一种可变光谱分辨率的分光成像系统

本技术涉及一种推扫式成像光谱技术，特别涉及一种可变光谱分辨率的分光成像系统。

背景技术：

1、成像光谱仪可同时获取探测目标的两维空间信息和其一维光谱信息，即可同时探测目标的几何结构和物化特性，为直观认识物质与微观上实现对物质的化学成分、结构以及组成元素的精细结构分析提供了一种有效的手段，在空间探测、精准农业、温室气体监测和物质特征识别等诸多领域发挥十分重要的作用，在加工制造等与国民经济发展密切相关的领域也发挥着越来越重要的作用。

2、现有文献报道的推扫式成像光谱仪仅能提供固定的光谱分辨率，或在不同的波段提供不同的光谱分辨率，难以满足复杂的目标场景探测需求。例如在植被覆盖率监测时，低光谱分辨率即可满足要求；当对各树木种类进行分析时，需要精确分析各种树木的光谱特征，此时就需要高光谱分辨率的数据。

3、在本实用新型作出之前，文献 “analysis method of the offnerhyperspectral imaging spectrometer based on vector aberration theory”（ [j] .applied optics , 2021， 60,2): 264-275）报道了一种基于自由曲面的offner成像光谱仪，其狭缝长度为22.5mm，数值孔径na为0.167，工作波段400～1000nm，光谱分辨率为固定的2.7nm；文献《变间距凸面光栅成像光谱系统的消像散设计》（[j].光学精密工程，2020,28 （10））报道了一种基于变间距凸面光栅的消像差凸面光栅成像光谱系统，其f数为2.7，狭缝长度为10mm，光谱分辨率为固定的3.3nm。中国实用新型专利cn210005114 u公布了一种全波段大相对孔径dyson光谱成像系统，前置物镜采用了离轴三反望远系统，采用棱镜分视场成像，实用4个不同波段的dyson成像光谱仪，可见近红外的光谱分辨率达到5nm、短波红外的光谱分辨率达到10nm、中波红外的光谱分辨率达到40nm、长波红外的光谱分辨率达到80nm。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有技术存在的不足，提供了一种可变光谱分辨率的分光成像系统，可在像面上提供全工作波段多种光谱分辨率的光谱图像，实现对同一目标同时进行多种精度光谱分辨率成像。

2、为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种可变光谱分辨率的分光成像系统，按光线入射方向，依次包括入射狭缝、弯月透镜、凹球面反射镜、变刻线密度全息凸面反射光栅及面阵传感器；所述的弯月透镜弯向光线入射方向，它的内、外表面为球面；入射狭缝和成像传感器位于弯月透镜的内表面一侧，凹球面反射镜位于弯月透镜的外表面一侧；变刻线密度全息凸面反射光栅贴合于弯月透镜外表面的中心处；弯月透镜、变刻线密度全息凸面反射光栅和凹球面反射镜呈同心结构；所述的变刻线密度全息凸面反射光栅在子午方向不同孔径处，设有2～6个具有不同刻线密度的分孔径，每个分孔径段内的刻线密度相同，各分孔径的刻线密度依次呈递增或递减。

3、本实用新型所述的变刻线密度全息凸面反射光栅的各分孔径段中的刻线密度，最低范围为50～100lp/mm，刻线密度最高范围为250～350lp/mm。

4、本实用新型提供的一种可变光谱分辨率的分光成像系统，它的工作波段为400nm～780nm；它的狭缝长度为15mm～40mm；它的数值孔径为0.15～0.3；它的光学长度为50mm～150mm。

5、本实用新型的原理是：将变刻线密度全息凸面反射光栅应用到分光成像系统中，变刻线密度全息凸面反射光栅在子午方向不同孔径处具有不同的刻线密度，可在像面上提供多种不同光谱分辨率的光谱图像，同时全息光栅不仅具有分光的作用，还可以平衡全视场像差，尤其是像散，以同时实现成像光谱系统的多种光谱分辨率成像。

6、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

7、1.相比于传统的推扫式分光成像系统仅具有固定光谱分辨率，本实用新型提供的变光谱分辨率的分光成像系统可提供多不同精度的光谱分辨率，每种分辨率均包含工作波段内的全部光谱信息。

8、2本实用新型采用的变刻线密度全息凸面反射光栅，不仅具有色散作用，可提供多种不同的光谱分辨率，还可以利用自身的全息像差补偿系统固有的几何像差，尤其平衡了像散。

9、3.相比于传统的offner型分光成像系统，本实用新型采用同心结构的弯月透镜，在相同的波段时，该结构无需使用自由曲面面型的光学元件即可提高系统的数值孔径，增大系统的狭缝长度。

技术特征：

1.一种可变光谱分辨率的分光成像系统，其特征在于：按光线入射方向，依次包括入射狭缝（1）、弯月透镜（2）、凹球面反射镜（3）、变刻线密度全息凸面反射光栅（4）及面阵传感器（5）；所述的弯月透镜（2）弯向光线入射方向，它的内、外表面为球面；入射狭缝（1）和面阵传感器（5）位于弯月透镜的内表面一侧，凹球面反射镜（3）位于弯月透镜的外表面一侧；变刻线密度全息凸面反射光栅（4）置于弯月透镜（2）外表面的中心处；弯月透镜（2）、变刻线密度全息凸面反射光栅和凹球面反射镜（3）呈同心结构；所述的变刻线密度全息凸面反射光栅在子午方向不同孔径处，设有2～6个具有不同刻线密度的分孔径，每个分孔径段内的刻线密度相同，各分孔径的刻线密度依次呈递增或递减。

2.根据权利要求1所述的一种可变光谱分辨率的分光成像系统，其特征在于：所述变刻线密度全息凸面反射光栅的各分孔径段中的刻线密度，最低范围为50～100lp/mm，刻线密度最高范围为250～350lp/mm。

3.根据权利要求1所述的一种可变光谱分辨率的分光成像系统，其特征在于：它的工作波段为400nm～780nm。

4.根据权利要求1所述的一种可变光谱分辨率的分光成像系统，其特征在于：它的狭缝长度为15mm～40mm。

5.根据权利要求1所述的一种可变光谱分辨率的分光成像系统，其特征在于：它的数值孔径为0.15～0.3。

6.根据权利要求1所述的一种可变光谱分辨率的分光成像系统，其特征在于：它的光学长度为50mm～150mm。

技术总结
本技术涉及一种可变光谱分辨率的分光成像系统。按光线入射方向，包括入射狭缝，呈同心结构的弯月透镜、凹球面反射镜、变刻线密度全息凸面反射光栅，及面阵传感器；变刻线密度全息凸面反射光栅贴合于弯月透镜外表面的中心处，在沿子午方向的不同孔径处，设有2～6段不同的刻线密度，各段的刻线密度依次增加或减少。本技术提供的分光成像系统可在像面上得到多种不同光谱分辨率的光谱图像，采用的全息光栅不仅具有分光的作用，还可以平衡全视场像差，具有高数值孔径的优点，集光能力强，适用于对同一目标同时进行多种精度光谱分辨率成像的机载遥感应用。

技术研发人员：冯安伟,季轶群
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：20230516
技术公布日：2024/1/15