[發(fā)明專利]一種離軸反射式區(qū)域變分辨率成像光學系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114815201B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 常軍;曹佳靜;李軼庭;黃翼
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B17/06
• 分類號: G02B17/06
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開的一種離軸反射式區(qū)域變分辨率成像光學系統(tǒng)，屬于光學變焦成像領域。本發(fā)明基于離軸全反射式成像光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)寬譜段成像，獲得目標的多譜段成像信息，提高區(qū)域變分辨率成像光學系統(tǒng)對目標的探測和識別能力；通過控制DMD的“開”、“平”狀態(tài)的切換，實現(xiàn)長焦距與短焦距兩種結(jié)構(gòu)的切換；通過控制DMD的相互獨立的微反射鏡，使得經(jīng)DMD反射的一部分光線進入到達長焦距結(jié)構(gòu)中的反射鏡，另一部分光線到達短焦距結(jié)構(gòu)中的反射鏡，同時實現(xiàn)大視場短焦成像與高分辨長焦成像，且無需經(jīng)過圖像處理便能夠獲得大視場廣域與小視場高分辨圖像；此外，通過自由控制DMD不同區(qū)域的微反射鏡的狀態(tài)切換，能夠?qū)崿F(xiàn)對多目標以及快速目標的識別與跟蹤。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于光學變焦成像領域，尤其涉及一種離軸反射式區(qū)域變分辨率成像光學系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在空間探測領域，寬譜段、大變倍比、高分辨率的變焦距光學系統(tǒng)設計具有重要意義。離軸全反射式光學系統(tǒng)具有無色差寬成像譜段、無遮攔成像的特點，可以應對新一代輕小型空間對地觀測載荷的多譜段探測的應用需求。

現(xiàn)有的離軸全反射式變焦距光學系統(tǒng)通過光學元件的曲率變化或者光學元件的移動實現(xiàn)了系統(tǒng)焦距的變化，但是仍然不能同時實現(xiàn)短焦距大視場探測成像和長焦距小視場識別成像的功能，而且離軸全反射式機械變焦距光學系統(tǒng)的變焦速度慢，不能實現(xiàn)對目標的快速跟蹤與識別。

現(xiàn)有的動態(tài)局部放大高分辨成像系統(tǒng)通過焦距調(diào)制原理，采用小口徑局部放大鏡組和透射式空間光調(diào)制器，可以同時實現(xiàn)短焦距大視場探測成像和長焦距小視場識別成像的功能。該系統(tǒng)解決了現(xiàn)有光學系統(tǒng)對目標探測的大視場成像和高分辨成像難以同時實現(xiàn)的矛盾，但是受限于其透射式結(jié)構(gòu)形式，該類系統(tǒng)僅能實現(xiàn)單一譜段成像，以及該類系統(tǒng)并不能夠?qū)Χ嗄繕诉M行高分辨識別和跟蹤。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服傳統(tǒng)離軸反射式變焦成像系統(tǒng)難以同時實現(xiàn)大視場探測與小視場高分辨成像識別的缺點，以及克服現(xiàn)有透射式局部高分辨成像光學系統(tǒng)成像譜段單一和高分辨識別目標數(shù)量單一的缺點，本發(fā)明主要目的是提供一種離軸反射式區(qū)域變分辨率成像光學系統(tǒng)，基于離軸全反射式成像光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)寬譜段成像，獲得目標的多譜段成像信息，提高區(qū)域變分辨率成像光學系統(tǒng)對目標的探測和識別能力；離軸反射式區(qū)域變分辨率成像光學系統(tǒng)采用數(shù)字微鏡元件DMD作為選通元件，通過控制DMD的“開”、“平”狀態(tài)的切換，使得經(jīng)DMD反射的光線到達不同位置的反射鏡，從而實現(xiàn)長焦距與短焦距兩種結(jié)構(gòu)的切換；通過編程控制DMD的相互獨立的微反射鏡，可以使得經(jīng)DMD反射的一部分光線進入到達長焦距結(jié)構(gòu)中的反射鏡，另一部分光線到達短焦距結(jié)構(gòu)中的反射鏡，從而同時實現(xiàn)大視場短焦成像與高分辨長焦成像，且無需經(jīng)過圖像處理便可以獲得大視場廣域與小視場高分辨圖像；此外，DMD的微反射鏡的狀態(tài)可以高速切換，因此通過自由控制DMD不同區(qū)域的微反射鏡的狀態(tài)切換，離軸反射式區(qū)域變分辨率成像光學系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多目標以及快速目標的識別與跟蹤。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明公開的一種離軸反射式區(qū)域變分辨成像光學系統(tǒng)，包括主反射鏡，次反射鏡，DMD元件，第三反射鏡，第四反射鏡，第五反射鏡，第六反射鏡，探測器。

所述主反射鏡為系統(tǒng)光闌。

所述主反射鏡、次反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第五反射鏡、第六反射鏡為固定反射鏡，空間位置不變。

所述主反射鏡與次反射鏡組成前置成像子系統(tǒng)，所述第三反射鏡和第四反射鏡組成第一中繼子系統(tǒng)，所述第五反射鏡和第六反射鏡組成第二中繼子系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，所述第三反射鏡和第四反射鏡、所述第五反射鏡和第六反射鏡的放大倍率滿足共軛距不變的變焦關(guān)系，從而確保探測器像面位置不變。