[發明專利]一種基于交叉迭代自動對焦的波前檢測方法

有效

• 申請號: 202110274702.9
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112903121B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 白劍;趙磊;汪凱巍;侯晶
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

1.一種基于交叉迭代自動對焦的波前檢測方法，在激光器的出射光路上依次布置有擴束器、待測平板、會聚透鏡、圖像傳感器，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1：移動所述圖像傳感器，在不同的離焦距離采集n幅含有所述的待測平板波前誤差的離焦光斑；

S2：分別設置所述會聚透鏡的焦距s、口徑D、每一幅離焦光斑的名義離焦位置z_k、離焦位置優化步長step_z、相位優化步長step_phase、振幅優化步長step_amp、波前檢測的迭代總數N、離焦優化迭代總數N_z、迭代判斷閾值M、波前檢測的初始迭代計數i＝1、待測波前初始估計值g¹(x,y)，其中，(x,y)為所述待測平板的坐標；

S3：使用所述離焦光斑與待測波前的估計值的衍射傳播計算值U_k構建優化目標函數

其中，u,v是離焦光斑位置處的坐標，I_k是在離焦位置z_k處采集的離焦光斑，U_k是待測波前在離焦位置z_k處的衍射積分；W_k(u,v)是權重分布，用來移除圖像傳感器上信噪比低的像素點和壞點；

S4:當i＝1，對所有位置的衍射光斑使用離焦位置優化算法優化離焦位置，當i≠1時，則對第k幅衍射光斑使用離焦位置優化算法優化離焦位置；所述離焦位置優化算法通過如下的子步驟來實現：

S4.1：設置離焦位置初始迭代計數j＝1，輸入離焦位置z_k；

S4.2：計算離焦位置優化梯度

其中，和分別代表衍射計算算子和逆衍射計算算子，代表從待測面衍射計算到圖像采集面的復振幅，代表從圖像采集面逆衍射計算到待測面的復振幅，*代表取復共軛，k＝2π/λ是波數，Im()代表取虛部，Δz_k代表離焦位置梯度；

S4.3：采用下式更新離焦位置

z_k＝z_k+step_zΔz_k

S4.4：如果jN_z，令j＝j+1，并返回S4.2，否則結束迭代，得到最優的離焦位置z_k；

S5：采用下式計算波前優化的相位梯度和振幅梯度

這里Re()代表取虛部，Δa代表振幅梯度，代表相位梯度；

S6：更新待測波前的振幅和相位，使用梯度優化方法得到待測平板的復振幅分布；

S7：如果mod((i+1)/M)＝k，那么返回S4；

S8：如果iN，則令k＝mod((i+1)/n)，i＝i+1，并返回S5，否則結束迭代，獲得滿足所有離焦光斑約束的待測波前；

S9：對S8獲得的待測波前使用多項式擬合移除噪聲影響，得到真實的波前誤差分布。

2.根據權利要求1所述的基于交叉迭代自動對焦的波前檢測方法，其特征在于，為了便于靈活采樣，所述S4.2和S5中的衍射計算算子優先使用兩步菲涅爾衍射。

3.根據權利要求1所述的基于交叉迭代自動對焦的波前檢測方法，其特征在于，所述S6中的梯度優化方法選用梯度下降法，計算公式如下：

這里的a和分別代表振幅和相位。