[發(fā)明專利]大動(dòng)態(tài)范圍光波前傾斜的探測(cè)方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201210562868.1 | 申請(qǐng)日: | 2012-12-21 |
| 公開(kāi)(公告)號(hào): | CN103115687A | 公開(kāi)(公告)日: | 2013-05-22 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 宣麗;胡立發(fā);穆全全;曹召良;彭增輝;楊程亮;劉永剛;姚麗雙;李大禹;夏明亮;魯興海 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 |
| 主分類號(hào): | G01J9/00 | 分類號(hào): | G01J9/00 |
| 代理公司: | 長(zhǎng)春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210 | 代理人: | 張偉 |
| 地址: | 130033 吉*** | 國(guó)省代碼: | 吉林;22 |
| 權(quán)利要求書(shū): | 查看更多 | 說(shuō)明書(shū): | 查看更多 |
| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 動(dòng)態(tài) 范圍 光波 傾斜 探測(cè) 方法 | ||
1.一種大動(dòng)態(tài)范圍光波前傾斜的探測(cè)方法,其特征是在自適應(yīng)系統(tǒng)開(kāi)始工作的數(shù)個(gè)校正周期,在入射光波前的傾斜角度很大、超過(guò)哈特曼探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍即測(cè)量范圍時(shí),將哈特曼探測(cè)器采集到的小光斑陣列看作一個(gè)整體即一個(gè)大光斑,按照計(jì)算一個(gè)光斑質(zhì)心的辦法計(jì)算大光斑的質(zhì)心坐標(biāo);根據(jù)質(zhì)心的偏移量得出波前的整體傾斜,將此數(shù)據(jù)反饋給振鏡以校正波前的傾斜,但不給波前校正器反饋數(shù)據(jù);繼之而來(lái)的入射光,其波前傾斜由于振鏡的校正會(huì)大幅減小,這樣高頻率地重復(fù)上面的過(guò)程;由于波前抖動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于振鏡的校正頻率,經(jīng)過(guò)振鏡數(shù)次校正后的入射光,其波前的整體傾斜就會(huì)減小到哈特曼探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi),波前的傾斜和高階畸變可以同時(shí)被正確探測(cè),此時(shí)系統(tǒng)控制程序?qū)⒔o出“命令”恢復(fù)哈特曼探測(cè)器探測(cè)波前的正常程序,使自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動(dòng)態(tài)范圍光波前傾斜的探測(cè)方法,其特征是所用的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中只有一個(gè)波前探測(cè)器,由準(zhǔn)直透鏡(2),振鏡(3),分色片(4),偏振片(5),第一縮束透鏡(6)和第二縮束透鏡(7),哈特曼探測(cè)器(8),第三縮束透鏡(9)和第四縮束透鏡(10),波前校正器(11),反射鏡(12),第一、第二成像透鏡(13)和(14),CCD(15),計(jì)算機(jī)(16)構(gòu)成;計(jì)算機(jī)(16)中存有自適應(yīng)波前校正控制程序,且波前傾斜校正頻率5~10倍大于波前抖動(dòng)頻率;計(jì)算機(jī)(16)與哈特曼探測(cè)器(8)、振鏡(3)、波前校正器(11)和CCD15相連;分色片(4)是高通濾波片,使波長(zhǎng)大于700nm的光透過(guò),而波長(zhǎng)小于700nm的光被反射;振鏡(3)與哈特曼探測(cè)器(8)處于閉環(huán)控制的光路上,而波前校正器(11)與哈特曼探測(cè)器(8)則處于開(kāi)環(huán)光路上;第四縮束透鏡(10)的光軸相對(duì)第三縮束透鏡(9)的光軸垂直向上移動(dòng)5mm±0.2mm,使得光束通過(guò)第四縮束透鏡(10)后以1.5°角向下傾斜入射到波前校正器(11)上,然后從波前校正器(11)反射出來(lái)的光束與入射光束光軸分離再次到達(dá)第四縮束透鏡(10)而聚焦,實(shí)現(xiàn)與入射焦點(diǎn)分離,此處設(shè)置反射鏡(12),使反射光束焦點(diǎn)位于反射鏡(12)上,并被折束90°,通過(guò)第一、第二成像透鏡(13)和(14)進(jìn)入CCD(15)成像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大動(dòng)態(tài)范圍光波前傾斜的探測(cè)方法,其特征是哈特曼探測(cè)器(8)對(duì)振鏡(3)的響應(yīng)矩陣有兩個(gè),一是正常動(dòng)態(tài)范圍的響應(yīng)矩陣,二是超動(dòng)態(tài)范圍的響應(yīng)矩陣;超動(dòng)態(tài)范圍的響應(yīng)矩陣測(cè)量方法為:將望遠(yuǎn)鏡出射光在焦點(diǎn)(1)前截?cái)啵⒃谕h(yuǎn)鏡的焦點(diǎn)(1)處置入一個(gè)鹵素?zé)酎c(diǎn)光源(1′),形成響應(yīng)矩陣測(cè)量系統(tǒng);在哈特曼探測(cè)器(8)的背部CCD像素面板上建立直角坐標(biāo)系,以左下角為原點(diǎn)、像素為單位,從左到右的橫軸為x軸,從下到上的縱軸為y軸;開(kāi)始測(cè)量時(shí),將哈特曼探測(cè)器(8)給出的光斑陣列看作一個(gè)大光斑,整體大光斑的質(zhì)心坐標(biāo)(CB,x,CB,y)按下式計(jì)算:
其中求和區(qū)域?yàn)镃CD面板上所有像素即P′P個(gè)像素;
大光斑質(zhì)心的原點(diǎn)坐標(biāo)為入射光束覆蓋CCD面板區(qū)域的幾何中心,表示為(CB,x0,CB,y0),那么大光斑質(zhì)心的偏移量為:ABx=CB,x-CB,x0,ABy=CB,y-CB,y0;
利用計(jì)算大光斑質(zhì)心偏移量ABx和ABy的方法,可以測(cè)量哈特曼探測(cè)器(8)的超動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)回滯曲線,從回滯曲線的兩個(gè)交點(diǎn)得到最大正、負(fù)偏移量ABx,p與ABx,n、ABy,p與ABy,n,在ABx,p與ABy,p和|ABx,n|與|ABy,n|中分別找出較小值A(chǔ)Bp與|ABn|,[ABp,ABn]即為哈特曼探測(cè)器(8)的超常動(dòng)態(tài)范圍;求得A軸和B軸兩對(duì)回滯曲線的中值曲線,并將兩條中值曲線都限定在[ABp,ABn]范圍內(nèi),二者相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓范圍分別被均分為50~100個(gè)分度值,并分別在兩條中值曲線上得到相應(yīng)的偏移量值,做成兩個(gè)二維矩陣,即超動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)矩陣ABx(VBx)、ABy(VBy);將超動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)矩陣ABx(VBx)、ABy(VBy)輸入到計(jì)算機(jī)(16)的內(nèi)存中;
計(jì)算機(jī)(16)存儲(chǔ)的自適應(yīng)波前校正控制程序首先根據(jù)哈特曼探測(cè)器(8)給出的信號(hào)計(jì)算出大光斑的ABx和ABy值,然后在存儲(chǔ)的超動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)矩陣ABx(VBx)、ABy(VBy)中查找相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓VBx、VBy,施加VBx、VBy于振鏡(3)進(jìn)行波前傾斜校正;再進(jìn)行下一周期波前探測(cè)、大光斑的ABx和ABy值計(jì)算、……;如此重復(fù)進(jìn)行5~10個(gè)周期,重復(fù)頻率即波前傾斜校正頻率為波前抖動(dòng)頻率的5~10倍,以保證偏移量Ax和Ay快速減小到[An,Ap]范圍內(nèi),即被測(cè)的波前傾斜已在哈特曼探測(cè)器(8)的正常響應(yīng)范圍內(nèi);從此恢復(fù)為采用哈特曼探測(cè)器(8)正常動(dòng)態(tài)范圍的自適應(yīng)波前校正程序,計(jì)算小光斑質(zhì)心平均偏移量從而較高精度地自適應(yīng)校正波前傾斜,同時(shí)利用小光斑質(zhì)心計(jì)算波前的高階畸變,驅(qū)動(dòng)波前校正器(11)自適應(yīng)校正波前上的高階畸變,校正后的光束進(jìn)入CCD成像。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大動(dòng)態(tài)范圍光波前傾斜的探測(cè)方法,其特征是在所述的自適應(yīng)系統(tǒng)中:
1)點(diǎn)光源(1′)為大恒公司的GCI-0601型直流調(diào)壓光纖光源,是一種白光光源,口徑控制為200微米;
2)準(zhǔn)直透鏡(2)、第一縮束透鏡(6)和第二縮束透鏡(7)均為雙膠合透鏡,焦距分別為50mm、100mm、100mm,口徑分別為12mm、25mm、25mm;
3)振鏡(3)為德國(guó)PI公司的S334型,口徑10mm,有互為垂直的A、B兩個(gè)軸控制傾斜,輸入電壓范圍都是0到10V、連續(xù)可調(diào),振鏡(3)位于初始位置時(shí)其A、B兩個(gè)軸上均施加5.00V電壓,響應(yīng)頻率為700Hz;
4)分色片(4)是高通濾波片,使波長(zhǎng)大于700nm的光透過(guò),而波長(zhǎng)小于700nm的光被反射;
5)哈特曼探測(cè)器(8)的背部CCD采用Andor?DU860,使用有效像素?cái)?shù)40×40,子區(qū)域n′n=4×4像素,小光斑直徑約2.5像素,微透鏡陣列M×M=10×10,被正入射光束覆蓋的微透鏡數(shù)為Q=80個(gè);
6)計(jì)算機(jī)(16)為DELL?T5500工作站,windows?XP操作系統(tǒng),雙核CPU?X9650主頻分別為3.00GHz和2.99GHz,內(nèi)存為3.00GB;計(jì)算機(jī)(16)中存有自適應(yīng)波前校正控制程序,其中波前傾斜的校正頻率為340Hz;在開(kāi)始的前五個(gè)校正周期,采用整體大光斑的質(zhì)心偏移量計(jì)算方法進(jìn)行波前傾斜的自適應(yīng)校正,然后恢復(fù)為采用小光斑質(zhì)心平均偏移量的計(jì)算方法進(jìn)行較高精度的波前傾斜自適應(yīng)校正;
系統(tǒng)中哈特曼探測(cè)器(8)的超動(dòng)態(tài)范圍偏移量范圍達(dá)到[11.8像素,-12.3像素],比正常動(dòng)態(tài)范圍偏移量擴(kuò)展至少15倍。
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