建立與校正產生標準球面波前的五軸精密平台

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姓名

林亮穎(Liang-Ying Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

建立與校正產生標準球面波前的五軸精密平台
(Establish and calibrate a five-axis precision platform to generate a standard spherical wavefront)

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摘要(中)

本論文描述如何建立並校正一個精密五軸平台，此五軸分別為X、Y、Z、α、β，目的為產生一個五個自由度的標準球面波前，並用於校正Shack-Hartmann Wavefront Sensor 的微透鏡陣列，精準的紀錄點光源位置與波前檢測器之角度，並利用自動化曝光，在波前量測重複性實驗中可以看到每個Hartmann點在多張疊圖質心位置穩定性和單張的穩定性差異將近10倍，在小角度轉動實驗中，斜率精度從單張的7 arc-sec下降至多張疊圖的1 arc-sec。透過微透鏡陣列的校正與HDR曝光提升質心運算精準度，使得Shack-Hartmann Wavefront Sensor可用動態範圍大幅提升。

摘要(英)

The content describes how to build and calibrate a precision five-axis platform. The five axes are X, Y, Z, α, β. The purpose is to generate a five-degree-of-freedom standard spherical wavefront, which is used to calibrate the microlens array of the Shack-Hartmann Wavefront Sensor to accurately record the position of the point light source and the angle of the wavefront sensor. Combined with the automatic exposure, in the repeatability experiment of the wavefront sensor, it can be seen that the stability of each Hartmann spot in the centroid position of multiple frames and the stability of a single frame are nearly 10 times different. The slope accuracy of the rotation experiment at a small angle is reduced from 7 arc-sec for a single frame to 1 arc-sec for multiple frames through the HDR algorithm. With the calibration of the micro lens array and HDR exposure to improve the accuracy of centroid calculation, the dynamic range of the Shack-Hartmann Wavefront Sensor has been greatly improved

關鍵字(中)

★ 精密五軸平台
★ 微透鏡陣列
★ 波前檢測器
★ 外差干涉儀

關鍵字(英)

★ Heterodyne Interferometer
★ Shack-Hartmann Wavefront Sensor
★ micro lens array
★ Fizeau

論文目次

目錄 4
圖目錄 6
一、緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究動機 3
二、原理 4
2-1 像差理論 4
2-1-1單色像差 5
2-2 High Dynamic Range Shack-Hartmann Wavefront Sensor 6
2-2-1量測架構與原理 6
2-2-2 SHWFS光點指派(Spot Assignment) 8
2-2-3 光點質心計算 9
2-2-4點光源斜率計算 11
2-3 Wavefront Sensor MLA校正 12
2-4 Heterodyne Interferometer 13
2-5 Fizeau干涉儀 15
三、干涉儀精密平台與旋轉平台之校正 16
3-1 實驗架構 16
3-2 干涉儀系統架構與精度分析 18
3-2-1 線性平台機械軸與干涉儀光束互相平行 19
3-2-2 X軸與Z軸光束互相垂直 21
3-2-3 Y軸與Z軸光束互向垂直 24
3-2-4 XY軸長鏡組調整 26
3-2-5 Z軸光束升高校準 27
3-3旋轉平台α、β架構 28
3-3-1兩旋轉軸α、β在空間中正交調整 31
3-3-3 SHWFS與三軸平台點光源結合 35
四、實驗分析與結果 38
4-1 自動化曝光方式 38
4-2校正程式拍攝流程與量測時間 40
4-3 WFS靜態量測實驗 41
4-4 WFS轉動MLA每個lens移動精度 44
4-4-1 WFS小角度轉動 44
4-5 WFS校正程式GUI介面設計 48
4-6結論 51
參考文獻 52

參考文獻

1. Malacara, D. and I. Ghozeil, Hartmann, Hartmann-Shack, and Other Screen Test, in Optical Shop Testing. John Wiley & Sons, Inc.
2. Groening, S., et al., Wave-front reconstruction with a Shack–Hartmann sensor with an iterative spline fitting method. Applied Optics, 2000. 39(4): p. 561-567.
3. Neal, D.R., J. Copland, and D. Neal, Shack-Hartmann wavefront sensor precision and accuracy. Proc. of SPIE, 2002. Vol. 4779.
4. Ares, J., T. Mancebo, and S. Bará, Position and displacement sensing with Shack–Hartmann wave-front sensors. Applied Optics, 2000. 39(10): p. 1511-1520.
5. Yoon, G.Y., et al., Shack Hartmann wave-front measurement with a large F-number plastic microlens array. Applied Optics, 1996.
6. Mouroulis, P. and J. Macdonald, Geometrical Optics and Optical Design. 1997, New York: Oxford.
7. 潘淑芳, A similarity guided Spots Sorting Method to increase the Dynamic Range of a Shack Hartmann Sensor. 民國102年, 國立中央大學.
8. 楊東諺, Algorithm error analysis for relationship of centroid of spot and ray angle. 民國106年, 國立中央大學.

指導教授

梁肇文(Chao-Wen Liang)

審核日期

2021-8-11

推文