基于雙變形鏡人眼像差自適應光學校正系統和方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于雙變形鏡人眼像差自適應光學校正系統和方法，該方法利用解耦后的人眼像差呈現大像差主要出現在低階，且波動較大，而高階模式像差相對較小且變化較穩定的特點。再結合對變形鏡I和變形鏡II波前校正能力，將解耦后的人眼像差分解成低階和高階兩部分，采用變形鏡I對面形較簡單但值較大的低階部分進行校正，而變形鏡II對面形復雜而值較小的高階部分進行，將兩部分校正結果疊加實現對整體人眼像差的聯合校正。有效克服了已有的采用單變形鏡自適應光學人眼像差校正系統的局限性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于自適應光學校正領域，更具體地說是一種
技術介紹
自適應光學系統被廣泛應用于天文觀測，激光核聚變裝置像差校正和人眼像差校正成像等領域。在不同的應用領域中，都是通過自適應光學技術來測量并校正諸如大氣擾動，光學元器件或者生物組織本身所導致的各種像差，以達到消除或減少像差對成像或光束質量的影響。常見的像差校正系統通常包含由一臺波前傳感器和一臺變形鏡由波前傳感器負責像差測量，由變形鏡根據測量結果實現像差校正。如目前常見的人眼眼底組織高分辨率成像系統。但是，在實際使用中，這種單變形鏡自適應光學系統通常存在對人眼低階像差校正不足或高階像差校正無法校正等缺點，嚴重制約了對眼底的成像質量。上述單變形鏡系統的校正效果不理想的主要原因和由于人眼像差分布特點及常用的變形鏡的性質有關。人眼像差存在分布不均勻性，面形較簡單的低階像差往往值較大，高階像差雖然值較小，但面形復雜；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械薄膜變形鏡通常分為兩種，一種驅動單元較少行程較大，另一種驅動單元較多行程較小。因此無論單獨使用哪一種變形鏡，都會存在低階校正不完全或高階無法校正等問題，雖然優化變形鏡控制算法可以最大程度發揮變形鏡校正能力，但對于超出其校正范圍的像差部分依然是有心無力。因此，在除了控制光學系統本身像差、優化控制算法等基礎上，還應該從光學系統的校正方法入手，在對人眼像差的解耦基礎上，對待校正像差進行分解，進而根據不同變形鏡的校正特點，實現雙變形鏡聯合校正，從而達到優于單變形鏡系統的校正結果。
技術實現思路
本專利技術解決的技術問題是一種可以實現對人眼像差的高、低階分級聯合校正的。為解決上述技術問題，本專利技術一種基于雙變形鏡人眼像差自適應光學校正系統，包括紅外激光光源、分光鏡、孔徑匹配系統1、孔徑匹配系統I1、孔徑匹配系統II1、波前傳感器、變形鏡1、變形鏡II和控制計算機；所述分光鏡、孔徑匹配系統1、變形鏡1、孔徑匹配系統I1、變形鏡I1、孔徑匹配系統III在同一光路上，含有人眼波前像差的光束經過孔徑匹配系統I后由變形鏡I反射，再經孔徑匹配系統II后由變形鏡II反射，然后經孔徑匹配系統III后進入波前傳感器，計算機利用波前傳感器獲得的畸變波前信息實現模式解耦，并進一步根據不同變形鏡校正能力分別計算控制信號，驅動變形鏡I和變形鏡II實現波前像差校正。同時，針對該系統提出對人眼像差的校正方法，包括以下步驟步驟一、對測量的人眼像差進行解耦，將解耦后的人眼像差分解成低階和高階兩部分；步驟二、通過比較變形鏡I和變形鏡II擬合各階模式產生的波前RMS值來確定變形鏡1、變形鏡II對各階像差的校正能力；同階模式下，變形鏡的RMS值越高，則其對該階像差的校正能力越強。步驟三、根據步驟二中確定變形鏡1、變形鏡II對各階像差的校正能力，采用變形鏡I對低階部分進行校正，采用變形鏡II對高階部分進行校正，將兩部分校正結果疊加實現對整個人眼像差的聯合校正。 進一步地優選方案，本專利技術的人眼像差校正方法中，所述步驟一中對測量的人眼像差進行解耦，具體為 (1-1)對測量的人眼像差進行基于Zernike多項式的波前重建，公式如下n爐(x，y) == I CiZi (X, y) + e式中，n是模式復原的項數，Ci是Zernike多項式第i階的模式系數,Zi (x，y)為第i模式項所對應的Zernike多項式，e是殘余像差；( 1-2)將波前重建中的模式系數分別對應各階像差得到待校正的人眼波前像模式向量C；，不考慮像差中的傾斜項，其中向量(；包括高階像差和低階像差。進一步地優選方案，本專利技術的人眼像差校正方法中，所述步驟二通過比較變形鏡I和變形鏡II擬合各階模式產生的波前RMS值來確定變形鏡1、變形鏡II對各階像差的校正能力，具體為(2-1)將影響函數與實際的控制電壓相乘得到變形鏡擬合該Zernike模式的最大像差Cf,由該像差計算得到擬合產生該Zernike模式對應像差的RMS值；(2-2)分別控制變形鏡I和變形鏡II對相同系數值的各階模式進行擬合，按照(2-1)所述方法計算得到擬合結果的RMS值，以該RMS值作為指標考核變形鏡對各階像差的校正能力；進一步地優選方案，本專利技術的人眼像差校正方法中，所述步驟三進行聯合校正，具體為(3-1)、根據變形鏡1、變形鏡II對各階像差的校正能力，待校正的人眼波前像模式向量(；分解為Ce-Cdml+Cdm2其中Cdml= ，Cdm2= ，Cdml 為變形鏡I待校正的低階像差、Cdm2為變形鏡II待校正的高階相差；(3-2)利用下式確定變形鏡1、變形鏡II的理論控制電壓 P — T/ C +TT TfP^oc-11 dm I ~ V It3I U Idm I<丄丁 [Pdm2 = -V2S2H式中，V1；，S1, U1, V2, S2, U2分別是變形鏡I和變形鏡II的影響函數奇異值分解結果，Pdml和Pdm2是變形鏡I和變形鏡II的理論控制電壓；(3-3)利用下式對控制電壓超出變形鏡最大控制電壓部分做截止處理，獲取實際控制校正電壓PM，從而實現雙變形鏡聯合校正權利要求1.一種基于雙變形鏡人眼像差自適應光學校正系統，其特征在于包括紅外激光光源、分光鏡、孔徑匹配系統1、孔徑匹配系統I1、孔徑匹配系統II1、波前傳感器、變形鏡1、 變形鏡II和控制計算機；所述分光鏡、孔徑匹配系統1、變形鏡1、孔徑匹配系統I1、變形鏡I1、孔徑匹配系統III在同一光路上，含有人眼波前像差的光束經過孔徑匹配系統I后由變形鏡I反射，再經孔徑匹配系統II后由變形鏡II反射，然后經孔徑匹配系統III后進入波前傳感器，計算機利用波前傳感器獲得的畸變波前信息實現模式解耦，并進一步根據不同變形鏡校正能力分別計算控制信號，驅動變形鏡I和變形鏡II實現波前像差校正。2.根據權利要求1所述的基于雙變形鏡人眼像差自適應光學校正系統，其特征在于 所述變形鏡1、變形鏡II均為微機械薄膜變形鏡。3.一種基于權利要求1或2所述校正系統的校正方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、對測量的人眼像差進行解耦，將解耦后的人眼像差分解成低階和高階兩部分；步驟二、通過比較變形鏡I和變形鏡II擬合各階模式產生的波前RMS值來確定變形鏡1、變形鏡II對各階像差的校正能力；在同階模式下，變形鏡的RMS值越高，則其對該階像差的校正能力越強；步驟三、根據步驟二中確定變形鏡1、變形鏡II對各階像差的校正能力，采用變形鏡I 對低階部分進行校正，采用變形鏡II對高階部分進行校正，將兩部分校正結果疊加實現對整個人眼像差的聯合校正。4.根據權利要求3所述的校正方法，其特征在于所述步驟一中對測量的人眼像差進行解耦，具體為(1-1)對測量的人眼像差進行基于Zernike多項式的波前重建，公式如下η爐(X，ν) == [CiZi (X, V) + ε/=1式中，η是模式復原的項數，Ci是Zernike多項式第i階的模式系數,ZiU, y)為第i模式項所對應的Zernike多項式，ε是殘余像差；(1-2)將波前重建中的模式系數分別對應各階像差得到待校正的人眼波前像模式向量 Ce,不考慮像差中的傾斜項，其中向量Ce包括聞階像差和低階像差。5.根據權利要求3所述的校正方法，其特征在于所述步驟二通本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雙變形鏡人眼像差自適應光學校正系統，其特征在于：包括紅外激光光源、分光鏡、孔徑匹配系統I、孔徑匹配系統II、孔徑匹配系統III、波前傳感器、變形鏡I、變形鏡II和控制計算機；所述分光鏡、孔徑匹配系統I、變形鏡I、孔徑匹配系統II、變形鏡II、孔徑匹配系統III在同一光路上，含有人眼波前像差的光束經過孔徑匹配系統I后由變形鏡I反射，再經孔徑匹配系統II后由變形鏡II反射，然后經孔徑匹配系統III后進入波前傳感器，計算機利用波前傳感器獲得的畸變波前信息實現模式解耦，并進一步根據不同變形鏡校正能力分別計算控制信號，驅動變形鏡I和變形鏡II實現波前像差校正。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁春，沈建新，鈕賽賽，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：