[發明專利]一種成像光學系統

有效

• 申請號: 201711251541.1
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108051908B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 何鋒赟;趙楠;王延杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

本發明涉及光學成像技術領域，公開一種成像光學系統，包括第一離軸反射鏡、第一透鏡組、DMD微鏡陣列、第二離軸反射鏡、成像鏡組和探測器，目標物體發出的光經所述第一離軸反射鏡會聚，進入所述第一透鏡組，成像于所述DMD微鏡陣列上，成像光束由所述DMD微鏡陣列反射后再次經過所述第一透鏡組，然后經所述第二離軸反射鏡準直后，進入所述成像鏡組，然后成像于所述探測器上。上述系統利用DMD作中間像面及部分對稱的光學結構設計，巧妙地實現了DMD微鏡陣列與探測器像元在空間上一一對應的關系，從而達到對成像系統入場光線的處理。利用DMD器件與探測器像元的對應成像關系，可以調整探測器靶面的灰度，從而擴大光電成像系統的動態范圍。

技術領域

本發明涉及光學成像技術領域，特別涉及一種成像光學系統。

背景技術

DMD是一種近年來比較熱門的空間光調制器，主要用于投影儀、目標發生器等光學系統。DMD對光強的調制是通過控制它上面上百萬個微鏡的翻轉實現的，每一個微鏡可以單獨的控制。通過改變微鏡所對應的數據單元中的數據，可以控制微鏡的狀態。

圖像傳感器作為一種主要的光電成像設備，其可探測動態范圍一般為48～60dB，成為制約光電成像系統探測范圍的主要因素。高動態范圍成像技術在深空探測、醫學成像、軍事觀測等領域有著緊迫的需求。通常情況下，可采用多次曝光的軟件處理方法或增加探測器數量的硬件方法來提高光電系統的動態范圍，然而，前者基于時域的多次曝光技術無法探測高速動態目標，后者增加探測器的硬件方法大大增加系統的成本且需要大量的事后處理來完成圖像融合。

發明內容

本發明旨在克服現有圖像傳感器動態范圍對光電系統探測動態范圍的制約，提供一種滿足高動態輻射能量特性場景測量和觀察需求的成像光學系統。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種成像光學系統，包括第一離軸反射鏡、第一透鏡組、DMD微鏡陣列、第二離軸反射鏡、成像鏡組和探測器，目標物體發出的光經所述第一離軸反射鏡會聚，進入所述第一透鏡組，成像于所述DMD微鏡陣列上，成像光束由所述DMD微鏡陣列反射后再次經過所述第一透鏡組，然后經所述第二離軸反射鏡準直后，進入所述成像鏡組，然后成像于所述探測器上；

所述成像光學系統的設計遵循右手坐標法則，Z軸為系統光軸，且與所述DMD微鏡陣列的基底法線相重合，光線入射方向與Z軸平行，指向正方向；

所述第一離軸反射鏡在YOZ平面內，以口徑離軸的方式，沿Y方向偏置，偏置量不小于所述第一離軸反射鏡的通光口徑，所述第二離軸反射鏡在XOZ平面內，以口徑離軸的方式，沿X方向偏置，所述第二離軸反射鏡沿X方向的偏置量與所述第一離軸反射鏡沿Y方向的偏置量相同，所述第一離軸反射鏡與所述第二離軸反射鏡具有相同的面型參數，光線在兩塊離軸反射鏡之間所經過的光學路徑關于所述DMD微鏡陣列的法線對稱，所述第二離軸反射鏡繞所述DMD微鏡陣列的法線順時針旋轉90°后與所述第一離軸反射鏡重合。

一些實施例中，所述成像光學系統的入瞳位于光束入射方向上所述第一離軸反射鏡之后。

一些實施例中，所述第一離軸反射鏡和所述第二離軸反射鏡均為凹面的二次曲面，具有負光焦度。

一些實施例中，所述第一離軸反射鏡與所述第二離軸反射鏡的二次曲面的面型表達式均為：

其中，Z為面型矢高，C為頂點曲率半徑，K為二次曲面系數，r為徑向坐標。

一些實施例中，所述第一透鏡組由依次設置的4片透鏡構成，所述4片透鏡均為球面鏡，所述第一透鏡組具有負光焦度。

一些實施例中，所述DMD微鏡陣列的尺寸為2560×1600、1920×1080或1024×768。