Датчик волнового фронта
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при построении адаптивных оптических систем. Цель изобретения - повышение быстродействия датчика волнового фронта. Цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены вторая матрица 2М -2М дифференциальных усилителей , 2М2 первых весовых элементов, 2М2-- 2М вторых1 весовых элементов и 2М2-2М третьих весовых элементов. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 К) О О Ql К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784132/10 (22) 18,01.90 (46) 15,03.92. Бюл. М 10 (72) Д,А. Безуглов, Е.Н, Мищенко, М.И, Крымский и О,В. Серпениное (53) 535,312(088.8) (56) Proceedings of SPIE, ч. 551, 1985, р. 74. Авторское свидетельство СССР N 1647496,, кл,,G 02 В 27/00, 1988. (54) ДАТЧИК ВОЛНОВОГО ФРОНТА Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при построении адаптивных оптических систем. Известны устройства для измерения параметров волнового фронта. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик волнового фронта, содержащий устройство деления волнового фронта на М субапертур, матрицу квадратных фотоприемников, 2N дифференциальных усилителей, ЗМ 4М перемножителей, источник опорного напряжения 5М сумматоров, 2М + M усилителей. Недостатком данного устройства является низкое быстродействие. Цель изобретения — повышение быстродействия устройства. На чертеже представлена функциональная схема датчика волнового фронта. Датчик содержит устройство 1 деления волнового фронта на М субапертур, квадратные фотоприемники 211 — 2мм, усилители первой матрицы дифференциальных усилителей 311 — Змм, первые весовые элементы „, SU(„, 1720051A1 (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при построении адаптивных оптических систем. Цель изобретения повышение быстродействия датчика волнового фронта. Цель достигается тем, что в устройство уополнительно введены вторая матрица 2М вЂ” 2М дифференциальных усилителей, 2М первых весовых элементов, 2М22М вторых весовых элементов и 2М вЂ” 2М третьих весовых элементов. 1 ил. 411 4мм, сумматоры 511 5мм, усилители второй матрицы дифференциальных усилителей 611 — 6м-1м, вторые весовые элементы 711 — 7м-1м, третьи весовые элементы 8118М-1 М. Устройство 1 деления волнового фронта оптически связано с квадратными фотоприемниками 2, первые и вторые выходы которых соединены с первыми и вторыми входами дифференциальных усилителей 3 канала Х первой матрицы. третьи и четвертые выходы квадратных фотоприемников 2 соединены с первыми и вторыми входами дифференциальных усилителей 3 канала Y первой матрицы. Выходы дифференциальных усилителей 3 канала Х каждого столбца первой матрицы соединены через соответb,Õ ствующие первые весовые элементы 4-к (2i — 1),1=1, М, с инвертирующими входами всех сумматоров 5 соответствующего столбца сумматоров, выходы дифференциальных усилителей 3 канала Y каждой строки первой матрицы соединены через соответствующие первые весовые элементы 4 с инвертирующими входами всех сумматоров 1720051 40 5 соответствующей строки сумматоров. Выходы всех дифференциальных усилителей 3 первой матрицы, кроме последнего в каждом столбце канала Х и в каждой строке канала У, соединены с первыми входами соответствующих дифференциальных усилителей 6 второй матрицы. Выходы дифференциальных усилителей 3 первой матрицы, кроме первого в каждом столбце в канале Х и в каждой строке в канале У, соединены с входами дифференциальных усилителей 6 с номерами на единицу, большими номеров . дифференциального усилителя 3, Выходы всех дифференциальных усилителей 6 каждого столбца канала Х и каждой строки канала Y через соответствующие вторые 1h,õ весовые элементы 7 -у-, I = 1, М-1, каналов X u Y соединены с инвертирующими входами сумматоров 5 соответствующего столбца в канале Х и строки в канале У, Выходы I-x (! = I; M 1) дифференциальных усилителей 6 каждого столбца Х соединены через соответствующие третьи весовые элементь 8 Ьц с входами с 1-го по M-1 сумматоров 5 соответствующего столбца сумматоров. Выходы j-x (j - 1. M-1) дифференциальных усилителей 6 каждой строки канала X соединены через соответствующие третьи весовые элементы 8 h,yI с входами с j-го по M-1 сумматоров 5 соответствующей строки сумматоров. Вы-. ходы сумматоров 5 являются выходами датчика. Первые входы дифференциальных усилителей являются инвертирующими. Первый и второй выходы каждого квадрантного фотоприемника 2 соответствуют фоточувствительным площадкам, расположенным на оси Х. Третий и четвертый выходы каждого квадрантного фотоприемника 2 соответствуют фоточувствительным площадкам, расположенным на оси У. Устройство работает следующим образом. Для пояснения разобьем сечение волнового фронта по координате Х íà M интервалов., в каждом из которых аппроксимируем сечение волнового фронта отрезком прямой. Уравнение для I-го интервала запишется в виде z = а!" + 1!х, (1) где а!" — фазовый сдвиг íà I-м участке; k< — коэффициент наклона фазового фронта; г! — кусочно-линейная аппроксимация фазового фронта. Условие стыковки соседних участков запишется в виде a! + k!x! = ai+ 1 + ki+ 1х!. (2) Тогда может быть записана система.из M-1 линейных уравнений вида ам- 1 — ам" = (kM-1 — kM)xM-1 . (3) Последнее уравнение, дополняющее систему (3), получим из условия равенства нулю средней фазы на апертуре: у х ); f (a!" k! )dx (4) i=1 Xj С учетом того, что х! =! Лх, i = 1;М, Л X =. L — размер апертуры датчика, значения а! могут быть получены в результате решения системы уравнений (3) и (4): М вЂ” 1 м а!!х g х!!(!!+ — ki) — g х р®+ 1— ! =1 =1 М 1 Лх ")- тя(2-)" (6) j = 1 Окончательно значения а!! определяются исходя из выражения аф+а( (7) В соответствии с выражением (6) сигналы с первых, вторых, третьих и четвертых выходов квадрантных фотоприемников 2 поступают, соответственно, на первые и вторые входы дифференциальных усилителей 3 первой матрицы каналов Х и У. При этом выходные сигналы дифференциальных усилителей 3 пропорциональны соответствующим наклонам волнового фронта. Первые 4, вторые 7 и третьи 8 весовые элементы, вторая матрица дифференциальных усилителей 6 каналов Х и У, сумматоры 5 используются для определения фазовых сдвигов а!! в соответствии с выражениями (6) и (7). Быстродействие устройства определяется числом последовательных аналоговых операций, не поддающихся распараллеливанию и, соответственно, числом включенных последовательно аналоговых активных элементов. Для известного способа это.число равно 8, Действительно, сигнал с любой пары фотоприемников попадет на выход устройства по цепи дифференциальный усилитель-перемножитель — двухкодовый сумматор — М-входовый сумматор — двухвходовый сумматор. С учетом того, что дифференциальные усилители и сумматоры могут быть реализованы на операционных усилителях, а перемножители — на трех операционных усилителях, получается число включенных последовательно аналоговых элементов, равное 8. При анализе работы предлагаемого устройства видно, что его быстродействие определяется быстродей1720051 ствием трех последовательно включенных элементов: дифференциального усилителя первой матрицы, дифференциального усилителя второй матрицы и сумматора. Весовые элементы не являются активными, 5 следовательно, на быстродействие устройства на влияют. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить быстродействие датчика фазового фронта в 2,6 раза. 10 Формула изобретения Датчик волнового фронта, содержащий устройство деления волнового фронта на M х М субапертур, матрицу квадратных фото- 15 приемников, первую матрицу из 2 M дифференциальных усилителей и М сумматоров, причем первые и вторые выходы квадратных фотоприемников матрицы соединены с соответствующими входами 20 дифференциальных усилителей канала Х первой матрицы, третьи и четвертые входы квадратных фотоприемников матрицы соединены с первым и вторым входами дифференциальных усилителей канала Y первой 25 матрицы, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены вторая матрица 2М -2М дифференциальных усилителей, г 2М первых весовых элементов, 2М -2М 30 г г вторых весовых элементов и 2М вЂ” 2М третьг их весовых элементов, при этом выходы дифференциальных усилителей канала Х каждого столбца первой матрицы соединены через. соответствующие первые весовые 35 элементы с инвертирующими входами всех сумматоров соответствующего столбца сумматоров, выходы дифференциальных усилителей канала У каждой строки первой матрицы соединены через соответствующие первые весовые элементы с инвертирующими входами всех сумматоров соответствующей строки сумматоров, выходы всех дифференциальных усилителей первой матрицы, кроме последнего в каждом столбце s канале Х и в каждой строке в канале У, соединены с первыми входами соответствующих дифференциальных усилителей второй матрицы, выход всех дифференциальных усилителей первой матрицы, кроме первого в каждом столбце в канале Х и в каждой строке в канале У, соединены с вторыми входами дифференциальных усилителей второй матрицы с номерами на единицу большими, чем номера дифференциальных усилителей матрицы, выходы всех дифференциальных усилителей каждого столбца канала Х и каждой строки канала Y второй матрицы через соответствующие вторые весовые элементы каналов Х и У соединены с инвертирующими входами всех сумматоров соответствующего столбца в каналах Х и строки в канале У сумматоров, выход i-го (i = 1, М вЂ” 1) дифференциального усилителя каждого столбца канала Х второй матрицы соединен через соответствующий третий весовой элемент с входами с i-го по M — 1 сумматор соответствующего столбца сумматоров, выход)-ro Q = 1, M — 1) дифференциального усилителя каждой строки канала Увторой матрицы соединен через соответствующий третий весовой элемент с входами c j-ro no M —.1 сумматоров соответствующей строки сумматоров. 1720051 Составитель А.8ольнов Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М.Демчик Редактор M.Ïåòðîsà Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 772 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб., 4/5
