[發(fā)明專利]基于雙變形鏡人眼像差自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)和方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210574541.6
• 申請(qǐng)日: 2012-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN102998793A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁春;沈建新;鈕賽賽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B26/06
• 分類號(hào): G02B26/06
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自適應(yīng)光學(xué)校正領(lǐng)域，更具體地說(shuō)是一種基于雙變形鏡人眼像差自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)和方法

背景技術(shù)

自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于天文觀測(cè)，激光核聚變裝置像差校正和人眼像差校正成像等領(lǐng)域。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，都是通過(guò)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來(lái)測(cè)量并校正諸如大氣擾動(dòng)，光學(xué)元器件或者生物組織本身所導(dǎo)致的各種像差，以達(dá)到消除或減少像差對(duì)成像或光束質(zhì)量的影響。

常見(jiàn)的像差校正系統(tǒng)通常包含由一臺(tái)波前傳感器和一臺(tái)變形鏡由波前傳感器負(fù)責(zé)像差測(cè)量，由變形鏡根據(jù)測(cè)量結(jié)果實(shí)現(xiàn)像差校正。如目前常見(jiàn)的人眼眼底組織高分辨率成像系統(tǒng)。但是，在實(shí)際使用中，這種單變形鏡自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)通常存在對(duì)人眼低階像差校正不足或高階像差校正無(wú)法校正等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了對(duì)眼底的成像質(zhì)量。

上述單變形鏡系統(tǒng)的校正效果不理想的主要原因和由于人眼像差分布特點(diǎn)及常用的變形鏡的性質(zhì)有關(guān)。人眼像差存在分布不均勻性，面形較簡(jiǎn)單的低階像差往往值較大，高階像差雖然值較小，但面形復(fù)雜；而出于體積和成本方面考慮。目前常用于人眼像差校正的微機(jī)械薄膜變形鏡通常分為兩種，一種驅(qū)動(dòng)單元較少行程較大，另一種驅(qū)動(dòng)單元較多行程較小。因此無(wú)論單獨(dú)使用哪一種變形鏡，都會(huì)存在低階校正不完全或高階無(wú)法校正等問(wèn)題，雖然優(yōu)化變形鏡控制算法可以最大程度發(fā)揮變形鏡校正能力，但對(duì)于超出其校正范圍的像差部分依然是有心無(wú)力。

因此，在除了控制光學(xué)系統(tǒng)本身像差、優(yōu)化控制算法等基礎(chǔ)上，還應(yīng)該從光學(xué)系統(tǒng)的校正方法入手，在對(duì)人眼像差的解耦基礎(chǔ)上，對(duì)待校正像差進(jìn)行分解，進(jìn)而根據(jù)不同變形鏡的校正特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)雙變形鏡聯(lián)合校正，從而達(dá)到優(yōu)于單變形鏡系統(tǒng)的校正結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是一種可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼像差的高、低階分級(jí)聯(lián)合校正的基于雙變形鏡人眼像差自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)和方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種基于雙變形鏡人眼像差自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)，包括紅外激光光源、分光鏡、孔徑匹配系統(tǒng)I、孔徑匹配系統(tǒng)II、孔徑匹配系統(tǒng)III、波前傳感器、變形鏡I、變形鏡II和控制計(jì)算機(jī)；所述分光鏡、孔徑匹配系統(tǒng)I、變形鏡I、孔徑匹配系統(tǒng)II、變形鏡II、孔徑匹配系統(tǒng)III在同一光路上，含有人眼波前像差的光束經(jīng)過(guò)孔徑匹配系統(tǒng)I后由變形鏡I反射，再經(jīng)孔徑匹配系統(tǒng)II后由變形鏡II反射，然后經(jīng)孔徑匹配系統(tǒng)III后進(jìn)入波前傳感器，計(jì)算機(jī)利用波前傳感器獲得的畸變波前信息實(shí)現(xiàn)模式解耦，并進(jìn)一步根據(jù)不同變形鏡校正能力分別計(jì)算控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)變形鏡I和變形鏡II實(shí)現(xiàn)波前像差校正。

同時(shí)，針對(duì)該系統(tǒng)提出對(duì)人眼像差的校正方法，包括以下步驟：

步驟一、對(duì)測(cè)量的人眼像差進(jìn)行解耦，將解耦后的人眼像差分解成低階和高階兩部分；

步驟二、通過(guò)比較變形鏡I和變形鏡II擬合各階模式產(chǎn)生的波前RMS值來(lái)確定變形鏡I、變形鏡II對(duì)各階像差的校正能力；同階模式下，變形鏡的RMS值越高，則其對(duì)該階像差的校正能力越強(qiáng)。

步驟三、根據(jù)步驟二中確定變形鏡I、變形鏡II對(duì)各階像差的校正能力，采用變形鏡I對(duì)低階部分進(jìn)行校正，采用變形鏡II對(duì)高階部分進(jìn)行校正，將兩部分校正結(jié)果疊加實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)人眼像差的聯(lián)合校正。

進(jìn)一步地優(yōu)選方案，本發(fā)明的人眼像差校正方法中，所述步驟一中對(duì)測(cè)量的人眼像差進(jìn)行解耦，具體為：

（1-1）對(duì)測(cè)量的人眼像差進(jìn)行基于Zernike多項(xiàng)式的波前重建，公式如下：

式中，n是模式復(fù)原的項(xiàng)數(shù)，c_i是Zernike多項(xiàng)式第i階的模式系數(shù)，Z_i(x,y)為第i模式項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的Zernike多項(xiàng)式，ε是殘余像差；

（1-2）將波前重建中的模式系數(shù)分別對(duì)應(yīng)各階像差得到待校正的人眼波前像模式向量C_e，不考慮像差中的傾斜項(xiàng)，其中向量C_e包括高階像差和低階像差。

進(jìn)一步地優(yōu)選方案，本發(fā)明的人眼像差校正方法中，所述步驟二通過(guò)比較變形鏡I和變形鏡II擬合各階模式產(chǎn)生的波前RMS值來(lái)確定變形鏡I、變形鏡II對(duì)各階像差的校正能力，具體為：

（2-1）將影響函數(shù)與實(shí)際的控制電壓相乘得到變形鏡擬合該Zernike模式的最大像差C_f,由該像差計(jì)算得到擬合產(chǎn)生該Zernike模式對(duì)應(yīng)像差的RMS值；

（2-2）分別控制變形鏡I和變形鏡II對(duì)相同系數(shù)值的各階模式進(jìn)行擬合，按照（2-1）所述方法計(jì)算得到擬合結(jié)果的RMS值，以該RMS值作為指標(biāo)考核變形鏡對(duì)各階像差的校正能力；