[发明专利]一种相位差法波前传感器

说明书

技术领域

本发明属于光学信息测量技术领域，涉及一种测量入射光束波前像差的装置，尤其涉及一种相位差法波前传感器。

背景技术

基于相位差法的波前传感器，主要是利用在焦面和已知大小的离焦面上同时采集的两幅图像，对入射光波波前相位分布进行恢复，同时也可以对目标进行恢复。与哈特曼波前传感器和剪切干涉仪相比，基于相位差法的波前传感器光路结构简单，易于实现，对点目标和扩展目标均可以探测；与GS等传统的基于单幅远场图像的相位恢复算法不同，相位差法利用了两个位置的远场光斑分布图像，增加了信息量，因此收敛性更好。

典型的基于相位差法的波前传感器结构，参见“基于相位差法的波前检测技术”[李强，沈忙作.[J].光电工程，2006，33(11)]，主要有成像系统、分光镜和两个阵列型光电探测器组成，分光镜位于成像系统与成像系统焦面之间，两个阵列型光电探测器分别置于原光路成像系统焦面位置及分光路的离焦面位置，用于同时探测焦面和离焦面上的两幅图像，其缺点在于，分光镜自身的像差会给测量结果带来误差，且分光镜的分光性能带来的两路光的光强不一致性也会对测量结果产生一定的影响。而在一些波前测量中，尤其是涉及高精度波前测量，这些误差因素的存在大大降低了基于相位差法的波前传感器测量结果的可靠性，限制了其应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种结构简单、无需分光元件的相位差法波前传感器。

本发明相位差法波前传感器的解决方案是：由成像单元、数字微镜器件、第一阵列型光电探测器以及第二阵列型光电探测器组成，其中：

数字微镜器件位于成像单元及其焦面位置之间，目标发出的光束经过成像单元后，数字微镜器件对光束偏转调制，使光束分别往两个方向反射，并在两个反射方向上分别形成目标图像；

第一阵列型光电探测器以及第二阵列型光电探测器分别位于数字微镜器件的两个反射方向上；且第一阵列型光电探测器位于成像单元的焦面上，用于获得目标被成像单元成像后的焦面图像i；第二阵列型光电探测器位于成像单元的离焦面上，用于获得目标被成像单元成像后的离焦图像i_d；

设成像单元是空间不变线性系统，根据极大似然估计或最小二乘估计算法确定目标函数E表示为：

E=Σ|IH^d-IdH^|2/(|H^|2+|H^d|2)]]>

式中上标符号^表示估计量；I和I_d分别为焦面图像i和离焦图像i_d的离散傅里叶变换；和分别为两个反射方向光学通道的光学传递函数H和H_d的估计量，也就是光学通道点扩散函数傅里叶变换的估计量；采用最优化算法寻找使目标函数E最小化的解，即求得波前相位分布φ表示为：