，同時采集待標定的夏克-哈特曼波前傳感器在不同位置時的光斑點 陣圖像I i和移動距離Cli,為了降低隨機誤差對測量結果的影響，所述i大于等于5 ;通過采 集與控制計算機對待標定夏克-哈特曼波前傳感器采集的光斑點陣圖像和移動距離進行 數據存儲，然后利用標定算法實現絕對標定。
[0028] 上述步驟3. 2)中標定算法的具體實現方式是：
[0029] 3. 2. 1)計算待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列距探測器靶面之間 的距離f為：
【主權項】
1. 一種寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置，其特征在于：所述寬譜段夏 克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置包括會聚鏡、點衍射板、錐孔板、高精度平移臺、采集 與控制計算機、光軸定位模塊以及可輸出不同波長單色光的單色儀；所述錐孔板可拆卸的 固定在待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的前端；所述錐孔板的錐孔中心與待標定的夏 克-哈特曼波前傳感器的靶面中心重合；待標定的夏克-哈特曼波前傳感器固定在高精度 平移臺上；所述采集與控制計算機分別與待標定的夏克-哈特曼波前傳感器以及高精度平 移臺相連；所述會聚鏡設置在單色儀的出射光路上；所述會聚鏡、點衍射板以及錐孔板依 次處于同一光軸上；所述光軸定位模塊置于點衍射板與錐孔板之間。
2. 根據權利要求1所述的寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置，其特征在于： 所述點衍射板是可見光和紅外波段點衍射板或紫外波段點衍射板；所述點衍射板是可見光 和紅外波段點衍射板時，所述點衍射板上設置有從1 μ m~10 μ m不等尺寸的針孔；每種尺 寸的針孔至少包括3個；相鄰針孔的孔間距大于Imm ;所述點衍射板是紫外波段點衍射板 時，所述點衍射板上設置有納米量級的針孔，針孔規則排列組成針孔陣列；相鄰針孔的間距 由范西特-澤尼克定理決定；針孔陣列區域大小通過標量衍射理論計算理想點光源發出的 球面經待標定夏克-哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列形成衍射光斑的大小來決定。
3. 結構權利要求2所述的寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置，其特征在于： 所述點衍射板置于會聚鏡的焦點處。
4. 根據權利要求1或2或3所述的寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置，其 特征在于：所述光軸定位模塊包括He-Ne激光器、分光鏡以及平面鏡；所述分光鏡以及平面 鏡依次設置在He-Ne激光器的出射光路上；分光鏡將He-Ne激光器出射的激光分為反射光 以及透射光；反射光入射至點衍射板上；透射光入射至平面鏡后依次經平面鏡反射以及分 光鏡反射后入射至錐孔板上。
5. -種基于如權利要求4所述的寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置的標定 方法，其特征在于：所述標定方法包括以下步驟： 1) 利用單色儀、會聚鏡和點衍射板產生與理想球面波偏差RMS優于KT4 λ的高精度球 面波； 2) 通過光軸定位模塊完成球面波與待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的對準； 3) 移動待標定的夏克-哈特曼波前傳感器，采集不同位置處被待標定的夏克-哈特曼 波前傳感器的微透鏡陣列分割的光斑陣列圖像，通過標定算法實現夏克-哈特曼波前傳感 器的絕對標定。
6. 根據權利要求5所述的標定方法，其特征在于：所述步驟1)的具體實現方式是： 1. 1)根據待標定夏克-哈特曼波前的工作波長不同選擇適合的點衍射板，將點衍射板 放置于會聚鏡的焦點處； 1. 2)設置單色儀，使單色儀輸出與待標定的夏克-哈特曼波前傳感器工作波段一致的 單色光； 1. 3)單色儀輸出單色光經會聚鏡聚焦后入射至點衍射板上，產生與理想球面波偏差 RMS優于KT4 λ的高精度球面波。
7. 根據權利要求6所述的標定方法，其特征在于：所述步驟2)的具體實現方式是： 2. 1)將光軸定位模塊放置于點衍射板與定位基準結構之間； 2. 2)打開He-Ne激光器輸出準直激光經分光鏡后分別形成反射光以及透射光；反射光 入射至點衍射板上，透射光經平面鏡反射以及分光鏡再反射后入射至錐孔板上；調節光軸 定位模塊使入射至點衍射板上的光斑與點衍射板的針孔重合； 2. 3)調節待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的位置和姿態，使入射至錐孔板上的激光 束穿過錐孔板上的錐孔，并與待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的靶面中心重合，從而完 成球面波與待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的對準。
8. 根據權利要求7所述的標定方法，其特征在于：所述步驟3)的具體實現方式是： 3. 1)對準完成后，將光軸定位模塊撤出，拆下錐孔板，同時由待標定的夏克-哈特曼波 前傳感器采集光斑點陣圖像，利用高精度平移臺獲取待標定夏克-哈特曼波前傳感器當前 位置，并以此位置記為初始位置； 3. 2)通過采集與控制計算機控制高精度平移臺，待標定的夏克-哈特曼波前傳感器移 動到不同位置i，同時采集待標定的夏克-哈特曼波前傳感器在不同位置時的光斑點陣圖 像I i和移動距離d i，所述i大于等于5 ;通過采集與控制計算機對待標定的夏克-哈特曼 波前傳感器采集的光斑點陣圖像和移動距離進行數據存儲，然后利用標定算法實現絕對標 定。
9. 根據權利要求8所述的標定方法，其特征在于：所述步驟3. 2)中的標定算法的具體 實現方式是： 3. 2. 1)計算待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列距探測器靶面之間的距 離f為：
其中： P為微透鏡陣列子孔徑尺寸； Qi+1為位置i+Ι處圖像Ii+Ι中子孔徑光斑的間距； Qi為位置i處圖像Ii中子孔徑光斑的間距； Ri+1為位置i+Ι處形成光斑點陣的球面波曲率半徑； Ri為位置i處形成光斑點陣的球面波曲率半徑； 由于i+Ι和i處的球面波曲率半徑變化量與高精度平移臺移動位置變化量相等，因此， 公式⑴改寫為：
其中： Cli為位置i處高精度平移臺的位置示數； di+1為位置i+Ι處高精度平移臺的位置示數； 根據公式（2)仍取兩幅光斑點陣圖像可得到微透鏡陣列距探測器靶面之間的距離，多 次計算取平均得到微透鏡陣列與探測器靶面之間距離為f ; 3. 2. 2)計算位置i處球面波實際曲率半徑R_s，i:
(3) 3. 2. 3)通過公式（4)得到位置i處形成光斑陣列的球面波波前WFsplu:
其中： X和y均為形成光斑陣列的球面波波前的直角坐標； 3. 2. 4)選取球面波曲率半徑大的光斑點陣圖像作為待標定夏克-哈特曼波前傳感器 波前復原的參考圖像，利用待標定夏克-哈特曼波前傳感器測量已知波前，其形成的點陣 光斑圖像與參考圖像的光斑質心偏移為（Δχ，Ay)，將步驟3. 2. 1)計算得到的微透鏡陣列 距探測器靶面之間的距離f，代入公式（5)中得到已知波前的波前斜率為：
其中： λ為單色儀輸出單色光的中心波長； 3. 2. 5)通過Southwell模型，利用步驟3. 2. 4)波前斜率的計算結果可得到待標定夏 克-哈特曼波前傳感器對已知波前的測量結果為Φ_; 3. 2. 6)將步驟3. 2. 3)計算得到的球面波波前WFsph(X，y)代入公式（6)中對待標定夏 克-哈特曼波前傳感器波前測量結果進行修正； 0Cor= Φ mes+WFSph(x，Υ) (6) 3. 2. 7)分析待標定夏克-哈特曼波前傳感器波前復原精度，判斷復原精度是否偏離預 計數值，若是，則重復步驟3. 2. 1)~步驟3. 2. 6)直至復原精度未偏離預計數值；若否，結束 標定過程。
【專利摘要】一種夏克-哈特曼波前傳感器絕對標定裝置及方法，該裝置包括會聚鏡、點衍射板、錐孔板、高精度平移臺、采集與控制計算機、光軸定位模塊以及單色儀；錐孔板可拆卸的固定在待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的前端；錐孔板的錐孔中心與待標定的夏克-哈特曼波前傳感器的靶面中心重合；采集與控制計算機分別與待標定的夏克-哈特曼波前傳感器以及高精度平移臺相連；會聚鏡設置在單色儀的出射光路上；會聚鏡、點衍射板以及錐孔板依次處于同一光軸上；光軸定位模塊置于點衍射板與錐孔板之間。本發明具有可實現寬譜段夏克-哈特曼波前傳感器系統誤差和物理參數的絕對標定以及可提高系統標定精度的優點。
【IPC分類】G01J9-00
【公開號】CN104677507
【申請號】CN201510053665
【發明人】段亞軒, 陳永權, 田留德, 龍江波, 趙建科, 李坤, 張昊蘇, 趙懷學, 謝來運, 潘亮
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月2日