本发明专利技术提供了一种透镜波前像差测量的方法，LCD显示器1产生一组水平和竖直方向的正弦相移条纹图2；CCD相机8由焦平面4、相机透镜5和外置针孔6组成，将LCD显示器1、相机8和被测透镜7进行准直和标定，得到它们的空间坐标位置；拍摄经过被测透镜7偏折后的LCD显示器1显示的相移条纹图2，随后移去被测透镜7后再拍摄一组水平和竖直相移条纹图2作为参考；最后将拍摄到的相移条纹图2结合计算机3进行相位展开，计算斜率，并恢复波前，根据恢复的透射光学系统波前分析波前像差。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及。
技术介绍
光学元件的面形和波前的检测在光学元件的加工和装调中是必不可少的，通常分 为面形直接测量和斜率测量两种，分别对应于干设仪测量和光线偏折测量。由于面形参数 只是表示了物理性质，它可W指导得到最终理想的面形，但它不能直观表示光线偏折对系 统光学性能的影响。此外，干设仪测量需要人工精确的校准、配套设备要求严格苛刻、测量 波前时会很容易受到类似于空气扰动等环境因素的影响，而且对光源要求较高，需要高质 量的激光光源才能获得较好干设图样并反映出较高的精度，该就大大提高了实验的操作难 度，并很容易出现数据误差。而斜率参数更能表示光学元件将如何影响系统的光学性能，如 光学系统的成像质量和它的波前斜率误差直接相关。因此，基于光线偏折测量的波前斜率 测量更为普遍，比如莫尔偏折术、纹影摄影术、傅科刀口法、郎奇检验法、哈特曼检测法W及 夏克-哈特曼检测法等等。 其中夏克-哈特曼检测是一种最常用的波前斜率测量方法，目前已经广泛应用于 天文望远镜中的自适应波前传感，人眼波前像差测量，W及非球面镜检验。不同于哈特曼检 测的孔阵列光阔，夏克-哈特曼检测用一个透镜阵列光阔将通过被测透镜的波前聚焦在探 测器上，探测器测量每个子透镜焦点的空间位置，从而得到入射到透镜阵列上的波前的斜 率，最终恢复出被测透镜的波前。在夏克-哈特曼检测中，被测波前被透镜阵列中的子孔径 划分为多个采样区域，测量的空间分辨率和动态范围直接受到透镜阵列中子孔径的空间分 布的影响。此外，为了避免焦点的混淆，波前斜率较大时也不适合采用夏克-哈特曼进行检 测。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供了一种简便精确的透镜波前像差测量方法。它不同于 干设仪造价昂贵、对环境因素敏感、要求相干光源等特点，本专利技术只需要一个LCD显示器， 一个具有外置针孔的数字CCD相机，W及一台计算机构成的装置简单就能实现波前像差的 测量，具有结构装置简单，硬件设备便宜，测量精度高的优点。而且由于可W看作是哈特曼 检测的逆过程，相比于传统的哈特曼检测，具有高度的灵活性和动态的波前斜率测量范围， 可W测量睹峭的波前斜率，而且结合计算机软件编程可W用于透射光学系统的波前测量和 波前像差分析。 本专利技术采用的技术方案是，本发 明可W看作是逆哈特曼原理，即光线传播方向与哈特曼原理中光线的传播方向相反，WLCD 显示器作为光源，LCD屏上显示的用光强编码的相移条纹图通过被测透镜后，经过相机针孔 投射到相应的CCD探测器像素阵列上，得到对应光线的位置，并根据光学系统的几何关系 计算波前斜率，W此重构出波前面形，并计算出波像差。 首先，产生一组水平和竖直方向的正弦相移条纹图；而后，将LCD显示器、外置针 孔的相机和被测透镜进行准直和标定，得到它们的空间坐标位置；接下来拍摄经过被测透 镜偏折后的LCD显示器显示的相移条纹图，随后移去被测透镜后再拍摄一组水平和竖直相 移条纹图作为参考；最后，将拍摄到的相移条纹图进行相位展开，计算斜率，并恢复波前。具 体步骤如下所示： (1)生成一组水平和竖直方向的相移条纹图 根据LCD显示器的屏幕尺寸和分辨率，选择正弦条纹的一个的周期的像素数，确定一 个周期条纹对应的实际尺寸(单位毫米)。选择相移条纹的相移步数N(N3 3,该里W4步 相移进行说明），编程得到相移条纹图2。通过改变条纹的周期和相移步数可W改变测量的 精度和灵敏度。 (2)对LCD显示器、外置针孔的CCD相机和被测透镜进行准直和标定 在CCD相机的外部安置一个针孔避免光瞳像差的影响。对LCD显示器、外置针孔的CCD相机和被测透镜进行准直，使CCD相机和被测透镜的光轴重合，且与LCD显示器的屏幕垂 直。将CCD相机调焦在被测透镜的表面。标定测量得到LCD显示器、针孔和被测透镜之间 的距离。[000引 （3)拍摄被调制的相移条纹图 LCD显示器逐次显示一组相移条纹图，相机同步进行拍摄。移去被测透镜后再拍摄一组 水平和竖直相移条纹图。为了消除环境的影响，可W拍摄多组相移条纹图进行平均。 (4)相位展开、斜率计算和波前恢复 对拍摄到的相移条纹图进行相位展开，得到透镜各部分对应的屏幕像素位置，计算斜 率。得到的斜率可W与理想透镜的波前斜率进行对比。最后由斜率数据恢复波前，从而进 行像差分析。 本专利技术的显著特点是装置简单，造价便宜，解决了透镜的波前像差测量问题。而且 测量精度高，测量斜率的动态范围大，空间分辨率高，可W测量干设仪和哈特曼检测无法测 量的大数值斜率问题。【附图说明】 当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整地理解本专利技术W及容 易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成 本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的 不当限定，其中： 附图1是本专利技术的系统装置图； 附图2是本专利技术的系统按哈特曼检测过程的原理图； 附图3是本专利技术的系统波前像差分析的原理图。【具体实施方式】 W下结合附图1至3与对本专利技术的实施例进行说明。 ，系统设计如图1所示，主要由 一个LCD显示器1，数字CCD相机8,W及一个计算机3组成。CCD相机8由CCD探测平面 4、相机透镜系统5和外置针孔6组成，其中针孔6被安装在靠近CCD相机镜头的外部，用来 消除光瞳像差对系统的影响。其系统测量原理如图2所示，假如按哈特曼的原理中光线传 播方向来看，将系统中的针孔6看作是点光源，光线10经过被测透镜7后到达LCD显示器 屏幕11上的某一位置。该位置与理想光线9之间有一个偏离，在理想像面12上该个偏离 就是光线的垂轴像差。根据垂轴像差计算出波前斜率，然后由斜率数据进行波前恢复，最终 就得到被测透镜7的波前像差。具体实施过程如下所示： 步骤1 ;生成一组水平和竖直方向的相移条纹图2 由于本专利技术中需要确定LCD显示器1上像素位置与它照明的被测透镜7位置之间的对 应关系，所W需要对屏幕像素位置用光强进行编码，该里选择正弦条纹图进行显示。根据显 示器的屏幕尺寸和分辨率，选择正弦条纹一个周期的像素数，确定一个周期条纹对应的实 际尺寸(单位毫米)。利用相移技术，选择相移条纹的相移步数N(该里W4步相移为例进行 说明)，编程得到由光强调制的相移条纹图。通过改变条纹的周期和相移步数可W改变测量 的精度和灵敏度。步骤2 ;LCD显示器1、外置针孔6的CCD相机8和被测透镜7进行准直和标定 不同视场的光线都会经过透镜的孔径光阔中屯、，由于光瞳像差的存在，在入瞳巧L径光 阔在物空间的像）位置处各视场主光线将不再会聚于一点，该将影响到斜率的计算。因此， 在CCD相机8的外部装置一个针孔6W避免光瞳像差的影响。然后，对LCD显示器1、外置针孔6的相机8和被测透镜7进行准直，使CCD相机8 和被测透镜7的光轴重合，且与LCD显示器1的屏垂直。当装置不准直时，可W在恢复波前 后移除低阶像差，保证高阶像差的测量精度。将CCD相机8调焦在被测透镜7的表面，对系 统进行标定、测量得到LCD显示器1、针孔6和被测透镜7之间的距离。 步骤3 ;拍摄被调制的相移条纹图2 显示器逐次显示一组相移条纹图2,相机同步进行拍摄。移去被测透镜7后再拍摄一组 水平和竖直相移条纹图2。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于逆哈特曼原理的透镜波前像差测量方法，主要包括：LCD显示器1，CCD相机8，计算机3组成. 它可以看作是逆哈特曼过程，即光线传播方向与哈特曼原理中光线的传播方向相反：以LCD显示器1作为光源，LCD显示器1上显示的用光强编码的相移条纹图2通过被测透镜7后，经过相机针孔6和相机的透镜系统5投射到相应的CCD探测器像素阵列4上，得到对应光线的位置，并根据光学系统的几何关系计算波前斜率，以此重构出波前面形，并计算出波像差。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李大海，李萌阳，洪之涵，鄂可伟，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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