基于横向剪切干涉图像的波像差求取技术-论文.pdf

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1、第34卷第7期物理实验Vo1．34NO．72014年7月PHYSICSEXPERIMENTATIoNJu1．，2014实基于横向剪切干涉图像的波像差求取技术验技术李莉，李刚，沈洪斌，殷建玲，王元铂与(军械工程学院电子与光学工程系，河北石家庄050003)摘要：基于横向剪切干涉的光学系统像差检测实验，需要从干涉图像中解算出像差值．根据像差函数，完成了带有各类波像差的横向剪切干涉图像的模拟与处理，在此基础上，利用Zernike多项式法求解出波像差，所得结果与初始模拟值进行比较，误差在5以内．关键词：波像差；横向剪切干涉；Zernike多

2、项式中图分类号：0438文献标识码：A文章编号：1005—4642(2014)07—0016—04剪切量Sl引言随着目前光学系统不断复杂化和对系统性能波面原要求的不断提高，基于像差的光学系统装调技术后波面被提出【】，此技术运用光学手段测试系统各个视图1横向剪切干涉仪场的像差，再由计算机算出系统的失调量，经过机械装置对光学系统进行调整，使其满足系统的要由横向剪切干涉的特点可知2束干涉波的振求，使成像质量最佳，且稳定可靠．在这一技术的幅相等，则像差检测环节，横向剪切干涉测量极为重要，它具，，一㈩有一般光学干涉测量方法的优点，同时由于无需

3、参考光束，采用共光路系统，因此干涉条纹稳定，光强与相位差之间的关系式为对环境要求也低，仪器结构简单，因此在光学加工j()一2A。(．y){1+COS[()]}．和测量领域都获得了广泛的应用]．剪切干涉获(2)得的像差检测结果的处理也极为重要，需要定量假设被测波面的波像差函数为W(-f’Y)，横地解算出失调系统的像差值，才能精确地解算出向位移后的波面波像差函数为W()，则系统失调量[5剐．本文基于像差函数和横向剪切△w()一w—W一一()，干涉实验原理，模拟出含有像差的剪切干涉图像，(3)对图像进行处理，进而运用Zernike多项式法

4、求其中，走一2兀／为空间角频率，为测试光源的波解波像差，所得结果与原始模拟数据进行比较，验长．波像差初级像差和次级像差的表达式为证此波像差求取技术的可行性．W(．T，)===nloCr。+。)+a2o(．T+。)+2横向剪切干涉原理与像差函数a3o(．r+)。+口。1j-+口l1．(一’-I-y)+n2l(LT。+)+口02+al2．T(+像差检测时，横向剪切干涉实验可以用图1来Y)+a03。，(4)说明_7]，由被检验光学系统射出的波面即被测波其中，n。(+)为轴向离焦、初级场曲、二级场面，通过分光元件后得到与原光束有一定的横向位

5、曲的波像差之和，a。(+)为初级球差、视场移(相对于波的传播方向)的波面，这一波面与原始引起轴对称二级球差所产生的波像差之和，波面重合，在波面的重合区域出现干涉条纹．收稿日期：2014-01—08基金项目：军械工程学院基金资助项目(No．YJJXM12026)作者简介：李莉(1981一)，女，河北邢台人，中国人民解放军军械工程学院讲师，硕士，研究方向为光学设计、光电装备检测技术．第7期李莉，等：基于横向剪切干涉图像的波像差求取技术a。。(q-y)。为孔径二级球差所产生的波像差，为垂轴离焦量、初级畸变、二级畸变所产生的波像差之和，口。

6、x(x+。)为初级彗差、视场引起二级彗差所产生的波像差之和，a(。+)。为孔径引起的二级彗差所产生的波像差，a。。为初级像散与二级像散所产生的波像差之和，a。：。(+)为视场引起非轴对称二级球差所产生的波像差，nr。为视场引起二级子午彗差所产生的波像差．剪切干涉条纹包含原始波前形状信息，通过图3圆域处理后的干涉图定量计算来处理干涉条纹，可以获得原始波前的波像差．定为(M／2，N／2)，其中M和N分别为图像的数据矩阵行数和列数．半径定为M／2，此时对区域3干涉图的模拟与处理以外的元素取值为零，区域以内的元素进行二值3．1干涉图的模拟化

7、，二值化的阈值取为矩阵灰度值的平均值．然为验证方法的可行性，任意选取1组数据模后计算元素值为1的个数，记area；并找出这些元拟干涉图，取a1o一102，a2o一802，a3。一102，a0l一素的坐标值，记为(，)，设X。，，R。分别是0．12，nIl一102，Ⅱ21—102，ao2—102，n12—102，中心坐标的行列和半径，X。一，Yo一a。。一102．获得的干涉图样如图2所示．一∑arLea，一1，2，⋯，area,R。一√、，7塑c，计算结果：Xo-200．5411，Yo=200．6314，Ro=154．8102．3．4

8、条纹的二值化条纹峰值是相对于其相邻的区域而言的，条纹峰值高于阈值，灰度值取为1，相邻的区域峰值低于阈值，灰度值取为0，这样可以取得效果相对较好的图像．采取Yatagai5×5邻域法[9进行二值化，选图2横向剪切干涉图择5×5的矩阵，如