【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学系统和光学设计，尤其是指一种紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法。
技术介绍
1、成像光谱仪可以同时获取目标场景的二维空间信息和一维光谱信息，形成三维数据立方以实现对探测目标的综合感知与识别，是一种新型的信息获取技术。随着无人机遥感平台的飞速发展，机载平台的特点更加突出，系统的小型化成为了迫切需求，研制紧凑型的成像光谱仪越来越受到重视。
2、成像光谱仪通常采用离轴反射式的结构。然而，离轴的结构会带来更为复杂的像差，且系统中含有色散元件，不同波长的光线产生的像差也会不同，常规旋转对称面型的光学元件难以校正成像光谱仪中的非对称像差，所以通常在系统中添加校正透镜或放宽尺寸的限制来平衡像差，使得系统难以同时实现高性能与小体积。
3、中国专利技术专利cn110879104a公开了一种长狭缝光谱仪光学系统，虽满足了长狭缝设计需求，但光谱仪的体积较大，不够满足小型化的要求。
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供了一种大视场、小型化和像质良好的紧凑型长狭缝光谱仪成像方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，包括如下步骤：
3、s1、由入射狭缝出射的远心光线，通过zernike多项式表述的自由曲面主镜进行初步像差校正；
4、s2、光线反射至凸面光栅，经凸面光栅衍射后的发散光束经过zernike多项式表述的自由曲面三镜进一步校正像差；>
5、s3、经过自由曲面主镜和自由曲面三镜两次像差校正的光线反射至成像传感器，会聚成像。
6、在本专利技术的一个实施例中，所述入射狭缝和成像传感器位于凸面光栅的非衍射面一侧，所述自由曲面主镜和自由曲面三镜位于凸面光栅的衍射面一侧，系统光阑位于凸面光栅上。
7、在本专利技术的一个实施例中，所述自由曲面主镜和自由曲面三镜的面型的数学表达式均为二次曲面叠加8阶及以下的条纹zernike多项式，以透镜表面与光轴的交点为原点o构建空间极坐标系。
8、在本专利技术的一个实施例中，所述条纹zernike多项式的数学表达式为：
9、
10、其中，为所述zernike自由曲面的表达式；
11、表示conic曲面，具有旋转对称性；
12、表示zernike多项式，被化解为zernike多项式的径向坐标ρ，以及zernike多项式的角度坐标c为所述zernike自由曲面的顶点的曲率，k为所述zernike自由曲面的二次曲面系数，r为zernike自由曲面上点相对于旋转对称轴的径向距离，c1～c37为每取相应zernike多项式时所对应的新的系数。
13、在本专利技术的一个实施例中，所述自由曲面主镜的zernike多项式表征式中其各项值范围为：0.01<c<0.02；-1<k<1；-0.1<c5<0.1,-1×10-2<c8<1×10-2,-5×10-2<c9<5×10-2,-5×10-3<c11<5×10-3,-1×10-4<c12<1×10-4,-4×10-4<c15<4×10-4,-1×10-3<c16<1×10-3,-3×10-3<c17<3×10-3,-1×10-3<c20<1×10-3,-8×10-4<c21<8×10-4,-4×10-4<c24<4×10-4,-2×10-4<c25<2×10-4,-6×10-4<c27<6×10-4,-4×10-4<c28<4×10-4,-2×10-4<c31<2×104，-2×10-4<c32<2×104，其余项zernike多项式对应的系数为0。
14、在本专利技术的一个实施例中，所述自由曲面主镜的zernike多项式表征式中其各项值范围为：0.01<c<0.02；-1<k<1；-0.1<c5<0.1,-2×10-2<c8<2×10-2,-4×10-2<c9<4×10-2,-8×10-3<c11<8×10-3,-3×10-3<c12<3×10-3,-3×10-3<c15<3×10-3,-8×10-4<c16<8×10-4,-2×10-2<c17<2×10-2,-1×10-3<c20<1×10-3,-3×10-4<c21<3×10-4,-5×10-4<c24<5×10-4,-2×10-4<c25<2×10-4,-5×10-5<c27<5×10-5,-1×10-4<c28<1×10-4,-3×10-4<c31<3×104，-2×10-4<c32<2×104，其余项zernike多项式对应的系数为0。
15、在本专利技术的一个实施例中，所述光谱仪的入射狭缝的长度s的取值范围为20mm≤s≤40mm。
16、在本专利技术的一个实施例中，所述光谱仪的工作波段为400nm～1000nm。
17、在本专利技术的一个实施例中，所述光谱仪的数值孔径为0.15mm～0.2mm。
18、在本专利技术的一个实施例中，所述光谱仪的体积为60mm×64mm×90mm。
19、本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
20、1.所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪采用的自由曲面均为zernike多项式所表述的自由曲面，在zernike多项式中引入像散项z5/6可以减少狭缝量的同时保持系统原有的视场范围，进一步引入更高阶zernike多项式提升系统边缘视场的像散校正能力，进而提升了光谱仪的狭缝长度。
21、2.所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪小型化，光路紧凑，可以同时满足长狭缝和低光谱畸变设计要求。
22、3.所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪其谱线弯曲与色畸变在除边缘视场处均小于10％像元大小。
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1.一种紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述入射狭缝和成像传感器位于凸面光栅的非衍射面一侧，所述自由曲面主镜和自由曲面三镜位于凸面光栅的衍射面一侧，系统光阑位于凸面光栅上。
3.根据权利要求1所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述自由曲面主镜和自由曲面三镜的面型的数学表达式均为二次曲面叠加8阶及以下的条纹Zernike多项式，以透镜表面与光轴的交点为原点O构建空间极坐标系。
4.根据权利要求4所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述条纹Zernike多项式的数学表达式为：
5.根据权利要求4所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述自由曲面主镜的Zernike多项式表征式中其各项值范围为：0.01<c<0.02；-1<k<1；-0.1<C5<0.1,-1×10-2<C8<1×10-2,-5×10-2<C9<5×10-2,-5×1
6.根据权利要求5所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述自由曲面主镜的Zernike多项式表征式中其各项值范围为：0.01<c<0.02；-1<k<1；-0.1<C5<0.1,-2×10-2<C8<2×10-2,-4×10-2<C9<4×10-2,-8×10-3<C11<8×10-3,-3×10-3<C12<3×10-3,-3×10-3<C15<3×10-3,-8×10-4<C16<8×10-4,-2×10-2<C17<2×10-2,-1×10-3<C20<1×10-3,-3×10-4<C21<3×10-4,-5×10-4<C24<5×10-4,-2×10-4<C25<2×10-4,-5×10-5<C27<5×10-5,-1×10-4<C28<1×10-4,-3×10-4<C31<3×104，-2×10-4<C32<2×104，其余项Zernike多项式对应的系数为0。
7.根据权利要求1所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述光谱仪的入射狭缝的长度S的取值范围为20mm≤S≤40mm。
8.根据权利要求1所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述光谱仪的工作波段为400nm～1000nm。
9.根据权利要求1所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述光谱仪的数值孔径为0.15mm～0.2mm。
10.根据权利要求1所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述光谱仪的体积为60mm×64mm×90mm。
...【技术特征摘要】
1.一种紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述入射狭缝和成像传感器位于凸面光栅的非衍射面一侧，所述自由曲面主镜和自由曲面三镜位于凸面光栅的衍射面一侧，系统光阑位于凸面光栅上。
3.根据权利要求1所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述自由曲面主镜和自由曲面三镜的面型的数学表达式均为二次曲面叠加8阶及以下的条纹zernike多项式，以透镜表面与光轴的交点为原点o构建空间极坐标系。
4.根据权利要求4所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述条纹zernike多项式的数学表达式为：
5.根据权利要求4所述的紧凑型长狭缝成像光谱仪的成像方法，其特征在于：所述自由曲面主镜的zernike多项式表征式中其各项值范围为：0.01<c<0.02；-1<k<1；-0.1<c5<0.1,-1×10-2<c8<1×10-2,-5×10-2<c9<5×10-2,-5×10-3<c11<5×10-3,-1×10-4<c12<1×10-4,-4×10-4<c15<4×10-4,-1×10-3<c16<1×10-3,-3×10-3<c17<3×10-3,-1×10-3<c20<1×10-3,-8×10-4<c21<8×10-4,-4×10-4<c24<4×10-4,-2×10-4<c25<2×10-4,-6×10-4<c27<6×10-4,-4×10-4<c28<4×10-4,-2×10-4<c31<2×104，-2×10-4<c32<2×...
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