[论文解读] Synchronous phase-demodulation of concentric-rings Placido mires in corneal topography and wavefront aberrometry (theoretical considerations)

Manuel Servı́n|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2012

Adaptive optics and wavefront sensing被引用 3

一句话总结

本文提出了一种新颖的数字干涉方法，用于同步解调同心环形Placido条纹，采用计算机存储的圆锥波前作为参考载波。该方法通过利用周期性环形光阑或环面透镜阵列，实现了角膜地形图和波前像差测量中波前斜率的精确测量，首次理论实现了同步干涉技术在圆锥形载波Placido条纹中的应用，相关技术已提交专利申请。

ABSTRACT

This paper presents a digital interferometric method to demodulate Placido fringe patterns. This method uses a computer-stored conic-wavefront as reference carrier. Even though, Placido mires are widely used in corneal topographers. This is not however a paper on corneal topography and/or its clinical use. This paper focuses on the theoretical aspects to phase-demodulate Placido mires using synchronous interferometric techniques. Placido patterns may also be applied to test optical wavefronts using a Placido-Hartmann opaque plate with periodic annular apertures. This test is sensitive to the radial slope of the measuring wavefront. Another wavefront testing approach may use a Placido-Hartmann-Shack screen with a periodic array of toroidal lenslets. This periodic screen is sensitive to the wavefront's radial-slope at the focal plane of the lenslets. In brief, digital interferometric methods are herein applied for the first time to demodulate conic-carrier Placido images. (Patent pending at the USPTO).

研究动机与目标

• 开发一种基于同步干涉技术解调Placido条纹图案的理论框架。
• 解决从光学检测中提取同心环形Placido条纹中准确波前信息的挑战。
• 引入计算机存储的圆锥波前作为参考载波，以提升干涉测量中波前信息的提取精度。
• 将Placido条纹的应用范围从临床角膜地形图扩展至使用周期性光阑阵列的波前传感。
• 为基于Placido-Hartmann与Placido-Hartmann-Shack结构的新一类波前传感器奠定理论基础。

提出的方法

• 该方法采用计算机生成的圆锥波前作为参考载波，实现Placido条纹图案的同步解调。
• 应用数字干涉技术，从通过Placido条纹捕获的周期性同心环形图案中提取相位信息。
• 该方法利用带有周期性环形光阑的Placido-Hartmann不透明板，以感测波前的径向斜率。
• 采用带有周期性环面透镜阵列的Placido-Hartmann-Shack屏幕，检测焦点平面上的波front径向斜率。
• 该技术依赖于测试波前与参考圆锥波前之间干涉图样的解调。
• 该方法在数学上进行了公式化，以高精度提取波前斜率信息，适用于角膜与一般波前传感。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将同步干涉技术适配于解调同心环形Placido条纹图案的相位？
• RQ2 在基于Placido的波前传感中，相位提取的最佳参考载波是什么？
• RQ3 Placido-Hartmann板中的周期性环形光阑能否实现波前径向斜率的精确测量？
• RQ4 在Placido-Hartmann-Shack屏幕上使用环面透镜阵列与传统方法相比，如何提升波前传感性能？
• RQ5 支持将数字干涉技术应用于圆锥形载波Placido图像的理论框架是什么？

主要发现

• 所提出的方法能够利用计算机存储的圆锥波前作为参考载波，实现Placido条纹图案的精确解调。
• 该技术适用于角膜地形图与一般波前像差测量，扩展了Placido条纹的应用范围。
• 研究显示，带有周期性环形光阑的Placido-Hartmann板对波前的径向斜率具有敏感响应。
• 在Placido-Hartmann-Shack屏幕上使用环面透镜阵列可增强焦点平面上对波前径向斜率的敏感度。
• 本工作首次理论实现了同步干涉技术在圆锥形载波Placido图像中的应用，相关专利已向美国专利商标局提交申请。
• 该方法展示了一种稳健的数字干涉方法，可用于从周期性Placido图案中重建波前。