Simulation and characterization of optical corrections : impact of design, monochromatic and polychromatic aberrations
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Publication date
2023
Defense date
31/05/2022
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
The eye is an optical element that projects images of the world onto the retina. This optical system is not perfect, as it suffers from aberrations as well as diffraction and scattering that degrade retinal image quality. In recent years, a large number of techniques based on Adaptive Optics (AO) have been developed for the measurement and correction of ocular aberrations. Measurements of the eye with AO systems have allowed a better understanding of the contribution of the different components of the eye to the degradation of image quality. Furthermore, the manipulation of optical aberrations allows understanding of the connections between optical degradation and perceived visual quality. The optics of the eye change with age, eye diseases, and treatments. Therefore, understanding the sources of variations in natural aberrations, the interactions between monochromatic aberrations and chromatic aberrations (Longitudinal Chromatic Aberration 'LCA' and Transverse Chromatic Aberration 'TCA'), and the impact of optical blurring on vision is key. This knowledge allows to shed light on some basic mechanisms of the eye and, among others, to guide the design and optimization of new alternatives for the correction of presbyopia (multifocal intraocular lenses and multifocal contact lenses), as well as other more complex personalized refractive and presbyopic corrections. Visual simulators based on AO are excellent tools to investigate vision under natural and modified optics in monochromatic and polychromatic conditions. A wavefront sensor in combination with an active optical element (deformable mirror, spatial light modulator, or simultaneous vision simulators based on SimVis technology) and a psychophysical channel allows investigating the optics of the eye, the neural adaptation processes behind, and the response to modified or simulated optics. In addition to modifying the optics using active elements, it can also be done using Fourier optics, convolving the PSF (Point Spread Function) characteristic of an aberration pattern with our object. This allows us to study the impact of convolved images by different patterns of aberrations on visual performance (in both monochromatic and polychromatic conditions)...
El ojo es un elemento óptico que proyecta imágenes del mundo en la retina. Este sistema óptico no es perfecto, ya que sufre de aberraciones, asà como difracción y dispersión que degradan la calidad de la imagen retiniana. En los últimos años, se han desarrollado un gran número de técnicas basadas en Óptica Adaptativa (AO) para la medida y corrección de las aberraciones oculares. Las mediciones del ojo con sistemas de AO han permitido comprender mejor la contribución de los diferentes componentes del ojo a la degradación de la calidad de las imágenes. Además, la manipulación de las aberraciones ópticas permite comprender las conexiones entre la degradación óptica y la calidad visual percibida. La óptica del ojo cambia con la edad, las enfermedades oculares y los tratamientos. Por lo tanto, comprender las fuentes de variaciones de las aberraciones naturales, las interacciones entre las aberraciones monocromáticas (HOA) y cromáticas (Aberración cromática longitudinal 'LCA' y Aberración cromática transversal 'TCA') y el impacto de la borrosidad óptica en la visión es decisivo. Este conocimiento permite arrojar luz sobre algunos mecanismos básicos del ojo y, entre otros, orientar el diseño y optimización de nuevas alternativas para la corrección de la presbicia (lentes intraoculares y lentes de contacto multifocales) , asà como otras correcciones refractivas más complejas y personalizadas. Los simuladores visuales basados en la AO son excelentes herramientas para investigar la visión bajo ópticas naturales y modificadas en condiciones monocromáticas y policromáticas. Un sensor de frente de onda en combinación con un elemento óptico activo (espejo deformable, modulador espacial de luz o simuladores de visión simultánea basados en la tecnologÃa SimVis) y un canal psicofÃsico permite investigar la óptica del ojo, los procesos de adaptación neural detrás de él y la respuesta a la óptica modificada o simulada. Además de modificar la óptica mediante elementos activos se puede realizar mediante óptica de Fourier, convolucionando la PSF (Función de dispersión de un punto) caracterÃstico de un patrón de aberraciones con nuestro objeto. Esto nos permite estudiar el impacto de imágenes convolucionadas por diferentes patrones de aberraciones en el rendimiento visual (tanto en condiciones monocromáticas como policromáticas)...
El ojo es un elemento óptico que proyecta imágenes del mundo en la retina. Este sistema óptico no es perfecto, ya que sufre de aberraciones, asà como difracción y dispersión que degradan la calidad de la imagen retiniana. En los últimos años, se han desarrollado un gran número de técnicas basadas en Óptica Adaptativa (AO) para la medida y corrección de las aberraciones oculares. Las mediciones del ojo con sistemas de AO han permitido comprender mejor la contribución de los diferentes componentes del ojo a la degradación de la calidad de las imágenes. Además, la manipulación de las aberraciones ópticas permite comprender las conexiones entre la degradación óptica y la calidad visual percibida. La óptica del ojo cambia con la edad, las enfermedades oculares y los tratamientos. Por lo tanto, comprender las fuentes de variaciones de las aberraciones naturales, las interacciones entre las aberraciones monocromáticas (HOA) y cromáticas (Aberración cromática longitudinal 'LCA' y Aberración cromática transversal 'TCA') y el impacto de la borrosidad óptica en la visión es decisivo. Este conocimiento permite arrojar luz sobre algunos mecanismos básicos del ojo y, entre otros, orientar el diseño y optimización de nuevas alternativas para la corrección de la presbicia (lentes intraoculares y lentes de contacto multifocales) , asà como otras correcciones refractivas más complejas y personalizadas. Los simuladores visuales basados en la AO son excelentes herramientas para investigar la visión bajo ópticas naturales y modificadas en condiciones monocromáticas y policromáticas. Un sensor de frente de onda en combinación con un elemento óptico activo (espejo deformable, modulador espacial de luz o simuladores de visión simultánea basados en la tecnologÃa SimVis) y un canal psicofÃsico permite investigar la óptica del ojo, los procesos de adaptación neural detrás de él y la respuesta a la óptica modificada o simulada. Además de modificar la óptica mediante elementos activos se puede realizar mediante óptica de Fourier, convolucionando la PSF (Función de dispersión de un punto) caracterÃstico de un patrón de aberraciones con nuestro objeto. Esto nos permite estudiar el impacto de imágenes convolucionadas por diferentes patrones de aberraciones en el rendimiento visual (tanto en condiciones monocromáticas como policromáticas)...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Óptica y OptometrÃa, leÃda el 31-05-2022