[发明专利]一种基于波前编码技术的大视场衍射望远系统

说明书

本发明公开了一种基于波前编码技术的大视场衍射望远系统，该系统包括位相编码板、衍射主镜、次镜、聚焦透镜、探测器、解码器。平行光线经过位相编码板调制，使无穷远目标光束依次通过衍射主镜、次镜、聚焦透镜后在探测器上成像，最后解码器结合位相编码板对波前编码信息，对探测器输出的图像进行解码，获得清晰的目标图像。针对衍射光学元件自身成像视场小的固有属性，本发明利用波前编码技术使光学系统传递函数可控，扩大视场，结构简单，降低公差约束，可提高衍射望远系统的成像质量，亦可用于延伸衍射望远系统的焦深。

技术领域

本发明属于光学系统成像领域，具体涉及一种基于波前编码技术的大视场衍射望远系统。

背景技术

为满足空间高分辨率成像应用需求，空间望远镜口径逐渐增大。但是望远镜的重量随口径成指数增长，从而带来发射成本提高，光学设计和加工难度加大等一系列问题。衍射成像技术，利用衍射光学元件代替传统透镜或反射镜，作为望远成像系统的主镜。它具有结构轻量化、空间可展开、面形误差要求低、易复制、能显著降低制造成本的优点。为此，衍射成像技术已成为空间光学望远镜实现超大口径、轻量化的重要技术路线之一(参见P.Atcheson(ret.),J.Domber,K.Whiteaker,“MOIRE-Ground Demonstration of a LargeAperture Diffractive Transmissive Telescope,”Proc.of SPIE 9143,91431W，2014)。

但是衍射成像系统成像需要满足严格干涉和衍射条件，只能在近轴区内成像，这严重限制了衍射望远镜的应用范围(参见G.Andeersen,O.Asmolova,T.Dickinson.”FalconSATT-7:Amembrane space telescope,”Proc.of SPIE 9085,706114C，2014)。因此，如何扩大衍射望远成像系统的视场是该领域重点研究的技术方向。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于波前编码技术的大视场衍射望远系统，波前编码技术使光学系统在大视场范围内传递函数基本保持不变，能够打破衍射望远系统由于衍射成像固有属性导致的只能在近轴成像的情况，扩大衍射望远系统视场，进而提高大视场范围内的成像质量。

(二)技术方案

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于波前编码技术的大视场衍射望远系统，包括波前编码单元、望远单元和图像解码单元，其中：

所述的波前编码单元包括位相编码板；

所述的望远单元包括衍射主镜、次镜、聚焦透镜、探测器；

所述的图像解码单元包括解码器；

次镜位于衍射主镜之后，聚焦透镜位于望远系统次镜之后，探测器位于聚焦透镜后的焦点处，接收图像；位相编码板位于望远镜单元的光阑或者出瞳位置，进行波前调制；最后图像解码器基于编码调制信息，对图像进行处理。

所述位相编码板可以为立方编码板、对数编码板和指数编码板等中的一种；

所述衍射主镜类型包括振幅型菲涅耳波带片、相位型菲涅耳波带片和基于此原理衍生出的光子筛等其他类型的二元衍射光学器件。

所述衍射主镜材料为有机薄膜材料或光学玻璃。

所述次镜为透射式或反射式镜片组。

(三)有益效果

本发明描述的一种基于波前编码技术的大视场衍射望远系统，仅需在光阑或出瞳处加位相编码板，产生可控的传递函数，进而抑制球差、色差和像散等像差，实现更大焦深。结构简单，同时突破了传统衍射成像系统严格干涉条件成像的限制，扩大衍射望远系统视场，提升大视场范围内衍射望远系统的像质。