一种复合型夏克‑哈特曼波前传感器制造技术

本发明专利技术提出了一种复合型夏克‑哈特曼波前传感器，该传感器由相应的匹配系统、反射镜、光调节器、微透镜阵列和CCD探测相机组成。本发明专利技术的特点是根据不同信噪比的探测目标，通过引入一个切换反射镜，将入射光导入两路拥有不同子孔径数的微透镜阵列中，并由匹配系统将探测目标的阵列图像成像在同一个CCD探测相机的同一个区域上，使得像差探测更加准确。两路阵列图像成像在同一个CCD探测相机上，在没有明显增加硬件成本的情况下，扩展了夏克‑哈特曼波前传感器的应用。本发明专利技术在光学检测和自适应光学领域具有应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种复合型夏克-哈特曼波前传感器
本专利技术涉及一种复合型夏克-哈特曼波前传感器，属于自适应光学领域。
技术介绍
自适应光学系统通过对时变的外界扰动引起的波前畸变进行实时的探测和校正，从而提升成像系统的分辨能力，波前传感器作为自适应光学系统的“眼睛”，其波前探测的性能对整个系统有着重要的影响。对于夏克-哈特曼波前传感器而言，其微透镜阵列的子孔径个数与波前测量精度直接相关，从空间分辨的角度来说，子孔径数越多，测量精度越高，然而对于同一个探测目标，微透镜的子孔径越多，其探测阵列图像的信噪比越低，从而影响波前测量精度。传统夏克-哈特曼波前传感器拥有固定的微透镜及子孔径数，在对不同信噪比的探测目标进行波前测量时，若子孔径过少，则空间分辨力不够，导致波前测量精度有限，若子孔径过多，则对于信噪比较低的探测目标，其子孔径所成的阵列图像信噪比太低，同样影响波前测量的精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：本专利技术针对传统夏克-哈特曼波前传感器的上述不足，提供一种同时拥有两种不同子孔径数的复合型夏克-哈特曼波前传感器。该传感器针对不同信噪比的探测目标，通过切入反射镜的方式，使用两种不同子孔径数的微透镜阵列，提供波前测量结果，两种微透镜阵列成像在同一个CCD探测相机上，在没有明显增加硬件成本的情况下，扩展了夏克-哈特曼波前传感器的应用。本专利技术解决上述的技术问题采用的技术方案为：一种复合型夏克-哈特曼波前传感器，包含第一匹配系统、反射镜、第一光调节器、第二光调节器、第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、第二匹配系统、第三匹配系统和CCD探测相机。入射光经过第一匹配系统后，当探测目标信噪比较高时，目标光直接进入第一光调节器和第一微透镜阵列，经第二匹配系统成像在CCD探测相机上，当探测目标信噪比较低时，通过切入反射镜将目标光导入第二光调节器和第二微透镜阵列，经第三匹配系统成像在CCD探测相机上。其中，第一匹配系统可以是透射或者反射式，主要用于匹配入射光和微透镜的口径，并确保微透镜阵列位于前端光学系统瞳面的共轭位置。其中，第一光调节器、第二光调节器为衰减片或滤光片，或者是衰减片加滤光片，主要用于调节后续波前探测中使用的光的波长和能量。其中，第一微透镜阵列和第二微透镜阵列具有不同的子孔径数，对探测波前具有不同的空间采样率。其中，第二匹配系统和第三匹配系统可以是透射式或者反射式，主要用于将经微透镜汇聚后的光成像在同一个CCD探测相机上，并根据设计要求，满足像素空间采用率。本专利技术与现有技术相比有如下优点：本专利技术设计的复合型夏克-哈特曼波前传感器，拥有两套子孔径数不同微透镜阵列，针对不同信噪比的探测目标，提供两种不同个数的微透镜阵列进行波前划分和波前测量，使得波前测量更加准确；两微透镜阵列像成像在同一个CCD探测相机上，在没有明显增加硬件成本的情况下，扩展了夏克-哈特曼波前传感器的应用。本专利技术设计的复合型夏克-哈特曼波前传感器，拥有两套子孔径数不同微透镜阵列，针对不同信噪比的探测目标，提供两种不同个数的微透镜阵列进行波前划分和波前测量，相比于单个夏克-哈特曼波前传感器，在进行波前测量时，通过快速切换，保证波前测量的准确性；对于双波前探测器的系统，复合型夏克-哈特曼波前传感器结构紧凑简单，也有利于降低系统的复杂度；两微透镜阵列像成像在同一个CCD探测相机上，在没有明显增加硬件成本的情况下，扩展了夏克-哈特曼波前传感器的应用。附图说明图1为本专利技术中装置结构示意图；图2为本专利技术中一个具体的设计实例示意图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例进一步说明本专利技术。如图1所示，本专利技术包含第一匹配系统1、反射镜2、第一光调节器3、第二光调节器4、第一微透镜阵列5、第二微透镜阵列6、第二匹配系统7、第三匹配系统8和CCD探测相机9。入射光经过第一匹配系统1后，进入第一光调节器3和第一微透镜阵列5，经第二匹配系统7成像在CCD探测相机9上，当探测目标信噪比较低时，通过切入反射镜2将光导入第二光调节器4和第二微透镜阵列6，经第三匹配系统8成像在CCD探测相机9上。第一匹配系统1主要用于匹配入射光和微透镜阵列的光束口径，并保证微透镜阵列位于前端光学系统瞳面的共轭位置。入射光经过第一匹配系统1后，当探测目标信噪比较高时，直接进入第一光调节器3，当探测目标信噪比较低时，切入反射镜2将光波反射进入第二光调节器4，光调节器主要作用是选择进入后续微透镜阵列的光的波长和强度；经过调节器的光波前再由第一微透镜阵列5或者第二微透镜阵列6进行分割，两个微透镜阵列可以根据设计需要，选择不同的子孔径数。第二匹配系统7和第三匹配系统8用于将相应微透镜所成阵列像同时成像在一个CCD探测相机上，并根据设计需要满足像素分辨率的要求。图2所示为一个具体的设计实例，这种复合型夏克-哈特曼波前传感器可用于兼顾激光导引星和自然导引星的夜天文自适应光学系统中，图中第一匹配系统1由两个透镜组成，当使用激光导引星用于波前探测时，反射镜2不切入光路，光波经过第一匹配系统1后，直接进入第一滤光片3选择需要的波长，第一微透镜阵列5所成的导引星阵列图像经第二匹配系统7并且由反射镜11、反射镜13和反射镜15导入CCD探测相机9中，由于激光导引星较强，因此第一微透镜阵列5具有较多的子孔径数，可以对更强的大气湍流进行波前探测；当使用星等较弱的自然导引星用于波前探测时，可以通过切入反射镜2，将经过第一匹配系统1的光导入第二滤光片4和第二微透镜阵列6，第二微透镜阵列6具有较少的子孔径数，其阵列图像经第三匹配系统8并且由反射镜12、反射镜14和反射镜15导入CCD探测相机9中。两种探测结果均用于控制变形镜进行自适应光学波前校正，在不改变系统硬件架构的情况下，通过软件切换即可实现两种导引星对大气湍流的闭环校正，降低了系统的复杂度。本专利技术未详细阐述的部分属于本领域公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合型夏克‑哈特曼波前传感器，其特征在于：包含第一匹配系统(1)、反射镜(2)、第一光调节器(3)、第二光调节器(4)、第一微透镜阵列(5)、第二微透镜阵列(6)、第二匹配系统(7)、第三匹配系统(8)和CCD探测相机(9)；当反射镜(2)不切入时，入射光经过第一匹配系统(1)后，直接进入第一光调节器(3)和第一微透镜阵列(5)，经第二匹配系统(7)成像在CCD探测相机(9)上；当反射镜(2)切入时，通过切入反射镜(2)将光导入第二光调节器(4)和第二微透镜阵列(6)，经第三匹配系统(8)成像在CCD探测相机(9)上。

【技术特征摘要】
1.一种复合型夏克-哈特曼波前传感器，其特征在于：包含第一匹配系统(1)、反射镜(2)、第一光调节器(3)、第二光调节器(4)、第一微透镜阵列(5)、第二微透镜阵列(6)、第二匹配系统(7)、第三匹配系统(8)和CCD探测相机(9)；当反射镜(2)不切入时，入射光经过第一匹配系统(1)后，直接进入第一光调节器(3)和第一微透镜阵列(5)，经第二匹配系统(7)成像在CCD探测相机(9)上；当反射镜(2)切入时，通过切入反射镜(2)将光导入第二光调节器(4)和第二微透镜阵列(6)，经第三匹配系统(8)成像在CCD探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶长辉，杨金生，饶学军，张兰强，朱磊，顾乃庭，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51