專利名稱：由球面布置微透鏡陣列及球面探測器構成的哈特曼傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種由球面布置微透鏡陣列及球面探測器構成的哈特曼傳感器，屬于光學測試儀器技術領域。
背景技術：
哈特曼傳感器是一種可動態測量、對環境要求低、測量精度高的傳感器，主要用于各種波前測量儀器。現有哈特曼傳感器是由光路縮束系統、微透鏡陣列、光電探測器以及波前處理機組成。光路縮束系統與微透鏡陣列同軸分布，光電探測器的感光面位于微透鏡陣列的焦平面處，由光電探測器輸出的信號傳輸給波前處理機，由波前處理機處理后得到實時波前復原數據。動態范圍是設計和使用哈特曼傳感器的一個非常重要的特征參數。哈特曼傳感器動態范圍的含義為，不使被測波前經過微透鏡陣列聚焦后的焦點溢出它所對應的 子孔徑時所能測量得到的被測波前最大局部波前斜率。擴大哈特曼傳感器動態范圍的措施是通過減少哈特曼傳感器的子孔徑數目，或者使用短焦距微透鏡陣列和大靶面光電探測器，不過這些措施會降低哈特曼傳感器的測量精度。在實際設計哈特曼傳感器時，為了獲得大的動態范圍，不得不犧牲測量精度。另外，短焦距微透鏡陣列加工和裝調難度較大，大靶面光電探測器價格較高。
發明內容
本發明其目的在于擴大哈特曼傳感器動態范圍，同時保證哈特曼傳感器測量精度并不因此而降低，為此我們發明了一種由球面布置微透鏡陣列及球面探測器構成的哈特曼傳感器，由球面布置微透鏡陣列及球面探測器取代現有哈特曼傳感器中的平面微透鏡陣列和平面CCD探測器，相對增大了探測器的面積，從而擴大哈特曼傳感器測量波面的動態范圍。本發明之由球面布置微透鏡陣列及球面探測器構成的哈特曼傳感器由光路縮束
系統I、微透鏡陣列、光電探測器以及波前處理機2組成，光路縮束系統I與微透鏡陣列同軸
分布，光電探測器的感光面位于微透鏡陣列的焦平面處，光電探測器與波前處理機2電連
接，其特征在于，所述微透鏡陣列為球面布置微透鏡陣列3，所述光電探測器為球面探測器
4，見圖I所示，球面布置微透鏡陣列3、球面探測器4球面同心并位于點0，球面布置微透鏡
陣列3中的每一個微透鏡的光軸均與點O相交，并且，球面布置微透鏡陣列3的曲率半徑Γι
和球面探測器的曲率半徑r2的耦合關系為
,cosd r~2I ·，，，
「 I- Jn -sin θ +- sin -沒
_5] r _ r + f, n V_n ，
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I- COsfei式中n為微透鏡的折射率，Θ為與球面布置微透鏡陣列3同軸的微透鏡和與其相鄰的一個微透鏡二者光軸夾角，Γ為微透鏡的焦距，見圖2所示。本發明其技術效果在于，與平面微透鏡陣列相比，球面布置微透鏡陣列3的焦距短、靶面面積大，在測量精度相同的前提下，哈特曼傳感器的動態范圍擴大。并且，球面探測器4的曲率與球面布置微透鏡陣列3曲率相耦合，能夠減小畸變，提高彌散斑的均勻性。一個附帶的效果是，與平面微透鏡陣列相比，球面布置微透鏡陣列3具有收集光信息視角大、時間分辨率高等昆蟲復眼的光學特性，這使得本發明之哈特曼傳感器特別適合軍事、醫療和航天技術等領域。
圖I是本發明之由球面布置微透鏡陣列及球面探測器構成的哈特曼傳感器結構示意圖，該圖同時作為摘要附圖。圖2是本發明之由球面布置微透鏡陣列及球面探測器構成的哈特曼傳感器中的球面布置微透鏡陣列與球面探測器的耦合關系示意圖。
具體實施例方式本發明之由球面布置微透鏡陣列及球面探測器構成的哈特曼傳感器由光路縮束 系統I、微透鏡陣列、光電探測器以及波前處理機2組成，光路縮束系統I與微透鏡陣列同軸
分布，光電探測器的感光面位于微透鏡陣列的焦平面處，光電探測器與波前處理機2電連
接，波前處理機2由一臺計算機擔當。所述微透鏡陣列為球面布置微透鏡陣列3，所述光電
探測器為球面探測器4，見圖I所示，球面布置微透鏡陣列3、球面探測器4球面同心并位于
點0，球面布置微透鏡陣列3中的每一個微透鏡的光軸均與點O相交，并且，球面布置微透鏡
陣列3的曲率半徑Γι和球面探測器的曲率半徑r2的耦合關系為
權利要求
1.一種由球面布置微透鏡陣列及球面探測器構成的哈特曼傳感器，由光路縮束系統(I)、微透鏡陣列、光電探測器以及波前處理機(2)組成，光路縮束系統(I)與微透鏡陣列同軸分布，光電探測器的感光面位于微透鏡陣列的焦平面處，光電探測器與波前處理機(2)電連接，其特征在于，所述微透鏡陣列為球面布置微透鏡陣列(3)，所述光電探測器為球面探測器(4)，球面布置微透鏡陣列(3)、球面探測器(4)球面同心并位于點O，球面布置微透鏡陣列(3)中的每一個微透鏡的光軸均與點O相交，并且，球面布置微透鏡陣列(3)的曲率半徑Γι和球面探測器的曲率半徑r2的耦合關系為
全文摘要
由球面布置微透鏡陣列及球面探測器構成的哈特曼傳感器屬于光學測試儀器技術領域。現有哈特曼傳感器擴大動態范圍會降低測量精度。在本發明中，光路縮束系統與微透鏡陣列同軸分布，光電探測器的感光面位于微透鏡陣列的焦平面處，光電探測器與波前處理機電連接，所述微透鏡陣列為球面布置微透鏡陣列，所述光電探測器為球面探測器，球面布置微透鏡陣列、球面探測器球面同心并位于點O，球面布置微透鏡陣列中的每一個微透鏡的光軸均與點O相交，并且，球面布置微透鏡陣列的曲率半徑r1和球面探測器的曲率半徑r2的耦合關系為，式中n為微透鏡的折射率，θ為與球面布置微透鏡陣列同軸的微透鏡和與其相鄰的一個微透鏡二者光軸夾角，f′為微透鏡的焦距。
文檔編號G01J9/00GK102865932SQ20121036652
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者劉妍, 付躍剛, 劉智穎, 馬辰昊 申請人:長春理工大學