專利名稱：大口徑線陣哈特曼波前傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種哈特曼波前傳感器，具體涉及一種大口徑線陣哈特曼波前傳感器。
背景技術(shù)：
光學(xué)層析是一種先進(jìn)的得到透明氣體流場(chǎng)密度(溫度、組份)分布的非接觸(介入)定量測(cè)量方法，這些方法必須采用探測(cè)器獲取不同角度方向的投影數(shù)據(jù)，常選用具有對(duì)振動(dòng)不敏感優(yōu)點(diǎn)的哈特曼波前傳感器。特別在高速的流場(chǎng)層析測(cè)量中，線陣哈特曼波前傳感器是理想的獲取投影數(shù)據(jù)的探測(cè)器。
現(xiàn)有的一種采用哈特曼波前傳感器作為探測(cè)器的高速層析系統(tǒng)，它直接利用線陣CCD的孔徑，微透鏡陣列的長(zhǎng)度與線陣CCD相機(jī)匹配，前面不設(shè)置激光縮束裝置，測(cè)量一個(gè)小于3cm的區(qū)域；實(shí)際被測(cè)的流場(chǎng)空間范圍往往較大(直徑范圍達(dá)到10cm)，如果直接采用現(xiàn)有的探測(cè)器只能得到局部投影數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行重構(gòu)計(jì)算。為了準(zhǔn)確測(cè)量，單個(gè)方向投影需大口徑激光束覆蓋，可以采用現(xiàn)有的線陣哈特曼波前傳感器接收前縮束的方法，一般由反向放置的大口徑激光擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡(通常所謂的激光擴(kuò)束準(zhǔn)直器)來實(shí)現(xiàn)。大口徑激光擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡，由于激光束發(fā)散角較小，要校正的像差主要為軸上球差及正弦差，故要采用非球面單透鏡，加工成本高；如果要應(yīng)用于幾種不同波長(zhǎng)的探測(cè)激光的測(cè)量場(chǎng)合，要考慮減小色差；這樣使整個(gè)激光擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡體積較大，安裝調(diào)試不便。而且，將整個(gè)觀測(cè)范圍縮束到一個(gè)微透鏡陣列和CCD相機(jī)孔徑，要提高測(cè)量的空間分辨率，須更多數(shù)量微透鏡的微透鏡陣列和更高分辨率的CCD相機(jī)，更多數(shù)量微透鏡的微透鏡陣列加工難度大，且加工工藝和精度不易控制，CCD相機(jī)的高分辨率則受當(dāng)前技術(shù)的限制，使得提高測(cè)量的空間分辨率非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種光路調(diào)試方便，配置靈活，空間分辨率高，加工工藝性好，制造成本低的大口徑線陣哈特曼波前傳感器。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用下述技術(shù)方案。一種大口徑線陣哈特曼波前傳感器，包括柱面微透鏡陣列和線陣CCD探測(cè)器，其特征在于在柱面微透鏡陣列前設(shè)置有將大口徑探測(cè)光束分束的階梯形分束反射器，該階梯形分束反射器由二個(gè)或二個(gè)以上的平面反射鏡組塊粘接而成，所述的每一平面反射鏡組塊有一個(gè)端面為平面反射面，二個(gè)或二個(gè)以上的平面反射面組成階梯形反射面，所述的柱面微透鏡陣列和線陣CCD探測(cè)器的數(shù)量與平面反射鏡組塊的數(shù)量相同，線陣CCD探測(cè)器平行設(shè)置于柱面微透鏡陣列之后。
所述的平面反射面為45°反射面，該45°反射面與柱面微透鏡陣列和線陣CCD探測(cè)器的光軸成45°夾角。
所述各線陣CCD探測(cè)器與同步驅(qū)動(dòng)電路相連接。同步驅(qū)動(dòng)電路是由外部通用時(shí)鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生的輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘及輸出極置位通過電路并聯(lián)連接而成，對(duì)每個(gè)線陣CCD探測(cè)器產(chǎn)生相同的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
本發(fā)明的線陣CCD探測(cè)器可采用Dalsa IL-P3-B線陣CCD圖象傳感器，象元為512，1024，2048；柱面微透鏡陣列列陣數(shù)28×1，每個(gè)柱面微透鏡子孔徑尺寸602μm×3mm，覆蓋21個(gè)CCD象元，焦距30mm±2mm。階梯形分束反射器由三個(gè)平面反射鏡組塊粘接而成，分別為第一平面反射鏡組塊、第二平面反射鏡組塊、第三平面反射鏡組塊。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于由于不使用大口徑激光擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡，而采用加工方便而精度高的45°平面反射鏡組塊粘接而成、可將大口徑探測(cè)光束分束的階梯形分束反射鏡，降低了系統(tǒng)的體積和成本，目前的光學(xué)加工工藝很容易保證平面鏡的加工精度，確保非常微小的像差。由于用分束反射鏡將大口徑探測(cè)光束分束，并且具有可根據(jù)實(shí)際被測(cè)的流場(chǎng)空間范圍確定平面反射鏡組塊數(shù)量即分束數(shù)的優(yōu)勢(shì)，增加了配置的靈活性，將現(xiàn)有技術(shù)中的由一個(gè)線陣CCD探測(cè)器探測(cè)的區(qū)域分成數(shù)個(gè)線陣CCD探測(cè)器來探測(cè)，將空間分辨率提高了數(shù)倍。柱面微透鏡陣列采用柱面微透鏡，各個(gè)小口徑柱面微透鏡陣列和線陣CCD分開擺置，方便光路調(diào)試。本發(fā)明還配置共同的信號(hào)讀出驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)CCD同步輸出，使得高速圖象數(shù)據(jù)可靠。
綜上所述，本發(fā)明具有光路調(diào)試方便、配置靈活、空間分辨率高、加工工藝性好、制造成本低等特點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為階梯形分束反射器的結(jié)構(gòu)示意主視圖；圖3為階梯形分束反射器的結(jié)構(gòu)示意右視圖；圖4為柱面微透鏡陣列和線陣CCD探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意主視圖；圖5為柱面微透鏡陣列和線陣CCD探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意右視圖；圖6是線陣CCD探測(cè)器的同步驅(qū)動(dòng)電路連接示意圖。
圖中各標(biāo)號(hào)表示1、大口徑探測(cè)光束2、被測(cè)流場(chǎng) 3、階梯形分束反射器4、柱面微透鏡陣列5、線陣CCD探測(cè)器6、第一平面反射鏡組塊
7、第二平面反射鏡組塊 8、第三平面反射鏡組塊 9、反射面。
具體實(shí)施例方式
如圖1～3所示，本發(fā)明的大口徑線陣哈特曼波前傳感器，包括柱面微透鏡陣列4和線陣CCD探測(cè)器5，在柱面微透鏡陣列4前設(shè)置有將大口徑探測(cè)光束分束的階梯形分束反射器3，該階梯形分束反射器3可由二個(gè)或二個(gè)以上的平面反射鏡組塊粘接而成，每一平面反射鏡組塊有一個(gè)端面為平面反射面9，各組塊的長(zhǎng)度不同，以粘接成階梯形分束反射器3，且由二個(gè)或二個(gè)以上的平面反射面9組成階梯形反射面。目前的光學(xué)加工工藝很容易保證這些平面反射鏡組塊的加工精度，確保非常微小的像差。柱面微透鏡陣列4和線陣CCD探測(cè)器5的數(shù)量與平面反射鏡組塊的數(shù)量相同，線陣CCD探測(cè)器5平行設(shè)置于柱面微透鏡陣列4之后。上述平面反射面9為45°反射面，該45°反射面與柱面微透鏡陣列4和線陣CCD探測(cè)器5的光軸成45°夾角。
本發(fā)明通過階梯形分束反射器3將大口徑探測(cè)光束分束為與平面反射鏡組塊數(shù)量相同的分光束，可根據(jù)實(shí)際被測(cè)的流場(chǎng)空間范圍確定平面反射鏡組塊數(shù)量即分束數(shù)，配置靈活。本實(shí)施例中，平面反射鏡組塊設(shè)置為三個(gè)，分別為第一平面反射鏡組塊6、第二平面反射鏡組塊7和第三平面反射鏡組塊8；相應(yīng)地，柱面微透鏡陣列4和線陣CCD探測(cè)器5的數(shù)量均為三個(gè)。大口徑探測(cè)光束1以45°入射角入射至階梯形分束反射器3，經(jīng)第一平面反射鏡組塊6、第二平面反射鏡組塊7及第三平面反射鏡組塊8以45°反射角反射分解為三束光束，再分別垂直于柱面微透鏡陣列4入射至對(duì)應(yīng)的柱面微透鏡陣列4和線陣CCD探測(cè)器5中，得到投影數(shù)據(jù)。
本發(fā)明采用階梯形分束反射器3將大口徑探測(cè)光束1分束，每一分束之間間隔由各平面反射鏡組塊之間的間隔D確定(如圖1、2所示)，該間隔D根據(jù)實(shí)際光路需要和柱面微透鏡陣列4、線陣CCD探測(cè)器5的幾何尺寸確定。本實(shí)施例中，線陣CCD探測(cè)器5采用DalsaIL-P3-B線陣CCD圖象傳感器，有512，1024，2048象元等空間分辨率選擇。柱面微透鏡陣列4列陣數(shù)28×1，每個(gè)柱面微透鏡子孔徑尺寸602μm×3mm，覆蓋21個(gè)CCD象元，焦距30mm+2mm。間隔D取值為3cm，則每一分束之間間隔為3cm。對(duì)每一個(gè)分束，用小口徑的柱面微透鏡陣列4和線陣CCD探測(cè)器5探測(cè)，該分束光束垂直于小口徑柱面微透鏡陣列4入射，柱面微透鏡陣列4與線陣CCD探測(cè)器5平行，如圖4、5所示。分束反射鏡的分束使得各個(gè)小口徑柱面微透鏡陣列4和線陣CCD探測(cè)器5分開擺置，方便光路調(diào)試。同時(shí)采用各CCD同步輸出，保證高速采集的圖象數(shù)據(jù)可靠。各線陣CCD探測(cè)器的同步輸出的實(shí)現(xiàn)是給每個(gè)CCD探測(cè)器相同的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由外部通用時(shí)鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生的輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘及輸出極置位通過電路并聯(lián)連接，對(duì)每個(gè)線陣CCD探測(cè)器產(chǎn)生相同的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)；如圖6所示，由外部通用時(shí)鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生的輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘1 Clock drive 1、輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘2 Clock drive 2及輸出極置位Output reset，通過電路并聯(lián)連接，給三個(gè)線陣CCD探測(cè)器5相同的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)CCD同步輸出。
本發(fā)明的工作過程為大口徑探測(cè)光束1穿過被測(cè)流場(chǎng)2后以45°入射角入射至階梯形分束反射器3，被階梯形分束反射器3經(jīng)三個(gè)平面反射鏡組塊以45°反射角反射分解為三束光束，再分別垂直于柱面微透鏡陣列4入射至對(duì)應(yīng)的柱面微透鏡陣列4和線陣CCD探測(cè)器5中。每一分束之間間隔為3cm，通過在粘接階梯形分束反射器3時(shí)使圖2中D為3cm來實(shí)現(xiàn)。每一分束被相應(yīng)的柱面微透鏡陣列4和線陣CCD探測(cè)器5探測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種大口徑線陣哈特曼波前傳感器，包括柱面微透鏡陣列和線陣CCD探測(cè)器，其特征在于在柱面微透鏡陣列前設(shè)置有將大口徑探測(cè)光束分束的階梯形分束反射器，該階梯形分束反射器由二個(gè)或二個(gè)以上的平面反射鏡組塊粘接而成，所述的每一平面反射鏡組塊有一個(gè)端面為平面反射面，二個(gè)或二個(gè)以上的平面反射面組成階梯形反射面，所述的柱面微透鏡陣列和線陣CCD探測(cè)器的數(shù)量與平面反射鏡組塊的數(shù)量相同，線陣CCD探測(cè)器平行設(shè)置于柱面微透鏡陣列之后。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑線陣哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的平面反射面為45°反射面，該45°反射面與柱面微透鏡陣列和線陣CCD探測(cè)器的光軸成45°夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大口徑線陣哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的各線陣CCD探測(cè)器與同步驅(qū)動(dòng)電路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大口徑線陣哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的同步驅(qū)動(dòng)電路是由外部通用時(shí)鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生的輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘及輸出極置位通過電路并聯(lián)連接而成，對(duì)每個(gè)線陣CCD探測(cè)器產(chǎn)生相同的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大口徑線陣哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的線陣CCD探測(cè)器采用Dalsa IL-P3-B線陣CCD圖象傳感器，象元為512，1024，2048；所述的柱面微透鏡陣列列陣數(shù)28×1，每個(gè)柱面微透鏡子孔徑尺寸602μm×3mm，覆蓋21個(gè)CCD象元，焦距30mm±2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大口徑線陣哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的階梯形分束反射器由三個(gè)平面反射鏡組塊粘接而成，分別為第一平面反射鏡組塊、第二平面反射鏡組塊、第三平面反射鏡組塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大口徑線陣哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的第一平面反射鏡組塊和第二平面反射鏡組塊上的平面反射面之間的間隔為3cm，第二平面反射鏡組塊及第三平面反射鏡組塊上的平面反射面之間的間隔為3cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大口徑線陣哈特曼波前傳感器，旨在提供一種不使用大口徑激光擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡、光路調(diào)試方便、配置靈活、空間分辨率高、加工工藝性好、制造成本低的大口徑線陣哈特曼波前傳感器；包括柱面微透鏡陣列和線陣CCD探測(cè)器，在柱面微透鏡陣列前設(shè)置有將大口徑探測(cè)光束分束的階梯形分束反射器，該階梯形分束反射器由二個(gè)或二個(gè)以上的平面反射鏡組塊粘接而成，每一平面反射鏡組塊有一個(gè)端面為平面反射面，二個(gè)或二個(gè)以上的平面反射面組成階梯形反射面，柱面微透鏡陣列和線陣CCD探測(cè)器的數(shù)量與平面反射鏡組塊的數(shù)量相同，線陣CCD探測(cè)器平行設(shè)置于柱面微透鏡陣列之后，各線陣CCD探測(cè)器與同步驅(qū)動(dòng)電路相連接。
文檔編號(hào)G01M10/00GK1673707SQ20051003146
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月20日
發(fā)明者李文煜, 姜宗福, 楊華峰 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)