高分辨率相机自适应光学系统技术方案

高分辨率相机自适应光学系统，采用共用的共用主镜、共用次镜，三镜、折转反射镜和不同的焦面器件，构成两个光学支路：可见光高分辨率成像支路、自适应波前探测支路。两个支路均对轴外视场景物成像，入射光线视场角不同；可见光高分辨率成像支路利用靠近轴上的轴外视场，自适应波前探测支路利用与可见光高分辨率成像支路有一定间隔的轴外视场，可见光高分辨率成像支路与自适应波前探测支路具有相对固定的波像差差值，通过在轨主动矫正技术，实现在轨波前探测、在轨控制运算和在轨波前校正。本实用新型专利技术光学系统具有高分辨率、光机结构集成度高、体积小、重量轻等优点，具有对大范围地物的高分辨率成像、高精度高可靠性在轨实时波前探测和矫正功能。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于空间光学遥感器
，涉及一种适用于可见光近红外谱段高分辨率CCD相机+自适应波前探测功能一体化相机光学成像系统的实现方法。
技术介绍
大口径长焦距空间相机容易受到温度环境、力学环境、平台扰动等因素的影响，导致光学元件的位置误差与面形误差，进而影响光学系统成像质量。一般来说，空间相机的口径越大，越容易受到上述因素的影响。当采用精密热控和重力卸载等传统被动的方法无法保证大口径光学系统的成像质量时，就需要采用在轨像差主动校正技术来提高实际成像质量。在轨像差主动校正技术，主要包括在轨波前探测、在轨控制运算和在轨波前校正。其中，在轨控制运算和在轨波前校正同传统的地面像差校正系统非常相似，可以在地面进行相关试验验证。由于在轨波前探测的探测信标是地物扩展目标，并且相机采用快速推扫成像模式，因此在轨波前探测与传统的波前探测模式具有较大不同，是在轨像差主动校正技术中最关键的环节，有必要进行在轨验证。随着空间光学遥感器侦察与监视应用的广度和深度的增加，国内对高分辨率卫星的需求也在逐步提高，同时对光学遥感器提出了越来越高的分辨率要求。对高分辨率光学遥感图像的辐射质量和几何质量也提出更高的要求。同时随着应用需求的不断发展还要求相机具有较高的平台适应性，需要相机在主光学系统中自适应波前探测技术，从而有效提高图像质量。从上个世纪60年代开始，世界各国相机开展了波前探测的研宄，但到目前为止，在轨应用还鲜有报道。美国最早将波前探测仪器应用于检测激光。2009年我国的中科院光电技术研宄所成功研制了 37单元太阳自适应光学系统，2011年将其成功应用于Im太阳望远镜，使太阳对比度显著增高。应用自适应波前探测的高分辨率成像CCD相机系统目前主要采用分离的结构形式，即单台的高分辨率成像相机和波前探测仪。其突出缺点是体积重量大、不利于整星资源的优化。目前在轨运行的具有波前探测功能的高分辨率相机还鲜有报道。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供了一种适用于可见光近红外谱段高分辨率CCD相机+自适应波前探测功能一体化相机的成像光学系统。本技术的技术方案是:高分辨率相机自适应光学系统，包括:共用主镜、共用次镜、折转反射镜、三镜、变形镜、可见光高分辨率成像支路焦面接收器件、自适应波前探测支路焦面接收器件；共用主镜和共用次镜同轴，并且共用主镜和共用次镜的光轴作为光学系统的主光轴；共用主镜上设有通光孔，可见光高分辨率成像支路与自适应波前探测支路不共视场，可见光高分辨率成像支路利用靠近轴上的轴外视场，自适应波前探测支路利用轴外视场；来自可见光高分辨率成像支路和自适应波前探测支路的光束经过共用主镜、共用次镜反射之后，透过共用主镜通光孔到达折转反射镜，经其折转后到达三镜，再经三镜折转后分别到达可见光高分辨率成像支路焦面接收器件以及自适应波前探测支路焦面接收器件上成像；折转反射镜和变形镜的法线均位于光学系统子午面内，且折转反射镜的法线方向与主光轴夹角为沿光轴顺时针旋转20°，变形镜的法线方向与主光轴夹角为沿光轴顺时针旋转60° ;可见光高分辨率成像支路焦面接收器件和自适应波前探测支路焦面接收器件集成在一个结构部件上。所述的共用主镜、共用次镜、折转反射镜、变形镜、三镜的材料均为碳化硅或微晶玻璃或熔石英，上述镜子的反射面上均镀有金属高反射率反射膜。本技术与现有技术相比的优点在于:I)本技术由于采用了共光路全反射结构形式，将高分辨率成像与高精度波前探测实现一体化设计，两种探测器件集成在一个焦面结构中，两个支路焦距完全一致，波前像差差值一定，通过高精度在轨波前探测，获得精确的波前相位信息，为在轨波前校正提供信息支持，实现在轨像差主动校正，提高系统的在轨成像质量；该系统结构形式简单，无色差、加工和装调简单，工程化难度低。解决了传统大口径长焦距空间相机在轨稳定性和成像质量较差的问题。2)本技术光学系统通过控制主共用次镜光焦度同时矫正一次像和二次像差，降低加工和装调的难度；3)本技术光学系统的高分辨率成像探测器件与波前探测支路探测器件集成在一个焦面部件上，可针对可见光高分辨率成像支路轴上视场点进行装调、测试；波前探测支路采用的ro探测器使用与成像探测器相同的TDICCD，电路输出一致，大大简化了系统工程化难度。4)本技术具有成像质量良好、高分辨率高、光机结构紧凑、组成简单、光机结构集成度高、体积小、重量轻等优点，具有对大范围地物的高分辨率成像、高精度高可靠性在轨实时波前探测和矫正功能。【附图说明】图1为本技术光学系统组成结构示意图；图2多通道视场设置示意图。【具体实施方式】高分辨率相机自适应光学系统如图1所示，其特征在于包括:共用主镜1、共用次镜2、折转镜3、三镜4、变形镜5、可见光高分辨率成像支路焦面接收器件6、自适应波前探测支路焦面接收器件7。下面通过具体实施例进行进一步描述:光学系统的可见光高分辨率成像支路工作谱段为Pan:0.45 μ m?0.89 μ m、B1:0.45 μ m ?0.52 μ m、B2:0.52 μ m ?0.59 μ m、B3:0.63 μ m ?0.69 μ m、B4:0.77 μ m ?0.89 μm，焦距为16000mm，视场为0.64° X0.64°偏场角度为0.28°?0.32° ;自适应波前探测支路的工作谱段和焦距与高分辨率成像支路一致。两个视场点位于可见光高分辨率成像支路视场的边缘，偏场角度为0.91°。两个个支路共用共用主镜、共用次镜、三镜和折转镜，其中可见光高分辨率成像支路、自适应波前探测支路视场不同，可见光高分辨率成像支路对靠近轴上的轴外视场景物成像，自适应波前探测支路利用与高分辨率成像支路靠近的轴外视场的两个视场点成像。可见光近红外高分辨率成像支路焦距为15m、全视场为2°、探测器为像元尺寸7 μ m/28 μ m的TDICXD ;自适应波前探测支路采用的H)探测器使用与成像探测器相同的TDICXD。来自可见光高分辨率成像支路的光束经过共用主镜1、共用次镜2反射之后，透过共用主镜通光孔到达折转反射镜3，经其折转后到达三镜4和变形镜5，折转后到达可见光高分辨率成像支路焦面接收器件6 ;折转反射镜3和变形镜5的法线位于光学系统子午面内，与主光轴夹角分别为沿光轴顺时针旋转20°和60°。可见光高分辨率成像支路焦面接收器件6。来自和自适应波前探测支路的光束经过共用主镜1、共用次镜2反射之后，透过共用主镜通光孔到达折转反射镜3，经其折转后到达三镜4和变形镜5，折转后到达自适应波前探测支路焦面接收器件7 ;折转反射镜3和变形镜5的法线位于光学系统子午面内，与主光轴夹角分别为沿光轴顺时针旋转20°和60°。可见光高分辨率成像支路焦面接收器件6和自适应波前探测支路焦面接收器件7集成在一个结构部件上。共用主镜1、共用次镜2的通光口径为圆对称面，共用主镜开通光空为梯形腰空，前后表面上的开空为矩形；三镜4和折转反射镜3和变形镜5通光口径为矩形。共用主镜1、共用次镜2、折转反射镜3和变形镜5、三镜4的材料为碳化硅，或微晶玻璃，或熔石英，反射面镀有金属高反射率反射膜。光学系统的三镜4固定于共用主镜基板的背部固定在共用主镜I基板背部，折转反射镜3和变本文档来自技高网...

【技术保护点】
高分辨率相机自适应光学系统，其特征在于包括：共用主镜(1)、共用次镜(2)、折转反射镜(3)、三镜(4)、变形镜(5)、可见光高分辨率成像支路焦面接收器件(6)、自适应波前探测支路焦面接收器件(7)；共用主镜(1)和共用次镜(2)同轴，并且共用主镜(1)和共用次镜(2)的光轴作为光学系统的主光轴；共用主镜(1)上设有通光孔，可见光高分辨率成像支路与自适应波前探测支路不共视场，可见光高分辨率成像支路利用靠近轴上的轴外视场，自适应波前探测支路利用轴外视场；来自可见光高分辨率成像支路和自适应波前探测支路的光束经过共用主镜(1)、共用次镜(2)反射之后，透过共用主镜通光孔到达折转反射镜(3)，经其折转后到达三镜(4)，再经三镜(4)折转后分别到达可见光高分辨率成像支路焦面接收器件(6)以及自适应波前探测支路焦面接收器件(7)上成像；折转反射镜(3)和变形镜(5)的法线均位于光学系统子午面内，且折转反射镜(3)的法线方向与主光轴夹角为沿光轴顺时针旋转20°，变形镜(5)的法线方向与主光轴夹角为沿光轴顺时针旋转60°；可见光高分辨率成像支路焦面接收器件(6)和自适应波前探测支路焦面接收器件(7)集成在一个结构部件上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤天瑾，高卫军，程少园，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11