[发明专利]一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统

权利要求书

1.一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统，其特征在于，包括：狭缝、准直镜组、棱镜、体相位全息透射光栅和聚焦镜组，孔径光阑位于体相位全息透射光栅上；准直镜组将狭缝出射光准直入射在棱镜和体相位全息透射光栅上，由棱镜和体相位全息透射光栅将准直光进行色散，并经聚焦镜组形成连续色散光谱像投射到像面上。

2.如权利要求1所述的一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统，其特征在于，进一步的，该系统具有0.25-0.3的数值孔径、具有0.3nm的光谱分辨率，像元光谱采样0.1nm/像元；色散元件采用一阶衍射效率可达80％-96％的所述体相位全息透射光栅，使得该系统具有高光通量和高传输效率。

3.如权利要求1所述的一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统，其特征在于，所述棱镜与所述体相位全息透射光栅的组合，使该系统的固有光谱畸变小于0.2个像元，全视场点列图均方根半径值在全波段下均小于5.5微米，具有优越的成像质量。

4.如权利要求1所述的一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统，其特征在于，所述准直镜组的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜依序排列在狭缝与棱镜之间。

5.如权利要求1所述的一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统，其特征在于，所述聚焦镜组的第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜以及第十三透镜依序排列在体相位全息透射光栅与像面之间。

6.如权利要求1所述的一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统，其特征在于，进一步的，该系统工作波段为670nm-780nm，用于满足日光诱导叶绿素荧光探测波段。

7.如权利要求1所述的一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统，其特征在于，所述准直镜组和所述聚焦镜组采用相同结构，并与棱镜和体相位全息透射光栅对称放置，用于最大程度消除系统的像差。

8.如权利要求1所述的一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统，其特征在于，所述棱镜的光谱畸变Δy_P表达式为：

式中：n为棱镜材料折射率，f₁为准直镜组和聚焦镜组的焦距，i₃’为狭缝的中心入射光线的入射角，i₃”’为所述光线经棱镜后的出射角，x为狭缝的高度，α为棱镜的顶角。

9.如权利要求1所述的一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统，其特征在于，所述体相位全息透射光栅的光谱畸变Δy_G表达式为：

式中：m体相位全息透射光栅衍射级次，g为体相位全息透射光栅刻线密度，λ为选定波长，x为狭缝的高度，f₁为准直镜组和聚焦镜组的焦距，θ₀为中心波长衍射角。

10.如权利要求1所述的一种高光通量、低光谱畸变的超光谱成像仪光学系统，其特征在于，所述棱镜和体相位全息透射光栅的光谱畸变方向相反，将棱镜的光谱畸变与体相位全息透射光栅的光谱畸变相加为零时，该系统的光谱畸变得到校正，由此获得棱镜和体相位全息透射光栅的最优参数组合。