一種脈衝光波前測量的哈特曼波前傳感器的製作方法

2023-09-27 06:12:40

專利名稱：一種脈衝光波前測量的哈特曼波前傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學波前傳感器，尤其涉及一種用於脈衝光波前測量的哈特曼波前傳感器。
現有的哈特曼波前傳感器通常採用微透鏡陣列與CCD探測器耦合的結構。中國專利申請公開說明書(申請號98112210.8，公開號CN1245904A)公開的一種哈特曼波前傳感器，即採用這種結構，由微透鏡陣列和CCD探測器通過機械機構耦合在一起構成。但這種傳感器在光學元件檢測、大氣測量等應用中，由於光源發出的是連續光，因此選用普通的成像CCD設計完成，並未涉及哈特曼傳感器在用於脈衝光源光學系統的波前測量過程中，數據採集與脈衝光同步的採集測量。
本發明的技術解決方案是一種脈衝光波前測量的哈特曼波前傳感器，包括光學匹配系統、波面分割取樣陣列元件、CCD探測器，其特點在於還包括數據採集電路和外觸發接口電路，數據採集電路用於採集CCD探測器輸出的曝光信息，外觸發接口電路接收脈衝光同步電信號，並產生CCD曝光採集的外觸發信號，控制CCD探測器曝光採集，在曝光採集期間，脈衝光發射出光，使CCD探測器採集到雷射波前信息。
CCD探測器選為內時鐘、外時鐘工作模式可設置的器件，或外同步信號觸發曝光器件。外觸發接口電路可以做成獨立的外觸發接口電路系統集成於傳感器中，也可以做成電路集成在本發明中的數據採集電路、CCD電源驅動電路或CCD電路系統中。
本發明工作時，首先設定脈衝光的光信號與其同步電信號的延時時序，使同步電信號在脈衝光發射前觸發CCD探測器處於曝光採集等待狀態，並在曝光時間內，脈衝光發射出光使CCD探測器採集到光信號，這樣脈衝光的波前信息被波面分割取樣陣列元件分割取樣後，經CCD探測器採樣傳輸至計算機，計算出脈衝光的波前數據。
本發明與現有技術相比有如下優點由於採用外觸發接口電路和具有外觸發曝光功能的CCD探測器件，實現與脈衝光發射的同步採樣，這樣用一臺具有外同步功能的的哈特曼傳感器，既可以通過外觸發信號測量脈衝光光學系統的像差，又可以測量連續光光學系統的像差。
如圖2所示，脈衝光哈特曼的採樣測量時序圖，脈衝光的同步電信號經同步觸發接口電路5接收，並發出信號控制CCD探測器3曝光，經延時設置的脈衝光信號恰好在CCD探測器3曝光時間內發射，CCD探測器3可以同步地採樣測量脈衝光波前數據，根據每個子孔徑內光斑質心的偏移計算被測對象的波前像差。
如圖3所示，該圖是數據採集電路4和同步觸發接口電路5原理圖，數字CCD的數據總線(D0～D7)、時鐘信號(XLK)、行頻信號(LDV)、幀頻信號(FDV)由插頭J3接入數據採集卡，這些信號是採用差分驅動方式提高抗幹擾能力，U2～U4(26LS32)將其轉換為單路信號，經接口電路將CCD探測器3採集的圖像數據寫入幀存體(CY7C1049)，一幀圖像數據存儲完畢後，計算機通過ISA(J1)總線讀取幀存體的圖像作波前重構處理。CCD探測器3數據寫入接口電路的地址發生器、寫數據時序邏輯控制電路，計算機6讀數據時序邏輯控制電路及讀寫數據總線切換電路由Xilinx公司的XC95288XL完成。U7(R1117)是XC95288XL的電源模塊電路，插頭J2是XC95288XL的程序下載JTAG接口。
外觸發接口電路5由U6(6N137)光電隔離器接收，其作用是將脈衝雷射器的同步電信號與採集卡、CCD探測器3的電源隔離，避免雷射振蕩器對採集測量產生幹擾。外觸發信號由XC95288XL傳入計算機6，由計算機6控制CCD曝光控制信號的延時時序，再經XC95288XL、插頭J3控制CCD探測器3(VINIT)曝光採集脈衝光信號。
權利要求
1.一種脈衝光波前測量的哈特曼波前傳感器，包括光學匹配系統、波面分割取樣陣列元件、CCD探測器，其特徵在於還包括數據採集電路、外觸發接口電路，數據採集電路用於採集CCD探測器輸出的曝光信息，外觸發接口電路接收脈衝光同步電信號，並產生CCD曝光採集的外觸發信號，控制CCD探測器曝光採集，在曝光採集期間，脈衝光發射出光，使CCD探測器採集到雷射波前信息。
2.根據權利要求1所述一種脈衝光波前測量的哈特曼波前傳感器，其特徵在於所述的CCD探測器為具有外觸發曝光採樣控制功能的器件，可以通過外觸發脈衝控制CCD的曝光採樣時序。
3.根據權利要求1所述的一種脈衝光波前測量的的哈特曼波前傳感器，其特徵在於所述的脈衝光電信號相對光信號提前發出，由外觸發接口電路接收，控制CCD探測器處於曝光等待狀態，脈衝光光信號在CCD曝光等待期間發射，使CCD能採集到脈衝光波前信息。
4.根據權利要求1所述的一種脈衝光波前測量的的哈特曼波前傳感器，其特徵在於所述的外觸發接口電路由獨立的電路系統構成，或集成在CCD探測器、數據採集電路、CCD電源驅動電路或CCD電路系統中。
5.根據權利要求1所述的哈特曼波前傳感器，其特徵在於所述的波面分割取樣陣列元件採用二元菲涅爾微透鏡陣列，或連續表面微透鏡陣列，或梯度折射率微透鏡陣列，或二元菲涅爾微稜鏡陣列、連續表面微稜鏡陣列，或梯度折射率的微稜鏡陣列。
全文摘要
一種脈衝光波前測量的哈特曼波前傳感器包括光學匹配系統、波面分割取樣陣列元件、CCD探測、數據採集電路、外觸發接口電路和計算機，數據採集電路用於採集CCD探測器曝光信息，外觸發接口電路接收脈衝光同步電信號，並產生CCD曝光採集外觸發信號，控制CCD探測器曝光採集，在曝光採集期間，脈衝光發射出光，使CCD探測器採集到雷射波前信息。CCD探測器是具有外觸發曝光採樣控制功能的CCD器件，外觸發接口電路可由獨立的電路系統構成，或集成在CCD採集卡、電源驅動電路中。本發明的結構保證了在一臺脈衝光哈特曼傳感器上，既可以測量脈衝光光學系統的像差，又可測連續光光學系統的像差，具有結構簡單、應用適應性強的優點。
文檔編號G01M11/02GK1465966SQ0212375
公開日2004年1月7日 申請日期2002年6月24日 優先權日2002年6月24日
發明者段海峰, 王海英, 李恩德, 楊澤平, 張雨東 申請人:中國科學院光電技術研究所