哈特曼波前传感器zemax仿真与人眼像差模拟
▒▒本文目录▒▒
- 一、引言
- 二、Zemax哈特曼波前传感器仿真模型
- 三、Zemax仿真技术支持
一、引言
屈光度是衡量眼睛光学系统对光线的聚焦能力的指标，它是眼睛进行正常视觉所需的光学调节的度量。目前常用的屈光度测量方法主要有椭圆亮环测量法、偏心摄影法、波前像差测量法三种。
当前广泛采用夏克-哈特曼（Shack-Hartmann）波前检测技术进行屈光检测，该技术是人眼像差测量中应用较广泛的技术之一。20世纪初，Hartmann 设计了一种基于光路追迹的像差测量装置，使用带有多小孔的不透明格栅屏将光束分割为多个方向的光线，通过各小孔测量各方向像差。20世纪70年代，R.V.Shack 改进了 Hartmann 的格栅屏，采用透镜阵列，每个小透镜将视网膜出射光线聚焦成点，通过测量各点与对应透镜光轴的偏差，计算波前斜率，从而形成 Shack-Hartmann 波前测量装置，广泛应用于军事、天文学和眼科领域。1994年，Liang 等人首次将 Shack-Hartmann 波前传感器与计算机结合，研制出第一台基于该原理的波前像差仪，可定量测量人眼屈光不正和高阶像差。该仪器通过激光射入视网膜中心形成光斑，反射光经眼内折射后由微透镜阵列分割为子波前，每个子波前在图像采集装置上形成亮点，亮点位置偏离反映波前倾斜程度。1998年，He 等人结合 Smirnov 与 Shack-Hartmann 原理，研制出可于人眼调节状态下测量波前像差的主观法像差仪。同年，中国科学院光电技术研究所将该技术用于人眼光学成像研究，并于2000年研制出世界上首台基于整体集成式微小变形镜的轻小型人眼视网膜自适应光学成像系统。
二、Zemax哈特曼波前传感器仿真模型
本文利用Zemax软件中的非序列模式实现对哈特曼图像采集光路的模拟。Zemax软件中非序列模式的透镜阵列物体由矩形体阵列组成，每个单元的前表面为平面，后表面可由用户自定义为曲面表面。阵列的表面可以为平面、球面、圆锥面或多项式表示的非球面，也可以为球面、圆锥面或多项式非球面系数表示的柱面。该物体类型的定义方式非常灵活，并且可以对阵列中每个元件的实际形状进行优化。本文利用非序列模式中的透镜阵列２实现对夏克－哈特曼波前传感器的建模，具体参数设置如表所示。
传感器的实体模型如图1所示，x和ｙ方向上分别有17个焦距为4.1mm的微透镜单元：
如图2所示，利用Zemax软件中的非序列模式对不同屈光度的眼模型进行建模。然后在视网膜中心位置设置一点光源，以此模拟眼底黄斑中心处激光亮斑的漫反射现象。点光源发射的光依次经过玻璃体、晶状体、瞳孔、前房、眼角膜后出射人眼。哈特曼图像采集光路的实体模型如图2所示。
最终，这部分包含人眼波前像差的光波前被置于人眼前方的夏克-哈特曼波前传感器接收后，在探测面上形成一幅光斑点列图。图3为正视眼（OD）所对应的光斑图。由于正视眼出射的为标准平面波前，故各光斑间距一致，其数值均等于微透镜的设计间距400μm。
三、Zemax仿真技术支持
博主可提供上述zemax仿真技术支持。博主（博士研究生）🛰️: easy_optics，在光学检测领域可提供实验指导、程序开发、申博指导、论文指导。
⭐️◎⭐️◎⭐️◎⭐️ · · · **博 主 简 介** · · · ⭐️◎⭐️◎⭐️◎⭐️ ♪▁▂▃▅▆▇ 博士研究生 ，研究方向主要涉及定量相位成像领域，具体包括干涉相位成像技术(如**全息干涉☑**、散斑干涉☑等)、非干涉法相位成像技术(如波前传感技术☑，相位恢复技术☑)、条纹投影轮廓术(相位测量偏折术)、此外，还对各种相位解包裹算法☑，相干噪声去除算法☑等开展过深入的研究。
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