本發明專利技術涉及一種基于微柱透鏡陣列的哈特曼波前傳感器。該傳感器包括光學匹配系統，第一微柱透鏡陣列，第二微柱透鏡陣列；還包括分光鏡，第一光電探測器和第二光電探測器；光學匹配系統用于將入射光波擴束，使入射光波的尺寸匹配微柱透鏡陣列的通光口徑；第一和第二微柱透鏡陣列將入射光波分割成多束子光波，并分別聚焦到位于其焦平面的光電探測器靶面上。將第一光電探測器采集的圖像與第二光電探測器采集的圖像進行正交融合疊加，形成連續的網格狀聚焦線斑。本發明專利技術在保證測量精度的前提下克服了傳統哈特曼波前傳感器的測量動態范圍小的缺點，可廣泛應用于大像差波前的探測。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種光學波前傳感器，特別是一種基于微柱透鏡陣列的大動態測量范圍的哈特曼波前傳感器，屬于光學檢測領域。
技術介紹
哈特曼波前傳感器是一種有效的光學動態波前檢測儀器。它廣泛應用人眼波前像差探測，高功率波前像差檢測和各種光束質量綜合檢測，尤其是在人眼波前像差探測領域中，對自適應光學檢眼鏡、個性化隱形眼鏡、個性化激光角膜手術都具有重要的指導意義。傳統的哈特曼波前傳感器通常選用微透鏡陣列實現波面分割。當入射光波為平行光時，所有子光束均聚焦在相應微透鏡的光軸上；當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的光軸，產生一定的位移，通過判定光斑質心與參考質心的位置關系，獲取入射光波波前正交方向上的斜率信息后，可重構待測入射光波波前分布情況。 傳統哈特曼波前傳感器的動態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的子區域，當入射光波存在大像差時，有些聚焦光斑會超出其對應子區域的范圍，進而無法進行正確的識別，對精確地重構波前像差造成了影響。在實際的光學檢測中，哈特曼波前傳感器應在保證高精度的測量前提下，盡可能地提高測量的動態范圍。目前，文獻“增大夏克哈特曼波前傳感器動態測量范圍的方法”，光學精密工程，2008，16 (7)，介紹了一種增大動態測量范圍的軟件處理方法一外推法，這種方法預先給定某個子孔徑對應的焦斑，便能以此為起點外推得到所有子孔徑對應的焦斑。文獻“增大夏克哈特曼波前傳感器動態范圍的算法研究”，光學學報，2011，31 (8)，提出了能夠有效增大傳感器動態范圍的數據處理方法光斑歸位法，這種方法使排列不規則的光斑回到各種原來的位置，重新排列成規則的光斑陣列，再找到其中某個光斑與微透鏡的對應關系。這些方法的優點在于不改變傳感器硬件的前提下有效地提高了動態測量范圍，但缺點在于復雜的算法影響了傳感器的運行速度，動態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范圍可調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，以達到調整傳感器測量動態范圍的目的。該專利的缺點是結構過于復雜，在提高傳感器測量動態范圍的同時降低了測量精度。又有文獻Measurement and compensationof 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制器以實現可移動掩膜功能，從而提高哈特曼傳感器的動態范圍，但是仍存在測量精度下降的缺陷。
技術實現思路
本專利技術目的是克服上述現有技術的缺點，提出一種結構簡單，適應性強，兼顧高精度與大動態測量范圍的基于微柱透鏡陣列的哈特曼波前傳感器。本專利技術提供的基于微柱透鏡陣列的大動態測量范圍的哈特曼波前傳感器，包括光學匹配系統(I)、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￠);光學匹配系統(I)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￠);所述的光學匹配系統(I)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，形成連續的網格狀聚焦線斑。通過追跡連續的 線斑來精確判定光斑質心與參考質心的位置關系，獲取入射光波波前正交方向上的斜率信息后，可重構待測入射光波波前分布情況。上述技術方案中，所述的光學匹配系統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波前孔徑分割。所述的第二微柱透鏡陣列和第一微柱透鏡陣列的通光口徑、子透鏡的大小、曲率半徑、厚度、材料和數量完全相同，但與第一微柱透鏡陣列放置位置相互垂直。所述的第二微柱透鏡陣列和第一微柱透鏡陣列通光孔徑內的子透鏡數量決定哈曼特波前傳感器的精度。所述的微柱透鏡陣列通光孔徑內的子透鏡數量行列數均大于10。所述的第一光電探測器和第二光電探測器采用CCD探測器、CMOS探測器，或者是四象限傳感器陣列。上述技術方案中，所述的分光鏡米用平面分光鏡，或者是分光棱鏡。本專利技術的優點本專利技術所公開的基于微柱透鏡陣列的哈特曼波前傳感器，采用了微柱透鏡陣列實現波前孔徑分割，以獲得連續的網格狀聚焦線斑。在測量大像差時，即使光斑質心偏移較大，超出了其對應子區域的范圍，可通過追跡連續的線斑來精確判定光斑質心與參考質心的位置關系，因此克服了傳統哈曼特波前傳感器動態范圍小，無法精確測量大像差光波的缺陷，在保證高精度的前提下顯著提高了測量的動態范圍。附圖說明圖I是本專利技術基于微透鏡陣列的哈曼特波前傳感器實施例的結構示意圖。圖2是本專利技術微柱透鏡陣列的子透鏡陣列4X1的結構示意圖。圖3是本專利技術微柱透鏡陣列對待測光波實現波前孔徑分割，并在光電探測器上獲得連續聚焦線斑陣列的工作示意圖。圖4是本專利技術電探測器接收到的連續聚焦線斑陣列的示意圖，其中(a)是第一光電探測器接收到的線斑陣列示意圖，(b)是第二光電探測器接收到的線斑陣列示意圖。圖5是本專利技術第一光電探測器采集的圖像與第二光電探測器采集的圖像進行正交融合疊加，形成連續的網格狀聚焦線斑示意圖。圖中，I—光學匹配系統,2—分光鏡,3—第一微柱透鏡陣列,4一第一光電探測器，5一第二微柱透鏡陣列,6—第二光電探測器。具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本專利技術做進一步的說明，但不應理解為對本專利技術保護范圍的任務限定。如圖I所示，本專利技術基于微柱透鏡陣列的哈特曼波前傳感器，包括光學匹配系統I及其后面的分光鏡2,分光鏡2的透射端放置著第一微柱透鏡陣列3,第一光電探測器4放 置在第一微柱透鏡陣列3的焦平面上；分光鏡2的反射端放置著第二微柱透鏡陣列5，第二光電探測器6放置在第二微柱透鏡陣列5的焦平面上。本實例中，光學匹配系統I采用放大倍數為3的望遠鏡系統，分光鏡2采用透反比為5:5的平面分光鏡；為了減小微柱透鏡陣列引入的外界像差，對入射光波造成額外波前畸變的影響，第一微柱透鏡陣列3和第二微柱透鏡陣列5的子透鏡均采用焦距為IOmm的消像差透鏡。所述的第一微柱透鏡陣列3和第二微柱透鏡陣列5實現波前孔徑分割；在對入射光波的波前像差進行綜合測量時，待測光波經過光學匹配系統2實現擴束，然后被分光鏡分為兩束，其中一束入射到第一微柱透鏡陣列3上并通過其成像本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于微柱透鏡陣列的哈特曼波前傳感器，包括光學匹配系統(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)；其特征在于光學匹配系統(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)；所述的光學匹配系統(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。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊曉蘋，史光遠，馬華，
申請(專利權)人：天津理工大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。