具有二级稳像功能的机上自适应光学系统技术方案

具有二级稳像功能的机上自适应光学系统属于大口径自适应光学成像探测领域，目的在于解决现有技术存在的对环境要求苛刻、焦距过长、能量损失严重、稳像效果差和无法机动布站的问题。本发明专利技术的具有二级稳像功能的机上自适应光学系统，包括中继光学系统Ⅱ、一级倾斜校正光学系统Ⅲ、自适应校正光学系统Ⅳ和双通道高分辨力成像光学系统Ⅴ。主光学系统I的光束进入到自适应光学系统，针对直接光学成像图像模糊问题，采用二级稳像、自适应校正和双通道成像采集，实现对远距离目标高分辨的清晰成像。机上自适应光学系统可随望远镜一起运动，完成对远距离目标的二次成像，并克服大气扰动，实现图像清晰化。

【技术实现步骤摘要】
具有二级稳像功能的机上自适应光学系统
本专利技术属于大口径自适应光学成像探测领域，具体涉及一种具有二级稳像功能的机上自适应光学系统。
技术介绍
由于大气湍流的存在，对大于20km远距离飞行目标进行地基直接光学成像探测，获得的是模糊图像。为满足对远距离目标，达到高分辨的清晰成像效果，目前，国内外主要采取的技术是1m以上光学口径、光学自适应、图像恢复等；同时，从克服地球曲率、目标可被太阳照射、观测背景较暗，提高目标信噪比和可探测距离角度考虑，可采用车载方式，实现机动布站测量。目前，在大口径自适应光学成像探测领域，采用的自适应成像，均是在库德房室内固定环境下实现的，中科院光电所在《CHINESEOPTICSLETTERS》2010年11期上发表的文章《Firstlightonthe127-elementadaptiveopticalsystemfor1.8-mtelescope》，介绍了自适应光学系统的实施方案，通过库德光路将系统第一像面引入塔台下方距离主镜十多米的库德房内，先后进行一级稳像和高阶校正后进行自适应成像，它所描述的自适应成像是在实验室内实现的，且望远镜为固定形式，存在工作环境要求苛刻，焦距过长、能量损失严重、稳像效果差、不便于机动使用的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种具有二级稳像功能的机上自适应光学系统，解决现有技术存在的对环境要求苛刻、焦距过长、能量损失严重、稳像效果差和无法机动布站的问题。为实现上述目的，本专利技术的具有二级稳像功能的机上自适应光学系统包括：中继光学系统Ⅱ、一级倾斜校正光学系统Ⅲ、自适应校正光学系统Ⅳ和双通道高分辨力成像光学系统Ⅴ；所述中继光学系统Ⅱ包括第二平面反射镜、第三平面反射镜、抛物反射镜、第四平面反射镜、分色镜A、第五平面反射镜和变形镜；主光学系统Ⅰ的第一像面对第二平面反射镜呈中心遮拦，来自第一像面的光束穿过第二平面反射镜，依次经第三平面反射镜和抛物反射镜反射后的光束到达第二平面反射镜，光束依次经第二平面反射镜和第四平面反射镜反射后由分色镜A进行光谱分光，波段为900nm～1700nm的光束透射进入一级倾斜校正光学系统Ⅲ，波段为450nm～900nm的光束经第五平面反射镜和变形镜反射后进入自适应校正光学系统Ⅳ；所述一级倾斜校正光学系统Ⅲ包括校正透镜、第六平面反射镜和短波红外高速探测器；所述短波红外高速探测器的靶面位于所述校正透镜的焦面上，由中继光学系统Ⅱ透射的光束透过校正透镜，经第六平面反射镜反射后，成像在短波红外高速探测器上；所述自适应校正光学系统Ⅳ包括耦合透镜A、第七平面反射镜、第二像面、耦合透镜B、分色镜B、第八平面反射镜和波前探测器；所述波前探测器的靶面位于所述变形镜共轭位置上，由中继光学系统Ⅱ进入的光束透过耦合透镜A，经第七平面反射镜反射形成第二像面，来自第二像面的光束透过耦合透镜B后经分色镜B进行光谱分光，波段为700nm～900nm的光束反射进入双通道高分辨力成像光学系统Ⅴ，波段为450nm～700nm的光束第八平面反射镜反射后被波前探测器接收；所述双通道高分辨力成像光学系统V包括第九平面反射镜、成像透镜、分光镜、成像探测器A和成像探测器B，成像探测器A的靶面位于所述成像透镜的焦面位置上，成像探测器B的靶面位于所述成像透镜的离焦位置上，由自适应校正光学系统IV进入的光束经第九平面反射镜反射后，透过成像透镜，经分光镜26分光后，分别成像在成像探测器A和成像探测器B上。所述第二平面反射镜开有中心孔，中心孔的直径大于主光学系统的第一像面的中心遮拦直径。所述第四平面反射镜和第五平面反射镜为快速控制反射镜，所述第四平面反射镜与一级倾斜校正光学系统Ⅲ组成闭环系统，所述第五平面反射镜与自适应校正光学系统Ⅳ形成闭环系统。所述变形镜与所述自适应校正光学系统Ⅳ组成闭环系统。所述校正透镜为球面透镜。所述短波红外高速探测器为高灵敏度电荷耦合器件(CCD)、增强型电荷耦合器件(ICCD)或电子倍增电荷耦合器件(EBCCD)，所述短波红外高速探测器的靶面大小与所述一级倾斜校正光学系统Ⅲ的像面大小相匹配。所述耦合透镜A和耦合透镜B均为球面透镜。所述波前探测器为带有10×10微透镜阵列的波前探测器，与所述变形镜组成闭环系统，所述波前探测器的靶面大小与所述自适应校正光学系统Ⅳ的像面大小相匹配。所述成像透镜为球面透镜。所述分光镜的透射反射比为1:1。本专利技术的有益效果为：本专利技术的具有二级稳像功能的机上自适应光学系统的中继光学系统II中，抛物反射镜为同轴抛物面反射镜，它将主光学系统第一像面后的发散光束进行准直，并使主反射镜1成像在变形镜13上，降低了光学加工和装调难度。第四平面反射镜、第五平面反射镜为快速控制反射镜，是本专利技术具有二级稳像功能的机上自适应光学系统的核心元件之一。第四平面反射镜与一级倾斜校正光学系统Ⅲ组成闭环系统，校正望远镜跟踪和大气抖动带来的整体波前倾斜误差，实现系统的一级稳像功能；第五平面反射镜与自适应校正光学系统组成闭环系统，校正系统残余的整体波前倾斜误差，实现系统的二级稳像功能。本专利技术针对直接光学成像图像模糊问题，采用二级稳像、自适应校正和双通道成像采集，实现对远距离目标高分辨的清晰成像。具有二级稳像功能的机上自适应光学成像系统属于国内国际首次专利技术，实现了在机动式布站时，对远距离目标的高分辨力成像的目标。附图说明图1是本专利技术具有二级稳像功能的机上自适应光学系统结构示意图；图2为与本专利技术配合使用的主光学系统结构示意图；其中：1、主反射镜，2、次反射镜，3、第三反射镜，4、第一平面反射镜，5、反射镜组，6、第一像面，7、第二平面反射镜，8、第三平面反射镜，9、抛物反射镜，10、第四平面反射镜，11、分色镜A，12、第五平面反射镜，13、变形镜，14、校正透镜，15、第六平面反射镜，16、短波红外高速探测器，17、耦合透镜A，18、第七平面反射镜，19、第二像面，20、耦合透镜B，21、分色镜B，22、第八平面反射镜，23、波前探测器，24、第九平面反射镜，25、成像透镜，26、分光镜，27、成像探测器A，28、成像探测器B。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步说明。参见附图1、附图2，本专利技术的具有二级稳像功能的机上自适应光学系统包括：中继光学系统Ⅱ、一级倾斜校正光学系统Ⅲ、自适应校正光学系统Ⅳ和双通道高分辨力成像光学系统Ⅴ；所述中继光学系统Ⅱ包括第二平面反射镜7、第三平面反射镜8、抛物反射镜9、第四平面反射镜10、分色镜A11、第五平面反射镜12和变形镜13；主光学系统Ⅰ的第一像面6对第二平面反射镜7呈中心遮拦，来自第一像面6的光束穿过第二平面反射镜7，依次经第三平面反射镜8和抛物反射镜9反射后的光束到达第二平面反射镜7，光束依次经第二平面反射镜7和第四平面反射镜10反射后由分色镜A11进行光谱分光，波段为900nm～1700nm的光束透射进入一级倾斜校正光学系统Ⅲ，波段为450nm～900nm的光束经第五平面反射镜12和变形镜13反射后进入自适应校正光学系统Ⅳ；所述一级倾斜校正光学系统Ⅲ包括校正透镜14、第六平面反射镜15和短波红外高速探测器16；所述短波红外高速探测器16的靶面位于所述校正透镜14的焦面上，由中继光学系统Ⅱ透射的光束透过校正透本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有二级稳像功能的机上自适应光学系统，其特征在于，包括中继光学系统Ⅱ、一级倾斜校正光学系统Ⅲ、自适应校正光学系统Ⅳ和双通道高分辨力成像光学系统Ⅴ；所述中继光学系统Ⅱ包括平面反射镜B(7)、平面反射镜C(8)、抛物反射镜(9)、平面反射镜D(10)、分色镜A(11)、平面反射镜E(12)和变形镜(13)；主光学系统Ⅰ的第一像面(6)对平面反射镜B(7)呈中心遮拦，来自第一像面(6)的光束穿过平面反射镜B(7)，依次经平面反射镜C(8)和抛物反射镜(9)反射后的光束到达平面反射镜B(7)，光束依次经平面反射镜B(7)和平面反射镜D(10)反射后由分色镜A(11)进行光谱分光，波段为900nm～1700nm的光束透射进入一级倾斜校正光学系统Ⅲ，波段为450nm～900nm的光束经平面反射镜E(12)和变形镜(13)反射后进入自适应校正光学系统Ⅳ；所述一级倾斜校正光学系统Ⅲ包括校正透镜(14)、平面反射镜F(15)和短波红外高速探测器(16)；所述短波红外高速探测器(16)的靶面位于所述校正透镜(14)的焦面上，由中继光学系统Ⅱ透射的光束透过校正透镜(14)，经平面反射镜F(15)反射后，成像在短波红外高速探测器(16)上；所述自适应校正光学系统Ⅳ包括耦合透镜A(17)、平面反射镜G(18)、第二像面(19)、耦合透镜B(20)、分色镜B(21)、平面反射镜H(22)和波前探测器(23)；所述波前探测器(23)的靶面位于所述变形镜(13)共轭位置上，由中继光学系统Ⅱ进入的光束透过耦合透镜A(17)，经平面反射镜G(18)反射形成第二像面(19)，来自第二像面(19)的光束透过耦合透镜B(20)后经分色镜B(21)进行光谱分光，波段为700nm～900nm的光束透射进入双通道高分辨力成像光学系统Ⅴ，波段为450nm～700nm的光束平面反射镜H(22)反射后被波前探测器(23)接收；所述双通道高分辨力成像光学系统V包括平面反射镜I(24)、成像透镜(25)、分光镜(26)、成像探测器A(27)和成像探测器B(28)，成像探测器A(27)的靶面位于所述成像透镜(25)的焦面位置上，成像探测器B(28)的靶面位于所述成像透镜(25)的离焦位置上，由自适应校正光学系统IV进入的光束经平面反射镜I(24)反射后，透过成像透镜(25)，经分光镜(26)26分光后，分别成像在成像探测器A(27)和成像探测器B(28)上。...

【技术特征摘要】
1.具有二级稳像功能的机上自适应光学系统，其特征在于，包括中继光学系统Ⅱ、一级倾斜校正光学系统Ⅲ、自适应校正光学系统Ⅳ和双通道高分辨力成像光学系统Ⅴ；所述中继光学系统Ⅱ包括第二平面反射镜(7)、第三平面反射镜(8)、抛物反射镜(9)、第四平面反射镜(10)、分色镜A(11)、第五平面反射镜(12)和变形镜(13)；主光学系统Ⅰ的第一像面(6)对第二平面反射镜(7)呈中心遮拦，来自第一像面(6)的光束穿过第二平面反射镜(7)，依次经第三平面反射镜(8)和抛物反射镜(9)反射后的光束到达第二平面反射镜(7)，光束依次经第二平面反射镜(7)和第四平面反射镜(10)反射后由分色镜A(11)进行光谱分光，波段为900nm～1700nm的光束透射进入一级倾斜校正光学系统Ⅲ，波段为450nm～900nm的光束经第五平面反射镜(12)和变形镜(13)反射后进入自适应校正光学系统Ⅳ；所述一级倾斜校正光学系统Ⅲ包括校正透镜(14)、第六平面反射镜(15)和短波红外高速探测器(16)；所述短波红外高速探测器(16)的靶面位于所述校正透镜(14)的焦面上，由中继光学系统Ⅱ透射的光束透过校正透镜(14)，经第六平面反射镜(15)反射后，成像在短波红外高速探测器(16)上；所述自适应校正光学系统Ⅳ包括耦合透镜A(17)、第七平面反射镜(18)、第二像面(19)、耦合透镜B(20)、分色镜B(21)、第八平面反射镜(22)和波前探测器(23)；所述波前探测器(23)的靶面位于所述变形镜(13)共轭位置上，由中继光学系统Ⅱ进入的光束透过耦合透镜A(17)，经第七平面反射镜(18)反射形成第二像面(19)，来自第二像面(19)的光束透过耦合透镜B(20)后经分色镜B(21)进行光谱分光，波段为700nm～900nm的光束反射进入双通道高分辨力成像光学系统Ⅴ，波段为450nm～700nm的光束第八平面反射镜(22)反射后被波前探测器(23)接收；所述双通道高分辨力成像光学系统V包括第九平面反射镜(24)、成像透镜(25)、分光镜(26)、成像探测器A(27)和成像探测器B(28)，成像探测器A(27)的靶面位于所述成像透镜(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建立，明名，赵金宇，刘欣悦，陈宝刚，吕天宇，贾建禄，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22