中波红外成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种光学成像系统，具体涉及一种中波红外成像系统。该系统包括从物方到像方依次设置的第一光学镜组、DMD数字微镜、第二光学镜组和探测器；该第一光学镜组的入光端包括入射区域和出射区域，入射光从该入射区域进入该第一光学镜组，经该DMD数字微镜反射后再次进入第一光学镜组并从该出射区域入射进该第二光学镜组。第一光学镜组采用偏瞳设计，入射光线偏离光轴入射，经DMD数字微镜反射后最终在探测器位置处成像，避免了TIR棱镜的使用，精简了光路结构。

Medium wave infrared imaging system

The utility model relates to an optical imaging system, in particular to a medium wave infrared imaging system. The system consists of a first optical lens group, a DMD digital micromirror, a second optical lens group and a detector arranged sequentially from the object to the image side. The input end of the first optical lens group includes an incident area and an exit area. The incident light enters the first optical lens group from the incident area, and after reflection by the DMD digital micromirror, it enters the first light again. The mirror group is incident into the second optical lens group from the exit area. The first optical lens group is deviated pupil design, and the incident light deviates from the optical axis. After reflection by DMD digital micromirror, the image is finally imaged at the detector position, avoiding the use of TIR prism and simplifying the optical path structure.

【技术实现步骤摘要】
中波红外成像系统
本技术涉及一种光学成像系统，具体涉及一种中波红外成像系统。
技术介绍
在红外探测成像等应用中，为了得到更好的检测、识别和跟踪效果，对红外成像质量的要求越来越高，由于受制作工艺、工作条件等因素影响，直接提高探测器分辨率技术困难且代价昂贵。一名为“一种基于压缩感知理论的红外图像超分辨率重建方法”的中国专利技术专利申请(申请号为201510187916.7)公开了一种利用压缩感知理论将原始低分辨率图片转换为高分辨率图片的方法。由于压缩感知需要对原始图像各像素进行压缩编码，因此实际应用中需要使用DMD数字微镜，一名为“一种用于DMD相机的光学系统”的中国专利技术专利申请(申请号为201410141203.2)公开了一种DMD成像系统，该系统沿光路前进方向依次设有成像光学系统、TIR棱镜、DMD、中继光学系统和探测器，该TIR棱镜由两个直角棱镜胶合而成，由于光束从光密介质到光疏介质会发生全反射，但从光疏介质到光密介质则不会，因此将两直角棱镜之间留设一定宽度气缝，使得DMD能够控制光束进出，同时为了保证成像质量，该气缝的宽度必须保持在μm量级。由于DMD是用于成像以及控制光束方向，因此光束必须以垂直或接近垂直角度射向DMD表面，但TIR棱镜设置要求过高，为保证成像质量，使得整个光路结构过于复杂，且成本较高。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种中波红外成像系统以解决目前DMD成像系统结构复杂的问题。本技术为解决上述技术问题，提供方案一：本技术的一种中波红外成像系统，包括从物方到像方依次设置的第一光学镜组、DMD数字微镜、第二光学镜组和探测器；该第一光学镜组的入光端包括入射区域和出射区域，入射光从该入射区域进入该第一光学镜组，经该DMD数字微镜反射后再次进入第一光学镜组并从该出射区域入射进所述第二光学镜组。本方案通过在第一光学镜组的入光端设置入射区域和出射区域，使入射光从该入射区域进入该第一光学镜组，经该DMD数字微镜反射后再次进入第一光学镜组并从该出射区域离开，最后经第二光学镜组到达探测器，使得DMD在与第一光学镜组同轴或接近同轴设置完成成像要求的情况下，还能够通过偏转微镜角度实现对光束的控制，同时避免使用TIR棱镜，精简了光路结构，节省了硬件成本。方案二：在方案一的基础上，该入射区域位于该第一光学镜组的入光端的中心区域，该出射区域位于该入射区域的周围。本方案在方案一的基础上进一步限定了入射区域与出射区域的位置，使入射光偏轴入射进第一光学镜组，在DMD的调控下，使反射光沿轴通过第一光学镜组，使反射光能够在探测器处更好地成像。方案三：在方案二的基础上，该第一光学镜组与该第二光学镜组之间设有用于将从该出射区域中出射的光束反射到该第二光学镜组的反射镜。本方案在一二光学镜组之间设置了反射镜，用以将从第一光学镜组出射的光束反射到第二光学镜组中，这样可以使得整个光路紧凑，避免整体结构过长导致实际使用的不方便。方案四：在方案一或二或三的基础上，该第一光学镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，该第一透镜为正弯月形透镜，该第二透镜为负光焦度的负弯月形透镜，该第三透镜为平凸透镜，该第四透镜为负光焦度的负弯月形透镜，该第五透镜为正弯月形透镜。方案五：在方案四的基础上，该第二光学镜组包括第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜，该第六透镜为正弯月形透镜，该第七透镜为负光焦度的负弯月形透镜，该第八透镜为负光焦度的负弯月形透镜，该第九透镜为凸平透镜。方案六：在方案四的基础上，该第一透镜的厚度为12mm，该第二透镜的厚度为15mm，该第三透镜的厚度为15mm，该第四透镜的厚度为11.3mm，该第五透镜的厚度为14.8mm；该第一透镜与该第二透镜的间隔为17.9mm，该第二透镜与该第三透镜的间隔为53.9mm，该第三透镜与该第四透镜的间隔为18.4mm，该第四透镜与该第五透镜的间隔为6.52mm。方案七：在方案五的基础上，该第六透镜的厚度为13.68mm，该第七透镜的厚度为3.2mm，该第八透镜的厚度为15mm，该第九透镜的厚度为3mm；该第六透镜与该第七透镜的间隔为3.17mm，该第七透镜与该第八透镜的间隔为2.5mm，该第八透镜与该第九透镜的间隔为13.67mm。方案八：在方案七的基础上，该第一透镜为SILICON透镜，该第二透镜为GERMANIUM透镜，该第三透镜为SILICON透镜，该第四透镜为GERMANIUM透镜，该第五透镜为SILICON透镜，该第六透镜为SILICON透镜，该第七透镜为GERMANIUM透镜，该第八透镜为SILICON透镜，该第九透镜为SILICON透镜。附图说明图1是本技术中波红外成像系统一种实施例的结构示意图；其中，1为第一光学镜组，2为DMD数字微镜，3为反射镜，4为第二光学镜组，5为探测器；图2是本技术中波红外成像系统的工作流程图；图3-(a)是本技术中波红外成像系统的一种编码矩阵图；图3-(b)是本技术探测器的像素单元示意图；图3-(c)是本技术中波红外成像系统的一种编码矩阵图的子矩阵图。具体实施方式下面结合说明书附图和实施例对本技术做进一步详细说明。如图1为本技术中波红外成像系统的一种实施方式，从物方到像方依次设置有第一光学镜组、DMD数字微镜、反射镜、第二光学镜组和探测器；该第一光学镜组的入光端(也就是第一透镜的外表面)被分为入射区域和出射区域，第一光学镜组的入光端的中心区域，该出射区域位于该入射区域的周围，入射光从该入射区域偏光轴射入并通过第一光学镜组后，在DMD数字微镜处第一次成像。DMD数字微镜阵列由上百万个尺寸为μm量级的微小反射镜组成，每个微镜可由控制系统控制器控制翻转，DMD翻转为两个状态分别为+12°(也可以是其他角度+θ)和-12°(也可以是其他角度-θ)。该第一光学镜组采用偏瞳设计，入射光线偏离光轴入射，保证入射到DMD数字微镜的主光线与DMD数字微镜面翻转法线夹角为24°(当DMD翻转为两个状态分别为+θ和-θ时，该夹角为2θ)。当DMD翻转+12°后，光线经微镜反射后以水平光轴角度重新进入第一光学镜组，出射第一光学镜组后经过反射镜反射入射到第二光学镜组。当DMD翻转为-12°时，光线不会再次反射进入到第一光学镜组，由此通过DMD微镜翻转的方法对DMD位置的图像进行编码。最后通过中波红外探测器采集图像。控制系统保证DMD数字微镜与探测器采集同步，对探测器采集曝光进行控制，并且与红外光调制器翻转同步，图像处理系统处理采集图像进行输出显示。第一光学镜组1其特征为，前物镜作用为将红外场景成像到DMD微镜位置处。视场为10度，F数大于2.5，主光线相对于DMD翻转平面夹角24°，光学分辨率要求小于等于DMD像元尺寸，此时将场景成像到DMD上时才不会丢失图像细节。成像物镜要求MTF与DMD数字微镜的微镜间距尺寸匹配＞0.3@46mm/lp，成像物镜要求畸变≤1％，第一光学镜组具体设计参数如表1所示。表1DMD数字微镜由上百万个尺寸为μm量级的微小反射镜组成，每个反射镜的角度可独立控制两种稳定的微镜状态(+12°和-12°)。DMD微镜阵列数目为要求1280×1024，微镜间距要求＞10μm。DMD窗口要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.中波红外成像系统，其特征在于，包括从物方到像方依次设置的第一光学镜组、DMD数字微镜、第二光学镜组和探测器；所述第一光学镜组的入光端包括入射区域和出射区域，入射光从所述入射区域进入所述第一光学镜组，经所述DMD数字微镜反射后再次进入第一光学镜组并从所述出射区域入射进所述第二光学镜组。

【技术特征摘要】
1.中波红外成像系统，其特征在于，包括从物方到像方依次设置的第一光学镜组、DMD数字微镜、第二光学镜组和探测器；所述第一光学镜组的入光端包括入射区域和出射区域，入射光从所述入射区域进入所述第一光学镜组，经所述DMD数字微镜反射后再次进入第一光学镜组并从所述出射区域入射进所述第二光学镜组。2.根据权利要求1所述的中波红外成像系统，其特征在于，所述入射区域位于所述第一光学镜组的入光端的中心区域，所述出射区域位于所述入射区域的周围。3.根据权利要求2所述的中波红外成像系统，其特征在于，所述第一光学镜组与所述第二光学镜组之间设有用于将从所述出射区域中出射的光束反射到所述第二光学镜组的反射镜。4.根据权利要求1或2或3所述的中波红外成像系统，其特征在于，所述第一光学镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜为正弯月形透镜，所述第二透镜为负光焦度的负弯月形透镜，所述第三透镜为平凸透镜，所述第四透镜为负光焦度的负弯月形透镜，所述第五透镜为正弯月形透镜。5.根据权利要求4所述的中波红外成像系统，其特征在于，所述第二光学镜组包括第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜，所述第六透镜为正弯月形透镜，所述第七透镜为负光焦度的负弯月形透镜，所述第八透镜为负光焦度的负弯月形透镜，所述第九透镜为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈水忠，刘峰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：新型
国别省市：河南,41