[发明专利]一种高速静态色散成像光谱装置及其使用方法

权利要求书

1.一种高速静态色散成像光谱装置，其特征在于，包括在同一光轴顺次放置的前端成像物镜(1)、第一色散分光系统(2)、DMD数字微镜阵列(3)、第二色散分光系统(4)、面阵探测器(5)，控制系统(6)通过线缆与面阵探测器(5)和DMD数字微镜阵列(3)相连；其中第一色散分光系统(2)由第一准直物镜(21)、第一色散元件(22)和第一成像物镜(23)组成；第二色散分光系统(4)由第二准直物镜(41)、第二色散元件(42)和第二成像物镜(43)组成；所有光学元件相对于光学平台或仪器底座同轴等高；前端成像物镜(1)的像面与第一准直物镜(21)的前焦面重合；DMD数字微镜阵列(3)位于第一成像物镜(23)的后焦面，该面也是第二准直物镜(41)的前焦面；探测器(5)的靶面位于第二成像物镜(43)的后焦面位置；DMD数字微镜阵列(3)的每一行像元方向与第一色散元件(22)色散方向相同，也与第二色散元件(42)色散方向相同。

2.根据权利要求1所述的一种高速静态色散成像光谱装置，其特征在于，光路走向如下：探测场景发出的光束经过前端物镜(1)确定目标视场，消除杂散光；随后进入第一准直物镜(21)，形成准直光束后入射到第一色散元件(22)发生色散调制，色散光束随后经过第一成像物镜(23)后，在DMD数字微镜阵列(3)所在平面上形成色散场景图像；经DMD数字微镜阵列(3)每列微镜逐一反射的光束首先经过第二准直物镜(41)后，形成平行光束进入第二色散元件(42)进行色散解调，出射光束经过第二成像物镜(43)的成像作用，在面阵探测器(5)的靶面上生成场景的光谱滤波图像。

3.根据权利要求1所述的一种高速静态色散成像光谱装置，其特征在于，第一准直物镜(21)、第一成像物镜(23)、第二准直物镜(41)和第二成像物镜(43)具有相同的焦距；第一色散元件(22)为透射式色散光栅或反射式色散光栅或色散分光棱镜；且第一色散元件(22)和第二色散元件(42)规格相同。

4.根据权利要求1所述的一种高速静态色散成像光谱装置，其特征在于DMD数字微镜阵列(3)由控制系统(6)控制匀速逐一改变每列微镜的反射方向，保证探测器(5)拍摄的单帧图像中只有一列微镜反射的光束能够进入第二色散元件(4)。

5.权利要求1中的一种高速静态色散成像光谱装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，探测场景发出的光束经过前端物镜(1)后成像在其像面位置，并且确定目标视场，消除杂散光；

第二步，光束进入第一准直物镜(21)，形成准直光束后入射到第一色散元件(22)发生色散调制，色散光束随后经过第一成像物镜(23)后，在DMD数字微镜阵列(3)所在平面上形成色散场景图像；

第三步，控制系统(6)控制DMD数字微镜阵列(3)匀速逐一改变每列微镜的反射方向，保证探测器(5)拍摄的单帧图像中只有一列微镜反射的光束能够进入第二色散元件(4)，即使得色散场景图像中的每一列光信息依次反射进入第二色散分光元件(4)；

第四步，依次经DMD数字微镜阵列(3)反射的每列光束首先经过第二准直物镜(41)后，形成平行光束进入第二色散元件(42)进行色散解调，出射光束经过第二成像物镜(43)的成像作用，在面阵探测器(5)的靶面上依次生成DMD数字微镜(3)每列反射光束对应场景的光谱图像；控制系统(6)控制面阵探测器(5)依次采集DMD微镜阵列(3)每列反射光束生成场景的光谱图像，经过重组后可以得到场景的三维光谱立方体。