一种采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110646091A(43)申请公布日2020.01.03(21)申请号201910949509.3(22)申请日2019.10.08(71)申请人中国科学院光电研究院地址100080北京市海淀区中关村东路95号(72)发明人魏立冬周锦松景娟娟冯蕾李雅灿杨雷何晓英徐丽(74)专利代理机构北京凯特来知识产权代理有限公司11260代理人郑立明陈亮(51)Int.Cl.G01J3/28(2006.01)G01J3/02(2006.01)G01J3/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统(57)摘要本发明公开了一种采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统，包括狭缝，Dyson透镜、凹面反射光栅和探测器面，经过狭缝的光束入射到所述Dyson透镜后，再入射到凹面反射光栅上；凹面反射光栅的前表面作为系统的孔径光阑，入射到凹面反射光栅上的光束经过衍射后再次入射到Dyson透镜；光束再经Dyson透镜透射后最终成像在所述探测器面上；Dyson透镜的后表面和凹面反射光栅的面不再是球面，而是采用了自由曲面的结构，利用该自由曲面来矫正残余像差，从而增大成像后截距。上述系统无需另外加入附件透镜即可增大成像后截距，同时使系统的像面与入射狭缝在垂直方向上保留足够的距离，易于系统安装和集成。CN110646091ACN110646091A权利要求书1/1页1.一种采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统，其特征在于，所述系统包括狭缝，Dyson透镜、凹面反射光栅和探测器面，其中：经过所述狭缝的光束入射到所述Dyson透镜后，再入射到所述凹面反射光栅上；所述凹面反射光栅的前表面作为系统的孔径光阑，入射到所述凹面反射光栅上的光束经过衍射后再次入射到所述Dyson透镜；光束再经所述Dyson透镜透射后最终成像在所述探测器面上；所述Dyson透镜的后表面和所述凹面反射光栅的面不再是球面，而是采用了自由曲面的结构来增大成像后截距，并利用该自由曲面来矫正由于后截距增大而引入的残余像差。2.根据权利要求1所述采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统，其特征在于，所述自由曲面的表达式包括：XY多项式、Zernike多项式或Q-type多项式。3.根据权利要求2所述采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统，其特征在于，所述XY多项式如下所示：其中，r为曲率半径；X,Y,Z为曲面上点的空间坐标；c为曲率；k为曲面二次系数；Cj为对应多项式的系数；所述Zernike多项式如下所示：其中，r为曲率半径；X,Y,Z为曲面上点的空间坐标；c为曲率；k为曲面二次系数；Ci为对应多项式的系数；所述Q-type多项式如下所示：其中，z是矢高；cbfs是最佳拟合面的曲率；r是径向距离；rn是归一化半径；κ是最佳拟合bfsbfsbfs面的圆锥常数；am是第m阶Q多项式的系数；Qm是第m阶Q多项式。4.根据权利要求1所述采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统，其特征在于，所述系统的成像后截距达到15mm，并且所述狭缝与探测器面在系统Y轴方向上的距离达到25mm，易于探测器、狭缝的安装和系统集成。5.根据权利要求1所述采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统，其特征在于，所述系统的狭缝长达18mm；光谱范围400nm-1000nm，覆盖可见光到近红外波段；F数为2。6.根据权利要求1所述采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统，其特征在于，所述Dyson透镜的材料选择光学玻璃、石英晶体或者红外光学材料。2CN110646091A说明书1/4页一种采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统技术领域[0001]本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种采用自由曲面的大视场Dyson光谱成像系统。背景技术[0002]目前，光谱成像技术是一类将成像技术和光谱技术相结合的新型多维信息获取技术，它能够获得被探测目标的二维空间信息和一维光谱信息，形成数据立方体。光谱成像技术在军事侦察及农、林、水、土、矿灯资源调查等方面有着广阔的应用前景。常见的高光谱成像技术的分光方式主要有棱镜和光栅分光等。Dyson成像光谱仪是一种常见的小型化光谱仪器，其由Dyson透镜和凹面光栅组成，Dyson成像光谱仪的主要优势是具有更大的相对孔径，以及谱线弯曲(Smile)和色畸变(Keystone)。[0003]但现有技术方案中的Dyson光谱仪的入射狭缝和像面均位于Dyson透镜的平面端面，且二者之间距离很近，对狭缝和探测器焦面的安装带来很多的困难，不利于系统集成，无法满足当前高光谱仪器的发展要求。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种采用自由曲面的大视场Dyso