基于Offner结构分视场成像光谱仪光学设计

成像光谱仪同心光学系统的研究撖芃芃【摘要】介绍了Offner凸面光栅成像光谱仪和Dyaon凹面光栅成像光谱仪两种常用的同心光学系统.Offner凸面光栅成像光谱仪采用全反射的形式,使用光谱范围很宽,加工、装调较为简单,受外界环境影响较小;Dyson凹面光栅成像光谱仪在体积和尺寸上的优势较为明显,易于实现整体结构的小型化.给出了这两种成像光谱仪的具体设计实例,两种光学系统的成像质量均能达到较为理想的结果,其结构畸变均<0.005%,在使用光谱范围内,光谱分辨率均能到达3 nm,具有高质量的光学传递函数.最后,给出了配合成像光谱仪使用的多种前置光学系统的结构形式,并讨论了消除系统杂散光的方法及消除光谱级次重叠的方法.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2009(002)002【总页数】6页(P157-162)【关键词】成像光谱仪;同心光学系统;凸面光栅;凹面光栅【作者】撖芃芃【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039【正文语种】中文【中图分类】TH744.1多光谱和超光谱成像技术是新一代光电探测技术，兴起于20世纪80年代，至今仍在迅速发展之中。

由于其特有的成像和光谱探测的优点，已经广泛应用于国民经济及国防建设的各个领域。

该项技术的核心部件是成像光谱仪［1］。

目前，世界各国已经研发了十几台航空用成像光谱仪，比较著名的有AVRIS［2］、CASI ［3］、AIS［4］、HYDICE［5］、OCEAN-PHILIS［6］等。

高分辨率成像光谱仪的光学系统一般由前置望远光学系统和后端光谱仪光学系统组成，在其分光光谱的成像焦平面上用面阵CCD采集数据，飞行器飞行沿轨迹方向推扫。

为了满足飞行载荷的要求，需要对成像光谱仪的体积和重量及具体的结构形式进行综合评估，并选择适合工作条件和要求的光谱仪系统结构形式。

针对上述需求，本文介绍了成像光谱仪光学系统的主要形式，给出了Dyson光学系统和Offner光学系统的设计实例，这两种成像光谱仪满足了小型化和轻量化的要求，可用于空间、临近空间及地面的多光谱超光谱成像系统中。

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。

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。

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。