Test degli specchi

Nel canale di proiezione dello spettrometro è presente uno specchio con la funzione di deviare il fascio per diminuire lo spazio utile e rendere tutto il sistema più compatto. Lo specchio rappresenta, però, un componente critico in quanto ogni difetto di forma eventualmente presente può portare aberrazioni che introducono un errore doppio sul fronte d'onda, a causa del percorso compiuto dalla radiazione in riessione. Si è quindi ritenuto importante andare a studiare la deformazione del fronte d'onda indotta da questo singolo componente, in maniera tale da valutarne le aberrazioni e assicurarci che l'utilizzo di questo specchio non introduca difetti signicativi. Sono state eseguite misure di 6 specchi (numero di specchi disponibili in azienda), fra i quali ovviamente i due successivamente montati all'interno degli spettrometri su cui è stata eseguita un'analisi completa. Eettuare un test di questo tipo è risultato dicile a causa dell'elevata riettività dello specchio che non consente di osservare l'interferogramma allineando lo specchio con l'interferometro. Solitamente si utiliz- zano delle lamine attenuatrici per ridurre la riettività. Queste lamine hanno però costi elevatissimi e l'azienda non ne dispone ancora. È risultato quindi necessario, per eettuare questa analisi, mettere a punto un metodo che, senza l'utilizzo delle lamine, consentisse di diminuire la riettività dello specchio per eettuare la misura desiderata. Si è deciso così di utilizzare un metodo per il test di specchi piani, chia- mato skip-at test [22]. Esso si utilizza quando il fascio dell'interferometro incide sulla supercie di test ad un angolo obliquo. Questo metodo si serve di una lami- na, chiamata lamina di cavità, sul quale la radiazione riessa dallo specchio incide e torna indietro attenuata, portando così ad una riduzione della riettività dello specchio e consentendo di eseguire la misura desiderata. Prima di eseguire la misura mi sono assicurata che la lamina scelta per questo test avesse una surface accuracy migliore di λ/20 e, quindi, presentasse aberrazioni trascurabili. La prima operazione compiuta è stata quella di allineamento. Lo specchio è stato montato su un suppor- to rotante, a sua volta ssato sul banco ottico, posto all'uscita dell'interferometro ed il tilt del supporto è stato regolato tramite le sue viti in modo da allineare lo specchio su un piano parallelo alla lamina di uscita dell'interferometro. In gura 5.22 è visibile lo specchio posizionato di fronte all'interferometro per la fase di alli- neamento, mentre in 5.23 è visibile l'immagine dello specchio che viene visualizzata su schermo, una volta che si è riusciti a porlo parallelamente all'interferometro.

CAPITOLO 5. VALUTAZIONE DELLE ABERRAZIONI NEL SISTEMA OTTICO

5.6. SIMULAZIONE SISTEMA SPETTROMETRO 71

Figura 5.22: Specchio ottagonale piano sotto test ssato sul supporto e posizionato all'uscita dell'interferometro per la fase di allineamento.

Figura 5.23: Immagine dello specchio ottagonale piano sotto test visualizzata sullo schermo. È stata ottenuta in fase di allineamento ed è visibile solo quando lo specchio è stato posizionato parallelamente all'uscita dell'interferometro.

La stessa operazione è stata poi eseguita per la lamina di cavità, che ha lo scopo di diminuire la riettività e di permettere quindi la riuscita della misura. Si è quindi posto il supporto che sostiene la lamina all'uscita dell'interferometro e si è anch'esso

CAPITOLO 5. VALUTAZIONE DELLE ABERRAZIONI NEL SISTEMA OTTICO

5.6. SIMULAZIONE SISTEMA SPETTROMETRO 72

allineato grazie alle viti del supporto. A questo punto si è proseguito con la disposi- zione di questi elementi sul banco ottico per eettuare la misura vera e propria. Lo specchio è stato testato all'angolo al quale doveva poi essere montato per lavorare all'interno dello spettrometro. Tramite la rotazione del supporto dello specchio lo si è posizionato al giusto angolo di lavoro. A questo punto è stata oscurata la stanza e la lamina è stata posizionata in corrispondenza del fascio riesso dallo specchio. Il set-up, con i vari elementi utilizzati per la misura, è quello mostrato nell'immagine 5.24. L'operazione successiva, molto delicata, è stata quella di individuare il fascio

Figura 5.24: Set-up per la misura delle aberrazioni di uno specchio piano facente parte del sistema spettrometro. Nella foto sono visibili l'uscita dell'interferometro, lo specchio ottagonale ssato su un supporto rotabile posizionato al suo angolo di lavoro e il supporto sostenente la lamina di cavità utilizzata per ridurre la riettività dello specchio.

ottenuto dalla riessione sul vetro e allinearlo al fascio incidente in modo da con- vogliarlo poi nell'interferometro e consentire la misura. Questa operazione è stata eettuata traslando e ruotando in maniera micrometrica il supporto con il vetro ed è risultata molto complessa a causa dell'estrema precisione richiesta. La certezza del giusto posizionamento di ogni elemento è stata ottenuta quando su schermo è stato

CAPITOLO 5. VALUTAZIONE DELLE ABERRAZIONI NEL SISTEMA OTTICO

5.6. SIMULAZIONE SISTEMA SPETTROMETRO 73

visualizzato l'interferogramma. Una volta ottenuto ciò, tramite le viti del supporto, è stata determinata la condizione ottimale, ed è stata eettuata la misura. In gura 5.25 è visibile la schermata ottenuta dal programma che permette di visualizzare la misura interferometrica di uno dei sei specchi, con la rappresentazione del fronte d'onda e i vari risultati numerici. Tutti gli specchi studiati hanno fornito risultati

Figura 5.25: Interfaccia del programma che permette di visualizzare i risultati della misura interferometrica per valutare le aberrazioni di uno specchio piano facente parte dello spettrometro. Si possono osservare la rappresentazione del fronte d'onda e i valori numerici che lo descrivono.

confrontabili in termini di picco-valle. Inoltre, tutti i valori ottenuti sono entro le tolleranze inserite di progetto e si considerano quindi tali da non determinare un er- rore di fronte d'onda signicativo. Questa misura ci ha quindi permesso di mettere a punto un metodo replicabile per controllare gli specchi, elementi ottici potenzial- mente critici. In tabella 5.5 sono riportati i risultati per i sei specchi analizzati in termini di valore di picco-valle, astigmatismo, coma e aberrazione sferica.

CAPITOLO 5. VALUTAZIONE DELLE ABERRAZIONI NEL SISTEMA OTTICO

5.6. SIMULAZIONE SISTEMA SPETTROMETRO 74

specchio P-V (λ) astigmatismo (λ) coma (λ) ab.sferica (λ)

n°1 0.168 0.181 0.203 -0.263 n°2 0.160 0.156 0.263 -0.210 n°3 0.154 0.272 0.215 -0.448 n°4 0.163 0.096 0.279 -0.150 n°5 0.078 0.137 2.191 0.300 n°6 0.131 0.028 0.147 -0.272

Tabella 5.5: Risultati ottenuti dall'analisi del fronte d'onda riesso da sei specchi piani da montare su sei diversi spettrometri di produzione. Per ognuno sono ripor- tati i valori del picco-valle, dell'astigmatismo, della coma e dell'aberrazione sferica ottenuti tramite analisi interferometrica con il metodo descritto in questo lavoro di tesi ed esposto nel paragrafo 5.6.1. I risultati sono espressi utilizzando come unità di misura la lunghezza d'onda λ (632 nm).

Capitolo 6

Ripetibilità e accuratezza delle

misure

Eseguendo un'acquisizione oculare con lo strumento MS-39, questo fornisce due di- verse tipologie di risultato: le mappe corneali e gli indici. Ogni mappa fornisce una rappresentazione graca di una determinata caratteristica della cornea, con i dati associati ad ogni punto rappresentato. Esempi di mappe sono l'elevazione della supercie anteriore della cornea o lo spessore corneale. Gli indici, invece, danno informazioni sintetiche e discrete di una caratteristica ottica o geometrica, relativa a determinate zone e/o posizioni, ad esempio lo spessore centrale dell'epitelio o l'a- stigmatismo a 3 mm. Le mappe sono importanti in quanto consentono di creare un modello tridimensionale della struttura corneale, utile ad esempio per pianicare in- terventi di chirurgia refrattiva, per il calcolo di lenti intraoculari oppure per il tting di lenti a contatto. Gli indici sono invece rilevanti per semplicare diagnosi di malat- tie e problemi corneali. L'importanza di questi output richiede che i risultati siano accurati e ripetibili per entrambi, in modo da garantire delle buone performance dello strumento. Per ciò che concerne l'accuratezza, è auspicabile che lo strumen- to sia conforme alle normative introdotte dalla ISO, International Organization for Standardization, e deve essere classicato in una specica categoria in base ai risul- tati ottenuti da questa analisi. Per questo motivo è stata eseguita un'analisi atta a determinare l'accuratezza delle misure, seguendo le linee guida della normativa ISO 19980:2013(E). Anche per quanto riguarda la ripetibilità delle mappe topograche è stata eseguita un'analisi simile a quella eettuata per l'accuratezza, descritta dalla ISO. Per quanto riguarda invece lo studio sugli indici, la ripetibilità è stata valutata diversamente e il procedimento sarà descritto e trattato in seguito nel paragrafo 6.4.

CAPITOLO 6. RIPETIBILITÀ E ACCURATEZZA DELLE MISURE

6.1. NORMATIVA ISO 19980:2013(E) 76

Con questo lavoro di tesi la prima operazione compiuta, per valutare la bontà delle misure, è stata quindi quella di eseguire uno studio di accuratezza utilizzando uno strumento implementato con il primo spettrometro studiato in termini di aberrazio- ni ottiche nella prima parte di questo lavoro di tesi. In seguito è stata eettuata un'analisi di ripetibilità per ciò che concerne gli output topograci ottenuti da topo- grae corneali, per lo stesso strumento utilizzato nell'analisi di accuratezza e anche per un secondo strumento. Inne è stato eettuato uno studio di ripetibilità sui più importanti indici forniti dallo strumento per entrambi i dispositivi.

6.1 Normativa ISO 19980:2013(E)

Questa normativa è da applicare a strumenti, sistemi e metodi che intendono mi- surare la forma della supercie corneale dell'occhio umano. Le misure sulle quali eettuare test possono essere la curvatura della supercie in determinate aree loca- li, misure topograche tridimensionali della supercie, o altri parametri più globali utilizzati per caratterizzarla. Essa denisce termini specici della caratterizzazio- ne della forma corneale e specica i requisiti per gli strumenti e, più in generale, i sistemi che sono classicabili fra i topogra corneali. Inoltre fornisce informazioni su come eseguire test e procedure che consentiranno la verica delle prestazioni del sistema sotto test.