一种波前传感器及波前像差的探测方法技术

本申请公开了一种波前传感器及波前像差的探测方法，所述波前传感器包括第一汇聚部、第二汇聚部、六边形拼接微镜阵列和探测部；所述波前传感器采用所述六边形拼接微镜阵列替代现有技术中的角锥棱镜，利用反射所述入射光线的方法依次获得所述光瞳像，避免了当入射光线为白光时出现的色散问题，也不会由于角锥棱镜的棱边而带来衍射效应，从而降低了所述波前传感器的探测误差，提高了所述波前传感器的探测精度。另外，所述探测部所需面积较小，不仅降低了所述波前传感器的成本，而且提升了所述波前传感器的灵敏度，降低了读出时间。进一步的，所述六边形拼接微镜阵列为标准光学零件，其加工要求和成本要远远小于角锥棱镜的加工要求和成本。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及光学器件
，更具体地说，涉及一种波前传感器及波前像差的探测方法。
技术介绍
自适应光学系统能够实时校正波前像差，从而使光学系统达到或者接近衍射极限的像质水平。近年来自适应光学系统被广泛应用于光学技术的各个领域，如地基天文观测、眼底成像、激光光束整形、激光武器和自由空间光通信系统等。波前传感器是自适应光学系统的重要组成部件，主要用于实时探测所述自适应光学系统的波前像差。现有技术的波前传感器主要基于波前斜率探测理论实现，其具体结构如图1所示，包括：第一汇聚透镜、第二汇聚透镜、角锥棱镜(附图1中以四棱角锥棱镜为例，还可以为三棱角锥棱镜或其他种类的角锥棱镜)和探测器；其中，所述角锥棱镜的顶点设置于所述第一汇聚透镜的焦点处；在所述波前传感器的工作时，经过所述第一汇聚透镜汇聚的入射光线经过所述角锥棱镜后成为多束分束光线，多束所述分束光线经过所述第二汇聚透镜后在所述探测器表面形成多个光瞳像(附图1中以4个光瞳像为例)，所述多个光瞳像经过所述探测器转换后的输出信号(附图1中的I1、I2、I3和I4)可以用来计算所述入射光线的波前斜率，进而解算处所述入射光线的波前像差。但是现有技术中的波前传感器存在如下问题，包括：当入射光线为白光时，白光在经过所述角锥棱镜时会出现色散的情况，导致波前像差的探测出现误差；所述角锥棱镜的棱边会带来严重的衍射效应，造成入射光线的能量损失以及成像于所述探测器表面的多个光瞳像的光强分布不均匀，进而带来入射光线波前像差的探测误差。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种波前传感器及波前像差的探测方法，以解决传统的波前传感器由于色散问题或衍射效应而出现探测误差的问题。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了如下技术方案：一种波前传感器，包括：第一汇聚部、第二汇聚部、六边形拼接微镜阵列和探测部；其中，所述六边形拼接微镜阵列由三个可翻转的六边形微镜拼接构成，其拼接中心设置于所述第一汇聚部的焦点，用于反射经所述第一汇聚部汇聚的入射光线；所述第二汇聚部用于汇聚经所述六边形拼接微镜阵列反射的入射光线，使其成像于所述探测部表面，获得光瞳像；所述探测部用于探测所述光瞳像，获得所述入射光线的波前信息。优选的，所述六边形微镜为正六边形微镜；所述拼接中心为三个所述六边形微镜的共同端点。优选的，所述波前传感器还包括：与所述探测部连接的计算部，用于根据所述入射光线的波前信息计算波前像差。优选的，所述第一汇聚部和第二汇聚部均为会聚透镜。优选的，所述探测部为电荷耦合元件探测器，用于将经所述多边形拼接微镜阵列反射的入射光线转换为电信号。一种波前像差的探测方法，应用于上述任一实施例所述的波前传感器，所述波前传感器包括第一汇聚部、第二汇聚部、六边形拼接微镜阵列和探测部；所述波前像差的探测方法包括：改变所述六边形拼接微镜阵列的可翻转六边形微镜的翻转状态，所述翻转状态包括反射面朝向所述第一汇聚部一侧的第一状态和反射面背离所述第一汇聚部一侧的第二状态，使预设数量个所述六边形微镜处于第一状态，剩余的所述六边形微镜处于第二状态，以获得入射光线的第一波前信息；所述预设数量为1或2；改变所述六边形微镜的翻转状态，保持处于第一状态的所述六边形微镜为预设数量，并使得每个所述六边形微镜都经历所有的翻转状态，以获得入射光线的第二波前信息和第三波前信息。优选的，还包括：根据所述第一波前信息、第二波前信息和第三波前信息计算入射光线的波前像差。优选的，所述根据所述第一波前信息、第二波前信息和第三波前信息计算入射光线的波前像差包括：根据所述第一波前信息、第二波前信息和第三波前信息获得第一波前导数、第二波前导数和第三波前导数；根据所述第一波前导数、第二波前导数和第三波前导数计算入射光线的波前像差。优选的，所述预设数量为2。优选的，所述改变所述六边形微镜的翻转状态，保持处于第一状态的所述六边形微镜为预设数量，并使得每个所述六边形微镜都经历所有的翻转状态，以获得入射光线的第二波前信息和第三波前信息包括：将处于第二状态的所述六边形微镜的翻转状态改变为第一状态，并改变另外两个所述六边形微镜的一个的翻转状态为第二状态，以获得入射光线的第二波前信息；将处于第二状态的所述六边形微镜的翻转状态改变为第一状态，并将未经历过第二状态的所述六边形微镜的翻转状态改变为第二状态，以获得入射光线的第三波前信息。从上述技术方案可以看出，本专利技术实施例提供了一种波前传感器及波前像差的探测方法，所述波前传感器包括第一汇聚部、第二汇聚部、六边形拼接微镜阵列和探测部；在进行波前像差的探测时，通过改变所述六边形拼接微镜阵列中的三个可翻转的六边形微镜的翻转状态即可依次在所述探测部表面获得携带入射光线不同波前信息的光瞳像，所述探测部通过探测所述光瞳像获得所述入射光线的波前信息，利用所述波前信息即可计算得出所述入射光线的波前像差，实现所述波前传感器的波前像差探测功能。所述波前传感器采用所述六边形拼接微镜阵列替代现有技术中的角锥棱镜，利用反射所述入射光线的方法依次获得所述光瞳像，避免了当入射光线为白光时出现的色散问题，也不会由于角锥棱镜的棱边而带来衍射效应，从而降低了所述波前传感器的探测误差，提高了所述波前传感器的探测精度。另外，在使用所述波前传感器探测波前像差时，通过改变所述六边形拼接微镜阵列中的三个可翻转的六边形微镜的翻转状态而在所述探测部表面依次获得多个所述光瞳像，而不需要在所述探测部表面同时获得多个所述光瞳像，因此所述探测部所需面积较小，而较小面积的探测部的灵敏度和读出时间一般而言要优于较大面积的探测部，不仅降低了所述波前传感器的成本，而且提升了所述波前传感器的灵敏度，降低了所述波前传感器的读出时间。进一步的，所述六边形拼接微镜阵列为标准光学零件，其加工要求和成本要远远小于角锥棱镜的加工要求和成本，进一步降低了所述波前传感器的成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为现有技术中的波前传感器的结构示意图；图2为本申请的一个实施例提供的一种波前传感器的结构示意图；图3为本申请的一个实施例提供的一种六边形拼接微镜阵列的表面结构示意图；图4为本申请的另一个实施例提供的一种波前传感器的结构示意图；图5为本申请的一个实施例提供的一种波前像差的探测方法的流程示意图；图6为本申请的另一个实施例提供的一种波前像差的探测方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本申请实施例提供了一种波前传感器，如图2所示，包括：第一汇聚部、第二汇聚部、六边形拼接微镜阵列和探测部；其中，所述六边形拼接微镜阵列由三个可翻转的六边形微镜拼接构成，其拼接中心设置于所述第一汇聚部的焦点，用于反射经所述第一汇聚部汇聚的入射光线；所述第二汇聚部用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波前传感器，其特征在于，包括：第一汇聚部、第二汇聚部、六边形拼接微镜阵列和探测部；其中，所述六边形拼接微镜阵列由三个可翻转的六边形微镜拼接构成，其拼接中心设置于所述第一汇聚部的焦点，用于反射经所述第一汇聚部汇聚的入射光线；所述第二汇聚部用于汇聚经所述六边形拼接微镜阵列反射的入射光线，使其成像于所述探测部表面，获得光瞳像；所述探测部用于探测所述光瞳像，获得所述入射光线的波前信息。

【技术特征摘要】
1.一种波前传感器，其特征在于，包括：第一汇聚部、第二汇聚部、六边形拼接微镜阵列和探测部；其中，所述六边形拼接微镜阵列由三个可翻转的六边形微镜拼接构成，其拼接中心设置于所述第一汇聚部的焦点，用于反射经所述第一汇聚部汇聚的入射光线；所述第二汇聚部用于汇聚经所述六边形拼接微镜阵列反射的入射光线，使其成像于所述探测部表面，获得光瞳像；所述探测部用于探测所述光瞳像，获得所述入射光线的波前信息。2.根据权利要求1所述的波前传感器，其特征在于，所述六边形微镜为正六边形微镜；所述拼接中心为三个所述六边形微镜的共同端点。3.根据权利要求1所述的波前传感器，其特征在于，所述波前传感器还包括：与所述探测部连接的计算部，用于根据所述入射光线的波前信息计算波前像差。4.根据权利要求1-3任一项所述的波前传感器，其特征在于，所述第一汇聚部和第二汇聚部均为会聚透镜。5.根据权利要求1-3任一项所述的波前传感器，其特征在于，所述探测部为电荷耦合元件探测器，用于将经所述多边形拼接微镜阵列反射的入射光线转换为电信号。6.一种波前像差的探测方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的波前传感器，所述波前传感器包括第一汇聚部、第二汇聚部、六边形拼接微镜阵列和探测部；所述波前像差的探测方法包括：改变所述六边形拼接微镜阵列的可翻转六边形微镜的翻转状态，所述翻转状态包括反射面朝向所述第一汇聚部一侧的第一状态和反射面背离所述第一汇聚部一侧的第二状态，使预设数量个所述六边形微镜处于第一状态，剩余的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建立，陈璐，姚凯南，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22