Realisierung eines Wellenfrontsensors mit einem ASIC


Droste, Dirk


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URL: http://ub-madoc.bib.uni-mannheim.de/19
URN: urn:nbn:de:bsz:180-madoc-197
Document Type: Doctoral dissertation
Year of publication: 1999
Publishing house: Universität Mannheim
Evaluator: Männer, Reinhard
Date of oral examination: 8 July 1999
Publication language: German
Institution: School of Business Informatics and Mathematics > Informatik V (Männer -2008)
Subject: 004 Computer science, internet
Classification: PACS: CCS B.7 PACS 42.15 ,
Subject headings (SWD): Sensor , Wellenfront , Integrierte Schaltung , Photodetektor
Individual keywords (German): Smart Sensor , Hartmann-Shack-Sensor
Keywords (English): Smart Sensor , Shack-Hartmann-Sensor
Abstract: In dieser Arbeit werden die Entwicklung und der Test eines applikationsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) und der Aufbau eines Hartmann-Shack-Wellenfrontsensors unter Anwendung des ASIC beschrieben. Der integrierte Schaltkreis ermöglicht durch eine Kombination von Photodetektoren und Signalverarbeitungselementen die für das Hartmann-Shack-Verfahren erforderliche Mustererkennung einer Matrix aus Fokalpunkten. Die Anwendung des Hartmann- Shack-Wellenfrontsensors in einem ophthalmologischen Visualisierungsverfahren zur Diagnose von Retina-Erkrankungen, um die optischen Aberrationen des zu untersuchenden Auges zu quantifizieren, definierte zusammen mit der Systematik des Hartmann-Shack-Verfahrens die Spezifikationen zur Entwicklung des ASIC. Ein wesentlicher Teil der Arbeit bestand in der Entwicklung der Detektionseinheit des ASIC zur Bestimmung der Position der Fokalpunkte. Die ophthalmologische Anwendung definiert eine Wiederholrate der Positionsdetektion von 1 kHz bei einer Strahlungsleistung der Fokalpunkte von 1 nW. Um die zur Rekonstruktion der Phaseninformation erforderliche Genauigkeit der Positionsdetektion zu ermöglichen, wurde in dem ASIC eine analoge Signalverarbeitung implementiert, die über die Bestimmung des stärksten Photostromes unter mehreren eine Quantisierung der Fokalpunkte-Positionen vornimmt. Die Positionsdaten werden anschließend an ein Datenverarbeitungssystem übertragen, um mit Hilfe eines Least-Square-Fit-Verfahrens die Koeffizienten einer Polynom-Funktion zur Beschreibung der optischen Aberrationen zu berechnen. Das entwickelte und aufgebaute Sensor-System konnte unter den definierten Strahlungsleistungen der Fokalpunkte in einer Integrationszeit von 1 ms die optischen Aberration von Testlinsen mit einer absoluten Genauigkeit von +/- 0.15 dpt vermessen, entsprechend einem 15 Fehler innerhalb des dynamischen Bereichs.
Translation of the title: Realization of a wavefront sensor with an ASIC (English)
Translation of the abstract: In this thesis the development and the test of an application specific integrated circuit (ASIC) and the assembly of a Hartmann-Shack-Wavefrontdetector by use of the ASIC is described. The ASIC combines an array of photodetectors and modules of analog signal processing circuitry to perform the pattern recognition of a focal point pattern, generated by the Hartmann-Shack's lens array. The ophthalmologic application of the developped system to measure the eye's optical aberrations within a retina imaging system in combination with the Hartmann-Shack- Wavefrontdetection scheme defines the specification of the ASIC's performance. A crucial part of this work was dedicated to the development of a position sensing module within the ASIC, which allows the measurements of the focal spot positions with a repetition rate of up to 1 kHz under illumination conditions of 1 nW incident power of each focal spot. To realize the specified accuracy of position detection, a winner-take-all circuit has been evaluated, which samples the spot positions for discrete values. The values are then transferred to a data processing unit to perform a least-square-fit of the generated values to calculate the coefficients of a standard polynomial function for wavefront description. A system of a Hartmann-Shack-Wavefrontdetector has been set up, which allows measurements of optical aberrations of test-lenses under illumination conditions as mentioned above within a integration time of 1 ms and an absolut accuracy of +/- 0.15 dpt according to an error of 15 of total dynamic range. (English)
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Droste, Dirk (1999) Realisierung eines Wellenfrontsensors mit einem ASIC. Open Access [Doctoral dissertation]
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