[發(fā)明專利]基于微柱透鏡陣列的哈特曼波前傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210472792.3
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102914373A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊曉蘋;史光遠;馬華
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)波前傳感器，特別是一種基于微柱透鏡陣列的大動態(tài)測量范圍的哈特曼波前傳感器，屬于光學(xué)檢測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

哈特曼波前傳感器是一種有效的光學(xué)動態(tài)波前檢測儀器。它廣泛應(yīng)用人眼波前像差探測，高功率波前像差檢測和各種光束質(zhì)量綜合檢測，尤其是在人眼波前像差探測領(lǐng)域中，對自適應(yīng)光學(xué)檢眼鏡、個性化隱形眼鏡、個性化激光角膜手術(shù)都具有重要的指導(dǎo)意義。傳統(tǒng)的哈特曼波前傳感器通常選用微透鏡陣列實現(xiàn)波面分割。當(dāng)入射光波為平行光時，所有子光束均聚焦在相應(yīng)微透鏡的光軸上；當(dāng)入射光波存在波前畸變，他們在焦平面上形成的光斑便會偏離相對應(yīng)的光軸，產(chǎn)生一定的位移，通過判定光斑質(zhì)心與參考質(zhì)心的位置關(guān)系，獲取入射光波波前正交方向上的斜率信息后，可重構(gòu)待測入射光波波前分布情況。

傳統(tǒng)哈特曼波前傳感器的動態(tài)測量范圍由微透鏡陣列的子透鏡的通光孔徑和焦距所決定，即微透鏡陣列的子孔徑將光電探測器的靶面分隔成相應(yīng)的子區(qū)域，當(dāng)入射光波存在大像差時，有些聚焦光斑會超出其對應(yīng)子區(qū)域的范圍，進而無法進行正確的識別，對精確地重構(gòu)波前像差造成了影響。

在實際的光學(xué)檢測中，哈特曼波前傳感器應(yīng)在保證高精度的測量前提下，盡可能地提高測量的動態(tài)范圍。目前，文獻“增大夏克哈特曼波前傳感器動態(tài)測量范圍的方法”，光學(xué)精密工程，2008，16(7)，介紹了一種增大動態(tài)測量范圍的軟件處理方法—外推法，這種方法預(yù)先給定某個子孔徑對應(yīng)的焦斑，便能以此為起點外推得到所有子孔徑對應(yīng)的焦斑。文獻“增大夏克哈特曼波前傳感器動態(tài)范圍的算法研究”，光學(xué)學(xué)報，2011，31(8)，提出了能夠有效增大傳感器動態(tài)范圍的數(shù)據(jù)處理方法光斑歸位法，這種方法使排列不規(guī)則的光斑回到各種原來的位置，重新排列成規(guī)則的光斑陣列，再找到其中某個光斑與微透鏡的對應(yīng)關(guān)系。這些方法的優(yōu)點在于不改變傳感器硬件的前提下有效地提高了動態(tài)測量范圍，但缺點在于復(fù)雜的算法影響了傳感器的運行速度，動態(tài)范圍提升的幅度有限，存在一定局限性的。中國專利號為ZL02123756.5的專利，公開了一種測量精度和動態(tài)范圍可調(diào)的哈特曼波前傳感器，加入了測量子孔徑選通的控制元件，通過此元件控制波面分割取樣陣列的采樣周期，以達到調(diào)整傳感器測量動態(tài)范圍的目的。該專利的缺點是結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，在提高傳感器測量動態(tài)范圍的同時降低了測量精度。又有文獻：Measurement?and?compensation?of?optical?aberrations?using?a?single?spatial?light?modulator.(OPTICS?EXPRESS.Vol.15,No.23,作者:Justo?Arines)提出在分波前子孔徑之前加入一個液晶空間光調(diào)制器以實現(xiàn)可移動掩膜功能，從而提高哈特曼傳感器的動態(tài)范圍，但是仍存在測量精度下降的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強，兼顧高精度與大動態(tài)測量范圍的基于微柱透鏡陣列的哈特曼波前傳感器。

本發(fā)明提供的基于微柱透鏡陣列的大動態(tài)測量范圍的哈特曼波前傳感器，包括光學(xué)匹配系統(tǒng)(1)、第一微柱透鏡陣列(3)和第二微柱透鏡陣列(5)、分光鏡(2)、第一光電探測器(4)和第二光電探測器(6)；光學(xué)匹配系統(tǒng)(1)之后添加一個分光鏡(2)，在分光鏡(2)的透射端放置第一微柱透鏡陣列(3)和第一光電探測器(4)，在分光鏡(2)的反射端放置第二微柱透鏡陣列(5)和第二光電探測器(6)；所述的光學(xué)匹配系統(tǒng)(1)對入射光波進行擴束，使入射光波的尺寸匹配微柱透鏡陣列的通光孔徑；所述的微柱透鏡陣列實現(xiàn)波前孔徑分割；所述的分光鏡(2)將入射光波分為兩束，一束經(jīng)過第一微柱透鏡陣列(3)后形成聚焦線斑陣列，聚焦線斑陣列被位于第一微柱透鏡(3)焦平面處的第一光電探測器(4)采集；另一束經(jīng)過第二微柱透鏡陣列(5)后形成聚焦線斑陣列，聚焦線斑陣列被位于第二微柱透鏡(5)焦平面處的第二光電探測器(6)采集。將第一光電探測器(4)采集的圖像與第二光電探測器(6)采集的圖像進行正交融合疊加，形成連續(xù)的網(wǎng)格狀聚焦線斑。通過追跡連續(xù)的線斑來精確判定光斑質(zhì)心與參考質(zhì)心的位置關(guān)系，獲取入射光波波前正交方向上的斜率信息后，可重構(gòu)待測入射光波波前分布情況。

上述技術(shù)方案中，所述的光學(xué)匹配系統(tǒng)放置于分光鏡的前端，分光鏡將擴束后的入射光波分為兩束，其中透射光到第一微柱透鏡陣列的光程與反射光到第二微柱透鏡陣列的光程相等。

所述的第一微柱透鏡陣列和第二微柱透鏡陣列分別對透射光束和反射光束實現(xiàn)波前孔徑分割。