[发明专利]一种高光谱成像仪的离轴三反短焦前置物镜系统

说明书

本发明提供一种高光谱成像仪的离轴三反短焦前置物镜系统，解决现有大相对孔径前置成像物镜，存在对镜片支撑稳定性差，体积较大，镜片自由度调整较为单一的问题。该系统包括支撑底板以及设在支撑底板上的主镜组件、次镜组件、三镜组件、折轴镜组件、滤光片组件；主镜组件包括设在支撑底板上的主镜支撑座和安装在主镜支撑座上的主反射镜；次镜组件包括设在支撑底板上的次镜支撑座和安装在次镜支撑座上的次反射镜；三镜组件包括设在支撑底板上的三镜支撑座和安装在三镜支撑座上的第三反射镜；主镜支撑座给主反射镜提供可靠的机械支撑，同时可实现主反射镜多自由度的调整，三镜支撑座与主镜支撑座结构相同。

技术领域

本发明涉及一种物镜系统，具体涉及一种高光谱成像仪的离轴三反短焦前置物镜系统。

背景技术

高光谱成像仪是依靠获取物体二维空间位置信息和一维光谱信息，来实现对物体形态的成像和获取物体的光谱特性。其具有光谱分辨率高、波段多、图像与光谱相结合等优点，故可以用来研究地表物体，识别物体类型，鉴别物质成分等，使得其受到极大重视，并在遥感等领域得到了广泛的应用。

高光谱成像仪光学系统一般由前置成像物镜、准直物镜、分光系统、成像物镜和探测器构成。前置成像物镜把地面目标物成像到分光系统的入射狭缝上，经过分光系统的分光，把一维的光谱信息分开，经过成像物镜，把各个波段的狭缝像成像到探测器上，获得目标物体空间信息和光谱信息。前置成像物镜在系统中承担着把地面目标成像到准直-分光-成像系统物面上的作用。

前置成像物镜是高光谱成像仪实现超宽视场的关键元件，其结构型式可分为以下三类：折射式、折反式和反射式。前两种结构型式由于含有透射材料，不太适用于宽波段系统，优先考虑反射式结构，反射式结构系统不产生色差、热抗性好、宜于轻量化，且可通过利用非球面或自由曲面来校正像差，使系统结构简单，像质优良。两反射镜、三反射镜以及多反射镜系统均可实现超宽视场设计。由于光学系统要求视场很大，一般的两反射镜光学系统轴外点成像质量较差。而近年来兴起的自由曲面光学元件，可为两反射镜光学系统带来更多的设计自由度，有效提高系统成像质量。

前置成像物镜的发展与光谱成像技术的发展息息相关，高光谱成像仪为了获得更多的能量，从而提高其光谱分辨率和空间分辨率，要求不断提高其相对孔径。与此同时，为了使系统的像差小和结构紧凑，更多地进行研究和开发基于Offner中继系统的高光谱成像仪。

Offner高光谱成像系统具有对称性、结构紧凑、像质好、畸变低等优点。狭缝的宽度决定着系统的光谱分辨率；狭缝越窄，系统的光谱分辨率越高，但此时进入狭缝的能量减弱，要求必须提高探测器响应灵敏度，这将使探测器的成本上升。在这种情况下，增大系统的数值孔径是提高系统能量收集能力、降低探测器成本的有效办法，设计人员期望提高Offner型光谱成像仪的数值孔径。但是仅提高超光谱成像系统的数值孔径并不能完全解决问题，还必须提高与之相匹配的前置成像物镜的数值孔径，才能达到真正目的。某喷气推进实验室在未来狭缝型超光谱成像仪发展趋势的调查报告中，列出了很多关键技术，其中发展大相对孔径的前置成像物镜是重点之一。因此，发展大相对孔径的前置成像物镜已成为狭缝型超光谱成像仪发展的必要条件，对其深入研究具有重要意义。

大相对孔径的前置成像物镜为离轴三反系统，目前对于镜片支撑主要采用单一的背部或径向固定支撑，或者设计复杂的柔节结构实现转接固定支撑，但对于大相对孔径镜片的支撑，采用单一的背部或径向固定支撑，稳定性差；采用复杂的柔节结构实现转接固定支撑，使得前置成像物镜体积较大和装配过程复杂；以及镜片的自由度调整较为单一。

发明内容

为了解决现有大相对孔径的前置成像物镜，存在对镜片的支撑稳定性差，或者前置成像物镜体积较大，以及镜片自由度调整较为单一的技术问题，本发明提供了一种高光谱成像仪的离轴三反短焦前置物镜系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：