环形偏心式哈特曼夏克波前传感器 【技术领域】
本发明涉及一种哈特曼夏克波前传感器，属于光学系统的动态探测元件。
哈特曼夏克波前传感器基于改进的哈特曼测试法。哈特曼夏克波前传感器采用孔径分割元件将入射波前分割为子孔径，并会聚成子光斑，子光斑成像于CCD探测器靶面；通过计算机对CCD探测器的信号进行处理，获得入射波前的波面误差信号。哈特曼夏克波前传感器具有波前误差获取方便、速度快、适用波长范围大等其它波前传感器不能比拟的优点，常作为自适应光学系统的动态波前探测元件。背景技术
现有的哈特曼波前传感器通常采用微透镜阵列-CCD探测器结构。2000年国际光学工程学会出版的《高分辨率波前控制：方法，装置和应用II》SPIE文集4124卷第148页的“用哈特曼夏克波前探测器测量ICF放大器激光波前”(“Laserwave-front measurement of ICF amplifiers using Hartmann-Shack wave-frontsensor”148 High-resolution Wavefront Control：Methods，Devices，andApplications II/Proceedings of SPIE/Vol.4124)一文公开的一种哈特曼波前传感器，由微透镜阵列和CCD探测器构成，微透镜阵列的子孔径是正方形，光学轴心位置位于正方形中心。这种传感器的优点是成像光斑在CCD像面上排列规整，便于CCD探测器输出数据的计算处理；但是，由于由这种微透镜阵列构成的哈特曼夏克波前传感器对常见的圆形、环形光斑边缘部分波前不能完整测量，影响了哈特曼夏克探测器对上述光束，特别是环形光束的波前误差的测量精度。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种即可以对环形光斑进行完全测量，又保持现有哈特曼夏克传感器CCD探测器输出数据便于计算处理的环形偏心式哈特曼夏克波前传感器。
本发明的目的可通过以下技术措施实现：由多个子透镜(3)组成地微透镜阵列(1)按环形排布；每个子透镜(3)映射到CCD探测器(2)靶面上对应的像素(4)为(n×m)；每个子透镜(3)的光学轴心(5)位置不是以子透镜的几何中心来确定，而是以每个子透镜(3)映射到CCD探测器(2)靶面上对应像素(4)(n×m)区域的中心定位，即子透镜(3)的光学轴心(5)位于CCD探测器(2)靶面上对应像素(4)(n×m)区域的中心。
本发明的目的也可通过以下技术措施实现：微透镜阵列(1)的每个子透镜(3)映射到CCD探测器(2)靶面上对应的像素(4)区域(n×m)，n＝1～N，m＝1～M，须满足min(N×M)≮(2×2)，min(N，M)≥2。
本发明的目的还可通过以下技术措施实现：微透镜阵列(1)可以是偏心式二元光学菲涅尔微透镜阵列，也可以是偏心式连续表面微透镜阵列。
本发明与现有技术相比有如下优点：本发明所公开的环形偏心式哈特曼夏克波前传感器，将微透镜阵列的子孔径排布成环形，各子孔径的光学轴心位置的确定以映射到CCD探测器靶面上对应像素(n×m)区域的中心为准，是像素(n×m)区域的中心，保证了哈特曼夏克传感器即可以完整测量常见环形光斑波前，又继承了现有技术对CCD探测器输出数据便于计算处理的优点，提高了哈特曼夏克传感器对环形光斑的探测精度，可用于自适应光学系统。
附图说明：
图1为本发明实施例环形偏心式微透镜阵列环形布局示意图。1为微透镜阵列，3为子透镜。
图2为本发明实施例CCD探测器靶面上子孔径对应像素(n×m)区域排布示意图。2为CCD探测器。
图3为本发明实施例环形偏心式微透镜阵列布局与CCD探测器对应像素区域对位示意图。3为子透镜，4为靶面上对应的像素，5为光学轴心。
【具体实施方式】
如图1、图2所示，本发明实施例的环形偏心式哈特曼夏克波前传感器，包括二元光学菲涅尔微透镜阵列(1)和CCD探测器(2)，环形偏心式微透镜阵列布局与CCD探测器对应像素区域对位关系如图3。
微透镜阵列(1)由36个偏心式二元光学菲涅尔子透镜(3)组成。子透镜(3)将被测孔径分割为多个子孔径。每个子透镜(3)对应一个子孔径。每个子透镜3映射到CCD探测器2的靶面上对应的像素(4)(n×m)，n＝1～N，m＝1～M，须满足min(N×M)≮(2×2)，min(N，M)≥2。每个子透镜(3)的光学轴心(5)位置均位于CCD探测器(2)的靶面上对应的像素(n×m)区域的中心。
实施例中的环形偏心式哈特曼夏克波前传感器，其微透镜阵列(1)的子透镜(3)排布按外环20个，内环16个排布，每个子孔径在CCD探测器(2)靶面上共有4×4像素。
当环形光斑入射到环形偏心式哈特曼波前传感器时，波前被微透镜阵列(1)分割成近似平面的小区域。这些子波前分别经子透镜(3)会聚到各自相应的CCD探测器(2)靶面的像素(4)上，形成光斑阵列。光斑的中心位置(xi，yi)由下式计算：xi=Σm=1MΣn=1NxmmInmΣm=1MΣn=1NInm,yj=Σm=1MΣn=1NynmInmΣm=1MΣn=1NInm,---(1)]]>①式中，In，m是CCD探测器(2)靶面上坐标(xi，yj)处的光强灰度值，xi，yj分别是像素(4)在x，y方向的坐标。其中像素4(n，m)，m＝1～M，n＝1～N为子透镜(3)映射到CCD探测器(2)的靶面上对应的像素，Inm为第(n，m)个像素输出的光斑强度值。
通过①式可以计算所有光斑的位置，然后，根据②式：gxi=xi-x0λfgyi=yi-y0λf---(2)]]>求出波前斜率gxi，gyi，实现哈特曼波前传感器对畸变波前的探测功能。