WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Третья глава посвящена созданию расчетных и экспериментальных моделей, воспроизводящих измеренные в главе аберрационные свойства глаза. В параграфе 1 предлагается динамический имитатор (модель) глаза, главной особенностью которого является способность воспроизводить осевые аберрации глаза в режиме реального времени. В качестве активного оптического элемента, формирующего необходимый профиль поверхности волнового фронта, берется гибкое биморфное 18-ти электродное зеркало. Для тестирования имитатора глаза был собран стенд, который, помимо непосредственно имитатора включал в себя датчик волнового фронта Шака-Гартмана для измерения воспроизводимого волнового фронта. Напряжения, подаваемые на биморфное зеркало, T -1 T подавались по следующему алгоритму V = V + (R R) R m, n n-1 n здесь V - вектор напряжений, подаваемых в момент времени tn, R – n матрица, характеризующая функции отклика биморфного зеркала, mn - разность между локальными наклонами воспроизводимого и измеренного волнового фронта. Управляющие сигналы подавались на зеркало с частотой 10 Гц, что обеспечивало корректное воспроизведение аберраций на частотах до 5 Гц. Качество воспроизведения аберраций оценивалось по величине остаточной M ошибки: e(t) = (t) - Ai (t))2 где ai(t) - коэффициенты при (ai i=полиномах Цернике, которые воспроизводило зеркало, Ai(t) - коэффициенты, при полиномах Цернике, характеризующие аберрации глаза пациента в соответствующий момент времени. Усредненная по времени ошибка воспроизведения аберраций семи глаз не превысила 0.08 мкм.

В параграфе 2 предлагается расчетная модель глаза, корректно описывающая распределение аберраций между хрусталиком и роговицей, а также внеосевое поведение аберраций глаза, экспериментально измеренное для каждого из обследуемых пациентов. За основу бралась модель Гульстранда-Наварро.

Для того, чтобы корректно воспроизвести экспериментально измеренные внеосевые аберрации каждого глаза, при моделировании мы изменяли значения смещений, наклонов роговицы и хрусталика, варьировали смещение зрачка, значения радиусов кривизны поверхностей и значения конических констант. При этом была получена зависимость среднеквадратичного отклонения волнового фронта от положения опорного источника, качественно совпадающая с экспериментально измеренной зависимостью (см. рис.3).

Для того, чтобы получить заданное распределение аберраций между оптическими элементами глаза на его оси, при моделировании дополнительно вносились искривления поверхностей роговицы и хрусталика. На рис.4 приводятся интерферограммы, экспериментально измеренных (а) и воспроизведенных моделью осевых аберраций(б). Среднеквадратичное отклонение двух волновых фронтов представленных на рис. 4(а) и (б) составило 0.08 мкм.

В четвертой главе на основании проведенного исследования поведения осевых и внеосевых аберраций проводится исследование эффекта анизопланатизма оптической системы глаза. Параграф Рис. 3.Зависимость остаточной ошибки коррекции от положения опорного источника. Показаны экспериментальные данные и результаты для модели глаза пациента АД.

(а) (б) Рис.4. Экспериментально измеренные (а) и смоделированные (б) аберрации на оси правого глаза пациента АД.

посвящен коррекции аберраций глаза с помощью гибкого биморфного корректора. Результаты свидетельствуют о том, что использование подобного типа корректоров позволяет успешно компенсировать аберрации пациентов с амплитудой аберраций до 4.5 мкм. Остаточная ошибка коррекции всех обследованных пациентов не превысила 0.мкм, то есть использование биморфных зеркал подобного типа позволяет получать фактически диффрационно-ограниченное изображение на оси системы. Однако, даже в случае полной компенсации аберраций глаза можно получить изображение глазного дна с высоким разрешением лишь в пределах небольшой области, называемой зоной изопланатизма. Для определения угла изопланатизма глаза в параграфе 2 проводится расчет остаточной ошибки коррекции для разных участков глазного дна в случае, если аберрации в центре полностью скорректированы. Полагалось, что если остаточная ошибка коррекции аберраций волнового фронта, распространяющегося от какого-либо участка глазного дна не превышает 1 рад, то этот участок находится в пределах зоны изопланатизма. На основании измерений, представленных в главе 2, был рассчитан размер зоны изопланатизма для пяти пациентов.

Результаты представлены в таблице 1.

_ Пациент АБ АК АД РЛ СГ _ Зона изопла- натизма 2.4±0.1 1.5±0.1 2.5±0.2 1.6±0.1 2.8±0._ Таблица 1. Размер зоны изопланатизма.

Для идеального глаза, который задавался моделью Гульстранда- Для идеального глаза, который задавался моделью ГульстрандаНаварро, размер зоны изопланатизма составил 3.4°. Тот факт, что размер зоны изопланатизма для модели идеального глаза превышает размер зоны реального глаза объясняется наличием разъюстировки оптических элементов глаза: наклонов, смещений, искажений оптических элементов.

В параграфе 3 предлагаются различные методы расширения зоны изопланатизма глаза. Изучение их эффективности проводится с использованием разработанных статических моделей глаза. В начале параграфа исследуется возможность использования дисперсионных свойств оптической системы глаза для расширения его зоны изопланатизма. Однако, как показали проведенные исследования, такой метод является малоэффективным и в пределах точности измерения не дает расширения угла изопланатизма.

Далее рассматривается метод расширения зоны изопланатизма с использованием двух корректоров, каждый из которых компенсирует аберрации какого-то определенного слоя. Такой метод дает значительное расширение зоны изопланатизма (в 5.5-6.5 раза) в приложениях атмосферной оптики. Суть метода заключается в том, что два (или более) корректора помещаются в плоскости, сопряженные турбулентным слоям атмосферы. Однако, использование этого метода для человеческого глаза привело к незначительному расширению угла изопланатизма глаза. Это связано прежде всего с тем, что хрусталик и роговица являются толстыми асферическими элементами, волновой фронт, проходящий через них, приобретает дополнительные аберрации – дефокусировку, астигматизм, кому. Амплитуда этих аберраций возрастает вместе с увеличением угла падения волнового фронта, поэтому данные аберрации невозможно скорректировать с помощью двух тонких корректоров, помещенных в плоскости, сопряженные хрусталику и роговице.

Затем рассматривается метод коррекции по средней фазе.

Данный метод расширения поля зрения адаптивных систем заключается в усреднении фазы, соответствующей нескольким опорным источникам и последующей компенсации усредненной фазы корректором волнового фронта. На рис.5(а) представлен график зависимости ошибки коррекции аберраций глаза от положения опорного источника для различных случаев. Квадратами обозначен случай одного опорного источника, расположенного в центре сетчатки. Ошибка коррекции идеальным корректором по усредненной фазе от двух источников, расположенных в -1 и 1 обозначена кругами. Видно, что методом коррекции по средней фазе можно добиться равномерной коррекции искаженного изображения в большей области, но при этом внутри этой области качество коррекции хуже, чем в случае одного опорного источника. Видно, что для данного пациента (АД) размер зоны изопланатизма был увеличен с 2.5° до 4.2°. Для пациентов АБ и РЛ размер зоны изопланатизма увеличился с 2.4° и 1.6° до 3.0° и 2.3° соответственно. Для модели глаза Гульстранда –Наварро данная методика дала увеличение зоны изопланатизма с 3.4° до 4.8°. Таким образом, метод коррекции аберраций по средней фазе позволяет расширить размер зоны изопланатизма глаза, однако, главным недостатком этого метода является то, что при его использовании ухудшается качество изображения в центре глазного дна.

= 2. = 2.0 = 4.0 = 4.(а) (б) Рис. 5. Зависимость ошибки коррекции от положения опорного источника (а) с использованием метода коррекции по средней фазе (пациент АД), 1 и 2 - угловые координаты двух опорных источников; (б) с использованием метода нейтрализации внешней поверхности роговицы.

В работе предложен новый метод расширения зоны изопланатизма, основанный на нейтрализации преломляющей силы роговицы при помещении ее в иммерсионную жидкость. При этом анизопланатизм оптической системы глаза обусловлен лишь анизопланатизмом внутриглазной оптики. Результаты приведены на рис.5(б). Показаны графики зависимости остаточной ошибки коррекции в случае обычной коррекции (с использованием одного опорного источника в центре глазного дна) и в случае нейтрализации рефракции роговицы. Видно, что зона изопланатизма значительно расширяется. Ее размер был увеличен в 1.9, 1.8 и 1.5 раза для пациентов АБ, АД и РЛ соответственно. Для модели глаза Гульстранда-Наварро расширенный размер зоны изопланатизма составил 6.1°(т.е. был увеличен в 1.8 раза). При этом в отличие от метода коррекции по средней фазе не происходит увеличения остаточной ошибки в центре глазного дна. Таким образом, предложенный метод позволяет значительно увеличить размер зоны изопланатизма и может быть использован для расширения поля зрения фундус-камер.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

• Был проведен анализ ошибок, возникающих при измерении аберраций глаза методом Шака-Гартмана. Показано, что суммарная ошибка, включающая неточность позиционирования зрачка, конечное пространственное разрешение камеры, дискретизацию сигнала на камере и шумы камеры составляет около 5%. Ошибка, связанная с неравномерностью распределения интенсивности составляет около 2.5%.

• Предложены модели глаза, воспроизводящие как внеосевое, так и осевое поведение аберраций. Анализ моделей позволил сделать вывод о том, что поведение внеосевых аберраций глаза определяется в первую очередь смещением оптических элементов, их наклоном относительно оси фиксации, а также их формой.

• Экспериментально реализована динамическая модель глаза, основанная на гибком биморфном зеркале. Модель воспроизводит аберрации глаза в режиме реального времени на частотах, соответствующих флуктуациям аберраций глаза с точностью, превышающей /10 (RMS) и /20 для каждой аберрации в отдельности.

• Рассмотрены различные способы расширения зоны изопланатизма. Показано, что дисперсионные свойства глаза не оказывают влияние на размер зоны изопланатизма. Метод коррекции с использованием двух тонких корректоров, расположенных в плоскостях, сопряженных хрусталику и роговице также не дает значительного изменения, что объясняется наличием толстых асферических элементов в оптической системе глаза. Использование метода коррекции по средней фазе для обследованных пациентов дает увеличение в 1.2 – 1.5 раза, однако остаточная ошибка коррекции в центре увеличивается до 1 рад. Предложен новый метод расширения зоны изопланатизма глаза, основная идея которого заключается в нейтрализации преломляющей силы внешней поверхности роговицы при помещении ее в среду с близким значением показателя преломления. Применение данного метода для моделей глаза, соответствующих обследованным пациентам позволило расширить зону изопланатизма в 1.5-1.9 раза без ухудшения качества коррекции в точке расположения опорного источника.

В приложении 1 приводится список терминов, используемых автором во введении. В приложении 2 приведены формулы для полиномов Цернике до 4-го радиального порядка. Приложение содержит описание основных свойств полиномов Цернике, используемых в работе.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Галецкий С.О., Беляков А.И., Черезова Т.Ю., Кудряшов А.В.

Создание модели человеческого глаза методами адаптивной оптики // Оптический журнал т.73, №7, сс. 79-82 (2006).

2. Беляков А., Черезова Т., Кудряшов А. Методы адаптивной оптики в исследовании свойств оптической системы глаза// Программа 11-го международного симпозиума по оптике атмосферы и океана, с.78 (Томск, 2004).

3. Letfullin R., Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov A. Doublepass measurement of human eye aberrations: limitations and practical realization// Proc. SPIE, v. 5572, pp.340 - 350 (2004).

4. Dubinin A., Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov A.

Anisoplanatism in adaptive optics compensation of human eye aberrations// Proc. SPIE, v.5572, pp. 330 -340 (2004).

5. Dubinin A., Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov A.

Anisoplanatism in human retina imaging// Proc. SPIE, v.5894, pp.

88-94 (2005).

6. Letfullin R., Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov Human eye model based on bimorph flexible mirror// Proc. SPIE, v.5894, pp.95-102 (2005).

7. Dubinin A., Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov Human retina imaging: isoplanatism considerations// Proc. SPIE, v.5864, pp. 95-113 (2005).

8. Letfullin R., Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov A. A human eye model based on bimorph flexible mirror// Proc. SPIE, v.5864, pp. 97-104 (2005).

9. Галецкий С., Дубинин А., Летфуллин Р., Беляков А., Черезова Т., Кудряшов А. Адаптивная оптическая система для измерения и воспроизведения свойств человеческого глаза// Программа оптический форума “Оптика – 2005”, с. (Москва, 2005).

10. Galetskiy S. Letfullin R., Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov A. Custom-oriented wavefront sensor for human eye properties measurements// Proc. SPIE, v. 6018, pp. 51-59 (2005).

11. Александров А.Г., Беляков А.И., Галецкий C.O., Завалова В.Е., Кудряшов А.В., Черезова Т.Ю. Учет неравномерности распределения интенсивности при измерении аберраций человеческого глаза// МГОУ XXI – Новые Технологии, №4, сc. 11-16 (2006).

12. Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov A. Scattering of the laser irradiation by human retina and its impact on the measurements of the aberrations using objective technique// Scientific Program of Workshop on Optical Technologies in Biophysics & Medicine VIII, p.5 (Saratov, 2006).

13. Dubinin A., Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov A. Impact of aberrations of crystalline lens and the cornea on the size of isoplanatic patch in the human eye// Proceedings of Conference On Laser Optics, p.8 (Saint-Petersburg, 2006).

14. Dubinin A., Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov A. Dynamic compensation of human eye aberrations by bimorph flexible mirror // Proceedings of Conference on Laser Optics p.8 (SaintPetersburg, 2006).

15. Galetskiy S., Belyakov A., Cherezova T., Kudryashov A. Dynamic generation of phase profiles inherent to human eye// Technical Digest of Laser Optics for Young Scientists p.23 (SaintPetersburg, 2006).

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»