插入F_ry棱镜的小型Offner超光谱成像系统的设计

off-axis three-mirror anastigmatic
收 稿 日 期 ：2013-02-04 ； 修 订 日 期 ：2013-03-08 基 金 项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 (60808028) ； 国 家 863 计 划 (2009AA122203) 作 者 简 介 ： 闫 兴 涛 (1986-) ， 男 ， 博 士 生 ， 主 要 从 事 光 学 设 计 方 面 的 研 究 。 Email:xingtao.yan@ 导 师 简 介 ： 杨 建 峰 (1969-) ， 男 ， 博 士 生 导 师 ， 博 士 ， 主 要 从 事 光 学 设 计 与 光 谱 成 像 方 面 的 研 究 。 Email:yangjf@
第 42 卷第 10 期 Vol.42 No.10
红外与激光工程 Infrared and Laser Engineering
2013 年 10 月
Oct.2013
Offner 型成像光谱仪前置光学系统设计
闫兴涛 1,2，杨建峰 1，薛 彬 1，马小龙 1，赵意意 1,2，卜 凡 1,2
(1. 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术实验室，陕西 西安 710119； 2. 中国科学院大学，北京 100049)
综 上 所 述 ， 对 于 Offner 型 成 像 光 谱 仪 应 选 用 中 间不成像的视场离轴三反消像散结构作为其前置望 远系统的基本结构。
典 型 Offner 型 成 像 光 谱 仪 结 构 如 图 1 所 示 。
2714
红外与激光工程
第 42 卷
图 1 Offner 型 成 像 光 谱 仪 系 统 的 结 构 图 Fig.1 Structural sketch map of Offner imaging spectrometer

增 加 了 系 统 的 重 量 和 体 积 [4]。 采 用 O ffn e r同 心 中 继
成 像 结 构 能 有 效 地 简 化 系 统 ，降 低 系 统 的 体 积 和 重 ± ± ，提 高 实 用 性 ，尤 其 适 用 于 对 载 荷 要 求 较 高 的 无 人
机 载 探 测 领 域 。 目 前 ，O f f n e r 高 光 谱 成 像 系 统 多 采
(1. School o f Electronic and Optical E ngineering， N anjing University o f Science and Technology， N anjing 210094, Chinas 2, X i 7an Institute o f A p p lied O ptics, X i?an 710065, China)
O f f n e r 高 光 谱 成 像 系 统 ，本 文 根 据 几 何 光 学 成 像 理
论 ，建 立 了 曲 面 棱 镜 色 散 分 辨 率 与 棱 镜 结 构 之 间 的
数 学 关 系 ，用 以 计 算 系 统 的 初 始 结 构 ，并 设 计 用 于 可 见 光 谱 段 的 色 散 成 像 光 谱 系 统 ;采 用 了 冕 牌 玻 璃 和 火 石 玻 璃 组 合 的 曲 面 棱 镜 ，减 小 了 光 谱 分 辨 率 的 非 线 性 ，并 增 加 了 系 统 优 化 的 自 由 度 ，能 够 有 效 地 提 高 成像质量。
Abstract ：The relationship between the spectral resolution and structure parameters of the curved prism is investigated based on the analysis of the curved prism. Then, the method is proposed to calculate the initial system structure. An imaging spectrometer is designed in visible light. The non-uniform spectral resolution is reduced by using two different materials. The designed system is optimized by Zemax. The average spectral resolution from 400-800 nm is less than 5 nm, and keystone and smile of the system are less than 0. 085 pixel and 0. 092 pixels, respectively. Keywords* spectroscopy； dispersion imaging spectrometer； curved prism； optical design

小型Offner光谱成像系统的设计
郑玉权
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2005(013)006
【摘要】研究了在发散光束中使用色散元件的小型Offner光谱成像系统,分析了Offner凸光栅光谱成像系统和Offner曲面棱镜光谱成像系统的优缺点,与传统准直光束中使用光栅或棱镜的方法相比,Offner光谱成像系统具有体积小、质量轻、无谱线弯曲、色畸变小的特点.给出了两种系统的设计结果,并研究了滤除二级和高级次光谱的方法,给出了与Offner光谱成像系统匹配的不同形式的像方远心前置光学系统,可满足微小卫星超光谱成像仪的要求.
【总页数】8页(P650-657)
【作者】郑玉权
【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,应用光学国家重点实验室,吉林,长春,130033
【正文语种】中文
【中图分类】TH744.1;TP73
【相关文献】
1.插入Féry棱镜的小型Offner超光谱成像系统的设计 [J], 程欣;洪永丰;张葆;薛庆生
2.小型Offner色散型高光谱成像系统设计 [J], 李霂;周学鹏
3.小型Offner凸光栅光谱成像系统的结构设计及分析 [J], 刘伟
4.Offner型高光谱成像系统的设计 [J], 柏财勋;刘勤;孟鑫;于帅;李建欣;朱日宏
5.Offner型高光谱成像系统的设计 [J], 柏财勋;刘勤;孟鑫;于帅;李建欣;朱日宏;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｒ ｄ ｔ ｎ ｌｈ ｐ ｒ ｓ ｃｒ ｌｉ ｇ ｒ ｗｉ ｌｎ ｒ ｃ ｎ ａ ｅ ｇ ａｉ ｇ ｉ ｉ ｔ ｄ ｂ ｈ ｂ ｒａｉ ｎ ａ ｉ ｏ ａ ｙ ｅ —ｐｅ ｔａ ｍａ ｅ ｔ ｐ ａ ｅ ｏ ｏ ｃ ｖ ｒ ｔｎ ｓ ｌ ｉ ｈ ｍｉｅ ｙ ｔ ｅ ａ ｅ ｒｔｏ
ｃ ｒｅ ｔｏ ａ ｉ ｔ ，ｔｅ ｎ ｍｅ ｉａ ｐ ｒｕ ｅ ｉ ｍａｌａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｏ ｌｃ ｏ ｉ ｏ ｏ ｒ ｃｉ ｎ ｂｌ ｙ ｈ ｕ ｒｃ ｌ ａ ｅ ｔｒ ｓ ｓ ｌ ｎ ｏ ｒ ｃ ｌ ｔ ｎ ｓ ｌｗ．Ｉ ｓ ｄ ｆ ｃ ｌ ｆ ｒ ｔｅ ｉ ｈ ｅｉ ｔ ｉ ｉ ｕｔ ｏ ｍ ｉ ｈ
ｈｙ ｒ ｓ ｃ ｒ ｌ ｉ ａ ｅ ｐｅ －ｐｅ ｔ ａ ｍ ｇ ｒ
Ｊ ｉｑｕ ．Ｓ ＩＹ － ｎ ＨＥＮ ｅ — ｉ Ｗ ｉｍ ｎ
（ ｓ ｔ ｔ ｏ ｄ ｍ ｔ ａ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｏ ｃ ｏ ｉｅｓ ｙ ｕ ｈ ｕ ２ ５ ０ ， ｉａ Ｉ ｔ ｕｅ ｆＭｏ ｅ Ｏｐｉ ｌＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆＳ ｏ ｈ ｗ Ｕｎｖ ｒｉ ，Ｓ ｚ ｏ １ ０ ６ Ｃｈｎ ） ｎｉ ｃ ｔ
凸 面 光 栅 超 光 谱 成 像 仪 结 构 紧凑 、 差 校 正 能 力 强 、 值 孔 径 大 、 光 本 领 高 ， 同 时 获 得 高 的 光 谱 像 数 集 可
和 空 间分辨 率 。 关 键 词 ：超 光 谱 成 像 ； Ｏｆ ｅ ； 凸 面 光栅 ： 全 息 记 录 ｆ ｒ ｎ
季 轶 群 ， 为 民 沈 （ 州 大 学 现 代 光 学技 术 研 究 所 ， 苏 苏 州 ２ ５ ０ ） 苏 江 １０６
摘 要 ：传 统 的 平 面 或 凹 面 光 栅 分 光 的 光 谱 成 像 仪 受 像 差 校 正 的 限 制 ， 值 孔 径 较 小 ， 量 利 数 能

基 于 Ｏｆ ｆ ｎ ｅ ｒ结构 分 视 场成 像 光谱 仪 光学 设计
吴从均 ， 颜 昌翔ｈ ， 刘 伟 ， 代 虎
１ ．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空 间光学一部 ， 吉林 长春
２ ．中国科学院大学 ，北京 １ ０ ０ ０ ４ ９
１ ３ ０ ０ ３ ３
摘 要 为满足航天应用 中仪器小型和轻量化 、大视 场的观测 要求 ，通过分 析现有 Ｏ ｆ ｎ ｅ ｒ 成 像光谱 仪 ，给 出了一 种简单 的采用 凸面光栅设计成像光谱仪的方法 。 并据此方法设计 了一应用于 ４ ０ ０ ｋ ｍ高度 ，波段范 围 为０ ． ４ ～１ ｍ， 焦距为 ７ ２ ０ Ｆ ｌ ｉ ｔ ｒ １ ， Ｆ数为 ５ ， 全视场大小为 ４ ． ３ 。 的分视场成像光谱仪系统。分视场采用光纤将
件， 各 自存在一定 的缺点 。 傅 里叶变换光谱 仪虽然是 一种 比
Ｆ ６ ｒ ｙ 棱镜 作为分光 元件设计 了光谱范 围在 ０ ． ４ ～２ ． ５ ｆ ｍ 的 成像光谱仪。一些相关文献中还对 Ｏ ｆ ｎ ｅ ｒ 成像光谱仪 的机械 结构设计 ＿ ９ ］ 、图像数据压缩 、装调方 法＿ １ ０ ¨ 和杂散光＿ 】 ］ 的分
Ｏ ｆ ｆ ｎ ｅ ｒ 光栅成像光谱仪在 ２ ｏ 世纪 ９ Ｏ年代初就已经被提
出了，随着光栅 制造 水平 的提高 ， 其 结构简单 、利 于小型化 的突 出优势 逐 渐被 放 大 ，已经 在 应用 中崭露 头 角［ ４ ］ 。文献
［ ５ ， ６ ］ 分别从如何消除像散等离 轴像 差上分析 了 Ｏｆ ｆ ｎ ｅ ｒ 成像
望远系统的细长像面连接到光谱仪 的三个不 同狭缝而实现 。 三狭缝光谱 面共用 一个像元数 为 ｌ ０ ２ ４ ×１ ０ ２ ４ ， 像元大小 １ ８ ｍｘ１ ８ ｍ 的 Ｃ Ｃ Ｄ探测 器 。 通过 Ｚ Ｅ ＭＡ Ｘ软 件优化 和公 差分 析后 ， 系统 在 ２ ８ ｌ ｐ・ ｍ ｍ＿ １ 处 ＭＴＦ优于 ０ ． ６ ２ ， 光谱分辨率优于 ５ ｎ ｍ， 地面分辨率小于 １ ０ ｍ， 能很好的满足大视场应用要求 ， 该光学系统 刈幅宽度相 当于国内已研 制成 功的同类最好仪器 的三倍 。

ＬＩ Ｗ ｅ Ｕ ｉ
（ ｈ ｎ ｃ ｕ ｎｔｕｅｏ ｐｉ ， ｉｅ ｃａ ｉ ｎ ｈｓ ｓ Ｃ ｉｅ Ｃ ａ ｇｈ ｎＩｓｔｔ ｆＯ ｔｓ Ｆｎ ｈ ｎ ｓａ ｄＰ ｙｉ ， ｈｎｓ ｉ ｃ Ｍｅ ｃ ｃ ｅ
Ａ ａ ｅ ｙｏ ｃ ｎｅ， ｈ ｎ ｃ ｕ ０ ３ Ｃ ｉａ ｃｄｍ Ｓｉ ｃｓ Ｃ ａ ｇｈ ｎ１０ ３ ， ｈｎ ） ｆ ｅ ３
．
ｅ ｅｙ ｐ ｎｓ ｔｕｃｕ ｅ ｄ ｓｇ ｆｍｉｒ ｒ ｎ ｒ ｍｅ ｎ ｔ ｍａ ｅ ｓｗｅ ｅ ｉ ｖ ｓｉａｅ ｖ ｒ ａ ，ｓｒ ｔ ｒ ｅ ｉｎ ｏ ｒｏ ｓａ ｄ ｆａ ｓｉ ｈｅ ｉ ｇ ｒ ｒ ｎ ｅ ｔ ｔｄ ｔ ｅ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅ ｄ ｓｇ ｇ ｈ ｎ ｔ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｅ ｉｎ ｕ
收稿 日期 ：０ ０ １１ ； ２ １－ — 修订 日期 ：０ ０ ３２ ０ ６ ２ １ － －３ ０
，
ｔ ｅ ｓ ｓｅ Ｆ ｒｈ ｒ ｒ ｔｅ ａ ａｙ ｉ ｒｓ ｌｓ ｆｗｅｇ ｔ ｎｄ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｎ ｃ ｔ ｔ ａ ｔ ｅ ｈ ｙ ｔ ｍ． ｕ ｔ ｅ ｍｏ ｅ， ｈ ｎ ｌ ｓｓ ｅ ｕ ｔ ｏ ｉ ｈ ａ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｉｄｉａｅ ｈ ｔ ｈ ＲＭＳ ０ ｕ ｆ ｃ ｆ ｓ ｒａ ｅ ｉ ｅ，ｄ ｓａ ｃ ｓ，ｃ ｎ ｒｆ ｇ ｌａ ｅ ｎ ｈｅ ｄ ｆｅ ｔｏ ｆ ａ ｇ ｅ ｉ ｖ ｒ ｍｐ ｒａ ｔｐ ｎｓ ａｌｍｅ ｔｔ ｅ ｒ ０ ｉｅ ｆ ｕｒ ｇ ｉｔ ｎ ｅ ｅ ｔｉｕ ａ ｘ ｓ ａ ｄ ｔ ｅｌ ｃｉｎ ｏ ｎ ｌ ｎ ｅ ｅ ｉ ｏ ｔ ｎ ａ ｌ ｙ ｅ ｈ ｅ ｕ ｒ ． ｍｅ ｔ ｆｔ ｅ ｓ ｓｅ ｔｌ ｒ ｎ ｅ Ｔｈ ｓ ｅ ｕ ｔ ａｉ ａ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ｎ ｌ ｙ ｏ ｔ ｃｕ ｅ ｏ ｏ ａ ｔＯｆｎ ｒｓ ｅ ｔａ ｎ ｓ ｏ ｈ ｙ ｔｍ ｏｅ ａ ｃ ． ｅ ｅ ｒ ｓ ｌｓｖ ｌ ｔ ｈ ａ ｉ ａ ｉ ｆｓｒ ｔ ｒ ｆｔ ｃ ｍｐ ｃ ｆ ｅ Ｄ ｃ ｒ ｌ ｄ ｏ ｔ ｕ ｈｅ

Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｏ ｐ ｃ ｆ ｎｅ ｐｅ ｓ ｅ ｔ ａ ｓ ｇ ｆ ｃ ｍ ａ ｔＯ ｆ ｒ ｈｙ ｒ ｐ ｃ ｒ ｌ
ｉ ｇ ｎ ｙ ｔ ｍ ｔ ６ ｙ ｐ ｉｍ ｍａ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｗｉ Ｆ ｒ ｒ ｓ ｈ
ＣＨ ＥＮＧ ｎ 。， ＯＮＧ ｎ —ｅ ｇ Ｚ ＡＮＧ ｏ ＸＵＥ Ｑｉ ｇ ｓ ｅ ｇ ’ Ｘｉ 。Ｈ Ｙｏ ｇ ｆｎ ， Ｈ Ｂａ 。 ｎ —ｈ ｎ 。。
第 １ ８卷
第 ８期
光 学 精 密 工 程
Ｏ ｐ ｉｓａ ｅ ｉ ｉｎ Ｅｎ ｎ ｅ ｉ ｔｃ ｎｄ Ｐｒ ｃｓｏ ｇｉ ｅ ｒｎｇ
Ｖｏ１ ８ Ｎｏ． ．１ ８
Ａｕｇ ０１ ．２ ０
２１ ０ ０年 ８月
文章编号
１ ０ — ２ Ｘ（ ０ ０ ０ — ７ ３０ ０ ４９ ４ ２ １ ） ８ １ ７ －８
关 键 词： 成像 光 谱 仪 ； ６ｙ棱 镜 ；） ｎ ｒ 构 ； 学 设 计 Ｆｒ （ ｅ结 ｉ ｆ 光 文 献 标 识码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ （Ｐ ． ０ ０ ８ ８ １ ７ ｏ ： ０ ３ ８ ／ ） Ｅ ２ １ １ ０ ． ３ ７
中图分类号 ： ＴＨ７ ４ １ ４ ．
光谱 成像 系 统 ， 给 出 了 设 计 结 果 。结 果 表 明 ， 光 谱 成 像 系 统 在 两 个 光 谱 通 道 内 的谱 线 弯 曲 均 小 于 ０ １个 像 元 ， 畸 并 该 ． 色 变均 ｄ０ ０ ５ 像 元 ， 非 线 性 度 小 于 ０ １ 可 满 足 机 载或 星 载 超 光 谱 成 像 仪 的要 求 。 ．４ 个 而 ．，
此 当 获 得 指 定 大 小 的 色 散值 时 该 结 构 具 有 比传 统 结 构 更 小 的质 量 和 体 积 。为 了减 小 可 见 近 红 外 （ ＶＮＩ 光 谱 通 道 的 非 Ｒ） 线 性 色 散 ， 该 结 构 中 还 引 入 ～ 对 消色 差 火 石 Ｆ ｒ 在 ６ｙ棱 镜 。设 计 了 应 用 于 ＶＮＩ 和 短 波 红 外 （ Ｗ Ｉ 两 个 光 谱 通 道 的 超 Ｒ Ｓ Ｒ）

动态成像 实验表明 ， 光谱 图像清晰并光谱数据质量佳 。
１ 分光 系统设计
一
Ｈ，氨基 Ｎ — Ｈ等 ，它们的合频和一级倍频位于该光谱 区间 ，
短 波红外区域成为 目前热 门研究 和探 测谱段 ３ ］ 。近年来 由于 无人机技术 、野外现 场调查 和实 验室 快速 分析测 量 的需求 ，
摘
要
通过对 Ｏｆ ｆ ｎ ｅ ｒ 分光光学系统分析 ，给 出了快速计算 初始结 构参数公 式 ，根据算 得 的初 始结 构参数
优化 出一套适用 于短波红外（ １ ０ ０ ０ ￣２ ５ ０ ０ ｉ ｒ ｍ） 的分 光光学系统 ， 设计 的光学系统相对孔径大 （ Ｆ ／ ＃２ ． ２ ） 、 光
系统 。分光系统配置前置镜 头和短波红外相机 系统组成 一套 完整 的短波红外成像光 谱仪 ， 如图 １ 所示 。
根据应用需求 ， 短波红外成像光项“ 成像光谱仪 的研制与开发”
针对 国际高光谱 仪器发展方 向，旨在 打破 国外 垄断 ，突破 相
文献标 识码 ： Ａ Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ０ ５ ９ ３ （ ２ ０ １ ７ ｝ ０ ７ — ２ ２ ６ ７ — ０ ６
中图分类号 ： ０４ ３ ３
基于 凸面光栅 分光 为核心的成像光 谱仪 器 ， 其 原理新 颖 ，相
Ｊ ｕ ｌ ｙ ，２ ０ １ ７
一
种 Ｏｆ ｆ ｎ ｅ ｒ型小 型 短 波 红 外成 像 光 谱 仪
郑 志忠 。 ， 杨 忠 ， 修连存 ， 董金鑫 ，陈春 霞 ， 高 扬 ， 俞 正奎
ｌ ＿南京航 空航 天大学 ， 江苏 南京 ２ ．南京地质调查 中心 ，江苏 南京 ２ １ ０ ０ １ ６ ２ １ ０ ０ １ ６

offner成像光谱仪的设计方法英文回答：Designing an Offner imaging spectrometer involves several key steps and considerations. The Offner configuration is a popular choice for its compactness and ability to provide high spectral resolution. Here is a step-by-step guide to designing an Offner imaging spectrometer:1. Determine the spectral range and resolution requirements: The first step is to define the desired spectral range and resolution for the spectrometer. This will depend on the specific application and the types of samples or phenomena that need to be analyzed.2. Select the correct optics: The Offner configuration consists of two concave mirrors and a convex grating. The choice of optics is crucial to achieve the desired performance. The mirrors should have a high reflectivityand low scattering, while the grating should have a high diffraction efficiency and low stray light.3. Calculate the design parameters: The design parameters of the Offner spectrometer include the focal lengths of the mirrors, the radius of curvature of the grating, and the distance between the mirrors. These parameters need to be carefully calculated to ensure proper imaging and dispersion.4. Consider aberrations: Offner spectrometers are prone to various aberrations, such as astigmatism and coma. These aberrations can degrade the spectral and spatial resolution. It is important to analyze and minimize these aberrations through careful design and optimization.5. Optimize the system: Once the initial design is complete, it is necessary to optimize the system for better performance. This can involve adjusting the mirror curvatures, grating position, or other parameters toachieve the desired spectral resolution and image quality.6. Test and calibrate: After the design and optimization, the Offner spectrometer needs to be tested and calibrated. This involves measuring the spectral and spatial resolution, as well as characterizing any remaining aberrations or distortions. Calibration methods, such as using known spectral sources or calibration standards, can help ensure accurate measurements.7. Consider practical constraints: Finally, it is important to consider practical constraints in the design, such as size, weight, and cost. Offner spectrometers can be quite compact, but trade-offs may need to be made to meet specific requirements.中文回答：设计Offner成像光谱仪涉及到几个关键步骤和考虑因素。

第３２卷　第１１期光　学　学　报Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１１２０１２年１１月ＡＣＴＡ　ＯＰＴＩＣＡ　ＳＩＮＩＣＡ　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２０１２基于Ｄｙｓｏｎ同心光学系统的消色差Ｆéｒｙ棱镜高光谱成像仪的设计杨　晋１，２　唐玉国１　巴音贺希格１　崔继承１，２　齐向东１１中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３２中国科学院研究生院，北京（）１０００４９摘要　为实现高光谱成像系统小型化、轻量化和高成像质量的要求，并使全工作波段具有更高的光学效率，提出以Ｆéｒｙ棱镜组合作为分光元件的Ｄｙｓｏｎ高光谱成像仪系统，系统中引入消色差棱镜组合以减小光谱的非线性色散，使棱镜系统色散的线性度达到较高。

结果表明，可见－近红外（ＶＮＩＲ）光谱通道的光学调制传递函数（ＭＴＦ）达到０．９以上，光谱分辨率为４．２～６．８ｎｍ。

短波红外（ＳＷＩＲ）光谱通道的ＭＴＦ达到０．７３～０．８７，光谱分辨率为６．４～１２．５ｎｍ。

通过消色差Ｆéｒｙ棱镜组合的设计，该光学成像系统两个光谱通道内的相对谱线弯曲均小于０．０５％，色畸变小于０．１３％。

关键词　光谱学；高光谱成像仪；Ｆéｒｙ棱镜；消色差棱镜；谱线弯曲；色畸变中图分类号　ＴＨ７４４．１ 文献标识码　Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＡＯＳ２０１２３２．１１３０００３Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｄｙｓｏｎ　Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈ　Ａｃｈｒｏｍａｔｉｚｅｄ　Ｆéｒｙ　ＰｒｉｓｍＹａｎｇ　Ｊｉｎ１，２　Ｔａｎｇ　Ｙｕｇｕｏ１　Ｂａｙａｎｈｅｓｈｉｇ１　Ｃｕｉ　Ｊｉｃｈｅｎｇ１，２　Ｑｉ　Ｘｉａｎｇｄｏｎｇ１１　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｊｉｌｉｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ２　Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４９，烄烆烌烎ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ｌｉｇｈｔ　ｗｅｉｇｈｔ，ｈｉｇｈ　ｉｍａｇｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒａｎｇｅ，ｔｈｅ　Ｄｙｓｏｎｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ａｃｈｒｏｍａｔｉｚｅｄ　Ｆéｒｙ　ｐｒｉｓｍ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｏ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｏｆｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｔｈｅ　ａｃｈｒｏｍａｔｉｚｅｄ　ｐｒｉｓｍｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）ｆｏｒ　ｖｉｓｉｂｌｅ－ｎｅａｒ　ｉｎｆｒａｒｅｄ（ＶＮＩＲ）ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　０．９，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　４．２～６．８　ｎｍ．Ｔｈｅ　ＭＴＦ　ｆｏｒ　ｓｈｏｒｔ－ｗａｖｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ（ＳＷＩＲ）ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｉｓ　０．７３～０．８７，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｓａｂｏｕｔ　６．４～１２．５　ｎｍ．Ｔｈｅ　ａｃｈｒｏｍａｔｉｚｅｄ　Ｆéｒｙ　ｐｒｉｓｍｓ　ｃｏｒｒｅｃｔ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒａｌ－ｌｉｎｅ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｌｏｒ　ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｗｏｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　ｉｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　０．１３％ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｂｅｎｄｉｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　０．０５％．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ　ｉｍａｇｅｒ；Ｆéｒｙ　ｐｒｉｓｍ；ａｃｈｒｏｍａｔｉｚｅｄ　ｐｒｉｓｍ；ｓｐｅｃｔｒａｌ－ｌｉｎｅ　ｂｅｎｄｉｎｇ；ｃｏｌｏｒｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎＯＣＩＳ　ｃｏｄｅｓ　１１０．４１４５；１１０．４２３４；２３０．５４８０ 收稿日期：２０１２－０５－１６；收到修改稿日期：２０１２－０６－１８基金项目：国家自然科学基金（６０４７８０４３）、国家重大科研装备研制项目（ＺＤＹＺ２００８－１）、中国科学院重大科研装备研制项目（ＹＺ２００８０４）、国家重大科学仪器设备开发专项项目（１１ＹＱ１２００２３）和吉林省重大科技攻关项目（０９ＺＤＧＧ００５）资助课题。

Offner成像光谱仪的控制和数据采集的开题报告1.选题背景与意义传统的光谱仪主要采用光栅元件进行光谱分离，并通过CCD等探测器接收光谱信号，然后利用计算机采集、处理和分析光谱数据。

但是，传统的光栅光谱仪具有仪器复杂、数据处理量大、采样速度慢等缺点。

为了解决这些问题，Offner成像光谱仪逐渐被广泛应用。

Offner成像光谱仪具有结构简单、体积小、不需移动元件、采样速度快等特点，特别适用于成像光谱检测领域。

因此，研究Offner成像光谱仪的控制与数据采集技术，对于实现高效准确的光谱分析具有重要意义。

2.研究内容本课题主要研究Offner成像光谱仪的控制与数据采集技术，包括以下三个方面：（1）Offner成像光谱仪的控制系统设计。

主要包括硬件设计与软件设计。

硬件设计方面考虑采用单片机或FPGA进行控制，实现对Offner 成像光谱仪的位置控制、光谱图像采集、光谱数据预处理等功能。

软件设计方面考虑采用MATLAB或LabVIEW等工具，实现对Offner成像光谱仪的控制与数据采集。

（2）Offner成像光谱仪的数据采集与预处理。

主要研究Offner成像光谱仪的数据采集方法和常见的数据处理算法，例如光谱去噪、谱线拟合、光强校正等。

同时考虑如何将数据存储、分析和输出。

（3）实验验证与分析。

主要通过实验测试Offner成像光谱仪的特性，包括分辨率、灵敏度、动态范围、稳定性等指标。

通过实验结果对本课题研究所得的成果进行总结与评估，对该技术的发展提出建议。

3.预期目标和意义本课题旨在研究Offner成像光谱仪的控制与数据采集技术，通过实验验证和分析，能够更好地掌握Offner成像光谱仪的工作原理和性能特点，能够利用Offner成像光谱仪实现快速准确的光谱分析。

同时，如果研究成果能够应用到实际生产中，将会带动相关企业的技术进步、产品升级，推动整个行业的发展。

轻小型高光谱成像仪前置望远系统设计
汤天瑾;郑国宪
【期刊名称】《航天返回与遥感》
【年(卷),期】2015(000)001
【摘要】轻小型、高分辨率已经成为高光谱成像仪的发展趋势。

文章基于Offner 型光谱成像系统的结构特点，分析了高光谱成像仪前置望远系统的设计特殊性，利用同轴反射系统的几何光学理论求解方法，给出了一种长焦距、大视场的高光谱成像仪前置望远离轴三反远心系统的设计思路和设计结果，光学系统焦距2500 mm，视场角达到12°。

分析表明，该设计在奈奎斯特频率71.4线对/mm处调制传递函数接近衍射极限，结构紧凑，不仅适用于Offner型光谱仪前置望远光学系统，还可用于其它大视场远心光学系统。

【总页数】6页(P43-48)
【作者】汤天瑾;郑国宪
【作者单位】北京空间机电研究所，北京 100094;北京空间机电研究所，北京100094
【正文语种】中文
【中图分类】TN21
【相关文献】
1.星载高光谱成像仪数据地面预处理系统设计 [J], 康倩;于晋;林军
2.轻小型宽谱段紫外高光谱成像仪光学系统设计 [J], 张宗存;丁学专;杨波;刘银年
3.基于ADDI7004的星载高光谱成像仪图像处理系统设计实现 [J], 刘永征; 孔亮; 闫鹏; 温志刚; 刘文龙; 刘学斌
4.轻小型短波红外高光谱成像仪精细化矿物识别 [J], 任梦如;刘洪成;叶发旺;张川;武鼎;李瀚波
5.宽视场航空高光谱成像仪光学系统设计 [J], 陈伟;郑玉权;薛庆生
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小型Offner色散型高光谱成像系统设计李霂;周学鹏【摘要】针对传统型色散成像光谱仪较复杂的准直物镜结构,讨论了轻量小型化的可能,研究了曲面棱镜的色散和像差特性,曲面棱镜-Offner系统色散型光谱仪的的设计原则,得出了初始结构的设计方法,并设计了可见光/近红外光谱段的高光谱成像系统,其中2块曲面棱镜材料都为H-F2,用来提高光谱分辨率和成像质量,并用Zemax光学设计软件进行了系统优化,在400～800nm的谱段内,光谱分辨率小于4nm,全光谱范围内,色畸变小于0.082个像元,谱线弯曲小于0.068个像元.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(041)004【总页数】5页(P77-81)【关键词】曲面棱镜;Offner系统;色散型成像系统;光学设计【作者】李霂;周学鹏【作者单位】长春理工大学光电工程学院,长春 130022;长春理工大学光电工程学院,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】O433高光谱成像技术是基于多光谱成像技术发展而来，从70年代末的多光谱成像发展到80年代的高光谱成像技术，在对地观测技术上有着重大突破。

它是一门包含探测、精密光学、信号检测、计算机图像处理等多学科的综合性技术，既可以对目标成像，也可以获取目标的光谱特性[1]。

目前国外已有成熟的几十套高光谱成像仪，比较著名的有80年代的ARIVIS[2]系统，HYDICE[3]系统AOTF[4]系统等，成像光谱仪可获得高光谱分辨率和高空间分辨率，在气象预测、农林检测、土壤分析、环境检测、疾病检测、军事侦测中发挥着重要作用；在生物工程制药、细胞检测方面应用前景广阔；在航空、航天器上进行陆地、大气、海洋等观测中有广泛的应用[5]。

相对于国际上高光谱成像技术的发展，我国起步较晚，随着近年来科技水平的提高，我国开发研制出多种应用于气象预测、资源勘察、机载/星载光谱仪。

比较著名的如：获国家“十一五”重大科技成就的中国科学院上海技术物理研究所的UIRS-1超光谱分辨率红外光谱仪，还有在“天宫一号”上的航天高分辨率高光谱成像仪，我国2008年发射的首个带有高光谱成像仪的卫星HJ-1A[6]。

基于Offner中继结构的机载棱镜色散成像光谱仪系统设计方煜;相里斌;袁艳;吕群波;周锦松【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2013(033)003【摘要】考虑到机载遥感平台对成像光谱仪小型化、轻量化要求的逐渐提高,在分析了主要几种成像光谱仪特点的基础上,重点阐述了技术成熟度较高的光栅色散和棱镜色散型成像光谱仪,研究了基于Offner中继成像结构的紧凑型成像光谱系统.结合Offner同心光学系统成像特点,在给定系统指标的情况下,设计出了两种在发散和会聚光束中使用色散元件的全球面光谱系统,给出了系统的调制传递函数、点列图以及系统谱线弯曲、色畸变曲线.结果表明,两种结构的Offner成像光谱仪,实现了遥感仪器小型化的目的,具有接近衍射极限的优良成像性质.同时,很好地控制了系统的谱线弯曲和色畸变,保证了获取光谱数据的一致性.【总页数】6页(P838-843)【作者】方煜;相里斌;袁艳;吕群波;周锦松【作者单位】中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安710119;中国科学院研究生院,北京 100049;中国科学院光电研究院,北京100094;北京航空航天大学,北京100191;中国科学院光电研究院,北京100094;中国科学院光电研究院,北京100094【正文语种】中文【中图分类】TH744【相关文献】1.宽谱段共光轴线色散成像光谱仪三棱镜分光系统设计 [J], 刘兵;刘英;张晓龙;李灿;王健;李淳;孙强2.基于Offner结构分视场成像光谱仪光学设计 [J], 吴从均;颜昌翔;刘伟;代虎3.棱镜色散成像光谱仪的谱线漂移特性 [J], 张军强;颜昌翔;郑玉权;吴清文4.棱镜色散成像光谱仪光谱辐射采集特性 [J], 冯玉涛;向阳;陈旭5.短波红外棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪光学系统设计 [J], 袁立银;何志平;舒嵘;王建宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

三反结构参数基础上优化而来的。同轴三反基本结 构如图 2 所示，主镜 M1、次镜 M2 和三镜 M3 的顶 点曲率半径分别为 R1、R2 和 R3，主镜与次镜、次镜 与三镜、三镜与焦面的间隔分别为 d1、d2、d3，l2、
l2 、 l3 和 l3 分别为次镜和三镜对应的物距和像距，
系统像方焦距为 f ，主镜的焦距为 f1 。 对于望远系统，假定物体位于无穷远，入瞳位 于主镜上，主镜、次镜及三镜的二次曲面系数分别 为 e12 、 e22 和 e32 。 本文所设计的光谱仪前置望远系统需要实现像 方远心，为了满足这一要求，需要将孔径光阑设置 在次镜上， 并使孔径光阑到三镜的距离为三镜顶点曲率半径的一半， 即孔径光阑位于三镜的物方焦点处，
同轴三反基本结构如图分别为次镜和三镜对应的物距和像距系统像方焦距为对于望远系统假定物体位于无穷远入瞳位于主镜上主镜次镜及三镜的二次曲面系数分别本文所设计的光谱仪前置望远系统需要实现像方远心为了满足这一要求需要将孔径光阑设置在次镜上并使孔径光阑到三镜的距离为三镜顶点曲率半径的一半即孔径光阑位于三镜的物方焦点处同轴三反望远系统结构fig2coaxialthreemirrortelescopesystemconfiguration462015年第36分别为次镜对主镜三镜对次镜的放大率求解非球面二次非球面系数的值校正球差彗差像散和匹兹万场曲得到多组解
结构特点，分析了高光谱成像仪前置望远系统的设计特殊性，利用同轴反射系统的几何光学理论求解方 法，给出了一种长焦距、大视场的高光谱成像仪前置望远离轴三反远心系统的设计思路和设计结果，光 学系统焦距 2 500 mm，视场角达到 12°。分析表明，该设计在奈奎斯特频率 71.4 线对/mm 处调制传递函 数接近衍射极限，结构紧凑，不仅适用于 Offner 型光谱仪前置望远光学系统，还可用于其它大视场远心 光学系统。 关键词 高光谱成像 前置望远系统 离轴三反 初始结构 像质 空间遥感 中图分类号: TN21 文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2015)01-0043-06