[发明专利]一种双狭缝曲面棱镜色散超大视场光谱仪光学系统

说明书

本发明属于光谱成像技术领域，公开了一种双狭缝曲面棱镜色散超大视场光谱仪光学系统，第一入射狭缝和第二位于第一凹球面反射镜前方，同时位于其中一个焦点附近；第一曲面棱镜和第二球面棱镜位于第一凹球面反射镜和凸球面反射镜之间，且靠近凸球面反射镜，减小曲面棱镜的体积和重量，增强材料选择的灵活性，降低加工难度。采用第一和第二两块曲面棱镜在增加色散能力的同时，增加像差校正能力。光谱仪像面上同时获得第一入射狭缝和第二入射狭缝的光谱像，将面阵探测器交错拼接放置，实现超大视场高分辨率光谱成像。本发明与超大口径望远系统连接用于静止轨道大幅宽高光谱遥感探测；与超大视场望远镜连接，用于机载或低轨大幅宽高光谱遥感探测。

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种双狭缝曲面棱镜色散超大视场光谱仪光学系统。

背景技术

随着高光谱遥感技术的发展，陆地、海洋和大气探测领域要求高时空分辨率，因此，对成像光谱仪的视场要求也越来越高，视场越大，幅宽越大，仪器的回访周期就越小，因为视场越大则刈幅宽度越大，仪器的回访周期就越小，时间分辨率就越高。成像光谱仪由前置望远镜和光谱仪两部分组成，二者通过入射狭缝有机地连接在一起。光谱仪光学系统是成像光谱仪的核心和关键。美国典型的成像光谱仪Hyperion的光谱仪采用Offner凸面光栅色散结构，视场仅为7.65mm。我国研制的天宫一号成像光谱仪的光谱仪平面棱镜色散结构，视场仅为18mm。中科院光电院冯蕾(光学学报，39(5)：0511002)设计的曲面棱镜高光谱成像的光谱仪视场仅为14mm，如图1所示。其特征是，第一曲面棱镜位于入射臂，靠近第一凹球面反射镜，第二曲面棱镜位于出射臂，靠近第二凹球面反射镜，曲面棱镜的口径与凹球面反射镜的口径接近，口径大，体积和重量大。现有光谱仪光学系统的视场不能满足成像光谱探测需求，迫切需要超大视场光谱仪光学系统，视场要求达到90mm～150mm。而现有短波红外面阵探测器的尺寸仅为30mm，单个探测器无法实现90mm-150mm超大视场成像探测。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有光谱仪光学系统入射狭缝为单狭缝，光谱仪的视场小，信息获取能力差，时间分辨率低，不能满足迫切的超大视场光谱仪应用需求。

解决上述技术问题的难度：视场越大，入射狭缝越长，像差校正越困难。另外，受现有面阵探测器尺寸的限制，需要面阵探测器交错拼接，单狭缝无法实现，需要采用双狭缝，双狭缝相当于增加了光谱仪物面的尺寸，进一步增加了像差校正难度。

解决上述技术问题的意义：解决上述技术问题，可以打破现有面阵探测器尺寸的限制，设计出超大视场光谱仪光学系统，实现超大幅宽超大视场光谱成像探测，满足陆地、海洋和大气高光谱遥感高时间分辨率动态观测需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种双狭缝曲面棱镜色散超大视场光谱仪光学系统，提供一种能实现超大视场光谱成像的设计方案。

本发明是这样实现的，一种双狭缝曲面棱镜色散超大视场光谱仪光学系统，包括第一入射狭缝、第二入射狭缝、第一凹球面反射镜、第一曲面棱镜、第二曲面棱镜、凸球面反射镜、第二凹球面反射镜和像面。第一和第二入射狭缝为光谱仪的物面，从第一和第二狭缝出射的光线经第一凹球面反射镜反射后入射到第一曲面棱镜上，依次经过第一曲面棱镜和第二曲面棱镜色散后入射到凸球面反射镜上，经凸球面反射镜反射后，再依次经过第二曲面棱镜和第一曲面棱镜色散后入射到第二凹球面反射镜上，经过第二凹球面反射镜分光谱成像在像面上，在像面上同时获得第一狭缝和第二狭缝的光谱像，在像面上，将面阵探测器交错拼接放置，实现超大视场高分辨率光谱成像。

所述第一入射狭缝和第二位于第一凹球面反射镜前方，同时位于其中一个焦点附近；

所述第一曲面棱镜和第二球面棱镜位于第一凹球面反射镜和凸球面反射镜之间，且靠近凸球面反射镜，减小曲面棱镜的体积和重量，增强材料选择的灵活性，降低加工难度。