次反射光不进入成像光路，从而避免了多次反射现像的产生。
[0044]如图2所示，VNIR凸面光栅6分为A区和B区两个区域，A区和B区的闪耀波长不同，A区用于提高短波的衍射效率，B区用于提高长波的衍射效率，A区的面积SJP B区的面积 Sb满足:1.2S α^Ξ S β^Ξ 1.5S Ao
[0045]如图5所示，VNIR级次选择滤光片9在光谱维方向分为E区和F区两个区域，E区和F区均镀有带通滤光片膜，E区的透射波段为350?700nm，F区的透射波段为700?1050nm。
[0046]如图3所示，IR凸面光栅12分为C区和D区两个区域，C区和D区的闪耀波长不同，C区用于提高短波的衍射效率，D区用于提高长波的衍射效率，C区的面积SjP D区的面积 Sd满足:2S S 2.5S Co
[0047]如图6所示，IR级次选择滤光片14在光谱维方向分为G区、H区和I区三个区域，，G区和H区均镀有带通滤光片膜，I区镀有线性渐变膜，G区的透射波段为1000?2000nm，H区的透射波段为2000?3000nm，I区线性渐变波段为3000?3500nm。
[0048]第一 VNIR反射镜5和第二 VNIR反射镜7的表面均为扁椭球面。第一 IR反射镜11的表面为球面。第二 IR反射镜13的表面为高次非球面。
[0049]VNIR焦平面探测器10采用激光辐照可见光面阵S1-CXD探测器。
[0050]IR焦平面探测器15采用HgCdTe (碲镉汞)红外探测器。
[0051]本发明的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统的工作波段分为可见近红外波段(350?1050nm)和红外波段(1000?3500nm)，视场角FOV满足:
1.2 ^ FOV ( 1.6，视场角FOV最好为1.5，焦距f满足:460_ ^ f ^ 560mm,相对孔径D/f满足:1/5 ( D/f ( 1/3，优选的，焦距f为500mm，入瞳直径D为125mm，相对孔径D/f为1/4。
[0052]本发明的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统安装在二维跟踪转台上，二维跟踪转台采用赤道仪，二维跟踪转台的跟踪精度为0.02，本发明利用月球相对地球的运动实现对月球圆盘进行宽波段、高光谱分辨率的扫描观测。
[0053]如图7所示，首先，调整二维跟踪转台的俯仰和方位角度，使本发明的宽波段高光谱分辨率成像系统的视轴对准月球圆盘的右边缘，月球圆盘的一个条带经同轴两反望远镜中的主镜I和次镜2反射聚焦后成像在入射狭缝3上，形成狭缝像。
[0054]从入射狭缝3出射的可见近红外波段的光束经过楔形分色片4的第一工作表面a反射后入射到第一 VNIR反射镜5上，经过第一 VNIR反射镜5反射后入射到VNIR凸面光栅6上，经过VNIR凸面光栅6色散后入射到第二 VNIR反射镜7上，经过第二 VNIR反射镜7聚焦到VNIR平面转折镜8上，经过VNIR平面转折镜8折转再经过VNIR级次选择滤光片9滤光后分波长(E区的透射波段为350?700nm，F区的透射波段为700?1050nm)聚焦成像在VNIR焦平面探测器10上。
[0055]从入射狭缝3出射的红外波段的光束经过楔形分色片4的第一工作表面a和第二工作表面b透射后入射到第一 IR反射镜11上，经过第一 IR反射镜11反射后入射到IR凸面光栅12上，经过IR凸面光栅12色散后入射到第二 IR反射镜13上，经过第二 IR反射镜13聚焦再经过IR级次选择滤光片14滤光后分波长(G区的透射波段为1000?2000nm，H区的透射波段为2000?3000nm，I区线性渐变波段为3000?3500nm。)聚焦成像在IR焦平面探测器15上。
[0056]利用二维跟踪转台使本发明的宽波段高光谱分辨率成像系统的视轴预先对准在月球运动轨迹上即月球圆盘的右边缘，等待月球运动至此处并扫描，每隔一定间断的时间改变二维跟踪转台的定位，当狭缝像从月球圆盘的右边缘扫描至左边缘时，完成对月球圆盘的一次扫描；再次调节二维跟踪转台的方位和俯仰角度，使本发明的宽波段高光谱分辨率成像系统的视轴重新对准月球圆盘的右边缘，重新开始下一次的扫描观测，依次循环往复，实现对整个月球圆盘的宽波段、高光谱分辨率扫描观测。
【主权项】
1.用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，安装在二维跟踪转台上，其特征在于，包括:主镜(1)、次镜(2)、入射狭缝(3)、楔形分色片(4)、第一 VNIR反射镜(5)、VNIR凸面光栅￠)、第二 VNIR反射镜(7)、VNIR平面转折镜(8)、VNIR级次选择滤光片(9)、VNIR焦平面探测器(10)、第一 IR反射镜(11)、IR凸面光栅(12)、第二 IR反射镜(13)、IR级次选择滤光片(14)和IR焦平面探测器(15); 调整二维跟踪转台使宽波段高光谱分辨率成像系统的视轴对准月球圆盘的右边缘，月球圆盘的一个条带经主镜(I)和次镜(2)反射聚焦后成像在入射狭缝(3)上，形成狭缝像； 从入射狭缝(3)出射的可见近红外波段的光束依次经楔形分色片(4)反射、第一 VNIR反射镜(5)反射、VNIR凸面光栅(6)色散后、第二 VNIR反射镜(7)聚焦、VNIR平面转折镜(8)折转、VNIR级次选择滤光片(9)滤光后分波长聚焦成像在VNIR焦平面探测器(10)上；从入射狭缝(3)出射的红外波段的光束依次经楔形分色片(4)透射、第一 IR反射镜(11)反射、IR凸面光栅(12)色散后、第二 IR反射镜(13)聚焦、IR级次选择滤光片(14)滤光后分波长聚焦成像在IR焦平面探测器(15)上； 当狭缝像从月球圆盘的右边缘扫描至左边缘时，完成对月球圆盘的一次扫描；再次调整二维跟踪转台使宽波段高光谱分辨率成像系统的视轴重新对准月球圆盘的右边缘，重新开始下一次的扫描观测，依次循环往复，实现对整个月球圆盘的宽波段、高光谱分辨率扫描观测。2.根据权利要求1所述的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，其特征在于，所述主镜⑴的二次曲面系数K1满足:-1 ^ K ^ -1.5 ;所述次镜(2)的二次曲面系数1(2满足:-1.5 ^ K2^ -5 ;所述次镜⑵对主镜⑴的遮拦比小于30%。3.根据权利要求1所述的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，其特征在于，所述入射狭缝(3)为弯曲狭缝，所述入射狭缝(3)的安装面为柱面，所述入射狭缝(3)的安装面的旋转轴垂直于入射狭缝(3)长度方向，所述入射狭缝(3)的安装面的曲率半径R3满足:50mm < R 10mm04.根据权利要求1所述的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，其特征在于，所述楔形分色片(4)采用ZnSe材料制成，其楔角β满足:0.15 < β < 0.3 ;宽波段高光谱分辨率成像系统的工作波段利用楔形分色片(4)分为可见近红外波段和红外波段，视场角FOV满足:1.2彡FOV彡1.6，焦距f满足:460_ ^ f ^ 560mm,相对孔径D/f满足:1/5 ≥ D/f ≥ l/3o5.根据权利要求1所述的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，其特征在于，所述VNIR凸面光栅(6)分为A区和B区，A区和B区的闪耀波长不同，A区用于提高短波的衍射效率，B区用于提高长波的衍射效率，A区的面积SJP B区的面积S B满足:.1.2Sa^ S B≥ 1.5Sao6.根据权利要求1所述的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，其特征在于，所述VNIR级次选择滤光片(9)在光谱维方向分为E区和F区，E区和F区均镀有带通滤光片膜，E区的透射波段为350?700nm，F区的透射波段为700?1050nmo7.根据权利要求1所述的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，其特征在于，所述IR凸面光栅(12)分为C区和D区，C区和D区的闪耀波长不同，C区用于提高短波的衍射效率，D区用于提高长波的衍射效率，C区的面积SjP D区的面积S D满足:2SC^ Sd≥ 2.5Sco8.根据权利要求1所述的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，其特征在于，所述IR级次选择滤光片(14)在光谱维方向分为G区、H区和I区，G区和H区均镀有带通滤光片膜，I区镀有线性渐变膜，G区的透射波段为1000?2000nm，H区的透射波段为.2000?3000nm，I区线性渐变波段为3000?3500nm。9.根据权利要求1所述的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，其特征在于，所述VNIR焦平面探测器(10)采用可见光面阵S1-CCD探测器，所述IR焦平面探测器(15)采用HgCdTe红外探测器；所述第一 VNIR反射镜(5)和第二 VNIR反射镜(7)的表面均为扁椭球面，所述第一 IR反射镜(11)的表面为球面，所述第二 IR反射镜(13)的表面为高次非球面。10.根据权利要求1所述的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，其特征在于，所述入射狭缝(3)、楔形分色片(4)、第一 VNIR反射镜(5)、VNIR凸面光栅(6)、第二 VNIR反射镜(7)、VNIR平面转折镜(8)、VNIR级次选择滤光片(9)和VNIR焦平面探测器(10)组成可见近红外光谱成像系统，所述可见近红外光谱成像系统的变倍比P1满足:.0.98 ^ β 1.02 ； 所述入射狭缝⑶、楔形分色片⑷、第一 IR反射镜(11)、IR凸面光栅(12)、第二 IR反射镜(13)、IR级次选择滤光片(14)和IR焦平面探测器(15)组成红外光谱成像系统，所述红外光谱成像系统的变倍比β 2满足:0.98彡β 2彡I.02 ; 所述入射狭缝(3)和楔形分色片(4)为可见近红外光谱成像系统和红外光谱成像系统共用部分。
【专利摘要】用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，涉及成像光谱技术和辐射定标领域，解决了现有采用滤光片型光谱成像仪的地基对月观测系统存在的波段窄、谱段数少、观测光谱不连续、光谱分辨率低的问题。该系统包括主镜、次镜、入射狭缝、楔形分色片、第一VNIR反射镜、VNIR凸面光栅、第二VNIR反射镜、VNIR平面转折镜、VNIR级次选择滤光片、VNIR焦平面探测器、第一IR反射镜、IR凸面光栅、第二IR反射镜、IR级次选择滤光片和IR焦平面探测器。本发明利用月球相对地球的运动，调整转台的角度实现对整个月球圆盘的宽波段、高分辨率扫描观测。本发明利用楔形分色片实现可见近红外波段和红外波段同时探测，波段宽，谱段数增加，观测光谱连续，光谱分辨率和光谱纯度高。
【IPC分类】G01J3/28
【公开号】CN105181137
【申请号】CN201510515337
【发明人】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
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月21日