專利名稱：基于分光棱鏡的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的波前傳感器，特別是一種視基于分光棱鏡的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器。
背景技術(shù)：
自適應(yīng)光學(xué)的基本理論國(guó)際上20世紀(jì)80年代之前就已經(jīng)基本成熟；在國(guó)內(nèi)，由姜文漢院士領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)家863大氣光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，在90年代就已經(jīng)基本完成整個(gè)自適應(yīng)光學(xué)理論的發(fā)展并主持建立了多套自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，達(dá)到了理想的波前探測(cè)、校正效果，使我國(guó)的自適應(yīng)光學(xué)理論和工程都走在了世界的前列。
波前傳感器是自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的核心部件，它主要完成對(duì)入射信號(hào)光進(jìn)行波前相位的高分辨率探測(cè)，然后根據(jù)一定的波前重構(gòu)算法進(jìn)行信號(hào)波前的波前重構(gòu)，交給后面的波前校正器進(jìn)行波前校正，以實(shí)現(xiàn)成像質(zhì)量的提高；其中，夏克-哈特曼波前傳感器在現(xiàn)在的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中是使用最多、應(yīng)用最成熟的波前傳感器；這種哈特曼傳感器的原理性內(nèi)容可以參見“Adaptive Optics for Astronomy”D.M.Alloin and J.M.Mariotti.KluwerAcademic Publishers，1994.“Hartmann Sensers for Optical Testing”Robert J.Zielinski，B.Martin Levine，Brain MoNeil.SPIE Vol.314，P398，1997。傳統(tǒng)哈特曼波前傳感器的原理光路見圖1。
但是，到目前為止，除了強(qiáng)激光自適應(yīng)光學(xué)以外，傳統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)都是工作在夜晚，一般只有三分之一的工作時(shí)段；究其原因，主要是傳統(tǒng)的哈特曼波前傳感器探測(cè)到的是入射光的波前信息，如果入射信號(hào)光比較弱同時(shí)背景光又比較強(qiáng)而致使目標(biāo)信號(hào)淹沒(méi)在背景信號(hào)中時(shí)，傳統(tǒng)的哈特曼波前傳感器將不再能完成從強(qiáng)背景中提取出弱信號(hào)再進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算的功能。因此，現(xiàn)有的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)在白天甚至晨昏線都無(wú)法正常工作而取得波前校正效果，這樣，極大的降低了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的工作效率，浪費(fèi)了昂貴的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的寶貴資源。
由于有了上述問(wèn)題的存在，為了探索白天自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)使用的可能性，如何在白天強(qiáng)天光背景下提取出信號(hào)波前，并探測(cè)出信號(hào)波前的波前相位信息，就成了一個(gè)很重要的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題克服的傳統(tǒng)夏克-哈特曼波前傳感器不能在白天或有背景雜光條件下工作的缺點(diǎn)，提供一種具備白天自適應(yīng)光學(xué)波前探測(cè)能力的基于分光棱鏡的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，它能夠在白天強(qiáng)背景光條件下進(jìn)行弱目標(biāo)信號(hào)波前的探測(cè)，為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)在白天的工作提供最核心的解決方案。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種基于分光棱鏡的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，包括組合光路縮束系統(tǒng)、分光棱鏡、兩個(gè)微透鏡陣列、兩個(gè)CCD探測(cè)器和波前處理機(jī)等主要組成部分，組合光路縮束系統(tǒng)共用一個(gè)入瞳匹配透鏡并使入射光束分別通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的出瞳匹配透鏡分成兩束光縮束后輸出，在入瞳透匹配透鏡和兩個(gè)出瞳匹配透鏡之間、縮束焦點(diǎn)之前設(shè)置一個(gè)具有一定視場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角的分光棱鏡，使從入瞳匹配透鏡出來(lái)的光路沿兩個(gè)不同的方向通過(guò)兩個(gè)視場(chǎng)光闌，分別進(jìn)入兩個(gè)出瞳匹配和兩個(gè)微透鏡陣列后，成像在兩個(gè)CCD器件上，由波前處理機(jī)分別對(duì)兩個(gè)CCD探測(cè)器上探測(cè)到的圖像信號(hào)處理就可以得到消除了背景天光的目標(biāo)信號(hào)，再利用波前處理機(jī)進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算、波前重構(gòu)，最終完成白天自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的正常工作。
所述的兩個(gè)微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)和工作性能參數(shù)盡量保持一致，一般取同一批次同一模型的微透鏡陣列，在保證其子孔徑數(shù)相同的前提下盡量保證其光吸收等參數(shù)的一致性。
所述的兩個(gè)CCD均為面陣光電探測(cè)器，且結(jié)構(gòu)相同，性能參數(shù)盡量一致。
所述的視場(chǎng)光闌為具有一定厚度、中心有精密通光圓孔的高精密視場(chǎng)光闌，并且兩視場(chǎng)光闌結(jié)構(gòu)相同，尤其是其中心通光孔徑要盡量保證精密相等；其厚度一般在1mm左右，中心通光圓孔的直徑大小需要根據(jù)實(shí)際的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)決定，一般中心通光圓孔直徑范圍為0.1-1mm。
本發(fā)明的原理在白天條件下，進(jìn)入自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的光信號(hào)包括強(qiáng)的背景光和弱的目標(biāo)光，利用它們之間最本質(zhì)的區(qū)別“視場(chǎng)差異很大”來(lái)完成消除天光背景影響的功能。一般來(lái)說(shuō)，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)所能探測(cè)的目標(biāo)光視場(chǎng)FOV1很小，大約在幾十個(gè)微弧度，但是嚴(yán)重影響波前探測(cè)的背景光的視場(chǎng)FOV2卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目標(biāo)光視場(chǎng)，尤其是在白天條件下，可以認(rèn)為背景天光是無(wú)限擴(kuò)展的朗伯體，因此本發(fā)明提出以“視場(chǎng)偏移”為基本工作原理的“基于分光棱鏡的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器”來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。其原理如圖2所示，由分光棱鏡直接透過(guò)的第一個(gè)光束直接進(jìn)入第一個(gè)微透鏡陣列，因此第一個(gè)CCD探測(cè)到的為弱目標(biāo)和強(qiáng)背景的混合信號(hào)；由分光棱鏡反射的第二個(gè)光束經(jīng)過(guò)第二個(gè)視場(chǎng)光闌后進(jìn)入第二個(gè)微透鏡陣列，然后由第二個(gè)CCD探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，由于哈特曼子孔徑及其視場(chǎng)光闌的限制，目標(biāo)光視場(chǎng)FOV1很小，與哈特曼子孔徑視場(chǎng)FOV0相當(dāng)，大約幾十個(gè)微弧度，但是天光可以認(rèn)為是無(wú)限擴(kuò)展的朗伯體，其視場(chǎng)FOV2很大，即使是在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，F(xiàn)OV2也要比FOV1大的多，基于這個(gè)原理，使第二個(gè)視場(chǎng)光闌在正常光路對(duì)準(zhǔn)的條件下，給分光棱鏡加一個(gè)很小的偏轉(zhuǎn)角θ，即可以很容易的使目標(biāo)光偏出哈特曼子孔徑視場(chǎng)之外而不被第二個(gè)CCD探測(cè)器探測(cè)到，而背景光由于視場(chǎng)大不會(huì)受極小視場(chǎng)偏移的影響而照樣在第二個(gè)CCD探測(cè)器上成像，這樣該CCD探測(cè)器探測(cè)到的就是單純的背景光信號(hào)，由波前處理機(jī)進(jìn)行圖像處理就可以得到消除了背景天光的目標(biāo)信號(hào)，再進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算、波前重構(gòu)，這樣最終完成白天自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的正常工作。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明使傳統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)只能工作在夜間的狀況得到徹底的改善，使自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的工作時(shí)段擴(kuò)展到接近原來(lái)的三倍，工作效率提高到接近原來(lái)的三倍；另外，本發(fā)明在制作上基本可以沿用傳統(tǒng)的技術(shù)，因此不需要額外的技術(shù)成本，方便實(shí)用。


圖1為傳統(tǒng)哈特曼波前傳感器光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提出的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明光路、器件分解結(jié)構(gòu)說(shuō)明示意圖；圖4為本發(fā)明的室內(nèi)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)采集的目標(biāo)和背景混合信號(hào)圖像；圖5為本發(fā)明的室內(nèi)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)采集的背景信號(hào)圖像；圖6為本發(fā)明的室內(nèi)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)視場(chǎng)偏移處理后的目標(biāo)信號(hào)圖像。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，傳統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)哈特曼波前傳感器主要包括光路縮束系統(tǒng)、微透鏡陣列、CCD和波前處理機(jī)，它利用微透鏡陣列對(duì)入射的信號(hào)波前進(jìn)行子孔徑分割，每個(gè)子孔徑內(nèi)光信號(hào)聚焦在其后的CCD上，利用CCD靶面能量的分布情況進(jìn)行質(zhì)心位置計(jì)算；哈特曼波前傳感器主要是根據(jù)下面的公式(1)計(jì)算光斑的位置(xi，yi)，探測(cè)全孔徑的波面誤差信息xi=Σm=1MΣn=1NxnmInmΣm=1MΣn=1NInm]]>yi=Σm=1MΣn=1NynmInmΣm=1MΣn=1NInm---(1)]]>式中，m＝1～M，n＝1～N為子孔徑映射到CCD3’光敏靶面上對(duì)應(yīng)的像素區(qū)域，Inm是CCD光敏靶面上第(n，m)個(gè)像素接收到的信號(hào)，xnm，ynm分別為第(n，m)個(gè)像素的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)。
再根據(jù)下面的公式(2)計(jì)算入射波前的波前斜率gxi，gyi
gxi=Δxλf=xi-xoλf]]>gyi=Δyλf=yi-yoλf---(2)]]>式中，(x0，y0)為標(biāo)準(zhǔn)平面波標(biāo)定哈特曼傳感器獲得的光斑中心基準(zhǔn)位置；哈特曼傳感器探測(cè)波前畸變時(shí)，光斑中心偏移到(xi，yi)，完成哈特曼波前傳感器對(duì)信號(hào)的檢測(cè)，再由波前處理機(jī)進(jìn)行波前處理。
另外，實(shí)際的波前探測(cè)中，由于系統(tǒng)誤差尤其是CCD光電探測(cè)器自身不可避免的噪聲帶來(lái)的誤差原因，CCD所探測(cè)到的Inm實(shí)際上并不全是目標(biāo)信號(hào)的能量，還包括背景雜光和CCD器件的暗電平等噪聲能量，即有Inm＝Snm+Bnm(3)其中Snm為光敏靶面上第(n，m)個(gè)像素接收到的信號(hào)能量，Bnm為光敏靶面上第(n，m)個(gè)像素接收到的背景噪聲能量；因此有xi=Σm=1MΣn=1NxnmSnm+Σm=1MΣn=1NxnmBnmΣm=1MΣn=1NSnm+Σm=1MΣn=1NBnm=sbr1+sbrxS+11+sbrxB---(4)]]>上述(4)式中的sbr定義為信號(hào)光能量和非信號(hào)光能量(包括雜光背景和CCD器件電平和讀出噪聲等背景能量的總和)的比值；從上述(4)式可以很明顯的看出，實(shí)際哈特曼波前傳感器所探測(cè)到的質(zhì)心位置是有效目標(biāo)信號(hào)質(zhì)心與背景(包括雜光背景和CCD器件電平和讀出噪聲等總背景)質(zhì)心的加權(quán)平均值，權(quán)重由信號(hào)光與背景能量之比sbr決定，這就決定了傳統(tǒng)哈特曼波前探測(cè)的原理性約束sbr不能太小或背景能量不能太大，如果sbr太小背景能量太大，則由(4)式計(jì)算得到的質(zhì)心位置必然不再準(zhǔn)確，因此，傳統(tǒng)哈特曼波前傳感器必然不再具備對(duì)強(qiáng)天光背景下弱目標(biāo)信號(hào)的波前探測(cè)能力。
如圖2所示，本發(fā)明主要由組合光路縮束系統(tǒng)、帶一定視場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角的分光棱鏡及其相應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器、兩個(gè)微透鏡陣列、兩個(gè)CCD探測(cè)器和波前處理機(jī)組成，組合光路縮束系統(tǒng)共用一個(gè)入瞳透匹配透鏡1，以減小系統(tǒng)誤差，在入瞳透匹配透鏡1和兩個(gè)出瞳匹配透鏡4和4’之間、縮束焦點(diǎn)之前設(shè)置一個(gè)具有視場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角的分光棱鏡2，使從入瞳匹配透鏡1出來(lái)的光路沿兩個(gè)不同的方向通過(guò)兩個(gè)視場(chǎng)光闌3和3’，分別依次進(jìn)入兩個(gè)出瞳匹配4和4’和兩個(gè)微透鏡陣列5和5’后，成像在兩個(gè)CCD探測(cè)器6和6’上，其中兩個(gè)視場(chǎng)光闌3和3’的結(jié)構(gòu)完全相同，以減小系統(tǒng)誤差，兩個(gè)視場(chǎng)光闌3和3’為具有一定厚度，中心有一個(gè)精密通光圓孔，圓孔的直徑根據(jù)整個(gè)光路設(shè)計(jì)需要而具體的計(jì)算得到，以目前常用的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)為參考，視場(chǎng)光闌中心圓孔直徑一般在0.1-1mm范圍內(nèi)，兩光闌的中心圓孔精度要求很高，保證其所限定的視場(chǎng)大小相等，并且視場(chǎng)大小等于或約小于一個(gè)哈特曼波前傳感器子孔徑視場(chǎng)，視場(chǎng)光闌3主要完成把目標(biāo)光和背景光都以同樣大小的視場(chǎng)限制在哈特曼子孔徑視場(chǎng)之內(nèi)，使CCD探測(cè)器6接收到的信號(hào)為目標(biāo)光和背景光的總信號(hào)，視場(chǎng)光闌3’主要完成把目標(biāo)光限制在子孔徑視場(chǎng)之外同時(shí)讓背景光順利通過(guò)的功能，使CCD探測(cè)器6’接收到的信號(hào)為單純的背景光信號(hào)；兩個(gè)微透鏡陣列5’和5’的結(jié)構(gòu)完全相同，以減小系統(tǒng)誤差，它實(shí)現(xiàn)對(duì)波前的子孔徑分割，然后聚焦在后面的CCD器件上進(jìn)行位置探測(cè)，采用微透鏡實(shí)現(xiàn)子孔徑分割波前的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在傳統(tǒng)的哈特曼波前傳感器中的應(yīng)用已經(jīng)很普遍，并且現(xiàn)在制造微透鏡的微光學(xué)加工技術(shù)也已經(jīng)很成熟，因此，本發(fā)明提出的這種新的白天自適應(yīng)光學(xué)波前傳感器在器件制作上，也不需要額外的制作技術(shù)成本；兩個(gè)CCD探測(cè)器6和6’結(jié)構(gòu)和性能完全相同，采用面陣光電探測(cè)器，它實(shí)現(xiàn)將微透鏡分割成子孔徑后的光強(qiáng)信息進(jìn)行高精度光電探測(cè)，根據(jù)聚焦光能在CCD靶面上的能量分布情況進(jìn)行質(zhì)心位置探測(cè)。
如圖3所示，本發(fā)明的工作對(duì)象主要是強(qiáng)天光(擴(kuò)展背景)下弱目標(biāo)信號(hào)波前信息的探測(cè)，它的具體工作步驟如下首先，畸變的弱目標(biāo)信號(hào)和強(qiáng)擴(kuò)展天光背景信號(hào)的混合信號(hào)一起進(jìn)入組合光路縮束系統(tǒng)共用的入瞳匹配透鏡1處，經(jīng)過(guò)分光棱鏡2，按照P1∶P2(P1∶P2＝1∶1或＞1∶1)的分光比進(jìn)行分光，分光比例P1部分進(jìn)入視場(chǎng)光闌3，由于視場(chǎng)光闌3事先已經(jīng)進(jìn)行了準(zhǔn)確的光路對(duì)準(zhǔn)，因此，目標(biāo)信號(hào)和背景信號(hào)光都在視場(chǎng)光闌3的視場(chǎng)光闌限制下進(jìn)入出瞳匹配透鏡4后再進(jìn)入微透鏡陣列5，這樣，在CCD探測(cè)器6上接收到的即為目標(biāo)信號(hào)與背景信號(hào)和的總信號(hào)的聚焦光斑如圖4所示。
根據(jù)圖4所示采集的圖像可以很明顯的看出，目標(biāo)信號(hào)基本上與背景信號(hào)混合在一起，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式
1中的(4)式，顯然，用傳統(tǒng)的哈特曼波前質(zhì)心探測(cè)方法將無(wú)法從強(qiáng)背景信號(hào)中提取出目標(biāo)信號(hào)并進(jìn)行正確質(zhì)心位置計(jì)算；所以，本發(fā)明在入瞳匹配透鏡1和出瞳匹配透鏡4之間設(shè)置了一個(gè)分光棱鏡2，它根據(jù)自身的分光特性而反射一束光能量進(jìn)入另一路光路的視場(chǎng)光闌3’，然后再經(jīng)過(guò)出瞳匹配透鏡4’和微透鏡陣列5’，由CCD探測(cè)器6’探測(cè)后進(jìn)行波前光強(qiáng)信息探測(cè)，如果在光路正常調(diào)好、視場(chǎng)光闌3’正常對(duì)準(zhǔn)的條件下，那么目標(biāo)光應(yīng)該很順利的通過(guò)視場(chǎng)光闌3’，CCD探測(cè)器6’和CCD探測(cè)器6’將采集到一樣的信號(hào)均這目標(biāo)和背景的和信號(hào)，這樣將對(duì)消除天光背景沒(méi)有任何意義。因此，本發(fā)明考慮到背景光和目標(biāo)光的最大本質(zhì)差異一視場(chǎng)不同，提出使分光棱鏡2做一個(gè)很小的偏轉(zhuǎn)角θ(θ需要根據(jù)實(shí)際工程系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)共同確定，以目前常用的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)為參考，其角度范圍一般在0.5°到1.5°)，即對(duì)應(yīng)縮束光路中心焦點(diǎn)被偏出光軸之外，目標(biāo)光因?yàn)橐晥?chǎng)小而被視場(chǎng)光闌3’擋住，因此不在CCD探測(cè)器6’上成像，而背景光視場(chǎng)FOV2＞＞FOV1目標(biāo)光視場(chǎng)，因此，背景光將幾乎不受到這樣一個(gè)微小視場(chǎng)的偏移影響而照常的成像在CCD探測(cè)器6’上，這樣CCD探測(cè)器6’上探測(cè)到的將為沒(méi)有目標(biāo)信號(hào)的純背景信號(hào)，見圖5所示。
其次，在前述工作基礎(chǔ)上，得到了CCD探測(cè)器6和CCD探測(cè)器6’分別采集到的圖像，然后做一個(gè)圖像對(duì)應(yīng)像素相減處理，即可得到消除了天光背景影響的純信號(hào)圖像如圖6所示，從圖6和圖4的對(duì)比可以看出，本發(fā)明基本上完成了從強(qiáng)天光背景下提取出弱目標(biāo)信號(hào)的功能，得到了比較清晰的信號(hào)圖像如圖6所示；最后，根據(jù)圖6得到的信號(hào)圖像，利用前述的公式(1)和公式(2)就可以很順利的計(jì)算得到每個(gè)子孔徑內(nèi)的波前平均斜率，組成子孔徑陣列斜率向量G；根據(jù)模式復(fù)原算法的基本原理，利用事先計(jì)算好的復(fù)原矩陣R，根據(jù)模式復(fù)原矩陣公式Z＝R*G (5)根據(jù)(5)式，可以很快得到波前的ZERNIKE系數(shù)矩陣Z，再根據(jù)ZERNIKE系數(shù)矩陣把波前在單位圓上展開即得到復(fù)原后的波前信息，最終實(shí)現(xiàn)白天自適應(yīng)光學(xué)強(qiáng)背景下弱目標(biāo)信號(hào)的波前探測(cè)功能。
本發(fā)明以上所述的具體實(shí)施過(guò)程是針對(duì)分光棱鏡的透射光能量P1和反射光能量P2的比為P1∶P2＝1∶1的情況下進(jìn)行的原理性闡述。實(shí)際工作中，分光棱鏡2的透射光能量P1和反射光能量P2的比值P1/P2也可以不為1，并且一般情況下其比值大于1，當(dāng)P1/P2比值大于1時(shí)，可以通過(guò)對(duì)CCD6’的工作(數(shù)據(jù)采樣)頻率進(jìn)行調(diào)制，同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的視場(chǎng)偏移減背景功能。
假定P1/P2比值為R且R≠1時(shí)，對(duì)CCD6’的數(shù)據(jù)采樣頻率進(jìn)行調(diào)制，使CCD6和CCD6’的數(shù)據(jù)采樣頻率不一致而分別為H1和H2，并且假定CCD的數(shù)據(jù)采樣頻率與自身的曝光時(shí)間T有關(guān)系H*T＝constant(常數(shù)) (6)保證調(diào)制后兩CCD的數(shù)據(jù)采樣頻率與分光棱鏡的分光比例有如下關(guān)系H1H2=P1P2=R---(7)]]>
根據(jù)(7)式，可以在分光棱鏡透射光能量P1和反射光能量P2不相等時(shí)，通過(guò)調(diào)制CCD6和CCD6’的數(shù)據(jù)采樣頻率，同樣可以實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)偏移減背景處理的功能，完成本發(fā)明提出的基于分光棱鏡的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器強(qiáng)背景下弱目標(biāo)信號(hào)波前探測(cè)的功能。
權(quán)利要求
1.基于分光棱鏡的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，其特征在于包括組合光路縮束系統(tǒng)、分光棱鏡、兩個(gè)微透鏡陣列、兩個(gè)CCD探測(cè)器、波前處理機(jī)等主要組成部分；組合光路縮束系統(tǒng)共用一個(gè)入瞳匹配透鏡并使入射光束分別通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的出瞳匹配透鏡分成兩束光縮束后輸出，在入瞳透匹配透鏡和兩個(gè)出瞳匹配透鏡之間、縮束焦點(diǎn)之前設(shè)置一個(gè)具有視場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角θ的分光棱鏡，使從入瞳匹配透鏡出來(lái)的光路沿兩個(gè)不同的方向通過(guò)兩個(gè)結(jié)構(gòu)大小一樣的視場(chǎng)光闌，分別依次進(jìn)入兩個(gè)出瞳匹配和兩個(gè)微透鏡陣列后，成像在兩個(gè)CCD探測(cè)器上，由波前處理機(jī)分別對(duì)兩個(gè)CCD探測(cè)器上探測(cè)到的圖像信號(hào)處理就可以得到消除了背景光的目標(biāo)信號(hào)，再進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算、波前重構(gòu)，最終完成白天自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)波前探測(cè)的正常工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的分光棱鏡的視場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角θ為0.5°～1.5°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的分光棱鏡的透射光能量P1和反射光能量P2的比為P1∶P2＝1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的分光棱鏡的透射光能量P1和反射光能量P2的比P1∶P2≠1時(shí)，對(duì)兩個(gè)CCD探測(cè)器的數(shù)據(jù)采樣頻率進(jìn)行調(diào)制，從而改變CCD探測(cè)器的曝光時(shí)間，以達(dá)到其采集的兩個(gè)CCD探測(cè)器的背景光能量相同的目的，然后再實(shí)現(xiàn)兩幀圖像相減。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的兩個(gè)微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)和工作性能參數(shù)保持一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的兩個(gè)CCD均為面陣光電探測(cè)器，且結(jié)構(gòu)相同，性能參數(shù)一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的視場(chǎng)光闌為具有厚度、中心有精密通光圓孔的高精密視場(chǎng)光闌，并且兩視場(chǎng)光闌結(jié)構(gòu)相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，其特征在于所述的中心通光孔徑保證精密相等，厚度為0.8～1.2mm，中心通光圓孔的直徑為0.1-1mm。
全文摘要
基于分光棱鏡的視場(chǎng)偏移哈特曼波前傳感器，包括兩路光路縮束系統(tǒng)、兩個(gè)微透鏡陣列、兩個(gè)CCD探測(cè)器和波前處理機(jī)，兩路光路縮束系統(tǒng)共用一個(gè)入瞳透匹配透鏡，在縮束焦點(diǎn)之前設(shè)置一個(gè)具有視場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角的分光棱鏡，使從入瞳匹配透鏡出來(lái)的光路沿兩個(gè)不同的方向通過(guò)兩個(gè)視場(chǎng)光闌，分別依次進(jìn)入兩個(gè)出瞳匹配和兩個(gè)微透鏡陣列后，成像在兩個(gè)CCD器件上，由波前處理機(jī)分別對(duì)兩個(gè)CCD探測(cè)器上探測(cè)到的圖像信號(hào)處理就可以得到消除了背景天光的目標(biāo)信號(hào)，再進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算、波前重構(gòu)，最終完成白天自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的正常工作。本發(fā)明使自適應(yīng)系統(tǒng)具備在白天強(qiáng)天光背景下弱目標(biāo)信號(hào)波前探測(cè)的能力，提高傳統(tǒng)哈特曼波前傳感器的工作效率到接近原來(lái)的三倍。
文檔編號(hào)G01J9/00GK1804566SQ20061001120
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2006年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月16日
發(fā)明者李超宏, 鮮浩, 懂道愛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所