[發(fā)明專利]具有PD圖像處理功能的液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710674537.X
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107490882B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宣麗;楊程亮;張佩光;李大禹;姚麗雙;徐煥宇;曹召良;穆全全;彭增輝;劉永剛;張杏云;王玉坤;王少鑫;王啟東;徐梓浩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: G02F1/13
• 分類號: G02F1/13;G02B27/10;G02B27/09;G02B27/28
• 代理公司: 22210 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 南小平<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

1.具有相位差波前重構(gòu)圖像處理功能的液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，其特征是：

主光學(xué)系統(tǒng)由分光鏡(12)、第二透鏡(7)、第三透鏡(8)、波前探測器(13)、第四透鏡(9)、第五透鏡(10)、偏振分光棱鏡(14)、第一液晶波前校正器(15)、第二液晶波前校正器(16)、反射鏡(17)、CCD相機(jī)(18)組成；主光學(xué)系統(tǒng)中各元件的作用為：分光鏡(12)與接收光學(xué)系統(tǒng)后的平行光束對接，是進(jìn)行譜段分光的高通濾波器，譜段分光波長為700nm，用來使接收的平行光束分為波前探測支路和校正成像支路，其中使700nm-900nm波段透射、進(jìn)入校正成像支路，使700nm-900nm長波段的光透射、進(jìn)入校正成像支路，而將400nm-700nm短波段的光反射、同時90°折束進(jìn)入波前探測支路；波前探測支路的第二透鏡(7)和第三透鏡(8)構(gòu)成縮束透鏡組，將進(jìn)入波前探測支路的光束縮束為與波前探測器(13)的口徑一致，使之完全進(jìn)入波前探測支路終端的波前探測器(13)中；位于分光鏡(12)之后的校正成像支路上的第四透鏡(9)和第五透鏡(10)為另一縮束透鏡組，將進(jìn)入校正成像支路的光束縮束為與第一液晶波前校正器(15)和第二液晶波前校正器(16)的口徑一致，第一液晶波前校正器(15)和第二液晶波前校正器(16)的口徑是相同的，另外第五透鏡(10)的軸線相對第四透鏡(9)的軸線下移5mm，使得通過第五透鏡(10)的光束為偏心入射，從第五透鏡(10)出射光束產(chǎn)生2°的傾斜，然后以2°入射角進(jìn)入偏振分光棱鏡(14)，又被偏振分光棱鏡(14)分成透射的P偏振光和反射的且90°折束的S偏振光，分別在偏振分光棱鏡(14)后的透射光束處設(shè)置第一液晶波前校正器(15)且其e光光軸平行P偏振方向、在90°折束的反射光束處設(shè)置第二液晶波前校正器(16)且其e光光軸平行S偏振方向，所謂e光光軸即液晶取向方向，經(jīng)第一液晶波前校正器(15)和第二液晶波前校正器(16)校正后的P、S偏振光束被反射回偏振分光棱鏡(14)，且相對入射光束以4°的光束夾角再次到達(dá)第五透鏡(10)，此時，反射光束與入射光束的中心間距為5mm、然后到達(dá)與傳播方向成45°角的反射鏡(17)，使光束折束90°并聚焦在校正成像支路終端的CCD相機(jī)(18)上；在紙面內(nèi)順時針旋轉(zhuǎn)第二液晶波前校正器(16)，使其法線偏離入射的S偏振光束光軸0.3°，觀測CCD相機(jī)(18)，在其不同區(qū)域同時能得到P偏振光束的成像和S偏振光束的成像，兩個圖像既不重疊也沒有偏出CCD相機(jī)(18)；

主光學(xué)系統(tǒng)中的波前探測器(13)、第一液晶波前校正器(15)、第二液晶波前校正器(16)、CCD相機(jī)(18)都與存儲有自適應(yīng)波前校正成像控制軟件的計算機(jī)相連；

主光學(xué)系統(tǒng)中各元件的技術(shù)參數(shù)如下：

分光鏡(12)的口徑為25mm，譜段分光波長為700nm的高通濾波器；

第二透鏡(7)、第三透鏡(8)、第四透鏡(9)、第五透鏡(10)均為雙膠合消色差透鏡，口徑分別為25mm、65mm、25mm、25mm，焦距分別為100mm、288mm、100mm、290mm；

波前探測器(13)是可見光波段的哈特曼波前探測器，由20×20個呈正方形排列的微透鏡陣列和背部的EMCCD組成，EMCCD是英國e2v Technologies公司的產(chǎn)品，型號為CCD220，具有120×120個像素、像素尺寸為48μm，每一個微透鏡對應(yīng)EMCCD 6×6像素的子窗口，微透鏡孔徑d＝288μm，焦距f＝19.35mm；

偏振分光棱鏡(14)，尺寸為25mm×25mm×25mm，其P偏振光的消光比為1×10^-3；其作用是將入射光分為P偏振光和S偏振光，P偏振光進(jìn)入第一液晶波前校正器(15)，S偏振光進(jìn)入第二液晶波前校正器(16)；

第一液晶波前校正器(15)和第二液晶波前校正器(16)，口徑均為5.8mm×5.8mm，位相調(diào)制量1000nm，在第二液晶波前校正器(16)上施加的離焦像差PV值為470nm，將第二液晶波前校正器(16)與S偏振光束垂直對準(zhǔn)后、再在紙面內(nèi)順時針旋轉(zhuǎn)0.3°，使S偏振光束再次經(jīng)過第五透鏡(10)后與P偏振光束形成0.6°的夾角，在CCD相機(jī)(18)上能夠分開S偏振光束和P偏振光束的兩幅圖像；

反射鏡(17)的口徑為15mm，位于第五透鏡(10)前230mm處，且與第五透鏡(10)的光軸成45°角放置；

CCD相機(jī)(18)為英國Andor公司產(chǎn)品，型號為DU888-U3，具有1024×1024個像素，像素尺寸為13μm；

上述具有相位差波前重構(gòu)圖像處理功能的液晶自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，能夠?qū)Υ髿庀喔砷L度10cm/接收口徑2m的靜態(tài)畸變波前進(jìn)行自適應(yīng)波前校正；

開啟上述系統(tǒng)的自適應(yīng)波前校正成像控制軟件，發(fā)生如下過程：波前探測器(13)探測畸變的波前，計算機(jī)將探測信號處理為波前校正信號，并分別施加到第一液晶波前校正器(15)和第二液晶波前校正器(16)上，CCD相機(jī)(18)采集自適應(yīng)波前校正后目標(biāo)的焦面圖像和離焦圖像；采用PD圖像處理方法對自適應(yīng)系統(tǒng)焦面上的圖像和離焦圖像進(jìn)行波前畸變殘差解析和圖像重建，獲得比自適應(yīng)波前校正后分辨率顯著提高的圖像。