空间大视场压缩光束多通道成像光学系统技术方案

空间大视场压缩光束多通道成像光学系统，包括离轴三反压缩光束无焦望远系统、第二折转镜(5)、第一分色片(6)、第二分色片(7)、可见及近红外中继透镜组(8)、可见及近红外焦面器件(9)、短波中继透镜组(10)、短波焦面器件(11)、长波中继透镜组(12)、长波焦面器件(13)，所述的无焦离轴三反压缩光束光学系统包括主镜(1)、次镜(2)、第一折转镜(3)和三镜(4)。目标辐射光束经过无焦离轴三反光学系统压缩光束，出射的平行光束经分色片后进入后面的可见近红外、中波、长波红外三个通道，分别经过各通道的中继透镜组在各自焦面成像。本发明专利技术光学系统具有大视场、大相对孔径、谱段范围宽、加工与装调简单等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间光学遥感器
，涉及ー种应用于空间大视场、超宽谱段、多通道成像的可见光/红外光学成像系统。
技术介绍
随着遥感技术的发展，多光谱成像遥感数据在资源评价、环境监测、灾害预警与灾后评估、城市规划、目标分类识别等方面得到了广泛应用，具有极大的社会效益与经济效益。光学遥感器需要同时获取可见光、近红外、中波和长波信息，可以通过多台相机分别对各谱段成像，也可以通过单台相机通过多通道实现。典型的多光谱卫星主要有美国的Iandsat系列、中分辨率成像光谱仪M0DIS、多光谱红外成像仪MTI和印度的IRS系列民用遥感器，国内的多光谱卫星主要有CM0DIS、资源系列、环境系列、海洋系列和风云系列卫星。美国的Iandset系列卫星光学系统和印度IRS系列卫星光学系统谱段覆盖为可见/近红外和短波红外谱段，无法获取中长波和长波谱段光谱信息。MODIS光学系统由穿越轨迹扫描的扫描镜和折反射系统实现，谱段范围覆盖可见光到长波红外谱段，但扫描镜部件整机稳定性及可靠性降低、无法实现高的光谱分辨率;MTI光学系统采用离轴三反结构型式，采用滤光片配合高集成度焦平面技术实现多光谱成像，但该光学系统难以实现大视场成像，受限于焦面集成化技术水平，工程化困难。国内的多光谱卫星多采用红外成像仪与可见光相机相结合的方式实现多光谱成像，采用多台相机实现宽谱段信息的获取将会使得空间相机的体积和重量都很庞大，而且増加了卫星的发射成本，降低了整星的可靠度。目前国内只有CMODIS卫星光学系统采用了単一光学系统实现多光谱成像，但其系统离轴两反的结构型式决定了无法实现大视场。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种适合空间遥感器进行大视场、超宽谱段、多通道情况下成像的光学系统。本专利技术的技术解决方案是空间大视场压缩光束多通道成像光学系统，包括离轴三反压缩光束无焦望远系统、第二折转镜、见光近红外及红外谱段分色片、中波及长波谱段分色片、可见及近红外中继透镜组、可见及近红外焦面器件、中波红外中继透镜组、中波焦面器件、长波红外中继透镜组、长波焦面器件，所述的离轴三反压缩光束无焦望远系统包括主镜、次镜、第一折转镜和三镜；成像目标的辐射光束首先入射至主镜上，而后依次经次镜、第一折转镜和三镜后入射至第二折转镜上，第二折转镜将入射光线折转后反射至可见光近红外及红外谱段分色片，其中可见光束和近红外光束透过可见光近红外及红外谱段分色片入射至可见及近红外中继透镜组，可见及近红外中继透镜组的出射光线在可见及近红外焦面器件处成像；红外光线经可见光近红外及红外谱段分色片再次折转后入射至中波及长波谱段分色片，红外长波光线透过中波及长波谱段分色片入射至长波红外中继透镜组，长波红外中继透镜组的出射光线在长波焦面器件处成像；中波红外光线经中波及长波谱段分色片再次折转后入射至中波红外中继透镜组，中波红外中继透镜组的出射光线在中波焦面器件处成像。所述的可见及近红外中继透镜组包括按照光线经过顺序依次设置的第一胶合负透镜、第一双凸正透镜、第二胶合负透镜、第二双凸正透镜、第一弯月负透镜。所述的第一胶合负透镜、第一双凸正透镜、第二胶合负透镜、第二双凸正透镜和第一弯月负透镜均为无色光学玻璃，透镜面形均为球面。所述的中波红外中继透镜组包括按照光线经过顺序依次设置的第一弯月正透镜、第一弯月负透镜、第二弯月正透镜、第二弯月负透镜、第三弯月正透镜、第三弯月负透镜。 所述的第一弯月正透镜、第一弯月负透镜、第二弯月正透镜、第二弯月负透镜、第三弯月正透镜和第三弯月负透镜均为无色红外光学玻璃，三个弯月负透镜的面形为非球面，三个弯月正透镜的面形为球面。所述的长波红外中继透镜组包括按照光线经过顺序依次设置的第一弯月正透镜、第二弯月正透镜、第一弯月负透镜、第三弯月正透镜、第二弯月负透镜。所述的第一弯月正透镜、第二弯月正透镜、第一弯月负透镜、第三弯月正透镜和第ニ弯月负透镜均为无色红外光学玻璃，第二弯月正透镜、第三弯月正透镜和第二弯月负透镜的面形均为非球面，第一弯月正透镜和第一弯月负透镜的面形均为球面。所述的空间大视场压缩光束多通道成像光学系统的焦距f = MXf3，近红外中继透镜组、中波红外中继透镜组和长波红外中继透镜组的焦距均为f3，M = fl/f2，fl为由主镜和次镜构成的无焦望远系统的前组物镜焦距，f2为由三镜构成的无焦望远系统的后组物镜的焦距。所述的主镜和三镜的面形为凹非球面反射镜，次镜的面形为凸球面反射镜或非球面反射镜。所述的主镜、次镜、三镜的材料为碳化硅，微晶玻璃，或熔石英。本专利技术与现有技术相比的优点在于I)本专利技术主光学系统由于采用了离轴三反压缩光束无焦望远的型式，有效的减小了主光学系统光学元件的数量，无色差，无遮拦，体积小，平行光出射后采用平板分色片实现分光，分色片的位置精度不会引入像差，可针对可见/近红外通道和两红外通道分别进行装调、像质检測，降低了系统装调的复杂程度；2)本专利技术离轴三反光学系统压缩平行光路的出瞳口径为光学系统入瞳直径的1/「倍，从而将后继光学系统的口径减小为入瞳直径的1/r,第一分色片放置在出瞳附近，有效减小了分色片的尺寸和后续光学系统的口径；3)本专利技术光学系统采用平行光路加入平板倾斜分色片的型式实现多通道成像，由于平行光路中加入倾斜光学元件并不会引入像差，可通过在平行光路中増加分色片的方法拓展成像通道；4)本专利技术光学系统具有光机结构紧凑、组成简单、在超宽谱段范围内成像质量良好、易于实现等优点，可应用较短线阵探测器阵列来实现较大视场的成像，为机载/星载高分辨率多光谱成像系统提出了一个较好的技术实现途径，特别适用于持续、稳定地获取地表信息的高精度探测卫星光学系统。附图说明图I为本专利技术光学系统组成结构示意图；图2为本专利技术可见及近红外中继透镜组结构示意图；图3为本专利技术短波中继透镜组结构示意图；图4为本专利技术长波中继透镜组结构示意图。 具体实施例方式如图I所示，本专利技术光学系统由离轴三反压缩光束无焦望远系统(由主镜I、次镜2、第一折转镜3和三镜4组成)、第二折转镜5、可见光近红外/红外谱段分色片6、中波/长波谱段分色片7、可见光及近红外中继透镜组8、可见光及近红外焦面器件9、中波红外中继透镜组10、中波焦面器件11、长波红外中继透镜组12、长波焦面器件13组成。无焦望远系统的前组物镜(主镜I和次镜2)焦距为fl，后组物镜(三镜4)的焦距为f2，三个中继透镜组的焦距均为f3 ;则无焦望远系统的光束压缩比为M = fl/f2，整个压缩光束多通道成像系统的焦距f = MXf3。本专利技术光学系统的工作谱段为细分为三个通道、3个谱段。可见光及近红外通道对应的谱段范围为0. 45um-0. 90 u m,中波通道对应的谱段为3u m-5 u m ;长波通道对应的谱段范围为8 u m-12 u m。0. 45 u m-0. 90 ii m谱段构成可见光及近红外通道,可见光及近红外通道光阑设置在次镜2位置。可见光及近红外光路的光线经离轴三反压缩光束无焦望远系统压缩平行光束，经可见近红外/红外谱段分色片6后透过可见光及近红外中继透镜组8至可见光及近红外焦面器件9成像；其中可见光焦面器件9为面阵或线阵器件。可见近红外/红外谱段分色片6位于离轴三反无焦望远系统的出瞳附近，实现分色本文档来自技高网...

【技术保护点】
空间大视场压缩光束多通道成像光学系统，其特征在于包括：离轴三反压缩光束无焦望远系统、第二折转镜(5)、见光近红外及红外谱段分色片(6)、中波及长波谱段分色片(7)、可见及近红外中继透镜组(8)、可见及近红外焦面器件(9)、中波红外中继透镜组(10)、中波焦面器件(11)、长波红外中继透镜组(12)、长波焦面器件(13)，所述的离轴三反压缩光束无焦望远系统包括主镜(1)、次镜(2)、第一折转镜(3)和三镜(4)；成像目标的辐射光束首先入射至主镜(1)上，而后依次经次镜(2)、第一折转镜(3)和三镜(4)后入射至第二折转镜(5)上，第二折转镜(5)将入射光线折转后反射至可见光近红外及红外谱段分色片(6)，其中可见光束和近红外光束透过可见光近红外及红外谱段分色片(6)入射至可见及近红外中继透镜组(8)，可见及近红外中继透镜组(8)的出射光线在可见及近红外焦面器件(9)处成像；红外光线经可见光近红外及红外谱段分色片(6)再次折转后入射至中波及长波谱段分色片(7)，红外长波光线透过中波及长波谱段分色片(7)入射至长波红外中继透镜组(12)，长波红外中继透镜组(12)的出射光线在长波焦面器件(13)处成像；中波红外光线经中波及长波谱段分色片(7)再次折转后入射至中波红外中继透镜组(10)，中波红外中继透镜组(10)的出射光线在中波焦面器件(11)处成像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤天瑾，周峰，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：