采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统技术方案

本发明专利技术公开一种采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统，其前置望远光学系统用于在其焦面处完成大视场光谱信息的收集；变直径光纤视场分割器，包括多组输入端子视场、多组输出端子视场组及变直径光纤束，前置望远成像系统的大尺寸线视场分割至多组输入端子视场，并在多组输出端子视场组内重组，且多组输出端子视场组与光谱分光系统连接；光谱分光系统，用于将多组输出端子视场组的光谱成像带进行图像的视场拼接，形成了完整的大视场成像光谱信息。本发明专利技术可将大视场进行光学分割重组成小视场组，缩小了大尺寸线视场对光谱探测系统尺寸的需求，便于分光元件和探测器元件的小型化和成像光谱系统的集成化。

Spectral imaging system for large field of view using variable diameter fiber optic field segmenter

The invention discloses a spectral imaging system using a variable diameter optical fiber field of view splitter to realize large field of view. The front-end telescope optical system is used to collect large field of view spectral information at its focal plane; the variable diameter optical fiber field of view splitter includes a plurality of input terminals, a plurality of output terminals and a variable diameter optical fiber bundle. The large-scale line-of-sight of the front-end telescope imaging system is divided into several groups of input terminals'field of view, and is reconstructed within the group of output terminals' field of view, and the group of output terminals'field of view is connected with the spectral spectroscopic system. The spectral spectroscopic system is used to splice the spectral imaging bands of the group of output terminals' field of view for image field splicing. It is a complete spectral information of large field of view. The invention can divide and reorganize the large field of view into a small field of view group, reduce the requirement of the large line of view for the size of the spectral detection system, and facilitate the miniaturization of the spectroscopic elements and detector elements and the integration of the imaging spectral system.

【技术实现步骤摘要】
采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统
本专利技术涉及成像光谱
，特别涉及一种采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统。
技术介绍
当今社会信息化程度的不断提高，空间遥感信息已成为重要的社会经济资源。航空测绘、环境监测、资源探测等领域的探测开发诸多关系到国计民生的监测任务的完成都需建立在空间遥感信息的基础上。常规的卫星和高空航空遥感已在对地观测中发挥了重要作用，但对许多分辨率要求高、时间要求快的应急动态调查监测却难以满足应用所需。从应用需求角度上，提高成像光谱仪的视场观测范围是解决高时间分辨率、高空间分辨率信息获取的有效技术手段，对建立和完善我国遥感多层面对地观测体系具有重要的社会、经济和战略意义。为了获得大视场的地物光谱信息，需要对成像方式或者探测元件提出新的需求。目前，常采用的大视场光谱仪系统大致分为三类，即扫描成像模式下获取大视场的光谱成像系统、推扫成像模式下大尺寸探测器获取大视场的光谱成像系统、推扫成像模式下通过刀口切割视场并分视场探测的光谱成像系统。成像光谱系统一般对地面分辨率要求较高，扫描成像模式下虽然可以提高系统的探测视场，但是扫描机构的转动精度受限，难于实现高的地面分辨需求。而推扫模式下，地面二维空间信息同步成像，探测器与地面的对应关系相对固定，不存在地面相对配准的问题，且凝视时间长、数据信噪比高，是目前较为主要的技术手段。大视场、高地面分辨率需要望远系统的像面大的线性尺度和高的采样率同时满足。较为直接的方式为光谱仪的物面直接与望远系统的像面光学配准，这样要求光谱仪的像面的空间维尺寸较大，需要高性能的大尺寸探测器实现，随着观测视场的需求增加，探测器的成本成倍增加，甚至技术上无法获得。推扫模式下的另一种方式是实现刀口分割视场的技术手段，该方法需要高精密度的刀口反射镜，另外还存在后续的光学系统空间尺寸大、布置空间受限的情况，视场的进一步增加，该方案将变得异常复杂、空间尺寸成倍增加甚至无法实现。因此，目前的技术方案只能在一定程度上实现大视场的观测需求，无法成为机载或星载对资源要求苛刻条件下的较为理想的技术方案。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的缺陷，提供一种采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：提供一种采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统，所述成像光谱系统包括前置望远光学系统、变直径光纤视场分割器和光谱分光系统；所述前置望远光学系统，用于在其焦面处完成大视场光谱信息的收集；所述变直径光纤视场分割器，包括输入端大视场、多组输出端子视场组，所述前置望远成像系统的大尺寸线视场通过输入端大视场进入并分割至多组输出端子视场组，并在多组所述输出端子视场组内重组，且多组所述输出端子视场组与所述光谱分光系统连接，光纤的视场分割实现视场维度的变化，变直径光纤实现子视场尺度的变化；光谱分光系统，用于将多组输出端子视场组的光谱成像带进行图像的视场拼接，形成了完整的大视场成像光谱信息。输入端大视场由多组输入端子视场组成，每组所述输入端子视场由多根光纤的光纤端面规律性地排列构成。所述输入端子视场自由分割重组成多组所述输出端子视场组，其中每组所述输出端子视场组包括输出端子视场组1、输出端子视场组2、…、输出端子视场组N，所述输出端子视场组进行排列重组，可以组成等间距的子视场排列结构。每组所述输出端子视场组可分别与所述光谱分光系统相连，形成完整的子视场组的光谱探测能力。所述光纤采用变直径连接结构，可将输入端的大直径光纤缩小至输出端的小直径光纤，降低光谱分光系统的尺度，所述输入端子视场与所述输出端子视场组通过光纤柔性连接，通过所述光谱分光系统，实现视场组内多组子视场的同步探测。所述光纤由多根变直径的光纤组成，将所述变直径光纤视场分割器的输入端大视场和输出端子视场组进行光学连接，所述变直径的光纤可采用不同直径光纤通过熔接、光纤拉锥、锥形光纤实现。所述光谱分光系统为多狭缝组件的光谱分光系统。本专利技术的有益效果在于：1、采用视场分割的方法，将线性大视场分割成若干输入端子视场，若干输入端子视场组再重组成若干输出端子视场组，通过子视场的成组探测实现降尺度的光谱探测。2、采用光纤进行视场分割及柔性的光路传输，光学结构可任意布置，可设计性强。3、采用变直径光纤的结构，具备光学系统缩小口径或增大口径的功能，实现光学系统的降尺度和易于与其它光学件实现光学匹配。附图说明图1所示为本专利技术采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统的结构示意图。图2为变直径光纤视场分割器的原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。请参阅图1，本专利技术实施例提供一种采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统，系统包括：前置望远光学系统10、变直径光纤视场分割器20和光谱分光系统30。所述前置望远光学系统10，用于在其焦面处完成大视场光谱信息的收集。所述变直径光纤视场分割器20，包括输入端大视场，及多组输出端子视场组，所述前置望远成像系统的大尺寸线视场通过输入端大视场进入并分割至多组输出端子视场组，并在多组所述输出端子视场组内重组，即在输出端子视场组1、输出端子视场组2、输出端子视场组3、…、输出端子视场组N内重组，且多组所述输出端子视场组与所述光谱分光系统30连接。光谱分光系统30，用于将多组输出端子视场组的光谱成像带进行图像的视场拼接，形成了完整的大视场成像光谱信息。如图2所示，输入端大视场由多组输入端子视场组成，即输入端子视场1、输入端子视场2、输入端子视场3、…、输出端子视场组N，每组所述输入端子视场由多根光纤的光纤端面211规律性地排列构成。如图2所示，所述输入端子视场自由分割重组成多组所述输出端子视场组，其中每组所述输出端子视场组包括输出端子视场组1、输出端子视场组2……输出端子视场组N，所述输出端子视场组进行排列重组，可以组成等间距的子视场排列结构。如图2所示的实施例中，所述输出端子视场组对所述输入端子视场所输出的视场进行排列重组。如图1所示，每组所述输出端子视场组可分别与所述光谱分光系统相连，形成完整的子视场组的光谱探测能力，且所述光谱分光系统又包括光谱分光系统1、光谱分光系统2、光谱分光系统3等多个光谱分光系统。一个实施例中，如图2所示，所述光纤212采用变直径连接结构，将所述变直径光纤视场分割器的输入端大视场和输出端子视场组进行光学连接，所述变直径的光纤可采用不同直径光纤通过熔接、光纤拉锥、锥形光纤实现。可将输入端的大直径光纤缩小至输出端的小直径光纤，降低光谱分光系统的尺度，所述输入端子视场与所述输出端子视场组通过光纤柔性连接，通过所述光谱分光系统，实现视场组内多组子视场的同步探测。需要说明的是，所述变直径光纤视场分割器20采用了直径变化的光纤实现光学传输，当光纤输入端采用大直径、输出端采用小直径的方式时，前置望远光学系统10可实现高效率的集光能力，后续光谱分光系统30可小型化设计，体积和重量将大幅降低。当光纤输入端采用小直径、输出端采用大直径的方式时，前置望远光学系统10可实现小型化设计，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统，其特征在于：所述成像光谱系统包括前置望远光学系统、变直径光纤视场分割器和光谱分光系统；所述前置望远光学系统，用于在其焦面处完成大视场光谱信息的收集；所述变直径光纤视场分割器，包括输入端大视场、多组输出端子视场组，所述前置望远成像系统的大尺寸线视场通过输入端大视场进入并分割至多组输出端子视场组，并在多组所述输出端子视场组内重组，且多组所述输出端子视场组与所述光谱分光系统连接；光谱分光系统，用于将多组输出端子视场组的光谱成像带进行图像的视场拼接，形成了完整的大视场成像光谱信息。

【技术特征摘要】
1.一种采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统，其特征在于：所述成像光谱系统包括前置望远光学系统、变直径光纤视场分割器和光谱分光系统；所述前置望远光学系统，用于在其焦面处完成大视场光谱信息的收集；所述变直径光纤视场分割器，包括输入端大视场、多组输出端子视场组，所述前置望远成像系统的大尺寸线视场通过输入端大视场进入并分割至多组输出端子视场组，并在多组所述输出端子视场组内重组，且多组所述输出端子视场组与所述光谱分光系统连接；光谱分光系统，用于将多组输出端子视场组的光谱成像带进行图像的视场拼接，形成了完整的大视场成像光谱信息。2.如权利要求1所述的采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统，其特征在于：输入端大视场由多组输入端子视场组成，每组所述输入端子视场由多根光纤的光纤端面规律性地排列构成。3.如权利要求2所述的采用变直径光纤视场分割器实现大视场的光谱成像系统，其特征在于：所述输入端子视场自由分割重组成多组所述输出端子视场组，其中每组所述输出端子视场组包括输出端子视场组1、输出端子视场组2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉权，王龙，高明辉，纪振华，韦跃峰，薛浩，蔺超，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22