[發明專利]全波段大相對孔徑Dyson光譜成像系統

在審

• 申請號: 201910403010.2
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110186562A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 盧孝強;李西杰;鄒純博
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/12
• 分類號: G01J3/12;G01J3/14;G01J3/28
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明所述光學系統應用在航天、航空大氣遙感、對地觀測等領域，涉及一種全波段大相對孔徑新型Dyson光譜成像系統，采用離軸三反望遠鏡、分色鏡、像面分光棱鏡、狹縫、新型Dyson光譜儀構成了全波段成像系統。利用離軸望遠鏡接收光能量，分色鏡分光、棱鏡分視場成像，通過狹縫和新型Dyson光譜結構，可實現對可見近紅外、短波紅外、中波紅外、長波紅外全波段光譜成像。該離軸三反望遠鏡可實現方形視場和大相對孔徑成像需求，利用棱鏡分視場成像不僅提高了光能利用率而且可以使不同波段的光譜儀同時掃描凝視成像，大大提高了衛星載荷實現預警、偵查、探測識別效率。

技術領域

本發明屬于光電設備、光譜成像技術領域，涉及一種全波段大相對孔徑新型Dyson光譜成像系統。

背景技術

隨著光譜技術在現代安防偵查、環境監測與保護、文物保護與鑒定、復雜背景下軍事目標偵查與智能識別領域的廣泛應用，同時較高的光譜分辨率既保證了一定的光譜精細程度，且在每個譜段上的能量也具有一定的保障，因此全波段光譜儀成為光譜成像技術發展的熱點。

在此背景下，能夠產生更多的光譜通道和更高的光譜分辨率的全波段大相對孔徑新型Dyson光譜儀應運而生。全波段新型Dyson光譜儀在定時、定位測量的同時，還具有定性測量和定量分析的功能，在物質檢測、目標識別、過程檢控、成份分析等方面具有獨特的優勢，使測量方式從幾何測量向幾何屬性測量跨越發展。并且光譜成像技術通過光譜信息的判別，可以從光譜維的異常上智能識別出復雜背景下的軍事目標，大大提高了光學儀器對目標的探測識別跟蹤精度。

目前光譜儀的成像波段范圍基本集中在可見近紅外范圍內(0.4～0.9um)、且主要利用的是離軸三反望遠鏡系統和offner光譜儀組成，當成像視場為方型視場時，普通的離軸三反望遠鏡系統不能滿足需求，且offner光譜儀也是采用離軸反射系統設計原理，導致系統有非常大的離軸像差無法校正，影響光譜儀的光譜分辨率。且傳統的光譜儀很難實現多個光譜通道對同一目標的探測或者識別。

發明內容

為了解決在方形大視場時，離軸三反望遠鏡系統不能接收目標光譜、光譜儀光譜分辨率低的問題以及同時解決多個光譜通道對同一目標難以實時色散成像的技術難題，本發明提供了一種全波段大相對孔徑新型Dyson光譜成像系統，利用自由曲面對離軸望遠鏡進行視場角的拓展，并提出物面-像面分離的設計思想，對Dyson光譜儀成像系統進行改進和優化。該光譜成像系統不僅實現了大視場偵查探測、大相對孔徑、高分辨率光譜成像的目的，而且可以實現多個譜段對同一目標同時色散成像。

本發明的技術解決方案是提供全波段大相對孔徑Dyson光譜成像系統，其特殊之處在于：包括前置離軸三反望遠系統、分色鏡、第一分視場棱鏡、可見近紅外Dyson光譜儀、短波紅外Dyson光譜儀、第二分視場棱鏡、中波紅外Dyson光譜儀及長波紅外Dyson光譜儀；

所述前置離軸三反望遠系統包括沿光路依次設置的傾斜偏心入瞳、離軸主反射鏡、離軸次反射鏡及離軸三反射鏡，所述離軸次反射鏡為凸面自由曲面反射鏡；

物體目標的光譜信息依次經過傾斜偏心入瞳、離軸主反射鏡、離軸次反射鏡及離軸三反射鏡的反射后進入分色鏡；所述分色鏡將入射的全波段光束分為兩路，其中第一路光束包括可見近紅外光與短波紅外光，第二路光束包括中波紅外光和長波紅外光；

所述第一路光束入射至第一分視場棱鏡，第一分視場棱鏡將第一路光束分為可見近紅外光與短波紅外光，可見近紅外光與短波紅外光分別進入可見近紅外Dyson光譜儀與短波紅外Dyson光譜儀成像；

所述第二路光束入射至第二分視場棱鏡，第二分視場棱鏡將第二路光束分為中波紅外光和長波紅外光，中波紅外光和長波紅外光分別進入中波紅外Dyson光譜儀與長波紅外Dyson光譜儀成像。

進一步地，所述離軸主反射鏡與離軸三反射鏡均為凹面偶次非球面反射鏡。