[發(fā)明專利]基于干涉的超薄高分辨率平板成像探測系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108873321A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 王曉蕊;高偉萍;袁影;馬琳;袁航
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發(fā)明公開了一種基于干涉的超薄高分辨率平板成像探測系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有成像探測系統(tǒng)中透鏡陣列頻率采集點少，系統(tǒng)成像質(zhì)量差的問題。其包括透鏡陣列，光子集成電路，數(shù)字信號處理器和圖像重建模塊，透鏡陣列鑲嵌在固定板上，光子集成電路位于透鏡陣列的焦平面上，透鏡陣列由一個圓形透鏡以及數(shù)條輻射條狀透鏡組成，輻射條狀透鏡在圓形透鏡外輻射排列，即每一個輻射條狀透鏡上有數(shù)個小透鏡，輻射條狀透鏡鑲嵌在圓盤形固定板上，形成輪盤式透鏡陣列，在輪盤式透鏡陣列中間填補圓形透鏡。本發(fā)明有效提高了中高頻信息采集點數(shù)目，提高了系統(tǒng)成像質(zhì)量，可用于空間偵察、監(jiān)視預警及空間態(tài)勢感知。

技術領域

本發(fā)明屬于光學成像技術領域，特別涉及一種超薄高分辨率平板成像探測系統(tǒng)，可用于空間偵察、監(jiān)視預警、空間態(tài)勢感知及天文觀測。

背景技術

近年來，飛速發(fā)展的光子集成電路技術和干涉成像技術為研制高分辨率平板望遠鏡系統(tǒng)提供了可能。基于干涉的超薄高分辨率平板成像方法正是一種采用光子集成電路技術實現(xiàn)高分辨率光學干涉重構成像的變革性新概念，已成為先進光學遙感成像技術發(fā)展的重要前沿方向。

基于干涉原理的超薄高分辨率平板成像方法較傳統(tǒng)光電成像系統(tǒng)旨在大幅減少成像系統(tǒng)的尺寸、重量和功率，并獲得高分辨率圖像。該成像方法借助光子集成電路技術利用微縮干涉陣列取代了體積笨重的光學望遠鏡和數(shù)字焦平面探測器陣列，從而進行干涉計算成像，可避免大型光學系統(tǒng)的制造、拋光、校準；可大幅度減少成像系統(tǒng)的體積、重量和功耗、周期、集成和測試的復雜度；能夠像傻瓜相機一樣記錄成像，無需考慮對焦；而且透鏡陣列排布設計靈活，能夠很好的適應各種外形的載體平臺，適用于多種感知平臺。

基于干涉原理的超薄高分辨率平板成像概念最早來源于2013年洛克希德·馬丁公司提出的服務于光電成像偵察的分段式平板成像概念，該成像系統(tǒng)旨在大幅減少光電成像系統(tǒng)的尺寸、重量和功率，并獲得高分辨率圖像，該成像系統(tǒng)由很多個封裝在光子集成電路上直接檢測白光干涉的器件組成，以測量復相干系數(shù)的振幅和相位。分段式平板成像概念利用標準光刻互補金屬氧化物半導體制造技術加工的光子集成電路結構取代傳統(tǒng)望遠鏡必需的大型光學器件和機械結構。該成像概念不像傳統(tǒng)光電望遠鏡系統(tǒng)需要嚴格控制研制流程及苛刻的環(huán)境條件，這項革命性概念類似于超薄電視代替?zhèn)鹘y(tǒng)體積較大的電視機，將開啟與眾不同的超薄遙感成像時代，有望成為超輕超薄大口徑遙感成像系統(tǒng)研制的新途徑。

國內(nèi)在射電望遠鏡和光學望遠鏡的合成孔徑干涉成像理論與技術方面有較好的積累，但針對基于干涉的超薄高分辨率平板成像探測系統(tǒng)的研究相對較少，目前平板成像系統(tǒng)的重建圖像質(zhì)量普遍存在對比度差、信息丟失、分辨率不足的缺陷。清華大學Chuqiuhui,Shen yijie,Yuan Meng等人在Optics Communications上發(fā)表的Numericalsimulation and optimal design of Segmented Planar Imaging Detector forElectro-Optical Reconnaissance，提出了一種平板成像探測系統(tǒng)基線對可調(diào)的方法，并通過調(diào)整奈奎斯特采樣間隔、優(yōu)化基線對配對方式以及增加陣列波導光柵的光譜通道數(shù)提升了平板成像探測系統(tǒng)的成像質(zhì)量，但仍然存在圖像質(zhì)量差、高頻信息丟失嚴重的問題，影響系統(tǒng)成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于干涉的超薄高分辨率平板成像探測系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法，以通過在輻射條狀透鏡中間填補圓形透鏡，將光子集成電路技術與傳統(tǒng)透鏡制備技術相結合，提高中高頻信息采集點的數(shù)目，減少信息丟失，有效改善成像質(zhì)量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括：透鏡陣列，光子集成電路，數(shù)字信號處理器和圖像重建模塊，透鏡陣列鑲嵌在固定板上，光子集成電路位于透鏡陣列的焦平面上，透鏡陣列由數(shù)條輻射條狀透鏡組成，呈輪盤式分布，其特征在于：在輻射條狀透鏡1中間填補有圓形透鏡2，輻射條狀透鏡1在圓形透鏡2外輻射排列。