【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学，具体涉及一种基于扩展目标成像的自适应光学装置。
技术介绍
1、根据瑞利判据，光学系统极限角分辨率θ与系统口径d和波长λ有关，满足θ＝1.22λ/d，理论上可以通过增大成像系统口径提高光学系统成像分辨力。但由于受环境对光学系统动态干扰，成像系统实际分辨率始终达不到理论极限。这些干扰包括大气湍流、光学系统内部装调像差、温度变化等因素，尤其是大气湍流这种动态干扰影响，会使波前畸变，进而导致系统成像变得抖动和模糊，严重降低成像分辨率。当成像系统口径d大于大气相干长度r0时，实际分辨力约为1.22λ/r0，即实际分辨力受限于大气相干长度，远达不到理论上所预期的光学衍射极限。
2、自适应光学系统是克服大气湍流影响最有效方法，具有补偿光波受动态干扰造成波前畸变的能力，彻底改变传统光学系统在环境干扰下的被动工作模式。另外具有实时性，除了可以补偿系统因加工和装调引入的固定像差外，能够实时测量出光波波前受动态干扰造成的畸变，并将其转换成相应的控制信号施加到波前校正单元上，使波前畸变得到实时补偿，最终使望远系统实时获得接近衍射极限像质的目标光学图像。当自适应光学系统对扩展目标进行校正时，系统波前校正残余误差除了由于有限带宽和探测噪声引起的误差外，还存在非等晕误差，所以对扩展目标成像的自适应校正属于部分校正。但由于大气湍流引起的波前误差中，低阶项误差占绝大部分，所以对扩展目标的低阶校正也可以对大气湍流影响有较好的补偿效果，使成像系统得到接近衍射极限的目标像。
技术实现思路
2、入射光通过缩束望远系统后，分别进入精跟踪探测系统、哈特曼波前探测系统和高分辨成像系统，如果采用同一波段既成像又探测，通过三次分光后，到精跟踪探测器、哈特曼波前探测器和高分辨成像系统的能量都会比较弱，尤其是哈特曼波前探测被微透镜阵列分割成多个子孔径，其平均到每个子孔径的能量会更低，严重影响探测精度和系统校正能力。采用分波段校正和成像方案，望远系统在整个波段范围内将入射口径进行缩束，与自适应分系统变形镜口径匹配，变形镜位置严格满足瞳窗共轭。缩束后的平行光经过倾斜镜和变形镜反射后，采用分光镜使可见光波段光进入自适应分系统，用于精跟踪探测和波前探测，近红外波段光进入成像系统用于成像，最大化提高光能利用率，保证自适应校正成像效果。
3、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
4、一种基于扩展目标成像的自适应光学装置，它包括安装于o1-o2光轴上的缩束望远系统；安装于o2-o3光轴上的高速倾斜镜和变形镜；安装于o3-o4光轴上的第一分束镜；安装于o4-o5光轴上的精跟踪成像透镜组和精跟踪成像探测器；安装于o6-o7光轴上的第二分束镜、哈特曼成像匹配透镜组、微透镜阵列和哈特曼波前探测器；安装于o8-o9光轴上的第一折转反射镜、近红外成像透镜组、第二折转反射镜，和安装于o9-o10光轴上的近红外成像探测器。
5、该装置采用安装于o1-o2光轴上缩束望远系统将入射光口径进行压缩，使其与变形镜口径相匹配。缩束后的平行光经过高速倾斜镜和变形镜后，通过第一分束镜使一部分光进入安装于o4-o5光轴上的精跟踪成像透镜组后在精跟踪成像探测器成像，用于对目标进行高精密稳像；另一部分光透过第一分束镜后沿光轴o4-o6传输，被第二分束镜再一次分光，反射光经过安装于o6-o7光轴上哈特曼匹配透镜组、微透镜阵列后在哈特曼波前探测器成像，用于实时探测波前；剩余透射光通过第一折转反射镜、近红外成像透镜组和第二折转反射镜后在近红外成像探测器成像。
6、该装置采用分波段分能量进行探测校正及成像方案，整个装置工作波段为450nm～1700nm，其中450nm～700nm为探测校正波段，900nm～1700nm为近红外成像波段，安装于o3-o4光轴上的第一分束镜将10％的450nm-700nm波段能量反射进精跟踪探测系统，剩余90％的450nm-700nm波段能量通过第二分束镜反射进哈特曼波前探测系统，第一分束镜和第二分束镜对900nm～1700nm光全透过，其通过第一折转反射镜全反射进入近红外成像系统，最大化提高光能利用率。
7、其中，安装于o2-o3光轴上高速倾斜镜、安装于o4-o5光轴上的精跟踪成像透镜组和精跟踪成像探测器组成精跟踪子系统，利用精跟踪波前探测器所提取的波前整体倾斜控制高速倾斜镜，校正整个系统的倾斜波前像差，对图像抖动进行闭环校正。高速倾斜镜倾斜行程为±2′，口径50mm。考虑整个光路布局，高速倾斜镜相对光轴o1-o2倾斜θ1角度。
8、安装于o2-o3光轴上变形镜、安装于o6-o7光轴上的第二分束镜、哈特曼匹配透镜组、微透镜阵列和哈特曼波前探测器组成高阶波前校正子系统。哈特曼波前探测采用微透镜阵列对缩束后系统瞳面进行采样，形成子孔径图像阵列，通过重构波前误差信息，控制变形镜产生波前校正面形，对系统中的动态波前像差进行实时补偿。微透镜阵列选用9×9的阵列，口径3mm×3mm，每个阵列尺寸为335um，焦距为5.1mm。其作用是实现系统光瞳的波前分割，每个分割子区域作为一个小的光瞳，其大小决定波前传感器空间采样尺度。变形镜采用61个驱动单元，口径24.5mm，驱动器与哈特曼波前传感器的子孔径一一对应，相互匹配，驱动校正行程大于2um。考虑整个光路布局，变形镜相对光轴o2-o3倾斜θ1角度。
9、安装于o8-o9光轴上的第一折转反射镜、近红外成像透镜组、第二折转反射镜，和安装于o9-o10光轴上的近红外成像探测器与安装于o1-o2光轴上的缩束望远系统组成高分辨率成像分系统，其探测到目标图像是经过精跟踪子系统和高阶校正子系统闭环校正后的高分辨率目标图像。
10、安装于光轴o1-o2上的主反射镜、次反射镜和准直透镜组组成主缩束望远系统，将系统入射口径进行压缩后与自适应分系统变形镜口径相匹配，其为可见光波段自适应校正子系统和红外成像系统共光路部分，需要从可见光到近红外波段范围进行像差校正。主反射镜和次反射镜组成同轴卡塞格林系统，在一次像面位置增加视场光阑，有效消除杂光。变形镜置于主缩束系统的出射光瞳处，使系统严格满足瞳窗共轭，保证校正的波前与成像系统的波前是相同的物理量。
11、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
12、本专利技术的基于扩展目标成像的自适应光学装置，包含自适应光学分系统和近红外成像分系统，自适应光学分系统属于闭环系统，分为精跟踪子系统、高阶校正子系统。安装于o1-o2光轴上缩束望远系统由主反射镜、次反射镜和准直目镜组成，其作用是将本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，该装置包括安装于O1-O2光轴上的缩束望远系统，安装于O2-O3光轴上的高速倾斜镜和变形镜，安装于O3-O4光轴上的第一分束镜，安装于O4-O5光轴上的精跟踪探测系统，安装于O6-O7光轴上的第二分束镜和哈特曼波前探测系统，以及安装于O8-O9光轴上的第一折转反射镜和近红外成像系统；
2.根据权利要求1所述的基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，该装置采用分波段分能量进行探测校正及成像，具体为：整个装置工作波段为450nm～1700nm，其中450nm～700nm为探测校正波段，900nm～1700nm为近红外成像波段，第一分束镜将小部分的450nm-700nm波段能量反射进精跟踪探测系统，剩余大部分的450nm-700nm波段能量通过第二分束镜反射进哈特曼波前探测系统，第一分束镜和第二分束镜对900nm～1700nm光全透过，其通过第一折转反射镜全反射进入近红外成像系统。
3.根据权利要求1所述的基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，缩束望远系统采用同轴卡塞格林系统，包括主反射镜、次反
4.根据权利要求3所述的基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，缩束望远系统的一次聚焦面靠近主反射镜位置，且主反射镜开孔尺寸小。
5.根据权利要求1所述的基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，精跟踪探测系统包括精跟踪成像透镜组和精跟踪成像探测器。
6.根据权利要求5所述的基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，哈特曼波前探测系统包括哈特曼匹配透镜组、微透镜阵列和哈特曼波前探测器；高阶波前校正子系统采用微透镜阵列对缩束后瞳面进行采样，形成子孔径图像阵列，通过重构波前误差信息，控制变形镜产生波前校正面形，对动态波前像差进行实时补偿。
7.根据权利要求6所述的基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，哈特曼匹配透镜组采用开普勒式望远系统结构，包括两组三胶合透镜组。
8.根据权利要求6所述的基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，近红外成像系统包括安装于O8-O9光轴上的近红外成像透镜组和第二折转反射镜以及安装于O9-O10光轴上的近红外成像探测器。
9.根据权利要求8所述的基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，该装置的光路如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，该装置包括安装于o1-o2光轴上的缩束望远系统，安装于o2-o3光轴上的高速倾斜镜和变形镜，安装于o3-o4光轴上的第一分束镜，安装于o4-o5光轴上的精跟踪探测系统，安装于o6-o7光轴上的第二分束镜和哈特曼波前探测系统，以及安装于o8-o9光轴上的第一折转反射镜和近红外成像系统；
2.根据权利要求1所述的基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，该装置采用分波段分能量进行探测校正及成像，具体为：整个装置工作波段为450nm～1700nm，其中450nm～700nm为探测校正波段，900nm～1700nm为近红外成像波段，第一分束镜将小部分的450nm-700nm波段能量反射进精跟踪探测系统，剩余大部分的450nm-700nm波段能量通过第二分束镜反射进哈特曼波前探测系统，第一分束镜和第二分束镜对900nm～1700nm光全透过，其通过第一折转反射镜全反射进入近红外成像系统。
3.根据权利要求1所述的基于扩展目标成像的自适应光学装置，其特征在于，缩束望远系统采用同轴卡塞格林系统，包括主反射镜、次反射镜和作为调焦镜的目镜组；其中主反射镜为抛物面，次反射镜为双曲面，目镜组采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓燕，王密信，王晨晟，余徽，王群，
申请(专利权)人：武汉华中旷腾光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。