[发明专利]弯曲狭缝成像光谱仪

说明书

本发明涉及光谱成像技术领域，涉及一种弯曲狭缝成像光谱仪。本发明通过光纤传像束将前置物镜的直像面传递至弯曲狭缝，不需要前置物镜成弯曲像面与分光装置直接对接，降低了系统复杂程度，同时前置物镜与分光装置结构简单；通过圆弧或近圆弧形的弯曲狭缝，与Offner型分光装置最佳成像圆匹配，实现超长狭缝，沿弧线方向的狭缝可比经典Offner型分光装置的直狭缝增长5～10倍，在体积紧凑的情况下狭缝长度能够突破100mm；同时在不同视场具有一致的光谱响应函数，成像质量优，适用于宽幅、高空间分辨率、中高光谱分辨率的高光谱遥感。

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，涉及一种弯曲狭缝成像光谱仪。

背景技术

上世纪80年代，随着对地观测应用的发展需要，成像光谱技术兴起。它是综合了空间成像技术和光谱成像技术的新兴领域，极大地拓宽了人们在航天遥感领域、农林资源探测、矿物资源与地质勘探、军事侦测、生物医疗等方面的应用范围。

成像光谱仪由前置物镜和分光装置构成，可分为色散型、干涉型等。传统的色散型成像光谱仪由前置物镜直接成像至狭缝，狭缝是分光装置物面，经过狭缝的光线再由分光装置分光成像。现有结构在直狭缝长度较短时能够很好的满足仪器指标要求，但是对于需满足宽幅、高空间分辨率要求的长狭缝系统而言，存在较大像差且光谱图像易失真。

为实现宽幅，通常采用视场拼接的方式，将长狭缝系统分为多个中短狭缝系统拼接而成，但拼接后的系统结构复杂，体积庞大。而星载成像光谱仪一般对仪器的重量、体积等几何物理量要求较高，过大的体积和重量导致仪器的生产、制造、发射等成本急剧增加。

现有的成像光谱仪中，多为中短狭缝系统，均采用直狭缝，狭缝长度都在30mm以内，狭缝长度的增加会使光学系统像差迅速增大，仅凭单台分光系统难以满足宽幅和高空间分辨率的应用需求，狭缝长度超过100mm的成像光谱仪鲜有报道。上世纪80年代末，Wynne提出在一比一成像的Offner中继系统中引入弯月形透镜，可补偿长狭缝时的球差和像散，实现较好的成像质量。在开启对Offner型成像光谱仪的研究之后，不少学者又进一步发展和完善了Offner-Wynne型成像光谱仪的理论，它能够获得比经典Offner分光装置长的狭缝。但弯月镜的引入带来的新问题是，在弯月镜表面制作光栅成本高；弯月镜表面入射角大，会使成像光谱仪产生偏振。因此亟需提出一种结构简单、体积紧凑、狭缝长的成像光谱仪以满足航天遥感应用中对宽幅、高空间分辨率的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种同时具备狭缝长、结构简单、体积紧凑、成像质量优等特点的弯曲狭缝成像光谱仪光学系统，适用于宽幅、高空间分辨率、中高光谱分辨率的高光谱遥感。

为了解决上述技术问题，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种弯曲狭缝成像光谱仪，包括前置物镜、光纤传像束、弯曲狭缝、Offner型分光装置、焦平面探测器；

前置物镜对目标场景成像，光纤传像束将前置物镜所成直线形像传递至弯曲狭缝，所述弯曲狭缝形状为圆弧或近圆弧形，光线经弯曲狭缝进入Offner型分光装置，由Offner型分光装置分光成像至焦平面探测器上。

优选的，所述前置物镜为透射式物镜、反射式物镜或折反式物镜。

优选的，所述Offner型分光装置包括凹球面反射镜和凸球面光栅，所述凹球面反射镜和凸球面光栅同轴设置，从弯曲狭缝入射的光线经球面反射镜反射后，光线以会聚光束入射到所述凸球面光栅上进行光谱分光，再由所述凹球面反射镜将分光后的光纤成像至焦平面探测器完成光谱成像。

优选的，所述光纤传像束入射端面排列为直线形，与前置物镜所成像重合，所述光纤传像束出射端面排列为圆弧形，与弯曲狭缝重合。

优选的，所述弯曲狭缝在与Offner型分光装置的最佳成像圆视场重合或在其附近，所述弯曲狭缝的圆弧圆心设置在所述Offner型分光装置的光轴上或光轴附近。