[實用新型]一種用于高分辨率寬視場的推帚式光譜成像儀光學系統

有效

• 申請號: 201320142468.5
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN203249692U
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 姚波;袁立銀;舒嶸;亓洪興;呂剛;何志平;陳爽;況耀武
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G02B17/06;G02B27/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本專利涉及一種超光譜成像儀實現高分辨率及寬視場的改進設計，特別是關于一種用于星載、機載推帚式超光譜成像儀的高分辨率、寬視場光學系統設計。

背景技術

高光譜成像儀是20世紀80年代開始在多光譜遙感成像技術的基礎上發展起來的新一代空間光學遙感儀器，它是遙感技術的進步和發展，能夠以高光譜分辨力獲取景物和目標的超多譜段圖像，在陸地、大氣和海洋觀測中正在得到廣泛的應用.

推帚式高光譜成像儀在獲取地物目標空間信息的同時，提供光譜維信息。通過物質特有的光譜特征揭示物質的存在狀況以及成分，達到從空間識別地球表面物質的遙感目標。其工作原理是：地物輻射經主光學鏡頭會聚，成像在狹縫平面上，入射狹縫使一個穿軌方向地物條帶的像通過，其它部分被擋掉。通過狹縫（視場光闌）的像發出的光線經過分光系統，在垂直條帶方向按光譜色散并成像在CCD光敏面上。光敏面的水平方向平行于狹縫，稱空間維，每一行水平光敏面元上是地物條帶一個光譜通道的像；光敏面的垂直方向是色散方向，稱光譜維，每一列光敏面元上是地物條帶一個空間采樣視場（像元）光譜色散的像。

推帚式高光譜成像儀的工作波段寬、分辨率高，一般覆蓋0．4～2．5μm，地面像元分辨力從幾米至幾十米，光譜分辨力從幾納米至幾十納米。目前國際上具有代表性的高光譜成像儀有美國TRW公司研制的Hyperion，視場0．624°，刈幅寬度7．5km；美國海軍NEMO衛星的主載荷COIS，視場2.5°，刈幅寬度30km；英國Sira公司研制的CHRIS，視場角0．553°，刈幅寬度13km。這些高光譜成像儀載荷在空間遙感中發揮了重要作用，但是，其缺點是視場角較小，刈幅寬度小，分辨力高。隨著空間遙感應用的不斷深入，對高光譜成像儀的要求也越來越高，要求在大視場的條件下獲得高分辨力，因為視場越大則刈幅寬度越大，儀器的回訪周期就越小；分辨力越高，可在多項應用中提供更加豐富的數據和研究方法。因此大視場、高分辨率星載/機載高光譜成像儀成為空間遙感的迫切需求，而現有的小視場成像光譜儀不能滿足要求。

推帚式高光譜成像儀光學系統由望遠系統和光譜成像系統組成。對于傳統的望遠系統設計，有折射系統和反射系統2種選擇，其中折射系統需要采用特殊的材料和結構來消除二級光譜色差，反射系統不產生色差，孔徑、焦距都可以做得很大，且宜于輕量化．現有的兩反系統雖然結構形式簡單，但系統自變量少，只有軸上點成像符合理想，視場不能做得很大．不能滿足大視場、大相對孔徑的要求．在三反系統中，同軸三反射系統雖然結構比較簡單，但成像質量受次鏡的遮攔影響較大，輻射利用率也不高，降低了光學系統的分辨率，一方面不能有很大的視場，另一方面還要增加口徑來保證有一定的接收輻射能量；光譜成像系統的光學設計主要涉及的是分光系統的設計，目前主要的光譜分光方法有棱鏡分光、光柵分光、傅立葉變換、聲光可調諧濾光片、液晶可調諧濾光片、漸變濾光片等。棱鏡和光柵分光技術出現較早、技術比較成熟，絕大多數航空和航天成像光譜儀均采用了此類分光技術，采用棱鏡分光的缺點在于線色散率和波長有關，將導致面陣CCD每行光譜采樣的間隔不一樣，不利于通道帶寬編程選擇；采用光柵分光方式，在入射角度很大的情況下，其光譜的線色散率與波長無關，能滿足分光系統線色散率為定值的要求，并且具有比棱鏡更高的光譜分辨率。但是在傳統的透射光柵中，衍射圖樣無色散的零級主極大占有總光能的很大一部分，光能分散在各級光譜中，致使衍射效率低。

發明內容

綜上所述，如何克服已有技術由于光學系統的視場限制、成像質量的影響以及色散器件制造的難度，而導致的當前成像光譜儀視場小，分辨率不高的缺陷，乃是本專利所要解決的技術問題。因此，本專利的目的在于提供一種高分辨率、寬視場的光學系統設計，以便解決推帚式高光譜成像儀的上述相關問題。

本專利的技術解決思路如下：

系統包括指向鏡1、離軸三反射鏡望遠物鏡2、折轉鏡3、準直鏡4、狹縫5、分色鏡6、可見近紅外PGP成像光譜儀7和短波紅外PGP成像光譜儀8；來自條帶型地表目標的輻射經指向鏡1進入離軸三反射鏡望遠物鏡2，成像在置于望遠物鏡焦面上的狹縫5上，通過狹縫5的連續光譜輻射，由準直鏡4準直之后，經折轉鏡折轉到望遠物鏡的后方由分色鏡6分光成可見近紅外和短波紅外兩個通道的光譜輻射，兩個通道的光譜輻射分別進入可見近紅外PGP成像光譜儀7和短波紅外PGP成像光譜儀8實現成像。

系統具體設計如下：

1、望遠物鏡的設計