Датчик волнового фронта

(57) Изо приборо вано пр ских с повыше вого фр устройс матрица телей, 2 2 М втор третьих ференциальных усилирые весовые элементы3 есовые элементы 811- ения волнового фронта ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(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, 2 й дифференциальных усилителей, ЗМ М перемножителей, источник опорного напряжения 5 М сумматоров, 2 М + М 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 - 2 мм, усилители первой матрицы дифференциальных усилителей 311 - Змм, первые весовые элементы бретение относится к оптическому строению и может быть использои построении адаптивных оптичеистем. Цель изобретения ние быстродействия датчика волноонта. Цель достигается тем, что в тво уополнительно введены вторая 2 М - 2 М дифференциальных усили- М первых весовых элементов, 2 М - ых весовых элементов и 2 М - 2 М весовых элементов, 1 ил,411 - 4 мм, сумматоры 511-5 мм, усилителивторой матрицы дифтелей 611-6 ММ, вто711-7 Мм, третьи в8 ммУстройство 1 делоптически связано с квадратн ми 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 У первой матрицы. Выходы дифференциальных усилителей 3 канала Х каждого столбца первой матрицы соединены через соответЛХ ствующие первые весовые элементы 4- (21 - 1),1=1, М, с инвертирующими входами всех сумматоров 5 соответствующего столб-ца сумматоров, выходы дифференциальных усилителей 3 канала У каждой строки первой матрицы соединены церез соответствующие первые весовые элементы 4 с инвертирующими входами всех сумматоров5 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 У через соответствующие вторыеЛхвесовые элементы 7 -у-,= 1, М, каналов Х и У соединены с инвертирующими входами сумматоров 5 соответствующего столбца в канале Х и строки в канале У, Выходы 1-х В = 1; Ь) диФФеренциальных усилителей 6 каждого столбца Х соединены через соответствующие третьи весовые элементь 8 Ьц с входами с -го по Мсумматоров 5 соответствующего столбца сумматоров. Выходы )-х О - 1, М - 1) дифференциальных усилителей 6 каждой строки канала Х соединены через соответствующие третьи весовые элементы 8 Ьу с входами с 1-го по Мсумматоров 5 соответствующей строки сумматоров, Выходы 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 на М интервалов., в каждом из которых аппроксимируем сечение волнового фронта отрезком прямой. Уравнение для -го интервала запишется в видег 1 = а" + 1 х, (1) где а" - фазовый сдвиг на 1-м участке;Ц - коэффициент наклона фазового фронта;г - кусочно-линейная аппроксимация фазового фронта.Условие стыковки соседних участков запишется в виде а" + Ьх = а+1 + Ь+1 х. Р)Тогда может быть записана система.из Млинейных уравнений видаамм- ам" = (Мм- Км)хм. (3) 5 Последнее уравнение, дополняющее систему (3), получим из условия равенства нулю средней фазы на апертуре:у хХ (" (4) 10 = ХС учетом того, что х =Л х,= 1;М, Ь х =- размер апертуры датчика, значения а могут быть получены в результате решения системы уравнений (3) и (4):М - 1 мах =Ьх 1 ф+1 --/+1 -х")ур (2 - 1)( (6) 20 1=1Окончательно значения а определяются исходя из выраженияаф+а(7)2В 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),40 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 - двух кодовый сумматор - М-входовый сумматор - двухвходовый сумматор. С учетом того, что дифференциальные усилители и сумматоры могут быть реализованы на операционных усилителях, а перемножители - на трех операци онных усилителях, получается числовключенных последовательно аналоговых элементов, равное 8, При анализе работы предлагаемого устройства видно, что его быстродействие определяется быстродействием 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 изобретенияДатчик волнового фронта, содержащий устройство деления волнового фронта на М х М субапертур, матрицу квадратных фото приемников, первую матрицу из 2 М дифференциальных усилителей и Мг сумматоров, причем первые и вторые выходы квадратйых 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 У первой 25 матрицы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены вторая матрица 2 М -2 М дифференциальных усилителей,г2 М первых весовых элементов, 2 М -2 М 30г г вторых весовых элементов и 2 М - 2 М третьгих 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 в 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 У 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 -го (1 = 1, М - 1) дифференциального усилителя каждого столбца канала Х второй матрицы соединен через соответствующий третий весовой элемент с входами с 1-го по М - 1 сумматор соответствующего столбца сумматоров, выход)-го 0 = 1, М - 1) дифференциального усилителя каждой строки канала Увторой матрицы соединен через соответствующий третий весовой элемент с входами с)-го по М - .1 сумматоров соответствующей строки сумматоров.1720051 Составитель А.ВольновТехред М.Моргентал Редактор М,Петров Корректор М,д Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж л,Гагарина, 1 Заказ 772 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Рэушская наб., 4/5