CN109060128A - 一种可见光与短波红外共口径的成像光谱*** - Google Patents

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裴琳琳
王建威
吕群波
刘扬阳
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
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Abstract

本发明公开了一种可见光与短波红外共口径的成像光谱***，第一个非球面反射镜为非球面平凹反射镜，凹面镀有高反射率膜层，且朝向目标；第二个非球面反射镜为非球面平凸反射镜，凸面镀有高反射率膜层，且背向目标；目标发出的入射光通过第一个非球面反射镜反射光束到第二个非球面反射镜；再经第二个非球面反射镜反射后进入三个单透镜构成的透镜组，由三个单透镜的镜片矫正轴外像差；矫正后的光束再经分光棱镜分光后，将光束分为可见光和短波红外两束光；所分出的可见光和短波红外两束光再通过两个条带滤光片的调制，分别在探测器上成像。该***结构紧凑，具有光学结构共口径、装调方便、成像质量好的优点，适用于对宽波段无穷远目标的光谱成像。

Description

一种可见光与短波红外共口径的成像光谱***
技术领域
本发明涉及成像光谱技术领域，尤其涉及一种可见光与短波红外共口径的成像光谱***。
背景技术
光是一种携带和传递信息的重要载体，成像光谱技术作为信息获取领域的一个重要手段，在环境遥感、灾害监测、资源侦探、精准农业、生物医学和军事国防领域得到广泛的应用。
目前发展相对成熟的是可见光响应探测器，可以在相对小的像元上实现宽波段的信息获取，从而可以在***总体体积较小的小焦距结构上应用，获取高空间分辨率图像以及光谱信息；短波红外作为可见光光谱信息的补充，能够获取更有用的信息，但现有技术中针对短波红外的探测器发展并不成熟，且价格高昂，影响了成像光谱技术的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可见光与短波红外共口径的成像光谱***，该***结构紧凑，具有光学结构共口径、装调方便、成像质量好的优点，适用于对宽波段无穷远目标的光谱成像。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种可见光与短波红外共口径的成像光谱***，所述***包括两个非球面反射镜、三个单透镜、一个分光棱镜、两个条带滤光片以及探测器，其中：
第一个非球面反射镜为非球面平凹反射镜，凹面镀有高反射率膜层，且朝向目标；
第二个非球面反射镜为非球面平凸反射镜，凸面镀有高反射率膜层，且背向目标；
所述目标发出的入射光通过所述第一个非球面反射镜反射光束到所述第二个非球面反射镜；
再经所述第二个非球面反射镜反射后进入三个单透镜构成的透镜组，由所述三个单透镜的镜片矫正轴外像差；
矫正后的光束再经分光棱镜分光后，将光束分为可见光和短波红外两束光；
所分出的可见光和短波红外两束光再通过两个条带滤光片的调制，分别在所述探测器上成像。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述***结构紧凑，具有光学结构共口径、装调方便、成像质量好的优点，适用于对宽波段无穷远目标的光谱成像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的可见光与短波红外共口径的成像光谱***整体结构示意图；
图2为本发明实施例所提供***的第一路波长在中心波长处的波相差示意图；
图3为本发明实施例所提供***的第二路波长在中心波长处的波相差示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的可见光与短波红外共口径的成像光谱***整体结构示意图，所述***包括两个非球面反射镜、三个单透镜、一个分光棱镜、两个条带滤光片以及探测器，其中：
第一个非球面反射镜1为非球面平凹反射镜，凹面镀有高反射率膜层，且朝向目标；
第二个非球面反射镜2为非球面平凸反射镜，凸面镀有高反射率膜层，且背向目标；
所述目标发出的入射光通过所述第一个非球面反射镜1反射光束到所述第二个非球面反射镜2；
再经所述第二个非球面反射镜2反射后进入三个单透镜构成的透镜组(如图1中的透镜3、4、5)，由所述三个单透镜的镜片矫正轴外像差；
矫正后的光束再经分光棱镜6分光后，将光束分为可见光和短波红外两束光；所述分光棱镜6可以通过复杂的膜系设计实现可见光全透射，短波红外全反射，以保证能量可以更充分的获取；
所分出的可见光和短波红外两束光再通过两个条带滤光片的调制，分别在所述探测器7上成像。
其中，所述三个单透镜为弯月单透镜，且共用所有的光学镜片。
具体实现中，所述探测器7可选用不带保护玻璃的成品，以便条带滤光片能更近距离的贴近所述探测器的靶面，这样可以保证尽量少的光谱混叠，能够在有限的靶面上实现像元的充分利用，举例来说，如下表1所示为本实例所举出的各光学器件的参数：
表1
序号 曲率 厚度 材料(n,υ)
非球面反射镜1 -442.384 -145.41 -
非球面反射镜2 -210.165 135.41 -
单透镜3 75.655 25.85 1.589128，61.2476
54.882 7.9
单透镜4 112.827 8.02 1.589128，61.2476
283.067 3
单透镜5 76.041 13.18 1.589128，61.2476
38.866 20.05
分光棱镜6 - 40 1.516797，64.2124
像面 - 30 -
另外，所述条带滤光片能根据使用需求进行更换，例如线性渐变滤光片，以实现不同的光谱分辨率。
另外，上述***的工作波长在420nm～1700nm范围内；其中，第一路波长范围为420nm～900nm，中心波长为630nm；第二路波长范围为900nm～1700nm，中心波长为1300nm。
上述***的视场角为1.86°，***F/#是光学***的相对孔径，焦距与入瞳口径的比值，该值越小表明***收集能量越高，常规卡塞格林反射***的F/#均在8以上，本发明实施例的设计值为3.5。
在具体实现过程中，该***的两路光束的全谱段范围在耐奎斯特频率处均接近衍射极限，像质良好；且所有波长的RMS值均在艾里斑内，能量集中，像质良好。
如图2所示为本发明实施例所提供***的第一路波长在中心波长处的波相差示意图，第一路波长范围900nm～1700nm，从图2中可以看出，第一路的中心波长PV值为(1/11)波长，RMS值为(1/42)波长。
如图3所示为本发明实施例所提供***的第二路波长在中心波长处的波相差示意图，第二路波长范围420nm～900nm，从图3中可以看出，第二路的中心波长PV值为(1/11)波长，RMS值为(1/18.5)波长，均可以满足完善成像的要求。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。同时，针对光学面的曲率、面与面之间的距离以及所使用的光学材料所进行的更改和变化均在本申请的保护范围内。
综上所述，本发明实施例所述***具有如下优点：
1)该***无运动部件，结构紧凑，稳定性好，可靠性高；
2)该***采用反射结构，适用于宽谱段范围，共用所有镜片结构，并能根据使用需求更换滤光片，以实现不同的光谱分辨率；
3)该***利用棱镜分束以波长分开，一路可见光，一路短波红外，能够实现更高能量的收集。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种可见光与短波红外共口径的成像光谱***，其特征在于，所述***包括两个非球面反射镜、三个单透镜、一个分光棱镜、两个条带滤光片以及探测器，其中：
第一个非球面反射镜为非球面平凹反射镜，凹面镀有高反射率膜层，且朝向目标；
第二个非球面反射镜为非球面平凸反射镜，凸面镀有高反射率膜层，且背向目标；
所述目标发出的入射光通过所述第一个非球面反射镜反射光束到所述第二个非球面反射镜；
再经所述第二个非球面反射镜反射后进入三个单透镜构成的透镜组，由所述三个单透镜的镜片矫正轴外像差；
矫正后的光束再经分光棱镜分光后，将光束分为可见光和短波红外两束光；
所分出的可见光和短波红外两束光再通过两个条带滤光片的调制，分别在所述探测器上成像。
2.根据权利要求1所述可见光与短波红外共口径的成像光谱***，其特征在于，
所述探测器选用不带保护玻璃的成品，以便条带滤光片能更近距离的贴近所述探测器的靶面。
3.根据权利要求1所述可见光与短波红外共口径的成像光谱***，其特征在于，
所述条带滤光片能根据使用需求进行更换，以实现不同的光谱分辨率。
4.根据权利要求1所述可见光与短波红外共口径的成像光谱***，其特征在于，
所述***的工作波长在420nm～1700nm范围内；
其中，第一路波长范围为420nm～900nm，中心波长为630nm；
第二路波长范围为900nm～1700nm，中心波长为1300nm。
5.根据权利要求1所述可见光与短波红外共口径的成像光谱***，其特征在于，
所述***的视场角为1.86°；焦距与入瞳口径的比值F/#为3.5。
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