[发明专利]基于前臂补偿和平面光栅的光谱成像系统

说明书

本发明涉及光谱成像系统，具体涉及基于前臂补偿和平面光栅的光谱成像系统，以解决现有Dyson凹面光栅光谱仪存在成像质量差、光路复杂、加工装调难度大的问题。本发明所采用的技术方案为：基于前臂补偿和平面光栅的光谱成像系统，包括沿系统光轴方向依次设置的狭缝、前臂补偿透镜组、折叠反射镜、光路复用透镜组和平面光栅；所述前臂补偿透镜组、光路复用透镜组和平面光栅均共光轴设置，所述狭缝偏向系统光轴的一侧设置，所述折叠反射镜偏向系统光轴的另一侧设置，所述折叠反射镜远离系统光轴的一侧还设置有探测器。

技术领域

本发明涉及光谱成像系统，具体涉及基于前臂补偿和平面光栅的光谱成像系统。

背景技术

光谱成像仪是一种“谱像合一”的新型遥感仪器。具有光谱分辨率高，谱段数多，在工作波段范围具有连续输出等特点。它把传统的二维成像遥感技术和光谱技术有机地结合在一起，在用成像系统获得景物空间信息的同时，通过光谱仪系统把景物的光谱辐射分解成许多相互邻接、甚至有些是相互重叠的狭窄光谱波段的辐射，能在一定光谱范围内获得每个景物像元的几十甚至几百个狭窄的连续的波段信息。这样，不仅可以得到多个狭窄光谱波段的地面景物图像，而且还可得到每个地面像元的光谱曲线。

当成像光谱仪在二维空间信息的基础上，增加第三维光谱信息，会大大提高从遥感数据判别并获取地面信息的能力，特别是直接与目标物质结构相关的光谱信息。进而成像光谱仪显著地提高了探测地球表面特征和物体性质的能力，其应用领域涵盖了地球科学的各个方面。

目前在小型无人机高光谱检测领域和靶场特性测量等领域中，光谱成像仪的小型化和轻量化越来越受到人们的关注。现有的Dyson凹面光栅光谱仪具有结构紧凑和质量较小的特点，可以满足小型无人机高光谱的检测和靶场特性的测量。但是，Dyson凹面光栅光谱仪通常采用非球面校正系统的像差，并且通过折转像面的位置使狭缝和像面置于不同平面内，造成光路较为复杂，加工装调难度大，制作成本较高。

发明内容

本发明在于解决现有Dyson凹面光栅光谱仪存在成像质量差、光路复杂、加工装调难度大的问题。

本发明所采用的技术方案为：基于前臂补偿和平面光栅的光谱成像系统，其特殊之处在于，包括沿系统光轴方向依次设置的狭缝、前臂补偿透镜组、折叠反射镜、光路复用透镜组和平面光栅；

所述前臂补偿透镜组、光路复用透镜组和平面光栅均共光轴设置，所述狭缝偏向系统光轴的一侧设置，所述折叠反射镜偏向系统光轴的另一侧设置，所述折叠反射镜远离系统光轴的一侧还设置有探测器；

所述狭缝用于接收物镜获得的光谱，并将该光谱细分、入射至前臂补偿透镜组上，避免了光谱成像系统的光谱混叠；

所述前臂补偿透镜组用于补偿光谱成像系统的离轴像差；所述光路复用透镜组用于将光谱准直透射至平面光栅，再将经平面光栅色散、反射后的光谱透射汇聚至折叠反射镜上；所述平面光栅对准直光路进行色散，将不同的光谱分离开，实现系统对光谱分辨率的要求；所述折叠反射镜用于将光路复用透镜组透射汇聚的光谱反射至探测器的靶面上。

进一步地，所述折叠反射镜主要是对光路进行折叠，即将光路进行转向，避免狭缝和探测器进行干涉，以方便相机的安装。

进一步地，所述前臂补偿透镜组由共轴的第一双弯月负透镜和第二双弯月负透镜组成；所述光路复用透镜组由共轴的第一平凸透镜、第二平凸透镜、第三双弯月负透镜和第一双凸透镜组成。

进一步地，所述前臂补偿透镜组和光路复用透镜组之间距离为8mm±1mm；所述光路复用透镜组和平面光栅之间的间距设置为3mm±1mm。

进一步地，所述第一双弯月负透镜和第二双弯月负透镜之间的距离设置6mm±1mm；所述第一平凸透镜和第二平凸透镜之间的距离设置2mm±1mm；所述第二平凸透镜和第三双弯月负透镜之间的距离设置12mm±1mm；所述第三双弯月负透镜和第一双凸透镜之间的距离设置2mm±1mm。