微透镜阵列到CCD的距离是影响Hartmann-Shack波前探测器精度的主要装配误差之一。对该平移装配误差的修正, 能够有效减小波前探测误差。理论求解了球面波前通过微透镜引起的子孔径光斑质心移动量与波前探测器结构参数之间的关系, 借助该关系能够求出微透镜到CCD之间的实际距离, 以其改进波前斜率的计算。实验验证了理论推导的合理性, 并对实际装配参数进行标定, 得实际距离为24.2 mm。利用标定后的参数重建波前, 其相对误差减小20.4%。实验表明该标定方法能够有效提高波前传感器测量准确性。

人眼是一个不完善的成像系统,存在各种像差,包括轴上像差及轴外像差, 这些像差都会影响视网膜 的成像质量。而现阶段大多数人眼像差的检测方法主要针对轴上视场像差的测量,比如离焦、像散以 及部分高阶像差的测量。因此提出了基于Hartmann-Shack波前传感器的人眼离轴像差的测量方法,建立 测量系统并进行实验研究,当离轴角度从0
偏离到左右各5
、10
时, 均方根(RMS) 值分别从1.12变化到1.36(1.52), 1.41(1.96),结果表明随着离轴角度的增 加人眼外围视野的成像质量显著下降,原因一方面是人眼离轴像差的增大,另一方面是由于外围视野的感光细胞密度降低。

阐述了人眼波前像差的概念及其Zernike多项式表示方法, 着重讨论了Hartmann-Shack传感器测量人眼像差的机理和人眼波前像差重建的方法, 并对人眼波前像差重建系统进行了详细设计。该技术给人眼像差的校正以及角膜“个体化切削”的实现带来了新契机。

设计了主客观方法相结合的人眼波前像差测量系统。该系统的控制部分以工控机为中心,实现了对离焦补偿装置、LCD视标显示装置和可变形镜驱动器的控制。使用Hartmann-Shack传感器对人眼出瞳的波前像差进行测量,光路中加入了能够显示各种视标和测试图案的LCD,从而考虑到了主观调节对人眼像差的影响,能够对人眼的视觉质量进行全面衡量,实现了客观测量和主观测量在光路中的结合。使用该系统分别测量得到了模拟眼和活体人眼的波前像差,并对主客观测量结果进行了信息融合,能够为个性化的人眼屈光矫正提供有用的依据。

建立了基于Hartmann-Shack传感器的主客观人眼波前像差测量系统，该系统使用Hartmann-Shack传感器客观测量人眼像差，分别对模拟眼和活体人眼进行了像差测量.同时系统中加入了主观测量人眼像差的部分，该系统能够同时进行客观和主观的像差测量,实现了使用信息融合的方法对测量结果进行数据处理.并结合了客观测量和主观测量的优点，使用信息融合的方法使测量结果更加合理.

为了解决采用细平行光照明测量大像差人眼时测量精度下降的问题,设计了一种自动可调照明系统。照明光路中加入了一个位置可以自动调整的准直透镜,调整这个透镜的位置可以准确地改变照明光的光屈度,精密电控平移台可以对准直透镜的位置进行快速准确扫描定位。实验测量了模拟眼的像差,对细平行光照明系统和自动可调照明系统的实验结果进行了对比。结果显示,使用自动可调照明使传感器获得图像的峰值信噪比(PSNR)由5.72 dB提高到19.89 dB,对-5 m-1模拟眼测量的平均离焦也由-(4.285±0.208) m-1提高到-(5.041±0.157) m-1,表明使用自动可调照明系统提高了Hartmann-Shack传感器图像的信噪比,使测量结果更加准确。

分析了Hartmann-Shack传感器组装误差的种类,导出了旋转误差和倾斜误差的校正矩阵,在进行波前重构时乘以校正矩阵可以校正对应的组装误差.分析了两种由于组装误差导致的波前重构的相对误差的公式,并以含52个子孔径的圆形Hartmann-Shack传感器为例进行了数值模拟.研究结果表明:若不对两种组装误差进行校正,将会限制Hartmann-Shack传感器测量精度的进一步提高.为Hartmann-Shack传感器的装配提供了理论依据.