宽波段大视场小型光柵分光成像光谱仪复消色差前置物镜的设计

摘要

为了适用于无人机和微纳卫星等小型平台，提高对地遥感高光谱成像仪的工作效率，要求高光谱成像仪体积小、重量轻、地面刈幅宽、信噪比高、光谱与空间分辨率高。除高性能分光成像组件之外，亟需设计和研制大视场、大相对孔径微小型前置物镜。本文重点研究可见光近红外（VNIR）和短波红外〔SWIR）小型成像光谱仪的前置物镜。
　　首先，本文给出成像光谱仪前置望远物镜相对孔径、有效焦距和全视场角等指标，指出其应具有波段宽、相对孔径大、像方远心、色畸变小等特点。然后，讨论其结构选型，通过对比分析折射式、反射式和折反式结构，选用结构对称、容易实现大相对孔径的折射式双高斯结构。为了避免色畸变、二级光谱等色差导致分光系统分光后产生目标物光谱混叠，提高高光谱成像仪探测精度，需研究此类2.5倍频宽波段镜头的复消色差方法。本文由近轴成像理论和赛德尔像差理论来推导光学系统的结构参数，根据光学玻璃P-υ图选取合适的玻璃组合。最后，通过优化、设计得到了满足指标要求的VNIR和SWIR前置物镜系统，其F数为2.8、全视场角40°，系统同轴、全球面元件、使用三种光学玻璃，利于降低难度和制造成本。成像质量评价表明所设计的系统二级光谱和色畸变小、结构紧凑、透过率高、具有像方远心性、像面照度均匀。为研制低成本微小型高光谱成像仪奠定了技术基础。

目录

声明

第一章绪论

1.1 问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第二章原理及指标参数

2.1 工作原理

2.2 指标要求

2.3结构型式的确定

2.4本章小结

第三章可见光近红外前置物镜的设计

3.1 设计思想

3.2 复消色差初始结构推导

3.3 设计结果

3.4 成像质量评价

3.5 公差分析与制定

3.6 本章小结

第四章短波红外前置物镜的设计

4.1复消色差初始结构

4.2 设计结果

4.3 成像质量评价

4.4 公差分析与制定

4.5 本章小结

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的学术成果

致谢