[發明專利]一種基于模型的無波前傳感器光學系統自動裝調方法

有效

• 申請號: 202110210110.0
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112946880B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 董冰;任虹禧
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G01J9/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

1.一種基于模型的無波前傳感器光學系統自動裝調方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：確定待裝調系統自由度的影響函數；

當光學系統設計完成后，利用光學設計軟件獲得出瞳波前的設計值φ₀；

對光學系統的第i個待裝調自由度施加一個單位移動量，利用光學設計軟件，獲得施加移動量后的出瞳波前φ_i；定義F_i為第i個待裝調自由度的影響函數，其表達式為：

F_i＝φ_i-φ₀ (1)

其中，i＝1:n，n為所有待裝調光學元件的待裝調自由度之和；

當獲得第i個待裝調自由度的影響函數后，將第i個待裝調自由度復原，再按照相同的步驟，獲得其余待裝調自由度的影響函數，直至獲得n個自由度的影響函數；

由光學系統失調引起的總的出瞳波前誤差φ表示為：

其中，a_i為第i個待裝調自由度的失調量；

步驟2：獲取待裝調光學系統的響應矩陣；

計算每個待裝調自由度的影響函數的梯度，并求出他們兩兩之間的內積α_kl：

其中，F_k、F_l分別表示光學系統第k個和第l個待裝調自由度的影響函數，k＝1:n，l＝1:n；表示梯度算符，P表示光瞳區域，dA表示面積的微分；

光學系統的響應矩陣Q由α_kl組成，其表達式為：

步驟3：計算失調系統的初始評價函數，并估計校正參數；

當光學系統處于初始失調位置時，采集一幅圖像I_e，計算圖像功率譜密度在低頻空間的積分的倒數，以此作為初始評價函數g_e：

其中，S_e(m,ξ)為圖像I_e的功率譜密度，(m,ξ)為頻域極坐標，M₁和M₂是頻域內小于采集圖像的探測器的截止頻率的預設數值；

根據圖像I_e的功率譜密度S_e(m,ξ)，估計校正參數

其中，H₀(m,ξ)為衍射極限情況下的歸一化光學傳遞函數；

步驟4：依次施加n次正偏置并計算評價函數；

依次對每個待裝調自由度引入正偏置，偏置大小為b；分別采集引入偏置后的圖像I_i，獲得圖像的評價函數g_i：

其中，S_i(m,ξ)為圖像I_i的功率譜密度，i＝1:n；

步驟5：計算待裝調自由度的失調量；

待裝調自由度的失調量與評價函數之間的關系為：

其中，T表示矩陣轉置；g_e為初始評價函數；γ為增益因子；

待裝調自由度的失調量a為：

其中，表示矩陣求逆；

步驟6：對待裝調自由度進行校正；

步驟7：判斷裝調后的圖像是否滿足質量要求，如果不滿足要求，則返回步驟3，如果滿足要求，則裝調流程結束。

2.如權利要求1所述的一種基于模型的無波前傳感器光學系統自動裝調方法，其特征在于，步驟5中，γ∈[1.2,1.4]。

3.如權利要求1所述的一種基于模型的無波前傳感器光學系統自動裝調方法，其特征在于，步驟6對待裝調自由度進行校正時，a包含所有待裝調自由度的失調量，對待裝調自由度施加-a_i的校正量，即可校正失調。