紧凑型高光谱成像仪光学设计
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。
高光谱成像仪;前置望远系统;分光系统;光学设计;光谱分辨率
长春理工大学
硕士
光学工程
王洋
2022
中文
TH744.1;TH703
2023-02-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）