[發明專利]一種雙狹縫曲面棱鏡色散超大視場光譜儀光學系統

有效

• 申請號: 201910943962.3
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110672206B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 薛慶生;楊柏;田中天;王福鵬;欒曉寧;牟冰
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01N21/01;G01N21/25;G02B17/08
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 馬金華

本發明屬于光譜成像技術領域，公開了一種雙狹縫曲面棱鏡色散超大視場光譜儀光學系統，第一入射狹縫和第二位于第一凹球面反射鏡前方，同時位于其中一個焦點附近；第一曲面棱鏡和第二球面棱鏡位于第一凹球面反射鏡和凸球面反射鏡之間，且靠近凸球面反射鏡，減小曲面棱鏡的體積和重量，增強材料選擇的靈活性，降低加工難度。采用第一和第二兩塊曲面棱鏡在增加色散能力的同時，增加像差校正能力。光譜儀像面上同時獲得第一入射狹縫和第二入射狹縫的光譜像，將面陣探測器交錯拼接放置，實現超大視場高分辨率光譜成像。本發明與超大口徑望遠系統連接用于靜止軌道大幅寬高光譜遙感探測；與超大視場望遠鏡連接，用于機載或低軌大幅寬高光譜遙感探測。

技術領域

本發明涉及光譜成像技術領域，尤其涉及一種雙狹縫曲面棱鏡色散超大視場光譜儀光學系統。

背景技術

隨著高光譜遙感技術的發展，陸地、海洋和大氣探測領域要求高時空分辨率，因此，對成像光譜儀的視場要求也越來越高，視場越大，幅寬越大，儀器的回訪周期就越小，因為視場越大則刈幅寬度越大，儀器的回訪周期就越小，時間分辨率就越高。成像光譜儀由前置望遠鏡和光譜儀兩部分組成，二者通過入射狹縫有機地連接在一起。光譜儀光學系統是成像光譜儀的核心和關鍵。美國典型的成像光譜儀Hyperion的光譜儀采用Offner凸面光柵色散結構，視場僅為7.65mm。我國研制的天宮一號成像光譜儀的光譜儀平面棱鏡色散結構，視場僅為18mm。中科院光電院馮蕾(光學學報，39(5)：0511002)設計的曲面棱鏡高光譜成像的光譜儀視場僅為14mm，如圖1所示。其特征是，第一曲面棱鏡位于入射臂，靠近第一凹球面反射鏡，第二曲面棱鏡位于出射臂，靠近第二凹球面反射鏡，曲面棱鏡的口徑與凹球面反射鏡的口徑接近，口徑大，體積和重量大。現有光譜儀光學系統的視場不能滿足成像光譜探測需求，迫切需要超大視場光譜儀光學系統，視場要求達到90mm～150mm。而現有短波紅外面陣探測器的尺寸僅為30mm，單個探測器無法實現90mm-150mm超大視場成像探測。

綜上所述，現有技術存在的問題是：現有光譜儀光學系統入射狹縫為單狹縫，光譜儀的視場小，信息獲取能力差，時間分辨率低，不能滿足迫切的超大視場光譜儀應用需求。

解決上述技術問題的難度：視場越大，入射狹縫越長，像差校正越困難。另外，受現有面陣探測器尺寸的限制，需要面陣探測器交錯拼接，單狹縫無法實現，需要采用雙狹縫，雙狹縫相當于增加了光譜儀物面的尺寸，進一步增加了像差校正難度。

解決上述技術問題的意義：解決上述技術問題，可以打破現有面陣探測器尺寸的限制，設計出超大視場光譜儀光學系統，實現超大幅寬超大視場光譜成像探測，滿足陸地、海洋和大氣高光譜遙感高時間分辨率動態觀測需求。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種雙狹縫曲面棱鏡色散超大視場光譜儀光學系統，提供一種能實現超大視場光譜成像的設計方案。

本發明是這樣實現的，一種雙狹縫曲面棱鏡色散超大視場光譜儀光學系統，包括第一入射狹縫、第二入射狹縫、第一凹球面反射鏡、第一曲面棱鏡、第二曲面棱鏡、凸球面反射鏡、第二凹球面反射鏡和像面。第一和第二入射狹縫為光譜儀的物面，從第一和第二狹縫出射的光線經第一凹球面反射鏡反射后入射到第一曲面棱鏡上，依次經過第一曲面棱鏡和第二曲面棱鏡色散后入射到凸球面反射鏡上，經凸球面反射鏡反射后，再依次經過第二曲面棱鏡和第一曲面棱鏡色散后入射到第二凹球面反射鏡上，經過第二凹球面反射鏡分光譜成像在像面上，在像面上同時獲得第一狹縫和第二狹縫的光譜像，在像面上，將面陣探測器交錯拼接放置，實現超大視場高分辨率光譜成像。

所述第一入射狹縫和第二位于第一凹球面反射鏡前方，同時位于其中一個焦點附近；

所述第一曲面棱鏡和第二球面棱鏡位于第一凹球面反射鏡和凸球面反射鏡之間，且靠近凸球面反射鏡，減小曲面棱鏡的體積和重量，增強材料選擇的靈活性，降低加工難度。