本實用新型涉及一種適用于超大幅寬、高空間分辨率、中高光譜分辨率的星載成像光譜儀的分光裝置，屬于光譜成像
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：上世紀80年代，隨著對地觀測應(yīng)用的發(fā)展需要，成像光譜技術(shù)興起。它是綜合了空間成像技術(shù)和光譜成像技術(shù)的新興領(lǐng)域，極大地拓寬了人們在航天遙感領(lǐng)域、農(nóng)林資源探測、礦物資源與地質(zhì)勘探、軍事偵測、生物醫(yī)療等方面的應(yīng)用范圍。成像光譜儀分光裝置結(jié)構(gòu)可分為色散型、干涉型等。傳統(tǒng)的色散型分光裝置結(jié)構(gòu)形式主要有：平面光柵Czerny-Turner型分光裝置、凸面光柵Offner型分光裝置、凹面光柵Dyson型分光裝置等。這些結(jié)構(gòu)在中短狹縫時能夠很好的滿足儀器指標要求，但是對于需滿足超大幅寬、高空間分辨率要求的長狹縫系統(tǒng)而言，存在較大像差且光譜圖像易失真。只能采用視場拼接的方式，將長狹縫系統(tǒng)分為多個中短狹縫系統(tǒng)拼接而成，拼接后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大。星載成像光譜儀和機載成像光譜儀一般對儀器的重量、體積等幾何物理量要求較高，過大的體積和重量導(dǎo)致儀器的生產(chǎn)、制造、發(fā)射等成本急劇增加，尤其是星載成像光譜儀，對儀器的重量和體積要求更為嚴格?，F(xiàn)有文獻所報道的分光裝置中，多為中短狹縫系統(tǒng)，如文獻“小型Offner光譜成像系統(tǒng)的設(shè)計”（鄭玉權(quán).[J].光學(xué)·精密工程,2005,13(6):650.）、“Offner成像光譜儀的設(shè)計方法”（佟亞軍,吳剛,周全,等.[J].光學(xué)學(xué)報,2010(4):1148-1152.）中的傳統(tǒng)凸面光柵Offner裝置，文獻“紅外成像光譜測量中Dyson光學(xué)系統(tǒng)的研究進展”（劉玉娟,唐玉國,巴音,等.[J].光譜學(xué)與光譜分析,2012,32(2):548-552.）中的凹面光柵Dyson裝置、“星載車爾尼-特納型成像光譜儀像差校正的研究”（薛慶生,王淑榮,魯鳳芹.[J].光學(xué)學(xué)報,2009,29(1):35-40.）及中國發(fā)明專利“.一種柱面消像散光柵色散性成像光譜儀光路結(jié)構(gòu).”（CN102183304A）中公開的平面光柵Czerny-Turner裝置，它們的狹縫長度都在30mm以內(nèi)，僅憑單臺分光系統(tǒng)難以滿足超大幅寬和高空間分辨率的應(yīng)用需求。目前，狹縫長度超過60mm的分光裝置未見報道。因此亟需設(shè)計一種緊湊的非拼接的超長狹縫分光裝置以滿足遙感應(yīng)用中對超大幅寬、高空間分辨率的需求。上世紀80年代末，Wynne提出在一比一成像的Offner中繼系統(tǒng)中置入彎月形透鏡，可補償大視場成像時的球差和像散，實現(xiàn)較好的成像質(zhì)量。在開啟對Offner型成像光譜儀的研究之后，不少學(xué)者又進一步發(fā)展和完善了Offner-Wynne型分光裝置的理論，在成像光譜儀器的應(yīng)用中能夠獲得比傳統(tǒng)Offner裝置更緊湊的結(jié)構(gòu)和更優(yōu)的成像質(zhì)量，如文獻“CompactOffner–Wynneimagingspectrometers”（Prieto-BlancoX,delaFuenteR.[J].OpticsCommunications,2014,328:143-150.）中所闡述。同樣，現(xiàn)有技術(shù)均未涉及用于解決長狹縫分光系統(tǒng)的問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種能滿足超大幅寬、高空間分辨率星載成像光譜儀的需求，具有狹縫超長、成像質(zhì)量良好、光譜分辨率較高、結(jié)構(gòu)緊湊、易于加工裝調(diào)的凸面光柵Offner-Wynne型分光裝置。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種凸面光柵Offner-Wynne型分光裝置，它包括狹縫、彎月形透鏡、凹球面反射鏡）、凸球面光柵和像平面；所述的分光裝置在空間上關(guān)于凸球面光柵的主截面對稱；從狹縫入射的遠心光線經(jīng)彎月形透鏡折射、球面反射鏡反射后，光束會聚入射到凸球面光柵上，發(fā)散光束再依次經(jīng)凹球面反射鏡反射和彎月形透鏡折射，成像于像平面，實現(xiàn)光譜成像；所述狹縫長度的取值范圍為60mm～120mm。在本實用新型技術(shù)方案中，凸球面光柵與彎月形透鏡的后表面重合，且曲率相等。所述凸球面光柵為直線型或曲線型等間距槽光柵。所述分光裝置的色散寬度與狹縫的長度之比為1/50～1/2.5。所述分光裝置F數(shù)的取值范圍為3～8。所述凹球面反射鏡與凸球面光柵的曲率半徑之比為1.9:1～2.2：1。所述彎月形透鏡的前表面與后表面的曲率半徑之比為1:1.3～1：1。所述凹球面反射鏡和凸球面光柵的表面，鍍有高反射率金屬-介質(zhì)膜。所述彎月形透鏡的前表面和后表面，鍍有高透射率消偏振介質(zhì)膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：1、本實用新型提供的凸面光柵Offner-Wynne型結(jié)構(gòu)的分光裝置，狹縫超長，能夠滿足超大幅寬、高空間分辨率下的對地光譜成像，且光譜圖像像差小，保真度高。2、光譜分辨率相對較高，光學(xué)元件少，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。3、分光裝置中彎月形透鏡、凹球面反射鏡和凸球面光柵均同軸，易于加工裝調(diào)。附圖說明圖1是本實用新型提供的超長狹縫凸面光柵Offner-Wynne型分光裝置的光路主視圖；圖2是本實用新型提供的超長狹縫凸面光柵Offner-Wynne型分光裝置的光路俯視圖；圖3是本實用新型提供的超長狹縫凸面光柵Offner-Wynne型分光裝置的光學(xué)系統(tǒng)元件左視圖；圖4是本實用新型實施例提供的一種超長狹縫凸面光柵Offner-Wynne型分光裝置的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線；圖5是本實用新型實施例提供的超長狹縫凸面光柵Offner-Wynne型分光裝置的光線追跡點列圖。圖中，1、入射狹縫；2、彎月形透鏡；2-1、彎月形透鏡的前表面；2-2、彎月形透鏡的后表面；3、凹球面反射鏡；4、凸球面光柵；5、像平面；6、凸球面光柵的主截面。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型技術(shù)方案作進一步描述。實施例1參見附圖1，它是本實用新型提供的一種超長狹縫凸面光柵Offner型分光裝置的光路主視圖；它包括：超長入射狹縫1、彎月形透鏡2、凹球面反射鏡3、凸球面光柵4和像平面5；2-1為所述彎月形透鏡2的前表面，2-2為所述彎月形透鏡2的后表面；凹球面反射鏡3和凸球面光柵4表面均鍍高反射率金屬-介質(zhì)膜，彎月形透鏡2的前、后表面均鍍高透射率消偏振介質(zhì)膜。入射狹縫1的長度方向和凸球面光柵4的刻線方向均垂直于紙面；凸球面光柵4與彎月形透鏡后表面2-2重合且曲率相等。成像光束由入射狹縫1進入系統(tǒng)，分別經(jīng)彎月形透鏡2折射和球面反射鏡3反射后，以會聚光束的形式入射到所述凸球面光柵4上；經(jīng)過凸球面光柵4衍射后實現(xiàn)光譜分光，同時將會聚光束變?yōu)榘l(fā)散光束；最后由所述凹球面反射鏡3和彎月形透鏡2將分光后的光束成像至像平面5上，形成色散譜線，實現(xiàn)光譜成像。凸球面光柵4為直線型或曲線型等間距槽光柵，入射光柵的中心視場主光線和光柵衍射后的中心視場主光線均在光柵主截面即紙面內(nèi)。彎月形透鏡2、凹球面反射鏡3與凸球面光柵4共軸；入射狹縫1和像平面5偏離軸線，其離軸量保證凸球面光柵4不對色散前入射到凹球面反射鏡3的發(fā)散光束和色散后入射到彎月形透鏡2的匯聚光束造成擋光。參見附圖2和圖3，是它們分別是本實用新型提供的超長狹縫凸面光柵Offner-Wynne型分光裝置的光路俯視圖和光學(xué)系統(tǒng)元件左視圖。由圖可以看出，包括超長狹縫1和像平面5在內(nèi)的整個分光裝置關(guān)于凸球面光柵4的主截面6對稱；該分光裝置空間維成像放大率為1:1，像平面5空間維長度與入射狹縫1長度相等；在圖2所示的光路俯視圖內(nèi)，不同波長的像方成像光束重合，并與入射光束重合；在圖3所示的光學(xué)元件左視圖內(nèi)，不同波長的像方成像光束在像面5上成相互平行的光譜線。在本實施例中，圖1所提供的超長狹縫的凸面光柵Offner-Wynne型分光裝置相關(guān)指標為：光譜范圍：0.5μm～1μm；系統(tǒng)F數(shù)：6.75；狹縫長度：100mm；光譜分辨率：1.5nm；像平面色散寬度：5mm；探測器像元大?。?5μm×15μm。本實施例中各光學(xué)元件的具體光學(xué)參數(shù)參見表1，表中“面型”表示各光學(xué)面名稱；“曲率半徑”表示各光學(xué)面半徑大??；“距離”表示該光學(xué)面頂點到下一個光學(xué)面頂點的橫向距離；“離軸量”表示該光學(xué)面光軸與系統(tǒng)中心軸線之間的距離，定義彎月形透鏡、凹球面反射鏡和凸球面光柵的公共光軸為系統(tǒng)中心軸線；其中凸球面光柵刻線密度為109lp/mm。表1超長狹縫的凸面光柵Offner-Wynne型分光裝置光學(xué)參數(shù)面型曲率半徑/mm距離/mm離軸量/mm狹縫∞77.89-27.96彎月形透鏡前表面-76.8015.390彎月形透鏡后表面-92.33103.530凹球面反射鏡-195.91-103.530凸球面光柵-92.33103.530凹球面反射鏡-195.91-103.530彎月形透鏡后表面-92.33-15.390彎月形透鏡前表面-76.80-76.230像平面∞020.46參見附圖4，它是本實施例提供的光學(xué)系統(tǒng)在中心波長處的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線，該分光裝置在探測器奈奎斯特頻率33.3Lp/mm處的調(diào)制傳遞函數(shù)大于0.75，十分接近衍射極限，成像質(zhì)量優(yōu)良。參見附圖5，它是本實施例提供的光學(xué)系統(tǒng)的光線追跡點列圖。圖中的方框表示探測器像元大小為15μm×15μm，黑色圓圈表示艾里斑大小。各行表示半狹縫長度不同位置處的點列圖，各列表示所設(shè)計波段中0.5μm，0.75μm和1μm處的點列圖。從圖中可見，該分光裝置各波長不同視場處的點列圖都能集中在艾里斑內(nèi)，接近衍射極限。當前第1頁1 2 3