WikiDer > Датчик волнового фронта Шака – Гартмана

Shack–Hartmann wavefront sensor
Система Шака – Хартмана в клинической оптике: лазер создает виртуальный источник света в сетчатке. Матрица линз создает пятна в датчике в соответствии с волновым фронтом, выходящим из глаза.
Инверсия системы Шака – Хартмана в клинической оптике: на экране отображается набор рисунков, пользователь выравнивает / накладывает их на одном изображении, нажимая кнопки.
Схематическое изображение SHWFS.
Операции одиночной линзы в SHWFS.

А Шак – Хартманн (или же Хартманн-Шак) датчик волнового фронта (SHWFS) является оптическим прибором, используемым для характеристики системы визуализации[1][2]. Это датчик волнового фронта обычно используется в адаптивная оптика системы. Он состоит из набора линз (называемых линзами) с одинаковым фокусным расстоянием. Каждый фокусируется на фотонном датчике (обычно CCD массив или CMOS множество[3] или четырехъядерный[4]). Если датчик расположен в геометрической фокальной плоскости линзы[5], и равномерно освещен[6], то интегральный градиент волновой фронт поперек линзы пропорционально смещению центроида. Следовательно, любая фаза аберрация можно аппроксимировать набором дискретных наклонов. Отбирая волновой фронт с помощью набора линз, можно измерить все эти локальные наклоны и восстановить весь волновой фронт. Поскольку измеряются только наклоны, Шак – Хартманн не может обнаружить прерывистые ступени на фронте волны.

Конструкция этого датчика улучшает массив отверстий в маске который был разработан в 1900 г. Йоханнес Франц Хартманн как средство отслеживания отдельных лучей света через оптическую систему большого телескопа, тем самым проверяя качество изображения.[2] В конце 1960-х годов Роланд Шак и Бен Платт модифицировали экран Хартмана, заменив апертуры в непрозрачном экране множеством линз.[7][1] Терминология, предложенная Шаком и Платтом, была Экран Хартмана. Фундаментальный принцип, кажется, задокументирован еще до Гюйгенс философом-иезуитом, Кристофер Шайнер, в Австрия.[8]

Датчики Шака – Гартмана используются в астрономии для измерения телескопов и в медицине для определения характеристик глаз при лечении сложных аномалий рефракции на роговице.[9][10]Недавно Памплона и др.[11] разработан и запатентован[12] обратная система Шака – Хартмана для измерения аберраций хрусталика глаза. В то время как датчики Шака – Хартмана измеряют локализованный наклон ошибки волнового фронта, используя смещение пятна в плоскости датчика, Pamplona et al. замените сенсорную плоскость визуальным дисплеем с высоким разрешением (например, экраном мобильного телефона), на котором отображаются пятна, которые пользователь просматривает через матрицу линз. Затем пользователь вручную сдвигает отображаемые пятна (то есть сгенерированный волновой фронт), пока пятна не выровняются. Величина этого сдвига дает данные для оценки параметров первого порядка, таких как радиус кривизны и, следовательно, ошибка из-за дефокусировки и сферической аберрации.

Рекомендации

  1. ^ а б Шак, Р.В. (1971). Смит, Ф. Доу (ред.). «Изготовление и использование лентикулярного экрана Хартмана». Журнал Оптического общества Америки (Устная презентация). Ramada Inn, Тусон, Аризона. 61 (5): 656.
  2. ^ а б Хартманн, Дж. (1900). "Bemerkungen über den Bau und die Justirung von Spektrographen". Zeitschrift für Instrumentenkunde. Берлин: Юлинс Спрингер. 20: 17–27, 47–58.
  3. ^ Т. Нирмайер; Г. Пудасаини; Дж. Билле (2003). «Очень быстрые измерения волнового фронта у человеческого глаза с помощью специального датчика Hartmann-Shack на основе CMOS». Оптика Экспресс. OSA. 11 (21): 2704–2716. Bibcode:2003OExpr..11.2704N. Дои:10.1364 / oe.11.002704. PMID 19471385.
  4. ^ LP Salles; DW де Лима Монтейро (2010). «Разработка отклика оптической четырехъядерной ячейки как позиционно-чувствительного детектора». Журнал датчиков IEEE. IEEE. 10 (2): 286–293. Bibcode:2010ISenJ..10..286S. Дои:10.1109 / jsen.2009.2033806.
  5. ^ Аконди, Вьяс; Дубра, Альфредо (август 2019). «Учет фокального сдвига в датчике волнового фронта Шака – Гартмана». Письма об оптике. 44 (17): 4151–4154. Дои:10.1364 / OL.44.004151. PMID 31465350.
  6. ^ Аконди, Вьяс; Стивен, Сэмюэл; Дубра, Альфредо (август 2019). «Ошибка центроида из-за неравномерного освещения линзы в датчике волнового фронта Шака – Гартмана». Письма об оптике. 44 (17): 4167–4170. Дои:10.1364 / OL.44.004167. PMID 31465354.
  7. ^ Platt, Ben C .; Шак, Рональд (октябрь 2001 г.). "История и принципы измерения волнового фронта Шака-Хартмана". Журнал рефракционной хирургии. 17 (5): S573–7. Дои:10.3928 / 1081-597X-20010901-13. PMID 11583233.
  8. ^ Шайнер, "Oculus, sive foundationum opticum", Инсбрук, 1619 г.
  9. ^ Э. Морено-Барриузо и Р. Наварро (2000). «Лазерная трассировка лучей по сравнению с датчиком Хартмана-Шака для измерения оптических аберраций в человеческом глазу». JOSA A. Оптическое общество Америки. 17 (6): 974–985. Bibcode:2000JOSAA..17..974M. Дои:10.1364 / JOSAA.17.000974. HDL:10261/61848. PMID 10850467.
  10. ^ Томас Конен и Дуглас Д. Кох (2006). Катаракта и рефракционная хирургия, Том 2. Springer. п. 55. ISBN 978-3-540-30795-2.
  11. ^ Памплона, Витор Ф .; Мохан, Анкит; Oliveira, Manuel M .; Раскар, Рамеш (2010). «NETRA: интерактивный дисплей для оценки ошибок рефракции и фокусного расстояния» (PDF). Транзакции ACM на графике. 29 (4). Дои:10.1145/1778765.1778814. HDL:1721.1/80392. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-10-12.
  12. ^ Патент США 8783871, Памплона, Витор; Менезеш де Оливейра, Мануэль и Мохан, Анкит и др., «Ближайший глаз для оценки рефракции», опубликован 31 января 2013 г., выпущен 22 июля 2014 г., передан Массачусетскому технологическому институту. 

Смотрите также