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一種復合型夏克-哈特曼波前傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明提出了一種復合型夏克-哈特曼波前傳感器，該傳感器由相應的匹配系統、反射鏡、光調節器、微透鏡陣列和CCD探測相機組成。本發明的特點是根據不同信噪比的探測目標，通過引入一個切換反射鏡，將入射光導入兩路擁有不同子孔徑數的微透鏡陣列中，并由匹配系統將探測目標的陣列圖像成像在同一個CCD探測相機的同一個區域上，使得像差探測更加準確。兩路陣列圖像成像在同一個CCD探測相機上，在沒有明顯增加硬件成本的情況下，擴展了夏克-哈特曼波前傳感器的應用。本發明在光學檢測和自適應光學領域具有應用潛力。
【專利說明】一種復合型夏克-哈特曼波前傳感器

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種復合型夏克-哈特曼波前傳感器，屬于自適應光學領域。

【背景技術】
[0002]自適應光學系統通過對時變的外界擾動引起的波前畸變進行實時的探測和校正，從而提升成像系統的分辨能力，波前傳感器作為自適應光學系統的“眼睛”，其波前探測的性能對整個系統有著重要的影響。對于夏克-哈特曼波前傳感器而言，其微透鏡陣列的子孔徑個數與波前測量精度直接相關，從空間分辨的角度來說，子孔徑數越多，測量精度越高，然而對于同一個探測目標，微透鏡的子孔徑越多，其探測陣列圖像的信噪比越低，從而影響波前測量精度。
[0003]傳統夏克-哈特曼波前傳感器擁有固定的微透鏡及子孔徑數，在對不同信噪比的探測目標進行波前測量時，若子孔徑過少，則空間分辨力不夠，導致波前測量精度有限，若子孔徑過多，則對于信噪比較低的探測目標，其子孔徑所成的陣列圖像信噪比太低，同樣影響波前測量的精度。


【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題為:本發明針對傳統夏克-哈特曼波前傳感器的上述不足，提供一種同時擁有兩種不同子孔徑數的復合型夏克-哈特曼波前傳感器。該傳感器針對不同信噪比的探測目標，通過切入反射鏡的方式，使用兩種不同子孔徑數的微透鏡陣列，提供波前測量結果，兩種微透鏡陣列成像在同一個CCD探測相機上，在沒有明顯增加硬件成本的情況下，擴展了夏克-哈特曼波前傳感器的應用。
[0005]本發明解決上述的技術問題采用的技術方案為:一種復合型夏克-哈特曼波前傳感器，包含第一匹配系統、反射鏡、第一光調節器、第二光調節器、第一微透鏡陣列、第二微透鏡陣列、第二匹配系統、第三匹配系統和CXD探測相機。入射光經過第一匹配系統后，當探測目標信噪比較高時，目標光直接進入第一光調節器和第一微透鏡陣列，經第二匹配系統成像在CCD探測相機上，當探測目標信噪比較低時，通過切入反射鏡將目標光導入第二光調節器和第二微透鏡陣列，經第三匹配系統成像在CXD探測相機上。
[0006]其中，第一匹配系統可以是透射或者反射式，主要用于匹配入射光和微透鏡的口徑，并確保微透鏡陣列位于前端光學系統瞳面的共軛位置。
[0007]其中，第一光調節器、第二光調節器為衰減片或濾光片，或者是衰減片加濾光片，主要用于調節后續波前探測中使用的光的波長和能量。
[0008]其中，第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列具有不同的子孔徑數，對探測波前具有不同的空間采樣率。
[0009]其中，第二匹配系統和第三匹配系統可以是透射式或者反射式，主要用于將經微透鏡匯聚后的光成像在同一個CCD探測相機上，并根據設計要求，滿足像素空間采用率。
[0010]本發明與現有技術相比有如下優點:
[0011]本發明設計的復合型夏克-哈特曼波前傳感器，擁有兩套子孔徑數不同微透鏡陣列，針對不同信噪比的探測目標，提供兩種不同個數的微透鏡陣列進行波前劃分和波前測量，使得波前測量更加準確；兩微透鏡陣列像成像在同一個CCD探測相機上，在沒有明顯增加硬件成本的情況下，擴展了夏克-哈特曼波前傳感器的應用。
[0012]本發明設計的復合型夏克-哈特曼波前傳感器，擁有兩套子孔徑數不同微透鏡陣列，針對不同信噪比的探測目標，提供兩種不同個數的微透鏡陣列進行波前劃分和波前測量，相比于單個夏克-哈特曼波前傳感器，在進行波前測量時，通過快速切換，保證波前測量的準確性；對于雙波前探測器的系統，復合型夏克-哈特曼波前傳感器結構緊湊簡單，也有利于降低系統的復雜度；兩微透鏡陣列像成像在同一個CCD探測相機上，在沒有明顯增加硬件成本的情況下，擴展了夏克-哈特曼波前傳感器的應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發明中裝置結構示意圖；
[0014]圖2為本發明中一個具體的設計實例示意圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖以及具體實施例進一步說明本發明。
[0016]如圖1所示，本發明包含第一匹配系統1、反射鏡2、第一光調節器3、第二光調節器4、第一微透鏡陣列5、第二微透鏡陣列6、第二匹配系統7、第三匹配系統8和CXD探測相機9。入射光經過第一匹配系統I后，進入第一光調節器3和第一微透鏡陣列5，經第二匹配系統7成像在CCD探測相機9上，當探測目標信噪比較低時，通過切入反射鏡2將光導入第二光調節器4和第二微透鏡陣列6，經第三匹配系統8成像在CXD探測相機9上。
[0017]第一匹配系統I主要用于匹配入射光和微透鏡陣列的光束口徑，并保證微透鏡陣列位于前端光學系統瞳面的共軛位置。入射光經過第一匹配系統I后，當探測目標信噪比較高時，直接進入第一光調節器3，當探測目標信噪比較低時，切入反射鏡2將光波反射進入第二光調節器4，光調節器主要作用是選擇進入后續微透鏡陣列的光的波長和強度；經過調節器的光波前再由第一微透鏡陣列5或者第二微透鏡陣列6進行分割，兩個微透鏡陣列可以根據設計需要，選擇不同的子孔徑數。第二匹配系統7和第三匹配系統8用于將相應微透鏡所成陣列像同時成像在一個CCD探測相機上，并根據設計需要滿足像素分辨率的要求。
[0018]圖2所示為一個具體的設計實例，這種復合型夏克-哈特曼波前傳感器可用于兼顧激光導引星和自然導引星的夜天文自適應光學系統中，圖中第一匹配系統I由兩個透鏡組成，當使用激光導引星用于波前探測時，反射鏡2不切入光路，光波經過第一匹配系統I后，直接進入第一濾光片3選擇需要的波長，第一微透鏡陣列5所成的導引星陣列圖像經第二匹配系統7并且由反射鏡11、反射鏡13和反射鏡15導入CXD探測相機9中，由于激光導引星較強，因此第一微透鏡陣列5具有較多的子孔徑數，可以對更強的大氣湍流進行波前探測；當使用星等較弱的自然導引星用于波前探測時，可以通過切入反射鏡2，將經過第一匹配系統I的光導入第二濾光片4和第二微透鏡陣列6，第二微透鏡陣列6具有較少的子孔徑數，其陣列圖像經第三匹配系統8并且由反射鏡12、反射鏡14和反射鏡15導入CXD探測相機9中。兩種探測結果均用于控制變形鏡進行自適應光學波前校正，在不改變系統硬件架構的情況下，通過軟件切換即可實現兩種導引星對大氣湍流的閉環校正，降低了系統的復雜度。
[0019]本發明未詳細闡述的部分屬于本領域公知技術。
【權利要求】
1.一種復合型夏克-哈特曼波前傳感器，其特征在于:包含第一匹配系統(1)、反射鏡(2)、第一光調節器(3)、第二光調節器(4)、第一微透鏡陣列(5)、第二微透鏡陣列(6)、第二匹配系統(7)、第三匹配系統⑶和C⑶探測相機(9);當反射鏡(2)不切入時，入射光經過第一匹配系統(1)后，直接進入第一光調節器(3)和第一微透鏡陣列(5)，經第二匹配系統(7)成像在CCD探測相機(9)上；當反射鏡(2)切入時，通過切入反射鏡(2)將光導入第二光調節器(4)和第二微透鏡陣列(6)，經第三匹配系統(8)成像在C⑶探測相機(9)上。
2.根據權利要求1所述的一種復合型夏克-哈特曼波前傳感器，其特征在于:第一匹配系統(1)可以是透射或者反射式，主要用于匹配入射光和微透鏡的口徑，并確保微透鏡陣列位于前端光學系統瞳面的共軛位置。
3.根據權利要求1所述的一種復合型夏克-哈特曼波前傳感器，其特征在于:第一光調節器(3)、第二光調節器(4)為衰減片或濾光片，或者是衰減片加濾光片，主要用于調節后續波前探測中使用的光的波長和能量。
4.根據權利要求1所述的一種復合型夏克-哈特曼波前傳感器，其特征在于:第一微透鏡陣列(5)和第二微透鏡陣列(6)具有不同的子孔徑數，對探測波前具有不同的空間采樣率。
5.根據權利要求1所述的一種復合型夏克-哈特曼波前傳感器，其特征在于:第二匹配系統(7)和第三匹配系統(8)可以是透射式或者反射式，主要用于將經微透鏡匯聚后的光成像在同一個CCD探測相機(9)上，并根據設計要求，滿足像素空間采用率。
【文檔編號】G01J9/00GK104501972SQ201510020363
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月15日 優先權日:2015年1月15日
【發明者】饒長輝, 楊金生, 饒學軍, 張蘭強, 朱磊, 顧乃庭 申請人:中國科學院光電技術研究所