消色差成像:高清更准确

华盛顿大学的研究团队发表在美国光学协会光学设计期刊的一份文献介绍了一种针对视网膜成像和视力测试的补偿纵向色差的装置。

纵向色差决定了了多波长、高分辨率视力测试和视网膜成像的保真度。自适应光学视觉模拟系统和自适应光学扫描激光检眼镜通常使用平均纵向色差来补偿不同波长之间的聚焦偏移从而避免精细的个性化控制,使用主观(视觉感知)或客观(成像)方法对眼睛的纵向色差进行了广泛的表征,理论上由于与聚焦深度、单色像差以及与视网膜组织的波长依赖性光相互作用有关的外来因素都面临着不一致。

自适应光学技术应用到眼睛以来,在视觉科学中发挥着越来越重要的作用。1997年通过测量和纠正离焦和散光的眼部高阶像差,自适应光学允许以衍射极限分辨率成像视网膜,以时空精度控制和瞄准视网膜上的视觉刺激并研究视觉差异,更广泛地说,眼用自适应光学技术的应用范围从高分辨率视网膜成像到视觉测试/模拟,自适应光学成像和刺激传递同视网膜结构与个体视锥细胞光感受器尺度上的视觉感知有关。

大多数自适应光学系统的一个共同特点是波前传感光束是从伪单色或窄带光源获得的。因此,变形镜仅校正单波段的像差。要以不同于波前感测的波长传送经像差校正的光刺激或图像,必须考虑眼睛的固有纵向色差。这些色差对视力和视网膜成像质量有相当大的影响。此外,随着眼睛年龄的增长,彩色像差和单色像差之间的复杂相互作用可能会影响多色视角下的视觉性能。此外了解包含自身固有色差的老花眼新多焦透镜设计对视力的影响是非常有意义的。


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当应用程序要求用单波长成像和/或视觉测试时,除了在波前传感波长处测量的偏移量外,变形镜引起的额外偏移量通常会简单地补偿色差。然而当需要多个波长时需要采用不同的策略来克服纵向色差。


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在视网膜成像系统中,通常使用两种光学方法来补偿纵向色差:消色差透镜和重新定位光源和探测器来补偿成像和波前传感波长之间的偏差。消色差透镜引入了与人类平均纵向色差相匹配的波长依赖性功率,但当与眼睛光轴略微错位时,会出现外来像差。部分研究报告说,消色差透镜相对于眼睛瞳孔的偏差仅为0.4 毫米就足以抵消透镜提供的视觉性能优势。即使经过最佳的光学设计和仔细的对准,消色差透镜仍然只能根据总体平均值校正固定数量的像差,并且不能解释纵向色差中的受试者间变异。第二种方法,即重新定位光源,需要在仪器的入瞳处的成像波长和参考波长(波前传感或其他,取决于应用)之间引入相等和相反的离焦。在实践中,这通常是通过在光传递装置中以基于平均总体测量的预定量轴向平移光纤尖端来实现的,这样在系统入瞳处获得最佳的屈光度偏移。反过来,检测路径也被轴向移动以适应光收集中的纵向色差,并实现与成像平面的光学共轭。在现代检眼镜中光束通过球面镜望远镜(即光学相干断层扫描和扫描激光视盘镜)传播,离散度高达2.2屈光度(400-700纳米),会产生额外的像差,这些像差需要通过复杂的光学器件来抵消。


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在这份研究文献中研究团队展示了基于滤波器的纵向色差补偿装置可以应用于自适应光学视觉模拟和自适应光学视网膜成像系统,以个性化方式补偿不同受试者和波段的纵向色差。 为了评估纵向色差的补偿性能,在定制的系统中测量526和661纳米处的亮度对比敏感度函数并且在自适应光学扫描激光检眼镜中在多个波长的中心凹中心采集视锥细胞感光器图像,视锥细胞光感受器的成像平面被选择作为用于估计纵向色差的焦平面参考时揭示了以客观和主观方式获得的纵向色差测量之间通常观察到的不一致的来源。

声明:本文并非医学诊断建议也非眼部健康信息建议