專利名稱：一種動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)量精度可調(diào)的哈特曼波前傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)動(dòng)態(tài)波前傳感器，尤其涉及一種動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)量精度可調(diào)的哈特曼波前傳感器。
現(xiàn)有的哈特曼波前傳感器通常采用微透鏡陣列與CCD探測(cè)器耦合的結(jié)構(gòu)。中國專利申請(qǐng)公開說明書(申請(qǐng)?zhí)?8112210.8，公開號(hào)CN1245904A)公開了一種哈特曼光學(xué)波前傳感器，即采用這種結(jié)構(gòu)，它由微透鏡陣列和CCD探測(cè)器通過機(jī)械機(jī)構(gòu)耦合在一起構(gòu)成。但這種哈特曼的空間分辨率由微透鏡陣列的子孔徑數(shù)確定，其缺陷在于哈特曼的結(jié)構(gòu)參數(shù)一旦確定，其空間分辨率、測(cè)量精度、動(dòng)態(tài)范圍也隨之確定，不能根據(jù)測(cè)量的需要進(jìn)行調(diào)整。
而在光學(xué)測(cè)量應(yīng)用中，光學(xué)元件的面形誤差的幅值較大，需要哈特曼有較大的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍，空間采樣分辨率可以較低；而光學(xué)元件的中、高頻像差幅值較小，測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍要求較小，但空間采樣分辨和測(cè)量精度率要求較高。現(xiàn)有的哈特曼測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)參數(shù)無法根據(jù)測(cè)量對(duì)象的變化進(jìn)行調(diào)整。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)量精度可調(diào)的哈特曼波前傳感器，由光學(xué)匹配系統(tǒng)、波面分割取樣陣列元件和CCD探測(cè)器組成，其特點(diǎn)在于在波面分割取樣陣列的前面或后面，或光學(xué)匹配系統(tǒng)中與波面分割取樣陣列的共軛位置加入測(cè)量子孔徑選通控制元件，測(cè)量子孔徑選通控制元件的采樣通光子孔徑與波面分割取樣陣列子孔徑的相同，通過控制測(cè)量子孔徑的采樣通光子孔徑的選通來控制波面分割取樣陣列的采樣周期，以達(dá)到調(diào)整哈特曼的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍的目的。
測(cè)量子孔徑選通控制元件可以采用小孔陣列光闌系列、電-光或磁-光光開關(guān)陣列或電尋址強(qiáng)度調(diào)制的液晶空間光調(diào)制器。
當(dāng)測(cè)量子孔徑選通控制元件選擇小孔陣列光闌系列時(shí)，光闌每一小通光孔的口徑與波面分割取樣陣列子孔徑相同，光闌通光孔之間的距離是波面分割取樣陣列子孔徑間距的整數(shù)倍，將光闌置于波面分割取樣陣列前或后面，通過改變光闌通光孔的周期有選擇地遮攔、選通波面分割取樣陣列的子孔徑，實(shí)現(xiàn)其空間采樣周期的改變，隨著采樣周期的增加，分割取樣陣列采樣周期相應(yīng)增加，光闌選通的采樣子孔徑由于其相鄰的子孔徑被遮攔，從而在CCD探測(cè)器靶面的動(dòng)態(tài)范圍增加，因此增加哈特曼的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。光闌還可置于哈特曼的光學(xué)匹配系統(tǒng)中波面分割取樣陣列的共軛位置，每一子通光孔的有效通光孔徑與波面分割取樣陣列子孔徑的相匹配。
當(dāng)測(cè)量子孔徑選通控制元件采用電-光或磁-光光開關(guān)陣列時(shí)，變采樣同期的光闌用電-光或磁-光光開關(guān)陣列代替，光開關(guān)陣列的每一子開關(guān)的有效通光孔徑與波面分割取樣陣列子孔徑的相同，將光開關(guān)陣列置于波面分割取樣陣列前面或后面，或哈特曼的光學(xué)匹配系統(tǒng)中波面分割取樣陣列的共軛位置，通過控制光開關(guān)陣列子開關(guān)的導(dǎo)通、截止選擇波面分割取樣陣列的采樣周期，調(diào)整哈特曼的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。
當(dāng)測(cè)量子孔徑選通控制元件采用電尋址強(qiáng)度調(diào)制的液晶空間光調(diào)制器時(shí)，變采樣周期的光闌用電尋址強(qiáng)度調(diào)制的液晶空間光調(diào)制器代替，將電尋址強(qiáng)度調(diào)制的液晶空間光調(diào)制器置于波面分割取樣陣列前面或后面，或哈特曼的光學(xué)匹配系統(tǒng)中波面分割取樣陣列的共軛位置，通過控制液晶空間光調(diào)制器的導(dǎo)通、截止選擇波面分割取樣陣列的采樣周期，調(diào)整哈特曼的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)由于本發(fā)明采用不同的小孔陣列光闌系列、光開關(guān)陣列或電尋址強(qiáng)度調(diào)制液晶空間光調(diào)制器作為測(cè)量子孔徑選通控制元件來改變波面分割取樣陣列的空間采樣頻率和采樣光斑在CCD靶面的動(dòng)態(tài)范圍，因此在一臺(tái)高分辨率的哈特曼傳感器上通過采樣分辨率的選擇，既可以測(cè)量低頻、P-V值大的像差，又可測(cè)高頻、P-V值小的像差，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于光學(xué)加工的粗、精像差測(cè)量。
如

圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例一為測(cè)量子孔徑選通控制元件采用可更換小孔陣列光闌3，它包括光學(xué)匹配系統(tǒng)1、波面分割取樣陣列2、可更換光闌3和CCD探測(cè)器4，波面分割取樣陣列2的焦面與CCD探測(cè)器4的光敏靶面重合，可更換光闌3位于波面分割取樣陣列2后面。
如圖2所示，波面分割取樣陣列是由33×33個(gè)子孔徑單元組成，如圖3所示，變采樣分辨率的光闌由8×8個(gè)子孔徑單元組成，采樣周期是波面分割取樣陣列的4倍，圖4、圖5為波面分割取樣陣列未加光闌3和加光闌3后在CCD探測(cè)器4靶面上的光斑陣列。比較兩圖可以看出加光闌3后波前探測(cè)的分辨率降低，但子光斑的動(dòng)態(tài)范圍增加，波前斜率隨之增加，所以波前測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍比未加光闌3前增加。
如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例二為測(cè)量子孔徑選通控制元件采用的光開關(guān)陣列3’，它包括光學(xué)匹配系統(tǒng)1、波面分割取樣陣列2、電-光或磁-光光開關(guān)陣列3’和CCD探測(cè)器4，波面分割取樣陣列2的焦面與CCD探測(cè)器4的光敏靶面重合，光開關(guān)陣列3’位于光學(xué)匹配系統(tǒng)1中與波面分割取樣陣列2的共軛面位置。
如圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例三為測(cè)量子孔徑選通控制元件采用電尋址強(qiáng)度調(diào)制的液晶空間光調(diào)制器3”，它包括光學(xué)匹配系統(tǒng)1、波面分割取樣陣列2、電尋址強(qiáng)度調(diào)制的液晶空間光調(diào)制器3”和CCD探測(cè)器4，波面分割取樣陣列2的焦面與CCD探測(cè)器4的光敏靶面重合，電尋址強(qiáng)度調(diào)制的液晶空間光調(diào)制器3”位于波面分割取樣陣列2前面。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)量精度可調(diào)的哈特曼波前傳感器，由光學(xué)匹配系統(tǒng)、波面分割取樣陣列元件和CCD探測(cè)器組成，其特征在于在波面分割取樣陣列的前面或后面，或光學(xué)匹配系統(tǒng)與波面分割取樣陣列的共軛位置加入測(cè)量子孔徑選通控制元件，測(cè)量子孔徑選通控制元件的采樣通光子孔徑與波面分割取樣陣列子孔徑的相同，通過控制測(cè)量子孔徑的采樣通光子孔徑的選通來控制波面分割取樣陣列的采樣周期，調(diào)整哈特曼的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)量精度可調(diào)的哈特曼波前傳感器，其特征在于測(cè)量子孔徑選通控制元件采用小孔陣列光闌系列，或電-光或磁-光光開關(guān)陣列，或電尋址強(qiáng)度調(diào)制的液晶空間光調(diào)制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)量精度可調(diào)的哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的測(cè)量子孔徑選通控制元件的通光孔與波面分割取樣陣列子孔徑口徑相同或在光學(xué)系統(tǒng)為物像關(guān)系，且通光孔之間的距離是波面分割取樣陣列子孔徑間距的整數(shù)倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的哈特曼波前傳感器，其特征在于波面分割取樣陣列元件采用二元菲涅爾微透鏡陣列，或連續(xù)表面微透鏡陣列，或梯度折射率微透鏡陣列，或二元菲涅爾微棱鏡陣列，或連續(xù)表面微棱鏡陣列，或梯度折射率的微棱鏡陣列。
全文摘要
一種動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)量精度可調(diào)的哈特曼波前傳感器由光學(xué)匹配系統(tǒng)、波面分割取樣陣列元件、測(cè)量子孔徑選通控制元件和CCD探測(cè)器組成，測(cè)量子孔徑選通控制元件位于波面分割取樣陣列的前面或后面，或光學(xué)匹配系統(tǒng)中與波面分割取樣陣列的共軛位置，測(cè)量子孔徑選通控制元件的采樣通光子孔徑與波面分割取樣陣列子孔徑的相同，通過控制測(cè)量子孔徑的采樣通光子孔徑的選通來控制波面分割取樣陣列的采樣周期，以達(dá)到調(diào)整波前傳感器測(cè)量精度和動(dòng)態(tài)范圍的目的。本通過采樣分辨率的選擇，既可以測(cè)量低頻、P－V值大的像差，又可測(cè)高頻、P－V值小的像差，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于光學(xué)加工的粗、精像差測(cè)量。
文檔編號(hào)G02B27/22GK1465968SQ0212375
公開日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月24日
發(fā)明者段海峰, 王海英, 李恩德, 楊澤平, 張雨東 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所