CN105300664A - 用于光学合成孔径成像系统共相探测的色散哈特曼传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光学合成孔径成像系统共相探测的色散哈特曼传感器，由干涉区域选定光阑、色散元件阵列、透镜阵列、CCD相机组成；干涉区域选定光阑上有若干个和相邻两子孔径边缘相对应的通光孔，每个通光孔在色散元件阵列上有一个对应的色散元件，透镜阵列上也均有与色散元件相匹配的透镜；光学合成孔径成像系统的宽带平面波前首先经过干涉区域选定光阑选出若干组相邻两子孔径边缘光束，再由各组对应的色散元件对其色散，最终光束组通过各自的透镜在同一相机靶面上同时形成独立的色散条纹，实现了同时对多个子孔径间的平移误差进行探测。

Description

用于光学合成孔径成像系统共相探测的色散哈特曼传感器

技术领域

本发明涉及一种平移误差(pistonerror)传感器，特别涉及用于探测光学合成孔径成像系统平移误差的传感器。本发明属光电测量技术领域。

背景技术

成像系统的单个镜面口径存在制造技术瓶颈和有效载荷与体积限制，这个限制阻碍了成像系统角分辨率的提高。20世纪70年代提出了光学合成孔径成像技术为提高成像系统角分辨率提供了一种新的解决办法。

但由于各种因素综合导致多孔径彼此之间会存在平移误差，其大大影响了成像质量，平移误差是对光学合成孔径成像系统像质影响最大的像差。因此光学合成孔径成像系统出于对平移误差校正的需求：要求同时探测子孔径之间的平移误差，误差探测范围要达到数十微米，精度要小于数十纳米。实现了平移误差的探测便实现了共相探测。

目前多数平移误差探测方法无法实现瞬时探测达到数十微米的误差，并需要使用不同波长的探测光进行多次探测求解才能克服相位模糊问题。当前说来，只有色散条纹法可满足平移误差瞬时探测范围大于数十微米，精度又能达到数十纳米的要求。但色散条纹法只能同时探测两个孔径之间的平移误差，无法同时对多个孔径间的平移误差进行探测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服色散条纹法只能探测两孔径间的平移误差的不足，提供一种能够对光学合成孔径成像系统多个子孔径间的平移误差同时探测的传感器，并且平移误差探测范围能达到数十微米，精度为数十纳米。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：用于探测光学合成孔径成像系统平移误差的色散哈特曼传感器，由干涉区域选定光阑、色散元件阵列、透镜阵列、相机CCD组成，干涉区域选定光阑上有若干个和相邻两子孔径边缘相对应的通光孔，每个通光孔在色散元件阵列上有一个对应的色散元件，透镜阵列上也均有与色散元件相匹配的透镜；光学合成孔径成像系统的宽带平面波前首先经过干涉区域选定光阑选出若干组相邻两子孔径边缘光束，再由各组对应的色散元件对其色散，最终光束组通过各自的透镜在同一相机CCD靶面上同时形成独立的色散条纹，实现了同时对多个子孔径间的平移误差进行探测。

其中，干涉区域选定光阑上有若干个和相邻两子孔径边缘相对应的通光孔，干涉区域选定光阑可由机械加工或是镀膜刻出通光孔。

其中，色散元件阵列由若干个棱栅(grism)或阿米西棱镜组成。

本发明与现有技术相比有如下优点：

(1)、本发明使用色散哈特曼结构，实现了瞬时探测光学合成孔径成像系统多个子孔径之间的平移误差。由于采用色散条纹对平移误差进行求解，因而无相位模糊问题具有大量程的优势，并且精度高。

(2)、本发明色散元件为棱栅，可实现中心波长的入射光和出射光之间无偏折，这使得传感器的光学件都共轴，降低了传感器的装配难度，由此减小了探测误差，提高了测量精度，并是实现一台相机便可同时获得多个孔径间色散条纹的关键。

(3)、本发明相对于现有对多孔径间平移误差探测的色散条纹方法相比：具有无机械旋转机构，可对多孔径间的平移误差同时探测的优势，也为平移误差校正闭环提供了可能。由于无机械旋转机构，减小了系统复杂度，增加了系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明中所述色散哈特曼传感器的结构示意图。

图2为本发明实施例一为测量七孔径六臂光学合成孔径成像系统平移误差的色散哈特曼传感器示例示意图。该示例系统由七孔径六臂光学合成孔径主镜5、扩缩束系统6、滤光片7、色散哈特曼传感器8组成(色散哈特曼传感器8的结构与图1所述结构相同)。

图3(a)为本发明针对色散哈特曼传感器8的干涉区域选定光阑上的通光孔径排布示意图。

图3(b)为本发明针对色散哈特曼传感器8的干涉区域选定光阑投影在光学合成孔径镜面上的排布示意图。

图3(c)为本发明针对色散哈特曼传感器8的干涉区域选定光阑选择的6组相邻两子孔径边缘光束的截面(白色部分为光束)排布示意图。

图4(a)为本发明针对色散哈特曼传感器8的色散元件阵列上单个色散元件棱栅外形示意图。

图4(b)为本发明针对色散哈特曼传感器8的色散元件阵列上单个色散元件棱栅上的光栅结构示意图。

图4(c)为本发明针对色散哈特曼传感器8的色散元件阵列空间排布示意图。

图5为本发明针对色散哈特曼传感器8的透镜阵列示意图。

图6为本发明针对色散哈特曼传感器8的相机CCD上色散条纹图像排布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

如图1所示，为本发明色散哈特曼传感器的结构，由干涉区域选定光阑1、色散元件阵列2、透镜阵列3、相机CCD4组成。光学合成孔径成像系统的宽带平面波前首先经过干涉区域选定光阑1选出若干组相邻两子孔径边缘光束，再由各组色散元件阵列2上对应的色散元件对光束组色散，最终光束组通过透镜阵列3上对应的透镜在同一相机CCD4上形成若干个色散条纹。这些色散条纹是同时形成的，因而可同时对多孔径间的平移误差进行探测。

如图2所示，本发明实施例一为测量七孔径六臂光学合成孔径成像系统平移误差的色散哈特曼传感器示例示意图。色散哈特曼传感器8的结构同图1所示的结构相同。白光光束由主镜5聚集，经由扩缩束系统6，滤光片7选择和色散哈特曼8相匹配的带宽光束通过，这些带宽光束进入色散哈特曼8。

如图3(a)所示，为干涉区域选定光阑1上通光孔排布，如图3(b)所示，为这些通光孔投影在光学合成孔径成像系统主镜上的排布，如图3(c)所示，为通过滤光片7的光束通过干涉区域选定光阑后的光束截面(白色部分为光束)，形成了6组两束平行的带宽光束。

如图4(a)所示，为作为色散元件的棱栅外形示意图，如图4(b)所示，为棱栅斜面上的光栅结构，如图4(c)所示，为6个棱栅组成的色散元件阵列2的空间排布，每个棱栅与其相邻棱栅的色散方向在光轴截面上成60°角。来自干涉区域选定光阑1的6组光束沿各自对应的棱栅色散方向色散开来。

如图5所示，透镜阵列3上每个透镜为等边六边形。透镜阵列3紧挨着色散元件阵列2。6组色散开的光束组经透镜阵列3上各自对应的透镜聚焦在相机CCD4上。

如图6所示，为色散哈特曼传感器的相机CCD4所拍摄的色散条纹图像排布示意图，这6个色散条纹同时形成在相机CCD4上。通过对相应的色散条纹进行求解，就可得到两孔径间的平移误差。如上述实施例一系统中，主镜的每个边缘孔径都与中心孔径产生了色散条纹，于是边缘6个孔径与中心孔径的平移误差便可通过对应的色散条纹求解得到，确定了边缘6个孔径与中心孔径的平移误差便可求得每个孔径之间的平移误差。因此使用色散哈特曼传感器时，可同时完成对多个孔径间平移误差的瞬时探测，并兼具色散条纹法探测的量程和精度。

Claims (3)

1.用于光学合成孔径成像系统共相探测的色散哈特曼传感器，由干涉区域选定光阑(1)、色散元件阵列(2)、透镜阵列(3)、相机CCD(4)组成，其特征在于：干涉区域选定光阑(1)上有若干个和相邻两子孔径边缘相对应的通光孔，每个通光孔在色散元件阵列(2)上有一个对应的色散元件，透镜阵列(3)上也均有与色散元件相匹配的透镜；光学合成孔径成像系统的宽带平面波前首先经过干涉区域选定光阑选出若干组相邻两子孔径边缘光束，再由各组对应的色散元件对其色散，最终光束组通过各自的透镜在同一相机CCD(4)靶面上同时形成独立的色散条纹，实现了同时对多个子孔径间的平移误差进行探测。

2.根据权利要求1所述的用于光学合成孔径成像系统共相探测的色散哈特曼传感器，其特征在于：干涉区域选定光阑(1)上有若干个和相邻两子孔径边缘相对应的通光孔，干涉区域选定光阑(1)可由机械加工或是镀膜刻出通光孔。

3.根据权利要求1所述的用于光学合成孔径成像系统共相探测的色散哈特曼传感器，其特征在于：色散元件阵列(2)由若干个棱栅(grism)或阿米西棱镜组成。