【摘 要】
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光谱成像可以同时获取目标的二维空间信息和一维光谱信息,经过处理后,可以获得三维数据立方体。光谱通道数在几十个到几百个的高光谱成像技术应用最为广泛,是国内外研究的重点方向,适应军事、农业、林业、卫星遥感及地质勘探等诸多行业的需求。成像光谱仪是实现高光谱成像的重要组成部分,主要由前置望远系统和分光系统两个部分组成,目前前置望远系统多数采用无色差的离轴三反系统,而分光系统多数采用光栅型Offner结构,
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光谱成像可以同时获取目标的二维空间信息和一维光谱信息,经过处理后,可以获得三维数据立方体。光谱通道数在几十个到几百个的高光谱成像技术应用最为广泛,是国内外研究的重点方向,适应军事、农业、林业、卫星遥感及地质勘探等诸多行业的需求。成像光谱仪是实现高光谱成像的重要组成部分,主要由前置望远系统和分光系统两个部分组成,目前前置望远系统多数采用无色差的离轴三反系统,而分光系统多数采用光栅型Offner结构,本文围绕前置望远系统和紧凑型分光系统进行了设计与分析。基于波像差理论以及波像差理论的矢量形式相关知识,分析了离轴三反系统中自由曲面元件的偏心与倾斜对于像差的影响,以Zernike多项式面型为例,阐述了对系统像散节点行为的影响,对后期前置望远系统和包含Zernike形式自由曲面的分光系统的设计提供了理论指导,在优化过程中有效的约束了系统的像差。近年来,小型化、高分辨率、高光通量的高光谱成像仪是研究的热点。为了实现高光谱成像仪的小型化设计,本文设计了一个工作波长为400nm～1000nm,F/#为4,光谱分辨率为5nm的高光谱成像仪。前置望远系统采用离轴三反式结构,具有孔径大、无中心遮拦、镜片数少、无色差等优点。光谱分光系统采用凸面光栅型Offner结构,通过相关参数的计算,有效地校正了系统的三阶像差。为了实现成像光谱仪的小型化,Offner结构中的凸面光栅设计成透镜的形式,前表面类型为Zernike自由曲面,透镜外侧刻蚀为光栅。通过采用此种方式,设计的光谱仪体积减小了约63%,光谱分辨率小于4nm,实现了高像质小型化成像光谱仪的设计。
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