[发明专利]空间大视场超宽谱段多光谱成像光学系统

说明书

技术领域

本发明属于空间光学遥感器技术领域，涉及一种应用于空间的可见光/红外光学成像系统在大视场、超宽谱段、多光谱成像条件下的实现方法。

背景技术

随着遥感技术的发展，各类用户对地面景物的光谱信息要求越来越高，特别是对覆盖可见、短波、中波以及长波红外区域的光谱信息提出了迫切的需求。传感器的光谱分辨率越高，所取得的图像就越能客观、有效的反应地物的光谱特征，传感器探测地物的能力就越强，由不同光谱特征反映的不同地物间的差别在图像上就能得到很好的体现。多光谱成像遥感数据在资源评价、环境监测、灾害预警与灾后评估、城市规划、目标分类识别等方面得到广泛应用，具有极大的社会效益与经济效益。

典型的多光谱卫星主要有美国的landsat系列、中分辨率成像光谱仪MODIS、多光谱红外成像仪MTI和印度的IRS系列民用遥感器；国内的多光谱卫星主要有资源系列、环境系列、海洋系列和风云系列卫星。

美国的landsat系列卫星中，以ETM+最为先进，其光学系统由前置扫描镜、RC两反系统、一个分色片和两个多光谱器件构成，谱段覆盖为可见/近红外和短波红外，细分为7个多光谱谱段和一个全色谱段；MODIS光学系统由穿越轨迹扫描的扫描镜、格里高利两反系统、离轴双反系统、补偿透镜组和干涉滤光片及四个线阵接收器件组成，谱段范围覆盖可见光到长波红外谱段，但系统含有活动部件使整机稳定性及可靠性降低、无法实现高的光谱分辨率；MTI光学系统采用离轴三反结构型式，采用滤光片配合高集成度焦平面技术实现多光谱成像，由于焦平面高集成度技术受限，工程化难度增加，且难以实现大视场成像。印度IRS系列是最先进的民用遥感器系列之一，该系列光学系统采用过透射及全反射系统，谱段范围仅覆盖可见光/近红外和短波红外谱段，无法获取中长波和长波谱段光谱信息。

国内的多光谱卫星多采用红外成像仪与可见光相机相结合的方式实现多光谱成像，其中环境系列仅使用可见光/近红外波段。采用多台相机实现宽谱段信息的获取将会使得空间相机的体积和重量都很庞大，而且增加了卫星的发射成本，降低了整星的可靠度。

目前在研及已付诸应用的多光谱卫星光学系统普遍存在视场小、可见光/红外谱段覆盖宽度不足、谱段内光谱细分程度低、短波谱段覆盖不足的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适合空间遥感器的大视场、超宽谱段、多光谱情况下的成像光学系统。

本发明的技术解决方案是：空间大视场超宽谱段多光谱成像光学系统，包括切换反射镜、主光学离轴三反系统、可见光近红外/红外谱段分色片、中短波/长波谱段分色片、折转镜、可见/近红外焦面器件、中短波无焦中继光学系统、中短波组合滤光片、中短波焦面器件、长波无焦中继光学系统、长波组合滤光片、长波焦面器件；成像目标的辐射光束经过切换反射镜进入主光学离轴三反系统，主光学离轴三反系统的出射光线入射至可见光近红外/红外谱段分色片，其中可见近红外光线经可见光近红外/红外谱段分色片反射至可见/近红外焦面器件，实现多光谱成像；中短波光线和长波光线由可见光近红外/红外谱段分色片透射至中短波/长波谱段分色片；中短波光线由中短波/长波谱段分色片反射至折转镜并由折转镜反射至中短波无焦中继光学系统，经中短波无焦中继光学系统汇聚至出瞳处的光线由中短波组合滤光片实现光谱细分，成像至中短波焦面器件；长波光线由中短波/长波谱段分色片透射至长波无焦中继光学系统，经长波无焦中继光学系统汇聚至出瞳处的光线由长波组合滤光片实现光谱细分，成像至长波焦面器件。

所述的中短波无焦中继光学系统由七片透镜组成，均采用无色红外光学玻璃，从光线入射端到出射端依次放置第一弯月正透镜、第一双凸正透镜、第一弯月负透镜、第二双凸正透镜、双凹负透镜、第二弯月负透镜和第三弯月负透镜。

所述的长波无焦中继光学系统由六片透镜组成，均采用无色红外光学玻璃，从光线入射端到出射端依次放置第二弯月正透镜、第四弯月负透镜、第三弯月正透镜、第四弯月正透镜、第五弯月负透镜、第五弯月正透镜。

所述的主光学离轴三反系统的主镜M1和三镜M3的面形均为凹非球面反射镜，次镜M2的面形为凸球面或非球面反射镜，材料为碳化硅，微晶玻璃，或熔石英，反射面镀铝或银材料的反射膜。

所述的可见近红外/红外谱段分色片和中短波/长波谱段分色片均为楔板。

所述的中短波组合滤光片和长波组合滤光片均由四片矩形薄平板拼接而成，在平板两个面上镀有增透膜。

所述的切换反射镜为平面反射镜，材料为金属铍或碳化硅。