[发明专利]谐衍射红外双波段超光谱成像系统

说明书

技术领域：

本发明属于光学成像系统，涉及到一种军事侦察系统信息准确度的提高，特别是涉及到基于3.2-4.8μm和8-12μm双波段折射/谐衍射混合超光谱成像方式来增加侦察系统的信息量，提高目标探测、识别的准确度。

背景技术：

现代侦查要求全天候、高分辨率、实时传输的侦察系统。而单一波段红外探测系统获取的信息弱、准确度低，已不能满足现代军事探测的要求。红外超光谱侦察仪器能够在波长相邻、连续采样的窄带光谱波段上获得数十至数百个通道光谱图像，利用这种高光谱分辨率的超光谱图像数据，可以根据地球表面众多物体的光谱特征精确地识别目标，还能做到对地面物质的理化、生物性能诊断和成分分析等，因此，它具有广泛的应用前景和其他技术手段无法比拟的优势。

在过去的十几年里，欧美等国先后投入了大量人力和物力对超光谱成像光谱仪进行研究，已发展了多种色散型、计算层析型和干涉傅里叶变换类型的超光谱成像技术，其中有一些已在实际系统中得到应用。Lyons提出一种新颖结构，利用衍射光学透镜独特的色散特性设计出用于可见或红外光谱范围的成像光谱仪。在这里，衍射透镜既是分光元件又是成像元件，这种光谱仪只能探测一个波段的信号。1995年Sweeney，Sommargren，Faklis和Morris等人，分别提出了谐衍射透镜(HDE)的概念，它可以在一系列分离波长处获得相同的光焦度，可用在多光谱、宽视场及大数值孔径的光学成像系统中。2005年，美国陆军试验室应用制冷型光子探测阵列建立了中波红外(3～5μm)和长波红外(8～14μm)波段的双波段超光谱成像仪。但是，目前国内还没生产长波制冷型探测的能力，而且难于从国外采购。

发明内容：

本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，以及国内探测器发展的现状，发明一种3.2-4.8μm和8-12μm双波段折射/谐衍射混合超光谱成像系统，中波3.2-4.8μm采用制冷型探测器阵列，长波8-12μm采用非制冷型探测器阵列，来实现中、长波红外双波段超光谱成像。基于这种需要，本发明设计了一种3.2-4.8μm和8-12μm双波段折射/谐衍射混合超光谱成像仪，可在中、长波红外双波段获得数百个光谱图像。

为了满足现代军事的需求，本发明采用如图1，2，3所示的技术方案，包括谐衍射透镜，孔径光阑，制冷型焦平面探测器和非制冷型焦平面探测器。谐衍射透镜的材料为锗。

图1中波红外双波段超光谱成像系统中谐衍射透镜，孔径光阑，制冷型焦平面探测器在同一光轴上顺序放置。图2长波红外双波段超光谱成像系统中谐衍射透镜，孔径光阑，非制冷型焦平面探测器在同一光轴上顺序放置。

各部件的位置及连接关系：在同一光轴上沿入射光传播方向依次放置谐衍射透镜，孔径光阑，制冷型焦平面探测器或者非制冷型焦平面探测器；本发明的工作目标发出的或者反射的3.2-4.8μm和8-12μm波段的中、长波红外辐射，通过谐衍射透镜分光和聚焦，将3.2-4.8μm和8-12μm波段的中、长波红外的各个离散波长分别成像在制冷型焦平面探测器和非制冷型焦平面探测器，工作原理示意图如图3所示。

本发明的优点：在满足当前国内衍射透镜面形加工的技术要求的前提下，通过优化设计谐衍射面的面形参数和谐衍射透镜1和孔径光阑2之间的距离，使系统的单色像差达到最佳分配，该设计完全能够满足光学系统成像要求。使双波段折射/谐衍射混合超光谱成像系统，满足现代军事侦查要求全天候、高分辨率、实时传输、大信息量、高准确度的要求。

附图说明：

图1是本发明的3.2-4.8μm制冷型折射/谐衍射混合超光谱成像系统结构示意图。

图2是本发明的8-12μm非制冷型折射/谐衍射混合超光谱成像系统结构示意图。

图3是本发明的中、长波红外两个谐振波段同时显示的光学系统的光路图。

图4是本发明的谐衍射面的线频率(a)和相位(b)随元件径向坐标的变化曲线。

图5给出实施例光学系统的调制传递函数曲线图，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分别为中波4.8μm、4μm、3.2μm和长波12μm、10μm、8μm处的调制传递函数曲线图。

具体实施方式

以下就结合实施例对本发明作进一步详细说明。