專利名稱：雙狹縫凸面光柵成像光譜儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學元件、系統，具體是指一種用于機載或星載對地觀察超光譜成像 儀中的一種雙狹縫凸面光柵成像光譜儀。
背景技術：
目前常見的凸面成像光譜儀一般采用OFFNER結構，在物空間放置單狹縫。例如在 專利CN1391090A中，沈蓓軍等提出的折反射式凹面光柵成像光學系統中，在物空間放置單 狹縫，子午方向視場屬于線視場，像方放置焦平面器件，接受來自該狹縫的空間維和光譜維 的成像。在專利US2003/0067600A1中，Brian Curtiss等提出的單光譜儀多輸入方法與系 統中，其光譜儀為測量光強的光柵為凹面，通過分割單狹縫實現多輸入，子午方向視場亦屬 于線視場，系統僅得到每個輸入的光譜維信息，不包含空間維成像信息。在航空航天遙感應用中，將凸面光柵成像光譜儀狹縫平行于飛行方向放置，通過 沿軌方向飛行的推帚掃描，對地物成三維光譜圖像，其每一次成像只能獲取一個條帶的光 譜成像，在高速飛行的航天器中，存在著成像幀頻過高的問題。凸面光柵成像光譜儀弧矢視場(穿軌方向)比較大，其狹縫長度可以達到60mm甚至 更長，這樣在像方的視場隨著擴大。而目前工藝水平不能做到這種大尺寸的焦平面器件，因此 一般采用器件的拼接來實現。采用傳統的單狹縫線視場凸面光柵成像光譜儀時，焦平面器件 拼接存在間隙，會造成地物圖像缺失。此外，寬幅大視場的光譜成像儀，譜面存在較大彎曲。
發明內容
基于上述傳統凸面光柵成像系統存在的兩個的問題，本發明提出一種雙狹縫凸面 光柵成像光譜儀。本發明的目的是通過拓展視場在物空間設置雙狹縫，使像空間不同位置 形成對應狹縫各自的譜面，可以用多個探測器模塊交錯排放消除拼接間隙和圖像的缺失，并 通過對探測器空間位置的調整，改善成像質量與光譜彎曲；也可以在同一探測器上形成雙狹 縫光譜成像，將測器讀出幀頻降低一倍，解決高速飛行的航空航天器中儀器幀頻過高的問題。本發明的雙狹縫凸面光柵成像光譜儀的結構如圖1所示，按順序由物空間狹縫1， 狹縫2，折射透鏡3，凹球面反射鏡4，凸球面反射光柵5構成的成像光學系統。來自物空間 狹縫1，狹縫2的光束1與光束2，經折射透鏡3，射向凹球面反射鏡4，經其反射至凸球面反 射光柵5，再由凸球面反射光柵5，射向凹球面反射鏡4，再由凹球面反射鏡4，經折射透鏡3， 在像空間形成譜面6，譜面7。面陣探測器放置于譜面6，譜面7上。本發明最大的優越性是克服傳統光譜儀單條狹縫的局限，在物空間設置雙狹縫， 像空間同時得到雙狹縫對應的譜面，在兩譜面上放置同一面陣探測器，可將讀出電路幀頻 的要求降低一倍。在寬幅大視場光譜儀中，可在兩譜面上交錯成品字形排列多各探測器，解 決大面陣器件拼接過程中存在間隙而造成地物圖像缺失的問題，同時可改善光譜彎曲。
圖1為雙狹縫凸面光柵成像光譜儀的結構圖，其中R1為折射透鏡3前表面半徑； R2為折射透鏡3后表面半徑；R3為凸球面反射光柵半徑；R4為凹球面反射鏡4半徑；dl為 狹縫1與狹縫2所在物空間平面與折射透鏡3之間距離；d2為折射透鏡3與凹球面反射鏡 4之間距離；d3為凹球面反射鏡4與凸球面反射光柵5之間距離；d4為折射透鏡3厚度，d5 為折射透鏡3與譜面6、譜面7所在像空間平面之間距離，d6為狹縫2離軸量；d7為狹縫1 離軸量；d8為譜面7離軸量；d9為譜面6離軸量；圖2為圖1所示雙狹縫凸面光柵成像光譜儀的左視圖，其中狹縫1，狹縫2位于同 一平面內；譜面6，譜面7位于同一平面內；圖3為譜面6，譜面7上面陣探測器的排列方式；可以放置同一面陣探測器在譜面 6與譜面7上(圖3a)，也可以交錯成品字形排列(圖3b)。具體實施方法按本發明中附圖1所示的光學系統結構，我們設計了一雙狹縫成像光譜儀，光譜 儀的技術指標如下工作波段1·0μπι 2·5μπι系統F 數F/3.0;物空間狹縫長度60mm光譜分辨率312nm/mm雙狹縫成像光譜儀物空間采用狹縫1的離軸量為75mm，狹縫尺寸為60mmX 0. 03mm ；狹縫 2的離軸量為57mm，尺寸為60mmX0. 03mm ；雙狹縫之間間距為18mm ；狹縫1對應譜面6的離軸量 為-80. 6mm，尺寸為60mmX4. 8mm ；狹縫2對應譜面7的離軸量為"62. 6mm，尺寸為60mmX4. 8mm。系統的探測器可采用如下選擇a)選用單個2048 X 1024元短波紅外MCT探測器，像元大小為30 μ mX 30 μ m ；該探 測器同時覆蓋譜面6，譜面7，如圖3a所示。b)選用8個256 X 256元短波紅外MCT探測器，像元大小為30 μ mX 30 μ m;譜面6、 譜面7交錯成品字形排列放置4短波探測器，如圖3b所示。系統具體結構參數如下表離軸量(mm)物象高(mm)曲率半徑(mm)間隔(mm) 備注
物面狹縫17560X0.030
物面狹縫25760X0.03dl135
透鏡30Rl -118..85d413 石英
0R2 -132.51d2 194. 11
反射鏡40R4 -331..27d3:-171.79
凸面光柵50R3 -159. 68d3:171.79 20 線對 /mm
反射鏡40R4 -331..27d2:-194. 11
透鏡30R2 -132..51d4-13 石英
0Rl -118.85d5 -113. 57
像方譜面6-80.660X4.8平面0
像方譜面7-62.660X4.8平面
權利要求
一種雙狹縫凸面光柵成像光譜儀，包括雙狹縫、折射透鏡、凸球面反射光柵和凹球面反射鏡，其特征在于在物平面離軸放置了兩條平行狹縫，即狹縫(1)與狹縫(2)；在像空間與狹縫(1)與狹縫(2)對應的譜面(6)，譜面(7)上放置一面陣探測器，或者交錯成品字形排列放置多個面陣探測器；來自物空間狹縫(1)，狹縫(2)的光束1與光束2，經折射透鏡(3)，射向凹球面反射鏡(4)，經其反射至凸球面反射光柵(5)，再由凸球面反射光柵(5)，射向凹球面反射鏡(4)，再由凹球面反射鏡(4)，經折射透鏡(3)，在像空間形成譜面(6)和譜面(7)，譜面(6)和譜面(7)上的光譜信息被安置在譜面上的面陣探測器獲取。
全文摘要
本發明公開了一種用于星載或者機載對地觀察雙狹縫凸面光柵成像光譜儀，該系統為折射透鏡，凸球面反射光柵和凹球面反射鏡構成的成像光譜儀，通過在物空間設置雙狹縫，使像空間不同位置形成對應狹縫各自的譜面，譜面上可以用多個探測器模塊交錯排放拓展視場，通過對多個探測器進行空間位置的調整，可改善成像質量與光譜彎曲；也可以在同一探測器上形成雙狹縫光譜成像，將探測器讀出幀頻要求降低一倍，解決高速飛行的航空航天器中儀器幀頻過高的問題。主要應用于機載或星載光譜成像系統。
文檔編號G01J3/28GK101975611SQ20101028534
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者丁學專, 劉書鋒, 劉成林, 劉銀年, 楊波, 薛永祺 申請人:中國科學院上海技術物理研究所