多角度狭缝重组式高光谱成像仪的光学系统设计

在中地球轨道（MEO）运行的多角度高光谱成像系统中，由于各观测方向间隔大、焦距长，导致不同视角在探测器上形成的主图像彼此距离很远。若直接将这些分散图像接入多狭缝光谱仪，会造成探测器大量区域闲置，还要求更大的狭缝平面和后续光学系统尺寸。本文设计了一种‘预色散多狭缝重组模块’，作为共用前置望远镜与共用多狭缝光谱仪之间的紧凑型光学接口。该模块仅使用平面反射镜对会聚光束进行折叠与重新排布，不引入额外光学焦度，结构简单可靠。研究采用矢量主光线追迹模型，并提出‘先定基准、再求匹配’的两步优化策略来确定镜面参数。在410–900纳米波段内，分别针对±35°和±15°两种对称三视角构型进行了验证：结果表明，该模块成功将空间分离的多幅焦面图像整合为紧凑的狭缝阵列，显著减小了所需狭缝平面尺寸和探测器面积；同时保持了各通道光谱范围互不重叠、成像质量良好、光谱畸变可控、以及共瞳匹配等关键性能。对主设计方案开展的蒙特卡洛公差分析也证实：集成后的前置望远镜与重组模块整体具备可行的装调精度。该方案使多个固定视角通道可共享同一台有焦度的前置望远镜和同一台多狭缝光谱仪，无需在仪器端设置视角切换机构，也无需为每个视角单独配置带焦度的前端光学系统，大幅提升了系统集成度与工程实用性。