WO2011095662A2 - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable y dispositivo para su realización - Google Patents

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Justo Arines Piferrer
Vicent CLIMENT JORDÀ
Enrique Ataulfo Tajahuerce Romera
Vicente Andrés DURÁN BOSCH
Jesús Lancis Sáez
Raúl MARTÍNEZ CUENCA
Salvador X BARÁ VIÑAS
Zbigniew Jaroszewicz
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Definitions

  • the present invention relates, as its statement indicates, to a method of adaptive optics for the measurement and compensation of aberrations with a reconfigurable optical element and a device for its realization, using as a reconfigurable optical element a spatial modulator of crystal light liquid.
  • the invention is mainly directed to the sectors of optical, optoelectronic, optometric and ophthalmic instrumentation, being useful for those applications in which it is required to measure and compensate for the optical aberrations of the light beams produced by instrument defects or by propagation of light through different types of material means, such as a turbulent atmosphere or the means that make up the human eye.
  • optical aberrations that is to say, of the defects introduced in the wave fronts by the imperfections of the optical systems or by the passage of the light by non-homogeneous means, is one of the key tasks for many applications in various fields of science and technology. Among others, it is of special interest for obtaining high spatial resolution images in medicine and astronomy, for basic and applied research in physiological and vision optics and for laser beam control in laboratory, industrial, telecommunications and optical systems. clinical. Within the devices for the compensation of aberrations is understood as "adaptive" to those that can measure and compensate for variable aberrations over time, thus responding to the different deformations that the incident wave fronts may have on them.
  • Hartmann-Shack sensors such as, for example, Hartmann-Shack sensors (RV Shack and BC Platt, "Production and use of a lenticular Hartmann screen", Journal of the Optical Society of America, vol 61, 656 (1971)).
  • subpupillae which are holes in the Hartmann sensors and microlenses in the Hartmann-Shack sensors.
  • Information about the aberrations of the front is obtained by processing the irradiance distributions of the beams that, after propagating a distance in space from each subpupilla, are measured with a radiation detector, usually a CCD camera.
  • the first proposal for adaptive compensation of aberrations produced by turbulence of the atmosphere, in order to obtain astronomical images of high spatial resolution, is due to Babcock (H. Babcock, "The Possibility of Compensating Astronomical Seeing", Publications of the Astronomical Society of the Pacific 65, No. 386, 229-236 (1953)). Under that proposal, aberrations could be compensated by electrostatically deforming a thin layer of liquid deposited on the surface of a mirror.
  • the system described by Babcock encountered certain technical difficulties for its implementation, difficult to overcome at the time it was described. However, in recent years the technology for adaptive aberration compensation has undergone remarkable progress.
  • liquid crystal displays working with light in an adequate state of polarization and with the help of polarizers and / or phase delay sheets, allow controlled transformations of the electromagnetic field associated with the light that falls on them, modulating its amplitude, its phase or both; what is obtained by applying a computer controlled voltage to each of the pixels of the screen.
  • polarizers and / or phase delay sheets allow controlled transformations of the electromagnetic field associated with the light that falls on them, modulating its amplitude, its phase or both; what is obtained by applying a computer controlled voltage to each of the pixels of the screen.
  • the object of the present patent is an adaptive optics process and a device for its realization that substantially improve those described in the patent ES 2007 00870, allowing the measurement and compensation of optical aberrations simultaneously and not alternately in time using a single reconfigurable element, for example a light modulator that uses a liquid crystal display. In this way, it is possible to proceed to the measurement and compensation of aberrations avoiding the existence of dead times, and the use of the beam of light - totally or partially corrected - is possible throughout the measurement and compensation cycle.
  • the method of adaptive optics described herein for the measurement and compensation of aberrations with a reconfigurable element is based on using simultaneously an area of the active surface of said element for the measurement of the aberrations of the light beam and another area of the active surface of the same item for compensation.
  • “Reconfigurable element” means in this document any element, component or optical device that allows changes to be made at will controlled, variable in space and time, in the amplitude, in the phase or in both things of the beam of light that affects it.
  • An example of a reconfigurable element is the spatial light modulators based on liquid crystal displays.
  • active surface is meant herein the useful opening of the reconfigurable element, that is, the area thereof in which the desired amplitude and / or phase changes can be introduced.
  • the procedure described herein allows the simultaneous performance of both operations, without interrupting the passage of the beam of light whose aberrations are to be corrected.
  • a part or area of the active surface of the element is dedicated to the compensation of the aberrations of the light beam, while another part or zone is dedicated to its measurement, forming an image of the aberrated beam on the measurement area , with the help of a conventional optical system, which can comprise lenses, beam splitters and / or mirrors.
  • This adaptive procedure can be applied in both "open loop” and "closed loop” settings.
  • the system can operate following an iterative procedure, measuring and compensating the residual aberrations of the light beam at the exit of the compensation zone.
  • the measurement of aberrations is carried out by means of coding in the measurement zone of the reconfigurable element of a microlens matrix that is used as a sampling screen of a Hartmann-Shack sensor, according to any of the procedures already described in the patent application EN 2007 00870 or in the publication of Justo Arines, Vicente Durán, Zbigniew Jaroszewicz, Jorge Ares, Enrique Tinahuerce, Paula Prado, Jes ⁇ s Lancis, Salvador Bará and Vicent Climent, "Measurement and compensation of optical aberrations using a single spatial light modulator" (Optics Express, Vol. 15, No. 23, 15287-15292, 12 November 2007).
  • reconfigurable elements to form microlens matrices for the measurement of aberrations, instead of using the traditional static microlenses manufactured in glass substrates, allows, among other things, to modify with great flexibility of the characteristics of the matrix (number of microlenses, focal points, distribution in the pupil, etc.) in an optimal way to adapt them to the characteristics of the light beams incident in the system.
  • the compensation of the aberration determined from the measurements of the sensor is carried out by means of coding in the compensation zone of the reconfigurable element of the aberration of the incident beam changed sign, according to any of the usual procedures, in particular by those described in the patent application or in the publication mentioned above in this paragraph.
  • the compensation of the aberrations according to the present procedure does not necessarily have to be performed entirely by the reconfigurable element.
  • one or more accessory components can be used, such as conventional, refractive, diffractive or hybrid optical elements, which are responsible for compensating all or part of the constant aberration presented by the beam.
  • refractive, diffractive or hybrid optical elements which are responsible for compensating all or part of the constant aberration presented by the beam.
  • An example of these are those described in the patent application ES 2000 00335 (Bará Vi ⁇ as, Salvador; Mancebo López, Maria; Navarro Belsué, Rafael, "Compensating phase sheets of high and low order eye aberrations" publication number ES2163369, BOPI March 1, 2003).
  • the reconfigurable element must only compensate at any time for the part of the aberration not compensated by the accessory components, which entails a reduction, in some cases very noticeable, of the dynamic range required of said reconfigurable element.
  • the procedure described in this invention is a non-sequential procedure that uses different zones of the reconfigurable element for the measurement and compensation of the aberration, it is not necessary to interrupt the passage of the light beam - totally or partially corrected - to proceed to the measurement of the same.
  • the device described in this invention for carrying out this process comprises a liquid crystal display with the additional components necessary for use as a spatial light modulator in amplitude, phase or mixed configuration, and of the conventional optical components necessary to form an image of the pupil of the beam whose aberrations are to be corrected on the screen measuring area.
  • This procedure can be implemented using a device comprising a pixelated reconfigurable element, such as most light modulators. containing liquid crystal displays, in which case it is advantageous to use an additional spatial filtering subsystem to eliminate unwanted diffracted beams of light that originate the periodic structure of the pixelated.
  • any of the lenses used in this device can be manufactured with the technologies currently available as a refractive, diffractive or hybrid element; and that it can be replaced by a reflective element (conventional or holographic mirror) of equivalent focal characteristics, thus folding the optical path traveled by light.
  • a reflective element conventional or holographic mirror
  • Figure 1 shows a basic block diagram of a device that allows to implement the procedure described in this invention, in the "closed loop” configuration.
  • Figure 2 is the basic block diagram of a variant of the previous device that allows to implement the procedure described in this invention, in the "closed loop" configuration.
  • Figure 3 is the basic block diagram corresponding to the device that allows to implement the procedure described in this invention, in the "open loop" configuration.
  • Figure 4 is a gray-level representation of the typical signals sent to the measurement zone and to the compensation zone of the reconfigurable element.
  • Figure 5 shows the block diagram of a device that allows to implement the procedure described in this invention, using a reconfigurable element that operates by transmission.
  • Figure 6 shows the block diagram of a device that allows to implement the procedure described in this invention, using a reconfigurable element that works by reflection.
  • Figure 7 shows the block diagram of a device that is a variant of the one described in the previous figure, and in which the reconfigurable element is used by influencing the light in a slightly inclined direction with respect to the normal one, thus allowing elimination a series of components that are necessary in case of perpendicular lighting.
  • the continuous arrows represent the path followed by the light beams, while the dashed arrows correspond to the electronic links through which the measurement and control signals of the devices are transmitted.
  • Figure 1 shows the generic block diagram of a device that allows to implement the procedure described in the closed loop configuration. It shows an aberrated beam (A) that affects the reconfigurable element (1), for example a spatial modulator of liquid crystal light, in the area thereof dedicated to the compensation of aberration (12), giving rise to corrected beam (C); optical means (2) to extract a replica (M) of the corrected beam (C) and optical means (3) to form an image of this beam (M) on the area of the reconfigurable element (1) reserved for the measurement of aberration (11), in which the microlenses of a Hartmann-Shack sensor are coded for example; means (4) for detecting the irradiance distribution of the focal regions of said microlenses, and means (5) for processing the data of said irradiance distributions, calculating their centroids, determining the residual aberration of the corrected beam (M) and control the reconfigurable element to compensate for this residual aberration.
  • A aberrated beam
  • M optical means
  • This device is closed loop because the measurement zone of the reconfigurable element (11) is used to determine the residual aberration of the beam (C), which is the initial beam (A) after its correction by the reconfigurable element (1).
  • Figure 2 shows the generic block diagram of a variant of the device shown in Figure 1 and which allows to implement the procedure described in the closed loop configuration.
  • FIG. 1 It shows an aberrated beam (A) that affects the reconfigurable element (1), in the area thereof dedicated to the compensation of aberration (12); optical means (6) to reverse the direction of the beam emerging from the element (1); optical means (2) for extracting a replica (M) from the corrected beam (C), such that the replica (M) penetrates the area of the element (1) dedicated to the measurement of aberration (11) by the face opposite to the one through which the beam (A) penetrates, thus proceeding to measure the aberration and subsequent processing of data by means of the detector (4) and the processing means (5).
  • this device is closed loop because the measurement zone of the reconfigurable element (11) is used to determine the residual aberration of the beam (C), which is the initial beam (A) after its correction by the reconfigurable element ( one).
  • the device comprises means (2) for extracting a replica (M) of the initial aberrated beam (A) before that it is corrected by the correction zone (12) of the reconfigurable element (1), and means (3) to form an image of this replica (M) on the measurement zone (11) of the reconfigurable element (1), proceeding to the measurement of the aberration and the data processing by means of the detector (4) and the processing means (5), and the coding of the corresponding correction in the correction zone (12) of the reconfigurable element (1) in order to obtain a corrected aberration beam (C).
  • a replica (M) of the initial aberrated beam (A) before that it is corrected by the correction zone (12) of the reconfigurable element (1) and means (3) to form an image of this replica (M) on the measurement zone (11) of the reconfigurable element (1), proceeding to the measurement of the aberration and the data processing by means of the detector (4) and the processing means (5), and the coding of the corresponding correction in the correction zone (12) of the reconfigurable element (1) in order to obtain a corrected aberration beam (C).
  • the coding of the phase in the area of element dedicated to the measurement of aberrations (11) and in that dedicated to its compensation (12) can be advantageously done by means of a scheme in N discrete phase levels, already described in detail in the references and patents mentioned above, such as the one represented in Figure 4, which is a concrete example of the implementation of a matrix of diffractive microlenses for the measurement zone (11) and of a phase for the compensation zone (12) in which four equalized phase levels are used, represented here in gray levels.
  • Figure 5 shows an embodiment of this device, in closed loop, using a reconfigurable element (1) that operates by transmission, and in which the optical means (3) to form an image of the replica (M) of the beam corrected (C) on the area of the reconfigurable element reserved for the measurement of aberration (11) comprise three flat mirrors (31,32,34) to redirect the beam and a corrected convergent lens (33) of aberration to form in (11) the image of (12).
  • the lens (33) can be very advantageously replaced by a pair of lenses attached focus to focus (not shown in the diagram), so that the image in (11) is an exact replica of the field width distribution electromagnetic light in (12), without the presence of additional phases.
  • the means (4) for detecting the irradiance distribution of the focal regions of said microlenses comprise an objective lens (42) to make an image of the focal region of the microlenses encoded in (11) over the sensitive area of a CCD camera (41), whose signal is processed in a computer (5) to close the control loop.
  • (33) Achromatic doublet of 2.54 cm in diameter and 15 cm of focal length, advantageously replaceable by a pair of doublets of the same diameter and 10 cm of focal distance coupled focus to focus, into whose common focal plane a diaphragm to perform the spatial filtering of unwanted diffraction orders produced by the pixelated structure of the TNLCD screen and by the coding of the compensation phase in a set of discrete levels.
  • a module based on a liquid crystal display operating by reflection is used as a reconfigurable element (1), which allows deeper phase modulations to be obtained.
  • two other beam splitters (22) and (23) are incorporated into the system described in the previous embodiment, which make it possible to redirect the light beams to adapt the system to this geometry. Since the dividers entail a certain level of energy losses, an alternative mode of realization by reflection is that shown in Figure 7, in which the light beams are made to have a small inclination on the reconfigurable element, and take advantage of the spatial separation produced by its different direction of propagation.
  • the systems described in these embodiments can be complemented by the inclusion of compensation elements for static aberrations, in order to reduce the dynamic range of phase modulation required from the reconfigurable element.
  • additional fully conventional spatial filtering modules in optics may optionally be included, such as those based on focus-to-focus coupled lens systems containing diaphragms in the common focal plane.
  • the compensation zone (12) of the reconfigurable element (1) can be used to compensate not only the aberrations of the light beam, but also the aberrations induced by all optical elements, of any type, located before it.

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Abstract

Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1) en el que una zona (11) del elemento se utiliza como parte del subsistema de medida y otra zona (12) como parte del subsistema de compensación, evitando así la necesidad de utilizar dos elementos físicamente diferenciados para la realización de esas tareas. Como elemento óptico reconfigurable puede utilizarse cualquier elemento, componente o dispositivo óptico que permita introducir a voluntad cambios controlados, variables en el espacio y en el tiempo, en la amplitud, en la fase o en ambas cosas del haz de luz que incide sobre él, por ejemploun modulador espacial de luz basado en una pantalla de cristal líquido.

Description

PROCEDIMIENTO DE ÓPTICA ADAPTATIVA PARA LA MEDIDA Y COMPENSACIÓN DE ABERRACIONES CON UN ELEMENTO ÓPTICO RECONFIGURABLE Y DISPOSITIVO PARA SU REALIZACIÓN SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere, tal y como su enunciado indica, a un procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable y a un dispositivo para su realización, utilizando como elemento óptico reconfigurable un modulador espacial de luz de cristal líquido.
La invención se dirige principalmente a los sectores de instrumentación óptica, optoelectrónica, optométrica y oftálmica, siendo de utilidad para aquellas aplicaciones en las que se requiera medir y compensar las aberraciones ópticas de los haces de luz producidas por defectos de los instrumentos o por la propagación de la luz a través de diferentes tipos de medios materiales, como son por ejemplo una atmósfera turbulenta o los medios que forman el ojo humano.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La medida y compensación de aberraciones ópticas, es decir, de los defectos introducidos en los frentes de onda por las imperfecciones de los sistemas ópticos o por el paso de la luz por medios no homogéneos, es una de las tareas claves para multitud de aplicaciones en diversos campos de la ciencia y la tecnología. Entre otras, es de especial interés para la obtención de imágenes de alta resolución espacial en medicina y astronomía, para la investigación básica y aplicada en óptica fisiológica y visión y para el control de haces láser en sistemas ópticos de laboratorio, industriales, de telecomunicaciones y clínicos. Dentro de los dispositivos para la compensación de aberraciones se entiende por "adaptativos" a aquellos que pueden medir y compensar aberraciones variables en el tiempo, respondiendo así a las diferentes deformaciones que puedan presentar los frentes de onda incidentes sobre ellos.
En las últimas décadas se han desarrollado dispositivos que permiten medir las aberraciones con gran velocidad y fiabilidad, entre otros los sistemas de trazado de rayos con láser (R. Navarro and E. Moreno-Barriuso, "Láser ray-tracing method for optical testing" Opt. Lett. 24, 951-953 (1999)), y los sensores de gradiente de frente de ondas basados en el sistema clásico de Hartmann (J. Hartmann, "Objektivuntersuchungen", Zeitschrift fur Instrumentenkunde XXIV 1-21 (enero), 3 y 34-47 (febrero), 7 y 98-117 (abril) (1904)) como son, por ejemplo, los sensores tipo Hartmann-Shack (R.V. Shack and B.C. Platt, "Production and use of a lenticular Hartmann screen", Journal of the Optical Society of America, vol 61, 656 (1971)). En estos sensores el frente de ondas se muestrea mediante una pantalla con subpupilas, que son orificios en los sensores Hartmann y microlentes en los sensores Hartmann-Shack. La información sobre las aberraciones del frente se obtiene procesando las distribuciones de irradiancia de los haces que, tras propagarse una distancia en el espacio desde cada subpupila, se miden con un detector de radiación, habitualmente una cámara CCD.
La primera propuesta para la compensación adaptativa de aberraciones producidas por la turbulencia de la atmósfera, a fin de obtener imágenes astronómicas de alta resolución espacial, se debe a Babcock (H. Babcock, "The Possibility of Compensating Astronomical Seeing", Publications of the Astronomical Society of the Pacific 65, No. 386, 229-236 (1953)). Según esa propuesta, las aberraciones podrían compensarse deformando electrostáticamente una fina capa de líquido depositada sobre la superficie de un espejo. El sistema descrito por Babcock encontró ciertas dificultades técnicas para su implementación, difíciles de superar en la época en la que fue descrito. Sin embargo, en los últimos años la tecnología para la compensación adaptativa de aberraciones ha experimentado notables progresos. Los dispositivos y sistemas actualmente más utilizados se basan en elementos reconfigurables como espejos deformables de membrana, piezoeléctricos, o bimorfos (Eugenie Dalimier and Chris Dainty, "Comparative analysis of deformable mirrors for ocular adaptive optics", 30 May 2005 / Vol. 13, No. 11 / Optics Express 4275- 4285) o en moduladores espaciales de luz basados en diferentes tipos de pantallas de cristal líquido, por ejemplo las TNLCD, Twisted Nematic Liquid-Crystal Displays (V. Climent, E. Tajahuerce, J. Lancis, V. Durán, S. Bará, J. Arines, Z. Jaroszewicz, "Procedimiento para la compensación de aberraciones ópticas mediante pantallas de cristal líquido tipo TNLCD y dispositivo para su puesta en práctica", Solicitud de patente ES 2006 01631; Vicente Durán, Vicent Climent, Enrique Tajahuerce, Zbigniew Jaroszewicz, Justo Arines and Salvador Bará, "Efficient compensation of Zernike modes and eye aberration patterns using low-cost spatial light modulators," Journal of Biomedical Optics 12 (1), 014037 (January/February 2007) pp. 014037-1 to 014037-6).
Tal y como se ha descrito en las dos últimas referencias, las pantallas de cristal líquido, trabajando con luz en un adecuado estado de polarización y con la ayuda de polarizadores y/o láminas de retardo de fase, permiten realizar transformaciones controladas del campo electromagnético asociado a la luz que incide sobre ellas, modulando su amplitud, su fase o ambas; lo que se obtiene al aplicar a cada uno de los píxeles de la pantalla un voltaje controlado por ordenador. En particular, mediante una selección adecuada de los ángulos que forman los ejes de transmisión de los polarizadores y los ejes propios de las láminas con el eje director molecular de la pantalla TNLCD es posible obtener parámetros de transmitancia casi constantes y el valor máximo del rango dinámico de la modulación de fase.
Los dispositivos tradicionales de óptica adaptativa utilizan dos subsistemas físicos distintos, constituidos por componentes diferenciados, estando uno de los subsistemas dedicado a la medida de las aberraciones y el otro a su compensación. En una patente anterior (Salvador X. Bará Viñas, Jorge Ares García, Justo Arines Piferrer, Zbigniew Jaroszewicz, Vicent Climent Jordá, Enrique Ataúlfo Tajahuerce Romera, Vicente Andrés Duran Bosch y Jesús Lancis Sáez, "Procedimiento adaptativo para la medida y compensación de aberraciones ópticas y dispositivo para su puesta en práctica", solicitud de patente ES 2007 00870) se han descrito un procedimiento y un dispositivo para la medida y compensación de aberraciones que utiliza un único elemento reconfigurable como componente clave para ambos subsistemas (de medida y compensación), funcionando alternativamente en el tiempo como parte de uno y de otro y eliminando así la necesidad de utilizar dos elementos distintos.
Es objeto de la presente patente un procedimiento de óptica adaptativa y un dispositivo para su realización que mejoran sustancialmente los descritos en la patente ES 2007 00870, permitiendo realizar de forma simultánea y no alternativa en el tiempo la medida y compensación de aberraciones ópticas utilizando un único elemento reconfigurable, por ejemplo un modulador de luz que utilice una pantalla de cristal líquido. De esa forma se puede proceder a la medida y compensación de aberraciones evitando la existencia de tiempos muertos, y se posibilita el aprovechamiento del haz de luz -total o parcialmente corregido- durante todo el ciclo de medida y compensación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El procedimiento de óptica adaptativa aquí descrito para la medida y compensación de aberraciones con un elemento reconfigurable se basa en utilizar simultáneamente una zona de la superficie activa del citado elemento para la medida de las aberraciones del haz de luz y otra zona de la superficie activa del mismo elemento para su compensación. Por "elemento reconfigurable" se entiende en el presente documento cualquier elemento, componente o dispositivo óptico que permita introducir a voluntad cambios controlados, variables en el espacio y en el tiempo, en la amplitud, en la fase o en ambas cosas del haz de luz que incide sobre él. Un ejemplo de elemento reconfigurable son los moduladores espaciales de luz basados en pantallas de cristal líquido. Por "superficie activa" se entiende en el presente documento la abertura útil del elemento reconfigurable, es decir, la zona del mismo en la cual se pueden introducir los cambios de amplitud y/o fase deseados.
A diferencia del procedimiento descrito en la patente ES 2007 00870, en el que se utiliza la superficie activa del elemento reconfigurable de forma secuencial en el tiempo para efectuar las etapas de medida y compensación, el procedimiento aquí descrito permite la realización simultánea de ambas operaciones, sin necesidad de interrumpir el paso del haz de luz cuyas aberraciones se desean corregir. Para ello una parte o zona de la superficie activa del elemento se dedica a la compensación de las aberraciones del haz de luz, mientras que otra parte o zona se dedica a su medida, formando para ello sobre la zona de medida una imagen del haz aberrado, con la ayuda de un sistema óptico convencional, que puede comprender lentes, divisores de haz y/o espejos. Este procedimiento adaptativo puede aplicarse tanto en configuración de "lazo abierto" como de "lazo cerrado". En configuración de lazo abierto se miden las aberraciones del haz de luz a la entrada de la zona de compensación del elemento reconfigurable, antes de que éste haya procedido a su compensación. En configuración de "lazo cerrado" se miden las aberraciones del haz de luz a la salida de la zona de compensación del elemento reconfigurable, después de que éste haya procedido a su compensación. En esta última configuración el sistema puede operar siguiendo un procedimiento iterativo, midiendo y compensando las aberraciones residuales del haz de luz a la salida de la zona de compensación.
La medida de aberraciones se efectúa mediante la codificación en la zona de medida del elemento reconfigurable de una matriz de microlentes que se utiliza como pantalla de muestreo de un sensor de Hartmann-Shack, según cualquiera de los procedimientos ya descritos en la solicitud de patente ES 2007 00870 o en la publicación de Justo Arines, Vicente Durán, Zbigniew Jaroszewicz, Jorge Ares, Enrique Tajahuerce, Paula Prado, Jesús Lancis, Salvador Bará and Vicent Climent, "Measurement and compensation of optical aberrations using a single spatial light modulator" (Optics Express, Vol. 15, No. 23, 15287-15292, 12 November 2007). El uso de elementos reconfigurables para formar matrices de microlentes para la medida de aberraciones, en vez utilizar las tradicionales microlentes estáticas fabricadas en substratos de vidrio, permite entre otras cosas modificar con gran flexibilidad las características de la matriz (número de microlentes, focales de las mismas, distribución en la pupila, etc) de forma óptima para adaptarlas a las características de los haces de luz incidentes en el sistema. La compensación de la aberración determinada a partir de las medidas del sensor se efectúa mediante la codificación en la zona de compensación del elemento reconfigurable de la aberración del haz incidente cambiada de signo, de acuerdo con cualquiera de los procedimientos usuales, en particular mediante los descritos en la solicitud de patente o en la publicación mencionadas más arriba en este mismo párrafo.
Como es obvio, la compensación de las aberraciones según el presente procedimiento no necesariamente tiene que ser realizada en su totalidad por el elemento reconfigurable. En combinación con él pueden utilizarse uno o más componentes accesorios, como por ejemplo elementos ópticos convencionales, refractivos, difractivos o híbridos, que se encarguen de compensar toda o parte de la aberración constante que presenta el haz. Un ejemplo de ellos son los descritos en la solicitud de patente ES 2000 00335 (Bará Viñas, Salvador; Mancebo López, Teresa; Navarro Belsué, Rafael, "Láminas de fase compensadoras de aberraciones oculares de alto y bajo orden" número de publicación ES2163369, BOPI 1 de marzo de 2003). De esta forma el elemento reconfigurable sólo debe compensar en cada momento la parte de la aberración no compensada por los componentes accesorios, lo cual conlleva una reducción, en algunos casos muy notable, del rango dinámico exigido al citado elemento reconfigurable.
Las ventajas derivadas de la utilización de elementos reconfigurables para la medida de aberraciones mediante sensores Hartmann-Shack han sido descritas con anterioridad (ver solicitud de patente ES 2007 00870)
Al ser el procedimiento descrito en esta invención un procedimiento no secuencial que utiliza diferentes zonas del elemento reconfigurable para la medida y compensación de la aberración, no es necesario interrumpir el paso del haz de luz -total o parcialmente corregido- para proceder a la medida de la misma.
El dispositivo descrito en esta invención para la realización de este procedimiento comprende una pantalla de cristal líquido con los componentes adicionales necesarios para su uso como modulador espacial de luz en configuración de amplitud, de fase o mixta, y de los componentes ópticos convencionales necesarios para formar sobre la zona de medida de la pantalla una imagen de la pupila del haz cuyas aberraciones se desea corregir.
Este procedimiento puede ser implementado utilizando un dispositivo que comprenda un elemento reconfigurable pixelado, como son la mayoría de moduladores de luz que contienen pantallas de cristal líquido, caso en el que resulta ventajoso utilizar un subsistema adicional de filtrado espacial para eliminar los haces de luz difractados no deseados que origina la estructura periódica del pixelado.
Para garantizar un correcto acoplamiento de la fase desde el plano en el que se encuentra el haz aberrado hasta el elemento reconfigurable y desde éste hasta la pupila de entrada del sistema en el que se desee introducir el haz corregido de aberración, es conveniente utilizar pares de lentes en configuración afocal -es decir, acopladas foco a foco- que, a la vez que hacen posible el citado acoplamiento sin introducir fases adicionales, permiten obtener distintos aumentos (dados por el cociente de sus distancias focales) adaptando así los tamaños de las correspondientes pupilas.
Es asimismo claro que cualquiera de las lentes utilizadas en este dispositivo puede fabricarse con las tecnologías actualmente disponibles como elemento refractivo, difractivo o híbrido; y que puede ser reemplazada por un elemento reflectante (espejo convencional u holográfico) de equivalentes características focales, plegando así el camino óptico recorrido por la luz. La elección entre estas diferentes opciones representa variaciones obvias sobre la idea original y no varía el contenido esencial de la invención que se protege mediante esta invención.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con varios ejemplos preferentes de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques básico de un dispositivo que permite poner en práctica el procedimiento descrito en esta invención, en la configuración de "lazo cerrado".
La Figura 2 es el diagrama de bloques básico de una variante del dispositivo anterior que permite poner en práctica el procedimiento descrito en esta invención, en la configuración de "lazo cerrado".
La Figura 3 es el diagrama de bloques básico correspondiente al dispositivo que permite poner en práctica el procedimiento descrito en esta invención, en la configuración de "lazo abierto". La Figura 4 es una representación en niveles de gris de las señales típicas enviadas a la zona de medida y a la zona de compensación del elemento reconfigurable.
La Figura 5 muestra el diagrama de bloques de un dispositivo que permite poner en práctica el procedimiento descrito en esta invención, utilizando un elemento reconfigurable que funciona por transmisión.
La Figura 6 muestra el diagrama de bloques de un dispositivo que permite poner en práctica el procedimiento descrito en esta invención, utilizando un elemento reconfigurable que funciona por reflexión.
La Figura 7 muestra el diagrama de bloques de un dispositivo que es una variante del descrito en la figura anterior, y en el que el elemento reconfigurable se utiliza haciendo incidir sobre él la luz en una dirección ligeramente inclinada respecto a la normal, permitiendo así eliminar una serie de componentes que son necesarios en caso de iluminación perpendicular.
En estas figuras, las flechas de trazo continuo representan el camino seguido por los haces de luz, mientras que las flechas de trazo discontinuo corresponden a los enlaces electrónicos por los que se transmiten las señales de medida y control de los dispositivos.
MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
En la Figura 1 se presenta el diagrama de bloques genérico de un dispositivo que permite poner en práctica el procedimiento descrito en la configuración de lazo cerrado. En ella se muestra un haz aberrado (A) que incide sobre el elemento reconfigurable (1), por ejemplo un modulador espacial de luz de cristal líquido, en la zona del mismo dedicada a la compensación de la aberración (12), dando lugar al haz corregido (C); medios ópticos (2) para extraer una réplica (M) del haz corregido (C) y medios ópticos (3) para formar una imagen de este haz (M) sobre la zona del elemento reconfigurable (1) reservada para la medida de la aberración (11), en la que se codifican por ejemplo las microlentes de un sensor Hartmann- Shack; medios (4) para detectar la distribución de irradiancia de las regiones focales de las citadas microlentes, y medios (5) para procesar los datos de las citadas distribuciones de irradiancia, calcular sus centroides, determinar la aberración residual del haz corregido (M) y controlar el elemento reconfigurable para compensar esta aberración residual. Este dispositivo es de lazo cerrado porque la zona de medida del elemento reconfigurable (11) se utiliza para determinar la aberración residual del haz (C), que es el haz inicial (A) después de su corrección por el elemento reconfigurable (1). La Figura 2 muestra el diagrama de bloques genérico de una variante del dispositivo mostrado en la Figura 1 y que permite poner en práctica el procedimiento descrito en la configuración de lazo cerrado. En ella se muestra un haz aberrado (A) que incide sobre el elemento reconfigurable (1), en la zona del mismo dedicada a la compensación de la aberración (12); medios ópticos (6) para invertir el sentido del haz que emerge del elemento (1); medios ópticos (2) para extraer una réplica (M) del haz corregido (C), de tal forma que la réplica (M) penetra en la zona del elemento (1) dedicada a la medida de la aberración (11) por la cara opuesta a aquélla por la que penetra el haz (A), procediéndose así a la medida de la aberración y posterior procesado de datos mediante el detector (4) y los medios de procesado (5). De nuevo, este dispositivo es de lazo cerrado porque la zona de medida del elemento reconfigurable (11) se utiliza para determinar la aberración residual del haz (C), que es el haz inicial (A) después de su corrección por el elemento reconfigurable (1).
El diagrama de bloques básico de la versión en lazo abierto del dispositivo anterior es el indicado en la Figura 3. En este modo de realización, el dispositivo comprende medios (2) para extraer una réplica (M) del haz inicial aberrado (A) antes de que éste sea corregido por la zona de corrección (12) del elemento reconfigurable (1), y medios (3) para formar una imagen de esta réplica (M) sobre la zona de medida (11) del elemento reconfigurable (1), procediéndose a la medida de la aberración y al procesado de datos mediante el detector (4) y los medios de procesado (5), y a la codificación de la correspondiente corrección en la zona de corrección (12) del elemento reconfigurable (1) para así obtener un haz corregido de aberración (C).
En ambos casos, la codificación de la fase en la zona de elemento dedicada a la medida de aberraciones (11) y en la dedicada a su compensación (12) puede hacerse ventajosamente mediante un esquema en N niveles de fase discretos, ya descrito en detalle en las referencias y patentes mencionadas más arriba, como el representado en la Figura 4, que es un ejemplo concreto de implementación de una matriz de microlentes difractivas para la zona de medida (11) y de una fase para la zona de compensación (12) en el que se utilizan cuatro niveles de fase equiespaciados, aquí representados en niveles de gris.
La Figura 5 muestra un modo de realización de este dispositivo, en lazo cerrado, utilizando un elemento reconfigurable (1) que funciona por transmisión, y en el que los medios ópticos (3) para formar una imagen de la réplica (M) del haz corregido (C) sobre la zona del elemento reconfigurable reservada para la medida de la aberración (11) comprenden tres espejos planos (31,32,34) para redireccionar el haz y una lente convergente (33) corregida de aberración para formar en (11) la imagen de (12). Como es obvio, la lente (33) puede ser substituida muy ventajosamente por un par de lentes acopladas foco a foco (no mostradas en el esquema), para que la imagen en (11) sea una réplica exacta de la distribución de amplitud del campo electromagnético de la luz en (12), sin la presencia de fases adicionales. Los medios (4) para detectar la distribución de irradiancia de las regiones focales de las citadas microlentes comprenden una lente objetivo (42) para hacer una imagen de la región focal de las microlentes codificadas en (11) sobre la zona sensible de una cámara CCD (41), cuya señal se procesa en un ordenador (5) para cerrar el lazo de control.
En una implementación particular de este dispositivo, a modo de ejemplo, se utilizan, con sus correspondientes soportes optomecánicos, componentes con las siguientes características técnicas:
(1) : Modulador espacial de luz constituido por dos polarizadores lineales montados preferentemente sobre soportes rotatorios de 5 cm de diámetro, dos láminas de retardo de fase de cuarto de onda y orden 0 para la longitud de onda central del haz que se desea corregir, preferentemente montadas asimismo sobre soportes rotatorios de 5 cm de diámetro y una pantalla de cristal líquido tipo TNLCD (Twisted-Nematic Liquid Crystal Display), que para operar con luz de longitud de onda 514 nm tendrá preferentemente unas características tales como un giro molecular a=-1.594 rad, birrefringencia máxima a 514 nm de β=2.92 rad, orientación del director molecular respecto al eje vertical = 0.792 rad, con 832 x 624 píxeles de 26.7 mieras por 21.3 mieras, siendo el periodo entre píxeles de 32 mieras tanto en horizontal como en vertical, y un tamaño total de 2.8 cm por 2.1 cm, colocando los polarizadores lineales con sus ejes de transmisión orientados según los ángulos -25° para el primer polarizador y -51° para el segundo; y las láminas de retardo de fase con sus ejes lentos orientados según los ángulos -28° para la primera lámina y 17° para la segunda; todos ellos medidos con respecto al eje horizontal del sistema de referencia que tiene su eje X orientado en la dirección del director molecular a la entrada de la pantalla TNLCD.
(2) : Divisor de haz cúbico de 2.54 cm de lado
(31), (32) y (34): Espejos de primera superficie de 2.54 cm de lado
(33): Doblete acromático de 2.54 cm de diámetro y 15 cm de distancia focal, ventajosamente substituible por un par de dobletes del mismo diámetro y 10 cm de distancia focal acoplados foco a foco, en cuyo plano focal común se introduce un diafragma para efectuar el filtrado espacial de los órdenes de difracción no deseados producidos por la estructura pixelada de la pantalla TNLCD y por la codificación de la fase de compensación en un conjunto de niveles discretos.
(41): Cámara CCD de barrido progresivo
(42): Lente convergente bien corregida de distorsión o objetivo de cámara.
(5): Ordenador
En otro modo de realización de la invención, mostrado en la Figura 6, se utiliza como elemento reconfigurable (1) un módulo basado en una pantalla de cristal líquido funcionando por reflexión, lo cual permite obtener modulaciones de fase más profundas. En este caso, se incorporan al sistema descrito en el modo de realización anterior otros dos divisores de haz (22) y (23), que posibilitan el redireccionamiento de los haces luminosos para adaptar el sistema a esta geometría. Dado que los divisores conllevan un cierto nivel de pérdidas energéticas, un modo de realización alternativo por reflexión es el representado en la Figura 7, en la que los haces de luz se hacen incidir con una pequeña inclinación sobre el elemento reconfigurable, y se aprovecha la separación espacial producida por su diferente dirección de propagación.
Como es obvio, los sistemas descritos en estos modos de realización pueden complementarse con la inclusión de elementos compensadores de aberraciones estáticas, a fin de reducir el rango dinámico de modulación de fase exigido al elemento reconfigurable. Asimismo, pueden incluirse opcionalmente módulos adicionales de filtrado espacial totalmente convencionales en óptica, como los basados en sistemas de lentes acoplados foco a foco que contienen diafragmas en el plano focal común. Asimismo, la zona de compensación (12) del elemento reconfigurable (1) puede utilizarse para compensar no solamente las aberraciones del haz de luz, sino también las aberraciones inducidas por todos los elementos ópticos, de cualquier tipo, situados antes de la misma.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), caracterizado por utilizar una zona (11) del citado elemento como parte del subsistema de medida, actuando como sensor de frente de ondas de tipo Hartmann o Hartmann-Shack, y otra zona (12) como parte del subsistema de compensación, a fin de obtener un haz (C) corregido de aberración.
2 - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según la reivindicación 1, caracterizado por medir y compensar las aberraciones en lazo cerrado haciendo uso de un subsistema de medida que comprende medios (2) para extraer una réplica (M) del haz de luz después de pasar por la zona de compensación (12) del elemento reconfigurable (1), medios (3) para formar una imagen de este haz sobre la zona de medida (11), medios (4) para detectar la radiación procedente de la zona de medida (11) y medios (5) para el procesado de estos datos y el control del elemento reconfigurable (1).
3.- Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según la reivindicación 1, caracterizado por medir y compensar las aberraciones en lazo abierto haciendo uso de un subsistema de medida que contiene medios (2) para extraer una réplica (M) del haz de luz antes de incidir sobre la zona de compensación (12) del elemento reconfigurable (1), medios (3) para formar una imagen de este haz sobre la zona de medida (11), medios (4) para detectar la radiación procedente de la zona de medida y medios (5) para el procesado de estos datos y el control del elemento reconfigurable (1).
4. - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por utilizar el elemento reconfigurable (1) para compensar no sólo las aberraciones del sistema óptico al que se aplica, sino también aquellas producidas por los componentes ópticos que constituyen el propio elemento reconfigurable (1) y sus componentes accesorios.
5. - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por utilizar en combinación con el elemento reconfigurable (1), uno o más componentes ópticos estáticos o dinámicos, refractivos, difractivos o híbridos, cuyo papel es compensar parte de la aberración que se desea corregir, disminuyendo así la cantidad de aberración que debe compensar dicho elemento reconfigurable (1).
6. - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la zona de medida de aberración (11) del elemento reconfigurable (1), contiene subpupilas para el muestreo del haz y funciona como un sensor de gradiente del frente de ondas tipo Hartmann, en el que las subpupilas de muestreo son aberturas, o como un sensor Hartmann-Shack, en el que las subpupilas de muestreo son microlentes, obteniéndose la medida de la aberración del haz (A) a partir de las modificaciones sufridas por las distribuciones de luz producidas por las subpupilas de muestreo del haz.
7. - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según la reivindicación 6, caracterizado porque las propiedades de las subpupilas de muestreo se modifican para adaptar su posición, tamaño, número, geometría, distancia focal y eficiencia difractiva a las particulares características del frente de ondas cuya aberración se desea medir.
8. - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por introducir en cada pixel del elemento reconfigurable (1) la fase nominal necesaria para la generación de microlentes en la zona de medida (11) y para la compensación de la aberración en la zona de compensación (12).
9. - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una vez determinada la fase nominal que se debería introducir en el elemento reconfigurable (1) tanto en la zona de medida (11) como en la de compensación (12) se procede a introducir en cada pixel una fase igual al resto de dividir la correspondiente fase nominal por 2π, de forma que la fase introducida en cada pixel está siempre comprendida entre 0 y 2π.
10. - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una vez determinada la fase nominal que se debería introducir en cada pixel del elemento reconfigurable (1) tanto en la zona de medida (11) como en la de compensación (12) se procede a introducir en cada pixel una fase elegida entre N posibles niveles discretos igualmente espaciados entre 0 y 2π, definidos por (η-1)2π/Ν, siendo n un número entero entre 1 y N, de forma que la fase introducida en cada píxel sea la más próxima al resto de dividir la fase nominal por 2 π.
11. - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento óptico reconfigurable (1) actúa por transmisión.
12. - Procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el elemento óptico reconfigurable (1) actúa por reflexión.
13. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), descrito en las reivindicaciones anteriores, que comprende un subsistema de medida y un subsistema de compensación de la aberración del haz incidente (A), caracterizado por utilizar un elemento óptico reconfigurable (1) de forma que una zona (11) del mismo actúa como parte del subsistema de medida de aberraciones, actuando como sensor de frente de ondas de tipo Hartmann o Hartmann-Shack, y otra zona (12) actúa como compensadora de las mismas, a fin de obtener un haz corregido (C) de mejores características ópticas.
14. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según la reivindicación 13, caracterizado porque en la zona del elemento reconfigurable (1) reservada para la medida de la aberración (11) se codifican las microlentes de un sensor Hartmann-Shack cuyo número, tamaños y distancias focales pueden variarse para adaptase mejor a la medida del frente incidente.
15. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según la reivindicaciones 13 o 14, caracterizado porque comprende medios (4) para detectar la distribución de irradiancia en un plano o planos situados detrás de la zona de medida (11), y medios (5) para procesar los datos de la citada distribución de irradiancia, a fin de determinar la aberración del haz.
16. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconñgurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque los medios (4) para detectar la distribución de irradiancia comprenden un detector de radiación tipo CCD (Charge-Coupled Device) o CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
17.- Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconñgurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque actúa en configuración de lazo cerrado, comprendiendo un elemento reconñgurable (1), sobre el que se hace incidir, en la zona del mismo dedicada a la compensación de la aberración (12), el haz (A) cuya aberración se desea compensar, dando lugar al haz corregido (C); medios ópticos (2) para extraer una réplica (M) del haz corregido (C) y medios ópticos (3) para formar una imagen de este haz (M) sobre la zona del elemento reconñgurable (1) reservada para la medida de la aberración (11).
18.- Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconñgurable (1), según la reivindicación 17, caracterizado porque los medios ópticos (3) para formar una imagen de la réplica (M) del haz corregido (C) sobre la zona del elemento reconñgurable reservada para la medida de la aberración (11) comprenden espejos planos (31,32,34) para redireccionar el haz y una lente convergente (33) corregida de aberración para formar en (11) la imagen de (12).
19. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconñgurable (1), según la reivindicación 18, caracterizado porque la lente (33) es substituida por un par de lentes acopladas foco a foco, para que la imagen formada en (11) sea una réplica exacta de la distribución de amplitud del campo electromagnético de la luz en (12), sin la presencia de fases adicionales.
20. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconñgurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado por actuar en configuración de lazo cerrado, comprendiendo un elemento reconñgurable (1), sobre el que se hace incidir, en la zona del mismo dedicada a la compensación de la aberración (12), el haz (A) cuya aberración se desea compensar; medios ópticos (6) para invertir el sentido del haz (A); y medios ópticos (2) para extraer una réplica (M) del haz corregido (C), de tal forma que el haz (M) incide en la zona del elemento reconfigurable (1) dedicada a la medida de la aberración (11) y lo hace por la cara opuesta a aquélla por la que penetra el haz aberrado (A).
21.- Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque actúa en configuración de lazo abierto, comprendiendo medios (2) para extraer una réplica (M) del haz inicial aberrado (A) antes de que éste sea corregido por la zona de corrección (12) del elemento reconfigurable (1), y medios (3) para formar una imagen de esta réplica (M) sobre la zona de medida (11) del elemento reconfigurable (1).
22.- Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 21, caracterizado porque el elemento reconfigurable (1) que se utiliza para la medida y compensación de aberraciones comprende una pantalla de cristal líquido.
23.- Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según la reivindicación 22, caracterizado porque la pantalla de cristal líquido es del tipo TNLCD (Twisted-Nematic Liquid Crystal Display).
24 - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según las reivindicaciones 22 o 23, caracterizado porque se aplica a cada píxel de la pantalla de cristal líquido el nivel de voltaje adecuado para modificar su birrefringencia de forma tal que en cada píxel se induce un cambio del estado de polarización de la onda incidente, cambio de estado que da lugar, en combinación con un polarizador y una lámina de cuarto de onda situados delante de la pantalla y otra lámina de cuarto de onda y polarizador situados después de ella al cambio de fase adecuado en cada pixel para codificar sobre la zona de medida (11) las subpupilas del sensor y sobre la zona de compensación (12) la fase correctora de la aberración.
25.- Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según la reivindicación 24, caracterizado porque se prescinde de la lámina de retardo de fase y/o del polarizador situados delante de la pantalla de cristal líquido.
26. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconñgurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 25, caracterizado porque comprende medios ópticos adecuados para eliminar o atenuar los órdenes de difracción no deseados producidos por la estructura pixelada del elemento reconñgurable (1), si la tuviere, y por el procedimiento utilizado para codificar la fase en la misma.
27. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconñgurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 26, caracterizado porque comprende, con sus correspondientes soportes optomecánicos, componentes con las siguientes características técnicas:
(1) : Modulador espacial de luz constituido por una pantalla de cristal líquido tipo TNLCD (Twisted-Nematic Liquid Crystal Display), que para operar con luz de longitud de onda 514 nm tendrá preferentemente unas características tales como un giro molecular a— 1.594 rad, birrefringencia máxima a 514 nm de β=2.92 rad, orientación del director molecular respecto al eje vertical = 0.792 rad, con 832 x 624 píxeles de 26.7 mieras por 21.3 mieras, siendo el periodo entre píxeles de 32 mieras tanto en horizontal como en vertical, y un tamaño total de 2.8 cm por 2.1 cm, junto con dos polarizadores lineales montados preferentemente sobre soportes rotatorios de 5 cm de diámetro y dos láminas de retardo de fase de cuarto de onda y orden 0 para la longitud de onda central del haz que se desea corregir, preferentemente montadas asimismo sobre soportes rotatorios de 5 cm de diámetro, colocando los polarizadores lineales con sus ejes de transmisión orientados según los ángulos -25° para el primer polarizador y -51° para el segundo; y las láminas de retardo de fase con sus ejes lentos orientados según los ángulos -28° para la primera lámina y 17° para la segunda; todos ellos medidos con respecto al eje horizontal del sistema de referencia que tiene su eje X orientado en la dirección del director molecular a la entrada de la pantalla TNLCD.
(2) : Divisor de haz cúbico de 2.54 cm de lado
(31), (32) y (34): Espejos de primera superficie de 2.54 cm de lado
(33): Doblete acromático de 2.54 cm de diámetro y 15 cm de distancia focal, ventajosamente substituible por un par de dobletes del mismo diámetro y 10 cm de distancia focal acoplados foco a foco, en cuyo plano focal común se introduce un diafragma para efectuar el filtrado espacial de los órdenes de difracción no deseados producidos por la estructura pixelada de la pantalla TNLCD y por la codificación de la fase de compensación en un conjunto de niveles discretos.
(41): Cámara CCD de barrido progresivo
(42): Lente convergente bien corregida de distorsión o objetivo de cámara.
(5): Ordenador
28. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 27, caracterizado por utilizar un elemento reconfigurable (1) que funciona por reflexión en vez de por transmisión.
29. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según la reivindicación 28, caracterizado por utilizar adicionalmente dos divisores de haz (22) y (23), que posibilitan el redireccionamiento de los haces luminosos para adaptar el sistema a esta geometría.
30. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según la reivindicación 28, caracterizado por hacer incidir el haz con una pequeña inclinación sobre el elemento reconfigurable (1), aprovechando la separación espacial producida por su diferente dirección de propagación y evitando así el uso de los divisores de haz (22) y (23).
31. - Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 30, caracterizado porque comprende elementos ópticos estáticos, refractivos, difractivos o híbridos, para compensar toda o parte de la aberración, a fin de reducir el rango dinámico de modulación de fase exigido al elemento reconfigurable (1).
32.- Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconfigurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 31, caracterizado porque comprende uno o varios módulos adicionales de filtrado espacial, como los constituidos por sistemas de lentes acoplados foco a foco que contienen diafragmas en el plano focal común, para eliminar o atenuar los órdenes difractados no deseados producidos por la red de píxeles de elemento reconñgurable (1) o por los métodos utilizados para codificar la fase en el mismo.
33.- Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de óptica adaptativa para la medida y compensación de aberraciones con un elemento óptico reconñgurable (1), según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 32, caracterizado porque una o más de las lentes que contiene el mismo se sustituyen por espejos de la misma distancia focal que aquéllas.
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