空间高光谱成像仪的光学设计

巩盾; 王红

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空间高光谱成像仪的光学设计

巩盾, 王红

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巩盾, 王红. 空间高光谱成像仪的光学设计[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(2): 541-545.

引用本文:

巩盾, 王红. 空间高光谱成像仪的光学设计[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(2): 541-545.

Gong Dun, Wang Hong. Optical design of hyperspectral imaging spectrometer on space[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(2): 541-545.

Citation:

Gong Dun, Wang Hong. Optical design of hyperspectral imaging spectrometer on space[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(2): 541-545.

空间高光谱成像仪的光学设计

巩盾,
王红

1.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室,吉林长春 130033

基金项目:

国家自然科学基金（60507003）

详细信息

作者简介:
巩盾（1982- ），男，博士，副研究员，主要从事光学设计、光谱成像系统设计等方面的研究。Email：gongdun@sina.com

中图分类号: V248.3

Optical design of hyperspectral imaging spectrometer on space

Gong Dun,
Wang Hong

1.
Key Laboratory of Optical System Advanced Manufacturing Technology,Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China

摘要: 空间高光谱成像仪是现代空间遥感器的新型载荷，设计的空间高光谱成像仪光学系统由前置望远系统和光谱成像系统两部分组成，对前置望远系统和光谱成像系统分别设计，再进行组合优化。前置望远系统采用离轴三反结构，在增大幅宽、提高成像质量的同时减小高光谱成像仪光学系统的畸变。为了保证光学系统结构的紧凑，前置望远系统采用视场分离的方式设计，进一步提高了光学系统的分辨率。凸面光栅是现代光栅刻划技术的最新成果，光谱成像系统采用次镜为凸面光栅的Offner光栅光谱仪，实现了光谱成像系统的高分辨率与小型化。组合优化后的高光谱成像仪光学系统幅宽大、体积小、成像质量好、光谱分辨率高、光谱通道数多，全视场全谱段MTF在Nyquist频率下高于0.7，成像弥散圆80%的能量集中在15 m范围内，小于探测器18 m的像元尺寸，均高于系统技术指标要求。
- 光学设计 /
- 离轴三反 /
- 视场分离 /
- Offner光谱仪
Abstract: The hyperspectral imaging spectrometer is a new type of load in the modern space remote sensor. The hyperspectral imaging spectrometer optical system designed in this paper has been made up by two parts, front telescope system and imaging spectrometer system. The front telescope system and imaging spectrometer was designed respectively, then assembled and optimized. Off-axis TMA structure was used by front telescope system to increase width, improve image quality, and reduce distortion. Separated fields method was applied on front telescope system for larger swath width and better image quality. Imaging spectrometer was designed by Offner structure with grating convex second mirror. Assembled system has larger swath width, smaller volume, better image quality, higher spectral resolution, and more spectral passage. The MTF of every fields and every spectrum is higher than 0.7 at Nyquist frequency, the diffusion circle of image with 80% energy is 15 m, smaller than CCD pixel size, so the image quality reaches the technology target of system.
- optical design /
- TMA /
- separated fields method /
- offner spectrometer

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空间高光谱成像仪的光学设计

巩盾,
王红

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室,吉林长春 130033

作者简介:
巩盾（1982- ），男，博士，副研究员，主要从事光学设计、光谱成像系统设计等方面的研究。Email：gongdun@sina.com

收稿日期: 2013-06-13
修回日期: 2013-07-03
刊出日期: 2014-02-25

基金项目:

国家自然科学基金（60507003）

中图分类号: V248.3

关键词:

摘要: 空间高光谱成像仪是现代空间遥感器的新型载荷，设计的空间高光谱成像仪光学系统由前置望远系统和光谱成像系统两部分组成，对前置望远系统和光谱成像系统分别设计，再进行组合优化。前置望远系统采用离轴三反结构，在增大幅宽、提高成像质量的同时减小高光谱成像仪光学系统的畸变。为了保证光学系统结构的紧凑，前置望远系统采用视场分离的方式设计，进一步提高了光学系统的分辨率。凸面光栅是现代光栅刻划技术的最新成果，光谱成像系统采用次镜为凸面光栅的Offner光栅光谱仪，实现了光谱成像系统的高分辨率与小型化。组合优化后的高光谱成像仪光学系统幅宽大、体积小、成像质量好、光谱分辨率高、光谱通道数多，全视场全谱段MTF在Nyquist频率下高于0.7，成像弥散圆80%的能量集中在15 m范围内，小于探测器18 m的像元尺寸，均高于系统技术指标要求。