Дифракционная аберрация: Что такое аберрации объектива. Виды аберраций

Дифракционная аберрация | это… Что такое Дифракционная аберрация?

Аберрации оптических систем — ошибки, или погрешности изображения в оптической системе, вызываемые отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической системе. Аберрации характеризуют различного вида нарушения гомоцентричности ^[1] в структуре пучков лучей выходящих из оптической системы.

Величины аберраций могут быть получены, как сравнением координат лучей, путём непосредственного расчёта по точным геометро-оптическим формулам, так и приближённо, с помощью формул теории аберраций.

При этом, возможно характеризовать аберрации, как критериями лучевой оптики, так и на основе представлений волновой оптики. В первом случае, отступление от гомоцентричности выражается через представление о геометрических аберрациях и фигурах рассеяния лучей в изображениях точек. Во втором случае, оценивается деформация прошедшей через оптическую систему сферической световой волны, вводя представление о волновых аберрациях.

Оба способа описания взаимосвязаны, описывают одно и тоже состояние, и различаются лишь формой описания.

Как правило, если объектив обладает большими аберрациями, то их проще характеризовать величинами геометрических аберраций, а если малыми, то на основе представлений волновой оптики.

Аберрации можно разделить на монохроматические, то есть присущие монохромным пучкам лучей, и хроматические.

Содержание 1 Монохроматические аберрации 1.1 Теория аберраций 1.2 Монохроматические аберрации третьего порядка 1.3 Монохроматические аберрации высших порядков 2 Хроматические аберрации 3 Примечания 4 Литература 5 См. также

Монохроматические аберрации

Геометрические аберрации внемеридионального (косого) луча.
AQ — внемеридиональный луч
P -входной зрачок
P’ — выходной зрачок

A’ ₀ — идеальное изображение точки A
A’ — реальное изображение точки A
δg’ и δG’ — отступления от идеального изображения.

Такие погрешности изображений присущи всякой реальной оптической системе, и принципиально неустранимы. Их возникновение объясняется тем, что преломляющие поверхности неспособны собрать в точку сколько-нибудь широкие пучки лучей, падающие на них под большими углами. Эти аберрации приводят к тому, что изображением точки является некоторая размытая фигура (фигура рассеяния), а не точка, что, в свою очередь, отрицательно влияет на чёткость изображения и нарушает подобие изображения и предмета.

Теория аберраций

Теория геометрических аберраций устанавливает функциональную зависимость аберраций от координат падающего луча и конструктивных элементов оптической системы — от радиусов её поверхностей, толщин, показателей преломления линз и т.д.

Монохроматические аберрации третьего порядка

Теория аберраций ограничивается приближённым представлением составляющих аберраций (δg ‘ и δG’ ) в виде ряда, члены которого содержат некие коэффициенты (суммы переменных) а₁, а₂,. ..а_k, зависящие только от конструктивных элементов оптической системы и от положения плоскостей объекта и входного зрачка, но не зависящие от координат луча. Так например, меридиональная^[2] составляющая аберрации третьего порядка может быть представлена формулой:

где и — координаты луча, входящие в качестве сомножителей членов ряда.

Число таких коэффициентов аберраций третьего порядка равно пяти и, как правило, они обозначаются буквами S_I, S_II, S_III, S_VI, S_V. Причём, в целях упрощения анализа, предполагают, что в формулах только один из коэффициентов не равен нулю, и определяет соответствующую аберрацию.

Каждым из пяти коэффициентов определяется одна из так называемых пяти аберраций Зейделя

1. S_I — сферическая аберрация
2. S_II — кома
3. S_III — астигматизм
4. S_VI — кривизна поля (поверхности) изображения
5. S_V — дисторсия.

В реальных системах отдельные виды монохроматических аберраций почти никогда не встречаются. В действительности, наблюдается сочетание всех аберраций, а исследование сложной аберрационной фигуры рассеяния методом выделения отдельных видов аберраций (любого порядка)- не более чем искусственный приём облегчающий анализ явления.

Монохроматические аберрации высших порядков

Пример сложных фигур рассеяния для осевого и наклонных пучков лучей (Sonnar 1:1.5).

Как правило, картину распределения лучей в фигурах рассеяния заметно осложняет то, что на комбинацию всех аберраций третьего порядка налагаются аберрации высших порядков. Это распределение заметно меняется с изменением положения точки объекта и отверстия системы. Так например, сферическая аберрация пятого порядка, в отличии от сферической аберрации третьего порядка, отсутствует в точке на оптической оси, но при этом растёт пропорционально квадрату удаления от неё.

Влияние аберраций высших порядков возрастает, по мере роста относительного отверстия объектива, причём настолько быстро, что, на практике, оптические свойства светосильных объективов определяются именно высшими порядками аберраций.

Величины аберраций высших порядков учитываются на основании точного расчёта хода лучей через оптическую систему (трассировки). Как правило, с применением специализированных программ для оптического моделирования (Code V, OSLO, ZEMAX и пр.)

Хроматические аберрации

Их возникновение обусловлено дисперсией оптических сред из которых образована оптическая система, т. е. зависимостью показателя преломления оптических материалов, из которых изготовлены элементы оптической системы, от длины проходящей световой волны. Могут проявляться в постороннем окрашивании изображения, и в появлении у изображения предмета цветных контуров, которые у предмета отсутствовали.

К этим аберрациям относятся хроматическая аберрация (хроматизм) положения, иногда называемая «продольным хроматизмом», и хроматическая аберрация (хроматизм) увеличения.

Так же к хроматическим аберрациям принято относить хроматическую разность сферических аберраций для лучей различных длин волн (так. наз. «сферохроматизм»), и хроматическую разность аберраций наклонных пучков.

Дифракцио́нная аберрация возникает вследствие дифракции света на диафрагме и оправе фотообъектива. Дифракционная аберрация ограничивает разрешающую способность фотообъектива. Из-за этой аберрации минимальное угловое расстояние между точками, разрешаемое объективом, ограничено величиной λ/D радиан, где λ — длина волны используемого света (к световому диапазону обычно относят электромагнитные волны с длиной от 400 нм до 700 нм), D — диаметр объектива.

В оптических системах полностью устранить аберрации невозможно. Их доводят до минимально возможных значений, обусловленных техническими требованиями и ценой изготовления системы. Иногда также минимизируют одни аберрации за счёт увеличения других.

Примечания

1. ↑ Гомоцентрическим (гомоцентричным) называется пучок световых лучей, испускаемых светящейся точкой или сходящихся в одной точке
2. ↑ То есть, лежащая в меридиональной плоскости.
   
   Меридиональной плоскостью, в оптических системах с центральной симметрией, будет любая плоскость, к которой принадлежит оптическая ось системы. В европейской и американской оптической литературе эта плоскость чаще именуется тангенциальной.
   Сагиттальной плоскостью, для любого пучка лучей лежащего в меридиональной плоскости, будет плоскость, включающая главный луч этого пучка, и перпендикулярная меридиональной плоскости.
   

Литература

• Волосов Д.С. Фотографическая оптика. М., «Искусство», 1971.
• Русинов М.М. Композиция оптических систем. Л., «Машиностроение», 1989.
• Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. М., «Наука», 1985.
• Перевод раздела про оптическую терминологию из «Canon Lens Work II»

См. также

Сферическая аберрация

Хроматические аберрации

Аберрация оптической системы — Новый фриланс 24

Под АБЕРРАЦИЕЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ понимаются визуализации ошибок или аберрации (см. ) отклонения от идеальной оптической визуализации через оптическую систему, например, камеру или телескоп — объектив или окуляр, которые вызывают помутнение или искаженное изображение. «Аберрация» происходит от латинского слова «aberrare», что буквально означает «заблудиться, отступить».
Аберрацию можно определить как отклонение производительности оптической системы от прогнозов параксиальной оптики.[Guenther, Robert (1990). Modern Optics. Cambridge: John Wiley & Sons Inc. p. 130] В системе визуализации это происходит, когда свет из одной точки объекта не сходится (или не расходится) от одной точки после прохождения через систему. Аберрации возникают из-за того, что простая параксиальная теория не является полностью точной моделью воздействия оптической системы на свет, и она не связана с дефектами в оптических элементах.[1]
Формирующая изображение оптическая система с аберрацией создает изображение, которое не является резким. Производители оптических приборов должны исправлять оптические системы, чтобы компенсировать аберрации.
С идеальной линзой свет от любой данной точки на объекте проходил бы через линзу и собирался в одной точке в плоскости изображения (или, в более общем случае, на поверхности изображения). Однако настоящие линзы не фокусируют свет точно в одну точку, даже если они идеально сделаны. Эти отклонения от идеализированных характеристик объектива называются аберрациями объектива.
Аберрации можно обнаружить в контексте геометрической оптики. Она исследует, как ведет себя луч, исходящий из конкретной точки объекта после прохождения через систему. В идеале, лучи снова пересекаются в одной точке. Из-за аберраций существует только более или менее узкое сужение луча, которое также может быть в неправильном месте (искажение или кривизна поля).
Аберрации простой системы с одной линзой или зеркалом, как правило, неприемлемо высоки, такие системы в лучшем случае полезны для освещения. Однако можно устранить аберрации до сколь угодно малого остатка, объединив несколько линз из разных типов стекла или зеркала вместе и частично также используя асферические поверхности. Таким образом, посредством оптимизационного расчета степени свободы системы (в частности, расстояния и кривизны области) аберрации становятся минимальными. Это называется исправлением оптической системы.
Этот процесс коррекции очень сложен в вычислительном отношении. Все аберрации, описанные выше, перекрываются, и любое изменение в оптической системе влияет на все аберрации, как правило, нелинейно. Единственное исключение состоит в том, что в системах, которые только зеркально отображают изображения, не возникает цветовой ошибки.

Наряду с геометрическими существуют другие виды аберраций, такие как:

• хроматические аберрации, связанная с разницей коэффициентов преломления света для света разного цвета. Хроматическая аберрация возникает, когда разные длины волн не фокусируются в одной и той же точке. Типы хроматической аберрации:

1. Осевая (или «продольная») хроматическая аберрация
2. Боковая (или «поперечная») хроматическая аберрация

• вследствие волновой природы света возникает также дифракционная аберрация  — изображение монохроматической светящейся точки, лежащей на оси системы, имеет вид светлого пятна, окруженной концентрическими кольцами, интенсивность которых последовательно уменьшается;
• термооптическая аберрация — возникает вследствие неоднородных температурных изменений различных частей оптического прибора. Проявляется в изменении расположения и размеров изображения.

Оптические системы могут иметь несколько различных типов аберраций одновременно. Устранение аберраций часто является очень сложной проблемой.
Дифракционные аберрации устранить принципиально невозможно и они определяют теоретическую разрешение оптических приборов (например, телескопов).
Хотя технически дефокусировка является наименьшим уровнем оптических аберраций, она обычно не рассматривается как аберрация объектива, поскольку ее можно исправить, перемещая объектив (или плоскость изображения), чтобы приблизить плоскость изображения к оптическому фокусу объектива.
Несовершенные линзы, которые не являются осесимметричными относительно оптической оси, также могут астигматически отображать пучки, параллельные оси. В зависимости от фокуса точка объекта отображается в виде черты (продольной или поперечной). Эта ошибка играет важную роль в офтальмологической оптике и электронной оптике. Простейшую форму осевого астигматизма можно исправить, комбинируя его с цилиндрической линзой соответствующего размера с точки зрения силы преломления и осевого направления (цилиндрическое стекло в очках, стигматор в электронном микроскопе). Производство стеклянных линз для видимого света сейчас настолько зрелое, что здесь не наблюдается заметного осевого астигматизма.

Важным значением для определения осевых аберраций, в частности, хроматической аберрации, является число Аббе (см. Аббе Эрнст)- числовое значение, которое указывает на взаимосвязь между преломлением в воздухе относительно дисперсии, присутствующей в среде, или принятой во внимание дисперсионной способностью вещества,  

,

где , , — показатели преломления среды на длинах волн, соответствующих фраунгоферовым линиям C (656,3 нм), D (589,2 нм) и F (486,1 нм). Такое определение даётся по умолчанию, но иногда вместо D-линии натрия используют d-линию гелия (587,5618 нм):

.

В лабораторных условиях проще использовать ртутные и кадмиевые спектральные лампы, для которых число Аббе рассчитывается следующим образом:

.

Здесь используется e-линия ртути (546,073 нм) и линии кадмия C’ (643,8 нм), F’ (480,0 нм). У наиболее распространенного минерального стекла число Аббе равно 59, у полимера CR-39 — 58, а у поликарбоната — 32.[1], у воды — 54.

Ссылки:
1. https://web.archive.org/web/20111206062508/
http://www.edmundoptics.com/technical-support/optics/comparison-of-optical-aberrations/

© При копировании активная ссылка на сайт обязательна

См. Алфавитный указатель статей Большой энциклопедии знаний

[PDF] Анализ аберрации волнового фронта с помощью многопорядкового дифракционного оптического элемента

• title={Анализ аберраций волнового фронта с помощью дифракционного оптического элемента нескольких порядков}, author={Павел А. Хорин и Сергей А. Дегтярев}, год = {2017} }
  • Хорин П., Дегтярев С.
  • Опубликовано в 2017 г.
  • Физика

  В данной работе показана возможность использования многопорядкового (многоканального) дифракционного оптического элемента для разложения функции рельефа волнового фронта по полиномам Цернике. Этот подход может быть успешно использован для малых значений аберраций волнового фронта, когда рельеф волнового фронта может быть представлен в виде линейной суперпозиции полиномов Цернике. К сожалению, линейная аппроксимация становится неработоспособной с увеличением значений аберраций. В данной работе мы изучаем применимость этого… 

  Просмотр через Publisher

  ceur-ws.org

  Применение алгоритма оптимизации для распознавания аберраций волнового фронта по ФРТ Изображение

  Рассматривается задача распознавания аберрированного волнового фронта с помощью алгоритма оптимизации Левенберга-Марквардта применительно к комбинированной точке интенсивности функций рассеяния (ФРТ), формируемых многопорядковым…

  Анализ пороговой чувствительности датчика аберраций волнового фронта на основе многоканального дифракционного оптического элемента

  В данной работе исследуется датчик волнового фронта на основе оптического разложения анализируемого поля по функциям Цернике с использованием многоканального дифракционного оптического элемента. Корреляция…

  Усиление обнаружения пространственной анизотропии оптической среды с помощью линзы, дополненной дифракционным аксиконом

  В статье исследуется возможность улучшения обнаружения пространственной анизотропии и визуализации слабых волновых аберраций при дополнении линзы дифракционным аксиконом. Френель…

  Адаптивное обнаружение волновых аберраций на основе многоканального фильтра

  • P. Khorin, A. Porfirev, S. Khonina

  • Физика

    ФОТОНИКА

  • 2022

  Адаптивный метод для определения определения типа и гейджанс и гейджан. предложена аберрация в широком диапазоне на основе оптической обработки анализируемого волнового фронта с помощью многоканального фильтра, согласованного…

  Моделирование дифракции поляризованного света на трехмерной нелинейной спиральной фазе в ближней зоне

  Исследована дифракция поляризованного света на нелинейной спиральной фазовой пластинке (НСФП) в ближней зоне с учетом трехмерной структуры оптического элемента. Моделирование…

  ПОКАЗАНЫ 1-10 ИЗ 22 ССЫЛОК

  СОРТИРОВАТЬ ПОРелевантность Наиболее влиятельные статьиНедавность

  Согласованные с базисом Цернике дифракционные оптические элементы нескольких порядков для анализа слабых аберраций волнового фронта

  оптические элементы, согласованные с полиномиальным базисом Цернике. Численное моделирование показывает, что фаза…

  Анализ волновой фронта, основанный на полиномах Zernike

  • M. Kirilenko, P. Khorin, A. Porfirev, Russia Samara

  • Physics

    ICIT 2016

  • 2016

  . Этот подход к альтернативному классу для альтернативного класса. может использоваться для определения взвешенных значений аберраций в анализируемом волновом фронте в режиме реального времени, что облегчает аберрометрический анализ оптической системы человеческого глаза.

  Экспериментальное исследование многопорядковых дифракционных оптических элементов, согласованных с двумя типами функций Цернике

  В работе представлены экспериментальные исследования дифракционных оптических элементов, согласованных с двумя типами функций Цернике. Для элементов первого типа наблюдается инвариантность к вращению.…

  Фазово-пространственный фильтр Зернике для измерения аберраций оптических структур глаза

  • Хонина С., Котляр В., Кирш Д.

  • Физика

  • 2015

  Для непосредственного измерения коэффициентов аберрации волнового фронта предлагается использовать многопорядковый дифракционный элемент, оснащенный набором полиномов Цернике. Полиномы низшей степени описывают…

  Decomposition of a coherent light field using a phase Zernike filter

  • S. Khonina, V. Kotlyar, V. Soifer, Yixin Wang, Dazun Zhao

  • Physics

    Other Conferences

  • 1998

  Aberration of когерентный волновой фронт анализируется с помощью фазового фильтра Цернике. Разработанные итерационные методы позволяют разработать фильтр, разлагающий анализируемое световое поле на набор…

  Безсенсорная адаптивная оптика волнового фронта для больших аберраций.

  
  • М. Бут

  • Физика

    Оптика Letters

  • 2007

  Введена схема, позволяющая эффективно измерять аберрации волнового фронта большой амплитуды, которые представляются соответствующим набором мод, которые могут быть произвольно расширены до большая аберрация.

  Восстановление фазы когерентного поля с помощью фазового фильтра Цернике

  • Котляр Виктор Викторович, Хонина Светлана Николаевна, Александрович С.В., Янтянг Ван, Дацзу Чжао

  • Физика

  • 1997

  Аберрации когерентного волнового фронта анализируются с помощью фазового фильтра Цернике. Разработанные итерационные методы позволяют спроектировать фильтр, разлагающий анализируемое световое поле на набор…

  Дифракционный оптический элемент для разложения Цернике

  • Юнган Ха, Дазун Чжао, Юнтян Ван, В. Котляр, С. Хонина, В. Сойфер

  • Физика

    Другие конференции

  • 1998

  Полином Цернике можно использовать для описания не только фазы волнового фронта, но и всей его комплексной амплитуды. Для последнего случая предлагается дифракционный оптический элемент (ДОЭ) для…

  Разложение светового поля по угловым гармоникам средствами дифракционной оптики

  • В. Котляр, С. Хонина, В. Сойфер

  • Физика

  • 1998

  Аннотация Мы применяем единый подход к задаче оптического разложения когерентных световых полей по ортогональным базисам с роторными или угловыми гармониками. Приведены примеры таких баз:…

  Пончик: измерение оптических аберраций по одному внефокальному изображению

  • А. Токовинин, С. Хиткот

  • Физика

  • 2006

  расфокусированное звездное изображение. Он состоит из подгонки коэффициентов аберрации и размытия изображения…

  Экспериментальное наблюдение влияния сферической аберрации на дифракционную интраокулярную линзу с помощью адаптивной оптики

  1. Введение При пассивном механизме лечения пресбиопии дифракционные интраокулярные линзы (ДИОЛ) предназначены для восстановления аккомодации путем создания множественных фокусов. Дифракционная структура, нанесенная на поверхность линзы, разделяет свет на разные дифракционные порядки, образуя два или более фокуса. Futhey 1 сообщил о ранней конструкции DIOL, которая имела дополнительную мощность +3,5  D в области диаметром 6 мм с использованием от 20 до 40 концентрических зон с высотой шага в несколько микрон. С тех пор DIOL изучались многими авторами с точки зрения дизайна, оценки и клинической имплантации. 2 – 5 Клинически имплантированная ДИОЛ обычно не обеспечивает улучшения или несколько ухудшает качество зрения для удаленных объектов, но значительно улучшает качество зрения для близких по сравнению с монофокальной ИОЛ. Недавнее развитие технологии аберрации волнового фронта глаза показало, что ИОЛ должны быть нацелены на большую коррекцию аберрации, особенно сферической аберрации (СА). 6 SA обычно доминирует над другими глазными аберрациями и статистически не равна нулю в среднем по популяции. 7 СА распределяется по роговице и хрусталику нормального глаза или по роговице и ИОЛ при артифакии. Передняя поверхность роговицы вносит основной вклад в SA 8 , и это можно исправить или увеличить с помощью следующих натуральных линз или искусственной ИОЛ. Компенсирующая ИОЛ SA имеет асферическую поверхность, такую ​​как квадратно-коническая. Несмотря на множество вариаций биометрии и физиологических параметров артифакичного глаза, асферическая монофокальная ИОЛ по-прежнему работает лучше, чем сферическая ИОЛ. 9 Для асферического DIOL в документе по теоретическому моделированию утверждалось, что для больших групп населения наблюдается небольшое процентное улучшение, если DIOL имеет надстройку -0,1  мкм SA (6 мм). 10 Для оценки ИОЛ адаптивная оптика является удобным средством для управления аберрацией волнового фронта. Оснащенная корректором типа деформируемого зеркала система адаптивной оптики способна разделять или комбинировать различные аберрации, в том числе СА с непрерывной амплитудой. 11 , 12 Адаптивная оптика использовалась для имитации аберраций ИОЛ, 13 тестирования ИОЛ с вызванными аберрациями, 14 и субъективной оценки ИОЛ без имплантации. 15 Учитывая их сложную дифракционную структуру и складной материал, такой как акрил, вопрос о том, имеет ли партия диолов аналогичное оптическое качество, остается под вопросом. В этой статье мы впервые исследовали и подтвердили, что оптическое качество одного DIOL может представлять собой серийное производство DIOL. Основываясь на этом открытии, мы затем исследовали влияние SA на одну DIOL с адаптивной оптикой, применяя как объективные, так и субъективные методы. 2. Экспериментальные методы 2.1. Тест на сходство партии продуктов DIOL Мы измерили функцию рассеяния полихроматической точки (PSF) партии DIOL. Оптическая установка была описана в другом месте. 16 Вкратце, точечный источник рассеянного белого света от полихроматического светодиода (Luxeon, от 400 до 750 нм) проходил через модель глаза, состоящую из искусственной роговичной линзы и влажной ячейки со сменным DIOL. ПЗС-камера захватила дискретные изображения ФРТ от точечного источника. В общей сложности 12 бифокальных дифракционных линз (Alcon, SN6AD3, аподизированная дифракционная структура в центре 3,6 мм, 20,0 дптр, добавленная оптическая сила +4,0   дптр в плоскости ИОЛ) были случайным образом разделены на две группы равных образцов. Сходящийся луч от искусственной роговицы модельного глаза создавал центральную круглую апертуру диаметром 4,0 мм на передней поверхности DIOL. Для каждого DIOL были протестированы изображения PSF в 12 точках, включая девять сквозных точек фокусировки и три децентрации. ФРТ в сквозном фокусе регистрировали путем перемещения ПЗС назад/вперед с охватом от -0,4 до 0,4 мм с шагом 0,1 мм, а ФРТ также регистрировали при трех децентрациях путем смещения DIOL вправо, влево и вниз на 0,5 мм. Чтобы избежать внешних внеосевых аберраций, объектив не использовался для увеличения изображений PSF. В отличие от этого, один из этих 12 DIOL повторно загружали в водяную ячейку и измеряли шесть раз (каждый раз в 12 местах, как указано выше), используя ту же самую процедуру для тестирования каждого DIOL, которая обсуждалась выше. Гипотеза состоит в том, что два набора данных, один из всех 12 DIOL, а другой из одного DIOL, не должны иметь существенной разницы. Все изображения PSF были обработаны в соответствии с протоколом, описанным в Ref. 16. В качестве чувствительного измерения распределения интенсивности света в качестве метрики был рассчитан момент второго порядка распределения света. Подробные результаты этого эксперимента показаны в гл. 3; здесь мы ссылаемся на вывод этого эксперимента о том, что один DIOL является представителем партии DIOL. Поэтому в следующих экспериментах мы могли применить только один ДИОЛ. 2.2. Влияние SA на DIOL — Стендовые испытания функции рассеяния точки Этот эксперимент представляет собой измерение PSF через фокус для одного DIOL с разными значениями SA. Как показано на рис. 1, модель глаза, состоящая из DIOL, была объединена с системой адаптивной оптики. Система адаптивной оптики включала две пары линз 4f, которые обеспечивали три плоскости сопряжения. Это были плоскости деформируемого зеркала, датчика волнового фронта Хартмана-Шака и DIOL. Датчик откалиброван, и деформируемое зеркало сгенерировало требуемую SA, убрав все остальные оставшиеся аберрации. Деформируемое зеркало, датчик волнового фронта и связанное с ними программное обеспечение (Imagine Eyes, Франция) вместе с контролем аберраций были аналогичны предыдущему исследованию. 17 Для регулировки расфокусировки система Badal вручную перемещается вперед/назад вдоль оптической оси. Модельный глаз находился на той же стадии поступательного движения, что и система Бадала, и они могли двигаться вместе. 20-кратный объектив с числовой апертурой 0,4, работающий только на оси, использовался для увеличения изображений PSF на ПЗС. Рис. 1 Система адаптивной оптики и модель глаза с дифракционной интраокулярной линзой (DIOL) для визуализации функции рассеяния точки (PSF). Для создания SA применена операция без обратной связи. Для Цернике SA (Z(4,0)) были необходимы предварительная компенсация и посткалибровка, поскольку они легко согласовывались с фактором расфокусировки. 12 Всего в этом эксперименте использовали девять уровней SA. Связанная дефокусировка Цернике, откалиброванная датчиком волнового фронта, рассматривалась вместе с системой Бадала для получения практического значения дефокусировки. СА индуцировали в системной апертуре (апертура А на рис. 1, которая соединяется с DIOL), размер которой по центру покрывал диаметр 4,0 мм на DIOL. Когда диаметр был уменьшен до 2,5 мм, использовалось программное обеспечение оптического проектирования Zemax (Radiant Zemax Inc.) для расчета SA Зернике и коэффициентов расфокусировки, а также применялись новые коэффициенты для меньшей апертуры. Для определения дальнего и ближнего фокусов DIOL и изменения масштаба линзы Бадала были показаны три ряда букв оптотипа с микродисплеем на зеленом органическом светодиоде в качестве цели изображения. Мишень отображалась на ПЗС через систему. Два фокуса DIOL были определены в положении более четких изображений. Затем на смену микродисплею пришел белый светодиод (Luxeon). Рассеиватель с шероховатой поверхностью, за которым следовал точечный источник диаметром 100 мкм, обеспечивал точку источника. Интерференционный фильтр с центральной длиной волны 550 нм и полосой пропускания 10 нм использовался для получения монохроматического света. ПЗС была 12-битной (4096 уровней серого) монохроматическая камера (Retiga 1300, Qimaging, длина волны пикового отклика ∼530  нм и FWHH ∼400  нм). Ее время экспозиции было оптимизировано, чтобы обеспечить максимальное насыщение 85% в лучшем дальнем фокусе DIOL. Для каждого изображения PSF было получено, оцифровано и усреднено 10 последовательных кадров. Один из DIOL, использованных в гл. 2.1 тестил. Мы измерили PSF через фокус, охватывающий от -2,9 до +5,9  D (относительно дополнительной оптической силы ИОЛ) с примерно равным интервалом дискретизации от 15 до 17 точек. Это было сделано для каждого из девяти уровней SA. Обработка изображений PSF, включая вычисление центроида, среднеквадратичного радиуса и момента распределения света второго порядка, была описана в другом месте. 16 Специально для DIOL со сквозным фокусом интерес представляют компактность и контраст ФРТ. 18 Чтобы отфильтровать периферийные кольца (см. примеры ФРТ на рис. 3), которые не являются критическими для зрения, мы применили двумерный фильтр Гаусса ко всем изображениям ФРТ с центром в их центроидах. Момент распределения света второго порядка был рассчитан для каждого отфильтрованного PSF, чтобы быть мерой компактности. Контраст измерялся долей энергии в области радиуса, очерченной окружностью. Окруженный радиус был выбран как наименьший радиус D_50 (радиус, в котором интенсивность закрытой PSF составляла половину всей интенсивности PSF) из всех изображений PSF. Показатели компактности и контраста обратно пропорциональны. Взяв соотношение компактности к контрасту, мы сформировали новую метрику: КомпактностьКонтрастность = PSF второй порядок распределение света PSF энергия доля в одной области. Мы называем это показателем C/C, который дает эмпирическую оценку оптического качества DIOL. 3. Результаты В первом эксперименте по сравнению партии DIOL мы обнаружили, что две группы не имеют существенной разницы в их распределении света ни при каких условиях. На рисунке 2 показаны результаты 12 DIOL по сравнению с одним экспериментом по перезагрузке DIOL. Парный t-критерий также статистически показывает, что два набора данных эквивалентны (p>0,9).), что указывает на то, что DIOL серийного производства имеют сходное оптическое качество. Рис. 2 DIOL, оцененные PSF через фокус и с децентрациями. Полоса погрешностей показывает ±1 стандартное отклонение. Для эксперимента PSF на рис. 3 представлены некоторые примеры изображений PSF. Можно было наблюдать центральную концентрацию PSF и периферические кольца. На рисунке 4 показан нормализованный показатель C/C через фокус DIOL для различных количеств Zernike SA при диаметрах 4 и 2,5 мм. В левой колонке на рис. 4 для 4 мм вне зависимости от знака СА изогнутые пики вытянуты в дальних очагах и сужены в ближних. Положительная СА смещала кривые в более положительное направление (гиперметропическая коррекция) и наоборот при отрицательной СА. Компактность/контрастность ФРТ в ближних очагах, как правило, снижена из-за СА. Для результатов 2,5 мм, показанных в правом столбце, другой SA смещает только как дальние, так и ближние фокусы. Рис. 3 Примеры ФРТ диаметром 4 мм без сферической аберрации (СА). Шкала интенсивности равномерная (черный цвет указывает на распределение света). Величина расфокусировки слева направо: −0,5, 0,1, 2,3, 3,5 и 4,6 D. Рис. 4 Метрика C/C ФРТ через фокус DIOL. Различные кривые относятся к разным уровням SA (единица измерения: микрон). Левая и правая колонки предназначены для диаметров 4 и 2,5 мм соответственно; (а) и (б) для SA≤0; (c) и (d) для SA≥0. 4. Дополнительный психофизический эксперимент Для дальнейшего наблюдения за субъективным влиянием СА на DIOL человеческим глазом мы провели психофизический эксперимент остроты зрения через фокус. С использованием неимплантированного DIOL этот эксперимент проводился опытным субъектом с использованием системы адаптивной оптики. Подробное описание установки и метода опубликовано в Ref. 15. ДИОЛ проецировался на зрачок испытуемого с единичным увеличением. Для оценки остроты зрения использовали четырехальтернативную психофизическую процедуру принудительного выбора с переворачивающейся буквой Е. Вклад SA роговицы и хрусталика субъекта измерялся, моделировался и разделялся путем одновременного измерения его передней топографии роговицы и общей аберрации волнового фронта глаза с помощью прибора iDesign (AMO). Хрусталик субъекта вносит SA -0,1   мкм (4 мм), чтобы компенсировать SA его роговицы. Чтобы отменить компенсацию, адаптивная оптика индуцировала SA +0,1  мкм. Напротив, также использовались еще два уровня SA 0,0 и -0,1   мкм. Исследование было одобрено Этическим комитетом Ирландского национального университета Голуэя. В здоровый правый глаз субъекта (0 D.S. -0,5  D.C.×89) закапывали одну каплю 1% тропикамида за 20 минут до эксперимента и еще одну каплю каждый час во время эксперимента. Субъект настроил платформу Бадала для поиска своего лучшего дальнего фокуса через DIOL, глядя на букву Е 0,5 градуса, отображаемую на зеленом микродисплее (eMagin, средняя длина волны 540 нм и освещение на полувысоте 70 нм). На основе отдаленных очагов проверяли остроту зрения в восьми позициях Бадала, в каждой позиции по три уровня СА. Эти восемь позиций были примерно равными в интервале, охватывающем диапазон дополнительной силы DIOL от 0 до 4 D (от 0 до 3,1 D в очковой плоскости). В одном прогоне теста остроты зрения 120 букв E были случайным образом отображены в шести шагах размера букв в LogMAR, каждый на 0,3 с, и 50% было установлено в качестве порога правильного ответа на подогнанном графике размера букв LogMAR в зависимости от правильные ответы. Было выполнено два прогона в каждой позиции сквозного фокуса, а если результат этих двух прогонов имел разницу более 0,1 LogMAR, выполнялся третий прогон. Среднее значение использовалось в качестве оценки остроты зрения испытуемого. На рис. 5 показаны результаты эксперимента по определению остроты зрения. Во-первых, результаты подтвердили наблюдение на рис. 4, согласно которому положительная СА смещает кривую через фокус в сторону большей коррекции дальнозоркости, в отличие от нулевой СА. Смещение фокуса, возможно, связано с вкладом СА в силу преломления. Во-вторых, результаты также предполагают дальнейшее разделение между двумя очагами DIOL из-за SA. Третьим моментом является то, что положительный SA может дать лучшую остроту зрения в отдаленных фокусах DIOL. И последний момент: как положительные, так и отрицательные СА будут снижать остроту зрения в ближних очагах. Мы также заметили, что SA 0,1   мкм при зрачке 4 мм является относительно большим значением, и в нашем исследовании может быть ограничение диапазона сквозной фокусировки. Рис. 5 Острота зрения в фокусе на трех уровнях Цернике SA (единица измерения: мкм, зрачок 4 мм). +0,1  мкм SA отменяет компенсацию объектива субъекта, а 0 и –0,1  мкм показаны для сравнения. 5. Обсуждения и выводы DIOL, использованный в этом исследовании, имеет конструкцию аподизации интенсивности. 2 Эффективная световая энергия, дифрагированная в фокусе, зависит от радиального положения линзы. SA представляет собой добавку оптической фазы, которая не зависит от интенсивности аподизации. Балка с СА изгибается в разные стороны от центра к периферии. То есть и СА, и дифракционные эффекты вызывают перераспределение света. Следовательно, можно предсказать, что они могут взаимодействовать друг с другом сложным образом, в зависимости от размеров апертуры. Для обеих апертур, использованных в стендовом тесте с SA, в нашем анализе не учитывалось абсолютное значение силы света, обеспечивая сопоставимую оценку только компактности и контрастности. В настоящее время мы проводим теоретическое моделирование DIOL, ожидая более количественного понимания взаимодействия между SA и дифракционным эффектом. +4  D DIOL был разработан с учетом SA −0,1  мкм (6 мм). 10 , 19 Это соответствует примерно −0,02  мкм при 4 мм. Физическая модель глаза, используемая в наших стендовых испытаниях, имеет собственное SA около +0,02     мкм, что просто способно компенсировать SA DIOL. Это означает, что глаз модели с DIOL внутри него не имеет дополнительного вклада SA. Психофизический эксперимент по определению остроты зрения проводился только одним субъектом с нормальным глазом без имплантации DIOL. Чтобы масштабировать диапазон фокусировки DIOL, глаза нескольких испытуемых выполняли наблюдения через DIOL и систему адаптивной оптики. Оптометр Badal был откалиброван для линейного масштабирования двух фокусов DIOL. Мы обнаружили, что добавленная сила +4  D соответствует +3,1  D в очковой плоскости. На рис. 5 калибровка оптической вергенции была основана на этом открытии. Хотя психофизический эксперимент по определению остроты зрения включал полосовой источник света (FWHM ∼ 70  нм), хроматический эффект во всем видимом спектре в этом исследовании не рассматривался. Учитывая, что СА глаза должна быть независимой от длины волны видимого света, особенно при маленьком размере зрачка, 20 хроматическая СА предполагается малой. Тем не менее, продольная хроматическая дефокусировка, хотя она и может быть уменьшена за счет соответствующих материалов ИОЛ, 21 , может систематически ухудшать качество изображения в обоих фокусах ДИОЛ. Как и ожидалось, SA может также взаимодействовать с хроматической дефокусировкой, и теоретическое исследование пришло к выводу, что небольшая общая положительная SA дает оптимизированную функцию преобразования модуляции для полихроматического света для DIOL. 22 Таким образом, мы провели эксперименты по наблюдению за эффектом SA на одном DIOL после того, как убедились, что этот единственный DIOL является репрезентативным. Слабо положительный SA может обеспечить лучшее качество PSF, чем отсутствие SA. Благодарности Мы благодарим профессора Криса Дайнти за его предложения и комментарии. Финансовая поддержка со стороны Научного фонда Ирландии (07/IN.1/1906), Enterprise Ireland (IR-2008-0014) и Национального фонда естественных наук Китая (№ 81170873). Ссылки 1.  J. A. Futhey, «Дифракционная бифокальная интраокулярная линза». проц. ШПИИ, 1052 142 –149 (1989). http://dx.doi.org/10.1117/12.951498 PSISDG 0277-786X Академия Google 2.  Дж. А. Дэвисон и М. Дж. Симпсон, «История и разработка аподизированной дифракционной интраокулярной линзы», Дж. Катаракта. Преломление. Хирург., 32 849 –858 (2006). http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrs.2006.02.006 JCSUEV 0886-3350 Google Scholar 3.  Т. Эппиг, К. Шольц и А. Лангенбухер, «Оценка оптических характеристик мультифокальных (дифракционных) интраокулярных линз». Офтальмологическая физиол. Опт., 28 467 –474 (2008). http://dx.doi.org/10.1111/opo.2008.28.issue-5 OPOPD5 0275-5408 Google Scholar 4. Дж. Ф. Альфонсо и др., «Качество зрения после имплантации дифракционной интраокулярной линзы в глаза с предшествующим гиперметропическим лазером in situ кератомилез», Дж. Катаракта. Преломление. Хирург., 37 1090 –1096 (2011). http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrs.2010.11.043 JCSUEV 0886-3350 Google Scholar 5.  П. Артал и др., «Визуальный эффект комбинированной коррекции сферических и продольных хроматических аберраций», Опц. Экспресс, 18 1637 –1648 (2010). http://dx.doi.org/10.1364/OE.18.001637 OPEXFF 1094-4087 Google Scholar 6. Дж. Т. Холладей и др., «Новый дизайн интраокулярной линзы для уменьшения сферической аберрации артифакичных глаз». Дж. Преломление. Хирург., 18 683 –691 (2002). JRSUEY 0883-0444 Академия Google 7.  Л. Н. Тибос и др., «Статистическое изменение структуры аберраций и качества изображения в нормальной популяции здоровых глаз». Дж. опт. соц. Являюсь. А, 19 2329 –2348 (2002). http://dx.doi.org/10.1364/JOSAA.19.002329 JOAOD6 0740-3232 Академия Google 8.  Л. Ван и др., «Оптические аберрации передней части роговицы человека». Дж. Катаракта. Преломление. Хирург., 29 1514 –1521 (2003). http://dx.doi.org/10.1016/S0886-3350(03)00467-X JCSUEV 0886-3350 Google Scholar 9.  Х. К. Го, А. В. Гончаров и К. Дейнти, «Сравнение качества изображения сетчатки со сферическими и индивидуальными асферическими интраокулярными линзами», Биомед. Опц. Экспресс, 3 681 –691 (2012). http://dx.doi.org/10.1364/BOE.3.000681 BOEICL 2156-7085 Google Scholar 10.  С. Хун и С. С. Чжан, «Оптимизация качества изображения вдаль асферической мультифокальной интраокулярной линзы с использованием комплексного статистического подхода к проектированию». Опц. Экспресс, 16 20920 –20934 (2008). http://dx.doi.org/10.1364/OE.16.020920 OPEXFF 1094-4087 Google Scholar 11.  Х. К. Го и Д. А. Атчисон, «Субъективные пределы размытия для цилиндра», Optometry Vision Sci., 87 E549–E559 (2010). http://dx.doi.org/10.1097/OPX.0b013e3181e61b8f OVSCET 1040-5488 Академия Google 12.  Д. А. Атчисон и Х. К. Го, «Субъективные пределы размытия для аберраций более высокого порядка», Optometry Vision Sci., 87 E890 –E898 (2010). http://dx.doi.org/10.1097/OPX. 0b013e3181f6fb99 OVSCET 1040-5488 Академия Google 13.  К. Перес-Вивес и др., «Коррекция миопического астигматизма: сравнение торической имплантируемой колламерной линзы и методики биопсии с помощью визуального симулятора адаптивной оптики», Офтальмологическая физиол. Опт., 33 114 –122 (2013). http://dx.doi.org/10.1111/opo.2013.33.issue-2 OPOPD5 0275-5408 Google Scholar 14.  Железняк Л. и др., «Влияние аберраций роговицы на качество изображения через фокус интраокулярных линз, корректирующих пресбиопию, с использованием адаптивной оптической скамьи». Дж. Катаракта. Преломление. Хирург., 38 1724 –1733 (2012). http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrs.2012.05.032 JCSUEV 0886-3350 Google Scholar 15.  Х. Го и др., «Субъективная оценка интраокулярных линз путем измерения остроты зрения с использованием адаптивной оптики». Опц. Лет., 37 1 –3 (2012). http://dx.doi.org/10.1364/OL.37.000001 OPLEDP 0146-9592 Академия Google 16.  Х. Го, А. Гончаров и К. Дейнти, «Чувствительность к положению имплантации интраокулярной линзы как функция аномалии рефракции». Офтальмологическая физиол. Опт., 32 117 –124 (2012). http://dx.doi.org/10.1111/opo.2012.32.issue-2 OPOPD5 0275-5408 Google Scholar 17.  Д. А. Атчисон, Х. Го и С. В. Фишер, «Пределы сферического размытия, определенные с помощью зеркала с адаптивной оптикой», Офтальмологическая физиол. Опт., 29300 –311 (2009). http://dx.doi.org/10.1111/opo.2009.29.issue-3 OPOPD5 0275-5408 Google Scholar 18.  Л. Н. Тибос и др., «Точность и точность объективной рефракции от аберраций волнового фронта», Дж. Видение, 4 329 –351 (2004). http://dx.doi.org/10.1167/4.4.9 1534-7362 Академия Google 19.  В. А. Максвелл, С. С. Лейн и Ф. Чжоу, «Эффективность интраокулярных линз для коррекции пресбиопии в дистанционных оптических стендовых испытаниях». Дж. Катаракта. Преломление. Хирург., 35 166 –171 (2009 г.). http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrs.2008.10.026 JCSUEV 0886-3350 Google Scholar 20.  С. Маркос и др., «Новый подход к изучению хроматических аберраций глаза». Видение Рез., 39 4309 –4323 (1999). http://dx.doi.org/10.1016/S0042-6989(99)00145-5 VISRAM 0042-6989 Академия Google 21.  Д. Сидлецкий, М. Заяц и Дж. Новак, «Изображения сетчатки в модели артифакичного глаза с классической и гибридной интраокулярными линзами». Дж. Мод. Опт., 55 653 –669(2008). http://dx.doi.org/10. 1080/09500340701467884 JMOPEW 0950-0340 Академия Google 22.  X. Хонг и М. Чой, «Влияние продольной хроматической аберрации глаза на выбор асферических интраокулярных линз». Опц. Экспресс, 18 26175 –26183 (2010). http://dx.doi.org/10.1364/OE.18.026175 OPEXFF 1094-4087 Google Scholar Биография Хуанцин Го получил степень бакалавра, инженера и доктора наук в области физики и оптической инженерии в Китае в 1999, 2002 и 2005 соответственно. С 2005 по 2009 год он был исследователем с докторской степенью в QUT Австралии, исследуя оптику и зрение человеческого глаза с помощью адаптивной оптики. В 2009 году он присоединился к группе прикладной оптики NUI Galway в Ирландии, чтобы исследовать интраокулярные линзы. С 2013 года он является инженером по исследованиям и разработкам системы обнаружения и обзора группы компаний Valeo. Эли де Лестранж получил степень магистра оптики в Парижском университете VII в 2007 г. Дифракционная аберрация: Что такое аберрации объектива. Виды аберраций Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Пролистать наверх