棱镜色散型光谱成像仪的原理

色散型光谱成像仪利用特定的色散元件，也叫作分光元件，在连续谱段上得到同一目标的直接光谱。一般常见的色散元件包括棱镜和光栅。棱镜分光的机理是基于棱镜材料的光折射率随着波长而变化。本文对棱镜色散型光谱成像仪的原理做了介绍。

摇扫式棱镜色散型光谱成像仪和推扫式棱镜色散型光谱成像仪的成像原理如下图所示。此类光谱成像仪由七部分组成，分别是指向镜、望远镜物镜、狭缝、准直镜、棱镜、成像镜和探测器。其中摇扫式是采用机械扫描反射镜沿平台穿轨迹方向扫描，每个地面分辨率的辐射依次进入光谱仪的光学系统，经望远镜物镜后成像于狭缝处，狭缝后的准直镜使得通过狭缝的光平行射向色散元件。棱镜作为色散元件将像元的辐射按照特定的光谱间隔实行色散，向不同的角度偏斜，从而使通过狭缝的光变成扇形单色平行光，成像镜将它们会聚于其焦面上的线阵探测器单元上，形成光谱面。线阵探测器的元数，即是像元分光光谱波段的个数。提取线阵探测器的输出值，即为地面分辨率的光谱信息。结合平台的运动和扫描反射镜的扫描，得到目标的两维空间信息和一维光谱信息。

推扫式与摇扫式不同的是它采用面阵探测器。因此，在穿轨方向面阵探测器在光谱方向上一维探测器元数，接收相应数目的的一行地面分辩元的辐射，被分光之后在探测器的空间方向一维单元上。因此，面阵探测器同时可以获得一维光谱信息和一维空间信息，通过平台的运动获得另一维空间信息。指向镜起到扩大视场的作用。

表征棱镜光谱仪基本性质的参量有四个：光谱的波长范围、色散、分辨本领和像面照度。

1.棱镜光谱仪的波长范围，取决于光学系统材料。波长范围的确定，取决于遇感传感器的工作波段要求。

2.棱镜光谱仪的色散，由线色散表示，即dl/dλ，等于波长差为单位的两光谱线在谱面上的间隔。表示为：

式中：α表示棱镜的折射角；n表示棱镜介质对于最小偏向角的光线的折射率；dn/dλ表示棱镜介质在该光线所对应的波长附近的色散率；f'表示光谱仪的焦距；表示探测器对成像镜光轴的倾角。

3.棱镜光谱仪的分辨本领是指分离开两条邻近谱线的能力，定义为波长λ与在该波长附近能被分辨的最小波长间隔δλ之比，即：

其中t表示棱镜底边长度。

4.光谱仪的像面照度定义如下：

τ表示光谱仪光学系统的透过率；B表示窄缝宽度：（D/f’）表示光谱仪成像镜的相对孔径：（D/f’）2称为光谱仪的集光本领。