大视场液晶自适应视网膜成像系统

设计了大视场眼底自适应成像系统,用于扩大现有视网膜自适应成像系统的视场。对人眼等晕角视场下的自适应像差校正成像进行分析,确定了波前探测与成像校正两个过程对视场的不同要求。在共光源像差探测及成像光学系统中,采用切变视场光阑的方式先后在波前探测和自适应校正成像过程中进行小-大视场切换,避免了大视场中眼波像差探测失真问题,使成像区域由200 μm扩展到500 μm。利用人眼等晕角大视场使眼底液晶自适应成像系统在不降低成像质量的前提下将成像区域扩展了2.5倍,大幅提升了该自适应成像系统在临床上应用的可行性。     

改进的离轴三反光学系统的设计

基于离轴三反光学系统(TMA)的一般设计方法,总结了设计要点.以两个基于三反光学系统的设计为实例,阐述了通过合理地安排光学结构、将次镜设计为球面反射镜、主镜和三镜在球面基础上改变高次非球面系数等,可使离轴三反光学系统的设计结果接近衍射极限,传递函数在50 lp/mm时都接近0.6,Strehl率由通常的0.91提高到0...     

液晶空间光调制器对真实人眼畸变波前的校正

基于液晶空间光调制器波前调制量大,像素密度高,驱动电压低等优点,用液晶空间光调制器作为校正眼像差的关键元件,研制了用于人眼畸变波前探测和校正的自适应光学系统.介绍了液晶空间光调制器的波前调制原理,利用ZYGO干涉仪测定了位相调制和灰度级的关系曲线.分别用Hartman-Shack波前探测器和高分辨率液晶空间光调制器探测和校正人眼的波前畸变,对近视5 m~(-1) (500度)的人眼进行了自适应校正实验.校正后,系统的波前误差为0.086λ PV和0.013λ RMS, 达到了系统的衍射极限,并可清晰地分辨眼底原来模糊的细胞.实验结果表明,液晶空间光调制器可以有效校正畸变波前,达到提高成像质量的目的.     

液晶空间光调制器对真实人眼畸变波前的校正研究

目的:本文对一个用于人眼畸变波前探测和校正的自适应光学系统的性能进行测试和研究。方法:沙克-哈特曼波前探测器,高分辨率的液晶空间光调制器分别被用来探测和校正人眼的畸变波前。结果:对近视500度的人眼进行自适应校正后校正精度达到波前残差的均方根误差为0.013个波长（=0.808 nm）。眼底原来模糊的细胞可以被清晰分辨。结论:液晶空间光调制器可以有效校正人眼畸变波前,达到提高成像质量的目的。     

基于半盲解卷积复原的高分辨率视网膜成像系统

为获得高分辨率视网膜图像,建立了基于自适应光学的视网膜成像系统,并以成像时获得的残余像差作为图像复原的估计参数,通过半盲解卷积进行图像复原以获得高质量图像.通过Hartmann-Shark波前传感器和微机械薄膜变形镜组成的自适应光学系统对活体人眼像差进行测量与校正,并在成像时记录系统残余像差,据此重建光学传递函数作为图像复原模型初始参数估计,对获得的视网膜图像进行条件约束迭代半盲解卷积复原,消除像差对成像质量的影响,从而得到高分辨率视网膜图像.实验表明,系统获得的图像经该方法处理后可获得较满意视网膜图像,图像质量提高近一倍,成像成功率由38％提高至78％,成像时间缩短为原来的1/7.该方法在满足使用要求的前提下有效缩短了校正时间,提高了成像的成功率,提升了系统的适用范围.     

LCOS人眼像差校正仪的系统控制实现

建立了一套基于LCOS校正器的人眼像差自适应校正系统,并为该系统编写了一套完整的控制软件。该系统采用哈特曼波前探测器进行波面探测,将探测所得波前畸变经过PC计算处理后转化为灰度图,再通过PC把灰度图发送给LCOS上进行波面校正,通过校正人眼像差的方式来提高系统成像质量。经过实测,系统波前误差得到大幅度降低。实测表明,该系统的控制软件算法可以实现低阶大像差情况下人眼视网膜高分辨率成像。     

激光为光源的液晶自适应眼底成像系统

摘要：本文介绍了基于液晶波前校正器的模拟人眼眼底自适应成像系统,该系统采用Shark-Hartman波前探测器进行波面探测,将探测所得波前畸变经过计算处理转化为灰度图通过电脑施加到LCOS上进行波面校正,通过校正人眼像差的方式来提高系统成像质量。经过校正后系统波前误差从1.92m降低到0.048m系统分辨率接近70lp/mm已经到达该光学系统衍射极限分辨。     

视网膜细胞可清晰显现我研制出人眼视网膜成像系统

我国科技人员不久前研制成功世界上首台补偿深度的活体人眼视网膜成像系统——“高清晰度眼底成像液晶像差补偿仪”。这一由中科院长春光机所宣丽研究员主持完成的最新研究成果,5月底通过吉林省科技厅主持的专家鉴定。该像差补偿仪的成像分辩力为3μm,可清晰显现视网膜细胞。     

液晶-变形镜自适应光学系统的数据采集与处理软件设计

为了提高自适应光学系统科研人员的工作效率,满足自适应光学系统向高低阶多波前校正器的发展需求,本文研究了一套自适应光学系统控制软件设计方法,以适应实验设备的不断更新换代,避免实验过程中软件不断更新修改所带来的问题。本文首先从功能和性能两方面分析了实验对软件系统的需求,提出基础层、功能层及表示层3层的软件架构体系,采用共享内存和临界区对象相结合的软件开发方法,确保自适应光学系统的实时性与准确性,避免资源冲突和浪费;采用Windows API事件实现多线程之间同步协调控制。基于上述思想开发了液晶-变形镜混合的高低阶自适应光学系统控制软件,可在0.6ms内完成波前采集、波前计算、控制信号计算和各设备间的同步协调控制。最后,使用该软件进行自适应光学校正:仅变形镜和倾斜镜校正后峰峰值由3.38μm降为0.95μm,均方根误差由0.66μm降为0.12μm;液晶校正器、变形镜和倾斜镜同时校正后峰峰值为0.44μm,均方根误差为0.02μm,计算总延迟为0.378ms。由实验结果可知,本文设计的软件可以实现自适应光学系统的实时校正,在保证校正精度的同时具有方便修改、功能齐全及模块化的优势,为后续自适应光学实验提供保障。     

立体成像眼底相机光学系统设计

为了实现从不同角度同时拍摄同一眼底视网膜区域的图像,使采用双目立体视觉法进行眼底三维重建成为可能,设计了一种免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该光学系统由成像系统和照明系统两部分组成,在成像系统中,使用Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟正常人眼,运用体视显微镜成像原理进行分光设计;在照明系统中,通过设置黑点板的方式消除网膜物镜产生的杂散光,并加入环形光阑以避免角膜反射光的产生。设计结果表明,本立体成像眼底相机光学系统截止频率在95lp/mm处各视场的MTF值均大于0.2,成像系统畸变小于-3%,场曲值小于0.1mm,色差矫正良好,并且具有较强的调焦能力,能对-10~+5m~(-1)的人眼清晰成像。     

Optical Design for the Off-axis Reflective Optics with Wide Field

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｐｔｉｃｓｗｉｔｈｗｉｄｅｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｉｓａｌｗａｙｓｔｈｅｔａｒｇｅｔｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｅｒｓａｒｅｐｕｒｓｕｉｎｇ .ＢｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｔｙｏｆＥＵＶＬａｎｄｓｐａｃｅｏｐｔｉｃｓ ,ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃｓｍａｙｂｅｉｓｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｂｕｔｔｈａｔｔｈｅｏｎ -ａｘｉｓｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃｓｈａｓｎａｒｒｏｗＦＯＶｕｓｕａｌｌｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ.Ｏ…     

Optical Property Analyses of Plant Cells for Adaptive Optics Microscopy

In astronomy, adaptive optics (AO) can be used to cancel aberrations caused by atmospheric turbulence and to perform diffraction-limited observation of astronomical objects from the ground. AO can also be applied to microscopy, to cancel aberrations caused by cellular structures and to perform high-resolution live imaging. As a step toward the application of AO to microscopy, here we analyzed the optical properties of plant cells. We used leaves of the moss Physcomitrella patens, which have a single layer of cells and are thus suitable for optical analysis. Observation of the cells with bright field and phase contrast microscopy, and image degradation analysis using fluorescent beads demonstrated that chloroplasts provide the main source of optical degradations. Unexpectedly, the cell wall, which was thought to be a major obstacle, has only a minor effect. Such information provides the basis for the application of AO to microscopy for the observation of plant cells.     

含二元光学元件的光学系统成像特性和设计方法

二元光学元件(BOE)用于常规光学系统可以提供附加设计参数和选择光学材料的自由度。本文主要研究了基面为平面或球面的旋转对称BOE的成像特性以及设计制作的方法:用两种等效模型推导了BOE的初级象差,分析了产生差别的物理实质;给出一、三级成像特性与色差公式,编制了程序可解析求解满足初级象差平衡的折/衍混合系统的初始结构参数,用CODE-V校算,结果吻合;给出了生成掩膜的算法,编制了程序,在激光照排机上输出了掩膜图。最后结合可见、紫外、红外波段的3个典型系统设计例子,讨论了二元光学元件在光学系统中应用的场合和限制。     

Advancement of an Interferometric Flow Velocity Measurement Technique by Adaptive Optics

Flow measurements often take place under difficult conditions. Optical flow measurement techniques are affected by variations of the refractive index, caused e.g., by temperature, concentration, or pressure gradients. This will give rise to an increased measurement uncertainty or cause the measurement to fail. To overcome these limitations, we propose the employment of adaptive optics. In this contribution we present interferometric flow velocity measurements through a fluctuating air-water interface by the use of adaptive optics. Using the adaptive optics, the rate of valid measurement signals can be improved from 28% to 83%. The results are promising to enable measurements in difficult environments affected by refractive index variations which were not accessible so far.     

空间光调制器DMD多级谱复频成像的研究

依据DMD空间光调制器的调制特性及复频成像特性,设计了一个紧凑的4f傅立叶变换系统,对DMD的多级衍射谱进行复频输出,极大改善了仅用DMD零级衍射谱作为图像读出的光亮度.利用DMD空间光调制器复频成像输出装置构建的一个合成全息图的拍摄系统,拍摄了具有高对比度、低噪音的合成全息图.     

1200mm望远镜开环液晶自适应光学系统设计

为验证液晶自适应光学成像技术校正大气湍流所引起的波前像差的有效性,提高光学系统的能量利用率,应用Ze-max软件设计出了与1200mm望远镜匹配的开环液晶自适应光学系统。针对开环自适应光学系统探测光路和校正光路自身的特殊要求,制定了具体的公差原则,并应用Zemax软件进行了公差分析。分析表明,设计的自适应光学系统具备较宽松的公差条件,容易加工和装调。评价了该光学系统的成像性能,结果表明,设计的自适应光学系统的MTF曲线接近衍射极限,光学传递函数的模在50lp/mm时可达到0.4,而成像CCD的极限分辨率为31lp/mm,充分地利用了CCD相机的分辨资源。该自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.9m,F数为16,PV值为0.0314λ。     

数字全息图微缩输出系统设计

在研究全息图性质的基础上，提出利用拼接技术实现数字全息图输出的缩微系统。系统将数字全息图按顺序分幅，并逐幅输入透射型空间光调制器（SLM），使数字全息图经光学缩微照相系统记录在介质上。阐述了数字全息图微缩自动输出系统的构成及工作原理，给出了输出系统各器件的技术指标。实验结果表明，该系统性能稳定，工作可靠，分辨率高，噪声低。