一种脉冲光波前测量的哈特曼波前传感器

摘要

一种脉冲光波前测量的哈特曼波前传感器包括光学匹配系统、波面分割取样阵列元件、CCD探测、数据采集电路、外触发接口电路和计算机，数据采集电路用于采集CCD探测器曝光信息，外触发接口电路接收脉冲光同步电信号，并产生CCD曝光采集外触发信号，控制CCD探测器曝光采集，在曝光采集期间，脉冲光发射出光，使CCD探测器采集到激光波前信息。CCD探测器是具有外触发曝光采样控制功能的CCD器件，外触发接口电路可由独立的电路系统构成，或集成在CCD采集卡、电源驱动电路中。本发明的结构保证了在一台脉冲光哈特曼传感器上，既可以测量脉冲光光学系统的像差，又可测连续光光学系统的像差，具有结构简单、应用适应性强的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学波前传感器，尤其涉及一种用于脉冲光波前测量的哈特曼波前传感器。

背景技术

哈特曼波前传感器是一种光学动态波前检测仪器。哈特曼波前传感器采用孔径分割元件和聚焦元件将入射波前分割为子孔径，再将其聚焦于CCD探测器光敏靶面，形成光斑阵列，通过计算机对CCD探测器接收的光斑信号进行处理，获得入射波前的波面误差信号。

现有的哈特曼波前传感器通常采用微透镜阵列与CCD探测器耦合的结构。中国专利申请公开说明书(申请号98112210.8，公开号CN1245904A)公开的一种哈特曼波前传感器，即采用这种结构，由微透镜阵列和CCD探测器通过机械机构耦合在一起构成。但这种传感器在光学元件检测、大气测量等应用中，由于光源发出的是连续光，因此选用普通的成像CCD设计完成，并未涉及哈特曼传感器在用于脉冲光源光学系统的波前测量过程中，数据采集与脉冲光同步的采集测量。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足而提供一种具有外同步触发功能、可用于脉冲光源光学系统的波前测量的哈特曼传感器。

本发明的技术解决方案是：一种脉冲光波前测量的哈特曼波前传感器，包括光学匹配系统、波面分割取样阵列元件、CCD探测器，其特点在于：还包括数据采集电路和外触发接口电路，数据采集电路用于采集CCD探测器输出的曝光信息，外触发接口电路接收脉冲光同步电信号，并产生CCD曝光采集的外触发信号，控制CCD探测器曝光采集，在曝光采集期间，脉冲光发射出光，使CCD探测器采集到激光波前信息。

CCD探测器选为内时钟、外时钟工作模式可设置的器件，或外同步信号触发曝光器件。外触发接口电路可以做成独立的外触发接口电路系统集成于传感器中，也可以做成电路集成在本发明中的数据采集电路、CCD电源驱动电路或CCD电路系统中。

本发明工作时，首先设定脉冲光的光信号与其同步电信号的延时时序，使同步电信号在脉冲光发射前触发CCD探测器处于曝光采集等待状态，并在曝光时间内，脉冲光发射出光使CCD探测器采集到光信号，这样脉冲光的波前信息被波面分割取样阵列元件分割取样后，经CCD探测器采样传输至计算机，计算出脉冲光的波前数据。

本发明与现有技术相比有如下优点：由于采用外触发接口电路和具有外触发曝光功能的CCD探测器件，实现与脉冲光发射的同步采样，这样用一台具有外同步功能的的哈特曼传感器，既可以通过外触发信号测量脉冲光光学系统的像差，又可以测量连续光光学系统的像差。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图；

图2为本发明中CCD曝光采样与脉冲光同步、出光的时序图；

图3为本发明中数据采集电路和同步触发接口电路电原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例包括光学匹配系统1、波面分割取样阵列2、CCD探测器3、数据采集卡4、外触发接口电路5、计算机6，波面分割取样阵列2的焦面与CCD探测器3的光敏靶面重合，波面分割取样阵列元件2可以采用二元菲涅尔微透镜阵列，或连续表面微透镜阵列，或梯度折射率微透镜阵列，或二元菲涅尔微棱镜阵列、连续表面微棱镜阵列，或梯度折射率的微棱镜阵列。外触接口电路5接收脉冲光的同步电信号，并产生CCD曝光采集外触发信号，控制CCD探测器3曝光采集，数据采集卡4，其采集的数据输入到计算机6。

如图2所示，脉冲光哈特曼的采样测量时序图，脉冲光的同步电信号经同步触发接口电路5接收，并发出信号控制CCD探测器3曝光，经延时设置的脉冲光信号恰好在CCD探测器3曝光时间内发射，CCD探测器3可以同步地采样测量脉冲光波前数据，根据每个子孔径内光斑质心的偏移计算被测对象的波前像差。

如图3所示，该图是数据采集电路4和同步触发接口电路5原理图，数字CCD的数据总线(D0～D7)、时钟信号(XLK)、行频信号(LDV)、帧频信号(FDV)由插头J3接入数据采集卡，这些信号是采用差分驱动方式提高抗干扰能力，U2～U4(26LS32)将其转换为单路信号，经接口电路将CCD探测器3采集的图像数据写入帧存体(CY7C1049)，一帧图像数据存储完毕后，计算机通过ISA(J1)总线读取帧存体的图像作波前重构处理。CCD探测器3数据写入接口电路的地址发生器、写数据时序逻辑控制电路，计算机6读数据时序逻辑控制电路及读写数据总线切换电路由Xilinx公司的XC95288XL完成。U7(R1117)是XC95288XL的电源模块电路，插头J2是XC95288XL的程序下载JTAG接口。

外触发接口电路5由U6(6N137)光电隔离器接收，其作用是将脉冲激光器的同步电信号与采集卡、CCD探测器3的电源隔离，避免激光振荡器对采集测量产生干扰。外触发信号由XC95288XL传入计算机6，由计算机6控制CCD曝光控制信号的延时时序，再经XC95288XL、插头J3控制CCD探测器3(VINIT)曝光采集脉冲光信号。