[发明专利]具有孔径对准功能的哈特曼波前探测器

说明书

技术领域

本发明属于光电信号探测领域，涉及一种用于波前形状测量的光学仪器—哈特曼波前探测器。它由光电探测器、微透镜阵列和透镜等光学元件组成，具体地说是一种具有孔径对准功能的哈特曼波前探测器。

背景技术

哈特曼波前探测器是一种在光学面形检测、光学系统装调、尤其是在自适应光学技术中广泛使用的波前测量装置。传统的哈特曼波前探测器由微透镜阵列、转接镜头、光电探测器（通常为CCD或CMOS）和数据处理软件构成。入射光先通过微透镜阵列，然后通过转接镜头使光束直径正好与光电探测器的口径相同而进入其中、成像，最后从光电探测器上读出探测数据。转接镜头的作用是使微透镜阵列与光电探测器间口径匹配。

哈特曼波前探测器的工作原理是：微透镜阵列将接收到的光学波前进行空间分割，使得每个子波面上只有简单的倾斜而没有高阶像差，通过微透镜后能够很好地聚焦到光电探测器上，从而在光电探测器中形成一个光点阵列。具有倾斜的子波前对应的聚焦光点在光电探测器中发生位置偏移，其偏移量与子波前的倾斜量和倾斜方向严格相关。因此，在获得子波前倾斜信息的空间分布后就可以重构出整个波前的畸变分布。

在哈特曼波前探测器与待探测系统进行对接时，通常只考虑光束需要正入射进入哈特曼波前探测器，以减少波前的倾斜像差。而对于入射光束是否能完整地覆盖所设计的微透镜阵列、即入射光束孔径与哈特曼波前探测器的通光孔径是否能对准是无法精确控制的。而为了提高哈特曼波前探测器的数据读出速度，微透镜后的聚焦光点要尽量占据较少的光电探测器像素，甚至可以少到只覆盖2×2个像素，因此将光点放大到像素能够显现的尺寸之后已经看不出“圆点”的形状，无法直接由聚焦光点的光强分布得知微透镜阵列与待测系统孔径间的对准关系。

孔径位置的偏差会导致边缘部分的光点只有半个或部分进入光电探测器，这必然会导致测量结果出现偏差，从而引入很大的测量误差。

发明内容

本发明为了解决波前探测中的孔径对准问题，提出一种具有孔径对准功能的哈特曼波前探测器。目的是便于精确调节哈特曼波前探测器孔径与入射光束孔径的相对位置，达到对准，使微透镜阵列的有效光点数目与设计的相同，从而保证哈特曼波前探测器的波前测量精度。

本发明的内容是：具有孔径对准功能的哈特曼波前探测器由传统的哈特曼波前探测器、切换凹透镜和一个微位移台组成，其中传统的哈特曼波前探测器又由微透镜阵列、转接镜头和光电探测器组成。传统的哈特曼波前探测器和切换凹透镜都固定在微位移台上，微位移台能够在光轴截面上做二维方向的平移和沿光轴俯仰、扭摆转动，以调整哈特曼波前探测器的光轴；切换凹透镜在进行哈特曼波前探测器孔径与入射光束孔径对准时切入到转接镜头中，从而使哈特曼的光电探测器上的光点阵列像切换为微透镜阵列的实物像，一边监测光电探测器中的微透镜阵列的形貌一边调整微位移台，直到视场上下和左右两个直径端点都出现完整的微透镜时即完成哈特曼波前探测器的孔径与入射光束孔径的对准。孔径对准完成后将切换凹透镜移出转接镜头光路，恢复为传统配置的哈特曼波前探测器，可以用于正常波前探测。

为了更好地理解本发明，下面详述具有孔径对准功能的哈特曼波前探测器的光学结构：