CN113804631A - 光谱信息取获的监视系统 - Google Patents

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李鹏达
石恩涛
王咏梅
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Abstract

本发明涉及一种光谱信息获取的监视系统，包括：望远模块，准直模块，分光模块，和光谱成像模块；其特征在于，光束由望远模块的具有不同入瞳直径的两个通道进入，经由夹缝，由准直模块中焦距不同的M1镜与M2镜准直，并控制准直光的出射角度与X和Y方向的偏心量，经过分光模块分光，反射至光谱成像模块，最后汇聚到探测器上；其中光谱成像模块采用两次反射式光学结构。本发明利用双通道设计实现宽动态范围，同时在不同波段获取光谱信息；通过整体结构设计实现共用光谱成像模块；采用反射式结构进行镜片精简，共用5片反射镜和一分光棱镜完成设计，实现了轻小型化的设计，并使整体结构更加紧凑简洁。

Description

光谱信息取获的监视系统
技术领域
本发明属于空间遥感技术领域，特别涉及光谱信息获取的监视系统。
背景技术
大气层是影响地球气候与环境的主要因素，通过大气遥感技术可以让我们了解到大气的组成及分布变化，它大大提高了我们对平流层臭氧含量、云层密度和成分变化过程的认识。基于临边散射测量遥感技术是通过在紫外、可见和近红外波段测量太阳临边散射辐射，获得高分辨率、宽动态范围云层的光谱信息，反演获得臭氧廓线分布。随着信息处理技术的发展，遥感数据的反演技术得到了大大的提高，对遥感数据信息的质量要求越来越高，动态范围也越来越宽，并且无论是无人机还是卫星平台也都得到了充分的发展。
目前无人机或者卫星平台搭载的仪器一般使用摆扫式和推扫式。摆扫式也称为光机扫描式是利用扫面镜进行跨轨方向的扫描，光学系统的空间方向是沿轨方向，光谱方向是跨轨方向通过分光系统及面阵探测器完成。推扫式是系统跨轨方向具有较大的瞬时视场角进行空间探测，沿轨方向具有较小的瞬时视场角进行光谱探测，搭载平台运动时，沿轨方向随平台运动实现目标探测。
现有“星载宽波段临边臭氧轮廓线探测仪光学设计”，该光学系统与本专利光学系统类似，属于临边探测，但是该光学系统只有一个入射通道和一个入瞳孔径，不能同时获得不同增益的光谱信息。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不能同时获得不同增益的光谱信息的缺点，从而提出一种光谱信息获取的监视系统。本发明利用双通道设计实现宽动态范围、可同时在不同波段获取光谱信息的光谱光学系统，通过共用光谱成像模块的设计和两次反射式光学结构，可以减轻重量和体积，并使整体结构更加紧凑简洁。本发明的光谱信息获取的监视系统，包括：望远模块，准直模块，分光模块，和光谱成像模块；其中，
所述望远模块采用反射式结构，具有两个通道，所述望远模块的一片反光镜的不同离轴量的两个不同孔径分别为通道(1)和通道(2)的入瞳直径，通过不同孔径可获取不同的增益图像，还可以提高光谱信息的获取，实现该光谱信息获取监视系统的宽动态特点；夹缝为通道(1)与通道(2)的第一次像面；光束通过通道(1)经由望远镜和夹缝反射至M1镜，光束通过通道(2)经由望远镜和狭缝反射到M2镜；通道(1)与通道(2)共用一片反射镜完成系统的望远模块的设计，可以体现系统设计的简洁化和轻量化的设计理念。
所述准直模块采用焦距不同的M1镜与M2镜的焦平面与所述夹缝重合，使从M1镜和M2镜射出的光束为准直光；由M1镜反射的通道(1)的准直光和由M2镜反射的通道(2)的准直光准直到分光模块；并控制从M1镜与M2镜发出光束的出射角度与X和Y方向的偏心量；通过控制所述出射角度可以确保射出光线无干涉，控制X方向偏心量可以在同一像面中分离不同孔径的信息，控制Y方向的偏心量可以使反射光束共用光谱成像模块；由于入瞳直径不一样，需要准直模块有不同的放大倍率，保证两通道获取的光谱信息能同时会聚到像面上，不会超过像面大小从而导致光谱信息获取不全，所以准直模块采用的两片反射镜的焦距不同，以保证不同的放大倍率。
分光模块用于反射准直光至光谱成像模块。
光谱成像模块为两次反射式结构，具有两片同轴反射镜，并且所述两片同轴反射镜的光瞳分别与通道(1)与通道(2)匹配；控制所述两片同轴反射镜的不同斜率，使光束汇聚在同一像面。
作为上述系统的一种改进，RMS光斑直径小于所述夹缝的宽度，，其中所述RMS光斑直径为ZEMAX中点列图中光斑的均方根。
作为上述系统的一种改进，使用ZEMAX操作数RAGY控制准直模块中有M1和M2镜反射的两个通道的距离，使用操作数RETY控制M1镜与M2镜的光线出射角度以及Y方向的距离，使用操作数PRAM控制M1镜与M2镜在X轴方向的偏心量；使用PRAM控制M1镜与M2镜在Y方向的偏心量。
本发明的优点在于，通过两个通道的不同孔径可获取不同的增益图像，还可以提高光谱信息的获取，实现该光谱信息获取监视系统的宽动态；通过控制M1镜与M2镜射出的准直光的出射角度，来确保射出光线无干涉；通过整体结构设计实现共用光谱成像模块；本发明采用反射式结构进行镜片精简，共用5片反射镜和一分光棱镜完成设计，实现了轻小型化的设计，并使整体结构更加紧凑简洁。
附图说明
图1(a)为本发明的光谱信息获取技术的拼接方案；
图1(b)为本发明的光谱信息获取技术的像面示意图；
图2为本发明的望远模块设计方案；
图3为本发明的准直模块设计方案；
图4(a)为通道1在共用会聚模块里Y-Z方向上的光路图；
图4(b)为通道1在共用会聚模块里X-Z方向上的光路图；
图4(c)为通道2在共用会聚模块里Y-Z方向上的光路图；
图4(d)为通道2在共用会聚模块里X-Z方向上的光路图；
图5为本发明采用不同反射结构设计方案时的光路图；其中，图5(a)为第一种反射结构设计方案的光路图；图5(b)为第二种反射结构设计方案的光路图；图5(c)为第三种反射结构设计方案图的光路图；5(d)为第四种反射结构设计方案的光路图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明所提供的技术方案。
本实施例中，如图1(a)所示，望远模块对远处的光进行摄取，光束通过通道(1)和通道(2)成像在狭缝处，后又经过准直模块M1与M2镜准直到分光模块中，经过分光，两通道光束由光谱成像模块同时会聚到探测器上实现光谱信息探测。从图1(b)为像面信息分离示意图可以看出，通过本发明提供的技术，不同通道的光谱信息可以成功的在像面分离。
光学系统结构采用共通道，实现光谱信息同时获取，如图2所示的本发明的望远模块设计方案，所述望远模块采用反射式结构，具有两个通道，望远模块的一片反光镜的不同离轴量的不同孔径分别为通道(1)和通道(2)的入瞳直径，通过不同孔径可获取不同的增益图像，还可以提高光谱信息的获取，实现该光谱信息获取监视系统的宽动态特点；光束通过通道(1)经由望远模块和夹缝反射至M1镜，光束通过通道(2)经由望远模块和狭缝反射到M2镜；夹缝为通道(1)与通道(2)的第一次像面；RMS光斑直径小于所述夹缝的宽度，即ZEMAX中点列图中光斑的均方根小于所述夹缝的宽度。通道(1)与通道(2)共用一片反射镜完成系统的望远模块的设计，可以体现系统设计的简洁化和轻量化的设计理念。
由于入瞳直径不一样，需要准直模块有不同的放大倍率，保证两通道获取的光谱信息能同时会聚到像面上，不会因超过像面大小，而导致光谱信息获取不全，所以，如图3所示的准直模块设计方案示意图，准直模块采用两片反射镜，并且两片反射镜的焦距不同，以保证不同的放大倍率；在本实施例中，通过操作数RETY控制M1和M2镜发出的准直光的主光线相互平行，确保了光线无干涉；使用操作数PRAM对M1镜与M2镜在X轴方向进行的偏心设计；其中，M1镜在X方向的偏心量为0,M2镜在X方向的偏心量为1.18mm，效果如图1b所示，不同通道的光谱信息可以成功的在像面分离；并且通过PRAM控制M1和M2镜Y方向上的偏心量，防止两镜结构发生干涉；本实施例中，M1镜Y方向上的偏心量为7mm，M2镜Y方向上的偏心量为-7mm，效果如图3所示，M1镜与M2镜结构未发生干涉。如图4所示的分光模块与光谱成像模块拼接示意图，光谱成像模块为两次反射式结构，具有两片同轴反射镜，并且所述两片同轴反射镜的光瞳分别与通道(1)与通道(2)匹配；控制所述两片同轴反射镜的不同斜率，使光束汇聚在同一像面。其中图4(a)展示了通道1在共用会聚模块里Y-Z方向上的光路图；图4(b)展示了通道1在共用会聚模块里X-Z方向上的光路图；图4(c)展示了通道2在共用会聚模块里Y-Z方向上的光路图；图4(d)展示了通道2在共用会聚模块里X-Z方向上的光路图；从图1(a)可以看出系统结构形式简单，可以实现轻量化的目标。根据需要，光谱成像模块可更换不同结构形式的两次反射式结构。图5(a)展示了第一种反射结构设计方案的光路图；图5(b)展示了第二种反射结构设计方案的光路图；图5(c)展示了第三种反射结构设计方案图的光路图；5(d)展示了第四种反射结构设计方案的光路图；其中，开口方向为入光口，会聚方向为像面。可以看出，光谱成像模块采用不同的反射结构都可实现使两通道的光汇聚在一个像面上，实现了共用光谱成像模块；本发明采用反射式结构进行镜片精简，共用5片反射镜和一分光棱镜完成设计，实现了轻小型化的设计，并使整体结构更加紧凑简洁。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种光谱信息获取的监视系统，包括：望远模块、准直模块、分光模块和光谱成像模块；其特征在于，
所述望远模块用于对远处的光进行摄取；所述望远模块为反射式结构，且具有两个通道，通过所述望远模块的一片反光镜的不同离轴量的不同孔径分别作为光束的通道(1)和通道(2)的入瞳直径；
光束通过通道(1)经由望远模块和夹缝反射至M1镜，光束通过通道(2)经由望远模块和狭缝反射到M2镜；夹缝为通道(1)与通道(2)的第一次像面；
所述准直模块通过不同焦距的M1镜与M2镜使从M1镜和M2镜射出的光束为准直光；由M1镜反射的通道(1)的准直光和由M2镜反射的通道(2)的准直光准直到分光模块；并且控制从M1镜与M2镜发出的准直光的出射角度与X和Y方向的偏心量；
所述分光模块，用于将准直光分光，并将两通道光束反射至光谱成像模块；
所述光谱成像模块，用于将两通道光束汇聚到探测器上；所述光谱成像模块为两次反射式结构，具有两片同轴反射镜，并且所述两片同轴反射镜的光瞳分别与通道(1)与通道(2)匹配，通过控制所述两片同轴反射镜的不同斜率，使光束汇聚在同一像面。
2.如权利要求1所述的一种光谱信息获取的监视系统，其特征在于，RMS光斑直径小于所述夹缝的宽度，其中所述RMS光斑直径为ZEMAX中点列图中光斑的均方根。
3.如权利要求1所述的一种光谱信息获取的监视系统，其特征在于，使用ZEMAX操作数RAGY控制准直模块中有M1和M2镜反射的两个通道的距离，使用操作数RETY控制M1镜与M2镜的光线出射角度以及Y方向的距离，使用操作数PRAM控制M1镜与M2镜在X轴方向的偏心量；使用PRAM控制M1镜与M2镜在Y方向的偏心量。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102928077A (zh) * 2012-11-26 2013-02-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统
CN103017900A (zh) * 2012-11-26 2013-04-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统
CN104792414A (zh) * 2015-04-03 2015-07-22 中国科学院空间科学与应用研究中心 凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统
CN106525237A (zh) * 2016-10-24 2017-03-22 中国科学院国家空间科学中心 一种交叉车尼尔特纳结构多狭缝多光谱系统
EP3283862A1 (en) * 2015-04-17 2018-02-21 Raytheon Company Optical forms for multi-channel double-pass dispersive spectrometers
CN111208080A (zh) * 2020-01-09 2020-05-29 中国科学院合肥物质科学研究院 一种大视场高分辨率对地观测紫外成像光谱仪光学系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102928077A (zh) * 2012-11-26 2013-02-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统
CN103017900A (zh) * 2012-11-26 2013-04-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双通道共光路棱镜色散宽波段成像光谱仪光学系统
CN104792414A (zh) * 2015-04-03 2015-07-22 中国科学院空间科学与应用研究中心 凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统
EP3283862A1 (en) * 2015-04-17 2018-02-21 Raytheon Company Optical forms for multi-channel double-pass dispersive spectrometers
CN106525237A (zh) * 2016-10-24 2017-03-22 中国科学院国家空间科学中心 一种交叉车尼尔特纳结构多狭缝多光谱系统
CN111208080A (zh) * 2020-01-09 2020-05-29 中国科学院合肥物质科学研究院 一种大视场高分辨率对地观测紫外成像光谱仪光学系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIACHAEL G, ET AL: "Limb broad-band imaging spectrometer for the NPOESS Ozone mapping and profiler suite(OMPS)", 《EARTH OBSERVING SYSTEMS VII》, vol. 4814, 25 September 2012 (2012-09-25), pages 120 - 130 *
薛庆生，等: "星载宽波段临边臭氧廓线探测仪光学设计", 《光学学报》, vol. 35, no. 08, 31 August 2018 (2018-08-31), pages 265 - 271 *
薛庆生，等: "空间大气遥感高光谱成像仪光学系统设计", 《光学学报》, vol. 34, no. 08, 30 August 2014 (2014-08-30), pages 256 - 261 *

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