Abstract
The Shack-Hartmann wavefront sensor is composed of a lenslet array generating the spot images from which local slope is calculated and overall wavefront is measured. Generally the principle of wavefront reconstruction is that the spot centroid of each lenslet array is calculated from pixel intensity values in its subaperture, and then overall wavefront is reconstructed by the local slope of the wavefront obtained by deviations from reference positions. Hence the spot image of each lenslet array has to remain in its subaperture for exact measurement of the wavefront. However the spot of each lenslet array deviates from its subaperture area when a wavefront with large local slopes enters the Shack-Hartmann sensor. In this research, we propose a spot image searching method that finds the area of each measured spot image flexibly and determines the centroid of each spot in its area Also the algorithms that match these centroids to their reference points unequivocally, even if some of them are situated off the allocated subaperture, are proposed. Finally we verify the proposed algorithm with the test of a defocus measurement through experimental setup for the Shack-Hartmann wavefront sensor. It has been shown that the proposed algorithm can expand the dynamic range without additional devices.
샥-하트만 센서는 렌즐릿 배열을 이용하여 파면의 국부적인 기지를 계산하고 이로부터 파면의 왜곡된 정도를 측정하는 파면측정 센서이다. 일반적으로 하나의 점영상에 대한 중심점을 추출하여 기준 점영상의 중심점에 대한 상대적 이동량을 통해 파면의 국부 기울기를 계산, 전체 파면을 복원하는 원리이다. 따라서 하나의 점영상에 대한 정확한 중심점의 추출을 위하여 해당하는 하부개구 내에 점영상이 존재하여야 한다. 하지만 큰 기울기의 파면이 샥-하트만 센서에 입사하게 되면 측정범위를 벗어나게 되어 일반적인 방법으로는 파면의 국부적인 기울기를 계산할 수 없게 되는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 특정 측정시스템에만 국한된 알고리즘이 아닌 모든 파면에 대해 측정 가능하면서도 추가적인 장비 없이 일반적인 샥-하트만 파면 센서가 지니고 있는 측정범위의 한계를 극복할 수 있는 알고리즘이 필요하다. 본 연구에서는 영상처리 기법을 이용하여 각 점영상에 대한 유동적인 탐색영역을 설정하고 이러한 탐색영역 내에서 중심점을 추출하는 방법을 제안하였다. 또 점영상 대응법을 적용하여 측정 점영상과 기준 점영상을 일대일 대응시킴으로써 전체 측정파면을 복원할 수 있는 알고리즘을 제안함으로써 측정범위에 제한 없이 파면왜곡을 측정할 수 있는 측정방법을 제시하였다. 이렇게 제안된 알고리즘을 샥-하트만 파면 센서 시스템을 이용한 초점벗어남 측정실험을 통하여 검증하였다.
