[發(fā)明專利]一種星載成像光譜儀的分光系統(tǒng)及其分光方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710055307.5
• 申請(qǐng)日: 2017-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN106885629A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱嘉誠(chéng);沈?yàn)槊?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于超大幅寬、高空間分辨率、中高光譜分辨率的星載成像光譜儀的分光裝置及其分光方法，屬于光譜成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

上世紀(jì)80年代，隨著對(duì)地觀測(cè)應(yīng)用的發(fā)展需要，成像光譜技術(shù)興起。它是綜合了空間成像技術(shù)和光譜成像技術(shù)的新興領(lǐng)域，極大地拓寬了人們?cè)诤教爝b感領(lǐng)域、農(nóng)林資源探測(cè)、礦物資源與地質(zhì)勘探、軍事偵測(cè)、生物醫(yī)療等方面的應(yīng)用范圍。

成像光譜儀分光裝置結(jié)構(gòu)可分為色散型、干涉型等。傳統(tǒng)的色散型分光裝置結(jié)構(gòu)形式主要有：平面光柵Czerny-Turner型分光裝置、凸面光柵Offner型分光裝置、凹面光柵Dyson型分光裝置等。這些結(jié)構(gòu)在中短狹縫時(shí)能夠很好的滿足儀器指標(biāo)要求，但是對(duì)于需滿足超大幅寬、高空間分辨率要求的長(zhǎng)狹縫系統(tǒng)而言，存在較大像差且光譜圖像易失真。只能采用視場(chǎng)拼接的方式，將長(zhǎng)狹縫系統(tǒng)分為多個(gè)中短狹縫系統(tǒng)拼接而成，拼接后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大。

星載成像光譜儀和機(jī)載成像光譜儀一般對(duì)儀器的重量、體積等幾何物理量要求較高，過大的體積和重量導(dǎo)致儀器的生產(chǎn)、制造、發(fā)射等成本急劇增加，尤其是星載成像光譜儀，對(duì)儀器的重量和體積要求更為嚴(yán)格。

現(xiàn)有文獻(xiàn)所報(bào)道的分光裝置中，多為中短狹縫系統(tǒng)，如文獻(xiàn)“小型Offner光譜成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”（ 鄭玉權(quán). [J].光學(xué)·精密工程, 2005, 13(6): 650.）、“Offner成像光譜儀的設(shè)計(jì)方法”（ 佟亞軍,吳剛,周全,等. [J].光學(xué)學(xué)報(bào), 2010 (4): 1148-1152.）中的傳統(tǒng)凸面光柵Offner裝置，文獻(xiàn)“紅外成像光譜測(cè)量中Dyson光學(xué)系統(tǒng)的研究進(jìn)展”（ 劉玉娟,唐玉國(guó),巴音,等. [J].光譜學(xué)與光譜分析, 2012, 32(2): 548-552.）中的凹面光柵Dyson裝置、“星載車爾尼-特納型成像光譜儀像差校正的研究” （薛慶生,王淑榮,魯鳳芹. [J].光學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 29(1): 35-40.）及中國(guó)發(fā)明專利“.一種柱面消像散光柵色散性成像光譜儀光路結(jié)構(gòu).”（CN 102183304A）中公開的平面光柵Czerny-Turner裝置，它們的狹縫長(zhǎng)度都在30mm以內(nèi)，僅憑單臺(tái)分光系統(tǒng)難以滿足超大幅寬和高空間分辨率的應(yīng)用需求。目前，狹縫長(zhǎng)度超過60mm的分光裝置未見報(bào)道。因此亟需設(shè)計(jì)一種緊湊的非拼接的超長(zhǎng)狹縫分光裝置以滿足遙感應(yīng)用中對(duì)超大幅寬、高空間分辨率的需求。

上世紀(jì)80年代末，Wynne提出在一比一成像的Offner中繼系統(tǒng)中置入彎月形透鏡，可補(bǔ)償大視場(chǎng)成像時(shí)的球差和像散，實(shí)現(xiàn)較好的成像質(zhì)量。在開啟對(duì)Offner型成像光譜儀的研究之后，不少學(xué)者又進(jìn)一步發(fā)展和完善了Offner-Wynne型分光裝置的理論，在成像光譜儀器的應(yīng)用中能夠獲得比傳統(tǒng)Offner裝置更緊湊的結(jié)構(gòu)和更優(yōu)的成像質(zhì)量，如文獻(xiàn)“Compact Offner–Wynne imaging spectrometers”（ Prieto-Blanco X, de la Fuente R. [J]. Optics Communications, 2014, 328: 143-150.）中所闡述。同樣，現(xiàn)有技術(shù)均未涉及用于解決長(zhǎng)狹縫分光系統(tǒng)的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種具有狹縫超長(zhǎng)、成像質(zhì)量良好、光譜分辨率較高、結(jié)構(gòu)緊湊、易于加工裝調(diào)特點(diǎn)，并能滿足超大幅寬、高空間分辨率星載成像光譜儀需求的分光系統(tǒng)及其分光方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的技術(shù)方案是提供一種星載成像光譜儀的分光方法，從長(zhǎng)度為60mm～120mm的狹縫入射的遠(yuǎn)心光線，經(jīng)彎月形透鏡折射和凹球面反射鏡反射后，以會(huì)聚光束的形式入射到凸球面光柵上；所述的會(huì)聚光束經(jīng)凸球面光柵衍射后實(shí)現(xiàn)光譜分光；分光后得到的發(fā)散光束依次通過凹球面反射鏡反射和彎月形透鏡折射，成像于像平面，實(shí)現(xiàn)光譜成像。

本發(fā)明技術(shù)方案還包括一種星載成像光譜儀的分光系統(tǒng)，它的分光裝置采用凸面光柵Offner-Wynne型結(jié)構(gòu)，包括狹縫、彎月形透鏡、凹球面反射鏡）、凸球面光柵和像平面；所述的分光裝置在空間上關(guān)于凸球面光柵的主截面對(duì)稱；從狹縫入射的遠(yuǎn)心光線經(jīng)彎月形透鏡折射、球面反射鏡反射后，光束會(huì)聚入射到凸球面光柵上，發(fā)散光束再依次經(jīng)凹球面反射鏡反射和彎月形透鏡折射，成像于像平面，實(shí)現(xiàn)光譜成像；所述狹縫長(zhǎng)度的取值范圍為60mm～120mm。

在本發(fā)明技術(shù)方案中，凸球面光柵與彎月形透鏡的后表面重合，且曲率相等。

所述凸球面光柵為直線型或曲線型等間距槽光柵。