專利名稱：高分辨率光學成像方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學成像方法及設備，具體涉及一種高分辨率光學成像方 法及設備。
背景技術：
高分辨率光學成像技術具有廣泛應用的需求，目標圖像的超高空間分辨率 一直是人們所追求的重要指標之一，它是目標發現、識別以掌握信息權，以及 人類認識太空、研究宇宙的最主要手段。現階段，高分辨率的空間光學遙感器 發展很快，然而其進一步的發展受到能量和衍射極限的限制，這兩個方面均要 求系統增大光學系統口徑，但口徑的增大必然導致儀器的體積和重量非常大， 研制、發射和運行等費用也相應變得非常昂貴。
伴隨著光電探測器技術的發展，其探測靈敏度性能顯著提高，特別是TDI模 式探測器的出現后，通過增加探測器級數可基本解決了能量限制的瓶頸問題，于是制約光學成像系統分辨率的焦點問題變成了系統口徑決定的衍射極限，對 于特定波段，增加口徑是提高空間光學遙感器角分辨率的唯一可行的辦法，但 焦距和口徑的增大意味著遙感器體積、研制難度和制造成本的驟增。如表1所示， 美國的KH-12，在近地軌道(300km左右)達到O. 1 0. 3m分辨率，為滿足分辨率 極限需求，主鏡口徑為3m左右，導致衛星整體重量達到17噸；另外在天文觀察 方面，Hubble太空天文望遠鏡達到0.05角秒(以O. 5um)，主鏡直徑為2. 4m，導 致僅主鏡組件就重達828kg。
發明內容
本發明的目的在于提供了一種高分辨率光學成像方法及設備，其解決了背 景技術中成像技術復雜以及成像設備體積、重量大、成本高的技術問題。
本發明的技術解決方案是
一種高分辨率光學成像方法，其特殊之處在于該方法包括以下步驟
1) 目標所發出的光線經子孔徑成像系統1成像到一次像面2上；
2) 經過子孔徑準直鏡3準直，到達反射鏡4;
3) 再反射到多子孔徑光束合成反射鏡5，光束整合到一起后經多子孔徑光
束合成成像鏡11后到達二次像面6上；
4) 再經過準直鏡7準直入射到剪切干涉儀8;
5)
a其中一束光經剪切干涉儀8的第一五角棱鏡801到剪切干涉儀上的等腰棱 鏡803，再經過剪切干涉儀的反射棱鏡的公共部分到剪切干涉儀的第二五角棱鏡 807后出射到相干成像鏡9;
b另一束光經準直鏡7準直的合成光束入射到剪切干涉儀8后，經剪切干涉 儀8的第一五角棱鏡801到剪切干涉儀反射棱鏡，經剪切干涉儀反射棱鏡直接 入射到相干成像鏡9;
6) 入射到相干成像鏡9的兩束合成光束，當垂直剪切方向等光程時，相干 成像到CCD像面10，得到高分辨率圖像。
一種實現上述高分辨率光學成像方法的設備，包括子孔徑成像系統l，沿光 路設置的子孔徑準直鏡3、反射鏡4、多子孔徑光束合成反射鏡5、準直鏡7、 剪切干涉儀8、相干成像鏡9以及CCD像面10，所述子孔徑成像系統1包括子 孔徑主反射鏡101和子孔徑次反射鏡102，其特殊之處在于所述剪切干涉儀8 包括上、下兩部分，所述上、下部分均由一個五角棱鏡和一等腰棱鏡膠合而成， 所述膠合部位構成一膠合面，所述膠合面的表面設有分束膜，所述上、下部分 中心對稱設置，所述上、下部分之間設有分界面804，所述五角棱鏡和等腰棱鏡 至少有一個內表面為全反射面。
上述上部分具體包括第一五角棱鏡801和第一等腰棱鏡803，所述第一五角 棱鏡801和第一等腰棱鏡803膠合在一起，并構成一膠合面，該膠合面的表面 設有第一分束膜802，所述第一五角棱鏡801包括用于光束射入的第一五角棱鏡 的入射面810。
上述下部分具體包括第二五角棱鏡807和第二等腰棱鏡805，所述第二五角 棱鏡807和第二等腰棱鏡805膠合在一起，并構成一膠合面，該膠合面的表面 設有第二分束膜806，所述第二五角棱鏡807包括用于光束射出的第二五角棱鏡 的出射面809;所述第二等腰棱鏡805包括用于光束射出的第二等腰棱鏡的出射 面808。
上述膠合面與水平方向的夾角小于30度。
上述膠合面與水平方向的夾角為22. 5度。
上述光束沿第一五角棱鏡的入射面810垂直入射。
上述光束沿第二五角棱鏡的出射面809和第二等腰棱鏡的出射面808垂直出射。
本發明的優點是
1. 本發明中應用了具有高效分光特性的剪切干涉儀，該干涉儀具有等光程相 干剪切的特點
2. 光學系統實現等光程相干，并在像平面上獲得比不用剪切干涉儀情況下分 辨率的提高。
3. 剪切干涉儀可以有其它的結構形式。
4. 本發明中，應用了等光程剪切干涉儀，當橫向剪切量為零的情況下，形成 整個像面上的等光程相干成像，使系統的分辨率提高了，其中剪切干涉儀可以 由多種多樣的剪切干涉儀替換。當橫向剪切量不為零的情況下，可獲得垂直剪 切方向的線視場等光程相干成像，同樣可以提高該線視場的分辨率。
5. 干涉儀也可以不在準直光路中，如果是在會聚或者發散光路中，可以通過 校正像差設計使得相干光束直接成像在一次像面上，獲得分辨率的提高。
6. 去掉前面的前置光學系統和準直光學系統，系統仍然具有相干成像的能 力，并獲得分辨率的提高。
7. 等光程剪切干涉儀也可以由反射鏡和分光鏡組成，也可以由棱鏡和反射鏡 及分光鏡組成。
圖l為本發明結構示意圖。
圖2為本發明的剪切干涉儀結構示意圖。
具體實施例方式
參見圖1和圖2， 一種實現上述高分辨率光學成像方法的設備，包括子孔徑 成像系統l，沿光路設置的子孔徑準直鏡3、反射鏡4、多子孔徑光束合成反射 鏡5、準直鏡7、剪切干涉儀8、相干成像鏡9以及CCD像面IO，所述子孔徑成 像系統1包括子孔徑主反射鏡101和子孔徑次反射鏡102，剪切干涉儀8包括上、 下兩部分，上、下部分均由一個五角棱鏡和一等腰棱鏡膠合而成，膠合部位構 成一膠合面，膠合面的表面設有分束膜，上、下部分中心對稱設置，上、下部 分之間設有分界面804，五角棱鏡和等腰棱鏡至少有一個內表面為全反射面；上 部分具體包括第一五角棱鏡801和第一等腰棱鏡803，第一五角棱鏡801和第一 等腰棱鏡803膠合在一起，并構成一膠合面，該膠合面的表面設有第一分束膜 802，第一五角棱鏡801包括用于光束射入的第一五角棱鏡的入射面810;下部 分具體包括第二五角棱鏡807和第二等腰棱鏡805，第二五角棱鏡807和第二等 腰棱鏡805膠合在一起，并構成一膠合面，該膠合面的表面設有第二分束膜806， 所述第二五角棱鏡807包括用于光束射出的第二五角棱鏡的出射面809;第二等腰棱鏡805包括用于光束射出的第二等腰棱鏡的出射面808。
膠合面與水平方向的夾角小于30度為佳。
膠合面與水平方向的夾角為22. 5度；光束沿第一五角棱鏡的入射面810垂 直入射為佳。
光束沿第二五角棱鏡的出射面809和第二等腰棱鏡的出射面808垂直出射最好。
成像時，目標所發出的光線經子孔徑主反射鏡101反射，到達子孔徑次反 射鏡102，再經子孔徑次反射鏡102成像到一次像面2，再經子孔徑準直鏡3準 直，到達反射鏡4，反射到多子孔徑光束合成反射鏡11，光束整合到一起后經 多子孔徑光束合成成像鏡11后到達二次像面6，再經準直鏡7準直入射到剪切 干涉儀8，其中一束光經剪切干涉儀8的第一五角棱鏡801，傳播到第一等腰棱 鏡803，再經過干涉儀反射棱鏡的公共部分傳播到第二五角棱鏡807后出射到相 干成像鏡9;而另一束經準直鏡7準直的合成光束入射到剪切干涉儀8后，經干 涉儀第一五角棱鏡801，傳播到剪切干涉儀反射棱鏡，經剪切干涉儀反射棱鏡直 接入射到相干成像鏡9，入射到相干成像鏡9的兩束合成光束(垂直剪切方向等 光程)相干成像到CCD像面10，得到高分辨率圖像。
參見圖3，本發明還有一種形式，即剪切干涉儀8將入射光束剪切成為兩束 平行光投射到剪切干涉儀棱鏡組的兩個入射面上，剪切干涉儀棱鏡組將剪切開 的兩束整合成為相互垂直的兩束相干光但其剪切量為零，經后面的相干成像鏡9 會聚到CCD像面10上，在整個像面上形成等光程相干成像，可得到比非相干成 像情況下較高的分辨率；另一路與所描述的光路垂直，成像性質相同。
權利要求
1.一種高分辨率光學成像方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)目標所發出的光線經子孔徑成像系統(1)成像到一次像面(2)上；2)經過子孔徑準直鏡(3)準直，到達反射鏡(4)；3)再反射到多子孔徑光束合成反射鏡(5)，光束整合到一起后經多子孔徑光束合成成像鏡(11)后到達二次像面(6)上；4)再經過準直鏡(7)準直入射到剪切干涉儀(8)；5)a其中一束光經剪切干涉儀(8)的第一五角棱鏡(801)到剪切干涉儀上的等腰棱鏡(803)，再經過剪切干涉儀的反射棱鏡的公共部分到剪切干涉儀的第二五角棱鏡(807)后出射到相干成像鏡(9)；b另一束光經準直鏡(7)準直的合成光束入射到剪切干涉儀(8)后，經剪切干涉儀(8)的第一五角棱鏡(801)到剪切干涉儀反射棱鏡，經剪切干涉儀反射棱鏡直接入射到相干成像鏡(9)；6)入射到相干成像鏡(9)的兩束合成光束，當垂直剪切方向等光程時，相干成像到CCD像面(10)，得到高分辨率圖像。
2. —種實現上述高分辨率光學成像方法的設備，包括子孔徑成像系統(1)， 沿光路設置的子孔徑準直鏡(3)、反射鏡(4)、多子孔徑光束合成反射鏡(5)、 準直鏡(7)、剪切干涉儀(8)、相干成像鏡(9)以及CCD像面(10),所述子 孔徑成像系統(1)包括子孔徑主反射鏡(101)和子孔徑次反射鏡(102)，其 特征在于所述剪切干涉儀(8)包括上、下兩部分，所述上、下部分均由一個 五角棱鏡和一等腰棱鏡膠合而成，所述膠合部位構成一膠合面，所述膠合面的 表面設有分束膜，所述上、下部分中心對稱設置，所述上、下部分之間設有分 界面(804)，所述五角棱鏡和等腰棱鏡至少有一個內表面為全反射面。
3. 根據權利要求2所述高分辨率光學成像設備，其特征在于所述上部分 具體包括第一五角棱鏡(801)和第一等腰棱鏡(803)，所述第一五角棱鏡(801) 和第一等腰棱鏡(803)膠合在一起，并構成一膠合面，該膠合面的表面設有第 一分束膜(802)，所述第一五角棱鏡(801)包括用于光束射入的第一五角棱鏡 的入射面(810)。
4. 根據權利要求3所述高分辨率光學成像設備，其特征在于所述下部分 具體包括第二五角棱鏡(807)和第二等腰棱鏡(805)，所述第二五角棱鏡(807)和第二等腰棱鏡(805)膠合在一起，并構成一膠合面，該膠合面的表面設有第 二分束膜(806)，所述第二五角棱鏡(807)包括用于光束射出的第二五角棱鏡 的出射面(809);所述第二等腰棱鏡(805)包括用于光束射出的第二等腰棱鏡 的出射面(808)。
5. 根據權利要求2 4任一所述高分辨率光學成像設備，其特征在于所述 膠合面與水平方向的夾角小于30度。
6. 根據權利要求5所述高分辨率光學成像設備，其特征在于所述膠合面 與水平方向的夾角為22.5度。
7. 根據權利要求6所述高分辨率光學成像設備，其特征在于所述光束沿 第-一五角棱鏡的入射面(810)垂直入射。
8. 根據權利要求7所述高分辨率光學成像設備，其特征在于所述光束沿 第二五角棱鏡的出射面(809)和第二等腰棱鏡的出射面(808)垂直出射。
全文摘要
本發明涉及一種光學成像方法及設備，包括子孔徑成像系統(1)，沿光路設置的子孔徑準直鏡(3)、反射鏡(4)、多子孔徑光束合成反射鏡(5)、準直鏡(7)、剪切干涉儀(8)、相干成像鏡(9)以及CCD像面(10)。其解決了背景技術中成像技術復雜以及成像設備體積、重量大、成本高的技術問題。本發明中應用了具有高效分光特性的剪切干涉儀，具有分辨率高的優點。
文檔編號G02B27/58GK101344645SQ200810018269
公開日2009年1月14日 申請日期2008年5月22日 優先權日2008年5月22日
發明者常凌穎, 楊建峰, 斌 薛, 賀應紅, 趙葆常, 陳立武, 馬小龍 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所