[发明专利]快照式成像光谱仪消色差消畸变中继成像系统

说明书

快照式成像光谱仪消色差消畸变中继成像系统，涉及快照式成像光谱技术领域，解决现有快照式成像光谱仪中的红外光学系统畸变严重，消色差能力欠缺，体积重量大的问题。沿光路传播方向由左至右依次包括阶梯微反射镜、轻型分束器、轻型补偿板、中继成像镜头、探测器窗片、探测器冷光阑和探测器阵面；本发明采用物方远心光路设计，使用锗和硅两种材料以及光焦度匹配共同实现系统消色差，大视场所对应的像面边缘照度接近90％，在17lp/mm处传函值接近衍射极限，像面畸变小于－0.025％，系统景深满足光谱仪系统要求，设计结果：以不同的阶梯高度成像时，系统的MTF值最大变化不超过0.01，该中继系统实现了100％冷光阑匹配，避免杂散光和冷反射影响，且无渐晕。

技术领域

本发明涉及快照式成像光谱技术领域，具体涉及一种中波红外波段、基于高阶梯多级微反射镜和低阶梯多级微反射镜的快照式成像光谱仪消色差消畸变的中继成像系统。

背景技术

近年来，随着光谱学的不断发展和日趋成熟，光谱成为我们识别物质种类、获取物质信息的常用方法。在许多高新技术领域，如空间体测、资源勘探、环境监控、气象监测等领域中，人们希望在获取物质光谱信息的同时，也能够获取物质的图像信息，这便促进了成像光谱技术的发展。成像光谱是一种同时获取目标的图像信息和光谱信息的手段，图像信息为二维信息，光谱信息为一维信息，成像光谱仪能够获取目标的三维数据立方。目前的成像光谱仪普遍采用面阵探测器来获取二维图像或者一维狭缝像加一维光谱，并通过波长扫描或者狭缝扫描来获取另一维光谱或目标图像。这些光谱仪重量和体积较大，且实时性受到了制约。

基于高阶梯和低阶梯多级微反射镜的快照式傅里叶变换成像光谱仪不含有动镜推扫系统，干涉结构稳定紧凑，且同一时刻获取三维数据立方，实时性好。高阶梯多级微反射镜和低阶梯多级微反射镜正交放置，形成多个阶梯成像单元，每个单元成二维图像，各个单元的采样光程差不同，由此获取一维光谱信息。因此，在后置中继成像系统的设计中，要解决以下问题：在3－5μm的中波红外波段实现消色差；光学结构尽量紧凑减小体积与重量；由于系统视场较大，需保证像面照度的均匀性；光学系统需要高远心度，消除畸变，解决相邻通道之间的图谱串扰问题；中继成像系统的景深需要满足光谱仪的要求，否则图像单元之间成像质量差异较大，会导致重构光谱失真。中继成像系统与探测器间需要满足100％冷光阑匹配，以抑制杂散光和冷反射所造成的鬼像。

发明内容

本发明为解决快照式成像光谱仪现有中继成像光学系统镜片数量多，不利于微小型化；边缘视场成像照度低；远心度低导致畸变严重，造成图谱串扰；景深不满足最高阶梯高度像面成像要求等问题，提供了一种快照式成像光谱仪消色差消畸变中继成像系统。

快照式成像光谱仪消色差消畸变中继成像系统，工作波段为3－5μm，按照光路走向从物侧到像侧依次为阶梯微反射镜、轻型分束器和轻型补偿板、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、探测器窗片、探测器冷光阑、探测器阵面；其中镜筒和第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜共同构成中继成像镜头。

所述镜筒的材料为铝，镜筒包括镜筒壁、第一垫圈、第二垫圈、隔圈、第三垫圈，镜筒内壁进行黑化表面处理，以抑制杂散光影响。

进一步地，第一垫圈位于第一透镜前，与第一透镜紧密接触；第三垫圈位于第二透镜前，与第二透镜紧密接触；隔圈位于第三透镜与第四透镜之间，隔圈前端与第三透镜紧密接触，隔圈后端与第四透镜紧密接触；第三垫圈位于隔圈与第四透镜后，与隔圈与第四透镜紧密接触。

第一透镜是屈光度为正的正弯月形透镜，材料为硅，弯向像方；第二透镜是屈光度为负的负弯月形透镜，材料为锗，弯向物方；第三透镜是屈光度为正的正弯月形透镜，材料为硅，弯向物方；第四透镜是屈光度为正的正弯月形透镜，材料为硅，弯向像方；