專利名稱：雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及空間光學技術領域，具體涉及空間光學中一種反射式小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)。
背景技術：
成像光譜儀是圖譜合一的新型空間光學遙感儀器，在空間大氣遙感、海洋遙感、對地偵查等領域，正在得到越來越廣泛的應用。隨著空間遙感應用的不斷發(fā)展，對成像光譜儀光學系統(tǒng)的要求也越來越高，波段越來越寬，從可見波段擴展到了紫外波段，波段越寬，包含的目標的光譜信息就越豐富，要實現(xiàn)紫外至可見的寬波段信號同時探測。在包含紫外波段的寬波段空間大氣遙感等領域，例如在波段280 lOOOnm、臨邊高度O 90km范圍內(nèi)，信號的動態(tài)范圍達到IO5 IO6量級。為實現(xiàn)對目標的寬波段大動態(tài)范圍成像光譜探測，目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)采用復雜的掃描鏡機構和多個分色片，體積和重量大，不適合航天、航空遙感應用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有寬波段成像光譜儀結構復雜、體積和重量大的問題，提供一種雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)。雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)包括第一寬帶濾光片、第二寬帶濾光片、第一孔徑光闌、第二孔徑光闌、望遠鏡、入射狹縫、第一準直鏡、第二準直鏡、平面光柵、成像鏡和探測器像面；同一目標出射的光束經(jīng)第一寬帶濾光片和第二寬帶濾光片分成兩個通道分別經(jīng)第一孔徑光闌和第二孔徑光闌入射到望遠鏡上，經(jīng)望遠鏡成像到入射狹縫上，所述光束經(jīng)入射狹縫出射后，分別經(jīng)第一準直鏡和第二準直鏡后入射到平面光柵的不同區(qū)域上，經(jīng)平面光柵色散后入射至成像鏡，經(jīng)成像鏡成像在同一探測器像面上。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明為把寬波段大動態(tài)范圍的目標能清晰成像在小型化成像光譜儀的探測器像面上，采用了雙通道共光路的系統(tǒng)結構，分成兩個通道進行探測，兩個通道對應兩個波段，兩通道的孔徑光闌的口徑比可根據(jù)需要選擇。為實現(xiàn)小型化和輕量化，兩通道共用同一望遠鏡、入射狹縫、成像鏡和探測器像面。兩通道分別使用同一光柵的兩個區(qū)域，兩個區(qū)域的光柵刻線密度可根據(jù)需要選擇。兩個通道各采用一個寬帶濾光片消除光柵二級光譜的影響。本光學系統(tǒng)按xyz右手空間坐標系有序排列，z軸方向定為光軸方向，X軸垂直于yz平面，入射狹縫長度方向沿y軸的長度方向，平面光柵色散方向沿X軸的長度方向。成像鏡和探測器像面中心不在yz平面，其余元件的中心在yz平面內(nèi)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述的光學系統(tǒng)可實現(xiàn)包含紫外波段的寬波段大動態(tài)范圍成像光譜探測，可探測信號的動態(tài)范圍達到IO5 106，本發(fā)明所述的雙通道共光路系統(tǒng)布局緊湊，具備小型化、輕量化的特點。
圖I為本發(fā)明所述的雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)的結構示意圖。圖中，I、第一寬帶濾光片，2、第二寬帶濾光片，3、第一孔徑光闌，4、第二孔徑光闌，5、望遠鏡，6、入射狹縫，7、第一準直鏡，8、第二準直鏡，9、平面光柵，10、成像鏡，11、探測器像面。
具體實施例方式具體實施方式
一、結合圖I說明本實施方式，雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)包括第一寬帶濾光片I、第二寬帶濾光片2、第一孔徑光闌3、第二孔徑光闌4、望遠鏡5、入射狹縫6、第一準直鏡7、第二準直鏡8、平面光柵9、成像鏡10和探測器像面11，所述同一目標出射的光束經(jīng)第一寬帶濾光片I和第二寬帶濾光片2分成兩個通道分別經(jīng)第一孔徑光闌3和第一孔徑光闌4入射到同一望遠鏡5上，經(jīng)望遠鏡5成像到入射狹縫6上，從入射狹縫6出射后，分別經(jīng)第一準直鏡7和第二準直鏡8后入射到同一平面光柵9的兩個不同區(qū)域上，經(jīng)平面光柵9色散后入射至成像鏡10，經(jīng)成像鏡成像在同一探測器像面11上。本實施方式所述的望遠鏡5與第一準直鏡7和第二準直鏡8的反射面相對排列，第一準直鏡7和第二準直鏡8的反射面與平面光柵9的衍射面相對排列，平面光柵9的衍射面與成像鏡10的反射面相對排列，成像鏡10的反射面與探測器像面11相對排列。本實施方式所述的兩個通道的波段范圍分別為所述第一寬帶濾光片I和第二寬帶濾光片2的透射波段。本實施方式所述的望遠鏡5為離軸拋物面鏡，第一準直鏡7、第二準直鏡8和成像鏡10為離軸非球面鏡。所述的平面光柵9的兩個不同區(qū)域根據(jù)需要可選擇不同的光柵刻線密度。
具體實施方式
二、結合圖I說明本實施方式，本實施方式為具體實施方式
一所述的雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)的應用，將實施方式一所述的系統(tǒng)應用于空間遙感大氣臨邊成像光譜探測，本實施方式所述的成像光譜儀光學系統(tǒng)焦距68. 8mm,視場2.4° X0.02。，工作波段280 lOOOnm。大氣臨邊場景經(jīng)第一寬帶濾光片I、第二寬帶濾光片2分成兩個通道入射到望遠鏡5上，第一通道的波段范圍為280 540nm，第二通道的波段范圍為535 lOOOnm，第一孔徑光闌3的口徑為8. 8mm，第二孔徑光闌4的口徑為4. 6mm,達到了增強弱信號的目的。望遠鏡5為離軸拋物面鏡，曲率半徑為137. 6mm, 二次曲面系數(shù)為-1，離軸量為20. 93。入射狹縫6的尺寸為2. 88mmX0.024mm。第一準直鏡7和第二準直鏡8為離軸二次曲面，曲率半徑均為258. 15mm，二次曲面系數(shù)均為2. 390，離軸量分別為51. 47mm和26. 88mm。平面光柵9的兩區(qū)域的刻線密度分別為200g/mm、365g/mm，兩區(qū)域的尺寸分別為19mmX 17mm、19mmX 17mm。成像鏡10為離軸二次曲面，曲率半徑為257. 427，二次曲面系數(shù)為-I. 598，離軸量為72. 29mm。整個臨邊成像光譜儀系統(tǒng)的焦距為68.8mm。第一通道和第二通道共用一個探測器像面11，在探測器像面上得到探測器的數(shù)字圖像，探測器像面尺寸13. 3_X 13. 3_。本實施方式通過合理的設計第一寬帶濾光片I和第二寬帶濾光片2的光譜透射率，可以很好的抑制平面光柵9的二級光譜的影響從而減小雜散光。本發(fā)明可實現(xiàn)寬波段、大動態(tài)范圍超光譜成像探測，適合作為衛(wèi)星上和飛機上用的寬波段大動態(tài)范圍成像光譜儀的光學系統(tǒng)，航天、航空大氣遙 感、對地觀測等領域。
權利要求
1.雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)包括第一寬帶濾光片(I)、第二寬帶濾光片(2)、第一孔徑光闌(3)、第二孔徑光闌(4)、望遠鏡(5)、入射狹縫(6)、第一準直鏡(7)、第二準直鏡(8)、平面光柵(9)、成像鏡(10)和探測器像面(11);其特征是，同一目標的光束經(jīng)第一寬帶濾光片(I)和第二寬帶濾光片(2)分成兩個通道分別經(jīng)第一孔徑光闌(3)和第二孔徑光闌(4)入射到望遠鏡(5)上，經(jīng)望遠鏡(5)成像到入射狹縫(6)上，所述光束經(jīng)入射狹縫(6)出射后，分別經(jīng)第一準直鏡(7)和第二準直鏡(8)后入射到平面光柵(9)的不同區(qū)域上，經(jīng)平面光柵(9)色散后入射至成像鏡(10)，經(jīng)成像鏡成像(10)在同一探測器像面(11)上。
2.根據(jù)權利要求I所述的雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)，其特征在于，所述望遠鏡(5)與第一準直鏡(7)和第二準直鏡(8)的反射面相對排列，第一準直鏡(7)和第一準直鏡(8)的反射面與平面光柵(9)的衍射面相對排列，平面光柵(9)的衍射面與成像鏡(10)的反射面相對排列，成像鏡(10)的反射面與探測器像面(11)相對排列。
3.根據(jù)權利要求I所述的雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第一孔徑光闌(3 )和第二孔徑光闌(4 )的口徑不同。
4.根據(jù)權利要求I所述的雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)，其特征在于，所述望遠鏡(5)為離軸拋物面鏡。
5.根據(jù)權利要求I所述的雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第一準直鏡(7)和第二準直鏡(8)為離軸非球面鏡。
6.根據(jù)權利要求I所述的雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的通道I和2使用同一平面光柵(9)的不同區(qū)域。
7.根據(jù)權利要求I所述的雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)，其特征在于，所述成像鏡(10)為離軸非球面鏡。
全文摘要
雙通道共光路小型化寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)，涉及空間光學技術領域，它解決現(xiàn)有寬波段成像光譜儀光學系統(tǒng)結構復雜、體積和重量大的問題。本系統(tǒng)包括第一寬帶濾光片、第二寬帶濾光片、第一孔徑光闌、第二孔徑光闌、望遠鏡、入射狹縫、第一準直鏡、第二準直鏡、平面光柵、成像鏡和探測器像面，同一目標出射的光束經(jīng)第一寬帶濾光片和第二寬帶濾光片分成兩個通道分別經(jīng)第一孔徑光闌和第二孔徑光闌入射到望遠鏡上，經(jīng)望遠鏡成像到入射狹縫上，所述光束經(jīng)入射狹縫出射后，分別經(jīng)第一準直鏡和第二準直鏡后入射到平面光柵的不同區(qū)域上，經(jīng)平面光柵色散后入射至成像鏡，經(jīng)成像鏡成像在同一探測器像面上。本發(fā)明的系統(tǒng)應用在航天、航空大氣遙感領域。
文檔編號G01J3/02GK102928077SQ20121048790
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者薛慶生, 王淑榮 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所