Shack?Hartmann傳感器建模的案例
用于眼睛像差評估的Shack?Hartmann傳感器建模
<p><strong>介紹</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>無論是在研究中還是通過工業設備開發后用于臨床目的，Shack?Hartmann 傳感器被廣泛應用于測量人眼所產生的像差。</p><p><br></p><p><br></p><p><strong>原理</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>這種裝置的基本原理可以描述如下：光束聚焦在用作光擴散器的視網膜上，盡管出于安全考慮優選使用近紅外進行測量，但光束的主要部分被這種復雜介質吸收。光的弱背向反射部分穿過人眼結構的不同元件，例如前房的玻璃體和晶狀體以及后房的房水和角膜。每一個元件都會對眼睛出瞳處波前的形狀產生影響。</p><p><br></p><p><em>下圖描述了人眼的構造：https://www.britannica.com/science/ human?eye</em></p><p class="ql-align-center"><em><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/abHrtHgEokXWqWOISM5kxhTyoXqBgDibUtIrIXWCuwM1HCy98ThbPU5DjHeRtx1HehlBhyhp60UHUpsBfWCic6Yw/640?wx_fmt=png"></em></p><p><br></p><p>光學系統將眼睛瞳孔和具有給定放大倍數的Shack?Hartmann 傳感器結合起來[1]。下圖顯示了使用Shack?Hartmann 傳感器進行的人眼像差測量。
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介紹
無論是在研究中還是通過工業設備開發后用于臨床目的，Shack?Hartmann 傳感器被廣泛應用于測量人眼所產生的像差。
原理
這種裝置的基本原理可以描述如下：光束聚焦在用作光擴散器的視網膜上，盡管出于安全考慮優選使用近紅外進行測量，但光束的主要部分被這種復雜介質吸收。光的弱背向反射部分穿過人眼結構的不同元件，例如前房的玻璃體和晶狀體以及后房的房水和角膜。每一個元件都會對眼睛出瞳處波前的形狀產生影響。
下圖描述了人眼的構造：https://www.britannica.com/science/ human?eye
光學系統將眼睛瞳孔和具有給定放大倍數的Shack?Hartmann 傳感器結合起來。下圖顯示了使用Shack?Hartmann 傳感器進行的人眼像差測量。
Shack?Hartmann 傳感器由小透鏡陣列和位于小透鏡焦距處的成像傳感器組成。每個小透鏡通過評估成像傳感器上的橫向焦點位移來局部測量波前變形。
Shack?Hartmann 原理如下圖所示：https://en.wikipedia.org/wiki/Shack%E2%80%93Hartmannn_wavefront_sensor
該測量不能被視為絕對結果，而是被視為與參考波前（通常是平面波）進行比較的相對變形。然后根據每個小透鏡發出的局部結果重建整個波前。Zernike多項式可用于區分和量化眼睛產生的像差類型。
這種系統會產出一個在精度、靈敏度和動態范圍之間折中的結果。例如，大的微透鏡將提高系統靈敏度。但大型微透鏡也意味著無法檢測到透鏡區域內波前的局部變化，這意味著結果精確度的損失。
為了獲得像差波前的可靠重建，在OpticStudio中對系統進行建模有助于確定單個微透鏡元素尺寸并評估系統對結果的影響。
展開 Shack Hartmann傳感器的模擬
測量這種信息的常見工具是Shack Hartmann傳感器，它使用微透鏡陣列（MLA），通過焦平面上相應光點的位移來重建一個入射場的波前。為了研究這類設備，我們演示了Shack Hartmann傳感器的模擬，以不同的波前作為輸入。
任務描述
a) 平面波
- 波長640nm
- 與原點的距離無限大
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
b) 傾斜的平面波
- 波長640nm
- 2.5°傾斜
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
c) 弱球面波
- 波長640nm
- 與原點的距離為100毫米
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
d) 強球面波
- 波長640nm
- 與原點的距離為40毫米
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
微透鏡陣列
- 材料：N-BK7
- 凸面-凸面
- 曲率半徑：5毫米
- 200 μm × 200 μm 透鏡尺寸（長方形）
- 5×5個微透鏡
探測器
- 輸入場的波前
- 理想平面波聚焦面的電磁場的能量密度
系統構件 - 組件
微透鏡陣列組件允許輕松定義任意形狀的微透鏡陣列。材料和尺寸通過 Solid選項卡定義，而微透鏡的表面形狀則使用堆棧概念進行配置，并可通過單獨的Surface Add-Ons選項卡訪問。
該組件可以通過整個結構或單個微透鏡進行模擬。
系統構件 – 探測器
Camera Detector能夠計算出系統中任何一點的電磁場的能量密度。Electromagnetic Field Detector計算出純的、復值的場數據。如果用戶希望看到這些信息，它還可以計算和提取所述場的波前。
展開 Shack Hartmann傳感器的模擬
測量這種信息的常見工具是Shack Hartmann傳感器，它使用微透鏡陣列（MLA），通過焦平面上相應光點的位移來重建一個入射場的波前。為了研究這類設備，我們演示了Shack Hartmann傳感器的模擬，以不同的波前作為輸入。
任務描述
a) 平面波
- 波長640nm
- 與原點的距離無限大
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
b) 傾斜的平面波
- 波長640nm
- 2.5°傾斜
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
c) 弱球面波
- 波長640nm
- 與原點的距離為100毫米
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
d) 強球面波
- 波長640nm
- 與原點的距離為40毫米
- 2毫米×2毫米直徑(長方形)
微透鏡陣列
- 材料：N-BK7
- 凸面-凸面
- 曲率半徑：5毫米
- 200 μm × 200 μm 透鏡尺寸（長方形）
- 5×5個微透鏡
探測器
- 輸入場的波前
- 理想平面波聚焦面的電磁場的能量密度
系統構件 - 組件
微透鏡陣列組件允許輕松定義任意形狀的微透鏡陣列。材料和尺寸通過 Solid選項卡定義，而微透鏡的表面形狀則使用堆棧概念進行配置，并可通過單獨的Surface Add-Ons選項卡訪問。
展開 
Shack Hartmann傳感器的模擬
測量這種信息的常見工具是Shack Hartmann傳感器，它使用微透鏡陣列（MLA），通過焦平面上相應光點的位移來重建一個入射場的波前。為了研究這類設備，我們演示了Shack Hartmann傳感器的模擬，以不同的波前作為輸入。 任務描述
a) 平面波- 波長640nm- 與原點的距離無限大- 2毫米×2毫米直徑(長方形)b) 傾斜的平面波- 波長640nm - 2.5°傾斜- 2毫米×2毫米直徑(長方形)c) 弱球面波- 波長640nm- 與原點的距離為100毫米- 2毫米×2毫米直徑(長方形)d) 強球面波- 波長640nm- 與原點的距離為40毫米- 2毫米×2毫米直徑(長方形)微透鏡陣列- 材料：N-BK7- 凸面-凸面- 曲率半徑：5毫米- 200 μm × 200 μm 透鏡尺寸（長方形）- 5×5個微透鏡探測器- 輸入場的波前- 理想平面波聚焦面的電磁場的能量密度 系統構件 - 組件
微透鏡陣列組件允許輕松定義任意形狀的微透鏡陣列。材料和尺寸通過 Solid選項卡定義，而微透鏡的表面形狀則使用堆棧概念進行配置，并可通過單獨的Surface Add-Ons選項卡訪問。該組件可以通過整個結構或單個微透鏡進行模擬。
系統構件 – 探測器
Camera Detector能夠計算出系統中任何一點的電磁場的能量密度。Electromagnetic Field Detector計算出純的、復值的場數據。如果用戶希望看到這些信息，它還可以計算和提取所述場的波前。
總結 - 組件...
仿真結果
光線和場模擬的第一印象
MLA前的波前
平面波......
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