Sensor óptico de frentes de onda com quadricélula de dupla eficiência quântica em tecnologia CMOS padrão
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Homero Nogueira Guimarães
Paulo Sérgio Soares Guimarães
Giuseppe Antonio Cirino
Henri Ivanov Boudinov
Paulo Sérgio Soares Guimarães
Giuseppe Antonio Cirino
Henri Ivanov Boudinov
Resumo
Esse trabalho apresenta um leiaute alternativo para ser usado no sensor óptico de frentes de onda (WFS) de Hartmann-Shack, composto de um detector sensível à posição (PSD) do tipo quadricélula (QC) com duas regiões com sensitividades diferentes, (i.e. eficiências quânticas diferentes), utilizando tecnologia padrão Metal-Óxido-Semicondutor complementar (CMOS). Modelos matemáticos que possibilitam caracterizar parâmetros de sensores de frentes de onda e de qualquer tipo de QC em duas dimensões são sugeridos e descritos. Os resultados das simulações, mostrados nesse trabalho, evidenciam um erro de reconstrução de frentes de onda menor quando quadricélulas de dupla eficiência quântica (QCdupla) são utilizadas em substituição às QCs convencionais, para uma aproximação linear das respostas das mesmas. Isso porque a resposta da QCdupla compensa a resposta usualmente não-linear, sigmoidal, da QC convencional para um ponto de luz simetricamente circular. Resultados de simulações apresentados permitem propor o projeto de QC mais apropriado para os requisitos de resolução de posição e alcance dinâmico espacial de uma dada aplicação. Além desses, outros resultados de investigações são apresentados visando oferecer subsídio para possibilitar o projeto de sensores de frentes de onda para aplicação em oftalmologia para caracterização de lentes e medidas de aberrações ópticas no olho humano. Alguns parâmetros de projetos para esta aplicação são discutidos baseados em resultados de simulações numéricas e experimentais.
Abstract
This work presents an alternative layout for optical HartmannShack WaveFront Sensor (WFS), which is composed of Position-Sensitive Detectors (PSDs) of the Quad-Cell (QC) type, with two different sensitivity regions (i.e. two different quantum efficiencies - QCdouble). The proposed layout is compatible with the standard Complementary MetalOxide-Semiconductor (CMOS) technology. Mathematical models are proposed, described and used to characterize the WFS and QC parameters for ophthalmologic applications. The simulation results using QCdouble or convectional QC in WFS show wavefront reconstruction error with QCdouble smaller than that with the conventional one, when using linear approximation of the QC response. Smaller measurement errors are obtained when compared to conventional wavefront sensors, since the quad-cell response can be better approximated to a linear response due to the quad-cell architecture which compensates the usually non-linear response of conventional QC for radially symmetric light spots. In addition, some project parameters are discussed based on numerical simulations and experimental results, in order to make the sensor suitable for high-order ocular aberration (optical distortion) measurements and lens characterization.
Assunto
Engenharia elétrica
Palavras-chave
Engenharia Elétrica