【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多光谱成像，涉及一种离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统。
技术介绍
1、作为新一代光电探测技术，光谱成像技术距今发展已有40余年，由于具有成像和光谱探测的特点,已广泛应用于气象、农业、医疗、环境监控、资源普查以及军事目标侦察探测、监视等多个民用和军事领域。
2、按照数据获取方式，光谱成像技术可分为扫描式光谱成像和快照式光谱成像。扫描式光谱成像需要以时间扫描或者空间扫描获取光谱数据立方体。快照式光谱成像可在探测器单个积分周期内获取光谱数据立方体。扫描式光谱成像传感器在采集有明显空间变化和光谱变化的动态场景时，由于扫描而无法获取完整的数据立方体，而快照式光谱成像由于不需要通过时间序列点扫描、线扫描或谱扫描获取数据立方体，因此可在一次曝光周期获取完整的数据立方体，可满足动态场景的探测识别需求。
3、分孔径快照式光谱成像仪是一种通道式快照光谱成仪，由于具有原理简单、易实现、可靠性强等优点而被广泛研究。分孔径快照光谱成仪通过多通道并行采集，解决二维成像系统不能一次采集三维数据的问题。每个通道由光学系统、滤光片和探测器组成。每个通道配置不同中心波长的窄带滤光片，一个通道获取一个光谱图像，形成光谱数据立方体。
4、分孔径快照式光谱成仪光学系统可采用反射式也可采用透射式，不仅需要满足大口径光学系统色差校正及图像校准的要求，而且应在工艺上易实现。
5、在专利cn 107271039 b中介绍了一种透射式分孔径快照式光学系统，光学系统由望远物镜、视场光阑、微透镜阵列组成；视场光阑置于物
6、在专利cn 107271039 b中介绍了一种全反射式分孔径快照式光学系统，系统全反射式结构，包括分孔径、分光也使用反射镜阵列，整个系统使用了13片离轴抛物面反射镜，装调难度大，且横向尺寸较大，不能满足小型军事光电平台对光谱成像系统尺寸的要求。
技术实现思路
1、(一)专利技术目的
2、本专利技术的目的是：提供一种离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，光学系统要满足远距离n(n＝k2，k≥2)个光谱通道探测要求，且每个通道图像必须严格配准，色差小、易于实现、外形小。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其包括：沿光路方向依次排列的前置反射镜1、视场光阑2、准直反射镜3、光阑阵列4、滤光片阵列5、小透镜阵列6以及大面阵探测器7；所述前置反射镜1、视场光阑2、准直反射镜3构成一个离轴反射式望远系统，视场光阑2位于两片离轴反射镜之间的一次像面处限制成像范围；所述光阑阵列4、滤光片阵列5、小透镜阵列6构成n个光谱通道，光阑阵列4、滤光片阵列5位于离轴反射式望远系统和小透镜阵列6之间的平行光路中进行分孔径、分光，光阑阵列4位于滤光片阵列5和小透镜阵列6前，包括n个孔径，作为成像光学系统的孔径光阑，也是小透镜阵列6的入瞳，小透镜阵列6包括n组独立的小透镜，收集多个通道的能量，在大面阵探测器7上同时生成多个光谱图像，最终获得光谱数据立方体；其中，n＝k2，k≥2。
5、其中，所述前置反射镜1、准直反射镜3均为离轴抛物面反射镜，均采用凹面非球面，表面镀有可见-近红外宽光谱高反射膜。
6、其中，所述n个光谱通道光轴平行且间距一致。
7、其中，所述滤光片阵列5由n个小尺寸窄带滤光片、基片和n个小尺寸截止滤光片胶合组成。
8、其中，所述滤光片阵列5的n个小尺寸窄带滤光片上镀有设定光谱的窄带滤光膜，n个截止滤光片上镀有和设定光谱对应的带通滤光膜。
9、其中，所述小透镜阵列6包括n个独立小透镜，各独立小透镜均与离轴反射式望远系统光轴平行，且对称地分布在垂直于离轴反射式望远系统光轴的平面上，各光轴之间的距离保证每个通道所成的像互不干扰且一致。
10、其中，所述小透镜阵列6中的n个小透镜，若n为偶数，各小透镜均不与所述离轴反射式望远系统同轴，且对称地分布在垂直于离轴反射式望远系统光轴的平面上，相对于离轴反射式望远系统具有不同的偏轴量；若n为奇数，其中一个小透镜与所述离轴反射式望远系统同轴，n-1小透镜不与所述离轴反射式望远系统同轴，且对称地分布在垂直于离轴反射式望远系统光轴的平面上，相对于离轴反射式望远系统具有不同的偏轴量。
11、其中，所述小透镜阵列6中的各独立小透镜采用多个透镜组合的结构型式校正宽光谱色差及二级光谱，所述结构型式为双胶合透镜加双胶合透镜或单透镜加双胶合透镜或三胶合透镜，其中双胶合透镜由一片正光焦度透镜6-1和一片负光焦度透镜6-2通过光学胶胶合而成，三胶合透镜由一片正光焦度透镜6-1、一片负光焦度透镜6-2、一片正光焦度透镜6-3通过光学胶胶合而成。
12、其中，所述小透镜阵列6具有两种不同的结构参数，即具有不同的曲率半径和厚度，其表面分别镀有可见光和近红外两种不同谱段的高增透膜。
13、其中，所述小透镜阵列6中各独立小透镜具有相同的光学材料，各独立小透镜采用校正二级光谱的特种玻璃和重冕玻璃或萤石(caf2)和重冕玻璃，采用分离透镜组或胶合透镜组的结构型式组合而成。
14、(三)有益效果
15、上述技术方案所提供的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，具有以下有益效果：
16、(1)本专利技术采用离轴抛物面望远系统加小透镜阵列的结构型式，小透镜阵列置于平行光路中，各通道光轴严格平行，解决了视差问题；多通道多重结构一体设计，保证了整个系统光瞳的匹配。
17、(2)本专利技术望远系统采用离轴反射镜结构，无遮拦、无色差，可满足大孔径宽光谱系统对像质本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，包括：沿光路方向依次排列的前置反射镜(1)、视场光阑(2)、准直反射镜(3)、光阑阵列(4)、滤光片阵列(5)、小透镜阵列(6)以及大面阵探测器(7)；所述前置反射镜(1)、视场光阑(2)、准直反射镜(3)构成一个离轴反射式望远系统，视场光阑(2)位于两片离轴反射镜之间的一次像面处限制成像范围；所述光阑阵列(4)、滤光片阵列(5)、小透镜阵列(6)构成n个光谱通道，光阑阵列(4)、滤光片阵列(5)位于离轴反射式望远系统和小透镜阵列(6)之间的平行光路中进行分孔径、分光，光阑阵列(4)位于滤光片阵列(5)和小透镜阵列(6)前，包括n个孔径，作为成像光学系统的孔径光阑，也是小透镜阵列(6)的入瞳，小透镜阵列(6)包括n组独立的小透镜，收集多个通道的能量，在大面阵探测器(7)上同时生成多个光谱图像，最终获得光谱数据立方体；其中，n＝k2，k≥2。
2.如权利要求1所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述前置反射镜(1)、准直反射镜(3)均为离轴抛物面反射镜，均采用凹面非球面，表面镀有可见-近红外宽
3.如权利要求2所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述n个光谱通道光轴平行且间距一致。
4.如权利要求3所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述滤光片阵列(5)由n个小尺寸窄带滤光片、基片和n个小尺寸截止滤光片胶合组成。
5.如权利要求4所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述滤光片阵列(5)的n个小尺寸窄带滤光片上镀有设定光谱的窄带滤光膜，n个截止滤光片上镀有和设定光谱对应的带通滤光膜。
6.如权利要求5所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述小透镜阵列(6)包括n个独立小透镜，各独立小透镜均与离轴反射式望远系统光轴平行，且对称地分布在垂直于离轴反射式望远系统光轴的平面上，各光轴之间的距离保证每个通道所成的像互不干扰且一致。
7.如权利要求6所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述小透镜阵列(6)中的n个小透镜，若n为偶数，各小透镜均不与所述离轴反射式望远系统同轴，且对称地分布在垂直于离轴反射式望远系统光轴的平面上，相对于离轴反射式望远系统具有不同的偏轴量；若n为奇数，其中一个小透镜与所述离轴反射式望远系统同轴，n-1小透镜不与所述离轴反射式望远系统同轴，且对称地分布在垂直于离轴反射式望远系统光轴的平面上，相对于离轴反射式望远系统具有不同的偏轴量。
8.如权利要求7所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述小透镜阵列(6)中的各独立小透镜采用多个透镜组合的结构型式校正宽光谱色差及二级光谱，所述结构型式为双胶合透镜加双胶合透镜或单透镜加双胶合透镜或三胶合透镜，其中双胶合透镜由一片正光焦度透镜(6-1)和一片负光焦度透镜(6-2)通过光学胶胶合而成，三胶合透镜由一片正光焦度透镜(6-1)、一片负光焦度透镜(6-2)、一片正光焦度透镜(6-3)通过光学胶胶合而成。
9.如权利要求8所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述小透镜阵列(6)具有两种不同的结构参数，即具有不同的曲率半径和厚度，其表面分别镀有可见光和近红外两种不同谱段的高增透膜。
10.如权利要求9所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述小透镜阵列(6)中各独立小透镜具有相同的光学材料，各独立小透镜采用校正二级光谱的特种玻璃和重冕玻璃或萤石和重冕玻璃，采用分离透镜组或胶合透镜组的结构型式组合而成。
...【技术特征摘要】
1.一种离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，包括：沿光路方向依次排列的前置反射镜(1)、视场光阑(2)、准直反射镜(3)、光阑阵列(4)、滤光片阵列(5)、小透镜阵列(6)以及大面阵探测器(7)；所述前置反射镜(1)、视场光阑(2)、准直反射镜(3)构成一个离轴反射式望远系统，视场光阑(2)位于两片离轴反射镜之间的一次像面处限制成像范围；所述光阑阵列(4)、滤光片阵列(5)、小透镜阵列(6)构成n个光谱通道，光阑阵列(4)、滤光片阵列(5)位于离轴反射式望远系统和小透镜阵列(6)之间的平行光路中进行分孔径、分光，光阑阵列(4)位于滤光片阵列(5)和小透镜阵列(6)前，包括n个孔径，作为成像光学系统的孔径光阑，也是小透镜阵列(6)的入瞳，小透镜阵列(6)包括n组独立的小透镜，收集多个通道的能量，在大面阵探测器(7)上同时生成多个光谱图像，最终获得光谱数据立方体；其中，n＝k2，k≥2。
2.如权利要求1所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述前置反射镜(1)、准直反射镜(3)均为离轴抛物面反射镜，均采用凹面非球面，表面镀有可见-近红外宽光谱高反射膜。
3.如权利要求2所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述n个光谱通道光轴平行且间距一致。
4.如权利要求3所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述滤光片阵列(5)由n个小尺寸窄带滤光片、基片和n个小尺寸截止滤光片胶合组成。
5.如权利要求4所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其特征在于，所述滤光片阵列(5)的n个小尺寸窄带滤光片上镀有设定光谱的窄带滤光膜，n个截止滤光片上镀有和设定光谱对应的带通滤光膜。
6.如权利要求5所述的离轴反射分孔径快照式光谱成像光学系统，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑雅卫，高泽东，赵宇洁，程洪亮，孟合民，袁良，丁娜，王曼，王希骋，王律，刘方，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：
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