[發明專利]基于像素級濾光片的大視場、低畸變高光譜光學系統

有效

• 申請號: 201910341648.8
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN109884776B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 金光;謝運強;劉春雨;劉帥;王天聰
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B13/06;G02B13/22;G02B1/00
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

基于像素級濾光片的大視場、低畸變高光譜光學系統，解決現有現有系統實現成本高、數據量龐大，結構復雜，無法實現實時觀測等問題，系統包括前組光學系統、像素級濾光片、后組光學系統和接收像面。前組光學系統為一望遠物鏡，包含七塊球面透鏡；像素級濾光片置于前組光學系統像面處進行分光；后組光學系統為一轉像系統，包含六塊透鏡，其中第二片、第四片和第五片透鏡為二次曲面透鏡，其余為球面透鏡；系統孔徑光闌置于前組光學系統第四塊透鏡的前表面。本系統可滿足凝視型高光譜成像和高光譜視頻拍攝，無需復雜的推掃機制，能實現大視場、高像質、超低畸變和高穩定性，適用于高精度航空航天遙感相機。

技術領域

本發明涉及空間光學技術領域，具體涉及一種基于像素級濾光片的大視場、低畸變高光譜光學系統。

背景技術

高光譜遙感圖像是一種高維圖像，包含目標物體的空間信息和光譜信息。由于很多物質的獨有特征往往表現在一些狹窄的光譜范圍內，高光譜遙感可提取目標相應譜段的光譜和空間信息，實現隱蔽目標的識別，因此具有傳統遙感技術不可比擬的優勢，在軍用和民用方面都有很重大的意義，目前已廣泛應用于軍事、地質勘探與地球資源調查、環境與災害監測、農業、測繪及考古等方面，得到世界各國的重視。

目前技術較為成熟且應用較為廣泛的空間遙感高光譜相機的分光方式主要為色散型、干涉型和漸變濾光片型分光方式。其中色散型高光譜相機以棱鏡或光柵為分光元件，原理簡單，但體積質量龐大且依賴飛行平臺推掃，實現成本較高；干涉型高光譜相機雖然分辨率高且圖像無畸變，但數據量龐大，結構復雜，無法實現實時觀測；基于漸變濾光片的高光譜相機結構簡單，但需要推掃成像，對平臺穩定性要求較高且需要飛行速度與TDI CCD電荷轉移速度嚴格匹配，實現成本較高。在此背景下，設計出一種高成像質量且無需推掃成像的凝視型高光譜相機勢在必行。

發明內容

本發明為解決現有系統實現成本高、數據量龐大，結構復雜，無法實現實時觀測等問題，提供一種基于像素級濾光片的大視場、低畸變高光譜光學系統。

基于像素級濾光片的大視場、低畸變高光譜光學系統，包括前組光學系統、像素級濾光片、后組光學系統和接收像面；目標發出的光束經過前組光學系統成像于中間像面處，中間像面處的中間像經過置于所述中間像面處的像素級濾光片分光后繼續經后組光學系統再次成像于接收像面處，所述接收像面處獲得目標的高光譜圖像信息；所述中間像面處設置視場光闌和內遮光罩。

本發明的有益效果：本發明所述的高光譜光學系統，適用于高精度航空航天遙感相機，具體有幾下優點：

1、基于本發明所述光學系統的高光譜遙感相機的成像模式為凝視成像，無需平臺推掃，降低了結構、電子學和后期圖像處理的難度。

2、前組光學系統設計成攝遠物鏡形式，縮短了光學系統總長，用于航天遙感時節約了星上空間，降低整星質量，節約發射成本。

3、本發明由于存在中間像，可在中間像面位置設置視場光闌和內遮光罩，從而有效地消除視場外雜光，降低對外遮光罩長度的要求。

附圖說明

圖1為本發明所述的基于像素級濾光片的大視場、低畸變高光譜光學系統的結構示意圖。

圖2為本發明所述的基于像素級濾光片的大視場、低畸變高光譜光學系統的調制傳遞函數曲線圖。

圖3為本發明所述的基于像素級濾光片的大視場、低畸變高光譜光學系統的畸變曲線圖。

圖4為本發明所述的基于像素級濾光片的大視場、低畸變高光譜光學系統中前組光學系統的結構示意圖。

圖5為前組光學系統的調制傳遞函數曲線圖。

圖6為前組光學系統的畸變曲線圖。

圖7為本發明所述的基于像素級濾光片的大視場、低畸變高光譜光學系統中后組光學系統的結構示意圖。