哈特曼检验.pptx

Shack-Hartmann法法南京理工大学南京理工大学南京理工大学南京理工大学陈磊陈磊陈磊陈磊20102010年年年年0303月月月月参考文献参考文献1.J.C.Wyant.Optical Test2.马拉卡拉马拉卡拉.光学车间检验光学车间检验.第第10章，中译本，章，中译本，机械工业出版社机械工业出版社.原版书，原版书，3rd Ed.，Chp.103.周仁忠主编周仁忠主编.自适应光学自适应光学.国防工业出版社，国防工业出版社，19964.周仁忠，阎吉祥周仁忠，阎吉祥.自适应光学理论自适应光学理论.北京理工北京理工大学出版社，大学出版社，1996主要内容主要内容oHartmann检验oShack-Hartmann检验1 Hartmann检验检验HartmannHartmannHartmannHartmann法的优点在于：可以将空气扰动经平均（长时法的优点在于：可以将空气扰动经平均（长时法的优点在于：可以将空气扰动经平均（长时法的优点在于：可以将空气扰动经平均（长时间曝光）而消除。间曝光）而消除。间曝光）而消除。间曝光）而消除。Hartmann检验示意图检验示意图轴上点球差的检验轴上点球差的检验Hartmann光阑光阑Hartmann光阑光阑Hartmann检验原理检验原理波像差波像差波像差波像差梯形法积分梯形法积分梯形法积分梯形法积分波像差波像差vs几何像差几何像差归一化归一化归一化归一化横向横向横向横向轴向轴向轴向轴向Hartmann图像图像实验系统实验系统D.D.D.D.马拉卡拉马拉卡拉马拉卡拉马拉卡拉.光学车间检验光学车间检验光学车间检验光学车间检验.机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，1983.8,p2981983.8,p2981983.8,p2981983.8,p298Hartmann光阑图像光阑图像D.D.D.D.马拉卡拉马拉卡拉马拉卡拉马拉卡拉.光学车间检验光学车间检验光学车间检验光学车间检验.机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，1983.8,p3021983.8,p3021983.8,p3021983.8,p302Surface slope measurementFLATSCAN-串行哈特曼检验串行哈特曼检验实物照片实物照片OEG GmbH SHAPEScanning Hartmann Aperture Plate Experiment,参2，p88转鼓转鼓校正校正2 Shack-Hartmann检验检验o历史历史oS-HS-H法基本原理法基本原理oS-HS-H法的实际测试法的实际测试oS-HS-H法的应用法的应用R.ShackS-H检验的历史检验的历史oo60606060年代末，年代末，年代末，年代末，MienelMienel解决空军卫星相机的成像质量解决空军卫星相机的成像质量解决空军卫星相机的成像质量解决空军卫星相机的成像质量参见：参见：参见：参见：Ben C.Platt,Roland Shack.History and Principles of Shack-Hartmann Wavefront Sensing.Journal of Refractive Surgery Volume 17 September/October 2001MienelMienelShack-Hartmann检验光路检验光路S-H法基本说明法基本说明o星点检验，观察星点检验，观察Airy斑的形状，当波差小于斑的形状，当波差小于/4，Airy斑的形状变化不大。斑的形状变化不大。o大气扰动也会造成大气扰动也会造成Airy斑的变化。斑的变化。oShack-Hartmann法可以分别测量光学件性能法可以分别测量光学件性能与因扰动引起的畸变，并保证测量精度优于与因扰动引起的畸变，并保证测量精度优于/40(PV)。oHartmannHartmann法测量会聚波面，法测量会聚波面，S-H法测准平面波法测准平面波o光强大，适于实时测量波前，实时校正光强大，适于实时测量波前，实时校正S-H法的功能法的功能o在封闭的腔体内，该方法可以实现在封闭的腔体内，该方法可以实现n n在实验室内测量光学件的形状；在实验室内测量光学件的形状；在实验室内测量光学件的形状；在实验室内测量光学件的形状；n n重构受大气扰动影响的波面的三维形状自适应光重构受大气扰动影响的波面的三维形状自适应光重构受大气扰动影响的波面的三维形状自适应光重构受大气扰动影响的波面的三维形状自适应光学中的实时波面重构速度可达学中的实时波面重构速度可达学中的实时波面重构速度可达学中的实时波面重构速度可达1-5kHz;1-5kHz;1-5kHz;1-5kHz;n n精确校准光学件，通过长时间曝光以平均及排除精确校准光学件，通过长时间曝光以平均及排除精确校准光学件，通过长时间曝光以平均及排除精确校准光学件，通过长时间曝光以平均及排除除大气扰动的影响，甚至利用恒星进行校准。除大气扰动的影响，甚至利用恒星进行校准。除大气扰动的影响，甚至利用恒星进行校准。除大气扰动的影响，甚至利用恒星进行校准。S-H法的原理法的原理S-H详细结构详细结构使用高水平的算法，可使光斑的位置测量精度达到使用高水平的算法，可使光斑的位置测量精度达到使用高水平的算法，可使光斑的位置测量精度达到使用高水平的算法，可使光斑的位置测量精度达到1/201/20像素像素像素像素S-H精细结构精细结构光点偏移量的测量光点偏移量的测量求重心求重心求重心求重心与波面的关系与波面的关系与波面的关系与波面的关系与泽尼克与泽尼克与泽尼克与泽尼克多项式的关系多项式的关系多项式的关系多项式的关系通过一定的算法，可以重构波面通过一定的算法，可以重构波面通过一定的算法，可以重构波面通过一定的算法，可以重构波面 S-H装置实物图装置实物图美国美国美国美国ESDIESDIESDIESDI公司公司公司公司HASO3HASO3HASO3HASO3传感器传感器传感器传感器透镜阵列透镜阵列平面波的平面波的S-H图案图案由放置在望远镜焦点处的一个小孔由放置在望远镜焦点处的一个小孔由放置在望远镜焦点处的一个小孔由放置在望远镜焦点处的一个小孔(10(10 m)m)作为点光源，作为点光源，作为点光源，作为点光源，产生平面波。由此产生的产生平面波。由此产生的产生平面波。由此产生的产生平面波。由此产生的S-HS-H图中的光斑可作为参考点图中的光斑可作为参考点图中的光斑可作为参考点图中的光斑可作为参考点。负像负像负像负像S-H模拟图案模拟图案2525 波差，红点是参考点波差，红点是参考点波差，红点是参考点波差，红点是参考点计算出来的波面计算出来的波面计算出来的波面计算出来的波面离焦波面的离焦波面的S-H图图径径径径向向向向偏偏偏偏移移移移S-H实际图像实际图像584584幅幅幅幅图的平图的平图的平图的平均结果均结果均结果均结果584幅图中的一幅幅图中的一幅分析软件分析软件提提提提取取取取光光光光点点点点软软件件界界面面波波面面分分析析由重构波面计算的星点图（由重构波面计算的星点图（PSF）584幅图中的几幅幅图中的几幅472524532S-H法的应用法的应用o激光波前激光波前o视光学视光学o自适应光学自适应光学o天文检测天文检测o调校天文望远镜调校天文望远镜激光波前检验激光波前检验动态测量范围大：动态测量范围大：动态测量范围大：动态测量范围大：pvpvpvpv可大于可大于可大于可大于100100100100 光束波前测试结果光束波前测试结果Typical spot distribution in the detector plane of a S-H sensorPhase distribution reconstructed from the spot distribution.PV:40 视光学检验视光学检验S-H视光学检验视光学检验Liang,Grimm,Goelz,and Bille(1994),Liang and Williams(1997)自适应光学系统工作原理自适应光学系统工作原理像差波前像差波前哈哈 特特 曼曼波前传感器波前传感器目标像探测目标像探测校正后波前校正后波前分光镜分光镜变变形形镜镜控控制制系系统统 人眼视网膜高分辨力成像人眼视网膜高分辨力成像信标光信标光照明光照明光自适应光学系统的光路图自适应光学系统的光路图自适应光学系统的光路图自适应光学系统的光路图人眼校正前后波差测量实例人眼校正前后波差测量实例 校正前：校正前：PV=2.796 RMS=0.654校正后：校正后：P V=0.454 RMS=0.09黄斑区视觉细胞成像及其特性黄斑区视觉细胞成像及其特性1 1、波前误差校正前后视觉细胞成像比较、波前误差校正前后视觉细胞成像比较、波前误差校正前后视觉细胞成像比较、波前误差校正前后视觉细胞成像比较 校正前校正前 校正后校正后拍摄同一部位的图像比较拍摄同一部位的图像比较 Carl Zeiss Jena的VISUPAC/System 450眼底相机眼底相机眼底相机眼底相机 Electro Diagnostic Imaging的 VERISTM Clinic 4.9 荧光造影相机荧光造影相机荧光造影相机荧光造影相机 自适应光学实用样机自适应光学实用样机自适应光学实用样机自适应光学实用样机天文光学天文光学激光导星激光导星参参参参4 4 4 4，p.182p.182p.182p.182，激光导星原理，激光导星原理，激光导星原理，激光导星原理