一種用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，采用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的波前校正器，通過(guò)軟件控制波前校正器產(chǎn)生所需的光瞳濾波器位相結(jié)構(gòu)，并將其置于成像光學(xué)系統(tǒng)瞳面上實(shí)現(xiàn)超分辨成像。濾波器位相結(jié)構(gòu)可以通過(guò)編程任意改變，具有結(jié)構(gòu)靈活多樣、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]分辨率是成像光學(xué)系統(tǒng)最重要的性能參數(shù)。1952年，Toraldo[G.Toraldo diFrancia, Nuovo Cimento Suppl.9，426 (1952).]將超分辨天線的概念引入光學(xué)領(lǐng)域，首次提出光瞳超分辨成像的概念，他指出在系統(tǒng)的出瞳處加一塊超分辨光瞳濾波器，可以在花費(fèi)較小、對(duì)系統(tǒng)不做較大改動(dòng)的條件下，有效地提高系統(tǒng)的空間分辨率。光瞳濾波器以其對(duì)光波波前改變的不同方式，主要分為振幅型濾波器[C.J.R.Sheppard，Z.S.Hegedus.Axialbehav1r of pupil plane filters [J].J.0pt.Soc.Am.A，1998，5 (5)]、相位型濾波器[WangWei?Zhou Changhe? Yu Junjie.Transverse superresolut1n and extended axial focaldepth realized by three-zone annular phase pupil filter[J].Acta Physica Sinica，2011]，以及振幅和相位均可改變的復(fù)振幅型濾波器[云茂金，劉立人，孫建峰等，復(fù)振幅光瞳濾波器的三維超分辨性能研宄[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25]。
[0003]振幅型光瞳濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，容錯(cuò)性好等優(yōu)點(diǎn)，比較容易在光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，然而其能量利用率較低的缺點(diǎn)，大大限制了這類濾波器在成像系統(tǒng)中的應(yīng)用。相比之下，相位型和復(fù)振幅型濾波器具有能量利用率高、應(yīng)用靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，但制作比較困難。
[0004]目前，相位型光瞳濾波器主要利用衍射光學(xué)技術(shù)來(lái)制作。首先采用標(biāo)準(zhǔn)的二元光學(xué)加工工藝制作出光瞳濾波器掩模板，然后利用光刻技術(shù)經(jīng)曝光與顯影兩個(gè)步驟將掩模板圖形轉(zhuǎn)印到涂在基片表面的光刻膠上，最后利用刻蝕技術(shù)將光刻膠形成的圖形轉(zhuǎn)印到基底上，基底材料一般為光學(xué)玻璃。隨著二元光學(xué)制造技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，相位型光瞳濾波器的制作變得比較簡(jiǎn)單。但是，采用二元光學(xué)技術(shù)加工的光瞳濾波器一旦制作成型，超分辨性能隨即確定，如果需要嘗試不同的超分辨效果，則需制作不同的光瞳濾波器，實(shí)現(xiàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。另外，由于光瞳濾波器不可避免的存在加工和裝調(diào)誤差，從而降低超分辨的效果，這時(shí)難以通過(guò)修改濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償。
[0005]與上述研宄不同，本發(fā)明提出采用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的波前校正器，利用其可以快速改變波前相位的特點(diǎn)，通過(guò)軟件控制波前校正器產(chǎn)生所需的光瞳濾波器位相結(jié)構(gòu)，并將其置于成像光學(xué)系統(tǒng)瞳面上實(shí)現(xiàn)超分辨成像。濾波器位相結(jié)構(gòu)可以通過(guò)編程任意改變，具有結(jié)構(gòu)靈活多樣、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，采用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的波前校正器，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制波前校正器產(chǎn)生所需的光瞳濾波器位相結(jié)構(gòu)，并將其置于成像光學(xué)系統(tǒng)瞳面上實(shí)現(xiàn)超分辨成像。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，采用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的波前校正器，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制波前校正器產(chǎn)生所需的光瞳濾波器位相結(jié)構(gòu)，并將其置于成像光學(xué)系統(tǒng)瞳面上實(shí)現(xiàn)超分辨成像。波前校正器產(chǎn)生的光瞳濾波器位相由波前傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)與設(shè)定的濾波器位相結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)一步修正波前校正器，重復(fù)這一過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)光瞳濾波器位相結(jié)構(gòu)的閉環(huán)擬入口 ο
[0008]優(yōu)選地，所述的波前校正器和波前傳感器通過(guò)中繼光學(xué)系統(tǒng)共軛放置，并與系統(tǒng)入瞳共軛。
[0009]優(yōu)選地，所述的波前校正器是從變形反射鏡、液晶波前矯正器、微加工薄膜變形鏡、微機(jī)電變形鏡、雙壓電陶瓷變形鏡、液體變形鏡中選擇的。
[0010]優(yōu)選地，所述的波前傳感器是從基于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器、基于微棱鏡陣列的哈特曼波前傳感器、曲率波前傳感器、角錐波前傳感器中選擇的。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，首次提出采用波前校正器實(shí)現(xiàn)位相型光瞳濾波器，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制波前校正器產(chǎn)生所需的光瞳濾波器位相結(jié)構(gòu)，并將其置于成像光學(xué)系統(tǒng)瞳面上實(shí)現(xiàn)超分辨成像。濾波器位相結(jié)構(gòu)可以通過(guò)編程任意改變，具有結(jié)構(gòu)靈活多樣、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的一種應(yīng)用示例圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，將使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更加清楚。
[0015]為了清楚詳細(xì)的闡述本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，下面將參照附圖1對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，在描述過(guò)程中省略了對(duì)于本發(fā)明不必要的細(xì)節(jié)和功能，以防止對(duì)本發(fā)明的理解造成混淆。
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器包括信標(biāo)光源1、第一中繼光學(xué)系統(tǒng)3、波前校正器4、第二中繼光學(xué)系統(tǒng)5、第一反射鏡6，第二反射鏡7、波前傳感器8。波前校正器4通過(guò)第一中繼光學(xué)系統(tǒng)3與系統(tǒng)入瞳2光學(xué)共軛，波前校正器4通過(guò)第二中繼光學(xué)系統(tǒng)5與波前傳感器8光學(xué)共軛。
[0017]信標(biāo)光源I發(fā)出的平行光經(jīng)第一中繼光學(xué)系統(tǒng)3、波前校正器4、第二中繼光學(xué)系統(tǒng)5、第一反射鏡后6，通過(guò)第二反射鏡7到達(dá)波前傳感器8，波前傳感器8實(shí)時(shí)測(cè)量波前校正器4的相位分布并將測(cè)量結(jié)果送至計(jì)算機(jī)9。計(jì)算機(jī)9根據(jù)測(cè)得的相位分布，并與設(shè)定的濾波器位相結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)控制軟件處理，得到波前校正器的控制電壓，經(jīng)高壓放大器10對(duì)所述控制電壓進(jìn)行放大后，驅(qū)動(dòng)波前校正器4產(chǎn)生相應(yīng)變化，以閉環(huán)擬合需要的光瞳濾波器相位結(jié)構(gòu)。光瞳濾波器的相位結(jié)構(gòu)可以通過(guò)軟件任意設(shè)定。
[0018]波前校正器可從變形反射鏡(Deformable reflective mirror)、液晶波前矯正器(Liquid crystal wavefront corrector)、微加工薄膜變形鏡(Micromachined membranedeformable mirror)、微機(jī)電變形鏡(Microelectromechanical (MEMS) deformablemirror)、雙壓電陶瓷變形鏡(Bimorph deformable mirror)、液體變形鏡(Liquiddeformable mirror)中選擇。
[0019]波前傳感器可從基于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器(Hartmann wavefrontsensor)、基于微棱鏡陣列的哈特曼波前傳感器(參見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專利ZL03126431.X)、曲率波前傳感器(Curvature wavefront sensor)、角維波前傳感器(Pyramid wavefrontsensor)中選擇。
[0020]圖2是本發(fā)明的一種應(yīng)用示例圖。如圖2所示，將用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器置于主動(dòng)照明反射式光學(xué)成像系統(tǒng)中，在完成光瞳濾波器相位結(jié)構(gòu)擬合后，照明光源3發(fā)出成像照明光，經(jīng)第一分光鏡5、成像物鏡2后照明物體1，其后向散射光經(jīng)成像物鏡2、第一分光鏡5、第一中繼光學(xué)系統(tǒng)6、波前校正器7、第二中繼光學(xué)系統(tǒng)8、第一反射鏡9、第二分光鏡10、第二反射鏡12、透鏡13成像到成像相機(jī)14上，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體I的超分辨成像。
[0021]至此已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其它的改變、替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不局限于上述特定實(shí)施例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求所限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，其特征在于:采用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的波前校正器，并且控制波前校正器產(chǎn)生所需的光瞳濾波器位相結(jié)構(gòu)，并將其置于成像光學(xué)系統(tǒng)瞳面上實(shí)現(xiàn)超分辨成像；波前校正器產(chǎn)生的光瞳濾波器位相由波前傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)與設(shè)定的濾波器位相結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)一步修正波前校正器，重復(fù)這一過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)光瞳濾波器位相結(jié)構(gòu)的閉環(huán)擬合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，其特征在于:所述的波前校正器和波前傳感器通過(guò)中繼光學(xué)系統(tǒng)共軛放置，并與系統(tǒng)入瞳共軛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，其特征在于:所述波前校正器是從變形反射鏡，或液晶波前矯正器，或微加工薄膜變形鏡，或微機(jī)電變形鏡，或雙壓電陶瓷變形鏡，或液體變形鏡選擇的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，其特征在于:所述的波前傳感器是基于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器，或基于微棱鏡陣列的哈特曼波前傳感器，或曲率波前傳感器，或角錐波前傳感器中選擇的。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)超分辨成像的可編程相位型光瞳濾波器，采用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中的波前校正器，利用其可以快速改變波前相位的特點(diǎn)，通過(guò)軟件控制波前校正器產(chǎn)生所需的光瞳濾波器位相結(jié)構(gòu)，并將其置于成像光學(xué)系統(tǒng)瞳面上實(shí)現(xiàn)超分辨成像。波前校正器產(chǎn)生的光瞳濾波器位相由波前傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)與設(shè)定的濾波器位相結(jié)構(gòu)做對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)一步修正波前校正器，重復(fù)這一過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)光瞳濾波器位相結(jié)構(gòu)的閉環(huán)擬合。濾波器位相結(jié)構(gòu)可以通過(guò)編程任意改變，具有結(jié)構(gòu)靈活多樣、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G02B27-58
【公開號(hào)】CN104865709
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510247030
【發(fā)明人】趙麗娜, 戴云, 張雨?yáng)|, 肖飛, 趙軍磊
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月15日