[發明專利]彎曲狹縫成像光譜儀

有效

• 申請號: 202011314624.2
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112461365B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 朱嘉誠;潘俏;陳新華;沈為民
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/04
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 劉相宇

本發明涉及光譜成像技術領域，涉及一種彎曲狹縫成像光譜儀。本發明通過光纖傳像束將前置物鏡的直像面傳遞至彎曲狹縫，不需要前置物鏡成彎曲像面與分光裝置直接對接，降低了系統復雜程度，同時前置物鏡與分光裝置結構簡單；通過圓弧或近圓弧形的彎曲狹縫，與Offner型分光裝置最佳成像圓匹配，實現超長狹縫，沿弧線方向的狹縫可比經典Offner型分光裝置的直狹縫增長5～10倍，在體積緊湊的情況下狹縫長度能夠突破100mm；同時在不同視場具有一致的光譜響應函數，成像質量優，適用于寬幅、高空間分辨率、中高光譜分辨率的高光譜遙感。

技術領域

本發明涉及光譜成像技術領域，涉及一種彎曲狹縫成像光譜儀。

背景技術

上世紀80年代，隨著對地觀測應用的發展需要，成像光譜技術興起。它是綜合了空間成像技術和光譜成像技術的新興領域，極大地拓寬了人們在航天遙感領域、農林資源探測、礦物資源與地質勘探、軍事偵測、生物醫療等方面的應用范圍。

成像光譜儀由前置物鏡和分光裝置構成，可分為色散型、干涉型等。傳統的色散型成像光譜儀由前置物鏡直接成像至狹縫，狹縫是分光裝置物面，經過狹縫的光線再由分光裝置分光成像。現有結構在直狹縫長度較短時能夠很好的滿足儀器指標要求，但是對于需滿足寬幅、高空間分辨率要求的長狹縫系統而言，存在較大像差且光譜圖像易失真。

為實現寬幅，通常采用視場拼接的方式，將長狹縫系統分為多個中短狹縫系統拼接而成，但拼接后的系統結構復雜，體積龐大。而星載成像光譜儀一般對儀器的重量、體積等幾何物理量要求較高，過大的體積和重量導致儀器的生產、制造、發射等成本急劇增加。

現有的成像光譜儀中，多為中短狹縫系統，均采用直狹縫，狹縫長度都在30mm以內，狹縫長度的增加會使光學系統像差迅速增大，僅憑單臺分光系統難以滿足寬幅和高空間分辨率的應用需求，狹縫長度超過100mm的成像光譜儀鮮有報道。上世紀80年代末，Wynne提出在一比一成像的Offner中繼系統中引入彎月形透鏡，可補償長狹縫時的球差和像散，實現較好的成像質量。在開啟對Offner型成像光譜儀的研究之后，不少學者又進一步發展和完善了Offner-Wynne型成像光譜儀的理論，它能夠獲得比經典Offner分光裝置長的狹縫。但彎月鏡的引入帶來的新問題是，在彎月鏡表面制作光柵成本高；彎月鏡表面入射角大，會使成像光譜儀產生偏振。因此亟需提出一種結構簡單、體積緊湊、狹縫長的成像光譜儀以滿足航天遙感應用中對寬幅、高空間分辨率的需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種同時具備狹縫長、結構簡單、體積緊湊、成像質量優等特點的彎曲狹縫成像光譜儀光學系統，適用于寬幅、高空間分辨率、中高光譜分辨率的高光譜遙感。

為了解決上述技術問題，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種彎曲狹縫成像光譜儀，包括前置物鏡、光纖傳像束、彎曲狹縫、Offner型分光裝置、焦平面探測器；

前置物鏡對目標場景成像，光纖傳像束將前置物鏡所成直線形像傳遞至彎曲狹縫，所述彎曲狹縫形狀為圓弧或近圓弧形，光線經彎曲狹縫進入Offner型分光裝置，由Offner型分光裝置分光成像至焦平面探測器上。

優選的，所述前置物鏡為透射式物鏡、反射式物鏡或折反式物鏡。

優選的，所述Offner型分光裝置包括凹球面反射鏡和凸球面光柵，所述凹球面反射鏡和凸球面光柵同軸設置，從彎曲狹縫入射的光線經球面反射鏡反射后，光線以會聚光束入射到所述凸球面光柵上進行光譜分光，再由所述凹球面反射鏡將分光后的光纖成像至焦平面探測器完成光譜成像。

優選的，所述光纖傳像束入射端面排列為直線形，與前置物鏡所成像重合，所述光纖傳像束出射端面排列為圓弧形，與彎曲狹縫重合。

優選的，所述彎曲狹縫在與Offner型分光裝置的最佳成像圓視場重合或在其附近，所述彎曲狹縫的圓弧圓心設置在所述Offner型分光裝置的光軸上或光軸附近。