CN103557947B - 一种自动对准的双模式波前传感器及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动对准的双模式波前传感器及测量方法，包括扩束比小于1的大口径准直系统、半透明反射镜、微透镜阵列哈特曼波前传感器和微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器；所述半透明反射镜设置在准直系统的输出光信号的光路上，穿过半透明反射镜的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，被半透明反射镜反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光。本发明提供的自动对准的双模式波前传感器，结构简单、性能稳定、且价格低廉，基于传统哈特曼波前传感器的技术并能够提升传统哈特曼波前传感器的动态测量范围和测量精度。

Description

一种自动对准的双模式波前传感器及测量方法

技术领域

本发明涉及一种自动对准的双模式波前传感器及测量方法，属于光学检测技术。

背景技术

目前，市场上的波前传感器主要是夏克-哈特曼波前传感器，横向剪切干涉仪和曲率波前传感器。由于哈特曼波前传感器具有较宽的波长范围，高灵敏度，对振荡不敏感等优点，在人眼波前像差探测、高功率波前像差检测和各种光束质量综合检测等领域具有广泛应用。传统的哈特曼波前传感器由微透镜阵列和光电探测器组成。当一束平行光过来，微透镜阵列会对波前进行均匀分割，在光电传感器上产生光斑阵列，每个光斑都在相应子透镜的光轴上；若一束带有波前畸变的光过来，光斑会相对于标准平行光的光斑发生相对变化。光电传感器会感知这些变化，并且会根据这些变化，计算出畸变波前的波前斜率。

传统的哈特曼波前传感器的动态测量范围是由微透镜阵列的子透镜的天光孔径和焦距决定的，当畸变波前的畸变较大时，有些聚焦光斑会超出其对应的子区域范围，进而造成识别误差，对测量精度产生影响。所以传统的夏克-哈特曼波前传感器在分辨率和动态测量范围方面仍存在很大的问题，灵敏度与动态范围的对应关系缺乏灵活性。同时，现有的夏克哈特曼波前传感器的检测精度过度依赖于微透镜阵列的质量和数量，由于微透镜阵列生产成本很高，这就导致了哈特曼波前传感器的高成本。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构简单、性能稳定、价格低廉的自动对准的双模式波前传感器，基于传统哈特曼波前传感器的技术并提升其动态测量范围和测量精度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自动对准的双模式波前传感器，包括扩束比小于1的大口径准直系统、半透明反射镜和双模式哈特曼波前传感器，所述双模式哈特曼波前传感器包括微透镜阵列哈特曼波前传感器和微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器；所述半透明反射镜设置在准直系统的输出光信号的光路上，穿过半透明反射镜的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，被半透明反射镜反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光；同时采用了微透镜阵列哈特曼波前传感器和微柱状透镜阵列哈特曼双模式的波前传感器，能够提高检测精度。

所述的自动对准的双模式哈特曼波前传感器，采用基于微透镜阵列哈特曼波前传感器和微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器双模式结构，可提供数据对比，提高检测精度。

具体的，所述准直系统包括一级抛物面反射镜、二维旋转平台和二级抛物面反射镜，待测波前经一级抛物面反射镜反射至二级抛物面反射镜，从二级抛物面反射镜反射出的光作为准直系统的输出光信号；所述二级抛物面反射镜设置在二维旋转平台上，所述二维旋转平台调节二级抛物面反射镜在一个平面内做二维移动，所述平面垂直于准直系统的输出光信号的光轴，以便使得光电传感器最大限度的采集波前信息，即使得微透镜阵列哈特曼波前传感器和微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器能够最大限度地采集波前信息。

具体的，所述微透镜阵列哈特曼波前传感器包括依次设置的一级一维周期幅度光栅、一级挡板、微透镜阵列和一级光电传感器，所述一级光电传感器位于微透镜阵列的焦面上；所述微透镜阵列通光孔径内的子透镜沿行、列方向零间隙排布，所述一级挡板为设置有周期性透光条缝的挡板，所述透光条缝的方向与子透镜的列方向、一级一维周期幅度光栅的条缝方向一致，且一级挡板的透光条缝的宽度为一列子透镜的宽度，相邻两条透光条缝间的不透光条缝的宽度为N列子透镜的宽度，所述N为自然数，一级挡板可垂直于透光条缝方向移动，而一级一维周期幅度光栅、微透镜阵列和一级光电传感器之间的间距保持不变。

优选的，所述微透镜阵列通光孔径内的子透镜为行、列数目均大于20的方阵。

具体的，所述微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器包括依次设置的二级一维周期幅度光栅、二级挡板、微柱状透镜阵列和二级光电传感器，所述二级光电传感器位于微柱状透镜阵列的焦面上；所述微柱状透镜阵列通光孔径内的柱状透镜零间隙并排排布，所述二级挡板为设置有周期性透光条缝的挡板，所述透光条缝的方向与柱状透镜长度方向、二级一维周期幅度光栅的条缝方向一致，所述二级挡板的周期、材料和厚度等与一级挡板完全相同，二级挡板可垂直于透光条缝方向移动；所述微柱状透镜阵列与微透镜阵列的列数、列宽、表面曲率、材料、厚度和透光率均相同。

一种自动对准的双模式波前传感器的测量方法，包括如下步骤：

（1）准直系统的输出光信号射入半透明反射镜，穿过半透明反射镜的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，被半透明反射镜反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光；

（2）微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，波前经过一级一维周期幅度光栅，根据衍射方程d(sinθ_i+sinθ_t)=mλ，会产生多个衍射级别，其中d为光栅条缝宽度，θ_i为入射角，m为衍射级，且m=…,-2,-1,0,+1,+2,…；在一级挡板的作用下，一部分衍射波前被微透镜阵列形成聚焦光斑阵列，并被位于微透镜阵列焦面上的一级光电传感器采集，一级光电传感器记录下此时聚焦光斑阵列；

（3）移动一级挡板，移动距离为一列子透镜的宽度，重复步骤（2），直至得到微透镜阵列通光孔径内的所有子透镜下的聚焦光斑；

（4）顺时针旋转基于微透镜阵列哈特曼波前传感器90°，重复步骤（2）和步骤（3），获得正交方向的聚焦光斑阵列信息；

（5）微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，波前经过二级一维周期幅度光栅，根据衍射方程d(sinθ_i+sinθ_t)=mλ，会产生多个衍射级别，其中d为光栅条缝宽度，θ_i为入射角，m为衍射级，且m=…,-2,-1,0,+1,+2,…；在二级挡板的作用下，一部分衍射波前被微柱状透镜阵列形成聚焦线斑阵列，并被位于微柱状透镜阵列焦面上的二级光电传感器采集，二级光电传感器记录下此时聚焦光斑阵列；

（6）移动二级挡板，移动距离为一列柱状透镜的宽度，重复步骤（5），直至得到微柱状透镜阵列通光孔径内的所有柱状透镜下的聚焦线斑；

（7）顺时针旋转微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器90°，重复步骤（5）和步骤（6），获得正交方向的聚焦线斑阵列信息。

优选的，所述步骤（2）和步骤（5）同时进行，所述一级挡板和二级挡板均为单方向移动，且所述一级挡板和二级挡板的移动同时、同量进行。

本发明在工作时，待测波前经过扩束比小于1的大口径准直器系统，被半透明反射镜分离成两部分：穿过半透明反射镜的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，经过一级一维周期幅度光栅，在一级挡板的作用下，一部分衍射波前被微透镜阵列形成聚焦光斑阵列，并被位于微透镜阵列焦面上的一级光电传感器采集；被半透明反射镜反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，经过二级一维周期幅度光栅，在二级挡板的作用下，一部分衍射波前被微柱状透镜阵列形成聚焦线斑阵列，被位于微柱状透镜阵列焦面上的二级光电传感器采集。移动一级挡板/二级挡板，重复上述步骤，直至一级光电传感器/二级光电传感器记录下经过微透镜阵列/微柱状透镜阵列中所有子透镜/柱状透镜的衍射波前。

整体转动微透镜阵列哈特曼波前传感器和微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器90°，重复上述步骤，可获得正交方向的斜率信息。

有益效果：本发明提供的自动对准的双模式波前传感器，结构简单、性能稳定、且价格低廉，基于传统哈特曼波前传感器的技术并能够提升传统哈特曼波前传感器的动态测量范围和测量精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为微透镜阵列哈特曼波前传感器的结构示意图；

图3(a)为微透镜阵列的结构示意图，图3(b)为3(a)在m衍射级下，一级光电传感器探测到的0级、+1级和-1级聚焦光斑阵列；

图4(a)为微柱状透镜阵列的结构示意图，图4(b)为4(a)在理想波前情况下，二级光电传感器探测到的0级、+1级和-1级聚焦线斑阵列。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、图2所示为一种自动对准的双模式波前传感器，包括扩束比小于1的大口径准直系统、半透明反射镜4和双模式哈特曼波前传感器，所述双模式哈特曼波前传感器包括微透镜阵列哈特曼波前传感器和微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器；所述半透明反射镜4设置在准直系统的输出光信号的光路上，穿过半透明反射镜4的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，被半透明反射镜4反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光；同时采用了微透镜阵列哈特曼波前传感器和微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器，能够提高检测精度。

所述准直系统包括一级抛物面反射镜1、二维旋转平台2和二级抛物面反射镜3，待测波前经一级抛物面反射镜1反射至二级抛物面反射镜3，从二级抛物面反射镜3反射出的光作为准直系统的输出光信号；所述二级抛物面反射镜3设置在二维旋转平台2上，所述二维旋转平台2调节二级抛物面反射镜3在一个平面内做二维移动，所述平面垂直于准直系统的输出光信号的光轴，以是的光电传感器最大限度地采集波前信息。

所述微透镜阵列哈特曼波前传感器包括依次设置的一级一维周期幅度光栅5、一级挡板6、微透镜阵列7和一级光电传感器8，所述一级光电传感器8位于微透镜阵列7的焦面上；所述微透镜阵列7通光孔径内的子透镜沿行、列方向零间隙排布，所述一级挡板6为设置有周期性透光条缝的挡板，所述透光条缝的方向与子透镜的列方向、一级一维周期幅度光栅5的条缝方向一致，且一级挡板6的透光条缝的宽度为一列子透镜的宽度，相邻两条透光条缝间的不透光条缝的宽度为N列子透镜的宽度，所述N为自然数，一级挡板6可垂直于透光条缝方向移动，而一级一维周期幅度光栅5、微透镜阵列7和一级光电传感器8之间的间距保持不变；所述微透镜阵列7通光孔径内的子透镜的行、列数目均大于20的方阵。

所述微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器包括依次设置的二级一维周期幅度光栅9、二级挡板10、微柱状透镜阵列11和二级光电传感器12，所述二级光电传感器12位于微柱状透镜阵列11的焦面上；所述微柱状透镜阵列11通光孔径内的柱状透镜零间隙并排排布，所述二级挡板10为设置有周期性透光条缝的挡板，所述透光条缝的方向与柱状透镜长度方向、二级一维周期幅度光栅9的条缝方向一致，且二级挡板10的透光条缝和二级一维周期幅度光栅9的条缝的宽度、周期均相同，所述二级挡板10的周期、材料和厚度等与一级挡板6完全相同，二级挡板10可垂直于透光条缝方向移动；所述微柱状透镜阵列11与微透镜阵列7的列数、列宽、表面曲率、材料、厚度和透光率均相同。所述一级光电传感器8和二级光电传感器12均通过数据线13接入计算机14。

在工作时，待测波前经过扩束比小于1的大口径准直器系统，被半透明反射镜4分离成两部分：穿过半透明反射镜4的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，经过一级一维周期幅度光栅5，在一级挡板6的作用下，一部分衍射波前被微透镜阵列7形成聚焦光斑阵列，并被位于微透镜阵列7焦面上的一级光电传感器8采集；被半透明反射镜4反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，经过二级一维周期幅度光栅9，在二级挡板10的作用下，一部分衍射波前被微柱状透镜阵列11形成聚焦线斑阵列，被位于微柱状透镜阵列11焦面上的二级光电传感器12采集。移动一级挡板6/二级挡板10，重复上述步骤，直至一级光电传感器8/二级光电传感器12记录下经过微透镜阵列7/微柱状透镜阵列11中所有子透镜/柱状透镜的衍射波前。

整体转动微透镜阵列哈特曼波前传感器和微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器90°，重复上述步骤，可获得正交方向的斜率信息。具体工作过程如下：

（1）准直系统的输出光信号射入半透明反射镜4，穿过半透明反射镜4的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，被半透明反射镜4反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光；

（2）微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，波前经过一级一维周期幅度光栅5，根据衍射方程d(sinθ_i+sinθ_t)=mλ，会产生多个衍射级别，其中d为光栅条缝宽度，θ_i为入射角，m为衍射级，且m=…,-2,-1,0,+1,+2,…；在一级挡板6的作用下，一部分衍射波前被微透镜阵列7形成聚焦光斑阵列，并被位于微透镜阵列7焦面上的一级光电传感器8采集，一级光电传感器8记录下此时聚焦光斑阵列；

（3）移动一级挡板6，移动距离为一列子透镜的宽度，重复步骤（2），直至得到微透镜阵列7通光孔径内的所有子透镜下的聚焦光斑；

（4）顺时针旋转基于微透镜阵列哈特曼波前传感器90°，重复步骤（2）和步骤（3），获得正交方向的聚焦光斑阵列信息；

（5）微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，波前经过二级一维周期幅度光栅9，根据衍射方程d(sinθ_i+sinθ_t)=mλ，会产生多个衍射级别，其中d为光栅条缝宽度，θ_i为入射角，m为衍射级，且m=…,-2,-1,0,+1,+2,…；在二级挡板10的作用下，一部分衍射波前被微柱状透镜阵列11形成聚焦线斑阵列，并被位于微柱状透镜阵列11焦面上的二级光电传感器12采集，二级光电传感器12记录下此时聚焦光斑阵列；

（6）移动二级挡板10，移动距离为一列柱状透镜的宽度，重复步骤（5），直至得到微柱状透镜阵列11通光孔径内的所有柱状透镜下的聚焦线斑；

（7）顺时针旋转微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器90°，重复步骤（5）和步骤（6），获得正交方向的聚焦线斑阵列信息。

其中，步骤（2）和步骤（5）同时进行，所述一级挡板6和二级挡板10均为单方向移动，且所述一级挡板6和二级挡板10的移动同时、同量进行。

下面就本案在实际进行小畸变波前检测和大畸变波前检测中的具体应用加以说明。

小畸变波前检测

待测波前经过扩束比小于1的大口径准直器系统，被半透明反射镜4分离成两部分，一部分穿过半透明反射镜4，另一部分被半透明反射镜4反射。

其中，穿过半透明反射镜4的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光；波前经过一级一维周期幅度光栅5，根据衍射方程d(sinθ_i+sinθ_t)=mλ，会产生多个衍射级别，其中d为光栅条缝宽度，θ_i为入射角，m为衍射级，且m=…,-2,-1,0,+1,+2,…；在一级挡板6的作用下，一部分衍射波前被微透镜阵列7形成聚焦光斑阵列，并被位于微透镜阵列7焦面上的一级光电传感器8采集，一级光电传感器8记录下此时聚焦光斑阵列。

移动一级挡板6，距离为一列子透镜的宽度，重复上述步骤，直至得到微透镜阵列7通光孔径内的所有子透镜下的聚焦光斑。

沿各自光轴方向，顺时针旋转基于微透镜阵列哈特曼波前传感器和基于微柱状透镜的哈特曼波前传感器90°重复上述挡板移动步骤，根据从图像文件中载入的对于某个球面曲率半径的球面波的夏克-哈特曼波前传感器的CCD上形成的图像及其对应的位置关系数据，通过如下公式计算对于某个曲率半径球面波在CCD上第i个子孔径内图像光斑的质心（x_i,y_i）：

$x_i=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{mn}}{I}_{\mathrm{mn}}}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{mn}}},y_i=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{mn}}{I}_{\mathrm{mn}}}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{mn}}}$

其中：x_mn、y_mn分别为第(m,n)个像素的x坐标和y坐标，I_mn为光电探测装置光敏靶面上第(m,n)个像素接收到的信号并通过阈值处理后的数值。这样，就可以得知图像光斑质心（x_i,y_i）与标准质心（x₀,y₀）的偏移量，然后通过传统的哈特曼波前传感器的计算方法，可得到波前斜率信息。

其中，被半透明反射镜4反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，其过程同透射部分。需要强调的是一级挡板6和二级挡板10的单方向调整是同时、同量进行的，全部扫描完之后，沿各自的光轴方向，顺时针旋转基于微透镜阵列哈特曼波前传感器和基于微柱状透镜的哈特曼波前传感器90°重复挡板移动那个步骤再次测量一遍。对于微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器，据从图像文件中载入相关数据，分析旋转90°前后两次得到的图像数据，进行正交融合叠加，可得到线斑交点的质心与标准参考交点质心在X和Y方向上的偏移量，在通过下列公式计算光波波前斜率信息，便可得到待测波前的波前分布：

$U_x=\frac{\mathrm{\Δ}{X}_i}{f},U_y=\frac{\mathrm{\Δ}{Y}_i}{f}$

其中，U_x、U_y为待测波前分别在x、y方向的分量，△X_i为在X方向的偏移量，△Y_i为在Y方向上的偏移量，f为柱状透镜的焦距。

大畸变波前检测

待测波前经过扩束比小于1的大口径准直器系统，被半透明反射镜4分离成两部分，一部分穿过半透明反射镜4，另一部分被半透明反射镜4反射。

其中，穿过半透明反射镜4的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光；波前经过一级一维周期幅度光栅5，根据衍射方程d(sinθ_i+sinθ_t)=mλ，会产生过个衍射级别，其中d为光栅条缝宽度θ_i为入射角，m为衍射级，且m=…,-2,-1,0,+1,+2,…；在一级挡板6的作用下，一部分衍射波前被微透镜阵列7形成聚焦光斑阵列，并被位于微透镜阵列7焦面上的一级光电传感器8采集，一级光电传感器8记录下此时聚焦光斑阵列。

移动一级挡板6，距离为一列子透镜的宽度，重复上述步骤，直至得到微透镜阵列7通光孔径内的所有子透镜下的聚焦光斑。

沿各自光轴方向，顺时针旋转基于微透镜阵列哈特曼波前传感器和基于微柱状透镜的哈特曼波前传感器90°重复上述挡板移动步骤，根据从图像文件中载入的对于某个球面曲率半径的球面波的夏克-哈特曼波前传感器的CCD上形成的图像及其对应的位置关系数据，通过如下公式计算对于某个曲率半径球面波在CCD上第i个子孔径内图像光斑的质心（x_i,y_i）：

$x_i=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{mn}}{I}_{\mathrm{mn}}}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{mn}}},y_i=\frac{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{\mathrm{mn}}{I}_{\mathrm{mn}}}{\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{mn}}}$

其中：x_mn、y_mn分别为第(m,n)个像素的x坐标和y坐标，I_mn为光电探测装置光敏靶面上第(m,n)个像素接收到的信号并通过阈值处理后的数值。这样，就可以得知图像光斑质心（x_i,y_i）与标准质心（x₀,y₀）的偏移量，然后通过传统的哈特曼波前传感器的计算方法，可得到波前斜率信息。

其中，被半透明反射镜4反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，其过程同透射部分。需要强调的是一级挡板6和二级挡板10的单方向调整是同时、同量进行的，全部扫描完之后，沿各自的光轴方向，顺时针旋转基于微透镜阵列哈特曼波前传感器和基于微柱状透镜的哈特曼波前传感器90°重复挡板移动那个步骤再次测量一遍。对于微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器，据从图像文件中载入相关数据，分析旋转90°前后两次得到的图像数据，进行正交融合叠加，可得到线斑交点的质心与标准参考交点质心在X和Y方向上的偏移量，在通过下列公式计算光波波前斜率信息，便可得到待测波前的波前分布：

$U_x=\frac{\mathrm{\Δ}{X}_i}{f},U_y=\frac{\mathrm{\Δ}{Y}_i}{f}$

其中，U_x、U_y为待测波前分别在x、y方向的分量，△X_i为在X方向的偏移量，△Y_i为在Y方向上的偏移量，f为柱状透镜的焦距。

在确定光斑归属问题上，即当畸变波前的畸变较大时，有些聚焦光斑会超出其对应的子区域范围，确定聚焦光斑归属的问题，我们可以对比基于微透镜阵列哈特曼波前传感器和基于微柱状透镜的哈特曼波前传感器两种模式获得的数据，确定任意光斑的所属区域，减少识别误差。

图3(a)为微透镜阵列的结构示意图，图3(b)为3(a)在m衍射级下，一级光电传感器探测到的0级、+1级和-1级聚焦光斑阵列；由于一级挡板的作用，一级光电传感器每次只会探测到间隔两列子透镜的聚焦光斑阵列；移动一级挡板，会测得其他子透镜的聚焦光斑阵列；在测量大畸变波前时，可确定超出其相应区域的聚焦光斑的实际归属区域。

图4(a)为微柱状透镜阵列的结构示意图，图4(b)为4(a)在理想波前情况下，二级光电传感器探测到的0级、+1级和-1级聚焦线斑阵列；由于二级挡板的作用，光电传感器每次只会探测到间隔两个柱状透镜的聚焦线斑阵列；移动二级挡板，会测得其他柱状透镜的聚焦线斑。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种自动对准的双模式波前传感器的测量方法，其特征在于：所述自动对准的双模式波前传感器包括扩束比小于1的准直系统、半透明反射镜(4)和双模式哈特曼波前传感器，所述双模式哈特曼波前传感器包括微透镜阵列哈特曼波前传感器和微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器；所述半透明反射镜(4)设置在准直系统的输出光信号的光路上，穿过半透明反射镜(4)的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，被半透明反射镜(4)反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光；

所述准直系统包括一级抛物面反射镜(1)、二维旋转平台(2)和二级抛物面反射镜(3)，待测波前经一级抛物面反射镜(1)反射至二级抛物面反射镜(3)，从二级抛物面反射镜(3)反射出的光作为准直系统的输出光信号；所述二级抛物面反射镜(3)设置在二维旋转平台(2)上，所述二维旋转平台(2)调节二级抛物面反射镜(3)在一个平面内做二维移动，所述平面垂直于准直系统的输出光信号的光轴；

所述微透镜阵列哈特曼波前传感器包括依次设置的一级一维周期幅度光栅(5)、一级挡板(6)、微透镜阵列(7)和一级光电传感器(8)，所述一级光电传感器(8)位于微透镜阵列(7)的焦面上；所述微透镜阵列(7)通光孔径内的子透镜沿行、列方向零间隙排布，所述一级挡板(6)为设置有周期性透光条缝的挡板，所述透光条缝的方向与子透镜的列方向、一级一维周期幅度光栅(5)的条缝方向一致，且一级挡板(6)的透光条缝的宽度为一列子透镜的宽度，相邻两条透光条缝间的不透光条缝的宽度为N列子透镜的宽度，所述N为自然数，一级挡板(6)可垂直于透光条缝方向移动；

所述微透镜阵列(7)通光孔径内的子透镜为行、列数目均大于20的方阵；

所述微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器包括依次设置的二级一维周期幅度光栅(9)、二级挡板(10)、微柱状透镜阵列(11)和二级光电传感器(12)，所述二级光电传感器(12)位于微柱状透镜阵列(11)的焦面上；所述微柱状透镜阵列(11)通光孔径内的柱状透镜零间隙并排排布，所述二级挡板(10)为设置有周期性透光条缝的挡板，所述透光条缝的方向与柱状透镜长度方向、二级一维周期幅度光栅(9)的条缝方向一致，所述二级挡板(10)的周期、材料和厚度与一级挡板(6)完全相同，二级挡板(10)可垂直于透光条缝方向移动；所述微柱状透镜阵列(11)与微透镜阵列(7)的列数、列宽、表面曲率、材料、厚度和透光率均相同；

该测量方法包括如下步骤：

(1)准直系统的输出光信号射入半透明反射镜(4)，穿过半透明反射镜(4)的光作为微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，被半透明反射镜(4)反射的光作为微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光；

(2)微透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，波前经过一级一维周期幅度光栅(5)，根据衍射方程d(sinθ_i+sinθ_t)＝mλ，会产生多个衍射级别，其中d为光栅条缝宽度，θ_i为入射角，m为衍射级，且m＝…,-2,-1,0,+1,+2,…；在一级挡板(6)的作用下，一部分衍射波前被微透镜阵列(7)形成聚焦光斑阵列，并被位于微透镜阵列(7)焦面上的一级光电传感器(8)采集，一级光电传感器(8)记录下此时聚焦光斑阵列；

(3)移动一级挡板(6)，移动距离为一列子透镜的宽度，重复步骤(2)，直至得到微透镜阵列(7)通光孔径内的所有子透镜下的聚焦光斑；

(4)顺时针旋转微透镜阵列哈特曼波前传感器90°，重复步骤(2)和步骤(3)，获得正交方向的聚焦光斑阵列信息；

(5)微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器的入射光，波前经过二级一维周期幅度光栅(9)，根据衍射方程d(sinθ_i+sinθ_t)＝mλ，会产生多个衍射级别，其中d为光栅条缝宽度，θ_i为入射角，m为衍射级，且m＝…,-2,-1,0,+1,+2,…；在二级挡板(10)的作用下，一部分衍射波前被微柱状透镜阵列(11)形成聚焦线斑阵列，并被位于微柱状透镜阵列(11)焦面上的二级光电传感器(12)采集，二级光电传感器(12)记录下此时聚焦线斑阵列；

(6)移动二级挡板(10)，移动距离为一列柱状透镜的宽度，重复步骤(5)，直至得到微柱状透镜阵列(11)通光孔径内的所有柱状透镜下的聚焦线斑；

(7)顺时针旋转微柱状透镜阵列哈特曼波前传感器90°，重复步骤(5)和步骤(6)，获得正交方向的聚焦线斑阵列信息。

2.根据权利要求1所述的自动对准的双模式波前传感器的测量方法，其特征在于：所述步骤(2)和步骤(5)同时进行，所述一级挡板(6)和二级挡板(10)均为单方向移动，且所述一级挡板(6)和二级挡板(10)的移动同时、同量进行。