[发明专利]一种短波红外成像光谱系统

说明书

本发明公开了一种短波红外成像光谱系统，包括前置望远系统、入射狭缝和光谱仪，所述前置望远系统采用透射式同轴结构；光谱仪包括第一曲面棱镜、第一反射镜、第二曲面棱镜、第三曲面棱镜、第二反射镜和像面，其中：第一曲面棱镜和第三曲面棱镜分别放置于光谱仪的两臂上，第二曲面棱镜放置在所述光谱仪的次镜位置，光阑位于第二曲面棱镜的前表面；入射狭缝位于前置望远系统和光谱仪之间，无穷远处的地物经过前置望远系统成像在入射狭缝处；入射狭缝作为光谱仪的物面，发出的光束进入所述光谱仪后成像至像面。该系统结构紧凑、能量高、成本低、装校检测容易，能有效缩短短波红外成像光谱仪光机系统的研制周期。

技术领域

本发明涉及成像光谱仪技术领域，尤其涉及一种短波红外成像光谱系统。

背景技术

短波红外波段的辐射是指波长为1.0～2.5μm的红外辐射，其主要来源有太阳辐射、地物反射、高温物体自身热辐射以及人工辐射光源等。短波红外在军事上可应用于伪装识别、可见-短波红外双波段成像夜视、短波-热红外图像融合夜视、红外成像制导和激光雷达等。短波红外成像光谱仪可以同时获取目标空间维和光谱维的丰富信息，在土地资源调查、海洋环境监测、土壤水分和植被含水量监测、大气成分分析、植被物种探测分析、农作物长势监测和估产及防灾减灾等诸多领域有着极高的应用价值和广泛的应用前景。

现有技术中的短波红外成像光谱仪一般由前置望远镜系统和分光系统组成，其中前置望远系统多采用离轴三反结构形式，离轴三反前置望远系统与透射式前置望远系统相比，设计比较复杂，体积比较大，加工成本高，装校检测比较困难，光机系统研制周期比较长。而分光系统主要分为光栅色散型和棱镜色散型，光栅型光谱仪受衍射效率的限制，系统进入探测器的能量较少，系统的信噪比较低，且光谱级次重叠，鬼像多。

发明内容

本发明的目的是提供一种短波红外成像光谱系统，该系统结构紧凑、能量高、成本低、装校检测容易，能有效缩短短波红外成像光谱仪光机系统的研制周期。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种短波红外成像光谱系统，所述系统包括前置望远系统、入射狭缝和光谱仪，其中：

所述前置望远系统采用透射式同轴结构；

所述光谱仪包括第一曲面棱镜、第一反射镜、第二曲面棱镜、第三曲面棱镜、第二反射镜和像面，其中：

所述第一曲面棱镜和第三曲面棱镜分别放置于所述光谱仪的两臂上，所述第二曲面棱镜放置在所述光谱仪的次镜位置，光阑位于所述第二曲面棱镜的前表面；

所述第一反射镜位于所述第一曲面棱镜的后方，所述第二反射镜位于所述第三曲面棱镜的后方；

所述入射狭缝位于所述前置望远系统和光谱仪之间，无穷远处的地物经过所述前置望远系统成像在所述入射狭缝处；

所述入射狭缝作为所述光谱仪的物面，发出的光束进入所述光谱仪，经所述第一曲面棱镜透射，再由所述第一反射镜反射，再经所述第一曲面棱镜透射后进入所述第二曲面棱镜，经所述第二曲面棱镜透射后由前表面反射再透射，再入射到所述第三曲面棱镜，经所述第三曲面棱镜透射后，再由所述第二反射镜反射，最后再经过一次第三曲面棱镜后色散成像至所述像面。

针对所述光谱仪建立曲面棱镜光谱仪数值模型，并通过该模型获得所述光谱仪内各曲面棱镜与主镜的距离，以及所述光谱仪的结构参数。

在所述系统设计过程中，进一步对短波红外波段1.0～2.5μm和可见光632.8nm单波段的成像质量进行设置，其中：

短波红外波段1.0～2.5μm用于对地物成像，可见光632.8nm单波段用于光谱仪03的装调与检测。

所述光谱仪中的曲面棱镜采用石英材料，利用其在短波红外波段折射率曲线线性特性，实现了光谱分辨率线性。