Формирование пространственных распределений и коррекция аберраций световых полей методами адаптивной оптики (1097960), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В первой частипараграфа §4.2.3. предлагается динамический имитатор (модель) глаза,содержащий гибкое биморфное зеркало. Уникальность предложенной моделизаключается в том, что в отличие от всех существующих имитаторовоптической системы глаза, она может воспроизводить флуктуации аберрацийглаза в режиме реального времени. Как показали эксперименты, ошибкавоспроизведения различных аберраций может несколько меняться от пациентак пациенту, что связано с разной амплитудой и структурой воспроизводимыхфазовых искажений, однако в большинстве случаев ошибка не превышает λ/10мкм, при этом каждая аберрация в отдельности воспроизводится с точностью,превышающей λ/20 мкм.(а)(б)Рис.
13. Флуктуации аберраций человеческого глаза во времени: (а) - флуктуации амплитудысуммарных аберраций (RMS), (б) - пример спектра флуктуаций аберраций (пациента РЛл).В главе 4 приведены результаты построения моделей глаза, корректноописывающих распределение аберраций между внутриглазной оптикой ироговицей, а также внеосевое поведение аберраций глаза, экспериментальноизмеренные для каждого из обследуемых пациентов. За основу бралась модельчеловеческого глаза Гульстранда-Наварро. При моделировании оптическойсистемы конкретного глаза мы изменяли значения смещений, углов поворотароговицы и хрусталика, варьировали положение зрачка, значения радиусовкривизны поверхностей и стремились получить поведение внеосевыхаберраций, качественно повторяющее результаты эксперимента для каждогоконкретного глаза.
При этом была получена зависимость среднеквадратичногоотклонения волнового фронта от положения опорного источника, совпадающаяс экспериментально измеренной зависимостью в пределах точности измерений.Параграф 4.2.4 посвящен коррекции аберраций глаза адаптивнымзеркалом. Коррекция внеосевых аберраций глаза непосредственно связана с24проблемой расширения зоны изопланатизма оптической системы глаза.
Этапроблема тесно связана с получением изображения глазного дна с хорошимразрешением в большом телесном угле.Вначале параграфа рассмотрен вопрос коррекции осевых аберрацийизмеряемых пациентов гибким биморфным 18-ти электродным зеркалом.Результаты для 6 из них показаны на рис. 14. Из измеренных пациентов у РЛбыла близорукость 1.7 Дптр, и 1.4 Дптр на правом и левом глазусоответственно, у пациента ИИ близорукость составляла 1.2 Дптр. Остальныеобладали умеренной рефракцией менее 0.5 Дптр. Для пациентов РЛ и ИИостаточная ошибка коррекции составила около 0.1 мкм, для остальныхпациентов – не более 0.05 мкм, что говорит о высоком качестве компенсацииаберраций. Таким образом, результаты динамической коррекции аберрацийглаза с помощью биморфного зеркала продемонстрировали, что использованиеподобного типа корректоров позволяет успешно компенсировать аберрациипациентов с амплитудой аберраций до 4.5 мкм.
Остаточная ошибка коррекциидля всех шести пациентов не превысила 0.1 мкм, то есть использованиебиморфныхзеркалпозволяетполучатьдифракционно-ограниченноеразрешение изображения глазного дна вдоль направления коррекции.Вторая часть параграфа посвящена коррекции внеосевых аберрацийчеловеческого глаза или, иными словами, расширению зоны изопланатизмачеловеческого глаза. Зона изопланатизма человеческого глаза определялась, какобласть, в которой остаточная среднеквадратичная ошибка коррекции меньше 1рад2. Остаточная ошибка коррекции в 1 рад2 соответствует числу Штреля,равному 0.37. Используя этот критерий, мы провели расчеты размера зоныизопланатизма человеческого глаза. При этом предполагалось, что корректорявляется идеальным, то есть, способен полностью компенсировать волновой(а)(б)Рис. 14. (а) - среднеквадратичное отклонение волнового фронта от плоского до и послекоррекции; (б) – число Штреля с коррекцией и без с учетом только полиномов Церникевысших порядков.25фронт от опорного источника.На рис.
15 показана зависимость числа Штреля для волнового фронта,распространяющегося от различных участков сетчатки. Число Штреля2рассчитывалось по формуле s (α ) = exp − σ (α ) , где σ(α)2 – остаточная ошибкакоррекции волнового фронта, распространяющегося в направлении α. Всоответствии с этим критерием был оценен размер зоны изопланатизма длякаждого из пациентов. Размер зоны изопланатизма для этих моделей глазасоставил 2.4°, 2.6° и 1.7° для пациентов АБ, АД и РЛ соответственно. Размерзоны изопланатизма для модели глаза Гульстранда-Наварро (см. рис.15)составил 3.4°.
Тот факт, что размер зоны изопланатизма для модели реальногоглаза превышает размер зоны для идеальной модели объясняется наличием вглазу элементов разъюстировки: наклонов, смещений, искажений оптическихэлементов.Далее нами рассматривались различные методики расширения зоныизопланатизма человеческого глаза. Первый рассмотренный метод, такназываемая коррекция по средней фазе, заключается в усреднении фазы,соответствующей нескольким опорным источникам, и последующейкомпенсации усредненной фазы корректором волнового фронта. На рис.16представлен график зависимости ошибки коррекции от положенияизображаемой точки для различных случаев. Видно, что методом коррекции посредней фазе можно добиться равномерной коррекции искаженногоизображения в большей области, но при этом внутри этой области качествокоррекции хуже, чем в случае одного опорного источника. Для данногопациента АД (рис.16(а)) размер зоны изопланатизма был увеличен с 2.5° до[]Рис.
15. Число Штреля для четырех пациентов. Горизонтальной линией показано числоШтреля, равное 0,37, что соответствует границе зоны изопланатизма.264.2°. Для пациентов АБ и РЛ размер зоны изопланатизма увеличился с 2.4° и1.6° до 3.0° и 2.3° соответственно. Также нами был рассчитан эффект откоррекции по средней фазе для модели Гульстранда- Наварро (рис.
16(б)).Размер зоны изопланатизма для модели был расширен с 3.4° до 4.8°, то естьпримерно в 1.4 раза. Следующий рассмотренный в диссертационной работеметод - коррекция с использованием двух корректоров, каждый из которыхкомпенсирует аберрации какого-то определенного слоя, дает значительноерасширение зоны изопланатизма (в 5.5-6.5 раза) в приложениях атмосфернойоптики. Однако использование этого метода для человеческого глаза привело кнезначительному расширению угла изопланатизма глаза. Это связано, преждевсего с тем, что хрусталик и роговица являются «толстыми» асферическимиэлементами, и световой пучок, проходящий через них, приобретаетдополнительные аберрации – дефокусировку, астигматизм, кому.
Амплитудаэтих аберраций возрастает вместе с увеличением угла падения пучка, поэтомуданные аберрации невозможно скорректировать с помощью двух тонкихкорректоров, помещенных в плоскости, сопряженные хрусталику и роговице. Всвязи с этим, нами был предложен метод расширения зоны изопланатизмапосредством нейтрализации преломляющей силы слоя роговицы припомещении ее в иммерсионную жидкость. Ожидалось, что при этом эффектанизопланатизма оптической системы глаза будет определяться лишьвнутриглазной оптикой, то есть влияние этого эффекта будет уменьшено. Нарис.17 показаны графики зависимости ошибки коррекции пациента АД в случаеиспользования одного корректора(а)(б)Рис.
16. Зависимость ошибки коррекции от положения изображаемой точки в методекоррекции по средней фазе (а) - для пациента АД; (б) – для модели глаза ГульстрандаНаварро при аналогичной геометрии опорных источников, α 1 и α 2 - угловые координатыопорных источников.27без нейтрализации роговицы (обычной коррекции) и в случае использованияиммерсионной жидкости. Видно, что размер зоны изопланатизмаувеличивается с 2,5 до 4,7 градусов. Для других обследованных пациентовданная методика позволяла увеличить размер зоны изопланатизма в 1.5-1.9 раз.На рис.
17(б) показан результат использования иммерсионной методики дляидеального глаза, который задавался моделью Гульстранда - Наварро. Размерзоны изопланатизма для модели был увеличен с 3.4° до 6.1°, то есть примерно в1.8 раза. При этом в отличие от метода коррекции по средней фазе, непроисходит увеличения остаточной ошибки в центре глазного дна.Предложенный метод по эффективности наиболее эффективным, так как онпозволяет значительно увеличить размер зоны изопланатизма, не увеличиваяпри этом ошибку коррекции в центре.
Для его реализации не нужно создаватьнесколько опорных источников на сетчатке, не требуется увеличивать числокорректоров или датчиков Гартмана. Поэтому такой метод может бытьиспользован расширения поля зрения фундус-камер.θ 0 = 2.5 oθ 0 = 3 .4 oθ 0 = 4.7 oθ 0 = 6.1o(а)(б)Рис.17. Результаты коррекции с нейтрализованной внешней поверхностью роговицы. (а)– для пациента АД, (б) - для модели глаза Гульстранда-Наварро.В приложении 1 приводится уточнение аналитического решениядеформации зеркала. В приложении 2 дается краткое описание проекционнойформулировки метода конечных элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
