基于液晶空间光调制器的可变焦透镜实际焦距计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于液晶空间光调制器的可变焦透镜实际焦距计算方法，包括：搭建光路系统，并根据搭建的光路系统标定所用液晶空间光调制器的相位调制度曲线；根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数，计算生成所需焦距透镜的理想相位灰度图；根据标定的液晶空间光调制器相位调制度曲线对所需焦距透镜的理想相位灰度图进行相位映射变换，得到修正的透镜相位图；根据修正的透镜相位图计算沿光轴方向不同位置的光斑图像及光斑图像的光斑半径，并以光斑半径最小值所对应的位置作为可变焦透镜的实际焦距。本发明能快速计算得到基于液晶空间光调制器的可变焦透镜的实际焦距，计算准确且适应性广，可广泛应用于光学【技术领域】。
【专利说明】基于液晶空间光调制器的可变焦透镜实际焦距计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学【技术领域】，尤其是一种基于液晶空间光调制器的可变焦透镜实际 焦距计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的不断发展，光学变焦系统的设计理论和制作技术日益完善。光学 变焦系统广泛应用于显微镜、望远镜、投影仪、相机等仪器设备中。传统的光学变焦系统，可 以通过改变透镜组之间的相对位置来改变整个物镜的焦距从而实现系统的变焦功能。通 常，这种光学变焦系统采用凸轮机构、步进电机等机械部件进行位移控制，系统的成像质 量、反应速度和变焦范围都受到很大限制。因此业内需要一种能够克服传统变焦系统缺陷 的新型光学变焦器件。
[0003] 在不考虑吸收的情况下，透镜可以看作是相位型衍射光学元件。而液晶空间光调 制器作为一种光波的空间分布调制器件，具有连续的相位调制能力，故其可通过加载由计 算机计算得到的不同焦距透镜的相位灰度图，来动态实现变焦距透镜功能，性能良好且装 置简单。
[0004] 由于受液晶空间光调制器的相位调制深度大小、实际相位调制度与透镜相位灰度 图之间的非线性映射关系等因素的影响，加载到液晶空间光调制器的透镜相位灰度图中实 际的相位调制与理想情况有偏差，导致光束的实际聚焦位置偏离理论设计的聚焦位置。然 而，目前的液晶空间光调制器并没有考虑这一情况，默认实际的相位调制与理想情况是完 全一致的，无法得到准确的聚焦位置，计算不够准确。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种计算准确和适应性广的，基于 液晶空间光调制器的可变焦透镜实际焦距计算方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 基于液晶空间光调制器的可变焦透镜实际焦距计算方法，包括：
[0008] S1、搭建光路系统，并根据搭建的光路系统标定所用液晶空间光调制器的相位调 制度曲线，所述相位调制度曲线为液晶空间光调制器相位响应值与图像灰度值之间的关系 曲线；
[0009] S2、根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数，计算生成所需焦距 透镜的理想相位灰度图；
[0010] S3、根据标定的液晶空间光调制器相位调制度曲线对所需焦距透镜的理想相位灰 度图进行相位映射变换，得到修正的透镜相位图；
[0011] S4、根据修正的透镜相位图计算沿光轴方向不同位置的光斑图像及光斑图像的光 斑半径，并以光斑半径最小值所对应的位置作为可变焦透镜的实际焦距。
[0012] 进一步，所述步骤S2,其包括：
[0013] S21、根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数，生成所需焦距透镜 相位图；
[0014] S22、对所需焦距透镜相位图的相位值进行2 π模除；
[0015] S23、将2 π模除后的相位值与〇?255这256个灰度值进行线性映射，从而得到 所需焦距透镜的理想相位灰度图。
[0016] 进一步，所述步骤S3,其具体为：
[0017] 对于生成的所需焦距透镜理想相位灰度图，根据标定的液晶空间光调制器相位调 制度曲线，查找其每个像素灰度值所对应的实际相位调制度并在所需焦距透镜理想相位灰 度图中进行替换，从而得到修正的透镜相位图。
[0018] 进一步，所述步骤S4,其包括：
[0019] S41、根据修正的透镜相位图计算沿光轴方向设计焦距前后不同位置的光斑图 像；
[0020] S42、对不同位置的光斑图像进行降噪预处理；
[0021] S43、计算不同位置光斑图像中光斑的中心位置与光斑半径大小；
[0022] S44、根据计算的光斑半径进行曲线拟合和插值处理，找出光斑半径最小值所对应 的位置，并以光斑半径最小值所对应的位置作为可变焦透镜的实际焦距。
【权利要求】
1. 基于液晶空间光调制器的可变焦透镜实际焦距计算方法，其特征在于：包括： 51、 搭建光路系统，并根据搭建的光路系统标定所用液晶空间光调制器的相位调制度 曲线，所述相位调制度曲线为液晶空间光调制器相位响应值与图像灰度值之间的关系曲 线. 52、 根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数，计算生成所需焦距透镜 的理想相位灰度图； 53、 根据标定的液晶空间光调制器相位调制度曲线对所需焦距透镜的理想相位灰度图 进行相位映射变换，得到修正的透镜相位图； 54、 根据修正的透镜相位图计算沿光轴方向不同位置的光斑图像及光斑图像的光斑半 径，并以光斑半径最小值所对应的位置作为可变焦透镜的实际焦距。
2. 根据权利要求1所述的基于液晶空间光调制器的可变焦透镜实际焦距计算方法，其 特征在于：所述步骤S2,其包括： 521、 根据液晶空间光调制器的器件参数和透镜相位分布函数，生成所需焦距透镜相位 图； 522、 对所需焦距透镜相位图的相位值进行2 π模除； 523、 将2 π模除后的相位值与〇?255这256个灰度值进行线性映射，从而得到所需 焦距透镜的理想相位灰度图。
3. 根据权利要求1所述的基于液晶空间光调制器的可变焦透镜实际焦距计算方法，其 特征在于：所述步骤S3,其具体为： 对于生成的所需焦距透镜理想相位灰度图，根据标定的液晶空间光调制器相位调制度 曲线，查找其每个像素灰度值所对应的实际相位调制度并在所需焦距透镜理想相位灰度图 中进行替换，从而得到修正的透镜相位图。
4. 根据权利要求1所述的基于液晶空间光调制器的可变焦透镜实际焦距计算方法，其 特征在于：所述步骤S4,其包括： 541、 根据修正的透镜相位图计算沿光轴方向设计焦距前后不同位置的光斑图像； 542、 对不同位置的光斑图像进行降噪预处理； 543、 计算不同位置光斑图像中光斑的中心位置与光斑半径大小； 544、 根据计算的光斑半径进行曲线拟合和插值处理，找出光斑半径最小值所对应的位 置，并以光斑半径最小值所对应的位置作为可变焦透镜的实际焦距。
6.根据权利要求1所述的基于液晶空间光调制器的可变焦透镜实际焦距计算方法，其 特征在于：所述液晶空间光调制器的器件参数包括入射波长、分辨率、像元尺寸和相位调制 深度。
【文档编号】G02F1/13GK104122609SQ201410368021
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】田劲东, 张磊, 李 东 申请人:深圳大学