[发明专利]一种高光谱成像光学系统

说明书

本发明公开了一种高光谱成像光学系统，所述系统包括前置望远物镜系统、平板玻璃交错双狭缝、曲面棱镜光谱仪系统和面阵探测器，前置望远镜系统构成像方远心光路，光阑位于主镜上；平板玻璃交错双狭缝采用平板玻璃光刻而成；曲面棱镜光谱仪系统采用基于Offner中继结构的曲面棱镜色散型方案；经过平板玻璃交错双狭缝的任意一条光线进入所述曲面棱镜光谱仪系统后按照波长空间分离，分离后的光束再经所述曲面棱镜光谱仪系统的曲面棱镜和球面成像系统处理后将光谱分离的光线成像到所述面阵探测器的靶面。上述系统能够大为降低整体结构复杂性，大大降低色散型光谱成像系统的体积、质量，使结构更加紧凑、轻便，并提高系统的整体性能。

技术领域

本发明涉及光谱仪技术领域，尤其涉及一种高光谱成像光学系统。

背景技术

光谱成像技术以物质的光谱分析理论为基础，将光谱和成像技术相结合，在成像过程中，以纳米级的光谱分辨率，获得地物几十或几百个波段的连续光谱信息，实现了目标空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取形成三维数据立方体。可直接反映出被观测物体的几何影像和理化信息，实现对目标特性的综合探测感知与识别，极大地扩展了遥感探测技术的目标识别、监测能力，具有其它遥感技术不可取代的优势，被广泛应用于资源勘探、环境和灾害监测、刑事物证鉴定等各种领域。与传统的遥感技术相比，高光谱成像技术具有宽的工作谱段范围，谱段数多，这就对高光谱成像光学系统提出了更高的要求，而一般的高光谱成像系统都分为望远物镜和光谱成像系统两个部分，其中光谱成像系统是整个仪器的核心，其分光方式直接影响系统的光机结构复杂性和整个体积质量，按照分光方式的不同高光谱成像仪主要分为棱镜/光栅色散型、干涉成像型等。

干涉型光谱成像技术是在光路中加入了干涉仪，通过干涉采样结果与光谱特性之间的傅立叶变换关系获取光谱信息，具有多通道、高通量的优点，但是普遍对平台姿态稳定性要求高，光学系统由多部分组成，有运动部件，系统复杂，难于小型化轻量化等缺点，因而在遥感上获取成功的例子并不多。

棱镜分光型成像光谱仪主要是利用不同波长在经过棱镜时，由于折射率的不同会产生不同的偏折角。这样经过物镜成像后，各个谱段的光分别汇聚在像面不同的位置，实现了光谱分离，色散型光谱成像技术由于原理简单，不需要经过其他处理，光谱数据能直接获取，因此在遥感平台获得了广泛的应用，现有技术中的色散型高光谱成像仪，单个狭缝放置在准直镜的前焦点上，经准直镜准直成平行光后利用色散元件分光，最后经过成像镜汇聚到探测器靶面，整个光学系统分为三个部分，系统过于复杂。面对新形势下越来越高的分辨率、信噪比以及大幅宽的探测需求，出现了设计狭缝长度越来越长、狭缝数量不再局限唯一的技术难点，而传统准直再成像的色散型成像光谱仪面对超长、多狭缝要求，光谱仪系统很难获得优良的成像质量，且难以降低整体的体积、质量，无法适应当前轻小型、快速、灵活搭载平台的应用需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高光谱成像光学系统，该系统能够大为降低整体结构复杂性，大大降低色散型光谱成像系统的体积、质量，使结构更加紧凑、轻便，并提高系统的整体性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高光谱成像光学系统，所述系统包括前置望远物镜系统、平板玻璃交错双狭缝、曲面棱镜光谱仪系统和面阵探测器，其中：

所述前置望远镜系统构成像方远心光路，光阑位于主镜上；

所述平板玻璃交错双狭缝采用平板玻璃光刻而成，实现大视场双狭缝的空间错位，目标光束经所述前置望远物镜系统处理后进入所述平板玻璃交错双狭缝；

所述曲面棱镜光谱仪系统采用基于Offner中继结构的曲面棱镜色散型方案，具体包括两个凹面反射镜和一个凸面反射镜的球面成像系统，且三个反射镜共圆心，并在Offner凸面光栅光谱仪的基础上，将衍射光栅替换成曲面棱镜；