Датчик волнового фронта Шака – Хартмана
Датчик Шака-Хартмана (или Хартмана-Шака ) волнового фронта ( SHWFS ) представляет собой оптический инструмент, используемый для определения характеристик системы визуализации. [ 1 ] [ 2 ] Это датчик волнового фронта, обычно используемый в адаптивной оптики системах . Он состоит из набора линз (называемых линзлетами) с одинаковым фокусным расстоянием. Каждый из них фокусируется на датчике фотонов (обычно это матрица ПЗС или КМОП ). матрица [ 3 ] или четырехклеточный [ 4 ] ). Если датчик расположен в геометрической фокальной плоскости линзы, [ 5 ] и равномерно освещен, [ 6 ] тогда интегральный градиент волнового фронта на линзе пропорционален смещению центроида. Следовательно, любая фазовая аберрация может быть аппроксимирована набором дискретных наклонов. Путем выборки волнового фронта с помощью набора линз можно измерить все эти локальные наклоны и восстановить весь волновой фронт. Поскольку измеряются только наклоны, метод Шака – Хартмана не может обнаружить прерывистые ступеньки на волновом фронте.
Конструкция этого датчика усовершенствована по сравнению с множеством отверстий в маске , которая была разработана в 1904 году Йоханнесом Францем Хартманном 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 непрозрачного экрана набором линз. [ 7 ] [ 1 ] Терминология, предложенная Шаком и Платтом, была «экран Хартмана» . Фундаментальный принцип, похоже, был задокументирован еще до Гюйгенса философом-иезуитом Кристофером Шайнером в Австрии . [ 8 ]
Датчики Шака – Хартмана используются в астрономии для измерения телескопов и в медицине для определения характеристик глаз для лечения сложных аномалий рефракции роговицы. [ 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, Памплона и др. замените плоскость датчика 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 (т.е. сгенерированный волновой фронт) до тех пор, пока пятна не выровняются. Величина этого сдвига предоставляет данные для оценки параметров первого порядка, таких как радиус кривизны и, следовательно, ошибки из-за расфокусировки и сферической аберрации.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Шак, Р.В. (1971). Смит, Ф. Доу (ред.). «Производство и применение двояковыпуклого экрана Хартмана» . Журнал Оптического общества Америки (устная презентация). 61 (5). Ramada Inn, Тусон, Аризона: 656.
- ^ Перейти обратно: а б Хартманн, Дж. (1904). «Объективное расследование» . Журнал прибороведения . 24 . Берлин: Издательство Юлиуса Шпрингера: 1–25, 33–47, 97–117.
- ^ Т. Нирмайер; Г. Пудасаини; Джей Билле (2003). «Очень быстрые измерения волнового фронта на человеческом глазу с помощью специального КМОП-датчика Хартмана-Шака» . Оптика Экспресс . 11 (21). ОСА: 2704–2716. Бибкод : 2003OExpr..11.2704N . дои : 10.1364/oe.11.002704 . ПМИД 19471385 .
- ^ ЛП Саллес; Д.В. де Лима Монтейро (2010). «Проектирование отклика оптической четырехъядерной ячейки как позиционно-чувствительного детектора». Журнал датчиков IEEE . 10 (2). ИИЭР: 286–293. Бибкод : 2010ISenJ..10..286S . дои : 10.1109/jsen.2009.2033806 .
- ^ Аконди, Вьяс; Дубра, Альфредо (август 2019 г.). «Учет смещения фокуса в датчике волнового фронта Шака – Хартмана» . Оптические письма . 44 (17): 4151–4154. дои : 10.1364/OL.44.004151 . ПМЦ 7535119 . PMID 31465350 .
- ^ Аконди, Вьяс; Стивен, Сэмюэл; Дубра, Альфредо (август 2019 г.). «Ошибка центроида из-за неравномерного освещения линз в датчике волнового фронта Шака – Хартмана» . Оптические письма . 44 (17): 4167–4170. дои : 10.1364/OL.44.004167 . ПМЦ 7535117 . PMID 31465354 .
- ^ Платт, Бен С.; Шак, Рональд (октябрь 2001 г.). «История и принципы измерения волнового фронта Шака-Гартмана» . Журнал рефракционной хирургии . 17 (5): S573–7. дои : 10.3928/1081-597X-20010901-13 . ПМИД 11583233 .
- ^ Шайнер, «Глаз, или оптическая основа», Инсбрук, 1619 г.
- ^ Э. Морено-Барриузо и Р. Наварро (2000). «Трассировка лазерных лучей по сравнению с датчиком Хартмана-Шака для измерения оптических аберраций человеческого глаза». ЖОСА А. 17 (6). Оптическое общество Америки: 974–985. Бибкод : 2000JOSAA..17..974M . дои : 10.1364/JOSAA.17.000974 . hdl : 10261/61848 . ПМИД 10850467 .
- ^ Томас Конен и Дуглас Д. Кох (2006). Катаракта и рефракционная хирургия, Том 2 . Спрингер. п. 55. ИСБН 978-3-540-30795-2 .
- ^ Памплона, Витор Ф.; Мохан, Анкит; Оливейра, Мануэль М.; Раскар, Рамеш (2010). «NETRA: Интерактивный дисплей для оценки ошибок рефракции и фокусного расстояния» (PDF) . Транзакции ACM с графикой . 29 (4). дои : 10.1145/1778765.1778814 . hdl : 1721.1/80392 . Архивировано из оригинала (PDF) 12 октября 2012 г.
- ^ патент США 8783871 , Памплона, Витор; Менезес де Оливейра, Мануэль и Мохан, Анкит и др., «Прибор для оценки рефракции вблизи глаз», опубликовано 31 января 2013 г., выпущено 22 июля 2014 г., передано Массачусетскому технологическому институту.
См. также
[ редактировать ]- Элемент оптического телескопа (этот датчик использовался при разработке космического телескопа Джеймса Уэбба )