第7講-哈特曼檢驗(yàn).ppt

1、Shack-Hartmann法,南京理工大學(xué) 陳磊 2010年03月,參考文獻(xiàn),J. C. Wyant. Optical Test 馬拉卡拉. 光學(xué)車(chē)間檢驗(yàn). 第10章，中譯本，機(jī)械工業(yè)出版社.原版書(shū)，3rd Ed.，Chp.10 周仁忠主編. 自適應(yīng)光學(xué). 國(guó)防工業(yè)出版社，1996 周仁忠，閻吉祥. 自適應(yīng)光學(xué)理論. 北京理工大學(xué)出版社，1996,主要內(nèi)容,Hartmann檢驗(yàn) Shack-Hartmann檢驗(yàn),1 Hartmann檢驗(yàn),Hartmann法的優(yōu)點(diǎn)在于：可以將空氣擾動(dòng)經(jīng)平均（長(zhǎng)時(shí)間曝光）而消除。,Hartmann檢驗(yàn)示意圖,軸上點(diǎn)球差的檢驗(yàn),Hartmann光闌,Hartman

2、n光闌,Hartmann檢驗(yàn)原理,波像差,梯形法積分,波像差vs幾何像差,歸一化,橫向,軸向,Hartmann圖像,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),D.馬拉卡拉. 光學(xué)車(chē)間檢驗(yàn). 機(jī)械工業(yè)出版社，1983.8,p298,Hartmann光闌圖像,D.馬拉卡拉. 光學(xué)車(chē)間檢驗(yàn). 機(jī)械工業(yè)出版社，1983.8,p302,Surface slope measurement,FLATSCAN-串行哈特曼檢驗(yàn),實(shí)物照片,OEG GmbH,SHAPE,Scanning Hartmann Aperture Plate Experiment,參2，p88,轉(zhuǎn)鼓,校正,2 Shack-Hartmann檢驗(yàn),歷史 S-H法基本原理 S

3、-H法的實(shí)際測(cè)試 S-H法的應(yīng)用,R.Shack,S-H檢驗(yàn)的歷史,60年代末，Mienel解決空軍衛(wèi)星相機(jī)的成像質(zhì)量,參見(jiàn)： Ben C. Platt, Roland Shack. History and Principles of Shack-Hartmann Wavefront Sensing. Journal of Refractive Surgery Volume 17 September/October 2001,Mienel,Shack-Hartmann檢驗(yàn)光路,S-H法基本說(shuō)明,星點(diǎn)檢驗(yàn)，觀察Airy斑的形狀，當(dāng)波差小于/4，Airy斑的形狀變化不大。 大氣擾動(dòng)也會(huì)造成Airy

4、斑的變化。 Shack-Hartmann法可以分別測(cè)量光學(xué)件性能與因擾動(dòng)引起的畸變，并保證測(cè)量精度優(yōu)于/40(PV)。 Hartmann法測(cè)量會(huì)聚波面，S-H法測(cè)準(zhǔn)平面波 光強(qiáng)大，適于實(shí)時(shí)測(cè)量波前，實(shí)時(shí)校正,S-H法的功能,在封閉的腔體內(nèi)，該方法可以實(shí)現(xiàn) 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)量光學(xué)件的形狀； 重構(gòu)受大氣擾動(dòng)影響的波面的三維形狀自適應(yīng)光學(xué)中的實(shí)時(shí)波面重構(gòu)速度可達(dá)1-5kHz; 精確校準(zhǔn)光學(xué)件，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間曝光以平均及排除除大氣擾動(dòng)的影響，甚至利用恒星進(jìn)行校準(zhǔn)。,S-H法的原理,S-H詳細(xì)結(jié)構(gòu),使用高水平的算法，可使光斑的位置測(cè)量精度達(dá)到1/20像素,S-H精細(xì)結(jié)構(gòu),光點(diǎn)偏移量的測(cè)量,求重心,與波面的關(guān)系,

5、與澤尼克 多項(xiàng)式的關(guān)系,通過(guò)一定的算法，可以重構(gòu)波面,S-H裝置實(shí)物圖,美國(guó)ESDI公司HASO3傳感器,透鏡陣列,平面波的S-H圖案,由放置在望遠(yuǎn)鏡焦點(diǎn)處的一個(gè)小孔(10m)作為點(diǎn)光源，產(chǎn)生平面波。由此產(chǎn)生的S-H圖中的光斑可作為參考點(diǎn)。,負(fù)像,S-H模擬圖案,25波差，紅點(diǎn)是參考點(diǎn),計(jì)算出來(lái)的波面,離焦波面的S-H圖,徑向偏移,S-H實(shí)際圖像,584幅圖的平均結(jié)果,584幅圖中的一幅,分析軟件,提 取 光 點(diǎn),軟件界面,波面分析,由重構(gòu)波面計(jì)算的星點(diǎn)圖（PSF）,584幅圖中的幾幅,472,524,532,S-H法的應(yīng)用,激光波前 視光學(xué) 自適應(yīng)光學(xué) 天文檢測(cè) 調(diào)校天文望遠(yuǎn)鏡,激光波前檢驗(yàn)

6、,動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大：pv可大于100,光束波前測(cè)試結(jié)果,Typical spot distribution in the detector plane of a S-H sensor,Phase distribution reconstructed from the spot distribution. PV: 40 ,視光學(xué)檢驗(yàn),S-H視光學(xué)檢驗(yàn),Liang, Grimm, Goelz, and Bille (1994), Liang and Williams (1997),自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)工作原理,人眼視網(wǎng)膜高分辨力成像,信標(biāo)光,照明光,自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的光路圖,人眼校正前后波差測(cè)量實(shí)例,校正前：PV =2.796 RMS=0.654,校正后： P V = 0.454 RMS= 0.09,黃斑區(qū)視覺(jué)細(xì)胞成像及其特性,1、波前誤差校正前后視覺(jué)細(xì)胞成像比較,校正前 校正后,拍攝同一部位的圖像比較,Carl Zeiss Jena的VISUPAC/Syst