第7讲-哈特曼检验.ppt

1、Shack-Hartmann法,南京理工大学 陈磊 2010年03月,参考文献,J. C. Wyant. Optical Test 马拉卡拉. 光学车间检验. 第10章，中译本，机械工业出版社.原版书，3rd Ed.，Chp.10 周仁忠主编. 自适应光学. 国防工业出版社，1996 周仁忠，阎吉祥. 自适应光学理论. 北京理工大学出版社，1996,主要内容,Hartmann检验 Shack-Hartmann检验,1 Hartmann检验,Hartmann法的优点在于：可以将空气扰动经平均（长时间曝光）而消除。,Hartmann检验示意图,轴上点球差的检验,Hartmann光阑,Hartman

2、n光阑,Hartmann检验原理,波像差,梯形法积分,波像差vs几何像差,归一化,横向,轴向,Hartmann图像,实验系统,D.马拉卡拉. 光学车间检验. 机械工业出版社，1983.8,p298,Hartmann光阑图像,D.马拉卡拉. 光学车间检验. 机械工业出版社，1983.8,p302,Surface slope measurement,FLATSCAN-串行哈特曼检验,实物照片,OEG GmbH,SHAPE,Scanning Hartmann Aperture Plate Experiment,参2，p88,转鼓,校正,2 Shack-Hartmann检验,历史 S-H法基本原理 S

3、-H法的实际测试 S-H法的应用,R.Shack,S-H检验的历史,60年代末，Mienel解决空军卫星相机的成像质量,参见： 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检验光路,S-H法基本说明,星点检验，观察Airy斑的形状，当波差小于/4，Airy斑的形状变化不大。 大气扰动也会造成Airy

4、斑的变化。 Shack-Hartmann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/40(PV)。 Hartmann法测量会聚波面，S-H法测准平面波 光强大，适于实时测量波前，实时校正,S-H法的功能,在封闭的腔体内，该方法可以实现 在实验室内测量光学件的形状； 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1-5kHz; 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。,S-H法的原理,S-H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1/20像素,S-H精细结构,光点偏移量的测量,求重心,与波面的关系,

5、与泽尼克 多项式的关系,通过一定的算法，可以重构波面,S-H装置实物图,美国ESDI公司HASO3传感器,透镜阵列,平面波的S-H图案,由放置在望远镜焦点处的一个小孔(10m)作为点光源，产生平面波。由此产生的S-H图中的光斑可作为参考点。,负像,S-H模拟图案,25波差，红点是参考点,计算出来的波面,离焦波面的S-H图,径向偏移,S-H实际图像,584幅图的平均结果,584幅图中的一幅,分析软件,提 取 光 点,软件界面,波面分析,由重构波面计算的星点图（PSF）,584幅图中的几幅,472,524,532,S-H法的应用,激光波前 视光学 自适应光学 天文检测 调校天文望远镜,激光波前检验

6、,动态测量范围大：pv可大于100,光束波前测试结果,Typical spot distribution in the detector plane of a S-H sensor,Phase distribution reconstructed from the spot distribution. PV: 40 ,视光学检验,S-H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,人眼视网膜高分辨力成像,信标光,照明光,自适应光学系统的光路图,人眼校正前后波差测量实例,校正前：PV =2.796 RMS=0.654,校正后： P V = 0.454 RMS= 0.09,黄斑区视觉细胞成像及其特性,1、波前误差校正前后视觉细胞成像比较,校正前 校正后,拍摄同一部位的图像比较,Carl Zeiss Jena的VISUPAC/Syst