【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天光学天文遥感探测，涉及一种基于单一焦面成像光谱光学系统，通过在准直光路中局部采用pg型棱栅色散的分光方式，仅用同一套光路和同一个焦面探测器，同时实现了高分辨率成像和高保真光谱探测。
技术介绍
1、近年来随着航空航天迅猛发展天文探测，逐渐由地基向着天基发展，天基环境较为恒定且无大气窗口干扰。越来越受到科学人员的重视。天文观测主要针对各个波段的电磁波，其是宇宙活动的重要信使，携带了丰富的信息。对其各能量段范围的观测为全面了解宇宙的构成、星体演化和宇宙线的起源提供了重要的窗口。
2、为满足科学需求，空间天文探测望远镜功能复杂，大多数需要兼具多通道光谱探测和多通道宽波段成像功能，光学通道数多导致光学构型复杂，结构繁杂，体积重量上升，可靠性下降，已经成本的大幅增加。如何在满足观测需求下，减少通道数，精简结构，提高可靠性，成为一大难题。
技术实现思路
1、本申请解决的技术问题是：针对传统成像、光谱同时工作光学系统需要采用两个分离的光学通道，及采用两套焦面探测器组件带来的体积、重量、功耗、复杂度和研制成本增加的问题，提供了一种基于单一焦面成像光谱光学系统，通过在准直光路中局部采用pg型棱栅色散的分光方式，仅用同一套光路和同一个焦面探测器，同时实现了高分辨率成像和高保真光谱探测，有效解决了多通道、多焦面设计带来的复杂问题。
2、本申请提供的技术方案如下：
3、一种基于单一焦面成像光谱光学系统，包括准直系统、色散系统和成像系统；
4、
5、色散系统包括pg型色散棱栅，光谱通道进入的光线通过pg型色散棱栅后形成光谱光路，成像通道进入的光线从pg型色散棱栅一侧经过；光线经过色散系统后直接进入成像系统。
6、沿着光路方向，所述成像系统依次包括成像平面反射镜、正光焦度成像凸面双曲面反射镜、负光焦度成像凹面椭球面反射镜和焦面探测器，成像系统将通过色散系统和从色散系统旁侧通过的光汇聚到焦面探测器的不同位置。
7、所述第一凹面椭球面准直反射镜的曲率为-341.432，第一凹面椭球面准直反射镜从垂直于z轴的初始状态、绕x轴向朝向狭缝方向倾斜0.95°。
8、所述第二凹面椭球面准直反射镜曲率为-339.86，第二凹面椭球面准直反射镜从垂直于z轴的初始状态、绕x轴向背离狭缝方向倾斜0.63°。
9、所述pg型色散棱栅包括棱镜和平面透射型光栅；pg型色散棱栅的入光面从垂直于y的状态开始、绕x轴向朝向平面反射镜方向倾斜10°，pg型色散棱栅的出光面从垂直于y的状态开始、绕x轴向背离平面反射镜方向倾斜10°；平面透射型光栅的刻线密度为200lp/mm，采用+1级衍射级次。
10、所述棱镜为阿贝数为23.79、折射率为1.85的光学玻璃，平面透射型光栅为阿贝数为64.21、折射率为1.52的光学玻璃。
11、所述正光焦度成像凸面双曲面反射镜的曲率为-518.332，正光焦度成像凸面双曲面反射镜的中心、比从平面反射镜反射来的主光线照射到正光焦度成像凸面双曲面反射镜表面的位置向下平移80cm。
12、所述负光焦度成像凹面椭球面反射镜的曲率-1744.406。
13、所述双开口狭缝与第一凹面椭球面准直反射镜之间的距离为300mm，第一凹面椭球面准直反射镜到第二凹面椭球面准直反射镜之间的距离为233.09mm，第二凹面椭球面准直反射镜到平面反射镜之间的距离为100-200m，平面反射镜到pg型色散棱栅之间的距离为100-200mm，pg型色散棱栅到成像平面反射镜之间的距离为30mm，成像平面反射镜到正光焦度成像凸面双曲面反射镜之间的距离为150mm，正光焦度成像凸面双曲面反射镜到负光焦度成像凹面椭球面反射镜之间的距离为166.49mm，负光焦度成像凹面椭球面反射镜到焦面探测器之间的距离为76.89mm。
14、所述准直第一凹面椭球面反射镜、准直第二凹面椭球面反射镜、准直平面反射镜、聚焦平面反射镜、正光焦度成像凸面双曲面反射镜、负光焦度成像凹面椭球面反射镜的材料为微晶玻璃。
15、综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
16、1)本专利技术采用全反射系统，具备从可见光到短波红外的全谱段探测能力，且全波段无色差，降低了分光系统的设计、加工装调难度，同时，引入两片平面反射镜折叠准直系统、聚焦成像系统光路，从而压缩光学系统尺寸。
17、2)本专利技术将成像通道和光谱通道合并，体现在狭缝处存在两个开口，一个是成像通道的开口，一个是光谱通道开口。共用准直、聚焦反射镜，利用分视场的原理，将色散组件pg型棱栅，引入准直光路形成色散系统，从而得到高光谱图像。
18、3)本专利技术采用pg型棱栅即棱镜+平面透射光栅的分光方式，可以减少分光系统的谱线弯曲，通过调节聚焦系统的反射镜位置、旋转，既保证了系统的像质又有效减少系统的色畸变。
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1.一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：包括准直系统(A)、色散系统(B)和成像系统(C)；
2.根据权利要求1所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：沿着光路方向，所述成像系统(C)依次包括成像平面反射镜(5)、正光焦度成像凸面双曲面反射镜(6)、负光焦度成像凹面椭球面反射镜(7)和焦面探测器(8)，成像系统(C)将通过色散系统(B)和从色散系统(B)旁侧通过的光汇聚到焦面探测器(8)的不同位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述第一凹面椭球面准直反射镜(1)的曲率为-341.432，第一凹面椭球面准直反射镜(1)从垂直于z轴的初始状态、绕x轴向朝向狭缝方向倾斜0.95°。
4.根据权利要求3所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述第二凹面椭球面准直反射镜(2)曲率为-339.86，第二凹面椭球面准直反射镜(2)从垂直于z轴的初始状态、绕x轴向背离狭缝方向倾斜0.63°。
5.根据权利要求4所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述PG型
6.根据权利要求5所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述棱镜为阿贝数为23.79、折射率为1.85的光学玻璃，平面透射型光栅为阿贝数为64.21、折射率为1.52的光学玻璃。
7.根据权利要求2或5所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述正光焦度成像凸面双曲面反射镜(6)的曲率为-518.332，正光焦度成像凸面双曲面反射镜(6)的中心、比从平面反射镜(5)反射来的主光线照射到正光焦度成像凸面双曲面反射镜(6)表面的位置向下平移80cm。
8.根据权利要求7所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述负光焦度成像凹面椭球面反射镜(7)的曲率-1744.406。
9.根据权利要求8所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述双开口狭缝(0)与第一凹面椭球面准直反射镜(1)之间的距离为300mm，第一凹面椭球面准直反射镜(1)到第二凹面椭球面准直反射镜(2)之间的距离为233.09mm，第二凹面椭球面准直反射镜(2)到平面反射镜(3)之间的距离为100-200m，平面反射镜(3)到PG型色散棱栅(4)之间的距离为100-200mm，PG型色散棱栅(4)到成像平面反射镜(5)之间的距离为30mm，成像平面反射镜(5)到正光焦度成像凸面双曲面反射镜(6)之间的距离为150mm，正光焦度成像凸面双曲面反射镜(6)到负光焦度成像凹面椭球面反射镜(7)之间的距离为166.49mm，负光焦度成像凹面椭球面反射镜(7)到焦面探测器(8)之间的距离为76.89mm。
10.根据权利要求1所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述准直第一凹面椭球面反射镜(孔径光阑)(1)、准直第二凹面椭球面反射镜(2)、准直平面反射镜(3)、聚焦平面反射镜(5)、正光焦度成像凸面双曲面反射镜(6)、负光焦度成像凹面椭球面反射镜(7)的材料为微晶玻璃。
...【技术特征摘要】
1.一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：包括准直系统(a)、色散系统(b)和成像系统(c)；
2.根据权利要求1所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：沿着光路方向，所述成像系统(c)依次包括成像平面反射镜(5)、正光焦度成像凸面双曲面反射镜(6)、负光焦度成像凹面椭球面反射镜(7)和焦面探测器(8)，成像系统(c)将通过色散系统(b)和从色散系统(b)旁侧通过的光汇聚到焦面探测器(8)的不同位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述第一凹面椭球面准直反射镜(1)的曲率为-341.432，第一凹面椭球面准直反射镜(1)从垂直于z轴的初始状态、绕x轴向朝向狭缝方向倾斜0.95°。
4.根据权利要求3所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述第二凹面椭球面准直反射镜(2)曲率为-339.86，第二凹面椭球面准直反射镜(2)从垂直于z轴的初始状态、绕x轴向背离狭缝方向倾斜0.63°。
5.根据权利要求4所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述pg型色散棱栅(4)包括棱镜和平面透射型光栅；pg型色散棱栅(4)的入光面从垂直于y的状态开始、绕x轴向朝向平面反射镜(5)方向倾斜10°，pg型色散棱栅(4)的出光面从垂直于y的状态开始、绕x轴向背离平面反射镜(5)方向倾斜10°；平面透射型光栅的刻线密度为200lp/mm，采用+1级衍射级次。
6.根据权利要求5所述的一种基于单一焦面成像光谱光学系统，其特征在于：所述棱镜为阿贝数为23.79、折射率为1.85的光学玻璃，平面透射型光栅为阿贝数为64.21、折射率为1.52...
【专利技术属性】
技术研发人员：张家铭，刘志敏，安宁，董慧文，李功，高幸华，阮宁娟，练敏隆，黄长宁，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：
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