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专利号: 2019107263532
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 光学
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.光瞳滤波远场超分辨成像系统,该系统沿光线入射方向依次设置为:前端光学物镜(1)、视场光阑(2)、准直镜组(3)、光瞳滤波器(4)、成像镜头(5)和CCD探测器(6),所述前端光学物镜(1)用于将远处场景成像在系统中间像面处;

所述视场光阑(2)放置在前端光学物镜(1)的后焦面即整个系统中间像面处;

所述准直镜组(3)的前焦点在系统中间像面处;所述光瞳滤波器(4)放置在前端光学物镜(1)和准直镜组(3)组合的系统的后端出瞳位置,且光瞳滤波器(4)有效口径位置和尺寸与出瞳面重合;

所述成像镜头(5)将通过光瞳滤波器(4)的光线进行二次成像;

所述CCD探测器(6)靶面与所述二次成像平面重合;

其特征是,所述光瞳滤波器(4)由以下方法设计而成,具体包括以下步骤:步骤1、利用常见的全局优化算法设计光瞳滤波器初始结构,光瞳滤波器为纯振幅型、纯位相型或复振幅型,光瞳滤波器的调制函数满足当工作波长的平行光束通过此光瞳滤波器后,焦平面处形成的点扩散函数主瓣宽度小于系统衍射极限艾里斑主瓣宽度,此时光瞳滤波器初始结构的波前调制函数表示为:i·t(ρ,θ)

P'(ρ,θ)=W(ρ,θ)e               (一)其中ρ,θ分别为光瞳处径向、角向坐标,W(ρ,θ)为振幅调制函数,t(ρ,θ)为位相调制函数;

步骤2、根据菲涅尔和夫琅禾费衍射公式进行积分计算,获得到达光瞳滤波器前表面的波前复振幅分布;计算过程如下:

入射光场复振幅表示为U1(ρ1,θ1),经过前端光学物镜,到达视场光阑处的复振幅U2(ρ2,θ2)的传播为夫琅禾费衍射,可表示为:其中ρ1,ρ2,θ1,θ2分别为前端光学物镜和视场光阑处的光场径向、角向坐标,D1为前端光学物镜的通光口径,f为前端光学物镜焦距,λ为入射光波长,k=2π/λ;

系统中的视场光阑的作用可以用一个透过率函数P2(ρ2,θ2)来表示;

U2'(ρ2,θ2)=U2(ρ2,θ2)·P2(ρ2,θ2)                 (四)其中d0为视场光阑口径,U2'(ρ2,θ2)为通过视场光阑后的光场分布;

光线由视场光阑传播到准直物镜处,然后经过准直物镜的相位变换,可得到通过准直物镜后的光场复振幅:

其中D2为准直物镜口径,d2为中间像面到准直物镜距离,ρ3,θ3分别为准直物镜处径向坐标和角向坐标,U3(ρ3,θ3)为准直物镜前表面光场分布,U3'(ρ3,θ3)为准直物镜后表面光场分布,P3(ρ3,θ3)为准直物镜的复振幅透过率函数;

准直物镜至光瞳滤波器所在平面利用衍射公式进行表示,到达光瞳滤波器的光场复振幅为:

其中d为准直物镜到光瞳滤波器的距离,ρ,θ分别为光瞳滤波器所在平面的径向坐标和角向坐标,U4(ρ,θ)为到达滤波器前表面的复振幅;

设U4(ρ,θ)的振幅分布为V(ρ,θ),位相分布为φ(ρ,θ),光场分布可表示为:i·φ(ρ,θ)

U4(ρ,θ)=V(ρ,θ)e                  (九);

步骤3、设计用于补偿视场光阑衍射效应的光瞳滤波器复振幅补偿因子,对第一步获得的光瞳滤波器初始结构进行修正:

最终的光瞳滤波器复振幅函数应为二者相乘:从而完成了光瞳滤波器的设计。

2.根据权利要求1所述的光瞳滤波远场超分辨成像系统,其特征在于,所述前端光学物镜(1)、准直镜组(3)和成像镜头(5)均为无像差理想透镜,三者焦距500mm,口径均为10mm。

3.根据权利要求1所述的光瞳滤波远场超分辨成像系统,其特征在于,所述视场光阑(2)为可变光阑,光阑孔直径为65‑140μm。