[发明专利]具有PD图像处理功能的液晶自适应光学系统的设计

摘要

本发明属于自适应光学成像技术领域，是针对相位差波前重构(PD)图像处理方法能够良好应用于液晶自适应光学系统的光学设计方法。涉及液晶自适应光学系统的焦面与离焦面上并行成像的光学设计，通过两图像的PD解析获得自适应波前校正后的残留波前畸变，以此重建图像，使其分辨率显著高于液晶自适应光学系统直接获取的图像分辨率。由于液晶自适应光学系统的光路结构与变形镜自适应光学系统的有很大不同，本发明提出具有PD图像处理功能的液晶自适应光学系统的设计。利用两个液晶波前校正器出射的成像光束，并在其中一个校正器上主动施加离焦像差，从而在成像相机的不同区域上同时获得自适应波前校正后的焦面图像和离焦图像。

主权项

1.具有相位差波前重构图像处理功能的液晶自适应光学系统的设计方法，其特征是：原理光学系统由分光镜(12)、第二透镜(7)、第三透镜(8)、波前探测器(13)、第四透镜(9)、第五透镜(10)、偏振分光棱镜(14)、第一液晶波前校正器(15)、第二液晶波前校正器(16)、反射镜(17)、CCD相机(18)组成；分光镜(12)与接收光学系统后的平行光束对接，是进行谱段分光的高通滤波器，用来使接收的平行光束分别进入波前探测支路和校正成像支路，其中使长波段的光透射、进入校正成像支路，而将短波段的光反射、同时90°折束进入波前探测支路；波前探测支路的第二透镜(7)和第三透镜(8)构成缩束透镜组，将进入波前探测支路的光束缩束为与波前探测器(13)的口径一致，使之完全进入波前探测支路终端的波前探测器(13)中；位于分光镜(12)之后的校正成像支路上的第四透镜(9)和第五透镜(10)为另一缩束透镜组，将进入校正成像支路的光束缩束为与第一液晶波前校正器(15)和第二液晶波前校正器(16)的口径一致，第一液晶波前校正器(15)和第二液晶波前校正器(16)的口径是相同的，另外第五透镜(10)的轴线相对第四透镜(9)的轴线下移4mm～5mm，使得通过第五透镜(10)的光束为偏心入射，从第五透镜(10)出射光束产生2°～3°的倾斜，然后以2°～3°入射角进入偏振分光棱镜(14)，又被偏振分光棱镜(14)分成透射的P偏振光和反射的且90°折束的S偏振光，分别在偏振分光棱镜(14)后的透射光束处设置第一液晶波前校正器(15)且其e光光轴平行P偏振方向、在90°折束的反射光束处设置第二液晶波前校正器(16)且其e光光轴平行S偏振方向，所谓e光光轴即液晶取向方向，经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镜(14)，且相对入射光束以4°～6°的光束夹角再次到达第五透镜(10)，此时，反射光束与入射光束的中心间距为4mm～5mm、然后到达与传播方向成45°角的反射镜(17)，使光束折束90°并聚焦在校正成像支路终端的CCD相机(18)上；在纸面内顺时针旋转第二液晶波前校正器(16)，使其法线偏离入射的S偏振光束光轴0.3°～0.4°，观测CCD相机(18)，在其不同区域同时能得到P偏振光束的成像和S偏振光束的成像，两个图像既不重叠也没有偏出CCD相机(18)；令上述系统中的波前探测器(13)、第一液晶波前校正器(15)、第二液晶波前校正器(16)、CCD相机(18)都与存储有自适应波前校正成像控制软件的计算机相连；利用所搭建的上述液晶自适应光学系统，采集自适应波前校正后的焦面图像和离焦图像：1)开启自适应波前校正成像控制软件，发生如下过程：波前探测器(13)探测畸变的波前，计算机将探测信号处理为波前校正信号，并分别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，同时在第二液晶波前校正器(16)上叠加PV值为400nm～500nm的离焦像差，CCD相机(18)采集到自适应波前校正后被成像目标的焦面图像和离焦图像；2)采用相位差波前重构图像处理方法对采集到的焦面图像和离焦图像进行残留畸变波前解析，使用解出的波前对采集到的焦面图像进行图像重建，获得比液晶自适应光学系统焦面图像更高分辨率的目标图像。