[发明专利]一种双波段凸面光栅成像光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件、系统，具体是指一种双波段凸面光栅成像光谱仪，它用于机载或星载超光谱对地观察中。

背景技术

在航空航天遥感应用中，需获取地物的多谱段成像，一般采用望远镜后分视场或者分色装置，然后使用多个成像光谱仪。若同时需要可见近红外与短波0.4μm～2.5μm光谱成像时，则在望远镜后需要两个成像光谱仪组件，分别获取0.4μm～1.0μm谱段与1.0μm～2.5μm谱段的光谱成像，造成系统复杂，体积重量增大等问题。

发明内容

本发明的目的提供一种双波段凸面光栅成像光谱仪，来解决现有技术中需用两个成像光谱仪来实现双波段超光谱成像的技术问题。

本发明提出的一种双波段凸面光栅成像光谱仪的光学系统在可见近红外(0.4μm～0.95μm)波段使用凸面反射光栅的二级衍射光谱，在短波红外(1.0μm～2.5μm)波段使用凸面反射光栅的一级衍射光谱，在像面前加上一分色片来将不同波段的光谱分开。在可见近红外的像面处用CCD光探测器来接收，短波红外的像面处用红外焦平面器件(如InGaAs)接收。光谱仪的光学系统如附图1所示，从狭缝1发出带有地物信息的光束经被凹球面反射镜2反射至凸面反射光栅3，凸面反射光栅3将带有地物信息的光束色散后反射回凹球面反射镜2，被色散后的光束中的可见近红外波段的二级衍射光谱部分最终由凹球面反射镜2成像并通过分色片4反射成像至可见近红外像面5，被色散后的光束中的短波红外波段一级衍射光谱部分最终由凹球面反射镜2成像并通过分色片4透射成像至短波红外像面6，为提高成像质量，分色片4的的后透射表面沿弧失方向(垂直于光轴)旋转，有一小的楔角，对像散进行校正。

本发明的优点在于：光谱仪的结构简单，可以同时实现可见近红外和短波红外两个波段的光谱成像，有利于简化超光谱成像系统的结构，降低机载或星载光谱成像系统有效载荷的重量。

附图说明

图1为双谱段凸面光栅成像光学系统结构图，其中：1-狭缝，2-凹球面反射镜，3-凸面反射光栅，4-分色片，5-可见近红外像面，6-短波红外像面，d1为物面1与凹球面反射镜2之间距离；d2为凹球面反射镜2与凸面反射光栅3之间距离；d3为凸面光栅3与分色片4之间距离；d4分色片4的离轴量；d5为分色片4与像面5之间距离；d6为分色片4厚度；d7为分色片4与像面6之间距离；d8为狭缝1与光轴的离轴量；d9为像面6与光轴的离轴量。

具体实施方法

按本发明中附图1所示的光学系统结构，我们设计了一双波段成像光谱仪，光谱仪的技术指标如下：

工作波段：可见近红外(VIS&NIR)：0.4μm～0.95μm；

短波红外(SWIR)：1.0μm～2.5μm；

系统F数：F/3.0；

物方狭缝长度：20mm；

光谱分辨率：可见近红外(VIS&NIR)：193nm/mm；

短波红外(SWIR)：390nm/mm；

成像光谱仪垂轴放大倍率：1.0；

系统具体结构参数附后，其中分色片4为对可见近红外反射，对短波红外透射。可见近红外光学各谱段传递函数在33.0LP/mm处大于0.70，短波红外各谱段光学传递函数在17.0LP/mm处均大于0.70。