[实用新型]一种离焦型光场相机波前传感器

说明书

本实用新型公开了一种离焦型光场相机的波前传感器，包括：会聚透镜，用于会聚所述待测波前；微透镜阵列，用于对所述会聚透镜会聚所述待测波前所形成的光斑进行分割，所述微透镜阵列包括多个微透镜单元；CCD探测器，用于接受微透镜阵列对光斑分割后形成的光斑阵列信息，所述微透镜阵列与所述CCD探测器的距离等于所述微透镜单元的焦距；所述微透镜阵列位于与所述会聚透镜的焦点距离为离焦量f_defcous处；所述离焦量为f_defcous＝r·n·f，n为微透镜阵列中一个微透镜单元所对应的CCD探测器的像素数，f为微透镜单元的焦距，r表示等效子孔径的光斑占据的微透镜单元个数。

技术领域

本实用新型涉及波前探测领域，特别涉及一种离焦型光场相机的波前传感器。

背景技术

自适应光学作为近几十年发展起来的新型光学技术，其利用光电子器件实时测量波前的动态误差，并通过高速的计算机系统进行计算和控制，使能动器件对波前进行实时矫正。自适应光学使光学系统具有自动适应外界条件变化，保持良好工作状态的能力，在高分辨率成像和激光传输领域有着重要应用。

波前传感器是自适应光学系统的重要组成部分，其中自适应光学技术主要通过测量波前畸变的一阶导数(斜率)或二阶导数(曲率)进行波前传感。夏克-哈特曼传感器是目前应用最广泛的波前传感器，它利用微透镜阵列分割入射波前，测量各子孔径内波面的平均斜率，进而复原出波前像差。夏克-哈特曼传感器具有结构紧凑、光能利用率高和能工作于连续或脉冲目标等多种优点，但同时上也存在动态范围较小，弱光探测能力不足及难以调整波前测量的空间分辨率等缺陷。在1996年Ragazzoni提出了一种四棱锥波前传感器，其基本原理是光束聚焦在四棱锥顶点后分光，通过探测面上四个子光瞳像之间的强度差异计算波前局部斜率。四棱锥波前传感器具有高于哈特曼传感器的空间分辨率，在闭环校正时的灵敏度和弱光探测能力也更为突出。

另外在2003年新西兰的Clare和Lane提出了一种将微透镜阵列放置在物镜后焦面并结合CCD光电探测器进行波前探测的方法。然而现有技术中的波前探测方法存在因微透镜孔径具有一定尺寸(通常为衍射极限的数倍)，及光场相机波前传感器的测量精度受到信号饱和现象的制约，而导致只能进行较为粗略的波前测量，并使在自适应光学技术中的应用受到一定限制的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的是提供一种大视场、大动态范围、高测量精度、结构简单、契合自适应光学发展趋势的离焦型光场相机波前传感器。

本实用新型提供一种离焦型光场相机波前传感器，包括：

会聚透镜，用于会聚所述待测波前；

微透镜阵列，用于对所述会聚透镜会聚所述待测波前所形成的光斑进行分割，所述微透镜阵列包括多个微透镜单元；

CCD探测器，用于接受微透镜阵列对光斑分割后形成的光斑阵列信息，所述微透镜阵列与所述CCD探测器的距离等于所述微透镜单元的焦距；

所述微透镜阵列位于与所述会聚透镜的焦点距离为离焦量f_defcous处；所述离焦量为 f_defcous＝r·n·f，n为微透镜阵列中一个微透镜单元所对应的CCD探测器的像素数，f为微透镜单元的焦距，r表示等效子孔径的光斑占据的微透镜单元个数。

进一步地，还包括光学匹配系统，所述光学匹配系设置于会聚透镜输入端，用于将待测波前匹配至会聚透镜。

进一步地，还包括处理模块，所述处理模块用于对所述光斑阵列重组以得到等效子孔径图像，通过等效子孔径图像计算出被测波前的局部斜率后，利用重构矩阵计算待测波前的各阶Zernike像差系数，以得到待测波前的相位分布。

进一步地，所述微透镜元的F数为所述会聚透镜的F数的整数倍。