[发明专利]基于远心成像系统的光学系统透射波前测量方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于远心成像系统的光学系统透射波前测量方法及装置，将显示器显示的结构光编码信息通过待测光学系统入射至远心成像系统，由远心成像系统后的相机采集并解码，最终获得相机每个像素接收到的投射自屏幕的光线在经过待测光学系统前的空间分布；根据所述空间分布，通过光线逆追迹，计算由远心成像系统发出的平行光经过待测光学系统导致的光线偏折角度；利用区域波前重构算法对所述光线偏折角度进行积分，即可得到待测光学系统的透射波前。本发明方法适用于光学系统的透射波前测量，尤其可获得有焦与无焦光学系统的波前像差。特别地，针对有焦光学系统，其不需要将光学系统的焦点与相机成像系统光心重合。

技术领域

本发明属于光学系统透射波前测量领域，尤其涉及基于远心成像系统的光学系统透射波前测量方法及装置。

背景技术

目前已有许多对光学系统波前的测量方法。其中，利用剪切干涉仪可以通过干涉计量完成待测光学系统波前系统的解算，然而其测量结构需要相干照明，波前测量动态范围小。Shack-Hartmann波前传感器具有较大的波前测量动态范围，然而其核心器件是位于探测器之前的微透镜阵列，微透镜阵列的参数不仅影响测量系统的横向分辨率，还影响测量系统的曲率测量范围，且二者之间相互矛盾，不能同时得到高横向分辨率和高曲率测量范围的测量系统。

刘元坤等(苏显渝,吴庆阳.基于主动条纹偏折术的透明相位物体波前测量方法[J].中国激光,2007,34(4):4.)提出一种基于液晶屏的主动式透射相位偏折术用于测量光学系统波前。徐平等(王道档,解钟敏,等.基于相位偏折术的大像差透射波前检测[J].仪器仪表学报,2018,39(9):7.)利用透射式相位偏折术应用于大动态范围的波前测量。赖恒等(李大海,高锦瑞,等.基于相位测量偏折术的透镜波像差检测方法[J].光学与光电技术,2021,19(3):8.)对比分析了在相位测量偏折术中两种透射波前的重建方法。CN202010460674公开了一种在相位偏折术中，通过在待测光学系统与屏幕间引入准直透镜，来对条纹光进行准直，减小因光发散而引起的结构光畸变。

然而上述现有基于液晶屏幕的光学系统透射波前测量方法，在对有焦光学系统的透射波前进行测量过程中，需要将有焦光学系统的焦点与相机小孔成像模型的光心重合，这样才能获得待测有焦光学系统的透射波前和波前像差，这极大增大了测量过程的难度。并且无法对无焦光学系统的透射波前和波前像差进行测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于远心成像系统的光学系统透射波前测量方法及装置，在有焦光学系统透射波前测量过程中不需要将其焦点与光心重合的，同时能够对无焦光学系统透射波前进行测量的利用液晶屏的透射式相位偏折系统。

实现本发明目的技术方案为：

一种基于远心成像系统的光学系统透射波前测量方法，包括以下步骤：

(1)搭建测量装置，对测量装置进行标定和位置调试；

(2)通过在若干位置设置显示器，显示器显示的结构光编码信息经过待测光学系统入射至远心成像系统，并被远心成像系统后的相机采集并解码，最终获得相机每个像素接收到的投射自屏幕的光线在经过待测光学系统前的空间分布；

(3)根据步骤(2)获得的相机每个像素接收到的来自屏幕的光线在经过待测光学系统前的空间分布，通过光线逆追迹，计算由远心成像系统发出的平行光经过待测光学系统导致的光线偏折角度；

(4)利用区域波前重构算法对步骤(3)获得的光线偏折角度进行积分，即可最终得到待测光学系统的透射波前。

进一步，液晶显示器投射的结构光编码信息可以是相移正弦条纹、格雷码二进制条纹、莫尔条纹。

进一步，步骤(2)对液晶显示器投射的结构光编码信息的解码算法可以是相移法与相位解包裹算法。