基于哈特曼-夏克波前测量原理的焦距测量

本文从哈特曼-夏克波前测量原理出发,提出了基于波前测量的透镜焦距测量方法;得到了使用这一方法测量焦距的计算公式.使用633 nm和780 nm两种波长的半导体准直激光器作为光源,测量了三片双合透镜的焦距,结果表明,633 nm光源下测量得到的波长与透镜的设计焦距值相吻合,能够正确测量透镜焦距;而780 nm光源的测量结果显示出较大的相对测量偏差,但可用于评估透镜的剩余球差、色差以及制造公差.

双光楔微扫描哈特曼-夏克波前探测技术

传统哈特曼-夏克传感器主要受微透镜尺寸与微透镜数量的限制,对待测波前采样不足,影响对波前的探测精度。通过对哈特曼-夏克传感器波前重构原理和双光楔微扫描原理进行分析讨论,提出了一种在哈特曼-夏克传感器之前加入双光楔微扫描结构的检测方法,弥补了传统哈特曼-夏克传感器对待测波前采样不足的缺点。利用Zemax和Lighttools软件模拟了加入双光楔微扫描结构哈特曼-夏克传感器的光斑分布情况。微扫描图像重建算法与波前重构算法结合给出原理性验证,对所模拟后大像差光学系统波前复原精度提高了53.53%,该方法可以有效提高哈特曼-夏克传感器对波前探测的精度。

一种数学形态学的哈特曼-夏克传感器阈值选取方法

为了提高计算哈特曼-夏克波前传感器的质心探测精度,设计了基于数学形态学的滤波器。此滤波器基于四个有向结构元素形态滤波,设计的每个元素充分考虑了哈特曼-夏克波前传感器探测人眼波前像差时的光斑点大致形态。这个滤波器优化了阈值,经此滤波器处理后,可以保持传感器探测到每个光斑点的形态特征,保留了更多的光斑信息。通过在视网膜细胞显微镜项目的应用其速度和精度均能满足要求。

基于哈特曼-夏克传感器的渐变焦眼镜测量系统

眼镜的测量是渐进多焦点眼镜设计和加工过程中的一个重要环节,但是已有仪器的稳定性和精确度并不理想。因此设计了一种完整的测量系统,采用哈特曼夏-克传感器采集数据,采用望远系统对透过镜片的光线进行人眼视物的简单模拟,并通过Java编写测量软件,采集传感器接收到的不规则光波,并依据波前重构算法重构波前,与原始规则光波进行比较分析,得到Zernike系数,最终得到所需要的光焦度和散光的值。测量结果的精确度与预期设计基本吻合,达到了设计需求。

一种可自动调焦的高精度相差哈特曼-夏克测量系统

为了提高测量人眼验光参数的准确性与重复性,提出一种采用液体透镜实现可自动调焦的高精度相差哈特曼-夏克测量系统。该方法可根据测量者在离散状况下的屈光度数自动调节人眼底信标光斑处于聚焦状态,使采集的人眼波前像差图像光斑汇聚,从而提高计算波前像差的准确性。采用基于该方法所构建的测量系统进行实验测试,通过对被计量过的7个标准模拟眼(范围从-20D~+20D)代替人眼来模拟不同度数下产生的离焦状态,实验结果表明:所提出的用液体透镜变焦的波前探测系统测量最大误差在±0.25D范围内,比传统的激光平行入射的波前探测系统测量更加准确,具有较强的适应性,为后续测量不同度数的人眼屈光度数提供重要的方法。

哈特曼-夏克传感器在非球面加工中的应用

论述了哈特曼夏克传感器的测量原理 ,对它的测量精度进行了标定。同时还介绍了哈特曼夏克传感器在光学车间实际测量大口径非球面系统的情况 。

模式正交性对哈特曼-夏克传感器波前测量等的影响

分析了哈特曼夏克波前传感器采用模式法重构波前相位算法的数学模型 ,仿真实验了重构模式之间不正交对重构精度的影响 ,指出模式之间的不正交不影响算法的实现。在哈特曼夏克传感器应用模式法进行波前测量和波前校正的过程中 ,模式之间的正交性并不是算法实现的必要条件 ,正交化处理算法对波前重构。

一种可用于人眼像差哈特曼-夏克测量仪的自动离焦补偿方法

针对目前人眼像差哈特曼-夏克测量仪不能自动补偿人眼离焦的不足,通过分析不同调焦状态下连续采集的哈特曼-夏克光斑图像序列,构造了离焦补偿评价函数,在现有像差测量仪平台上实现了人眼像差自动离焦补偿。算法根据调焦过程中哈特曼-夏克光斑的形态变化,定义了通过光斑图像评估离焦补偿结果的评价标准,并依据评价函数确定最佳光斑图像对应的离焦补偿量,从而确保哈特曼-夏克波前传感器能准确测得离焦补偿后剩余的人眼像差。实验结果表明,本方法对杂散光噪声具有较强的稳健性,可以准确实现调焦系统的自动离焦补偿,为后续像差测量仪精密测量人眼高阶像差提供了十分重要的方法。

哈特曼-夏克传感器的泽尼克模式波前复原误差

利用哈特曼夏克传感器测量圆孔径内波像差时 ,通常使用泽尼克模式复原算法。推导了一般情况下哈特曼夏克传感器泽尼克模式波前复原误差的计算公式。用哈特曼夏克传感器测量一个像差板的随机静态像差 ,通过与ZYGO干涉仪的测量结果比较 ,得到不同泽尼克模式复原阶数下的波前复原误差的实验结果 ,并与理论计算结果进行了对比。

基于哈特曼-夏克传感器的角膜地形图测量仪

根据哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)传感器工作的基本原理设计了一种角膜地形图测量仪,并在此基础上建立了一套基于哈特曼-夏克传感器的角膜地形图测量系统。该系统的工作原理是使用会聚光束照射到角膜的外表面,通过哈特曼-夏克传感器采集包含角膜面形信息的角膜表面反射光,而后通过角膜地形图复原计算获得角膜地形图数据。详细介绍了该仪器用于角膜测量的操作过程,并对该测量仪器的面形复原精度进行了测试。结果显示,与Zygo干涉仪的测量结果相比,角膜地形图测量仪复原面形的误差低于0.0818λ均方根(RMS)。最后使用该仪器实际测量了健康成年人眼角膜,获得了实际角膜地形图的数据。

快速傅里叶算法在哈特曼-夏克传感器波前重构算法中的应用

提出了一种应用快速傅里叶变换算法提高哈特曼夏克波前传感器波前重构实时性的快速算法。在根据波前斜率值应用最小二乘法估计波前相位的过程中 ,应用快速傅里叶变换算法进行方程的对角化和相位值的解耦 ,算法精度高、稳定。空间分辨率越高 ,算法实时性的优越性就越显著。

基于哈特曼-夏克传感器的人眼像差测量仪误差分析

人眼是一个不完善的成像系统,不仅存在离焦和散光,还存在着球差、彗差以及不规则的高阶像差。这些像差影响视网膜的成像质量,尤其在暗视场弱光下人眼呈现大瞳孔,像差更大,使人眼的视觉性能远远低于衍射极限。近年来,人眼波前像差的测量技术得到不断发展,应用于人眼波前像差测量的仪器也不断更新,而在人眼波前像差测量中,基于哈特曼-夏克(HS)波前传感器的测量仪器较为多数。因此着重论述哈特曼-夏克波前传感器的误差分析,并提出人眼波前像差测量需要解决的问题的新思路。

基于4F系统的哈特曼-夏克传感器测量透镜焦距

基于4F系统,利用哈特曼-夏克传感器的检测原理,提出了一种测量透镜焦距的方法,给出了实验原理图、计算公式以及实验结果。与传统透镜焦距测量方法相比,不仅可以很方便地得到较高精度的焦距值(相对误差在0.1%以下),同时还能得到透镜检测区域成像的波像差分布信息。

用夏克-哈特曼探测器测量人眼波前像差

为了精确测量人眼的高低阶像差,设计并搭建了一套人眼波前像差精确测量光学系统。该系统采用夏克-哈特曼波前探测器进行波前探测,可以在不同瞳孔、不同视场和不同调焦状态下精确测量人眼的波前像差。用ZEMAX软件对系统进行模拟分析,验证了该系统的探测精度,讨论了系统的调焦性能。用该系统实验分析了人眼各阶像差的分布情况、瞳孔大小和调焦状态对人眼波前像差的影响,以及人眼波前像差的时间和空间变化特性(变化频率约3 Hz,等晕角约为1.5°)。结果表明,该系统精度高(PV<1/20λ),操作方便,是人眼波像差的研究和个性化角膜手术的有力工具。

增大夏克-哈特曼波前传感器动态测量范围的方法

为了使夏克-哈特曼波前传感器(HS)在具有高灵敏的同时又能获得大的动态测量范围,介绍了一种能够增大HS动态测试范围的软件处理方法-外推法。在运用外推法时,首先需要找出任意子孔径(A)对应的焦斑位置作为起始点,然后利用外推法得到与A相邻的子孔径(B)内的焦斑位置,再以B内的焦斑位置作为起始点外推得到与B相邻的其它子孔径内的焦斑位置,依次类推,直至把所有子孔径内的焦斑全部找到。文中利用实验对外推法的可行性和实用性进行了验证,结果表明,在超出HS动态测量范围2倍的情况下,利用外推法可以完美地复原波面,基本解决了HS的动态测量范围和灵敏度相互矛盾的问题。

夏克-哈特曼阵列光斑质心探测误差比较

在相同信噪比的情况下,通过数值仿真对夏克-哈特曼波前传感器阵列光斑的4种质心探测算法进行质心探测误差对比.仿真结果表明,强加权质心算法具有较好的适用性,该算法在信噪比小于5时,质心探测误差低于0.5像素.在对阵列光斑进行质心探测时,同时考虑质心探测误差和探测速率,有效提高了质心探测的准确性和快速性.

利用标记分水岭法实现夏克-哈特曼波前传感器质心探测

由于光斑质心探测精度直接影响夏克-哈特曼波前传感器的波前探测精度,本文提出基于标记分水岭法来确定阵列光斑质心探测窗口。首先,对采集到的夏克-哈特曼阵列光斑图像进行平滑并求出其梯度图像;然后,利用大津(OTSU)阈值法在求出的梯度图像上进行目标标记,最后在标记过的梯度图像上进行分水岭分割,确定出每个光斑的探测窗口。由于该方法确定的质心探测窗口是对光斑实际大小进行匹配,故有效地抑制了噪声对质心探测的影响。实验结果表明:利用该方法确定光斑探测窗口所计算的质心精确度和稳定性均比传统的在子透镜窗口中计算光斑质心的方法要高。统计多幅图像计算得到的窗口质心标准差的平均值为0.010 9,比传统法计算出的平均值0.073 4提高了6倍,满足哈特曼波前传感器对光斑质心计算稳定性和精确度的要求。

基于液晶光调制器的夏克-哈特曼波前探测技术

微透镜阵列是夏克-哈特曼波前探测器的关键器件。利用液晶器件的空间相位调制特性,可实现微透镜阵列功能,且具有孔径和焦距可变的优点。论述了基于液晶光调制的夏克-哈特曼波前探测校正技术的特征、技术进展、及应用前景。

基于FPGA的夏克-哈特曼探测器实时波前处理机

夏克-哈特曼波前传感器是目前自适应光学系统中应用最为广泛的实时波前探测器。本文针对具有高分辨、高帧速、大规模子孔径数的夏克-哈特曼传感器,根据其波前处理计算量和实时性的要求,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA,field-programmable gate array)的实时波前处理机结构及波前斜率计算方法。该方法利用核心处理模块重复利用的方式完成子孔径内光斑质心的计算,并通过USB3.0将处理后的质心数据实时传输给PC机。处理机以一片XILINX公司Kintex7-XC7K325T的FPGA作为处理芯片进行了设计,结果表明:该算法可对560帧/s的1020×1020图像(580 MB/s数据量),56×56子孔径哈特曼传感器,进行低延时实时光斑质心计算,提高了系统的波前处理速度和整个自适应光学系统的控制速度。

稀疏表示的夏克-哈特曼波前传感器信号提取

由于背景噪声及探测器噪声的存在,夏克-哈特曼波前传感器质心探测误差较大,本文提出了一种在稀疏域去除背景噪声及探测器噪声的方法。首先采用二维高斯模型生成光斑信号样本图像,构造超完备目标字典,依次对测试图像分块计算其在超完备字典中的表示系数,利用噪声、背景和目标表示系数的不同,通过认为设定阈值来判别该图像块是否为光斑信号。结果表明,本文处理方法能够较好的提取出光斑信号,且与减阈值算法相比,其处理后质心偏差、RMS及PV值都较小。