[发明专利]会聚光分孔径多光谱成像光学系统

说明书

为解决现有分孔径光谱成像光学系统体积较大、视场角较小的问题，本发明提出一种会聚光分孔径多光谱成像光学系统，包括前组成像物镜和透镜阵列；前组成像物镜用于压缩光束、形成会聚光束，消除设计要求谱段范围内的场曲和色差；透镜阵列位于会聚光束中，包括N个镜头，N为大于等于2的整数；N个镜头靠近前组成像物镜的镜面共面，垂直前组成像物镜的光轴；N个镜头上均镀制有谱段不同的滤光膜，形成N个光谱分光模块；相邻光谱分光模块间的间距保证其在探测器上成的像互不干涉；N个光谱分光模块的成像质量均接近衍射极限。本发明省去了目镜，利用前组成像物镜将无穷远平行光压缩为远心会聚光束，减小了透镜阵列体积，整体光学系统体积较小。

技术领域

本发明属于快照型多光谱成像技术领域，涉及一种会聚光分孔径多光谱成像光学系统。

背景技术

光谱成像技术是20世纪80年代出现的一项融合光学、光谱学、电子技术、计算机技术及精密机械于一体的高新科技。由于它能获得被测目标空间和光谱的丰富信息，因此在航空航天遥感、侦察测绘、环境监测、资源勘测等方面具有重要应用价值。

光谱成像遥感将传统图像维与光谱维信息融合为一体，在获取目标空间图像的同时，得到目标的连续光谱信息，从而依据不同的光谱特征来识别不同目标。在光谱影像中每一个物体的每一像元或像元组都包含一个特有的连续光(波)谱，正是这一光(波)谱在经大气校正后可作为识别这一地物的特征参量，可以定量描述观测目标在何时、何地、何种属性、发生了何种变化，因此越来越受到各国重视。

目前光谱成像技术主要有时间推扫型、空间推扫型和不需要推扫的快照型。快照型光谱成像技术是在探测器采集一帧图像的时间内同时获取目标的二维空间信息和一维光谱信息，由于既不需要空间推扫也不需要时间推扫，目前已成为光谱成像技术的研究热点，各种原理的快照型光谱成像技术层出不穷。

由于快照型光谱成像技术的原理不同，其所用的光学系统根据不同原理也有不同的结构型式。对于孔径复用原理的快照型光谱成像技术，其光学系统目前有两类：

一类是直接由多个镜头形成镜头阵列，镜头阵列后端连接的探测器有两种形式，一种是连接一个大面阵探测器，这种结构形式缺点是镜头受限于探测器靶面大小，在一定焦距条件下，其相对孔径只能做很小；另一种是镜头阵列中的每个镜头都接一个探测器，这种结构型式形成相机阵列，整体体积较大，且各相机间的同步、图像匹配技术非常复杂。

另一类光学系统如图1所示，由望远系统与镜头阵列简单串联构成，先利用望远系统对成像光束进行压缩，输出平行光束，再利用由多个透镜103构成的镜头阵列在平行光束中成像至探测器105上；由于望远系统由前置成像物镜101和前置成像目镜102组成，结构复杂、视场较小，且整个光学系统体积较大，因而在对体积有一定要求的应用场合使用受限。

发明内容

为了解决现有分孔径光谱成像光学系统体积较大、视场角较小的技术问题，本发明提出了一种会聚光分孔径多光谱成像光学系统。

本发明的技术解决方案是：

会聚光分孔径多光谱成像光学系统，其特殊之处在于：包括前组成像物镜和透镜阵列；

所述前组成像物镜用于压缩光束、形成会聚光束，消除设计要求谱段范围内的场曲和色差；

透镜阵列位于所述会聚光束中，为整体光学系统的孔径光阑；

所述透镜阵列包括独立的N个镜头，N为大于等于2的整数；所述N个镜头靠近前组成像物镜的镜面共面，且垂直于前组成像物镜的光轴；所述N个镜头上均镀制有滤光膜，各个镜头上的滤光膜谱段不同，形成N个光谱分光模块；

相邻两个光谱分光模块之间有足够的间距，保证其在探测器上所成的像互不干涉；

所述N个光谱分光模块的成像质量均接近衍射极限，这里接近衍射极限指光谱分光模块的MTF不低于整体光学系统MTF衍射极限的95％。