Zernike像差建模
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
Zernike像差建模的實(shí)例教程
本文介紹如何使用Zernike標(biāo)準(zhǔn)下垂表面對(duì)全反射系統(tǒng)進(jìn)行建模。全反射系統(tǒng)是一種特殊情況，其中Zernike凹陷表面可用于模擬給定場(chǎng)點(diǎn)的所有波長(zhǎng)下的性能。使用Zernike凹陷表面代替Zernike相位，因?yàn)檠苌涔β逝c波長(zhǎng)變化時(shí)的反射功率不同。一個(gè)相位波是任何波長(zhǎng)的一個(gè)波，但0.5微米處的一個(gè)下垂波在1.0微米處只有半個(gè)波。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
介紹
這是“如何使用Zernike系數(shù)對(duì)黑盒光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模”的姊妹篇。兩篇文章可一起閱讀。
Zernike數(shù)據(jù)表示光學(xué)系統(tǒng)在特定場(chǎng)和波長(zhǎng)下的性能測(cè)量。因?yàn)殛P(guān)于玻璃、曲率半徑、非球面系數(shù)等的信息。不是 Zernike 數(shù)據(jù)的一部分，無法將 Zernike 數(shù)據(jù)縮放到不同的場(chǎng)或波長(zhǎng)。
如果您使用的是全反射設(shè)計(jì)，則可以使用Zernike標(biāo)準(zhǔn)凹陷表面來描述給定視場(chǎng)下所有波長(zhǎng)的光學(xué)系統(tǒng)像差，因?yàn)槿瓷湎到y(tǒng)不會(huì)遭受色差。
約洛望遠(yuǎn)鏡示例
例如，考慮類似Yolo望遠(yuǎn)鏡的：
這個(gè)沒有遮擋的望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生這樣的波前：
現(xiàn)在，要使用 Zernike 下垂曲面制作等效系統(tǒng)，我們只需要出口瞳孔位置和直徑，如上一篇文章所示。此數(shù)據(jù)是：
出瞳直徑 = 701.681 mm 出瞳位置 = 9484.22 mm
仍然遵循上一篇文章，可以產(chǎn)生如下一階等效系統(tǒng)：
其中，系統(tǒng)的入射瞳孔直徑設(shè)置為原始Yolo的出射瞳孔直徑，近軸透鏡的焦距設(shè)置為與出射瞳孔位置相同的值。這為我們提供了一個(gè)與原始參考球體半徑相同的一階系統(tǒng)。
然后，我們以下垂為單位導(dǎo)出 Zernike 數(shù)據(jù)。執(zhí)行此操作的宏類似于原始文章中提供的宏，但添加了額外的縮放因子：
SUB get_scale
!
展開 Zernike多項(xiàng)式可用于區(qū)分和量化眼睛產(chǎn)生的像差類型[2]。</p><p><br></p><p>這種系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)出一個(gè)在精度、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍之間折中的結(jié)果。例如，大的微透鏡將提高系統(tǒng)靈敏度。但大型微透鏡也意味著無法檢測(cè)到透鏡區(qū)域內(nèi)波前的局部變化，這意味著結(jié)果精確度的損失。</p><p><br></p><p>為了獲得像差波前的可靠重建，在OpticStudio中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模有助于確定單個(gè)微透鏡元素尺寸并評(píng)估系統(tǒng)對(duì)結(jié)果的影響。事實(shí)上，系統(tǒng)建模能夠評(píng)估所選鏡頭附加波前變形的潛在影響，并可能校準(zhǔn)系統(tǒng)。</p><p><br></p><p>對(duì)于建模來說，系統(tǒng)可以分解為三個(gè)部分：人眼建模、采集光學(xué)系統(tǒng)和Shack-Hartmann傳感器。本文將描述每個(gè)部分的建模以及評(píng)估系統(tǒng)性能的分析工具。</p><p><br></p><p>在本文中，不會(huì)對(duì)將焦點(diǎn)聚焦到視網(wǎng)膜的注入部分進(jìn)行專門建模，主要關(guān)注的是采集光學(xué)系統(tǒng)和傳感器。</p><p><br></p><p><br></p><p><strong>第1部分：人眼建模</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>已經(jīng)提出了幾種不同的方法來對(duì)如此排列復(fù)雜的人眼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。此處使用的方法可在之前的微信推送中找到：<a href="http://mp.weixin.qq.com/s?
展開 下表描述了與 Zernike 多項(xiàng)式和 Zemax 命名法相關(guān)的不同像差。Z4 項(xiàng)主要取決于眼睛屈光不正，并且是通常對(duì)波前變形的最重要因素。這是在改變玻璃體長(zhǎng)度的多重結(jié)構(gòu)內(nèi)Zernike參數(shù)中觀察到的主要變化。像散、慧差和球差與眼睛后段問題的關(guān)系更大。三階像差通常幅度較低，但它對(duì)視力的影響非常明顯，尤其是在弱光環(huán)境下。
現(xiàn)在也可以在表面 22 處讀取在角膜后面為正常眼睛建立的以下Zernike 多項(xiàng)式，如下圖所示：
在角膜（表面8）： 透鏡后（表面22）：
通過將Shack?Hartmann 前面的 Zernike 參數(shù)與眼睛瞳孔前的參數(shù)進(jìn)行比較來評(píng)估光學(xué)系統(tǒng)在幾種像差情況下的可靠性。Shack?Hartmann模型證明該設(shè)備的尺寸正確，可以評(píng)估眼睛產(chǎn)生的波前變形。
幾何圖像模擬
幾何圖像分析可用于查看 Shack?Hartmann 傳感器上的結(jié)果：
在這個(gè)模型中，我們從視網(wǎng)膜上的點(diǎn)源開始，但實(shí)際上，激光照亮的視網(wǎng)膜主要是散射和吸收的。因此，在本文中，我們將切趾形式定義為高斯。
如下圖所示，我們可以通過多種方式查看傳感器平面中的輻照度。我們可以通過每個(gè)焦點(diǎn)相對(duì)于每個(gè)微透鏡軸上的參考位置的位移來評(píng)估波前的局部斜率。整個(gè)二維數(shù)據(jù)集可以在與分析相關(guān)的文本文件中恢復(fù)，然后可以使用該數(shù)據(jù)集測(cè)試算法并評(píng)估其可靠性。
物理光學(xué)傳播
為了考慮衍射效應(yīng)而不僅僅是斑點(diǎn)的位置，我們可以使用物理光學(xué)傳播 (POP) 工具從視網(wǎng)膜（表面1）到成像傳感器表面（像面）。
POP 光束定義中的參數(shù)是通過讀取Analyze…Reports…Prescription Data下的物空間數(shù)值孔徑找到。
物空間數(shù)值孔徑定義為：NA=n，sin(θ)=0.126。
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Zernike像差建模的最新內(nèi)容
<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(yè)設(shè)備開發(fā)后用于臨床目的，Shack?Hartmann 傳感器被廣泛應(yīng)用于測(cè)量人眼所產(chǎn)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
介紹
無論是在研究中還是通過工業(yè)設(shè)備開發(fā)后用于臨床目的，Shack?Hartmann 傳感器被廣泛應(yīng)用于測(cè)量人眼所產(chǎn)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(kuò)散器的視網(wǎng)膜上，盡管出于安全考慮優(yōu)選使用近紅外進(jìn)行測(cè)量，但光束的主要部分被這種復(fù)雜介質(zhì)吸收。光的弱背向反射部分穿過人眼結(jié)構(gòu)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(gè)元件都會(huì)對(duì)眼睛出瞳處波前的形狀產(chǎn)生影響
本文介紹如何使用Zernike標(biāo)準(zhǔn)下垂表面對(duì)全反射系統(tǒng)進(jìn)行建模。全反射系統(tǒng)是一種特殊情況，其中Zernike凹陷表面可用于模擬給定場(chǎng)點(diǎn)的所有波長(zhǎng)下的性能。使用Zernike凹陷表面代替Zernike相位，因?yàn)檠苌涔β逝c波長(zhǎng)變化時(shí)的反射功率不同。一個(gè)相位波是任何波長(zhǎng)的一個(gè)波，但0.5微米處的一個(gè)下垂波在1.0微米處只有半個(gè)波。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
介紹
這是“如何使用Zernike
