专利名称：一种基于差分光学的相位差法波前测量成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种波前测量成像装置，特别是一种基于差分光学的相位差法波前测量成像装置。
背景技术：
波前(Wave front)相差会使入射光束的波前发生畸变,从而大大降低光学成像系统的分辨力以及成像质量。自上世纪50年代，人们提出了自适应光学技术(Adaptive0ptics，A0)，有效改善了光学成像系统，尤其是地基式望远镜的成像质量。但受限于波前传感器的探测精度，变形镜的有限校正能力及控制回路的有限带宽，AO系统对波前畸变的校正是部分的，其校正后的结果依然受到残余相差的影响，服务于AO系统成像结果的事后处理方法一直是该领域的研究热点。相位差法(Phase Diversity, PD)需要同时采集同一目标经过不同光学通道的一组或多组图像(通常为焦面和离焦面图像)，来计算入射光波的波前畸变，并同时恢复出退化目标的真实像。因此H)既作为一种波前探测技术，又作为一种图像事后处理方法，受到国内外广泛研究和关注，如美国亚里桑那光学中心、波音公司下属实验室、洛克希德-马丁公司下属实验室、通用动力高级信息系统公司下属实验室等多家研究机构相继搭建了实验平台，以验证H)方法的可行性和实用性(王欣，赵达尊，毛珩等，相位变更方法发展简述[J].光学技术，2009，35 (3) :454 460)。然而根据ro算法原理，要求至少同时采集同一目标的焦面和离焦面两幅图像，这使得目前使用的ro光学成像系统存在多种局限。例如(I)利用两个光电探测器CCD分别采集焦面和离焦面图像的成像系统(中国专利，一种基于相位差的人眼相差测量系统，宣丽，李大禹，孔宁宁等，公开号CN20205027561U，2011. 11)，需要通过外触发方式对同一目标同时成像，这样一方面对外触发电路提出较高要求，难以做到完全同步，另一方面也无法保证两个光电探测器CCD的曝光增益、量子效率、噪声水平等接近一致，这使采集到的数据难以反映真实焦面和离焦面图像，实际应用中严重影响了 H)的测量精度和复原结果；(2)利用传统分光技术通过一个光电探测器CCD同时采集焦面和离焦面图像的成像系统(于学刚，相位差波前探测器设计[M].中国科学院研究生院硕士学位论文.2008 ;中国专利，一种基于组合棱镜的相位差波前传感器，罗群，饶长辉，王晓华等，申请号201210027766.X，2012. 02)，这类方法通常采用分光镜或分光棱镜和反射棱镜组合的方式控制焦面和离焦面光束投射到一个光电探测器CCD靶面，但存在以下不足光束在透过分光镜时存在光能损失，这使得在弱光条件下的H)运用受到很大制约；无法提供从零逐渐可调的离焦量，在实际运用中不能为ro提供合适的离焦面图像，难以保证测量和复原结果的真实准确；分光棱镜组合存在多个反射表面，这对微光学元件的加工提出很高要求，否者每个表面都将对成像系统引入额外的未知相差，严重影响算法结果
发明内容
本发明所解决的技术问题是克服目前使用的ro光学成像系统的图像采集方式难以在工程中运用的诸多局限，为相位差法波前测量技术提供一种成像装置，实现仅利用一个光电探测器CCD就能同时采集焦面和离焦面图像，并能提供光能比可调的焦面和离焦面光束，以及离焦量可从零开始逐渐增加的离焦面图像，还能实现最大程度光能利用。本发明的技术解决方案是基于差分光学的相位差法波前测量成像装置，包括光束匹配系统(I)、成像透镜(2)、分光镜(3)、第一反射镜(4)、带有小孔的反射镜(5)、第二反射镜(6)、光电探测器(7)、第一平移机构⑶和第二平移机构(9);其中光电探测器CCD(7)放置于第二平移机构(9)上，第一反射镜(4)置于第一平移机构(8)上；待成像目标发出的光波经光束匹配系统(I)缩放，得到与成像透镜(2) 口径相匹配的光束，再经过成像透镜
(2)得到汇聚光束,然后送至分光镜(3);分光镜(3)将光波分为两束,其中一束光作为焦面光束经第二反射镜(6)及透过带有小孔的反射镜(5)中的小孔反射到光电探测器CCD (7)；另外一束光作为离焦面光束经第一反射镜(4)和带有小孔的反射镜(5)反射到光电探测器CCD(7);利用第二平移机构(9)改变光电探测器CCD(7)的前后位置，使光电探测器CCD(7)位于焦面光束的焦面；利用第二平移机构(9)改变光电探测器CCD(7)的上下、左右位置，调整焦面光束在光电探测器CCD(7)靶面的指定位置；在确定光电探测器CCD(7)的位置后，通过第一平移机构(8)改变第一反射镜(4)的前后位置，调整焦面光束和离焦面光束之间的光程差，从而产生从零逐渐增大的离焦面图像，离焦面图像对应的离焦波面KU)可采用下述公式计算
权利要求
1.一种基于差分光学的相位差法波前测量成像装置，其特征在于包括光束匹配系统(I)、成像透镜(2)、分光镜(3)、第一反射镜(4)、带有小孔的反射镜(5)、第二反射镜(6)、光电探测器CCD(7)、第一平移机构(8)和第二平移机构(9);其中第一反射镜(4)放置于第一平移机构(8)上，光电探测器(XD(7)放置于第二平移机构(9)上；待成像目标发出的光波经光束匹配系统(I)缩放，得到与成像透镜(2) 口径相匹配的光束，再经过成像透镜(2)得到汇聚光束，然后送至分光镜(3);分光镜(3)将光波分为两束,其中一束光作为焦面光束经第二反射镜(6)反射，并透过带有小孔的反射镜(5)中的小孔到达光电探测器CCD (7)；另外一束光作为离焦面光束分别经第一反射镜(4)和带有小孔的反射镜(5)反射到光电探测器CCD(7);利用第二平移机构(9)改变光电探测器CCD(7)的前后位置，使光电探测器CCD(7)位于焦面光束的焦面；利用第二平移机构(9)改变光电探测器CCD(7)的上下、左右位置，调整焦面光束在光电探测器(XD(7)靶面的指定位置；在确定光电探测器CXD(7)的位置后，通过第一平移机构(8)改变第一反射镜(4)的前后位置，调整焦面光束和离焦面光束之间的光程差，从而产生从零逐渐增大的离焦面图像，离焦面图像对应的离焦波面KU)可采用下述公式计算cp{x, y)=————-(x2 + y2)(I) V 7 /I 名{FIDf'} 式中，F为成像装置焦距，D为成像装置口径，λ为入射光波波长，x，ye [-1,1]为波面函数归一化坐标，△(!为焦面光束和离焦面光束之间的光程差，其测量公式计算为 Ad = a~b(2) 式中，a和b分别为光电探测器CCD分别位于焦面光束和离焦面光束的焦面时对应的位置。
2.根据权利要求I所述的一种基于差分光学的相位差法波前测量成像装置，其特征在于通过更换不同分光比的分光镜(3)，调整焦面和离焦面光束的光强分配，从而获得不同光能比的焦面和离焦面图像。
3.根据权利要求I所述的一种基于差分光学的相位差法波前测量成像装置，其特征在于在确定光电探测器CCD (7)和第二反射镜￠)的位置后，通过改变第一反射镜(4)和带小孔的反射镜(5)之间的角度关系，调整离焦面光束在光电探测器CCD(7)靶面的指定位置。
全文摘要
一种基于差分光学的相位差法波前测量成像装置，由光束匹配系统、成像透镜、分光镜、反射镜、带有小孔的反射镜、平移机构和光电探测器CCD组成，其特征在于所述的差分光学系统可通过一个光电探测器同时获得同一目标的焦面图像和离焦面图像；不损失待成像目标的光强能量；离焦面可获得从零逐渐增大的连续可调离焦量；焦面和离焦面图像在光电探测器CCD靶面中的位置能任意调整。相对于目前用于相位差法的各种成像技术，本发明结构简单稳定，可通过一个光电探测器同时获得焦面和离焦面两幅图像，能灵活调整用于相位差法的各项参数，并且能实现最大光能利用，为相位差法波前测量技术在实际工程，尤其是弱光条件下的运用奠定基础。
文档编号G01N21/41GK102636271SQ20121011712
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者李梅, 饶长辉, 鲍华 申请人:中国科学院光电技术研究所