[发明专利]一种放大倍率可变的凸面光栅成像光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件、系统，具体是指一种用于机载或星载对地观察超光谱成像仪中的放大倍率可变的凸面光栅成像光学系统。

背景技术

凸面光栅成像光谱仪一般采用OFFNER结构。由沿光轴对称同心的两个凹球面反射镜和凸面光栅组成，其物象空间放大倍率为1∶1。

在航空航天遥感应用中，多波段成像光谱仪一般共用望远镜系统，在望远镜焦面之前放置视场分离器或者分色装置，后面接可见光(VIS)，近红外(NIR)，短波红外(SWIR)的成像光谱仪。当成像光谱仪采用对称型OFFNER结构时，各谱段的地面分辨率由望远镜的焦距决定，造成可见光、近红外、短波红等不同谱段的空间分辨率是相等的。然而各谱段的地面分辨率要求不一样时，就要求不同谱段的成像光谱仪有不同的放大倍率。

发明内容

基于上述问题的存在，本发明提出一种非对称型放大倍率可变凸面光栅成像光学系统。本发明的目的是：通过将同轴形式的离轴三反镜的主镜和三镜由球面变成二次曲面，实现成像光谱仪物象空间放大倍率的范围为-1.3≤β≤-0.7，从而使星载或者机载成像光谱仪具有不同于望远镜的空间分辨率。

本发明的凸面光栅成像光学系统的结构如图1所示，按顺序由二次非球面反射镜2和凸球面反射光栅3，二次非球面反射镜4构成的成像光学系统，其特征在于：将传统的两个对称式凹球面反射镜更换为非对称二次非球面反射镜，并使成像光谱仪的放大倍率可变。

来自物方的光束1经过二次非球面凹面反射镜2，射向凸面反射光栅3，再由二次非球面反射镜4反射，会聚于像平面。

所说的放大倍率可变的凸面光栅成像光谱仪必须满足以下要求：

1.狭缝1到二次非球面凹面反射镜2之间的距离d1与二次非球面凹面反射镜4到像面距离d4之比约为成像光谱仪的放大率。

2.所说的二次非球面凹面反射镜2和反射镜4为二次非球面。

本发明的光学系统最大的特点就是成像光谱仪的放大倍率可变。并且成像光谱仪仍为同轴结构。从而保证系统的装调难度没有提高。

附图说明

图1为非对称型放大倍率可变凸面光栅成像光学系统结构图，其中：d1为物面1与凹面反射镜2之间距离；d2为凹面反射镜2与凸面光栅3之间距离；d3为凸面光栅3与凹面反射镜4之间距离；d4为凹面反射镜4与像面之间距离；d5为物面离轴量；d6为像面离轴量。

具体实施方法

实施例1：

按本发明中附图1所示的光学系统结构，我们设计了一成像光谱仪，光谱仪的技术指标如下：

工作波段：1.0μm～2.5μm

系统F数：F/3.0

物方狭缝长度：18mm

光谱分辨率：390nm/mm

成像光谱仪垂轴放大倍率：-0.7。

系统具体结构参数附后，系统各波长光学传递函数在17线对/毫米处大于0.70。

实施例2：

按本发明中附图1所示的光学系统结构，我们设计了一成像光谱仪，光谱仪的技术指标如下：

工作波段：1.0μm～2.5μm

系统F数：F/4.0

物方狭缝长度：15mm

光谱分辨率：390nm/mm

成像光谱仪垂轴放大倍率：-1.3。

系统具体结构参数附后，系统各波长光学传递函数在17线对/毫米处大于0.70。