[发明专利]平像场成像光谱仪的分光成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像光谱仪的分光成像系统，特别涉及一种用于机载或星载的大相对孔径平像场Offner型成像光谱仪的分光成像系统。

背景技术

成像光谱仪将成像技术和光谱技术有机的结合在一起，做到图谱合一，通过获取目标的两维空间信息和一维光谱信息来实现对物体形态和光谱特性的获取，可用来识别物体的类型，鉴别物质成分等。自20世纪70年代成像光谱仪的概念提出以来，其得到了快速的展。在土地资源调查、农业、林业和环境监测等遥感领域有着广泛的应用。

Offner型成像光谱仪，具有结构紧凑、固有像差小等优点，能有效的克服传统的平面和凹面光栅成像光谱仪光能利用率不高的缺点，可获得好的成像质量，实现高的分辨率。该系统一经提出就受到各国的重视，成为研究的热点，并已被成功地用于国外多颗遥感器。

目前，已有的报导中所介绍的Offner型成像光谱仪，如John Fisher、X. Prieto-Blanco等人报导的设计结果，多采用离轴三反射结构，即主镜、光栅、三镜为三块独立的元件，来获得大的相对孔径，该类系统加工和装调较为困难，反射镜微小的倾斜和偏心都会给系统的像质带来严重的影响，且其加工和装调周期较长。该系统在设计时，多基于罗兰圆结构，而当系统满足罗兰圆成像条件时其像面为曲面，而与实际中所采用的平面探测器相矛盾。

因此，研制结构简单、相对口径大、光谱分辨率高、稳定性高、成本低的平场Offner成像光谱仪是十分迫切的，并具有广泛的应用前景的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单，易于加工及安装调试，稳定性高，成像质量良好的一种平像场成像光谱仪的分光成像系统。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种平像场成像光谱仪的分光成像系统，它基于Offner中继反射系统，包括一块凹面镜和一块凸面光栅，所述的凸面光栅为等间距的直线槽光栅，它与凹面镜共轴同心；该系统的相对孔径F的取值范围为1/3≤F≤1/2；相对于系统的焦距归一化后，凹面镜的曲率半径R₁的取值范围为-0.10≤R₁≤-0.15，凸面光栅的曲率半径R₂的取值范围为-0.05≤R₂≤-0.10；系统相对孔径大，满足物、像方远心。

本发明所述的凹面反射镜和凸面光栅的顶点均位于光轴上；凸面光栅的光栅常数为每毫米20～65线对。

系统的物平面入射狭缝和光谱成像面均位于系统的弧矢平场曲线上；所述的弧矢平场曲线为通过凹面镜和凸面光栅的公共曲率中心且垂直于光轴的直线。

与现有技术相比，本发明的特点在于：光学系统相对孔径大，可实现高的空间和光谱分辨率；具有平场特性，符合平面探测器的要求；采用共轴同心结构，几何像差小，安装与调试容易；系统满足物、像方远心，像面照度均匀，成像质量好；同时，系统采用全球面元件，结构简单，稳定性高，且易于加工，可大大降低生产成本，适合批量生产。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种平像场成像光谱仪的分光成像系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种平像场成像光谱仪的分光成像系统结构的左视图；

图3是本发明实施例提供的一种平像场成像光谱仪的分光成像系统的光路示意图；

图4是本发明实施例提供的一种平像场成像光谱仪的分光成像系统的光线追迹点列图；

图5是本发明实施例提供的一种平像场成像光谱仪的分光成像系统的网格畸变图；

图6是本发明实施例提供的一种平像场成像光谱仪的分光成像系统的能量集中度曲线图；

图7是本发明实施例提供的一种平像场成像光谱仪的分光成像系统在接收器件表面上的相对辐照度分布曲线图；

图8是本发明实施例提供的一种平像场成像光谱仪的分光成像系统的调制传递函数曲线。

图中： 1、凹面反射镜；2、凸面光栅；3、系统弧矢平场曲线；4、系统的子午聚焦曲线；5、入射狭缝；6、像平面位置；7、凹面镜的罗兰圆；8、凸面光栅的罗兰圆；9、光轴（即对称轴）；10、入射主光线；11、12和13、分别为不同波长的成像光束在像方的主光线，点C为凹面镜和光栅的曲率中心。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方案作进一步的阐述。

本实施例的技术方案是提供一种平像场成像光谱仪的分光成像系统，系统的F数为F/# =2.5，工作波长在1.0μm～2.5μm的短波红外波段。