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专利名称：双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及空间光学技术领域，具体涉及空间光学中ー种反射式棱镜色散型宽波段成像光谱仪光学系统。
背景技术：
成像光谱仪是在多光谱遥感技术基础上发展起来的ー种新型空间光学遥感仪器，它能以高光谱分辨率获取目标的超多谱段图像，在陆地、大气和海洋遥感等领域正在得到越来越广泛的应用。近年来，随着空间遥感应用的不断发展，对成像光谱仪的波段范围和动态范围的要求也越来越高。波段范围从通常的可见波段扩展到了紫外波段，波段越宽，包含的目标的光谱信息就越丰富，要实现紫外至可见的宽波段信号同时探測。在包含紫外波段的宽波段大气临边遥感探测等领域，紫外波段的信号与可见波段的信号強度差别达到了 IO5 IO6量级。为实现对目标的宽波段大动态范围成像光谱探測，目前，国内外现有的宽波段成像光谱仪光学系统采用复杂的扫描镜机构和多个分色片，体积和重量大，不适合航天、航空遥感应用。

发明内容
本发明为解决现有宽波段成像光谱仪结构复杂、体积和重量大的问题，提供ー种双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统。双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统，该光学系统包括第一孔径光阑、第二孔径光阑、望远镜、入射狭缝、第一准直镜、第二准直镜、色散棱镜、第一成像镜、第ニ成像镜和探測器像面；同一目标出射的光束经第一孔径光阑和第二孔径光阑分别通过第一通道和第二通道入射到望远镜上，光束经望远镜成像到入射狭缝后，分别经第一准直镜和第二准直镜后入射到色散棱镜上，经色散棱镜色散后，再经第一成像镜和第二成像镜成像在探測器像面上。本发明的工作原理本发明为把宽波段大动态范围的目标能清晰成像在小型化成像光谱仪的探測器像面上，采用了双通道共光路棱镜色散的系统结构，分成两个通道进行探測，两个通道的波段相同，两通道的孔径光阑的口径比可根据需要选择。为实现小型化和轻量化，两通道共用同一望远镜、入射狭缝、色散棱镜、第一成像镜、第二成像镜和探測器像面。本发明所述的光学系统按xyz右手空间坐标系有序排列，Z轴方向定为光轴方向，X轴垂直于yz平面，入射狭缝在yz平面内，与y轴有一定的夹角。本发明的有益效果本发明所述的光学系统可实现包含紫外波段的宽波段大动态范围成像光谱探测，可探測信号的动态范围达到IO5 106，双通道共光路，系统布局紧凑，具备小型化、轻量化的特点，棱镜色散具有光谱传输效率高的特点。


图1为本发明所述的双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统的结构图不意图；图2为本发明所述的双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统中色散棱镜的俯视图；图中，1、第一孔径光阑，2、第二孔径光阑，3、第一通道，4、第二通道，5、望远镜，6、入射狭缝，7、第一准直镜，8、第二准直镜，9、色散棱镜，10、第一成像镜，11、第二成像镜，12、探测器像面，a、入射面，b、出射面，c、底面。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图1和图2说明本实施方式，双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统，该光学系统包括第一孔径光阑1、第二孔径光阑2、望远镜5、入射狭缝6、第一准直镜7、第二准直镜8、色散棱镜9、第一成像镜10、第二成像镜11和探測器像面 12 ;同一目标出射的光束经第一孔径光阑I和第二孔径光阑2分成第一通道3和第二通道4分别入射到同一望远镜5上，经望远镜5成像到入射狭缝6上，从入射狭缝6出射后，分别经第一准直镜7和第二准直镜8后入射到色散棱镜9上，经色散棱镜9色散后入射至第一成像镜10，经第一成像镜10反射后入射至第二成像镜11，经第二成像镜11成像在同一探测器像面12上。本实施方式所述的望远镜5与第一准直镜7和第二准直镜8的反射面相对排列，第一准直镜7和第一准直镜8的反射面与色散棱镜的9的入射面a相对排列，色散棱镜9的出射面b与第一成像镜10的反射面相对排列，第一成像镜10的反射面与第二成像镜11的反射面相对排列，第二成像镜11的反射面与探測器像面12相对排列。本实施方式所述的望远镜5、第一准直镜7、第二准直镜8均为离轴抛物面反射镜，第一成像镜10为球面反射镜，第二成像镜11为离轴扁椭球反射镜，所述色散棱镜9的材料为熔石英，结合图2，色散棱镜9的入射面a与出射面b的夹角为顶角a，与顶角相対的面为底面C。
具体实施方式
ニ、本实施方式为具体实施方式
一所述的双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统的应用，本实施方式以临边观测方式对大气臭氧廓线进行探測，轨道高度H=833km，仪器到临边观测点的距离为3365km，光谱分辨率为1. 5nm 40nm，空间分辨率为3km。成像光谱仪光学系统焦距69mm，视场2. 3° X0. 034°，工作波段280 lOOOnm。大气临边场景经第一孔径光阑I和第二孔径光阑2分成第一通道3和第二通道4入射到同一望远镜5上。第一孔径光阑I的口径为6mm，第二孔径光阑2的口径为10mm，大口径用于弱信号探測，小口径用于强信号探測，两个通道采用不同的光学口径，从而扩大了仪器的动态范围。望远镜5为离轴抛物面镜，曲率半径为180_，二次曲面系数为-1，离轴量为25_。入射狭缝6尺寸为3. 61mmX0. 054_。第一准直镜I和第二准直镜8均为离轴抛物面镜，曲率半径均为180mm，二次曲面系数均为-1，离轴量分别为35mm、18mm。色散棱镜9的材料为熔石英,顶角a为64°。第一成像镜10为球面镜，曲率半径为161. 1mm。第二成像镜11为离轴扁椭球镜，曲率半径为159. 2mm，二次曲面系数为0. 172，离轴量为50mm。第一通道3和第二通道4共用一个探测器像面12，在探測器像面12上得到探測器的数字图像，探测器像面12尺寸13. 3mmX 13. 3mm。本发明可实现宽波段、大动态范围超光谱成像探測，适合作为星载和机载的宽波段大动态范围成像光谱仪的光学系统，应用领域包括航天、航空大气遥感、对地观测等领域。
权利要求
1.双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统，该光学系统包括第一孔径光阑(I)、第二孔径光阑(2)、望远镜(5)、入射狭缝(6)、第一准直镜(7)、第二准直镜(8)、色散棱镜(9)、第一成像镜(10)、第二成像镜(11)和探测器像面(12);其特征是，同一目标出射的光束经第一孔径光阑(I)和第二孔径光阑(2)分别通过第一通道(3)和第二通道(4)入射到望远镜(5)上，光束经望远镜(5)成像到入射狭缝(6)后，分别经第一准直镜(7)和第二准直镜(8)后入射到色散棱镜(9)上，经色散棱镜(9)色散后，再经第一成像镜(10)和第二成像镜(11)成像在探测器像面(12 )上。
2.根据权利要求1所述的双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述望远镜(5)与第一准直镜(7)、第二准直镜(8)的反射面相对排列，所述第一准直镜(7)和第二准直镜(8)的反射面与色散棱镜(9)的入射面(a)相对排列，色散棱镜(9)的出射面(b)与第一成像镜(10)的反射面相对排列，第一成像镜(10)的反射面与第二成像镜(II)的反射面相对排列，第二成像镜(11)的反射面与探测器像面(12)相对排列。
3.根据权利要求1所述的双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述的望远镜(5)为离轴抛物面镜。
4.根据权利要求1所述的双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述的第一准直镜(7)和第一准直镜(8)为离轴抛物面镜。
5.根据权利要求1所述的双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述的色散棱镜(9)的材料为熔石英。
6.根据权利要求1所述的双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述的第一成像镜(10)为球面反射镜，第二成像镜(11)为离轴扁椭球反射镜。
7.根据权利要求1所述的双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述第一孔径光阑(I)的口径与第二孔径光阑(2)的口径不同。
全文摘要
双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统，涉及空间光学技术领域，它解决现有宽波段成像光谱仪光学系统结构复杂、体积和重量大的问题。本系统包括第一孔径光阑、第二孔径光阑、望远镜、入射狭缝、第一准直镜、第二准直镜、色散棱镜、第一成像镜、第二成像镜和探测器像面；同一目标出射的光束经第一孔径光阑和第二孔径光阑分别通过第一通道和第二通道入射到望远镜上，光束经望远镜成像到入射狭缝后，分别经第一准直镜和第二准直镜后入射到色散棱镜上，经色散棱镜色散后，再经第一成像镜和第二成像镜成像在探测器像面上。本发明所述光学系统应用在航天、航空大气遥感、对地观测等领域。
文档编号G01J3/02GK103017900SQ20121048792
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者薛庆生, 王淑荣 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所