[發(fā)明專利]一種短波紅外成像光譜系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910469793.4
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN110146165B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李雅燦;馮蕾;楊雷;周錦松;魏立冬;何曉英;徐麗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

本發(fā)明公開了一種短波紅外成像光譜系統(tǒng)，包括前置望遠系統(tǒng)、入射狹縫和光譜儀，所述前置望遠系統(tǒng)采用透射式同軸結(jié)構(gòu)；光譜儀包括第一曲面棱鏡、第一反射鏡、第二曲面棱鏡、第三曲面棱鏡、第二反射鏡和像面，其中：第一曲面棱鏡和第三曲面棱鏡分別放置于光譜儀的兩臂上，第二曲面棱鏡放置在所述光譜儀的次鏡位置，光闌位于第二曲面棱鏡的前表面；入射狹縫位于前置望遠系統(tǒng)和光譜儀之間，無窮遠處的地物經(jīng)過前置望遠系統(tǒng)成像在入射狹縫處；入射狹縫作為光譜儀的物面，發(fā)出的光束進入所述光譜儀后成像至像面。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、能量高、成本低、裝校檢測容易，能有效縮短短波紅外成像光譜儀光機系統(tǒng)的研制周期。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及成像光譜儀技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種短波紅外成像光譜系統(tǒng)。

背景技術(shù)

短波紅外波段的輻射是指波長為1.0～2.5μm的紅外輻射，其主要來源有太陽輻射、地物反射、高溫物體自身熱輻射以及人工輻射光源等。短波紅外在軍事上可應(yīng)用于偽裝識別、可見-短波紅外雙波段成像夜視、短波-熱紅外圖像融合夜視、紅外成像制導(dǎo)和激光雷達等。短波紅外成像光譜儀可以同時獲取目標空間維和光譜維的豐富信息，在土地資源調(diào)查、海洋環(huán)境監(jiān)測、土壤水分和植被含水量監(jiān)測、大氣成分分析、植被物種探測分析、農(nóng)作物長勢監(jiān)測和估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等諸多領(lǐng)域有著極高的應(yīng)用價值和廣泛的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有技術(shù)中的短波紅外成像光譜儀一般由前置望遠鏡系統(tǒng)和分光系統(tǒng)組成，其中前置望遠系統(tǒng)多采用離軸三反結(jié)構(gòu)形式，離軸三反前置望遠系統(tǒng)與透射式前置望遠系統(tǒng)相比，設(shè)計比較復(fù)雜，體積比較大，加工成本高，裝校檢測比較困難，光機系統(tǒng)研制周期比較長。而分光系統(tǒng)主要分為光柵色散型和棱鏡色散型，光柵型光譜儀受衍射效率的限制，系統(tǒng)進入探測器的能量較少，系統(tǒng)的信噪比較低，且光譜級次重疊，鬼像多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種短波紅外成像光譜系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、能量高、成本低、裝校檢測容易，能有效縮短短波紅外成像光譜儀光機系統(tǒng)的研制周期。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種短波紅外成像光譜系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括前置望遠系統(tǒng)、入射狹縫和光譜儀，其中：

所述前置望遠系統(tǒng)采用透射式同軸結(jié)構(gòu)；

所述光譜儀包括第一曲面棱鏡、第一反射鏡、第二曲面棱鏡、第三曲面棱鏡、第二反射鏡和像面，其中：

所述第一曲面棱鏡和第三曲面棱鏡分別放置于所述光譜儀的兩臂上，所述第二曲面棱鏡放置在所述光譜儀的次鏡位置，光闌位于所述第二曲面棱鏡的前表面；

所述第一反射鏡位于所述第一曲面棱鏡的后方，所述第二反射鏡位于所述第三曲面棱鏡的后方；

所述入射狹縫位于所述前置望遠系統(tǒng)和光譜儀之間，無窮遠處的地物經(jīng)過所述前置望遠系統(tǒng)成像在所述入射狹縫處；

所述入射狹縫作為所述光譜儀的物面，發(fā)出的光束進入所述光譜儀，經(jīng)所述第一曲面棱鏡透射，再由所述第一反射鏡反射，再經(jīng)所述第一曲面棱鏡透射后進入所述第二曲面棱鏡，經(jīng)所述第二曲面棱鏡透射后由前表面反射再透射，再入射到所述第三曲面棱鏡，經(jīng)所述第三曲面棱鏡透射后，再由所述第二反射鏡反射，最后再經(jīng)過一次第三曲面棱鏡后色散成像至所述像面。

針對所述光譜儀建立曲面棱鏡光譜儀數(shù)值模型，并通過該模型獲得所述光譜儀內(nèi)各曲面棱鏡與主鏡的距離，以及所述光譜儀的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

在所述系統(tǒng)設(shè)計過程中，進一步對短波紅外波段1.0～2.5μm和可見光632.8nm單波段的成像質(zhì)量進行設(shè)置，其中：

短波紅外波段1.0～2.5μm用于對地物成像，可見光632.8nm單波段用于光譜儀03的裝調(diào)與檢測。

所述光譜儀中的曲面棱鏡采用石英材料，利用其在短波紅外波段折射率曲線線性特性，實現(xiàn)了光譜分辨率線性。