[實用新型]大動態范圍的哈特曼波前傳感器

無效

• 申請號: 200820057334.2
• 申請日: 2008-04-16
• 公開（公告）號: CN201212837Y
• 公開（公告）日: 2009-03-25
• 發明（設計）人: 姜有恩;李學春
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G01D5/26
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本實用新型涉及光學波前傳感器，特別是一種大動態范圍的哈特曼波前傳感器。

背景技術

哈特曼波前傳感器通常由波面分割陣列(通常選用微透鏡陣列)、光電探測器陣列(通常選用CCD探測器)、計算機和數據處理軟件等部分組成。微透鏡陣列中的子透鏡將入射波面分割成相應的子孔徑區域，并且將子孔徑范圍內的光束聚焦到CCD探測器的光敏面上。通過圖像采集信號控制CCD探測器采集光斑陣列的圖像信息，再把采集到的圖像信息傳輸給計算機，由計算機的數據處理軟件計算出畸變波面光斑質心坐標與參考波前質心坐標之差，從而獲得每個子區域上的波前斜率信息，最后通過波前重構算法計算出入射波前的波面形狀。

然而傳統哈特曼波前傳感器的動態范圍由微透鏡陣列子透鏡的焦距和孔徑大小所決定，因為微透鏡陣列的子孔徑將CCD探測器的光敏面分割成相應假設的子區域(如圖2所示)，超出該子區域限制的光斑將無法被正確識別。當微透鏡陣列的子透鏡的焦距和孔徑大小固定后，哈特曼波前傳感器的動態范圍也就隨之確定了，因此為了滿足不同動態范圍和精度的光學波前檢測要求，就得設計不同參數的哈特曼波前傳感器。

當入射波前畸變量超出哈特曼波前傳感器的動態范圍時，主要有以下三種可能的情況：

1)某些CCD光敏面子區域內接收到兩個或兩個以上光斑，如圖3的子區域6-2所示；

2)某些CCD光敏面子區域內有兩個或兩個以上的光斑發生交疊；

3)相鄰兩個子透鏡的光束聚焦過程發生交叉，光斑順序發生錯位，如圖3子區域6-4、6-5所示。

目前，文獻Junwon?Lee?etc.，“Sorting?method?to?extend?thedynamic?range?of?the?Shack-Hartmann?wave-front?sensor”，APPLIEDOPTICS，Vol.44，pp.4838-4844(2005)，提出一種光斑識別的算法：根據光斑陣列圖中每個光斑質心坐標的大小，將其逐一進行排列識別。該算法可以有效地識別如圖3子區域6-2所示情況下的光斑子孔徑歸屬，提高了哈特曼波前傳感器的動態范圍。但是當光斑順序發生錯位時，即圖3子區域6-4、6-5所示的情況，該算法就將對光斑所屬子孔徑產生誤識別，由此計算得出的波前信息是不可靠的。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是，克服上述現有技術的不足，提供一種大動態范圍的哈特曼波前傳感器，該傳感器能對光斑所屬區域進行正確識別，可獲得大動態范圍的入射波前的波面形狀。

本實用新型的技術解決方案如下：

一種大動態范圍的哈特曼波前傳感器，包括由平面波參考源、分光鏡、光學匹配系統、波面分割陣列、光電探測器陣列和具有數據處理軟件的計算機組成的哈特曼波前傳感器，其特點是還有一平移臺，所述的光電探測器陣列固定在該平移臺上，驅動該平移臺運動，帶動所述的光強探測器陣列沿其光敏面的法線方向移動。

所述的波面分割陣列為微透鏡陣列。

所述的光電探測器陣列采用CCD探測器或CMOS探測器。

所述的一維平移臺選用高精度、高穩定性的平移臺，該平移臺為手動控制或步進電機控制。

上述的大動態范圍的哈特曼波前傳感器的測試方法，其特征在于包括下列步驟：

①所述的大動態范圍的哈特曼波前傳感器處于工作狀態，輸入待測的入射波前，所述的光強探測器陣列的光敏面位于所述的波面分割陣列的焦平面并采集光斑陣列圖輸入所述的計算機；

②對該光斑陣列圖進行波前畸變量大小進行預判斷：如果圖中出現了子區域光斑缺省或者子區域有多光斑的情況，則判定為大畸變波前，反之判定為小畸變波前；

③當入射波前為小畸變波前時，計算出每個光斑的質心坐標，并算出與參考波前相應孔徑內光斑質心坐標的差值，獲得每個子孔徑區域上的波前斜率信息，最后通過波前重構算法計算出入射波前的波面形狀；

④當入射波前為大畸變波前時，由于初始狀態下的光斑陣列圖中部分光斑發生越界，需要額外信息來識別越界光斑的所屬子孔徑區域，采用光斑所屬子孔徑識別算法進行數據處理：

首先在光電探測器陣列(6)初始位置下，測出每個焦斑Y方向質心坐標Yt1，而該光斑所屬子區域參考光斑Y方向質心坐標為Yr1，相對位移量為Yt1-Yr1；

然后控制一維平移臺(7)運動，帶動所述的光電探測器(6)移動到離焦量為Δf的位置(6’)，再次計算出此時的光斑質心相對位移量為Yt2-Yr2；