[发明专利]一种基于交叉迭代自动位置矫正的波前检测方法

权利要求书

1.一种基于交叉迭代自动位置矫正的波前检测方法，在激光器的出射光路上依次布置有扩束器、待测平板、会聚透镜、图像传感器，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：移动所述图像传感器，在不同的离焦距离采集n幅含有所述的待测平板波前误差的离焦衍射光斑；

S2：分别设置所述会聚透镜的焦距s、口径D、每一幅离焦衍射光斑的离焦位置z_k，设置光斑u方向优化步长step_u，v方向优化步长step_v，相位优化步长step_phase，振幅优化步长step_amp，波前检测的迭代总数N，离焦衍射光斑位置矫正优化迭代总数N_I，迭代判断阈值M，波前检测的初始迭代计数i＝1，待测波前初始估计值为g¹(x,y)，其中，(x,y)为待测平板的坐标；

S3：使用S1采集到的离焦衍射光斑与待测波前的估计值的衍射传播计算值U_k构建优化目标函数

其中，(u,v)是离焦衍射光斑处的坐标，I_k是在离焦位置z_k处采集的离焦衍射光斑矩阵，U_k是待测波前在离焦位置z_k处的衍射积分，W_k(u,v)是权重分布，用来移除图像传感器上信噪比低的像素点和坏点；

S4:对所有所采集的离焦衍射光斑的位置使用矫正优化算法一优化光斑位置；

S5：计算波前优化的相位梯度和振幅梯度Δa

其中，gⁱ(x,y)表示第i次迭代的待测平板的复振幅输入估计值，代表从待测面衍射计算到图像采集面的复振幅，代表从图像采集面逆衍射计算到待测面的复振幅，*代表取复共轭，Im()代表取虚部，Re()代表取实部，和分别代表衍射计算算子和逆衍射计算算子；

S6：更新待测波前的振幅和相位

其中，j表示虚数；a为振幅，为相位；

S7：如果mod((i+1)/M)＝k，k是离焦光斑的位置索引，那么判断离焦衍射光斑的强度位置是否矫正完全；如果离焦衍射光斑强度位置矫正正确，则结束迭代；如果离焦衍射光斑强度位置不正确，则运行离焦衍射光斑位置矫正优化算法二优化光斑位置，然后返回S5；如果mod((i+1)/M)≠k，直接返回S5；

S8：对得到的待测波前进行多项式拟合滤波，获得真实待测波前。

2.根据权利要求1所述的基于交叉迭代自动位置矫正的波前检测方法，其特征在于，S4具体通过如下子步骤来执行：

S4.1：设置光斑位置优化的初始迭代计数m＝1，输入离焦位置z_k；

S4.2：计算离焦衍射光斑位置优化梯度

其中，λ为激光器出射波长；T_x,T_y分别代表x方向的倾斜项以及y方向的倾斜项；g_m(x,y)为S6恢复的波前gⁱ⁺¹(x,y)，这里当未开始恢复时，g_m(x,y)为初始假设波前g¹(x,y)，是的共轭值；

S4.3：更新离焦衍射光斑位置

这里

S4.4：如果m＜N_I，令m＝m+1，并返回S4.2，否则结束迭代。

3.根据权利要求2所述的基于交叉迭代自动位置矫正的波前检测方法，其特征在于，S7所述的运行离焦衍射光斑位置矫正优化算法二优化光斑位置包含以下步骤：

(1)设置光斑位置优化的迭代步数m＝1，输入离焦位置z_k；

(2)计算离焦衍射光斑位置优化梯度

其中，λ为激光器出射波长；

(3)更新倾斜量系数c

(4)更新待测波前

(5)如果m＜N_I，m＝m+1并返回步骤(2)，否则更新中心点位置

其中，d_u为图像传感器的像素大小。