本发明专利技术涉及一种中波红外编码孔径光谱成像光学系统，包括前置望远组、分光光栅、第一数字微镜阵列、合光光栅、第二数字微镜阵列、光阑和探测器；该系统的光路配置为：入射光通过前置望远组准直成平行光入射到分光光栅上；分光光栅对入射的宽波段光束进行色散分光成窄波段光束；经分光光栅反射后的光束，在第一数字微镜阵列上汇聚成像；第一数字微镜阵列对像面光进行编码调制后反射入合光光栅；合光光栅将接收到的光束进行合光重构后，反射入第二数字微镜阵列成像；第二数字微镜阵列对像面图像进行倾斜角度校正后反射，经过光阑后在探测器上成像。该系统结合了色散型和干涉型两种成像光谱仪优势，可实现高光通量和多通道复用。可实现高光通量和多通道复用。可实现高光通量和多通道复用。
【技术实现步骤摘要】
一种中波红外编码孔径光谱成像光学系统
[0001]本专利技术涉及光学成像
，具体涉及一种双光栅双DMD的中波红外编码孔径光谱成像光学系统，可用于复杂背景下的目标识别、异常目标检测、伪装目标识别等领域。
技术介绍
[0002]成像光谱技术是一种基于目标的两维几何形态和一维光谱信息进行探测的技术。成像光谱系统根据分光原理，可以分成滤光片式、棱镜色散型、光栅衍射型以及干涉型等。干涉型成像光谱系统具有光谱分辨率和能量利用率高的特点，但由于存在动态部件对精度和安装平台要求很高。色散型成像光谱系统可以看成是一种“单通道”结构，不管是光机扫描式还是推扫式的成像，在某一时刻，某个探测器像元接收到的仅是对应空间位置点特定窄波段的光谱辐射，存在探测器积分时间、系统空间分辨率和系统灵敏度之间，高探测灵敏度与高光谱分辨率相互矛盾和相互制约关系。
技术实现思路
[0003]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种双光栅双DMD的中波红外编码孔径光谱成像光学系统，结合了色散型和干涉型两种成像光谱仪优势，可实现高光通量和多通道复用，不仅能够获得目标的光谱信息，还能针对性调整合适的波段、光谱分辨率、空间分辨率，最大化地利用系统信息采集能力和数据分析能力，提高光谱成像技术在实战平台上的实用化程度。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种中波红外编码孔径光谱成像光学系统，包括前置望远组、分光光栅、第一数字微镜阵列、合光光栅、第二数字微镜阵列、光阑和探测器；
[0005]该系统的光路配置为：
[0006]入射光通过前置望远组准直成平行光入射到分光光栅上；
[0007]分光光栅对入射的宽波段光束进行色散分光成窄波段光束，不同波长光线以不同角度出射；
[0008]经分光光栅反射后的光束，在第一数字微镜阵列上汇聚成像；
[0009]第一数字微镜阵列对像面光进行编码调制后反射入合光光栅；
[0010]合光光栅将接收到的光束进行合光重构后，反射入第二数字微镜阵列成像；
[0011]第二数字微镜阵列对像面图像进行倾斜角度校正后反射，经过光阑后在探测器上成像。
[0012]进一步的，所述第一数字微镜阵列与所述第二数字微镜阵列的反转角度均为
±
12
°
；所述分光光栅至所述第一数字微镜阵列所成光路与所述第一数字微镜阵列至所述合光光栅所成光路的光轴夹角为24
°
；所述合光光栅至第二数字微镜阵列所成光路与所述第二数字微镜阵列至探测器所成光路的光轴夹角为24
°
。
[0013]进一步的，所述分光光栅与和合光光栅均采用口径50mm平面闪耀光栅，光栅刻线
为75lp/mm，闪耀波长为4μm，闪耀角为8
°
38
′
；
[0014]所述分光光栅的法线相对于分光光栅的入射光轴的夹角为6
°
；波长4μm处一级衍射光束沿所述分光光栅至第一数字微镜阵列所成光路的光轴出射，所述分光光栅的入射光光轴与出射光光轴夹角为29.86
°
；
[0015]所述合光光栅的法线相对于合光光栅的入射光轴的夹角为23.86
°
；波长4μm处一级衍射光束沿所述合光光栅至第二数字微镜阵列所成光路的光轴出射，所述合光光栅的入射光光轴与出射光光轴夹角为29.86
°
。
[0016]进一步的，该系统工作波段为3.7μm～4.8μm，焦距为150mm，相对孔径为1/4，视场为3.66
°×
2.98
°
，探测器分辨率为320
×
256，像元尺寸为30μm
×
30μm。
[0017]进一步的，所述分光光栅与第一数字微镜阵列之间设置有成像透镜组一，所述第一数字微镜阵列与所述合光光栅之间设置有准直透镜组，所述合光光栅与所述第二数字微镜阵列之间设置有成像透镜组二，所述第二数字微镜阵列与所述光阑之间设置有成像透镜组三；
[0018]所述成像透镜组一用于将所述分光光栅的出射光汇聚后在所述第一数字微镜阵列上成像；所述分光光栅位于所述成像透镜组一的入瞳位置；
[0019]所述准直透镜组用于将第一数字微镜阵列编码调制后反射的出射光准直成平行光并入射到所述合光光栅上；所述合光光栅位于所述准直透镜组的出瞳位置；
[0020]所述成像透镜组二用于将所述合光光栅的出射光汇聚后在所述第二数字微镜阵列上成像；所述成像透镜组二的入瞳位置与所述准直透镜组的出瞳位置重叠；
[0021]所述成像透镜组三用于将第二数字微镜阵列经过倾斜角度校正后反射的出射光汇聚并通过所述光阑后在所述探测器上成像。
[0022]进一步的，所述准直透镜组为成像透镜组一的倒置结构，与所述成像透镜组一构成对称系统，其倍率为1:1。
[0023]进一步的，所述前置望远组为无焦系统，其倍率为3.5倍，所述成像透镜组一、准直透镜组、成像透镜组二和成像透镜组三的焦距均为43mm。
[0024]进一步的，所述成像透镜组一和成像透镜组二的后截距不小于80mm。
[0025]进一步的，所述前置望远组与所述分光光栅之间还设有折转反射镜，用于将经前置望远组准直后的入射光反射入所述分光光栅。
[0026]本专利技术的有益效果是：该光学系统包含两个中波红外波段的反射型平面光栅、两个数字微镜阵列DMD和多个光学分系统，采用“先分光后调制”光谱编码方案，实现光栅分光
‑
DMD光谱图像编码
‑
光栅合光
‑
DMD倾斜图像校正功能，宽波段光束经光栅一色散后在第一数字微镜阵列DMD1表面呈图谱混叠图像，光栅二将色散分开的窄波段辐射能量重新汇聚在一起，混叠的一维空间维经合光后又被重构恢复，最终在探测器上得到目标每个空间位置的像点，附带每次调制的编码信息，每次成像都是多通道叠加的结果，在保证高光谱分辨率前提下提升了系统的信噪比。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例提供的光学系统结构示意图；
[0028]图2图3为本专利技术实施例提供的数字微镜阵列DMD的空间位置与坐标关系示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例提供的光学系统弥散斑分布图。
[0030]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0031]1～6、前置望远组透镜一至前置望远组透镜六，7、折转反射镜，8、分光光栅，9～15、成像透镜组一透镜一至成像透镜组一透镜七，16、第一数字微镜阵列DMD1，17～23、准直透镜组透镜一至准直透镜组透镜七，24、合光光栅，25～29、成像透镜组二透镜一至成像透镜组二透镜五，30、第二数字微镜阵列DMD2，31～36、成像透镜组三透镜一至成像透镜组三透镜六，37、光阑，38、探测器。
具体实施方式
[0032]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种中波红外编码孔径光谱成像光学系统，其特征在于，包括前置望远组、分光光栅、第一数字微镜阵列、合光光栅、第二数字微镜阵列、光阑和探测器；该系统的光路配置为：入射光通过前置望远组准直成平行光入射到分光光栅上；分光光栅对入射的宽波段光束进行色散分光成窄波段光束，不同波长光线以不同角度出射；经分光光栅反射后的光束，在第一数字微镜阵列上汇聚成像；第一数字微镜阵列对像面光进行编码调制后反射入合光光栅；合光光栅将接收到的光束进行合光重构后，反射入第二数字微镜阵列成像；第二数字微镜阵列对像面图像进行倾斜角度校正后反射，经过光阑后在探测器上成像。2.根据权利要求1所述的中波红外编码孔径光谱成像光学系统，其特征在于，所述第一数字微镜阵列与所述第二数字微镜阵列中的微镜单元以对角线为轴进行翻转，且翻转角度均为
±
12
°
；所述分光光栅至所述第一数字微镜阵列所成光路与所述第一数字微镜阵列至所述合光光栅所成光路的光轴夹角为24
°
；所述合光光栅至第二数字微镜阵列所成光路与所述第二数字微镜阵列至探测器所成光路的光轴夹角为24
°
。3.根据权利要求1所述的中波红外编码孔径光谱成像光学系统，其特征在于，所述分光光栅与和合光光栅均采用平面闪耀光栅，光栅刻线为75lp/mm，闪耀波长为4μm，闪耀角为8
°
38
′
；所述分光光栅的法线相对于分光光栅的入射光轴的夹角为6
°
；波长4μm处一级衍射光束沿所述分光光栅至第一数字微镜阵列所成光路的光轴出射，所述分光光栅的入射光光轴与出射光光轴夹角为29.86
°
；所述合光光栅的法线相对于合光光栅的入射光轴的夹角为23.86
°
；波长4μm处一级衍射光束沿所述合光光栅至第二数字微镜阵列所成光路的光轴出射，所述合光光栅的入射光光轴与出射光光轴夹角为29.86
°
。4.根据权利要求1所述的中波红外编码孔径光谱成像...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓燕，王密信，余徽，耿安兵，王群，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：
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