CN106644066A - 一种成像光谱仪的杂光抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种成像光谱仪的杂光抑制方法。该方法针对基于集成滤光片分光且采用分色片进行谱段分离的成像光谱仪。分色片在系统视场光阑附近，分A、B区镀分色膜，入射光谱覆盖λa1～λb4。λab是双通道分界波长；λac、λbc分别是反射表面和透射表面薄膜分界线对应的波长。A区域λa1～λa3反射，λb1～λb3透射，反射光谱下降沿在λac之后，透射光谱上升沿在λab之前；B区域λa2～λa4反射，λb2～λb4透射，反射光谱下降沿在λab之后，透射光谱上升沿在λbc之前。经集成滤光片后，反射通道为λa1～λab，透射通道为λab～λb4。本发明对于集成滤光片分光的成像光谱仪，解决了普通分色片过渡区有带内杂光且光学效率低的问题，也降低了分光薄膜的研制难度。
Description
技术领域
本发明涉及遥感探测领域中的成像光谱仪的性能优化方法，具体是指一种杂散光的抑制方法，针对基于集成滤光片分光且采用分色片进行谱段分离的成像光谱仪。
背景技术
近年来，由于光刻掩模工艺和微区光学膜层控制沉积技术的发展，已能研制出可工程应用的微通道集成滤光片。对于超高或甚高空间分辨率高光谱分辨率的成像光谱仪而言，此项分光技术具有高光学效率、结构简单、波形可控等诸多优点。
对于狭缝色散式成像光谱仪，由于视场光阑仅为一条穿轨方向的狭缝，光谱维对主光学的视场需求小，可以直接用视场分离方式分多个光谱仪来实现谱段连续，不使用分色元件，从而不会引入带内杂光；或者即便由于后方多个光谱仪空间布局不开，而采用分色元件拓宽主系统像方以利于多个光谱仪布局，由于光谱仪对系统光谱维的视场需求一般为一个瞬时视场，狭缝能挡住由于分色元件的多次反射引入的带内杂光。
对于基于集成滤光片分光的成像光谱仪，由于是面视场成像，其视场光阑为一个面，光谱维对主光学的视场需求大，因此在主光学视场配给有限，且系统要求做到宽谱段连续分光的情况下，则用分色元件进行谱段分离。然而，由于光谱仪对系统光谱维的视场需求为一个面，若分色元件为普通的分色片，即过渡光谱范围内，既有反射也有透射，那么由分色片过渡光谱引入的多次反射杂光，面视场光阑无法挡住从而形成了过渡光谱附近波段的带内杂光，不利于光谱信息的准确性。
本发明提出了一种专门针对基于集成滤光片分光且采用分色片进行谱段分离的成像光谱仪的杂光抑制方法，通过分色片针对性设计，从根本上消除了分光过渡波段的带内杂光，极大提高了分光过渡波段的光学效率，同时降低了分光薄膜的研制难度。
发明内容
本发明解决的技术问题是：基于上述已有技术存在的一些问题，本发明的目的是设计一种成像光谱仪的杂光抑制方法，对于基于集成滤光片分光且采用分色片进行谱段分离的成像光谱仪，避免分光过渡波段的带内杂光，极大提高分光过渡波段的光学效率。
本发明涉及的成像光谱仪光路示意图如图1所示。长焦距主光学1收集的光线经分色片2，反射会聚到反射通道主焦面3上，透射会聚到透射通道主焦面4上，实现谱段分离；反射通道集成滤光片5置于反射通道主焦面3上，经反射通道变倍后光学7，对反射通道主焦面3的视场进行分光成像，被反射通道面阵探测器9接收；透射通道集成滤光片6置于透射通道主焦面4上，经透射通道变倍后光学8，对透射通道主焦面4的视场进行分光成像，被透射通道面阵探测器10接收。对于这样的系统，普通分色片会造成的带内多次反射杂光，如图2和图3所示。
本发明的杂光抑制方法如图4所示，从根本上消除图2和图3的多次反射杂光。所述的杂光抑制方法实施在分色片2上，根据视场光束在分色片上的分离程度，分A、B两个区域镀分色膜。反射表面的薄膜分界线对应系统反射通道的波段λac，透射表面的薄膜分界线对应系统透射通道的波段λbc。λab是系统反射通道和透射通道的分界波长。分色片入射光谱覆盖λa1～λb4。A区λa1～λa3反射，λb1～λb3透射，其中λa1、λa3是A区反射上升沿及下降沿的90％效率处波长，λb1、λb3是A区透射上升沿及下降沿90％效率处波长；反射光谱下降沿λa3在λac之后，透射光谱上升沿λb1在λab之前。B区λa2～λa4反射，λb2～λb4透射，其中λa2、λa4是B区反射上升沿及下降沿90％效率处波长，λb2、λb4是B区透射上升沿及下降沿90％效率处波长；反射光谱下降沿λa4在λab之后，透射光谱上升沿λb2在λbc之前。入射到反射通道集成滤光片的谱段覆盖λa1～λa4，入射到透射通道集成滤光片的谱段覆盖λb1～λb4；经集成滤光片之后，反射通道的光谱为λa1～λab，透射波段的光谱为λab～λb4。对于反射短波透射长波的分色片，λa1、λa2、λac、λa3、λab、λa4波长依次变长,λb1、λab、λb2、λbc、λb3、λb4波长依次变长。
本发明组件的优点是：对于微通道集成滤光片方式分光的光谱成像系统，分色片过渡光谱附近的波段不存在带内杂光；过渡光谱附近的波段光学效率极大提高；根据分色片上光束的视场分离情况，可灵活设计A、B区域及其分色膜，降低了分光薄膜的研制难度。
附图说明
图1为成像光谱仪光路示意图，
图中：
1为主光学；
2为分色片；
3为反射通道主焦面；
4为透射通道主焦面；
5为反射通道集成滤光片；
6为透射通道集成滤光片；
7为反射通道变倍后光学；
8为透射通道变倍后光学；
9为反射通道面阵探测器；
10为透射通道面阵探测器。
图2为反射通道的杂光示意图。
图3为透射通道的杂光示意图。
图4为杂光抑制分色片示意图，其中：图(a)是分色片前视图，图(b)是分色片侧视图；LA为A区分色膜长度；LB为A区分色膜长度。
具体实施方式
假设成像光谱仪望远镜F数为15，焦距为30米，光谱仪的主焦面视场为28mm×22.4mm，光谱仪放大倍率为-1/7，探测器规模为320元×128元，像元尺寸为0.025mm×0.025mm，通过分色片得到反射通道400～950nm，透射波段950～1750nm。根据图1的成像光谱仪光路示意图，设计了一种杂光抑制分色片避免过渡光谱波段的带内杂光。分色片厚3mm，沿光谱维长36mm，沿空间维宽34mm，距离主焦面的距离约为80mm，与光轴成45°放置；面向主光学的表面上分区域镀分色膜，参数列于表1。分色膜引入的过渡波段的杂光，反射通道最大多次反射杂光由25％降低至接近0，透射通道最大多次反射杂光由32％降低至接近0，效果显著；反射通道400～950nm的光学效率≮90％，透射通道950～1750nm的光学效率≮90％,相比于普通分色片,800～1100nm的光学效率能提高至90％以上。
表1 分色片的参数
Claims (1)
1.一种成像光谱仪的杂光抑制方法，所述的成像光谱仪为集成滤光片分光且采用分色片进行谱段分离的成像光谱仪,其分色片在成像光谱仪的视场光阑附近，其特征在于方法如下：
在所述的分色片上分A、B两个区域镀分色膜，反射表面的薄膜分界线对应系统反射通道的波段λac，透射表面的薄膜分界线对应系统透射通道的波段λbc。λab是系统反射通道和透射通道的分界波长；分色片入射光谱覆盖λa1～λb4。A区域λa1～λa3反射，λb1～λb3透射，其中λa1、λa3是A区反射上升沿及下降沿的90％效率处波长，λb1、λb3是A区透射上升沿及下降沿90％效率处波长；反射光谱下降沿λa3在λac之后，透射光谱上升沿λb1在λab之前。B区域λa2～λa4反射，λb2～λb4透射，其中λa2、λa4是B区反射上升沿及下降沿90％效率处波长，λb2、λb4是B区透射上升沿及下降沿90％效率处波长；反射光谱下降沿λa4在λab之后，透射光谱上升沿λb2在λbc之前。入射到反射通道集成滤光片的谱段覆盖λa1～λa4，入射到透射通道集成滤光片的谱段覆盖λb1～λb4；经集成滤光片之后，反射通道的光谱为λa1～λab，透射波段的光谱为λab～λb4。对于反射短波透射长波的分色片，λa1、λa2、λac、λa3、λab、λa4波长依次变长,λb1、λab、λb2、λbc、λb3、λb4波长依次变长。
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