[發明專利]一種用于光學超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器

有效

• 申請號: 201510247030.7
• 申請日: 2015-05-15
• 公開（公告）號: CN104865709B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 戴云;趙麗娜;張雨東;肖飛;趙軍磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所;成都信息工程大學
• 主分類號: G02B27/58
• 分類號: G02B27/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于光學超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，采用自適應光學系統中的波前校正器，通過軟件控制波前校正器產生所需的光瞳濾波器位相結構，并將其置于成像光學系統瞳面上實現超分辨成像。濾波器位相結構可以通過編程任意改變，具有結構靈活多樣、實現簡單快速、成本低廉等優點。

背景技術

分辨率是成像光學系統最重要的性能參數。1952年，Toraldo[G.Toraldo di Francia，Nuovo Cimento Suppl.9，426(1952).]將超分辨天線的概念引入光學領域，首次提出光瞳超分辨成像的概念，他指出在系統的出瞳處加一塊超分辨光瞳濾波器，可以在花費較小、對系統不做較大改動的條件下，有效地提高系統的空間分辨率。光瞳濾波器以其對光波波前改變的不同方式，主要分為振幅型濾波器[C.J.R.Sheppard，Z.S.Hegedus.Axial behavior of pupil plane filters[J].J.Opt.Soc.Am.A，1998，5(5)]、相位型濾波器[Wang Wei，Zhou Changhe，Yu Junjie.Transverse superresolution and extended axial focal depth realized by three-zone annular phase pupil filter[J].Acta Physica Sinica，2011]，以及振幅和相位均可改變的復振幅型濾波器[云茂金，劉立人，孫建峰等，復振幅光瞳濾波器的三維超分辨性能研究[J].光學學報，2005，25]。

振幅型光瞳濾波器具有結構簡單，制作方便，容錯性好等優點，比較容易在光學系統中實現，然而其能量利用率較低的缺點，大大限制了這類濾波器在成像系統中的應用。相比之下，相位型和復振幅型濾波器具有能量利用率高、應用靈活等諸多優點，但制作比較困難。

目前，相位型光瞳濾波器主要利用衍射光學技術來制作。首先采用標準的二元光學加工工藝制作出光瞳濾波器掩模板，然后利用光刻技術經曝光與顯影兩個步驟將掩模板圖形轉印到涂在基片表面的光刻膠上，最后利用刻蝕技術將光刻膠形成的圖形轉印到基底上，基底材料一般為光學玻璃。隨著二元光學制造技術的發展和日趨成熟，相位型光瞳濾波器的制作變得比較簡單。但是，采用二元光學技術加工的光瞳濾波器一旦制作成型，超分辨性能隨即確定，如果需要嘗試不同的超分辨效果，則需制作不同的光瞳濾波器，實現周期長、費用高。另外，由于光瞳濾波器不可避免的存在加工和裝調誤差，從而降低超分辨的效果，這時難以通過修改濾波器結構進行優化補償。

與上述研究不同，本發明提出采用自適應光學系統中的波前校正器，利用其可以快速改變波前相位的特點，通過軟件控制波前校正器產生所需的光瞳濾波器位相結構，并將其置于成像光學系統瞳面上實現超分辨成像。濾波器位相結構可以通過編程任意改變，具有結構靈活多樣、實現簡單快速、成本低廉等優點。

發明內容

本發明解決的技術問題是：提供一種用于光學超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，采用自適應光學系統中的波前校正器，通過計算機控制波前校正器產生所需的光瞳濾波器位相結構，并將其置于成像光學系統瞳面上實現超分辨成像。

本發明的技術方案是：一種用于光學超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，采用自適應光學系統中的波前校正器，通過計算機控制波前校正器產生所需的光瞳濾波器位相結構，并將其置于成像光學系統瞳面上實現超分辨成像。波前校正器產生的光瞳濾波器位相由波前傳感器進行測量，測量結果輸入計算機與設定的濾波器位相結構進行對比，根據對比結果進一步修正波前校正器，重復這一過程，實現對光瞳濾波器位相結構的閉環擬合。

優選地，所述的波前校正器和波前傳感器通過中繼光學系統共軛放置，并與系統入瞳共軛。

優選地，所述的波前校正器是從變形反射鏡、液晶波前矯正器、微加工薄膜變形鏡、微機電變形鏡、雙壓電陶瓷變形鏡、液體變形鏡中選擇的。

優選地，所述的波前傳感器是從基于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器、基于微棱鏡陣列的哈特曼波前傳感器、曲率波前傳感器、角錐波前傳感器中選擇的。

本發明與現有技術相比，首次提出采用波前校正器實現位相型光瞳濾波器，通過計算機控制波前校正器產生所需的光瞳濾波器位相結構，并將其置于成像光學系統瞳面上實現超分辨成像。濾波器位相結構可以通過編程任意改變，具有結構靈活多樣、實現簡單快速、成本低廉等優點。

附圖說明