[发明专利]一种应用于超分辨的光束复振幅复合调制装置和方法

权利要求书

1.一种应用于超分辨的光束复振幅复合调制装置，其特征在于：包括前端光学系统(1)、瞳面复振幅调制系统(2)、转束平面反射镜(3)、离轴抛物面反射镜(4)、第一球面反射镜(5)、变形镜(6)、第二球面反射镜(7)、第三球面反射镜(8)、成像透镜(9)、成像CCD(10)和数据处理计算机(11)；

瞳面复振幅调制系统(2)包括：瞳面振幅滤波器(13)，瞳面相位滤波器(14)和同轴双滤波片切换架(12)；

前端光学系统(1)对目标发出的光收集转折后沿光轴方向出射，瞳面复振幅调制系统(2)位于前端光学系统(1)的出瞳位置，对前端光学系统(1)出射光束进行复振幅调制，当光束通过瞳面振幅滤波器(13)时，光束口径内不同位置的光学透过率不同，实现对光束振幅的调制，当通过瞳面相位滤波器(14)时，光束口径内不同位置的光程不同，实现对光束相位的调制；接着光束经平面反射镜(3)、离轴抛物面反射镜(4)和第一球面反射镜(5)后到位于出瞳共轭面的变形镜(6)处，变形镜(6)实现对光束的高阶相位调制，瞳面复振幅调制系统(2)和变形镜(6)联合对光束复振幅实现复合调制，其中：瞳面复振幅调制系统(2)能够实现瞳面复振幅的低阶调制，变形镜(6)实现瞳面相位的高阶调制，弥补瞳面复振幅调制系统(2)调制空间频率不足的缺点；

经调制后的光束再经第二球面反射镜(7)、第三球面反射镜(8)后由成像透镜(9)汇聚于成像CCD(10)靶面之上，数据处理计算机(11)针对CCD(10)采集到的图像进行分析，修正变形镜(6)的面形，实现超分辨率成像。

2.根据权利要求1所述的一种应用于超分辨的光束复振幅复合调制装置，其特征在于：所述瞳面振幅滤波器(13)和瞳面相位滤波器(14)放置在同轴双滤波片切换架(12)上。

3.根据权利要求1所述的一种应用于超分辨的光束复振幅复合调制装置，其特征在于：所述同轴双滤波片切换架(12)的每个切换架上，同时加装多片调制函数不同的瞳面振幅滤波器(13)和瞳面相位滤波器(14)；在不影响到其他光路的情况下，可以直接切换不同的瞳面振幅滤波器(13)和瞳面相位滤波器(14)，以组合出不同的瞳面复振幅调制函数，适应不同的观测目标和环境噪声下超分辨率成像的需求。

4.根据权利要求1所述的一种应用于超分辨的光束复振幅复合调制装置，其特征在于：变形镜(6)镜面初始面形由选定的瞳面复振幅调制系统(2)的调制函数，与超分辨所需的瞳面调制函数之间的差别决定。

5.根据权利要求1所述的一种应用于超分辨的光束复振幅复合调制装置，其特征在于：所述瞳面振幅调制器(13)的加工过程包括：根据所设计透过率不同区域按照光透过率从高到低的顺序依次排序，首先对掩模板加涂最高透过率的遮光材料，其次对除最高透过率区域的其他区域加涂次高透过率的遮光材料，直到完全不透光的遮光材料。

6.根据权利要求1所述的一种应用于超分辨的光束复振幅复合调制装置，其特征在于：所述瞳面相位滤波器(14)的加工过程包括：首先制作出所需相位分布的掩模版，将透光区域和不透光区域分开，然后利用光刻技术经曝光和显影两个步骤将掩模版图形转印到涂在基片表面的光刻胶上，最后利用刻蚀技术将光刻胶形成的图形转印到基底上，只需要刻蚀一次，避免多次刻蚀产生的掩模版对中误差。

7.根据权利要求1所述的一种应用于超分辨的光束复振幅复合调制装置，其特征在于：前端光学系统(1)可以是望远镜系统，也可以是显微镜系统，还可以是普通成像镜头。

8.一种应用于超分辨的光束复振幅复合调制方法，其特征在于步骤如下：

(1)根据已有的目标和噪声的先验知识确定要实现超分辨率成像的瞳面调制性能，制备瞳面振幅调制器(13)和瞳面相位调制器(14)；瞳面振幅调制器(13)的加工过程包括：根据所设计透过率不同区域按照光透过率从高到低的顺序依次排序，首先对掩模板加涂最高透过率的遮光材料，其次对除最高透过率区域的其他区域加涂次高透过率的遮光材料，直到完全不透光的遮光材料；所述瞳面相位滤波器(14)的加工过程包括：首先制作出所需相位分布的掩模版，将透光区域和不透光区域分开，然后利用光刻技术经曝光和显影两个步骤将掩模版图形转印到涂在基片表面的光刻胶上，最后利用刻蚀技术将光刻胶形成的图形转印到基底上，只需要刻蚀一次；

(2)针对已有的系统先验知识图像实际应用需求，确定适合的评价参数，或包含多个评价参数的评价函数；评价参数包括最大旁瓣高度、均方误差、峰值信噪比；

(3)根据已测得的瞳面相位调制器(14)的刻蚀缺陷，确定变形镜的初始面型；根据图像实际应用需求，确定适合的评价参数，或包含多个评价参数的评价函数；

(4)数据处理计算机(11)根据成像CCD(10)观测目标的远场图像，计算每一帧远场图像的评价函数，在此基础上用爬山法或SPGD收敛算法改变瞳面面型，实现闭环成像，最终获得满足需求的超分辨图像。