Измерение и воспроизведение аберраций для расширения зоны изопланатизма глаза (1102997), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для проведенияэтого эксперимента глаз помещается в жидкую иммерсионную среду,которая нейтрализует рефракцию передней поверхности роговицы итем самым компенсирует искажения, вносимые ею в оптическуюсистему глаза. Для этого сначала измерялись аберрации глаза в целом,а потом на пациента надевались плавательные очки, в которыхпространство между вершиной роговицы и поверхностью очковзаполнялось жидкостью с показателем преломления равнымпоказателю преломления. Аберрации внешней поверхности роговицырассчитывались вычитанием из аберраций оптической системы глаза в8целом аберраций внутренней оптики. Результаты послойногоизмерения аберраций для одного из пациентов представлены на рис.1(б).
Как видно из этого рисунка, амплитуда аберраций глаза в целомменьше амплитуды аберраций составляющих его элементов.В параграфе 3 проводится исследование динамических свойствфлуктуаций аберраций глаза. Для этого в течение нескольких секунд счастотой 50 Гц проводились измерения флуктуаций аберраций глаза.Затем на основании этих измерений рассчитывался спектр флуктуацийкак Фурье-преобразование от временной зависимости аберраций.На рис. 2 представлена спектральная плотность временныхфлуктуаций аберраций глаза (RMS).
Из рисунка видно, что для частот,превышающих 5 Гц, спектр мощности флуктуаций аберраций глазаубывает примерно на четыре порядка.Рис. 2. Спектр флуктуаций аберраций для пациентаАД(правый глаз).Третьяглавапосвященасозданиюрасчетныхиэкспериментальных моделей, воспроизводящих измеренные в главе 1аберрационные свойства глаза. В параграфе 1 предлагаетсядинамический имитатор (модель) глаза, главной особенностьюкоторого является способность воспроизводить осевые аберрацииглаза в режиме реального времени. В качестве активного оптическогоэлемента, формирующего необходимый профиль поверхностиволнового фронта, берется гибкое биморфное 18-ти электродноезеркало.
Для тестирования имитатора глаза был собран стенд,который, помимо непосредственно имитатора включал в себя датчикволнового фронта Шака-Гартмана для измерения воспроизводимого9волнового фронта. Напряжения, подаваемые на биморфное зеркало,GGGподавались по следующему алгоритму Vn = Vn -1 + (R T R) -1 R T Δm n ,Gздесь Vn - вектор напряжений, подаваемых в момент времени tn , R –матрица, характеризующая функции отклика биморфного зеркала,GΔm n - разность между локальными наклонами воспроизводимого иизмеренного волнового фронта.
Управляющие сигналы подавались назеркало с частотой 10 Гц, что обеспечивало корректноевоспроизведение аберраций на частотах до 5 Гц. Качествовоспроизведения аберраций оценивалось по величине остаточнойошибки: e(t ) =M∑ (a (t ) − A (t ))i =1i2iгде ai(t) - коэффициенты приполиномах Цернике, которые воспроизводило зеркало, Ai(t) коэффициенты, при полиномах Цернике, характеризующие аберрацииглаза пациента в соответствующий момент времени.
Усредненная повремени ошибка воспроизведения аберраций семи глаз не превысила0.08 мкм.В параграфе 2 предлагается расчетная модель глаза, корректноописывающая распределение аберраций между хрусталиком ироговицей, а такжевнеосевое поведение аберраций глаза,экспериментально измеренное для каждого изобследуемыхпациентов. За основу бралась модель Гульстранда-Наварро.Для того, чтобы корректно воспроизвести экспериментальноизмеренные внеосевые аберрации каждого глаза, при моделированиимы изменяли значения смещений, наклонов роговицы и хрусталика,варьировали смещение зрачка, значения радиусов кривизныповерхностей и значения конических констант. При этом былаполучена зависимость среднеквадратичного отклонения волновогофронта от положения опорного источника, качественно совпадающаяс экспериментально измеренной зависимостью (см.
рис.3).Для того, чтобы получить заданное распределение аберрациймежду оптическими элементами глаза на его оси, при моделированиидополнительно вносились искривления поверхностей роговицы ихрусталика.Нарис.4приводятсяинтерферограммы,экспериментально измеренных (а) и воспроизведенных моделью10осевых аберраций(б). Среднеквадратичное отклонение двух волновыхфронтов представленных на рис. 4(а) и (б) составило 0.08 мкм.В четвертой главе на основании проведенного исследованияповедения осевых и внеосевых аберраций проводится исследованиеэффекта анизопланатизма оптической системы глаза. Параграф 1Рис. 3.Зависимость остаточной ошибки коррекции от положенияопорного источника. Показаны экспериментальные данныеи результаты для модели глаза пациента АД.(а)(б)Рис.4. Экспериментально измеренные (а) и смоделированные (б)аберрации на оси правого глаза пациента АД.11посвящен коррекции аберраций глаза с помощью гибкого биморфногокорректора.
Результаты свидетельствуют о том, что использованиеподобного типа корректоров позволяет успешно компенсироватьаберрации пациентов с амплитудой аберраций до 4.5 мкм. Остаточнаяошибка коррекции всех обследованных пациентов не превысила 0.1мкм, то есть использование биморфных зеркал подобного типапозволяетполучатьфактическидиффрационно-ограниченноеизображение на оси системы.
Однако, даже в случае полнойкомпенсации аберраций глаза можно получить изображение глазногодна с высоким разрешением лишь в пределах небольшой области,называемой зоной изопланатизма. Для определения углаизопланатизма глаза в параграфе 2 проводится расчет остаточнойошибки коррекции для разных участков глазного дна в случае, еслиаберрации в центре полностью скорректированы. Полагалось, чтоесли остаточная ошибка коррекции аберраций волнового фронта,распространяющегося от какого-либо участка глазного дна непревышает 1 рад, то этот участок находится в пределах зоныизопланатизма.
На основании измерений, представленных в главе 2,был рассчитан размер зоны изопланатизма для пяти пациентов.Результаты представлены в таблице 1.___________________________________________________________ПациентАБАКАДРЛСГ___________________________________________________________Зона изопланатизма 2.4±0.1º 1.5±0.1º 2.5±0.2º1.6±0.1º2.8±0.1º___________________________________________________________Таблица1. РазмерзоныизопланатизмаДляидеальногоглаза,которыйзадавался. моделью ГульстрандаДля идеального глаза, который задавался моделью ГульстрандаНаварро, размер зоны изопланатизма составил 3.4°.
Тот факт, чторазмер зоны изопланатизма для модели идеального глаза превышаетразмер зоны реального глаза объясняется наличием разъюстировкиоптических элементов глаза: наклонов, смещений, искаженийоптических элементов.В параграфе 3 предлагаются различные методы расширениязоны изопланатизма глаза. Изучение их эффективности проводится сиспользованием разработанных статических моделей глаза.
В начале12параграфа исследуется возможность использования дисперсионныхсвойств оптической системы глаза для расширения его зоныизопланатизма. Однако, как показали проведенные исследования,такой метод является малоэффективным и в пределах точностиизмерения не дает расширения угла изопланатизма.Далее рассматривается метод расширения зоны изопланатизма сиспользованием двух корректоров, каждый из которых компенсируетаберрации какого-то определенного слоя. Такой метод даетзначительное расширение зоны изопланатизма (в 5.5-6.5 раза) вприложениях атмосферной оптики.
Суть метода заключается в том,что два (или более)корректора помещаются в плоскости,сопряженныетурбулентнымслояматмосферы.Однако,использование этого метода для человеческого глаза привело кнезначительному расширению угла изопланатизма глаза. Это связанопрежде всего с тем, что хрусталик и роговица являются толстымиасферическими элементами, волновой фронт, проходящий через них,приобретаетдополнительныеаберрации–дефокусировку,астигматизм, кому. Амплитуда этих аберраций возрастает вместе сувеличением угла падения волнового фронта, поэтому данныеаберрации невозможно скорректировать с помощью двух тонкихкорректоров, помещенных в плоскости, сопряженные хрусталику ироговице.Затем рассматривается метод коррекции по средней фазе.Данный метод расширения поля зрения адаптивных системзаключается в усреднении фазы, соответствующей несколькимопорным источникам и последующей компенсации усредненной фазыкорректором волнового фронта.
На рис.5(а) представлен графикзависимости ошибки коррекции аберраций глаза от положенияопорного источника для различных случаев. Квадратами обозначенслучай одного опорного источника, расположенного в центресетчатки. Ошибка коррекции идеальным корректором по усредненнойфазе от двух источников, расположенных в -1º и 1º обозначенакругами.
Видно, что методом коррекции по средней фазе можнодобиться равномерной коррекции искаженного изображения вбольшей области, но при этом внутри этой области качествокоррекции хуже, чем в случае одного опорного источника. Видно, чтодля данного пациента (АД) размер зоны изопланатизма был увеличенс 2.5° до 4.2°. Для пациентов АБ и РЛ размер зоны изопланатизма13увеличился с 2.4° и 1.6° до 3.0° и 2.3° соответственно. Для моделиглаза Гульстранда –Наварро данная методика дала увеличение зоныизопланатизма с 3.4° до 4.8°. Таким образом, метод коррекцииаберраций по средней фазе позволяет расширить размер зоныизопланатизма глаза, однако, главным недостатком этого методаявляется то, что при его использовании ухудшается качествоизображения в центре глазного дна.θ 0 = 2.6 Dθ 0 = 2.6 Dθ 0 = 4.2 Dθ 0 = 4.8 D(а)(б)Рис.
5. Зависимость ошибки коррекции от положенияопорногоисточника(а) с использованием методакоррекции по средней фазе (пациент АД), α 1 и α 2 угловые координаты двух опорных источников; (б) сиспользованиемметоданейтрализациивнешнейповерхности роговицы.В работе предложен новый метод расширения зоныизопланатизма, основанный на нейтрализации преломляющей силыроговицы при помещении ее в иммерсионную жидкость.
При этоманизопланатизм оптической системы глаза обусловлен лишьанизопланатизмом внутриглазной оптики. Результаты приведены нарис.5(б). Показаны графики зависимости остаточной ошибкикоррекции в случае обычной коррекции (с использованием одногоопорного источника в центре глазного дна) и в случае нейтрализациирефракции роговицы. Видно, что зона изопланатизма значительнорасширяется. Ее размер был увеличен в 1.9, 1.8 и 1.5 раза дляпациентов АБ, АД и РЛ соответственно. Для модели глазаГульстранда-Наварро расширенный размер зоны изопланатизма14составил 6.1°(т.е. был увеличен в 1.8 раза). При этом в отличие отметода коррекции по средней фазе не происходит увеличенияостаточной ошибки в центре глазного дна. Таким образом,предложенный метод позволяет значительно увеличить размер зоныизопланатизма и может быть использован для расширения полязрения фундус-камер.В заключении сформулированы основные результатыдиссертационной работы:• Был проведен анализ ошибок, возникающих при измеренииаберраций глаза методом Шака-Гартмана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
