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人眼自适应系统低阶像差补偿机构设计

作　者: 余鑫鑫
导　师: 宣丽
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 人眼自适应系统低阶像差像散离焦液体透镜
分类号: TH786
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

一些严重威胁身体健康的内分泌疾病以及影响血液成分的疾病,如糖尿病、肾病、肿瘤等等,往往能通过人眼眼底检测来判断。然而,人眼并不是一个理想的光学系统,通常存在较大的离焦、像散等低阶像差,另外还存在一些高阶像差,使得常规的眼底检测设备成像质量很难满足疾病的早期诊断需求。采用液晶自适应像差补偿系统可以消除这些像差的影响,但像差深度超过1.5μmm时会使未经校正的入眼光束无法聚焦在想被成像的物面上,成像对比度下降。实际上,人眼像差90%以上为低阶像差中的离焦和像散,如果使用近视、远视和散光镜片将这些低阶像差补偿掉,再使用液晶自适应系统校正1.51μm以下的高阶像差,将会有效提高成像对比度。关于离焦补偿机构的设计,采用了新型液体变焦透镜,最小调焦步长确定为0.2D。建立了传动比为40的蜗轮蜗杆调节机构,旋转调节步长由液体变焦透镜外压环上的0.46。放大到蜗杆上的18.4。,可以保证离焦调节误差小于0.1D,残余离焦深度小于0.7μm。进行了强度和刚度分析,根据人眼自适应光学系统中几何空间的限制,设计出一套人眼离焦补偿机构,并加工成实物,应用于人眼自适应光学系统。检测结果显示蜗杆旋转角度与屈光度对应关系的理论值与实际值差别不大,说明所加工的人眼离焦补偿机构基本没有应力变形,设计是合理的。该机构能保障预补偿后的残余眼波像差深度远小于1.5μm,解决了人眼离焦对入眼光束聚焦面的干扰问题。关于像散补偿系统的设计,调研了人眼像差的分布范围,大多分布在-0.25D--1.5D之间,少数人超过-3.0D。其中-0.25D像散的PV值为1.33μm,小于将入眼光束有效聚焦在欲成像物面上允许的1.5μm像差PV值,所以对于散光度数低于-0.25D的测试者无需使用散光补偿镜片。所以决定使用6片柱镜作为人眼像散补偿的常备镜片,散光度数分别为：-0.50D、-0.75D、-1.00D、-1.25D、-1.50D和-1.75D。此外,考虑无需使用散光补偿镜片和使用散光度数超过-1.75D的需求,在6片常备的补偿镜片之外,加入一个可切换镜片的卡槽。将7个像散补偿镜片卡槽分布在一个圆盘上,采用旋转圆盘的方式切换补偿镜片,并设计了使圆盘转到相应补偿镜片位置可以停止定位的小球-弹簧结构,力图简单稳定。通过以上工作,制作出较好为人眼自适应光学系统服务的离焦和像散补偿机构,经实验验证设计合理，解决了入眼光束无法聚焦在欲成像物面上的问题,使自适应系统得到更好的成像效果。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第1章绪论  11-20
  1.1 人眼低阶像差补偿机构的研究意义  11-14
  1.2 人眼的像差特性  14-16
  1.3 人眼像差测量及校正的研究现状  16-19
    1.3.1 人眼像差测量的研究进展  16-18
    1.3.2 人眼低阶像差校正技术的研究进展  18-19
  1.4 本论文的主要研究内容  19-20
第2章人眼离焦补偿机构的设计  20-44
  2.1 人眼离焦补偿机构的设计背景  20-22
    2.1.1 人眼离焦产生的原因  20-21
    2.1.2 离焦补偿机构的主要参数  21-22
  2.2 变焦系统和液体变焦透镜  22-31
    2.2.1 变焦系统和液体变焦透镜的简介  22-23
    2.2.2 液体变焦透镜的基本参数  23-26
    2.2.3 液体变焦透镜调节参数的相关计算  26-31
  2.3 人眼离焦补偿步长的确定  31-33
  2.4 人眼离焦补偿机构设计  33-39
    2.4.1 竭轮祸杆的基本参数  33-36
    2.4.2 离焦补偿机构模型设计  36-39
  2.5 调焦机构的标定  39-42
  2.6 小结  42-44
第3章人眼像散补偿机构的设计  44-56
  3.1 像散补偿设计背景  44-46
    3.1.1 像散的成因  44-45
    3.1.2 所用补偿镜片的选定  45-46
  3.2 像散补偿机构模型的建立  46-54
  3.3 实验验证机构的误差  54-55
  3.4 小结  55-56
第4章总结与展望  56-58
参考文献  58-61
在学期间学术成果情况  61-62
指导教师及作者简介  62-63
致谢  63-64

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