国防科技大学?光学工程学科专刊:可见光/红外成像系统共轴折叠反射镜干涉检测技术(特邀)

   2024-01-30 1410
核心提示:国防科技大学?光学工程学科专刊:可见光/红外成像系统共轴折叠反射镜干涉检测技术(特邀)

编者按

2023年,国防科技大学迎来了办学70周年。为推动创新驱动发展战略,全面展现国防科技大学光学工程学科建设发展的重要成果,中国光学工程学会会刊《红外与激光工程》在芙蓉迎夏的6月与国防科技大学联合出版“国防科技大学?光学工程学科专刊”,并特邀国防科技大学智能科学学院的陈善勇教授团队为专刊撰写“可见光/红外成像系统共轴折叠反射镜干涉检测技术” 研究论文,文中提出了单个多功能CGH同时测量多个非球面反射镜面形及位置的补偿干涉测量方法。系统对100 m远处目标探测实验表明,反射镜不需要额外装调即可实现良好成像,具有集成度高、研制周期短、成像质量高的优点。

撰稿人:熊玉朋,陈善勇

论文题目:可见光/红外成像系统共轴折叠反射镜干涉检测技术(特邀)

作者:熊玉朋,路文文,黄铖,陈付磊,陈善勇

完成单位:国防科技大学 智能科学学院 装备综合保障技术重点实验室;超精密加工技术湖南省重点实验室;国防科技大学 南湖之光实验室

导读

由共用镜坯、径向折叠的多个环带反射镜组成的成像系统,具有紧凑化、免装调的特点。为确保各反射镜的面形精度和相互位姿精度,提出计算全息补偿(CGH)干涉测量方法。针对可见光/近红外成像需求,基于共轴折叠思路设计了环带四反射镜成像系统;应用金刚石车削工艺加工了多环带共体反射镜;重点针对其中共体的主镜、三镜和次镜、四镜分别设计了CGH补偿器,通过合理选择离焦载频和CGH轴向位置,有效分离了干扰衍射级次的鬼像,实现多个反射镜面形与相互位姿误差的同步检测;干涉测量结果表明多个反射镜同时达到接近零条纹状态,面形精度和相互位姿精度较高,且无鬼像干扰;系统对100m远处目标探测实验表明,反射镜不需要额外装调即可实现良好成像,具有集成度高、研制周期短、成像质量高的优点。

研究背景

多波段融合成像系统在多个领域中广泛应用,现有多波段成像系统多采用分立式或共孔径结构,在系统集成和图像配准等方面存在诸多困难。伴随着以单点金刚石车削为代表的超精密加工技术的发展,将多个复杂曲面光学元件高形位精度同步集成在同一块镜坯上成为可能,这类多面共体元件为光学系统的构型选择、性能优化和系统装调提供了新的解决方案,但需要解决多面共体光学元件形位精度同步检测与评价问题。

主要内容

一是面向多波段融合探测需求,进行了基于多复杂曲面共体光学元件的共轴折叠光学系统的光学设计,可实现可见光与红外光的共轴成像,共轴折叠反射镜是多复杂曲面共体光学元件的典型代表,其在工程应用上有诸多优势,例如可实现多波段成像共轴集成、图像的高效配准与融合,对于提升光电成像系统目标探测率和探测效率有较大潜景。
图1 共轴折叠成像系统的光学设计图
二是针对其中的多面共体光学元件进行CGH补偿器设计,对干扰衍射级次的鬼像进行分析和抑制,完成形位误差同步检测,为多复杂曲面共体光学元件的高精度制造提供可借鉴和参考。
图2 主镜与三镜的CGH设计
图3 次镜与四镜的CGH设计

结论与展望

本文针对同轴四反成像系统的共体折叠反射镜提出了基于CGH的补偿干涉测量方法。该方法通过在同一个CGH基底上制作多个不同功能的全息区域,使入射测试波前衍射后生成不同形状的非球面波前,可同时对不同反射镜面形进行零位测试。基于CGH补偿测量进行超精密加工后的反射镜面形精度和位姿精度都达到亚波长级,直接装配在一起而无需额外装调即可实现良好成像。同样通过加工定位基准,同轴嵌套多个类似系统,能方便实现可见光到红外的多个波段共轴成像,对于无人平台目标探测及快速图像融合处理具有明显优势。

作者简介


陈善勇,国防科技大学智能科学学院研究员、博士生导师。从事光学检测与超精密加工技术研究,获湖南省科技进步一等奖1项,在Laser Photonics Rev、Opt Lett、Opt Express等期刊发表SCI论文40余篇(通讯或一作),授权国家发明专利10余项、美国专利1项。指导博士生获机械工程学会上银机械优博铜奖和军优博。电子邮箱:mesychen@163.com


熊玉朋,国防科技大学智能科学学院副教授。从事光学系统设计与超精密加工技术研究,承担省部级以上项目5项,项目总经费295万元,发表SCI论文10余篇,申报国家发明专利10余项。电子邮箱:yulinlang521@163.com

文章信息

熊玉朋, 路文文, 黄铖, 陈付磊, 陈善勇. 可见光/近红外成像系统共轴折叠反射镜干涉检测技术[J]. 红外与激光工程. doi: 10.3788/IRLA20230175

全文链接:http://irla.cn/cn/article/doi/10.3788/IRLA20230175(阅读原文)

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文章转载自微信公众号:光电e+

 
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