[发明专利]一种大相对孔径高光谱成像光学系统

说明书

本发明公开了一种大相对孔径高光谱成像光学系统，包括：三狭缝组件、平面折转镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜、凹面光栅和像面，三狭缝组件用于提升长波红外辐射的入射能量，提高高光谱成像系统的信噪比。目标辐射的长波红外谱段经三狭缝组件入射到平面折转镜，依次经第一透镜、第二透镜和第三透镜透射后，由第三透镜后表面入射到凹面光栅，经凹面光栅色散分光后反射第三透镜后表面，依次经第三透镜、第二透镜和第一透镜透射后汇聚到像面处。本发明可实现长波红外谱段三狭缝狭缝同时高光谱成像，提升长波红外高光谱成像仪的信噪比，具有相对孔径大、狭缝长、体积小、成像质量好等优点，可用于星载、平流层飞艇和机载红外高光谱成像领域。

技术领域

本发明属于红外高光谱成像技术领域，尤其涉及一种大相对孔径高光谱成像光学系统。

背景技术

高光谱成像仪可同时获得目标的二维空间信息和一维光谱信息，长波红外高光谱成像不仅可以进行目标探测，还可以通过光谱成分识别实现定量化分析，在高精度温度反演、大气污染监测、地质灾害监测等方面应用需求迫切。目前，高光谱成像仪的工作谱段多集中在可见近红外谱段(0.4μm-1.0μm)和短波红外谱段(1.0μm-2.5μm)，用于长波红外谱段的高光谱成像较少，且不能同时高光谱分辨率、高空间分辨率和高温度分辨率性能要求，传统的设计方法导致长波红外高光谱成像光学系统的体积较大，无法满足较小平台的使用要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大相对孔径高光谱成像光学系统，具有能量利用率高、相对孔径大、狭缝长和体积小的特点，满足多种遥感应用需求。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种大相对孔径高光谱成像光学系统，包括：三狭缝组件、平面折转镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜、凹面光栅和像面；其中，目标辐射的长波红外同时经三狭缝组件入射到平面折转镜，经反射后入射到第一透镜，经第一透镜的前表面和后表面透射后入射到第二透镜，经第二透镜的前表面和后表面透射后入射到第三透镜，经第三透镜的前表面和后表面透射后入射到凹面光栅，经凹面光栅色散分光后反射到第三透镜的后表面，依次经第三透镜、第二透镜和第一透镜透射后成像到像面处。

上述大相对孔径高光谱成像光学系统中，所述长波红外谱段范围为8μm～12.5μm，光谱分辨率为100nm。

上述大相对孔径高光谱成像光学系统中，所述大相对孔径高光谱成像光学系统的相对孔径为1/2，空间放大倍率为1。

上述大相对孔径高光谱成像光学系统中，所述三狭缝组件由3个相同的单通光狭缝装置平行排列组成；其中，每个单通光狭缝装置的长度为24mm，宽度为32μm；相邻单通光狭缝装置之间的间隔为1.6mm。

上述大相对孔径高光谱成像光学系统中，所述平面折转镜的材料为铝，与入射光线成45°放置。

上述大相对孔径高光谱成像光学系统中，所述第一透镜的材料为ZnS，所述第一透镜的前表面为六次非球面，所述第一透镜的后表面为球面。

上述大相对孔径高光谱成像光学系统中，所述第二透镜的材料为ZnSe，所述第二透镜的前表面为六次非球面，所述第二透镜的后表面为球面。

上述大相对孔径高光谱成像光学系统中，所述第三透镜的材料为ZnS，所述第三透镜的前表面为六次非球面，所述第三透镜的后表面为球面。

上述大相对孔径高光谱成像光学系统中，所述凹面光栅表面刻蚀闪耀槽，并镀金膜。

上述大相对孔径高光谱成像光学系统中，所述像面由3个区域组成，每个区域的面积为24mm×1.44mm，三个区域之间的间隔为0.16mm。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明具有能量利用率高、相对孔径大、狭缝长和体积小的特点，满足多种遥感应用需求；