[实用新型]双入射狭缝高分辨率成像光谱系统

说明书

技术领域

本专利涉及一种双缝入射成像光谱系统，特别涉及一种可以用于地面望远镜系统、星载、机载的光谱成像仪的高分辨率、高像质、长狭缝、快速重访时间的光学系统设计。

背景技术

光谱成像仪于20世纪80年代在多光谱遥感成像技术基础上发展起来，能够以高光谱分辨率获取景物和目标的超多谱段图像，在大气、海洋和陆地观测中有着广泛的应用。光谱成像仪是成像技术和光谱技术的有机结合，通过在连续成像空间上进行连续光谱测量对目标进行“定性、定量、定时、定位”分析和动态过程检测，实现了获得物体空间信息的同时可以得到目标的光谱信息。

光谱成像系统中的分光模式有色散型和干涉型，色散型所使用的色散元件主要有：色散棱镜、干涉滤光片、平面闪耀光栅等。棱镜分光光谱成像仪会形成谱线弯曲；干涉分光光谱成像仪的力学、热学稳定性对干涉谱的准确性影响较大，而且在轨光谱定标难度大。因此光栅色散成像光谱仪比棱镜、滤波器、干涉型等其他类型成像光谱仪具有显著优点。传统光栅色散型成像光谱仪的主要限制因素是当系统孔径大时，会产生较大的光学畸变、高衍射级次的杂散光等，严重影响了光谱纯度并限制了后期数据处理算法的精确度。凹面光栅因小巧紧凑常用于便携式光谱仪，凸面光栅光谱仪因其对称结构、全反射式和像场大等优点较多应用于航天高分辨率高光谱成像系统中。

1987年D.Kwo首次提出了基于Offner同心分光结构的凸面光栅成像光谱仪，该系统以凸面光栅为色散元件，结构简单、易实现大孔径。这种设计保证所有第三级像差为零，仅存在第五级像散。1999年，M.P.Chrisp对系统进行了改进，显著提高了凸面光栅成像光谱仪的成像质量。与传统成像光谱仪相比，基于 Offner结构的凸面光栅成像光谱仪具有大孔径、低光学畸变、结构简单、易于实现小型化的特性，降低了成像光谱仪的设计难度和后端数据处理的复杂度，提高了成像光谱分析的准确度。美国NRL开发的一种高效推扫式高光谱成像仪 PHILIS，所用光谱仪为HyperSpec^TMVM～15，波段为400～1000nm，地面采样率为25m和130m，焦距为180mm。采用Offner结构，选用1024×1024背照式CCD，光谱成像只利用了1024×512像元，每个像元分辨1.13nm光谱。

在推扫成像光谱仪中，为了在保证信噪比的条件下实现高分辨率和快速的重访时间，往往需要较大的系统，以及更昂贵的费用。而在光纤成像光谱仪中，在保证各项性能指标不变的基础上，扩大视场也必然会增加系统的体积以及费用。

因此，当前各成像光谱仪难以同时满足高光谱分辨率、高像质、快速重访时间、较低成本以及空间系统高集成化。

发明内容

针对望远镜系统要求的高分辨率、高像质、长狭缝、快速重访时间，以及空间系统中高集成化的应用背景，本专利公开一种双缝offner式成像光谱系统，以便解决上述相关问题。

本专利通过以下技术方案实现：

系统包括双入射狭缝1、凹面反射主镜2、凸面反射光栅3、凹面反射次镜 4、校正透镜5、滤光片6、面阵探测器7，其特征在于：所述的双入射狭缝1 对应两个不同视场，材料为铝合金6061；所述的凹面反射主镜2、次镜3的面型为球面；所述的凸面反射光栅3的面型为球面，系统光阑放在光栅上；所述的校正透镜5为弯月形透镜，材料为熔融石英；所述的面阵探测器7的像元尺寸12um，像元数为6K×6K。

系统具体设计如下：

1、入射狭缝元件的设计

系统入射狭缝元件选用并列双缝设计，双缝尺寸相同，符合系统指标要求。双缝间隔考虑探测器参数、系统光谱分辨率以及系统尺寸，使透过双缝的光束经过分光子系统后，展开的光谱无重叠。

2、分光子系统的设计

系统分光元件选用凸面反射光栅，凸面光栅综合性较佳，色散线性有利于定量化应用；闪耀波长选择与探测器响应、太阳光谱辐照度匹配设计可以获得较好的探测灵敏度一致性；反射式结构比较容易实现焦面稳定性和辐射光谱稳定性，适合于空间环境应用。凸面光栅光谱仪因其对称结构、全反射式和像场大等优点较多应用于航天高分辨率高光谱成像系统中。