[實用新型]一種離焦型光場相機波前傳感器

有效

• 申請號: 201921390305.2
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN210893429U
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 姜宗福;何宇龍;寧禹
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 洪銘福

本實用新型公開了一種離焦型光場相機的波前傳感器，包括：會聚透鏡，用于會聚所述待測波前；微透鏡陣列，用于對所述會聚透鏡會聚所述待測波前所形成的光斑進行分割，所述微透鏡陣列包括多個微透鏡單元；CCD探測器，用于接受微透鏡陣列對光斑分割后形成的光斑陣列信息，所述微透鏡陣列與所述CCD探測器的距離等于所述微透鏡單元的焦距；所述微透鏡陣列位于與所述會聚透鏡的焦點距離為離焦量f_defcous處；所述離焦量為f_defcous＝r·n·f，n為微透鏡陣列中一個微透鏡單元所對應的CCD探測器的像素數，f為微透鏡單元的焦距，r表示等效子孔徑的光斑占據的微透鏡單元個數。

技術領域

本實用新型涉及波前探測領域，特別涉及一種離焦型光場相機的波前傳感器。

背景技術

自適應光學作為近幾十年發展起來的新型光學技術，其利用光電子器件實時測量波前的動態誤差，并通過高速的計算機系統進行計算和控制，使能動器件對波前進行實時矯正。自適應光學使光學系統具有自動適應外界條件變化，保持良好工作狀態的能力，在高分辨率成像和激光傳輸領域有著重要應用。

波前傳感器是自適應光學系統的重要組成部分，其中自適應光學技術主要通過測量波前畸變的一階導數(斜率)或二階導數(曲率)進行波前傳感。夏克-哈特曼傳感器是目前應用最廣泛的波前傳感器，它利用微透鏡陣列分割入射波前，測量各子孔徑內波面的平均斜率，進而復原出波前像差。夏克-哈特曼傳感器具有結構緊湊、光能利用率高和能工作于連續或脈沖目標等多種優點，但同時上也存在動態范圍較小，弱光探測能力不足及難以調整波前測量的空間分辨率等缺陷。在1996年Ragazzoni提出了一種四棱錐波前傳感器，其基本原理是光束聚焦在四棱錐頂點后分光，通過探測面上四個子光瞳像之間的強度差異計算波前局部斜率。四棱錐波前傳感器具有高于哈特曼傳感器的空間分辨率，在閉環校正時的靈敏度和弱光探測能力也更為突出。

另外在2003年新西蘭的Clare和Lane提出了一種將微透鏡陣列放置在物鏡后焦面并結合CCD光電探測器進行波前探測的方法。然而現有技術中的波前探測方法存在因微透鏡孔徑具有一定尺寸(通常為衍射極限的數倍)，及光場相機波前傳感器的測量精度受到信號飽和現象的制約，而導致只能進行較為粗略的波前測量，并使在自適應光學技術中的應用受到一定限制的問題。

實用新型內容

本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本實用新型的一個目的是提供一種大視場、大動態范圍、高測量精度、結構簡單、契合自適應光學發展趨勢的離焦型光場相機波前傳感器。

本實用新型提供一種離焦型光場相機波前傳感器，包括：

會聚透鏡，用于會聚所述待測波前；

微透鏡陣列，用于對所述會聚透鏡會聚所述待測波前所形成的光斑進行分割，所述微透鏡陣列包括多個微透鏡單元；

CCD探測器，用于接受微透鏡陣列對光斑分割后形成的光斑陣列信息，所述微透鏡陣列與所述CCD探測器的距離等于所述微透鏡單元的焦距；

所述微透鏡陣列位于與所述會聚透鏡的焦點距離為離焦量f_defcous處；所述離焦量為 f_defcous＝r·n·f，n為微透鏡陣列中一個微透鏡單元所對應的CCD探測器的像素數，f為微透鏡單元的焦距，r表示等效子孔徑的光斑占據的微透鏡單元個數。

進一步地，還包括光學匹配系統，所述光學匹配系設置于會聚透鏡輸入端，用于將待測波前匹配至會聚透鏡。

進一步地，還包括處理模塊，所述處理模塊用于對所述光斑陣列重組以得到等效子孔徑圖像，通過等效子孔徑圖像計算出被測波前的局部斜率后，利用重構矩陣計算待測波前的各階Zernike像差系數，以得到待測波前的相位分布。

進一步地，所述微透鏡元的F數為所述會聚透鏡的F數的整數倍。