CN108692820B - 一种波前测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种波前测量装置及方法，其中，该装置包括：透镜、微透镜阵列和光电探测器；透镜，用于接收被测光波，对所述被测光波进行聚焦处理，并将聚焦处理后的被测光波传输至所述微透镜阵列；微透镜阵列，用于接收聚焦处理后的所述被测光波，对所述被测光波进行成像处理，得到光斑信号，并将所述光斑信号传输至所述光电探测器；所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离由空间分辨率函数和质心测量误差函数确定；光电探测器，用于接收所述光斑信号，对所述光斑信号进行光电转换处理，得到所述被测光波的特征参数。本申请基于确定的微透镜阵列与透镜的焦点的距离能够满足微透镜阵列入射光具有较大的直径，从而提高测量精度。

Description

一种波前测量装置及方法

技术领域

本申请涉及光学探测技术领域，具体而言，涉及一种波前测量装置及方法。

背景技术

目前，气动光学效应降低了成像探测系统的性能，导致遥感、探测、导航和制导功能的退化。在研究如何克服气动光学效应对成像探测系统的影响时，首先要考虑的是模拟出该气动光学效应，以能够为后续的影响消除提供充分的理论基础。

现有技术中的哈特曼波前传感器是模拟气动光学效应而常用的一种波前测试仪器，该波前传感器以波前斜率测量为基础，主要包括微透镜阵列12和光电探测器13两部分。如图1所示，通过微透镜阵列12可以将被测波划分为若干个采样单元，这些采样单元分别由高质量透镜汇聚在分离的焦点上，然后用光电探测器13接收。每个子孔径范围内的波前倾斜将造成其光斑的在x和y方向上的位移，光斑的质心在x和y方向上的偏离程度反映了对应采样单元波面在两个方向上的波前斜率，由各子孔径的平均斜率便可以恢复出入射的被测波前。

考虑到上述哈特曼波前传感器采用平行光入射，这样，微透镜阵列12大小需要与入射光的直径相匹配。入射光的直径越大，空间分辨率越高，对光斑的质心探测精度越高，可见，入射光的直径越大越好。但是，在实际应用中，无法靠采用无限制地提高微透镜阵列12的阵列数来匹配更大直径的入射光，以提高哈特曼波前传感器的探测精度。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种波前测量装置及方法，以提高对被测光波的探测精度。

第一方面，本申请实施例提供了一种波前测量装置，包括透镜、微透镜阵列和光电探测器；

所述透镜，用于接收被测光波，对所述被测光波进行聚焦处理，并将聚焦处理后的被测光波传输至所述微透镜阵列；

所述微透镜阵列，用于接收聚焦处理后的所述被测光波，对所述被测光波进行成像处理，得到光斑信号，并将所述光斑信号传输至所述光电探测器；所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离由空间分辨率函数和质心测量误差函数确定；

所述光电探测器，用于接收所述光斑信号，对所述光斑信号进行光电转换处理，得到所述被测光波的特征参数。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括处理器；

所述处理器，用于在所述空间分辨率函数和所述质心测量误差函数对应的均方根值达到最小值时，确定所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述处理器包括分辨率函数建立单元、误差函数建立单元、目标函数确定单元和距离确定单元；

所述分辨率函数建立单元，用于基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、以及所述透镜的参数，建立空间分辨率函数；

所述误差函数建立单元，用于基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、所述透镜的参数以及所述微透镜阵列的子孔径，建立第一子质心测量误差函数，以及基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、所述透镜的参数、所述微透镜阵列的子孔径以及所述光电探测器的噪声强度，建立第二子质心测量误差函数；将所述第一子质心测量误差函数和所述第二子质心测量误差函数进行求和运算，得到质心测量误差函数；

所述目标函数确定单元，用于将建立的所述空间分辨率函数和所述质心测量误差函数进行均方根运算，得到目标函数；

所述距离确定单元，用于基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离对所述目标函数进行求导运算，确定在所述目标函数达到最小值时，所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述分辨率函数建立单元通过如下公式建立空间分辨率函数：

其中，所述γ表示空间分辨率函数，所述L表示所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，所述λ表示所述被测光波的波长，所述D₁表示所述透镜的通光孔径，所述f₁'表示所述透镜的焦距。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，误差函数建立单元通过如下公式确定质心测量误差函数：

σ＝σ₁+σ₂；

其中，所述σ表示质心测量误差函数，所述σ₁表示所述第一子质心测量误差函数，所述σ₂表示所述第二子质心测量误差函数。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，第一子质心测量误差函数通过如下公式建立：

其中，所述σ₁表示所述第一子质心测量误差函数，所述η表示正常数，所述L表示所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，所述λ表示所述被测光波的波长，所述D₁表示所述透镜的通光孔径，所述f₁'表示所述透镜的焦距，所述h表示普朗克常数，所述v表示所述被测光波的频率，所述d表示所述微透镜阵列的子孔径。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述第二子质心测量误差函数通过如下公式建立：

其中，所述σ₂表示所述第二子质心测量误差函数，所述L表示所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，所述λ表示所述被测光波的波长，所述D₁表示所述透镜的通光孔径，所述f₁'表示所述透镜的焦距，所述h表示普朗克常数，所述v表示所述被测光波的频率，所述d表示所述微透镜阵列的子孔径，所述ω表示位置误差系数，所述V_N表示所述光电探测器的噪声强度。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述目标函数确定单元通过如下公式确定目标函数：

其中，所述Q表示所述目标函数，所述γ表示空间分辨率函数，所述σ表示质心测量误差函数。

第二方面，本申请实施例还提供了一种波前测量装置的使用方法，其中，所述使用方法包括：

通过透镜接收被测光波，对所述被测光波进行聚焦处理，并将聚焦处理后的被测光波传输至微透镜阵列；

通过所述微透镜阵列接收聚焦处理后的所述被测光波，对所述被测光波进行成像处理，得到光斑信号，并将所述光斑信号传输至光电探测器；所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离由空间分辨率函数和质心测量误差函数确定；

通过所述光电探测器接收所述光斑信号，对所述光斑信号进行光电转换处理，得到所述被测光波的特征参数。

结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，通过如下步骤确定所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，包括：

基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、以及所述透镜的参数，建立空间分辨率函数；

基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、所述透镜的参数以及所述微透镜阵列的子孔径，建立第一子质心测量误差函数，以及基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、所述透镜的参数、所述微透镜阵列的子孔径以及所述光电探测器的噪声强度，建立第二子质心测量误差函数；将所述第一子质心测量误差函数和所述第二子质心测量误差函数进行求和，得到质心测量误差函数；

将建立的所述空间分辨率函数和所述质心测量误差函数进行均方根运算，得到目标函数；

基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离对所述目标函数进行求导运算，确定在所述目标函数达到最小值时，所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离。

本申请实施例提供的波前测量装置，包括透镜、微透镜阵列和光电探测器，与现有技术中无法靠采用无限制地提高微透镜阵列的阵列数来匹配更大直径的入射光，以提高哈特曼波前传感器的探测精度相比，其通过透镜，对接收的被测光波进行聚焦处理，并根据微透镜阵列对聚焦处理后的被测光波进行成像处理，得到光斑信号，光电探测器则对光斑信号进行光电转换处理，得到被测光波的特征参数；其中，微透镜阵列与透镜的焦点的距离由空间分辨率函数和质心测量误差函数确定。通过本申请实施例提供的波前测量装置及方法，能够根据空间分辨率函数和质心测量误差函数来确定微透镜阵列与透镜的焦点的距离，基于确定的距离能够满足微透镜阵列入射光具有较大的直径，从而提高测量精度。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了现有技术中哈特曼夏克传感器的结构示意图；

图2示出了本申请实施例所提供的波前测量装置的结构示意图；

图3示出了本申请实施例所提供的波前测量装置中处理器的模块组成示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的波前测量装置中空间分辨率函数与距离(即微透镜阵列与透镜的焦点的距离)的关系曲线图；

图5示出了本申请实施例所提供的波前测量装置中质心测量误差函数与距离(即微透镜阵列与透镜的焦点的距离)的关系曲线图；

图6示出了本申请实施例所提供的波前测量装置中目标函数与距离(即微透镜阵列与透镜的焦点的距离)的关系曲线图；

图7示出了本申请实施例所提供的一种波前测量方法的流程图；

图8示出了本申请实施例所提供的确定微透镜阵列与透镜的焦点的距离的流程图。

主要元件符号说明：

11、透镜；12、微透镜阵列；13、光电探测器；14、处理器；141、分辨率函数建立单元；142、误差函数建立单元；143、目标函数确定单元；144、距离确定单元。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

考虑到现有技术中无法靠采用无限制地提高微透镜阵列的阵列数来匹配更大直径的入射光，以提高哈特曼波前传感器的探测精度，基于此，本申请实施例提供了一种波前测量装置，详见下述实施例。

如图2所示，本申请实施例提供了一种波前测量装置，该装置具体包括：透镜11、微透镜阵列12和光电探测器13；

透镜11，用于接收被测光波，对被测光波进行聚焦处理，并将聚焦处理后的被测光波传输至微透镜阵列12；

微透镜阵列12，用于接收聚焦处理后的被测光波，对被测光波进行成像处理，得到光斑信号，并将光斑信号传输至光电探测器13；微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离由空间分辨率函数和质心测量误差函数确定；

光电探测器13，用于接收光斑信号，对光斑信号进行光电转换处理，得到被测光波的特征参数。

本申请实施例提供的波前测量装置，包括透镜11、微透镜阵列12和光电探测器13，与现有技术中无法靠采用无限制地提高微透镜阵列12的阵列数来匹配更大直径的入射光，以提高哈特曼波前传感器的探测精度相比，其通过透镜11，对接收的被测光波进行聚焦处理，并根据微透镜阵列12对聚焦处理后的被测光波进行成像处理，得到光斑信号，光电探测器13则对光斑信号进行光电转换处理，得到被测光波的特征参数；其中，微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离由空间分辨率函数和质心测量误差函数确定。通过本申请提供的波前测量装置，能够根据空间分辨率函数和质心测量误差函数来确定微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离，基于确定的距离能够满足微透镜阵列12入射光具有较大的直径，从而提高测量精度。

值得说明的是，上述特征参数可以是光斑的质心在x和y方向上的偏离信息，根据该偏离信息即可以恢复出入射的被测波前。

具体的，本申请实施例中的透镜11可以是凸透镜，且可以根据不同的应用需求设置不同大小的透镜。因此，在入射的被测光波经过该凸透镜聚焦后，其出射光波的直径将会大于入射光波的直径，这样，传输到微透镜阵列12的有效光束直径变大，从而使得微透镜阵列12接收到的有效面积增大，进一步提升了空间分辨率。然而，考虑到微透镜阵列12对被测光波进行成像处理时，当其接收到的有效面积增大时，光电探测器13对光斑的质心测量误差越大。因此，为了兼顾空间分辨率和质心测量误差，本申请实施例可以通过微透镜阵列12与透镜11的焦点之间的距离的确定，决定微透镜阵列12接收有效面积的大小，从而确保上述波前测量装置具有较高的空间分辨率的同时，还具有较小的质心测量误差，进一步提高波前探测精度。

其中，本申请实施例中，微透镜阵列12可以由多个微透镜构成，且微透镜的个数可以是随着微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离的变化而变化的。可见，微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离的确定是本申请实施例提供的波前测量装置的核心环节。基于此，本申请实施例还提供了一种处理器14以基于空间分辨率函数和质心测量误差函数之间的运算关系，确定微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离。

值得说明的是，本申请实施例中微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离的确定，可以根据空间分辨率函数和质心测量误差函数对应的均方根这一运算关系来确定，还可以根据空间分辨率函数和质心测量误差函数之间的其他运算关系来确定，其中，该运算关系的确定可以是求和，还可以是平方和，还可以是其他运算，本申请实施例对此不做具体的限制。接下来以在根据空间分辨率函数和质心测量误差函数对应的均方根值达到最小值时，来确定微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离进行示例。

如图3所示，本申请实施例中的处理器14具体包括：分辨率函数建立单元141、误差函数建立单元142、目标函数确定单元143和距离确定单元144；其中：

分辨率函数建立单元141，用于基于微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离、被测光波的波长、以及透镜11的参数，建立空间分辨率函数；

误差函数建立单元142，用于基于微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离、被测光波的波长、透镜11的参数以及微透镜阵列12的子孔径，建立第一子质心测量误差函数，以及基于微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离、被测光波的波长、透镜11的参数、微透镜阵列12的子孔径以及光电探测器13的噪声强度，建立第二子质心测量误差函数；将第一子质心测量误差函数和第二子质心测量误差函数进行求和运算，得到质心测量误差函数；

目标函数确定单元143，用于将建立的空间分辨率函数和质心测量误差函数进行均方根运算，得到目标函数；

距离确定单元144，用于基于微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离对目标函数进行求导运算，确定在目标函数达到最小值时，微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离。

具体的，本申请实施例提供的波前测量装置通过分辨率函数建立单元141和误差函数建立单元142分别确定空间分辨率函数和质心测量误差函数，目标函数确定单元143则基于上述空间分辨率函数和质心测量误差函数的均方根运算确定对应的目标函数，距离确定单元144在目标函数达到最小值时，将确定微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离。

其中，本申请实施例可以基于微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离、被测光波的波长、以及透镜11的参数来建立空间分辨率函数，建立的空间分辨率函数如下式所示：

其中，γ表示空间分辨率函数，L表示微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离，λ表示被测光波的波长，D₁表示透镜11的通光孔径，f₁'表示透镜11的焦距。

为了便于进一步理解上述式(1)，接下来详细阐述上述式(1)的推导过程。

考虑到本申请实施例提供的波前测量装置中的空间分辨率主要受限于微透镜阵列12的直径，这样，空间分辨率函数可以由下式确定：

其中，γ表示空间分辨率函数，λ表示被测光波的波长，D₂表示微透镜阵列12的直径。

由几何光学成像理论可知：

其中，D₂表示微透镜阵列12的直径，L表示微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离，D₁表示透镜11的通光孔径，f₁'表示透镜11的焦距。

将式(3)代入至式(2)中，即可得到式(1)。根据式(1)可知，空间分辨率函数将随着微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离的增加而增大，γ与L的对应关系如图4所示的曲线图。

另外，本申请实施例中基于所述微透镜阵列12与所述透镜11的焦点的距离、所述被测光波的波长、所述透镜11的参数以及所述微透镜阵列12的子孔径建立的第一子质心测量误差函数，以及基于所述微透镜阵列12与所述透镜11的焦点的距离、所述被测光波的波长、所述透镜11的参数、所述微透镜阵列12的子孔径以及所述光电探测器13的噪声强度的第二子质心测量误差函数来建立质心测量误差函数，建立的质心测量误差函数如下式所示：

σ＝σ₁+σ₂ (4)

其中，σ表示质心测量误差函数，σ₁表示第一子质心测量误差函数，σ₂表示第二子质心测量误差函数。

考虑到本申请实施例提供的波前测量装置中的质心测量误差函数主要受限于被测光波的光子噪声、光电探测器13的读出噪声以及杂散光噪声，且在光电探测器13不存在杂散光噪声和读出噪声时，被测光波的光子噪声则成为影响质心测量误差的主要噪声源，在被测光波的光子噪声相对读出噪声和杂散光噪声很小时，读出噪声和杂散光噪声将成为质心测量误差的主要噪声源。通常情况下，上述噪声是混合存在的。因此，本申请实施例中的质心测量误差函数可以由上述被测光波的光子噪声所引起的第一子质心测量误差函数σ₁，以及上述读出噪声和杂散光噪声所引起的第二子质心测量误差函数σ₂共同确定。

其中，上述第一子质心测量误差函数通过如下公式建立：

其中，σ₁表示第一子质心测量误差函数，η表示正常数，L表示微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离，λ表示被测光波的波长，D₁表示透镜11的通光孔径，f₁'表示透镜11的焦距，h表示普朗克常数，v表示被测光波的频率，d表示微透镜阵列12的子孔径(即单个微透镜的直径)。

另外，上述第二子质心测量误差函数通过如下公式建立：

其中，σ₂表示第二子质心测量误差函数，L表示微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离，λ表示被测光波的波长，D₁表示透镜11的通光孔径，f₁'表示透镜11的焦距，h表示普朗克常数，v表示被测光波的频率，d表示微透镜阵列12的子孔径，ω表示位置误差系数，V_N表示光电探测器13的噪声强度。

接下来分别阐述上述第一子质心测量误差函数σ₁和第二子质心测量误差函数σ₂的推导过程。

关于第一子质心测量误差函数σ₁的推导过程如下：

考虑到本申请实施例提供的波前测量装置中的第一子质心测量误差函数σ₁主要受限于被测光波的光电子数，这样，第一子质心测量误差函数σ₁可以由下式确定：

其中，σ₁表示第一子质心测量误差函数，η表示正常数，d表示微透镜阵列12的子孔径，V_s表示被测光波的光电子数。

又考虑到上述被测光波的光电子数会随着单个微透镜接收到的信号光能量的减少而减少，也即，被测光波的光电子数可以由下式确定：

其中，V_s表示被测光波的光电子数，h表示普朗克常数，v表示被测光波的频率，E_j表示单个微透镜接收到的能量。

本申请实施例中，假设传输到微透镜阵列12所在平面的能量为1W，由光学理论可知：

其中，E_j表示微透镜阵列12中每个微透镜接收到的能量，N表示微透镜阵列12中微透镜的总个数。

在微透镜阵列12以m×m阵列排布时，则可以根据下述几何关系得到微透镜的总个数：

其中，N表示微透镜阵列12中微透镜的总个数，D₂表示微透镜阵列12的直径，d表示微透镜阵列12的子孔径。

结合公式(3)、(8)、(9)、(10)可以推导出下式：

将式(11)代入式(7)，即可推导出上述式(6)。

关于第二子质心测量误差函数σ₂的推导过程如下：

考虑到本申请实施例提供的波前测量装置中的第二子质心测量误差函数σ₂主要受限于上述波前测量装置的信噪比，这样，第二子质心测量误差函数σ₂可以由下式确定：

其中，σ₂表示第二子质心测量误差函数，ω表示位置误差系数，λ表示被测光波的波长，d表示微透镜阵列12的子孔径，SNR表示信噪比。

由光学定义可知，信噪比可以由被测光波的电子数与光电探测器13的噪声强度来确定，如下式所示：

其中，SNR表示信噪比，V_s表示被测光波的光电子数，V_N表示光电探测器13的噪声强度。

结合公式(11)、(12)、(13)即可推导出公式(6)。

本申请实施例中，基于式(4)、(5)、(6)可得：

根据式(14)可知，质心测量误差函数将随着微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离的增加而增大，σ与L的对应关系如图5所示的曲线图。

本申请实施例中的目标函数由空间分辨率函数和质心测量误差函数来共同确定，如下式：

其中，Q表示目标函数，γ表示空间分辨率函数，σ表示质心测量误差函数。

为了兼顾空间分辨率和质心测量误差，本申请实施例可以基于微透镜阵列12与透镜11的焦点的距离L对式(15)进行求导运算，这样，在目标函数达到最小值时所确定的L，能够确保本申请实施例提供的波前测量装置在具备较大空间分辨率的同时，兼具较小的质心测量误差，从而进一步提高测量精度。

如图6所示的Q与L的关系曲线图，在Q达到最小值时，对应的L等于70mm，此时，将L分别代入式(1)和式(14)，即可得到最佳的空间分辨率γ和质心测量误差σ，从而使得上述波前测量装置的测量精度较高。

基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了与波前测量装置对应的波前测量方法，由于本申请实施例中的方法解决问题的原理与本申请实施例上述波前测量装置相似，因此方法的实施可以参见装置的实施，重复之处不再赘述。

如图7所示，为本申请实施例提供的一种波前测量方法的流程图，上述方法包括如下步骤：

S101、通过透镜接收被测光波，对被测光波进行聚焦处理，并将聚焦处理后的被测光波传输至微透镜阵列；

S102、通过微透镜阵列接收聚焦处理后的被测光波，对被测光波进行成像处理，得到光斑信号，并将光斑信号传输至光电探测器；微透镜阵列与透镜的焦点的距离由空间分辨率函数和质心测量误差函数确定；

S103、通过光电探测器接收光斑信号，对光斑信号进行光电转换处理，得到被测光波的特征参数。

在一种实施方式中，如图8所示，上述微透镜阵列与透镜的焦点的距离的确定过程具体包括如下步骤：

S201、基于微透镜阵列与透镜的焦点的距离、被测光波的波长、以及透镜的参数，建立空间分辨率函数；

S202、基于微透镜阵列与透镜的焦点的距离、被测光波的波长、透镜的参数以及微透镜阵列的子孔径，建立第一子质心测量误差函数，以及基于微透镜阵列与透镜的焦点的距离、被测光波的波长、透镜的参数、微透镜阵列的子孔径以及光电探测器的噪声强度，建立第二子质心测量误差函数；将第一子质心测量误差函数和第二子质心测量误差函数进行求和，得到质心测量误差函数；

S203、将建立的空间分辨率函数和质心测量误差函数进行均方根运算，得到目标函数；

S204、基于微透镜阵列与透镜的焦点的距离对目标函数进行求导运算，确定在目标函数达到最小值时，微透镜阵列与透镜的焦点的距离。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。

功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种波前测量装置，其特征在于，包括透镜、微透镜阵列和光电探测器；

所述透镜，用于接收被测光波，对所述被测光波进行聚焦处理，并将聚焦处理后的被测光波传输至所述微透镜阵列；

所述微透镜阵列，用于接收聚焦处理后的所述被测光波，对所述被测光波进行成像处理，得到光斑信号，并将所述光斑信号传输至所述光电探测器；所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离由空间分辨率函数和质心测量误差函数确定；

所述光电探测器，用于接收所述光斑信号，对所述光斑信号进行光电转换处理，得到所述被测光波的特征参数；

其中，还包括处理器；

所述处理器，用于在所述空间分辨率函数和所述质心测量误差函数对应的均方根值达到最小值时，确定所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离；

其中，所述处理器包括分辨率函数建立单元、误差函数建立单元、目标函数确定单元和距离确定单元；

所述分辨率函数建立单元，用于基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、以及所述透镜的参数，建立空间分辨率函数；其中，通过如下公式建立所述空间分辨率函数：

其中，所述γ表示空间分辨率函数，所述L表示所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，所述λ表示所述被测光波的波长，所述D₁表示所述透镜的通光孔径，所述f₁'表示所述透镜的焦距；

所述误差函数建立单元，用于基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、所述透镜的参数以及所述微透镜阵列的子孔径，建立第一子质心测量误差函数，以及基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、所述透镜的参数、所述微透镜阵列的子孔径以及所述光电探测器的噪声强度，建立第二子质心测量误差函数；将所述第一子质心测量误差函数和所述第二子质心测量误差函数进行求和运算，得到质心测量误差函数；其中，通过如下公式建立所述第一子质心测量误差函数：

其中，所述σ₁表示所述第一子质心测量误差函数，所述η表示正常数，所述L表示所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，所述λ表示所述被测光波的波长，所述D₁表示所述透镜的通光孔径，所述f₁'表示所述透镜的焦距，所述h表示普朗克常数，所述v表示所述被测光波的频率，所述d表示所述微透镜阵列的子孔径；通过如下公式建立所述第二子质心测量误差函数：

其中，所述σ₂表示所述第二子质心测量误差函数，所述L表示所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，所述λ表示所述被测光波的波长，所述D₁表示所述透镜的通光孔径，所述f₁'表示所述透镜的焦距，所述h表示普朗克常数，所述v表示所述被测光波的频率，所述d表示所述微透镜阵列的子孔径，所述ω表示位置误差系数，所述V_N表示所述光电探测器的噪声强度；

所述目标函数确定单元，用于将建立的所述空间分辨率函数和所述质心测量误差函数进行均方根运算，得到目标函数；

所述距离确定单元，用于基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离对所述目标函数进行求导运算，确定在所述目标函数达到最小值时，所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述误差函数建立单元通过如下公式确定质心测量误差函数：

σ＝σ₁+σ₂；

其中，所述σ表示质心测量误差函数，所述σ₁表示所述第一子质心测量误差函数，所述σ₂表示所述第二子质心测量误差函数。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标函数确定单元通过如下公式确定目标函数：

其中，所述Q表示所述目标函数，所述γ表示空间分辨率函数，所述σ表示质心测量误差函数。

4.一种波前测量方法，其特征在于，包括：

通过透镜接收被测光波，对所述被测光波进行聚焦处理，并将聚焦处理后的被测光波传输至微透镜阵列；

通过所述微透镜阵列接收聚焦处理后的所述被测光波，对所述被测光波进行成像处理，得到光斑信号，并将所述光斑信号传输至光电探测器；所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离由空间分辨率函数和质心测量误差函数确定；

通过所述光电探测器接收所述光斑信号，对所述光斑信号进行光电转换处理，得到所述被测光波的特征参数；

其中，通过如下步骤确定所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，包括：

基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、以及所述透镜的参数，建立空间分辨率函数；其中，通过如下公式建立所述空间分辨率函数：

其中，所述γ表示空间分辨率函数，所述L表示所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，所述λ表示所述被测光波的波长，所述D₁表示所述透镜的通光孔径，所述f₁'表示所述透镜的焦距；

基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、所述透镜的参数以及所述微透镜阵列的子孔径，建立第一子质心测量误差函数，以及基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离、所述被测光波的波长、所述透镜的参数、所述微透镜阵列的子孔径以及所述光电探测器的噪声强度，建立第二子质心测量误差函数；将所述第一子质心测量误差函数和所述第二子质心测量误差函数进行求和，得到质心测量误差函数；其中，通过如下公式建立所述第一子质心测量误差函数：

其中，所述σ₁表示所述第一子质心测量误差函数，所述η表示正常数，所述L表示所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，所述λ表示所述被测光波的波长，所述D₁表示所述透镜的通光孔径，所述f₁'表示所述透镜的焦距，所述h表示普朗克常数，所述v表示所述被测光波的频率，所述d表示所述微透镜阵列的子孔径；通过如下公式建立所述第二子质心测量误差函数：

其中，所述σ₂表示所述第二子质心测量误差函数，所述L表示所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离，所述λ表示所述被测光波的波长，所述D₁表示所述透镜的通光孔径，所述f₁'表示所述透镜的焦距，所述h表示普朗克常数，所述v表示所述被测光波的频率，所述d表示所述微透镜阵列的子孔径，所述ω表示位置误差系数，所述V_N表示所述光电探测器的噪声强度；

将建立的所述空间分辨率函数和所述质心测量误差函数进行均方根运算，得到目标函数；

基于所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离对所述目标函数进行求导运算，确定在所述目标函数达到最小值时，所述微透镜阵列与所述透镜的焦点的距离。