CN101630074A - 一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法 - Google Patents
一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101630074A CN101630074A CN200910072695A CN200910072695A CN101630074A CN 101630074 A CN101630074 A CN 101630074A CN 200910072695 A CN200910072695 A CN 200910072695A CN 200910072695 A CN200910072695 A CN 200910072695A CN 101630074 A CN101630074 A CN 101630074A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- wavefront
- wave front
- light modulator
- measured
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法,它涉及自适应光学技术领域。现有的波前校正方法主要采用变形镜做为波前校正器校正波前,但是这种方法存在波前校正的分辨率低、行程受限制、有机械惯性的问题。本发明的方法是利用液晶空间光调制器代替变形镜作为波前校正器,采用边界定义法和循环反馈迭加控制法实施波前校正,不但能保证控制信号与待校正波前从像素上对准,提高波前校正的精度,而且还能实现超过2π相位的波前校正。本发明适用于高精度、高分辨的波前校正过程。
Description
技术领域
本发明涉及自适应光学领域,具体涉及一种基于液晶空间光调制器的波前校正方法。
背景技术
波前校正就是利用波前校正器来改变光波波前的光程或相位分布,以及校正各种误差因素对光波波前造成的畸变。传统的波前校正器主要采用变形镜,但是变形镜存在分辨率低、致动器单元变形量小、有机械惯性、成本高等缺点,限制了它在工业和医疗等方面的应用。随着现代光学技术的发展,对高精度、高分辨、大行程波前校正技术的需求越来越大,在这样的背景下,中国科学院光电技术研究所的饶长辉等人于2007年8月22日申报的发明专利《基于共轭成像的多变形镜串连组合式波前校正器》,如图1所示,利用4f成像系统13将两个以上的变形镜11连接起来,构成一个组合式波前校正器,使每个波前校正器都处在光学共轭成像位置,因此增加波前校正行程,克服单个变形镜11变形量小对波前校正行程的制约。但是该发明无法克服变形镜11分辨率低的不足,并且依靠增加变形镜的数量来加大波前校正行程,会成倍地增加成本。
中国科学院光电技术研究所张雨东等人于2007年1月3日申报的《基于共轭成像的组合式波前校正器》的发明专利,同样利用4f成像系统将两个以上的变形镜连接起来,构成一个组合式波前校正器,与《基于共轭成像的多变形镜串连组合式波前校正器》不同之处在于该发明将一个密集的驱动单元排列方案和排列数量的点阵分布,拆分成对称操作的几个部分,每一部分对应到一个波前校正器上,那么所有波前校正器组合到一起,形成了拆分前的驱动单元密集分布,其原理如图2所示。该发明虽然能提高波前校正的分辨率,但是无法克服致动器变形量小对波前校正行程的制约,并且依靠增加变形镜的数量提高分辨率,会成倍地增加成本。
发明内容
本发明是为了解决现有的波前校正方法主要采用变形镜做为波前校正器校正波前,但是这种方法存在波前校正的分辨率低、行程受限制、有机械惯性,以及成本较高的问题,从而提供一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法。
一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法,它是基于以下系统实现的:所述系统包括数字相移干涉仪、偏振片、液晶空间光调制器和波前控制器,数字相移干涉仪发出的激光光束经偏振片偏振后入射至待测试件,经待测试件透射后入射至液晶空间光调制器,经液晶空间光调制器调制后沿入射光路反射至待测试件,经待测试件透射至偏振片,经偏振片透射至数字相移干涉仪;数字相移干涉仪的信号输出端与波前控制器的信号输入端连接,所述波前控制器的控制信号输出端与液晶空间光调制器的控制信号输入端连接;
所述基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法由以下步骤完成:
将所述各相位数据转换成灰度数据g0(i,j);所述K为正整数;
步骤二、采用Roberts梯度算子,对所述灰度数据g0(i,j)做差分运算,并根据公式:
g0′(i,j)=|g0(i,j)-g0(i+1,j+1)|+|g0(i+1,j)-g0(i,j+1)|
获得梯度数据g0′(i,j);
步骤三、将所述梯度数据g0′(i,j)中的梯度最大值对应的像素点作为边界点,确定有效数据边界;
步骤四、将波前控制器的控制信号置0;
步骤六、根据公式:
步骤八、根据公式:
获得波前残余相位的均方根值式中为第n+1次波前校正后的残余相位,n为正整数,(i,j)为像素点坐标,所述i、j为正整数;为第n+1次波前相位平均值,N为灰度数据值g0(i,j)对应像素点的行数,M为灰度数据g0(i,j)对应像素点的列数,所述N、M均为正整数;
有益效果:本发明利用边界定义法,通过对波前相位数据的边界定义,能够准确分离有效数据与无效数据,保证波前相位数据与控制信号从像素上对准,提高波前校正精度;利用循环反馈迭加控制法,通过循环反馈相位数据与逐次累加控制信号,使任意波前逐次逼近理想平面波,从而实现相位超过2π的大行程的波前校正。并且本发明采用液晶空间光调制器代替变形镜作为波前校正器,具有功耗小、分辨率高、波前校正行程不受致动器单元变形量制约、不存在机械惯性、成本低的优点。
附图说明
图1是背景技术所述《基于共轭成像的多变形镜串连组合式波前校正器》的结构示意图;图2是背景技术中所述《基于共轭成像的组合式波前校正器》的原理示意图;图3是本发明的方法的流程示意图,图4是本发明的方法所采用装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式,一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法,它是基于以下系统实现的:所述系统包括数字相移干涉仪1、偏振片2、液晶空间光调制器4和波前控制器5,数字相移干涉仪1发出的激光光束经偏振片2偏振后入射至待测试件,经待测试件透射后入射至液晶空间光调制器4,经液晶空间光调制器4调制后沿入射光路反射至待测试件,经待测试件透射至偏振片2,经偏振片2透射至数字相移干涉仪1;数字相移干涉仪1的信号输出端与波前控制器5的信号输入端连接,所述波前控制器5的控制信号输出端与液晶空间光调制器4的控制信号输入端连接;
所述基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法由以下步骤完成:
步骤一、控制液晶空间光调制器4,使其产生等相位面,测量所述等相位面各像素点的相位数据并根据公式:
将所述各相位数据转换成灰度数据g0(i,j);所述K为正整数;
步骤二、采用Roberts梯度算子,对所述灰度数据g0(i,j)做差分运算,并根据公式:
g0′(i,j)=|g0(i,j)-g0(i+1,j+1)|+|g0(i+1,j)-g0(i,j+1)|
获得梯度数据g0′(i,j);
步骤三、将所述梯度数据g0′(i,j)中的梯度最大值对应的像素点作为边界点,确定有效数据边界;
步骤四、将波前控制器5的控制信号置0;
步骤五一、对所述待测试件的待校正相位以2π为周期进行量化,然后取余数作为其待校正相位,并执行步骤六;所述待测试件量化后的待校正相位的表达式为:
步骤六、根据公式:
步骤八、根据公式:
获得波前残余相位的均方根值式中为第n+1次波前校正后的残余相位,n为正整数,(i,j)为像素点坐标,所述i、j为正整数;为第n+1次波前相位平均值,N为灰度数据值g0(i,j)对应像素点的行数,M为灰度数据g0(i,j)对应像素点的列数,所述N、M均为正整数;
本发明的原理如下:
控制液晶空间光调制器4,使其产生等相位面,测量该相位面,所获得的数据包含有效数据与无效数据,只有准确找到边界,分离有效数据与无效数据,才能使反馈控制信号与待校正波前从像素上对准,实现高精度的波前校正。为此,将相位数据转换成控制信号之前,本发明采用一种边界定义法来准确定义测量数据的边界。选取大于有效边界范围的相位数据将其转换成灰度数据g0(i,j):
对g0(i,j)采用Roberts梯度算子求差分:
g0′(i,j)=|g0(i,j)-g0(i+1,j+1)|+|g0(i+1,j)-g0(i,j+1)|
得到梯度数据g0′(i,j),连接梯度最大值所对应的像素作为边界点,并计算边界内的质心坐标:
利用边界点和质心坐标,就能够准确定义出有效数据的边界。
液晶空间光调制器4在线性工作范围内最大相位调制量为2π,那么一次波前校正量最大不超过2π。对于超过2π的相位的波前,本发明采用循环反馈迭加控制法,循环反馈残余的波前相位数据,逐次累加控制信号,循环校正残余波前,使任意波前逐次逼近理想平面波。
累加控制信号,循环波前校正过程m次:
g′m(i,j)=g1(i,j)+g2(i,j)+…+gm(i,j)
计算波前残余相位的均方根值:
直到波前残余相位的均方根值达到预定值,不再有明显减小为止,完成波前校正过程。
Claims (1)
1、一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法,它是基于以下系统实现的:所述系统包括数字相移干涉仪(1)、偏振片(2)、液晶空间光调制器(4)和波前控制器(5),数字相移干涉仪(1)发出的激光光束经偏振片(2)偏振后入射至待测试件,经待测试件透射后入射至液晶空间光调制器(4),经液晶空间光调制器(4)调制后沿入射光路反射至待测试件,经待测试件透射至偏振片(2),经偏振片(2)透射至数字相移干涉仪(1);数字相移干涉仪(1)的信号输出端与波前控制器(5)的信号输入端连接,所述波前控制器(5)的控制信号输出端与液晶空间光调制器(4)的控制信号输入端连接;
其特征是:所述基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法由以下步骤完成:
步骤二、采用Roberts梯度算子,对所述灰度数据g0(i,j)做差分运算,并根据公式:
g0′(i,j)=|g0(i,j)-g0(i+1,j+1)|+|g0(i+1,j)-g0(i,j+1)|
获得梯度数据g0′(i,j);
步骤三、将所述梯度数据g0′(i,j)中的梯度最大值对应的像素点作为边界点,确定有效数据边界;
步骤四、将波前控制器(5)的控制信号置0;
步骤六、根据公式:
步骤八、根据公式:
获得波前残余相位的均方根值式中为第n+1次波前校正后的残余相位,n为正整数,(i,j)为像素点坐标,所述i、j为正整数;为第n+1次波前相位平均值,N为灰度数据值g0(i,j)对应像素点的行数,M为灰度数据g0(i,j)对应像素点的列数,所述N、M均为正整数;
步骤九、判断步骤八获得的均方根值是否达到预定值,如果判断结果为否,则执行步骤五;如果判断结果为是,则完成波前校正过程。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009100726953A CN101630074B (zh) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | 一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009100726953A CN101630074B (zh) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | 一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101630074A true CN101630074A (zh) | 2010-01-20 |
CN101630074B CN101630074B (zh) | 2011-01-05 |
Family
ID=41575230
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2009100726953A Expired - Fee Related CN101630074B (zh) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | 一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101630074B (zh) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101907784A (zh) * | 2010-07-13 | 2010-12-08 | 杭州电子科技大学 | 一种经过多级散射层聚焦的光束波前相位优化方法 |
CN105785609A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-07-20 | 长春理工大学 | 基于透射式液晶空间光调制器波前校正的方法及装置 |
CN106002491A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-10-12 | 哈尔滨理工大学 | 基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置及测量方法 |
CN106950035A (zh) * | 2017-02-23 | 2017-07-14 | 西安交通大学 | 液晶光栅干涉测量空间光调制器相位调制特性的装置及方法 |
CN108254992A (zh) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 中国移动通信有限公司研究院 | 一种脉冲光产生装置及方法 |
CN110068973A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-07-30 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于反卷积神经网络的液晶像差校正方法 |
CN111431609A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-17 | 南京信息工程大学 | 一种正交模分复用信号的接收方法和系统 |
CN113655643A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-16 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于电光材料的阵列化动态光学相位修正板 |
-
2009
- 2009-08-18 CN CN2009100726953A patent/CN101630074B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101907784A (zh) * | 2010-07-13 | 2010-12-08 | 杭州电子科技大学 | 一种经过多级散射层聚焦的光束波前相位优化方法 |
CN101907784B (zh) * | 2010-07-13 | 2012-05-23 | 杭州电子科技大学 | 一种经过多级散射层聚焦的光束波前相位优化方法 |
CN105785609A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-07-20 | 长春理工大学 | 基于透射式液晶空间光调制器波前校正的方法及装置 |
CN105785609B (zh) * | 2016-04-28 | 2023-04-07 | 长春理工大学 | 基于透射式液晶空间光调制器波前校正的方法及装置 |
CN106002491A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-10-12 | 哈尔滨理工大学 | 基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置及测量方法 |
CN106002491B (zh) * | 2016-05-25 | 2018-09-25 | 哈尔滨理工大学 | 基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置的测量方法 |
CN108254992A (zh) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 中国移动通信有限公司研究院 | 一种脉冲光产生装置及方法 |
CN106950035A (zh) * | 2017-02-23 | 2017-07-14 | 西安交通大学 | 液晶光栅干涉测量空间光调制器相位调制特性的装置及方法 |
CN110068973A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-07-30 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于反卷积神经网络的液晶像差校正方法 |
CN111431609A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-17 | 南京信息工程大学 | 一种正交模分复用信号的接收方法和系统 |
CN113655643A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-16 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于电光材料的阵列化动态光学相位修正板 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101630074B (zh) | 2011-01-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101630074B (zh) | 一种基于液晶空间光调制器的循环反馈控制波前校正方法 | |
US11672631B2 (en) | Intraoral scanner calibration | |
CN110017767B (zh) | 基于液晶空间光调制器的空间移相动态干涉仪及其应用 | |
CN105785609B (zh) | 基于透射式液晶空间光调制器波前校正的方法及装置 | |
CN103293663A (zh) | 基于电压解耦控制多波前校正器的自适应光学系统 | |
CN103630330B (zh) | 一种光强可调的波前倾斜扰动误差模拟器 | |
CN101236066A (zh) | 投影光栅的自校正方法 | |
CN106526839A (zh) | 一种基于模式的同步无波前自适应光学系统 | |
CN107102436A (zh) | 一种补偿任意光学相位延迟的波片组设计方法 | |
CN109001904B (zh) | 一种基于动态lut液晶波前校正器的校正方法 | |
CN105607250A (zh) | 一种高分辨力成像望远镜中非共光路像差测量与补偿装置及方法 | |
JP6586655B2 (ja) | 空間光変調システム | |
CN104655291A (zh) | 一种实现可编程多波横向剪切干涉仪的方法 | |
CN104406770A (zh) | 波像差测量模块的畸变测量装置和畸变校正方法 | |
CN103630250B (zh) | 一种能自适应校正装调误差的四象限倾斜跟踪传感器 | |
CN107144983A (zh) | 相干度随时间可控变化的部分相干光束的产生装置及方法 | |
CN111397506B (zh) | 一种全息干涉仪的全自动相位误差修正方法与系统 | |
CN101382653B (zh) | 双液晶自适应闭环系统 | |
CN101285713A (zh) | 一种利用平行光源标定的连续变焦的哈特曼传感器 | |
CN102621688B (zh) | 基于差分传感器的自适应光学系统 | |
CN102681165A (zh) | 一种多波前校正器件的解耦控制方法 | |
CN101285714A (zh) | 一种利用点光源标定的连续变焦哈特曼传感器 | |
CN101382652B (zh) | 无偏振液晶像差校正单元和液晶级联自适应光学闭环系统 | |
CN113900250B (zh) | 一种自适应光学系统变形镜与哈特曼波前传感器对准方法 | |
CN104777717B (zh) | 用于光刻设备投影物镜的像质补偿机构 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110105 Termination date: 20110818 |