[发明专利]评估波前测量质量的方法和实现该方法的系统

说明书

根据一个方面，本说明书涉及一种用于评估光学波前的测量质量的方法，所述测量借助于波前分析仪通过直接测量来获得，该方法包括：‑通过波前传感器获取(10)用于波前测量的光电信号，所述传感器包括二维检测器；‑基于所述光电信号确定(11)表征所述光电信号的寄生分量的参数；‑根据表征所述信号的寄生分量的所述至少一个参数来评估(12)波前的测量的品质因数；‑根据所述品质因数向用户显示(13)测量的质量水平。

技术领域

本说明书涉及一种用于评估光学波前的测量质量的方法，并且更具体地涉及一种评估借助于波前分析器通过直接测量获得的波前的测量质量的方法。本说明书还包括通过使用这种方法直接测量波前的波前分析系统。

背景技术

光学波前的相位分析(在本说明书中简称为“光学波前分析(或测量)”)具有许多应用：例如，对光源(激光源、激光二极管、LED)或折射或反射光学组件(例如成像镜头、反射镜、滤镜、窗户等)进行鉴定，或者对可变形光学组件(例如可变形反射镜、液晶阀、液晶透镜，以及更一般地说，在有源光学器件、自适应光学器件中使用或用于光束成形的任何相位调制器)进行控制。

特别地，存在用于通过直接测量波前来进行波前分析的已知技术(不同于利用待分析的波前与参考波前干涉的干涉法)。通过直接测量的波前分析技术可以确定局部波前斜率(即波前的一阶导数)，并且通常是基于使用包括一组一个或多个光学元件和通常二维的检测器的波前传感器对光路角度变化的分析。

因此，在通过直接测量进行波前分析的技术中，我们可以非详尽地举例说明，例如，称为Hartmann和Shack Hartmann的技术、横向剪切干涉法、基于莫列(Moiré)图像的偏转法、Schlieren方法等。下面提供这些技术的简要说明。

在Hartmann和Shack Hartmann技术中，波前传感器包括孔或微透镜矩阵，该矩阵位于通常二维的检测器的前面，距离通常为几毫米。在该技术中，通过孔或微透镜的矩阵在检测器上形成斑点阵列。在没有像差的平面波前的情况下，每个斑点相对于参考位置的位移的测量值与所测量波前的局部斜率成正比，即与在所测量波前上存在的像差的导数成正比。比例系数等于孔或微透镜矩阵与检测器之间的距离。这些局部斜率的数值积分使得可以获得所测量的波前的相位(例如参见“Shack-Hartmann原理和历史”，《折射外科杂志》，第17册，2001年9月/10月)。

横向剪切干涉法例如在专利US6577403中描述。根据这种技术，从被“母”波照射的衍射光栅沿着不同的传播轴产生数个“女儿”波，并且在传播之后发生干涉。干涉图案由位于衍射光栅后面例如几毫米处的二维检测器记录。干涉图案的变形与所分析的波前的局部斜率成比例。对这些变形的分析使得可以计算波前的局部斜率，并通过积分获得波前的相位。

在称为莫列图像偏转法的技术中(参见例如US20100310130)，波前传感器包括由来自具有良好空间相干性的源的波照射的可变强度的图案的阵列。当光波穿过要控制的光学元件时，这些图案会变形。变形记录在二维检测器上，该检测器放置在可变强度的图案网络的共轭平面中。对这些变形的分析使得可以追踪光线穿过要控制的光学元件时受到的偏转。这些偏转是波前的局部斜率，其代表由要控制的光学元件引入的光学像差的局部导数。通过对如此测量的局部斜率进行积分来计算波前。

在Schlieren方法中(例如，参见美国专利申请20050036153)，在穿过待测量的光学元件之后，波前被聚焦在聚焦平面中，在该聚焦平面中存在空间可变的光密度叶片(optical density blade)。光线在聚焦平面中的位置与它们在穿过待测光学元件时所经受的角度偏差成正比，光线在穿过可变密度叶片时经受强度编码。然后将这些光线成像在放置在待测对象的共轭平面中的检测器上。每个像素上的信号电平揭示了入射在该像素上的光束遭受的衰减，这使得有可能知道该光束在穿过待测光学元件期间经受的角度偏差。因此，由二维检测器获取的信号电平图使得可以在穿过要控制的光学元件时提高波前的局部斜率。