[发明专利]全波段大相对孔径Dyson光谱成像系统

说明书

本发明所述光学系统应用在航天、航空大气遥感、对地观测等领域，涉及一种全波段大相对孔径新型Dyson光谱成像系统，采用离轴三反望远镜、分色镜、像面分光棱镜、狭缝、新型Dyson光谱仪构成了全波段成像系统。利用离轴望远镜接收光能量，分色镜分光、棱镜分视场成像，通过狭缝和新型Dyson光谱结构，可实现对可见近红外、短波红外、中波红外、长波红外全波段光谱成像。该离轴三反望远镜可实现方形视场和大相对孔径成像需求，利用棱镜分视场成像不仅提高了光能利用率而且可以使不同波段的光谱仪同时扫描凝视成像，大大提高了卫星载荷实现预警、侦查、探测识别效率。

技术领域

本发明属于光电设备、光谱成像技术领域，涉及一种全波段大相对孔径新型Dyson光谱成像系统。

背景技术

随着光谱技术在现代安防侦查、环境监测与保护、文物保护与鉴定、复杂背景下军事目标侦查与智能识别领域的广泛应用，同时较高的光谱分辨率既保证了一定的光谱精细程度，且在每个谱段上的能量也具有一定的保障，因此全波段光谱仪成为光谱成像技术发展的热点。

在此背景下，能够产生更多的光谱通道和更高的光谱分辨率的全波段大相对孔径新型Dyson光谱仪应运而生。全波段新型Dyson光谱仪在定时、定位测量的同时，还具有定性测量和定量分析的功能，在物质检测、目标识别、过程检控、成份分析等方面具有独特的优势，使测量方式从几何测量向几何属性测量跨越发展。并且光谱成像技术通过光谱信息的判别，可以从光谱维的异常上智能识别出复杂背景下的军事目标，大大提高了光学仪器对目标的探测识别跟踪精度。

目前光谱仪的成像波段范围基本集中在可见近红外范围内(0.4～0.9um)、且主要利用的是离轴三反望远镜系统和offner光谱仪组成，当成像视场为方型视场时，普通的离轴三反望远镜系统不能满足需求，且offner光谱仪也是采用离轴反射系统设计原理，导致系统有非常大的离轴像差无法校正，影响光谱仪的光谱分辨率。且传统的光谱仪很难实现多个光谱通道对同一目标的探测或者识别。

发明内容

为了解决在方形大视场时，离轴三反望远镜系统不能接收目标光谱、光谱仪光谱分辨率低的问题以及同时解决多个光谱通道对同一目标难以实时色散成像的技术难题，本发明提供了一种全波段大相对孔径新型Dyson光谱成像系统，利用自由曲面对离轴望远镜进行视场角的拓展，并提出物面-像面分离的设计思想，对Dyson光谱仪成像系统进行改进和优化。该光谱成像系统不仅实现了大视场侦查探测、大相对孔径、高分辨率光谱成像的目的，而且可以实现多个谱段对同一目标同时色散成像。

本发明的技术解决方案是提供全波段大相对孔径Dyson光谱成像系统，其特殊之处在于：包括前置离轴三反望远系统、分色镜、第一分视场棱镜、可见近红外Dyson光谱仪、短波红外Dyson光谱仪、第二分视场棱镜、中波红外Dyson光谱仪及长波红外Dyson光谱仪；

所述前置离轴三反望远系统包括沿光路依次设置的倾斜偏心入瞳、离轴主反射镜、离轴次反射镜及离轴三反射镜，所述离轴次反射镜为凸面自由曲面反射镜；

物体目标的光谱信息依次经过倾斜偏心入瞳、离轴主反射镜、离轴次反射镜及离轴三反射镜的反射后进入分色镜；所述分色镜将入射的全波段光束分为两路，其中第一路光束包括可见近红外光与短波红外光，第二路光束包括中波红外光和长波红外光；

所述第一路光束入射至第一分视场棱镜，第一分视场棱镜将第一路光束分为可见近红外光与短波红外光，可见近红外光与短波红外光分别进入可见近红外Dyson光谱仪与短波红外Dyson光谱仪成像；

所述第二路光束入射至第二分视场棱镜，第二分视场棱镜将第二路光束分为中波红外光和长波红外光，中波红外光和长波红外光分别进入中波红外Dyson光谱仪与长波红外Dyson光谱仪成像。

进一步地，所述离轴主反射镜与离轴三反射镜均为凹面偶次非球面反射镜。