本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于超表面光學(xué)成像的高精度測量裝置。

背景技術(shù)：

在航天領(lǐng)域，為實現(xiàn)更高分辨率，光學(xué)遙感航天器的載荷口徑越來越大，航天器包絡(luò)也越來越大。為同時滿足載荷大口徑(約Φ10m)需求和現(xiàn)有運載的包絡(luò)約束(約為Φ4.5m)，采用發(fā)射階段載荷收攏和在軌條件下載荷展開的總體設(shè)計方式。

為保證載荷及航天器的在軌功能，需精確調(diào)控載荷主鏡及其他光學(xué)鏡片之間的相對位置，各鏡片都有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)基準，為此需要對各結(jié)構(gòu)基準之間的相對位置進行高精度測量，以便后續(xù)調(diào)節(jié)與控制。

本發(fā)明中所涉及的基于超表面光學(xué)成像的高精度測距技術(shù)，可實現(xiàn)各結(jié)構(gòu)基準相對位置的高精度測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于超表面光學(xué)成像的高精度測量裝置，其利用超表面光學(xué)鏡片的成像特性，將兩個待測結(jié)構(gòu)的相對位置偏差轉(zhuǎn)化成兩個光斑的相對變化量，從而解算出兩個待測結(jié)構(gòu)相對位置偏差，利用本發(fā)明，可對各結(jié)構(gòu)基準之間的相對位置進行高精度測量，以便后續(xù)的精確調(diào)節(jié)與控制，從而確保載荷主鏡及后續(xù)光學(xué)鏡片之間的相對位置符合設(shè)計要求，保證載荷及航天器的在軌功能。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于超表面光學(xué)成像的高精度測量裝置，其特征在于，其包括：

平行光源，用于產(chǎn)生平行光，為后續(xù)成像提供光源；

第一超表面光學(xué)鏡片，位于所述平行光源的左側(cè)，用于對所述平行光源發(fā)出的平行光產(chǎn)生不同的偏折效果；

第二超表面光學(xué)鏡片，位于所述第一超表面光學(xué)鏡片的左側(cè)，用于接收所述第一超表面光學(xué)鏡片的不同區(qū)域透射的光，并進行二次折射，形成兩個光斑；

成像探測器，位于所述第二超表面光學(xué)鏡片的左側(cè)，用于對形成的兩個光斑進行成像，并分別提取兩個光斑的位置信息及大小信息。

優(yōu)選地，所述第一超表面光學(xué)鏡片、第二超表面光學(xué)鏡片都基于超表面光學(xué)成像原理，表面微結(jié)構(gòu)形式都包括納米陣列結(jié)構(gòu)、多臺階微納結(jié)構(gòu)、菲涅爾波帶片結(jié)構(gòu)、光子篩微小孔結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述第一超表面光學(xué)鏡片包括：

第一超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分，位于第一超表面光學(xué)鏡片的最外側(cè)，用于對進入的平行光進行會聚；

第一超表面光學(xué)鏡片的透光部分，位于第一超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)側(cè)，用于使進入的平行光直接穿過；

第一超表面光學(xué)鏡片的不透光部分，位于第一超表面光學(xué)鏡片的透光部分的內(nèi)側(cè)，用于阻擋平行光的進入。

優(yōu)選地，所述第二超表面光學(xué)鏡片包括：

第二超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分，位于第二超表面光學(xué)鏡片的最外側(cè)，用于對進入的平行光進行會聚；

第二超表面光學(xué)鏡片的透光部分，位于第二超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)側(cè)，用于使進入的光直接穿過。

優(yōu)選地，所述第二超表面光學(xué)鏡片的透光部分為通孔或透明材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明可對各結(jié)構(gòu)基準之間的相對位置進行高精度測量，以便后續(xù)的精確調(diào)節(jié)與控制，從而確保載荷主鏡及后續(xù)光學(xué)鏡片之間的相對位置符合設(shè)計要求，保證載荷及航天器的在軌功能。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明基于超表面光學(xué)成像的高精度測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的第一超表面光學(xué)鏡片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的第二超表面光學(xué)鏡片的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明基于超表面光學(xué)成像的高精度測量裝置包括：

平行光源1，用于產(chǎn)生平行光，為后續(xù)成像提供光源；

第一超表面光學(xué)鏡片2，位于所述平行光源1的左側(cè)，用于對所述平行光源1發(fā)出的平行光產(chǎn)生不同的偏折效果；

第二超表面光學(xué)鏡片3，位于所述第一超表面光學(xué)鏡片2的左側(cè)，用于接收所述第一超表面光學(xué)鏡片2的不同區(qū)域透射的光，并進行二次折射，形成兩個光斑；

成像探測器4，位于所述第二超表面光學(xué)鏡片3的左側(cè)，用于對形成的兩個光斑進行成像，并分別提取兩個光斑的位置信息及大小信息。

所述第一超表面光學(xué)鏡片2、第二超表面光學(xué)鏡片3都基于超表面光學(xué)成像原理，表面微結(jié)構(gòu)形式都包括納米陣列結(jié)構(gòu)、多臺階微納結(jié)構(gòu)、菲涅爾波帶片結(jié)構(gòu)、光子篩微小孔結(jié)構(gòu)，這樣具有聚光功能從而具備成像的能力。

所述第一超表面光學(xué)鏡片2包括：

第一超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分21，位于第一超表面光學(xué)鏡片2的最外側(cè)，用于對進入的平行光進行會聚；

第一超表面光學(xué)鏡片的透光部分22，位于第一超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分21的內(nèi)側(cè)，用于使進入的平行光直接穿過；

第一超表面光學(xué)鏡片的不透光部分23，位于第一超表面光學(xué)鏡片的透光部分22的內(nèi)側(cè)，用于阻擋平行光的進入。

所述第二超表面光學(xué)鏡片3包括：

第二超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分31，位于第二超表面光學(xué)鏡片3的最外側(cè)，用于對進入的平行光進行會聚；

第二超表面光學(xué)鏡片的透光部分32，位于第二超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分31的內(nèi)側(cè)，用于使進入的光直接穿過。

所述第二超表面光學(xué)鏡片的透光部分32為通孔或透明材料，這樣成本低。

第一超表面光學(xué)鏡片、第二超表面光學(xué)鏡片都通過在基底材料表面進行微結(jié)構(gòu)加工，使得刻有微結(jié)構(gòu)的區(qū)域具有聚光功能，從而具備成像能力。第一超表面光學(xué)鏡片、第二超表面光學(xué)鏡片分別安裝于間距待測的兩個結(jié)構(gòu)上，當兩個待測結(jié)構(gòu)嚴格對準時，成像探測器上獲取的兩個光斑將嚴格重合，當兩個待測結(jié)構(gòu)相對位置存在偏差時，兩個光斑的大小及相對位置便會產(chǎn)生變化；通過成像探測器獲得光斑的相對變化量，進行解算后得到兩個待測結(jié)構(gòu)相對位置偏差；

第一超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分對入射的平行光進行會聚，進入到第二超表面光學(xué)鏡片的透光部分，形成的光斑位于成像探測器上；第一超表面光學(xué)鏡片的透光部分對入射的平行光不產(chǎn)生影響，該區(qū)域?qū)?yīng)的入射光進入到第二超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分，經(jīng)第二超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分會聚，形成的光斑位于成像探測器上；

當兩個待測結(jié)構(gòu)無相對位置偏差時，成像探測器上獲取的兩個光斑的中心重合，且位于成像探測器的中央部位；

當兩個待測結(jié)構(gòu)存在傾斜時，兩個光斑均會偏離成像探測器的中心位置；

當兩個待測結(jié)構(gòu)存在偏心時，由第一超表面光學(xué)鏡片的透光部分和第二超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分形成的光斑仍將保持在成像探測器的中心位置；由第一超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分和第二超表面光學(xué)鏡片的透光部分形成的光斑將偏離成像探測器的中心位置，且偏離方向與待測結(jié)構(gòu)偏心方向相同；

當兩個待測結(jié)構(gòu)存在軸向偏差時，由第一超表面光學(xué)鏡片的透光部分和第二超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分形成的光斑仍將保持在成像探測器的中心位置，且光斑大小不變；由第一超表面光學(xué)鏡片的微結(jié)構(gòu)部分和第二超表面光學(xué)鏡片的透光部分形成的光斑同樣保持在成像探測器的中心位置，但光斑大小將發(fā)生變化。

綜上所述，本發(fā)明利用超表面光學(xué)鏡片的成像特性，將兩個待測結(jié)構(gòu)的相對位置偏差轉(zhuǎn)化成兩個光斑的相對變化量，從而解算出兩個待測結(jié)構(gòu)相對位置偏差，利用本發(fā)明，可對各結(jié)構(gòu)基準之間的相對位置進行高精度測量，以便后續(xù)的精確調(diào)節(jié)與控制，從而確保載荷主鏡及后續(xù)光學(xué)鏡片之間的相對位置符合設(shè)計要求，保證載荷及航天器的在軌功能。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。