一种用于相位差波前传感器的离焦量测量方法

摘要

一种用于相位差波前传感器的离焦量测量方法，通过平行光源入射相位差波前传感器（PD WFS），处理算法利用离焦面远场光斑图像，在传统GS迭代运算的基础上，根据离焦面仅包含离焦相差和Zernike多项式的正交性对求解过程加以约束，实现精确测量系统离焦量。相对于目前用于相位差波前传感器的各种离焦量测量方法，本发明结构简单稳定，求解过程快速可靠，不需要在光路中移动光电探测器CCD位置、不借助于其它测量工具；并在迭代过程中充分利用各种先验信息增加了约束条件，解决了传统GS算法由于约束条件不足无法获得正确结果的缺陷，具有更高的离焦量测量精度和稳定性，为相位差波前传感器在实际工程中准确测量波前相差以及复原退化图像奠定基础。

主权项

1.一种用于相位差波前传感器的离焦量测量方法，其特征在于：采用平面光波测量传感器系统离焦量；平行光源发出的平面光波入射相位差波前传感器（PD WFS），相位差波前传感器采集离焦面光斑图像，并传输给算法处理系统，算法处理系统利用离焦面远场光斑图像计算系统离焦量；所述离焦量求解算法从获取离焦面远场光斑图像D(u,v)开始，u,v为图像函数定义域坐标，步骤如下：（1）设置循环变量k＝0、广义光瞳函数p(x,y)＝1、初始离焦波面可为任意随机数，根据以上参数构建光瞳面复振幅函数x,y为波面函数定义域坐标，i为虚数单位（2）对光瞳面复振幅函数运用傅里叶变换FT，得到成像面复振幅函数并用替换u^k(u,v)，其中D(u,v)为采集的离焦面远场光强分布，获得离焦面远场光斑图像所对应的成像面复振幅函数$\sqrt{D,(u,v)}\times \exp \left[i{\phi }^k(u,v)\right];$（3）对成像面复振幅函数运用傅里叶逆变换IFT，得到光瞳面复振幅函数其中q^k(x,y)为估算的光瞳面光强分布，为估算的光瞳面相位分布；根据离焦面仅包含离焦相差和Zernike多项式的正交性对加以约束，即仅提取波面中的离焦分量：其中Wf_d(x,y)为Zernike多项式中的理想离焦波面，Z为波面中离焦分量对应的Zernike系数；（4）计算当前离焦波面与上一次离焦波面之间的差异并与指定阈值M比较，如果E＜M不成立，利用和广义光瞳函数p(x,y)构建新的光瞳面复振幅函数并置k＝k+1，进入下一次迭代；如果E＜M成立，即为所求离焦波面，离焦波面的符号通过离焦面光电探测器CCD位于成像系统焦面前后来判断，如果离焦面光电探测器CCD位于系统焦面前，所求离焦量为负如果离焦面光电探测器CCD位于系统焦面后，所求离焦量为正