雙小凹局部高分辨率成像系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及含液晶空間光調制器(SLM)的局部高分辨光學系統，屬于光學儀器【技術領域】。該系統包含彎月透鏡，分光棱鏡，液晶空間光調制器(SLM)，雙凸透鏡以及探測器像面。系統是一種大視場局部高分辨的光學系統，采用反射式的液晶空間光調制器同時對兩個不同視場的殘余像差進行動態相位補償，利用分光棱鏡對光路進行90°的折轉。本發明結構簡單，光學元件數量少，可達到40°的掃描視場，并且在能夠對視場范圍內的任意兩個視場同時高分辨率成像，其余視場低分辨率成像。可廣泛應用于目標探測識別等領域。
【專利說明】雙小凹局部高分辨率成像系統 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發明涉及一種光學系統，屬于探測識別光學儀器【技術領域】中的一種大視場局部 高分辨率光學系統。 【背景技術】
[0002] 進入21世紀，在軍用和民用的許多成像領域中，比如航空航天偵察、生產監視、威 脅探測和追蹤、無人機遠程遙控等領域中，對態勢感知、目標識別的要求越來越高，而大視 場局部高分辨的成像系統可以滿足足夠目標細節的成像要求。
[〇〇〇3]目前常采用的獲得大視場高分辨率的方法是減小入瞳直徑或引入特殊光學元件， 但是以上方法會降低像面光照度或者增加系統的復雜程度，基于以上問題，提出既可以為 可疑目標探測實現大視場的全局成像，又可以為目標細節的辨別實現局部高分辨率的小凹 成像系統。
[0004] 目前普遍的小凹成像系統是針對一個固定的視場進行高分辨成像，其余視場低分 辨率成像的光學系統。但是在探測領域中對于雙目標的探測，上述小凹成像系統不能滿足 要求。
[0005] 與本發明最為接近的已有技術為David V. Wick等人提出的基于液晶空間光調制 器的寬視場成像系統，該光學系統光源是波長為633nm的單色偏振光，視場角為60°，F數 為7. 7,焦距為27_，可針對一個視場實現高分辨率成像，其余視場低分辨率成像，但該系 統包含光學元件過多。
[0006] 為了克服上述缺點，特設計一種雙小凹局部高分辨率成像光學系統，可適用于較 大視場范圍的搜索，系統結構簡單，并且在0°至40°視場范圍內的任意兩個視場同時獲 得接近衍射極限的調制傳遞函數（MTF)值。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是解決雙目標探測識別時局部高分辨成像的問題，提出一種雙小凹 局部高分辨率成像系統。
[0008] 本發明是一種含液晶空間光調制器（SLM)的局部高分辨光學系統，其包括一個彎 月透鏡（1)，一個分光棱鏡（2)，一個液晶空間光調制器（3)，一個雙凸透鏡（4)以及探測器 像面（5)。光線傳播過程為無窮遠光線首先單色波長光線經過上述彎月透鏡（1)，進入分光 棱鏡（2)，光線透射進入液晶空間光調制器（3)，經SLM(3)反射后再次進入分光棱鏡（2)，經 分光棱鏡（2)反射，經過雙凸透鏡（4)成像在探測器像面（5)上。
[0009] 本發明的具體設計方法如下：
[〇〇1〇] 系統中液晶空間光調制器（SLM)的作用是位相調制，設計時采用了 CODE V中面型 衍射屬性的XY相位多項式對波前像差進行擬合和校正，模擬SLM引入的相位補償。通過控 制不同視場的權重，合理優化多項式的系數，與以往的針對單一視場進行位相調制不同，本 發明中SLM(5)需對兩個不同的視場同時進行入射波位相調制，則要求被調制的視場的波 前誤差均處在可調制的動態范圍內，同時對SLM對光線的入射角的要求和系統口徑不宜過 大等條件的考慮，設計時選擇系統視場為0°至40°的正視場范圍。
[〇〇11] 為了保證局部高分辨率，在SLM(5)對兩個不同視場同時位相調制的狀態下，F數 若太小，會導致光學系統口徑過大，體積過大；若F數太大，會導致探測器像面照度過低，系 統焦距過長，因此本發明采用了 F數為11進行系統設計。
[0012] 為了滿足SLM表面對入射角度的要求，本發明前端采用一個彎月形負透鏡（1)將 光線的入射角減小。
[0013] 為了減小系統的長度，本發明在液晶空間光調制器⑶后使用了分光棱鏡⑵對 光線進行90°的折轉，分光棱鏡（2)能有效的減小系統的長度，保證了其他光學元件和探 測器的預留空間，并增加了可用的視野。
[0014] 通過以上設計方法，本發明的一種雙小凹局部高分辨成像系統可適用于視場為 40°范圍的掃描視場，系統結構簡單，長度短，并且可在兩個視場處同時獲得接近衍射極限 的調制傳遞函數（MTF)值，其余視場低分辨率成像，如圖3。 【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是已有技術的結構示意圖；
[0016] 圖中：1 一窗口，2-偏振器，3-窄帶濾波器（633nm)，4 一分光棱鏡，6-液晶空間 光調制（SLM)，7- C⑶像面
[0017] 圖2是本發明實施例的結構示意圖；
[0018] 圖中：1一彎月透鏡，2-分光棱鏡，3-液晶空間光調制器（SLM)，4一雙凸透鏡， 5-探測器像面
[0019] 圖3是本發明實例的調制傳遞函數（MTF)曲線
[0020] 圖中：藍色線代表12°視場時MTF曲線，褐色線代表20°視場時MTF曲線，兩條曲 線均接近衍射極限 【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0022] 實施例如圖2所示，本發明將可廣泛應用于威脅探測，目標識別等領域中。
[0023] 如圖1所示，本發明是本發明是一種含液晶空間光調制器（SLM)的局部高分辨光 學系統，其包括一個彎月透鏡（1)，一個分光棱鏡（2)，一個液晶空間光調制器（3)，一個雙 凸透鏡（4)以及探測器像面（5)。
[〇〇24] 實施例中，無窮遠目標發射的光線依次經過上述彎月透鏡（1)，進入分光棱鏡 (2)，光線透射進入液晶空間光調制器（3)，經SLM(3)反射后再次進入分光棱鏡（2)，經分光 棱鏡（2)反射，經過雙凸透鏡（4)成像在探測器像面（5)上，得到最后的像。
[0025] 本實施例為參考波長wave = 587. 6nm，系統F數F# = 11，視場為0° - 40°成像， 焦距f' = 30mm的局部高分辨的光學系統。
[0026] 本實施例中，彎月透鏡（1)用于減小到達液晶空間光調制器的的入射光線的角 度；米用分光棱鏡（2)來實現光路的90°折轉，縮短系統長度。
[0027] 本實施例中，由于液晶空間光調制器（5)需針對兩個視場像差校正，采用了 CODE V中面型衍射屬性的XY相位多項式對波前像差進行擬合和校正，模擬SLM引入的相位補償。 通過控制不同視場的權重，合理優化多項式的系數，得到在本發明視場范圍內的任意兩個 視場能夠同時高分辨率成像。
[0028] 實施例中透鏡具體參數如表1所示。
[0029] 本實施例中，液晶空間光調制器（SLM) (3)選用美國BNS公司的XY相位多項式 SLM。
[0030] 本實施例中，采用液晶空間光調制器（3)對兩個不同的視場同時進行位相調制， 主要有如下優點：
[0031] 在兩個視場處可同時獲得接近衍射極限的調制傳遞函數（MTF)值，實現高分辨率 成像，其余視場低分辨率成像。
[0032] 視場范圍為0°至40°，可適用于較大視場范圍的搜索成像。
[0033] 由于本發明中液晶空間光調制器（5)需針對兩個視場像差校正，在本發明視場范 圍內的任意兩個視場能夠同時高分辨率成像。
[0034] 表 1 (單位 mm)
[0035]
【權利要求】
1. 一種含液晶空間光調制器（SLM)的局部高分辨光學系統，其特征在于一個彎月透鏡 (1)，一個分光棱鏡（2)，一個液晶空間光調制器（3)，一個雙凸透鏡（4)以及像面（5)。光線 傳播過程為無窮遠光線首先單色波長光線經過上述彎月透鏡（1)，進入分光棱鏡（2)，光線 透射進入液晶空間光調制器（3)，經SLM(3)反射后再次進入分光棱鏡（2)，經分光棱鏡（2) 反射，經過雙凸透鏡（4)成像在像面（5)上。
2. 根據權利要求1所述的一種含液晶空間光調制器（SLM)的局部高分辨光學系統，其 特征在于：所述的彎月透鏡（1)與分光棱鏡（2)之間的空氣間隔為670毫米，分光棱鏡（2) 與液晶空間光調制器（3)之間的空氣間隔為5毫米，分光棱鏡（2)與雙凸透鏡（4)之間的 空氣間隔為5暈米。
3. 根據權利要求1所述的一種含液晶空間光調制器（SLM)的局部高分辨光學系統，其 特征在于：所述的彎月透鏡（1)的厚度為21毫米，所述的分光棱鏡（2)的厚度為25毫米， 所述的雙凸透鏡（4)的厚度為5. 8毫米。
4. 根據權利要求1所述的一種含液晶空間光調制器（SLM)的局部高分辨光學系統，其 特征在于：系統中的液晶空間光調制器（5)需針對兩個視場像差校正，本發明視場范圍內 的任意兩個視場能夠同時高分辨率成像，其余視場低分辨率成像。
5. 根據權利要求1所述的一種含液晶空間光調制器（SLM)的局部高分辨光學系統，其 特征在于：彎月透鏡（1)的引用是為了減小到達液晶空間光調制器（3)的入射光線的角度； 采用分光棱鏡（2)來實現光路的90°折轉，縮短系統長度。
6. 根據權利要求1所述的一種含液晶空間光調制器（SLM)的局部高分辨光學系統，其 特征在于該系統的設計方法如下： 1) 系統中液晶空間光調制器（SLM)的作用是位相調制，設計時采用了 CODE V中面型衍 射屬性的XY相位多項式對波前像差進行擬合和校正，模擬SLM引入的相位補償。通過控制 不同視場的權重，合理優化多項式的系數，與以往的針對單一視場進行位相調制不同，本發 明中SLM(5)需對兩個不同的視場同時進行入射波位相調制，則要求被調制的視場的波前 誤差均處在可調制的動態范圍內，同時對SLM對光線的入射角的要求和系統口徑不宜過大 等條件的考慮，設計時選擇系統視場為0°至40°的正視場范圍。 2) 為了保證局部高分辨率，在SLM(3)對兩個不同視場同時位相調制的狀態下，F數若 太小，會導致光學系統口徑過大，體積過大；若F數太大，會導致像面照度過低，系統焦距過 長，因此本發明采用了 F數為11進行系統設計。 3) 為了滿足SLM表面對入射角度的要求，本發明前端采用一個彎月形負透鏡（1)將光 線的入射角減小。 4) 為了減小系統的長度，本發明在液晶空間光調制器（3)后使用了分光棱鏡（2)對光 線進行90°的折轉，分光棱鏡（2)能有效的減小系統的長度，保證了其他光學元件和探測 器的預留空間，并增加了可用的視野。
【文檔編號】G02F1/13GK104102018SQ201410193215
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】常軍, 馮馳, 查為懿, 牛亞軍, 王凡, 許堯, 謝桂娟 申請人:北京理工大學