中度提高了17.6%,证明了该方法的可行性.     

Shack-Hartmann波前传感器在光学检验中的应用

介绍用于光学检测的Shack-Hartmann(S-H)波前传感器,以及相应的检测实验结果。在实验室内,通过与Zygo干涉仪的测量结果对比,得出传感器的测量精度优于/50 RMS(=632.8 nm)。在外场利用星光作为光源,对口径1 m、焦距11 m的望远镜进行了系统波像差检验,测量结果为0.39~0.46RMS之间,并随着俯仰角的增加而增大,主要像差形式为三阶像散。     

空间光学的发展与波前传感技术

摘要：进入21世纪，国际上一些发达国家和有关部门都已制定了空间发展战略规划，如美国航空航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）和俄罗斯政府相关部门等都提出空间发展战略规划，这些规划提出了今后一段时间内空间科学要解决的问题和发展的方向，而解决这些问题并推进空间技术的发展很大程度上依赖于先进的光学和无线电望远镜及仪器设备。因此，本文介绍本世纪初国际上空间科学应用的大型天文望远镜的发展情况，重点描述了大口径光学望远镜的光学系统以及实现这类天文望远镜的关键技术之一一波前传感技术。     

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.     

基于近红外光谱的人眼像差校正系统中变形镜性能对比研究

对比分析了基于近红外光谱的人眼像差校正系统中两种微机械薄膜变形镜(OKO37单元和BMC140单元)的结构特征和空间特性,着重对变形镜的影响函数进行了主成分研究,建立了变形镜电压控制模型,并通过调整参数d确定变形镜最优控制模式。最后对Zernike单位模式波前像差和Thibos模式人眼波前像差进行拟合仿真实验,结果表明BMC140单元变形镜对Zernike各阶模式的拟合能力均为OKO37单元变形镜的2倍以上。对RMS均值为0.683λ(λ=0.785 μm)的Thibos模式人眼像差,BMC变形镜校正后残余像差RMS值为0.063λ,达到了光学系统的衍射极限(λ/14)。而OKO变形镜由于受相邻电极交连值大、电极分布密度小等因素的影响,其校正能力不及BMC变形镜,残余像差RMS值为0.168λ。本方法也可用于其他种类变形镜的性能评估。     

用显示器测量人眼衬比度敏感函数

人眼视觉系统(HVS)特性是图像显示、处理和理解等理论与技术的重要依据,衬比度敏感函数(CSF)是描述视觉系统空间特性的主要指标之一。显示器作为图像信息输出的主要设备,显示器环境下人眼衬比度敏感函数数据更有实际应用价值。研究用阴极射线管(CRT)显示器测量人眼亮度衬比度敏感函数,详细描述采用10 bit图像显示卡产生亮度条纹衬比度达到人眼阈值的方法,提出采用多衬比度交互阈值确定(MITD)衬比度阈值的心理物理学实验方法。对矩形条纹的平均亮度10 cd/m26、0 cd/m29、0 cd/m2三个等级,0.41 cpd,0.82 cpd,1.23 cpd,1.97 cpd,3.08 cpd,3.79 cpd,4.93 cpd,7.04 cpd,9.86 cpd,16.43 cpd,24.64 cpd 11个空间频率和12名正常视力的青年进行了测量。测量结果与国内外采用光学装置方法测量结果进行了比较和讨论。     

Measurement of Wave-Front Aberrations in Lithography Lenses with an Overlay Inspection Tool

Measurement methods using overlay inspection tools have been established for wave-front aberrations in optical lithography lenses used for integrated circuit manufacturing. Three-beam interferometry and asymmetric two-beam interferometry can transform the wave-front aberrations at selected points on the lens pupil to lateral image shifts for fine grating objects. A technique of overlapped exposures makes the image shifts of inner lines of the grating images optically measurable, even if the images are too fine to be resolved optically. These methods are available in the fields of integrated circuit manufacturing and lithography tool assembling. This paper sums up measurement methods for wave-front aberrations. It is experimentally estimated that the methods are equally matched with the phase measuring interferometry widely used in the tool assemblies respecting accuracy and precision.This paper was originally presented at the 2nd International Conference on Optical Design and Fabrication, ODF2000 which was held on November 15–17, 2000 at the International Conference Center, Tokyo, Waseda University, Japan.     

Measurement of Wavefront Aberration of Human Eye Using Talbot Image of Two-Dimensional Grating

The measurement of human ocular aberration is now frequently performed because of the increase in refractive surgery on the human cornea. The Hartmann-Shack (H-S) wavefront sensor is considered to be the most useful wavefront sensor, and a calculation method for wavefront aberration has been established. New methods of measuring wavefront aberrations of human eyes, using the Talbot image of a two-dimensional grating as a wavefront sensor and local shift of the Talbot image to calculate tilt of the wavefront are shown. The shift of the Talbot image was determined by comparing the phases of fundamental spatial frequency between the grating and the local patch of the Talbot image by Fourier transformation. The actual experiment was performed using a modified commercially available wavefront analyzer. Using these methods, Talbot images were obtained from model eyes and a human eye, and wavefront shapes were successfully reconstructed. Wavefront aberrations can be measured even when the obtained image is degraded by defocusing or scattering.     

基于波前像差的视网膜空间像调制度测定

提出了一种计算复色光下人眼视网膜空间像调制度的方法.利用Hartmann-Shack波前传感器测量的波前像差数据，求得眼睛光学系统的调制传递函数；利用CSV-1000测试仪和VAF-1000视锐度测试仪分别测量同一只眼睛的全眼对比敏感度函数以及视锐度，由调制传递函数、对比敏感度函数以及视锐度之间的关联获得复色光下人眼视网膜空间像调制度曲线.结果表明：视网膜空间像调制度曲线与眼光学系统的调制传递函数无关，并且正常人眼（无视网膜疾病）的视网膜空间像调制度值相近.因此多眼的空间像调制度曲线的统计平均值可以作为标准，用来评判人眼视网膜及视神经疾病.     

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。     

Reconstruction of the Point-Spread Function of the Human Eye Using a New Phase-Retrieval Algorithm

The double-pass method is thought to obtain the point spread function (PSF) in human eyes based on two techniques: the symmetric double-pass method using the same pupil size and the asymmetric double-pass method using a different pupil size. The symmetric double-pass method provides autocorrelation of the retinal PSF and, thus, the modulation transfer function. The asymmetric double-pass method provides low-frequency partial-phase information and the partial phase-retrieval algorithm is applied to obtain the complete-phase information, and to estimate the PSF. The partial phase-retrieval algorithm is based on the iteration method proposed by Fineup and Kowalczyk and requires a lengthy computation. In this study, we propose a new high-speed phase-retrieval algorithm based on the property that the real and imaginary parts of optical transfer functions (OTFs) continuously change in value.     

用于复色哈特曼人眼波像差测量的折/衍混合调焦系统

设计了一个折/衍混合多色调焦系统,可用于哈特曼波前传感器测量不同波长下人眼的波像差.系统由两片折射透镜和一个二元衍射面构成,焦距调整范围为－200～200 mm.系统性能达到衍射受限,在0.488～0.655 μm波长范围内,焦点色位移小于3 μm.整个系统结构简单、紧凑,同哈特曼波前传感器相匹配,可用于普通人群眼波像差的测量.