小型化人眼像差校正仪光学系统设计

　　0 引言

　　人眼存在着各种高低阶像差， 瞳孔越大， 像差越大，而且这些像差随时间变化[1]。传统的校正方法，如配戴眼镜等，只能校正低阶像差(离焦和散光)，难以校正高阶像差， 对于像差随时间的扰动更是无能为力。所以，很难将大瞳孔人眼像差校正到衍射极限的水平。近年来，梁俊忠、张雨东等研究人员将地基天文望远镜上的自适应光学技术用于人眼像差的实时校正， 使大瞳孔( 直径>6 mm)人眼像差校正到接近衍射极限的水平， 并获得了清晰的视网膜视觉细胞图片[2-3]。这对眼科疾病的早期诊断和视觉研究都具有重要意义[4]。

　　然而，目前的自适应光学人眼像差校正系统多数采用变形镜，具有成本高、体积大等缺点，不利于推广使用。而液晶空间光调制器具有体积小、成本低、空间分辨率高、校正能力强(经过位相叠加后) 和高保真(可以用开环模式校正)等优点，在人眼像差校正方面具有较强的应用潜力[5]。笔者曾设计了几套基于液晶空间光调制器的人眼像差校正系统，但是存在不够小巧、光能利用率较低等问题[6]。为此，提出了文中小型化人眼像差校正光学系统的设计。

　　1 主要设计参数

　　全视场为2°(对应视网膜直径~600 μm， 可参考人眼等晕角大小);人眼瞳孔直径为7 mm(瞳孔越大，极限分辨率越高，光收集效率越高，但像差越大);成像波长为570 nm(分辨率比近红外高，对血管成像对比度较高);探测波长为790 nm (对人眼刺激小，视网膜反射率高);液晶空间光调制器像素大小15 μm，数目512×512;夏克-哈特曼探测器微透镜大小300 μm，数目25×25;成像CCD 像素大小10.4 μm;放大率~8倍;视网膜上分辨率~2.6 μm。

　　2 光路设计

　　对于一般的自适应光学人眼像差校正仪，为了保证夏克-哈特曼波前探测器(SHWS)的微透镜阵列、变形镜或液晶空间光调制器(LC蛳SLM)的面板同时与人眼瞳孔有共轭关系，需要使用多个透镜(或反射镜)，这样不仅增加成本和体积，而且会使系统自身引入更大的像差，尤其是采用双波长校正模式时。为了解决上述问题， 对该系统进行了简化处理,如图1 所示。通过一个透镜(Lens 1)来保证上述的共轭关系。该系统采用双波长模式，即波前探测用790 nm的近红外光，成像用570 nm 的可见光。用一个分光片(Dichroic) 将790 nm 的近红外光和570 nm 的可见光分给SHWS 和LC蛳SLM。人眼对790 nm 的近红外光和570 nm 的可见光大约有0.7D 的色差。为了消除由于人眼色差引入的较大离焦，在SHWS 前放一个可移除的矫正镜(Movable corrective lens)。要同时保证光束以接近平行光入射到夏克-哈特曼波前探测器微透镜阵列及液晶空间光调制器的面板上，以节省系统的波前探测和校正能力。