[发明专利]一种用于成像光谱仪的大视场大相对孔径前置物镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于成像光谱仪的大视场大相对孔径前置物镜，特别涉及一种采用同轴透射结构的、工作于短波红外波段的大视场大相对孔径前置成像物镜。

背景技术

成像光谱技术是成像技术和分光技术的有机结合，在对目标物进行两维光学成像的同时，可获取其光谱信息，成为航空、航天遥感领域获取目标信息的重要手段。近年来，随着大面阵平面探测器技术的不断提高，成像光谱技术日趋成熟，向着大视场和高分辨率的方向发展。

成像光谱仪的工作原理参见附图1，成像光谱仪主要由前置物镜、分光成像光学系统、探测器及电子电路、计算机数据处理等构成。前置物镜用于捕捉感兴趣的目标，对目标物成像，将目标物的空间像成到其像平面上，其像平面即为分光成像系统的物平面，目标物的像进入分光成像系统，分光成像系统再将不同波长的光谱像成到探测器的光敏面上，经探测器电子电路接收并传送给计算机，通过软件处理，可输出用户需要的光谱图像数据。

成像光谱仪的性能与其前置物镜密切相关，成像光谱仪的发展对其前置物镜的性能指标提出了更高的要求。首先要求前置物镜有与之相匹配的大视场和大相对孔径；第二是适用于宽波段。普通的成像物镜难以在满足大视场大相对孔径要求的同时，实现在宽波段内的消色差。一般的透射系统受材料的限制，很难实现在宽波段内消色差，成像性能难以满足成像光谱仪的要求。文献报道，美国Navy EarthMap Observer(NEMO)卫星上搭载的海洋成像光谱仪（COIS），采用了离轴三反射式光学系统作为前置物镜。然而，全反射式的系统很难实现大视场，通常适用于线视场，需经过推扫实现宽的覆盖；同时，为避免中心遮拦，一般采用离轴结构，这种系统装调难度大，稳定性难以保障。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单紧凑、适用波段宽、成像性能优、稳定性好的用于短波红外成像光谱仪的大视场、大相对孔径的透射式前置物镜。

本发明所采用的技术方案是：一种用于成像光谱仪的大视场大相对孔径前置物镜，它为透射式光学系统，工作波段为短波红外波段；其光学系统的结构为同轴结构，包括一块正透镜和三组双胶合透镜，沿光线入射方向，依次为球面正透镜，第一组双胶合透镜的负透镜、正透镜，第二组双胶合透镜的正透镜、负透镜，和第三组双胶合透镜的正透镜、负透镜；该前置物镜的光栏位于第一组双胶合透镜和第二组双胶合透镜之间，两透镜组都弯向光栏；球面正透镜和第三组双胶合透镜分别与第一组双胶合透镜和第二组双胶合透镜背向而置；各透镜的焦距依次对应为f₁、f₂₁、f₂₂、f₃₁、f₃₂、f₄₁和f₄₂；相对前置物镜镜头焦距f的归一化值分别对应为2.0≤f’₁≤3.0、0.5≤f’₂₁≤1.0、0.2≤f’₂₂≤0.5、0.2≤f’₃₁≤0.5、0.5≤f’₃₂≤1.0、0.5≤f’₄₁≤1.0和0.5≤f’₄₂≤1.0；第一组双胶合透镜的正透镜的后表面为非球面，其二次非球面系数                                                满足条件 -4.0≤≤-2.5。