成像光谱仪一体化设计

求也 随之提高 ，小型化 、 高光谱分 辨率 和高空 间分辨率 成为 发展趋势 ，这就要求设计者要不 断完 善和 优化设 计 。正是在 这样 一个背景下 ，提出 了成像光谱仪 一体 化设计 的方法 ，即 不单 纯地进行光谱仪分光 系统 的设计 ， 而是将 光谱仪 分光系
收０ ０ １１ —９
第３卷 ， ３ ２ 第 期
２０ １２年 ３月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ １ ２ Ｎ ． ，ｐ ３ －４ ｏ． ， ｏ ３ ｐ ８ ９８ ３ ３
Ｍａｃ ｒ ｈ，２ １ ０２
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ
一
统焦距： 一３ ｌ； ／ ０ － 光学系统相对孔径： ／ ｍｎ Ｄ 厂一１ ３ ５ ： ：；
Ｃ Ｓ＿ 等 ，这些 超光谱 成像 光谱 仪 主要应 用在机 载 和星 载 Ａ Ｉ］ ６
的有效载荷 当中。近年来我 国在军事 、民用等领 域对超 光谱
成像光谱仪 的需求也呈 上升趋势 ， 各种用 途的超光 谱成像光
谱仪被广泛地应用 于国民经 济建设和 国防建设 当 中，对 于超 光谱成像技术 的研究也越来越 深入和广泛ｌ ］ ＿ 。 ７ 随着超光谱成像技术 的发展 ， 对超光谱 成像光谱 仪 的要
设计思想 的正确性 。
在遥感平 台上 以高空 间分辨 率和高光谱分辨率获取物质光谱 图像 ，即获取被观测 区域 （ 物体） 或 的表观 图像信 息及理化 生
ｌ 凸面光栅成像光谱仪一体 化设 计过程
１ １ 凸面光栅 成像光谱仪基本原理 ． 凸面光栅成像光谱仪 系统 由前 端望远系统和后端分光系 统组成 ， 中分光 系统 是从 同心 Ｏ ｆｅ 三反射镜光学系统演 其 ｆ ｒ ｎ 变而来的 ， 其 中的第 二 反射 镜 改 为 凸面 光栅 ，既保 留 了 将
作者简介 ： 崔继承 ， ９ ６ １ ７ 年生 ， 中国科学 院长春光学精密机械与物理研究所副研究员
ｅ ａ ： ｉ ｅｇ ｃｉ ａ ｏ ．ｏ ．ｎ － ｉ ｊ ｈｎ ＿ ｕ ｍ ｌ ｃ ＿ ＠ｙ ｈｏ ｃｒ ｃ ｎ
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光谱学 与光谱分析
第３ ２卷
的探测 目标 条带 经望远系统成像在狭缝 上 ， 后经 凸面光栅分
物等物质构成光 谱信 息 ， 是传 统光 谱分 析技 术 （ 即定性 、定 量分析） 向现代光谱分 析技术 （ 即定性 、定量 、定 时 、 位 分 定 析） 发展 的重要 载体 ，在 军事 侦察 、资源 勘查 、自然 灾 害监
控、 环境 污染评 估 、医学诊 断治疗 等诸 多领域 具有广 阔 的应
统置于整体结构 中进行整体 系统设计 和优化 ，从而实 现超光
引 言
超光谱成像光谱仪 是光 谱成像技术 的基 本设备 ，它是 在
传统光谱分析仪器基础 上发 展而成的遥感仪 器 。 用它可 以 利
谱成像光谱仪 的最佳设计 ，以近年来应用较 为广泛 的凸面光 栅成像光谱仪为例 ，介绍 了整个设计 过程 和测试 ， 验证 了该
凸面光栅成像光谱仪 的测试验证 了该方法 的正确性 。 关键词 成像 光谱仪 ； 型化 ； 小 光谱 ；凸面光栅
文 献 标 识 码 ：Ａ Ｄ ：１ ． ９ ４ｊｉ ｎ １ ０—５ ３ ２ １ ）３０ ３ —５ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ００ ９ （０ ２ ０ —８ ９０ ｓ
中 图分 类 号 ： ＴＨ７ １ ４ ４ ．
光系统分光形成 光谱像并 被探测器 接收。通过空 间连续推扫 方式获得 目标的成像 数据立方 ， 目标进行空 间分析和光谱 对
统 中， 一 ７ ｆｌ ／ 一 ３ ｒ， ｚ ｌ ， ｒｆ ｒ ０ ｎ 因此 光学 系统 的视 场角 为 ２， ｒｎ ｃ ｃ ２×６ ６。 最终得到前端光学系统的设计参数如 ： ．６， 光学 系
用前 景 。自从 Ｇ ｅｚ ｏ ｔ 提出超光谱成像的概念至今经 过 ２ ［ Ｏ多
Ｏ ｎｒ ｆ ｅ 系统对称消像差 的特点又能实 现光谱分离 ，因此该结 构也称为 Ｏｆ ｅ 成像光谱仪 ＿ ］ ｆ ｒ ｎ １ ，其结 构如图 １ 所示 。
年的发展 ， 各国已经在超光谱成像领域研 制 出了多种成像光 谱仪＿ ，比较 具 有代 表 性 的有 ＡＶ ＲＩＥ ２ ］ Ｉ Ｓ ，ＨＹ Ｃ Ｃ 和 ＤＩ Ｅ５ ］
成 像 光 谱 仪 一体 化 设计
崔继承 ， 玉娟 ， 明忠 唐 玉 国 刘 潘 ，
ｉ ．中国科学 院长 春光学精 密机械 与物理研究所 ，吉林 长春 ２ ．中国科学 院研究 生院，北京 １０ ４ ００９ １０ ３ ３０ ３
摘 要 随着超 光谱 成像技术的发展 ，超光谱成像光谱仪 的要求也 随之提高 ， 型化 、高光谱分辨率和高空 小 间分辨率成 为发展趋势 ， 这就要求设计 者在进行仪 器设计 的过程 中不 断完善 和优化设 计 。提 出了成像 光谱 仪一体化设计 的方法 ，即不单 纯地 进行光谱仪分 光系统 的设计 ， 而是 将光 谱仪分 光系统 置于整 体结 构 中进 行整体 系统设计 和优化 ， 从而 实现超光谱成像光谱 仪 的最佳设计 结果 ，并 以近年 来应用较 为广 泛 的凸面光 栅成像光谱仪 为例 ， 较为详细地 阐述了成像光谱仪 一体化 设计 方法在 系统研 制过程 中 的应 用 ，并通过 对该
Ｆ ｇ １ Ｏｆ ｎ ｒ ｓ ｅ ｔ ｕ ｉ ｇ ｎ ｙ ｔｍ ｆｃ ｎ ｅ ｒ ｔ ｇ ｉ． ｆ ｅ ｐ ｃ ｒ ｍ ｍａ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｏ ｏ ｖ ｘ ｇ ａ ｉ ｎ
凸面光栅 成像光谱仪工作原理如 图 ２所示 。沿狭缝方 向
基金项 目：国家创新方法工作专项项 目（０ ８Ｍ０ ０ ０ ） ２ ０ Ｉ ４ ７ ０ ，吉林 省科技 支撑计 划项 目（０ Ｏ ０ １ 资助 ２１６１）