介绍
E+ /Nicn= \foThLx 无论是在研究中还是通过工业设备开发后用于临床目的,Shack‑Hartmann
传感器被广泛应用于测量人眼所产生的
像差。
lAN&d;NU6Z g7zl5^o3j 原理
nYx
/q pbx*Y`v 这种装置的基本原理可以描述如下:光束聚焦在用作光扩散器的视网膜上,尽管出于安全考虑优选使用近红外进行测量,但光束的主要部分被这种复杂介质吸收。光的弱背向反射部分穿过人眼结构的不同元件,例如前房的玻璃体和晶状体以及后房的房水和角膜。每一个元件都会对眼睛出瞳处波前的形状产生影响。
+@rFbsyJ. E*YmHJ:k 下图描述了人眼的构造:
https://www.britannica.com/science/ human‑eye
,?8a3% xrg"/?84 光学系统将眼睛瞳孔和具有给定放大倍数的Shack‑Hartmann 传感器结合起来。下图显示了使用Shack‑Hartmann 传感器进行的人眼像差测量。
D)-LZbPa C'I&< HUx`RX0> Shack‑Hartmann 传感器由小
透镜阵列和位于小透镜焦距处的
成像传感器组成。每个小透镜通过评估成像传感器上的横向焦点位移来局部测量波前变形。
XY'=_5t ;KQU%
k$ Shack‑Hartmann 原理如下图所示:
https://en.wikipedia.org/wiki/Shack%E2%80%93Hartmannn_wavefront_sensor cNd&C'/N 0T`Qoo>u 该测量不能被视为绝对结果,而是被视为与参考波前(通常是平面波)进行比较的相对变形。然后根据每个小透镜发出的局部结果重建整个波前。Zernike多项式可用于区分和量化眼睛产生的像差类型。
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F;/ -9dZT 这种系统会产出一个在精度、灵敏度和动态范围之间折中的结果。例如,大的微透镜将提高系统灵敏度。但大型微透镜也意味着无法检测到透镜区域内波前的局部变化,这意味着结果精确度的损失。
$V87=_} {?yVA 为了获得像差波前的可靠重建,在OpticStudio中对系统进行建模有助于确定单个微透镜元素尺寸并评估系统对结果的影响。事实上,系统建模能够评估所选
镜头附加波前变形的潜在影响,并可能校准系统。
+ayC0 J,W$\V]p 对于建模来说,系统可以分解为三个部分:人眼建模、采集
光学系统和Shack-Hartmann传感器。本文将描述每个部分的建模以及评估系统性能的分析工具。
{"'M2w:|D1 s&E,$|80 在本文中,不会对将焦点聚焦到视网膜的注入部分进行专门建模,主要关注的是采集光学系统和传感器。
0cmd +` -- %XkO 第1部分:人眼建模
N*A*\B%{x' 已经提出了几种不同的方法来对如此排列复杂的人眼结构进行建模。此处使用的方法可在之前的文章中找到:
;T^s&/>E Ansys Zemax | 如何在 OpticStudio 中模拟人眼 $[X][[ 视网膜中心设置为物体位置(surface 0),光阑固定在眼睛瞳孔(surface 5)处,并根据外部环境给定直径在2到8mm之间变化。
)|=1;L ^|MS2' Pn9". 25OQY.>bE 后房玻璃体液的长度是造成视力异常的原因之一。多重结构编辑器可用于根据不同的屈光不正的情况来定义和跟踪系统属性。
,WE2.MWR fn<dr(Dx 11l=zv 第2部分:采集光学系统
]|3hK/ iFUiw& 在本文中,我们将使用参考文献中 Liang 的期刊论文中所示的设计。它描述了两种无焦系统。
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7>ph ~3s?.[}d q_[y|ETJ] 第一
望远镜被设定的焦距f1等于第一镜片到眼睛瞳孔的距离。
nq_$!aB_K RJ?)O#} 在第二望远镜中,焦距 f2和 f3 的选择方式应确保有合适的放大倍数,以便根据要检查的光瞳尺寸范围来调整 Shack‑Hartmann 传感器的尺寸。在第二望远镜的中间,第三个透镜的焦平面上有一个针孔,以消除背向散射光,特别是来自角膜的散射光,此类散射对系统产生的障碍较大。
\IQG%L{ 7u"Q1n(h/ 在两台望远镜之间可以进行视场映射,入射光瞳将与Shack‑Hartmann 共轭。在系统选项中设置:
7FH-l(W 在“孔径类型”下,孔径设置为“光阑尺寸浮动”。光阑表面即人眼瞳孔。
. gy:Pl]w 在系统孔径中,无焦像空间设置被勾选,因为我们正在处理两个无焦系统。
P.Tnq 在
光线瞄准下,光线瞄准设置为近轴,以便更可靠地填充光阑,特别是在高像差的情况下。有关此选项的更多信息,请参阅知识库文章如何使用光线瞄准。
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V 在高级下,参考OPD设置为绝对。为了比较眼睛瞳孔处和 Shack‑Hartmann 前方的波前变形,在两种情况下都根据平面评估波前。
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(7X Zemax 将设置连续的 Zernike 标准多项式作为像差表达方式。
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