專利名稱：?jiǎn)纹瑲W浮納分光計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高光譜成像領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及單片歐浮納(Offner)分光計(jì) 以及各種部件如衍射光柵和狹縫，所有這些部件都使用現(xiàn)有技術(shù)的金剛石加工 方法來(lái)制造。
背景技術(shù)：
分光計(jì)是接收輸入的光信號(hào)并產(chǎn)生輸出的光信號(hào)的裝置，所述輸出的光信號(hào) 根據(jù)輸入的光信號(hào)的不同波長(zhǎng)組分或顏色遍布或分散在空間中。與分光計(jì)連接的探 測(cè)器可分析輸出信號(hào)(稱為光譜)，以確定輸入信號(hào)中存在的各個(gè)波長(zhǎng)組分的量。
具體的一類分光計(jì)已知為歐浮納分光計(jì)，其可用來(lái)在窄光譜帶的鄰接的范圍 內(nèi)產(chǎn)生遙遠(yuǎn)物體的圖像。這類成像已知為高光譜成像，近來(lái)已成為用于空中和衛(wèi)星 偵察和遙感的軍事/航天應(yīng)用的重要部分?；旧希龈吖庾V成像系統(tǒng)使用歐浮 納分光計(jì)和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生具有嵌入的光譜信號(hào)數(shù)據(jù)的圖像。這一信號(hào) 數(shù)據(jù)可用于廣泛的用途，例如目標(biāo)指定/識(shí)別、導(dǎo)彈火舌確認(rèn)和水雷探測(cè)。
另外，該高光譜成像系統(tǒng)也可用于廣泛的商業(yè)用途，如癌探測(cè)、環(huán)境監(jiān)控、 農(nóng)業(yè)監(jiān)控和礦產(chǎn)勘探。由于高光譜成像系統(tǒng)對(duì)于軍事、航天和商業(yè)產(chǎn)業(yè)非常重要， 制造商們正積極地試圖開發(fā)新的、更好的方式來(lái)獲得和改進(jìn)歐浮納分光計(jì)以及相關(guān) 的部件如狹縫和衍射光柵的性能。本發(fā)明的內(nèi)容涉及一些新的制造方法和制得的歐 浮納分光計(jì)以及相關(guān)的部件如狹縫和衍射光柵。

發(fā)明內(nèi)容
本文中描述了單片歐浮納分光計(jì)、以及各種部件如衍射光柵和狹縫，所有 這些部件都使用現(xiàn)有技術(shù)的金剛石加工方法來(lái)制造。在一個(gè)實(shí)施方式中，單片 歐浮納分光計(jì)直接使用金剛石加工方法制造。在另一個(gè)實(shí)施方式中，單片歐浮 納分光計(jì)使用由金剛石加工方法制得的模具來(lái)制造。在另一個(gè)實(shí)施方式中，衍 射光柵直接使用金剛石加工方法制造。在另一個(gè)實(shí)施方式中，衍射光柵使用由 金剛石加工方法制得的模具來(lái)制造。在另一個(gè)實(shí)施方式中，狹縫直接使用金剛 石加工方法制造。


對(duì)本發(fā)明的更為全面的了解可通過(guò)參照以下詳細(xì)的描述并結(jié)合附圖得到。 圖1是顯示高光譜成像系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的單片歐浮 納分光計(jì)。
圖2是顯示本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方法的步驟的流程圖，該優(yōu)選方法用于制造直 接加工的單片歐浮納分光計(jì)。
圖3是顯示本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方法的步驟的流程圖，該優(yōu)選方法用于制造模
制的單片歐浮納分光計(jì)。
圖4是顯示三種模具的框圖，所述模具可通過(guò)圖3所示方法用來(lái)制造模制的 單片歐浮納分光計(jì)。圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的衍射光柵的框圖。
圖6是顯示本發(fā)明的優(yōu)選方法的步驟的流程圖，該優(yōu)選方法用于制造直接加 工的衍射光柵。
圖7A-7B示出了有關(guān)根據(jù)本發(fā)明制造的示范性衍射光柵的照片和兩個(gè)分布測(cè)
定結(jié)果。
圖8是顯示直線光柵的閃耀表面上的重復(fù)特征的粗糙度的特性圖，該直線光 柵是根據(jù)本發(fā)明制造的衍射光柵內(nèi)的直線光柵。
圖9A-9D是各種顯示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的狹縫的圖。
圖IO是顯示用于制造本發(fā)明狹縫的優(yōu)選方法的步驟的流程圖。
圖11A-11B是使用本發(fā)明圖IO所示方法制得的示范性狹縫的兩個(gè)照片。圖12A-12B是兩個(gè)顯示兩類金剛石工具的圖，該工具用于制造本發(fā)明圖 UA-11B所示的示范性狹縫。
圖13A-13B是兩個(gè)圖，分別顯示了本發(fā)明的具有彎曲狹縫孔的狹縫和具有多 個(gè)狹縫孔的狹縫。
具體實(shí)施例方式
參看圖1，圖1是顯示包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造和制造的單片歐浮納分光計(jì)102的 高光譜成像系統(tǒng)100的框圖。該高光譜成像系統(tǒng)100具有狹縫104和探測(cè)器106， 兩者都與保護(hù)單片歐浮納分光計(jì)102的光學(xué)外殼107 (可由與狹縫104相同的材料 制造)連接。如圖所示，所述單片歐浮納分光計(jì)102是由單片透光材料(transmissive material) 101制得的一對(duì)一光繼電器，該單片透光材料101包括入口表面108、第 一鏡110 (在將反射涂層118施加到透光材料101的暴露的部分109/第一表面109 時(shí)形成)、衍射光柵112(在將反射涂層118施加到透射材料101的暴露的部分113/ 第二表面113時(shí)形成)、第二鏡114 (在將反射涂層118施加到透射材料101的暴 露的部分U5/第三表面115時(shí)形成)、以及出口表面116。該單片歐浮納分光計(jì)102 可通過(guò)使用下述有關(guān)圖2-3的描述中討論的兩種方法200和300中的一種來(lái)制造。
當(dāng)狹縫104接收來(lái)自遙遠(yuǎn)的物體的光束120、并將該光束120導(dǎo)向單片歐浮納 分光計(jì)102 (該單片歐浮納分光計(jì)102使光束120衍射并將衍射的光束120'引向探 測(cè)器106)時(shí)，操作該高光譜成像系統(tǒng)100運(yùn)行以在窄光譜帶的鄰接的范圍內(nèi)產(chǎn)生 遙遠(yuǎn)物體(未示出)的圖像。具體地，狹縫104將光束120導(dǎo)向金剛石加工的平坦 的入口表面108。并且，第一鏡110 (球形鏡110)接收進(jìn)入入口表面108的光束 120，并將光束120反射向衍射光柵112 (與圖5-8所示的衍射光柵的形狀相同)。 該衍射光柵122接收光束120，并將衍射的光束120'衍射并反射向第二鏡114 (球 形鏡114)。該第二鏡114接收衍射的光束120，，并將衍射的光束120'反射向金剛 石加工的出口表面116。探測(cè)器106 (例如，二維焦平面陣列106 (FPA106))接 收并處理通過(guò)出口表面116的衍射的光束120'。使用的具體類型的探測(cè)器106具有 基于透射材料101的種類的波長(zhǎng)(顏色)敏感度，該透射材料101用來(lái)制造單片歐 浮納分光計(jì)102。例如，如果單片歐浮納分光計(jì)102由塑料(例如，聚甲基甲基丙 烯酸酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚碳酸酯)制造，則波長(zhǎng)是可見的，且探測(cè)器106可以是補(bǔ)償金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)攝像機(jī)。如果單片歐浮納分光計(jì)102由紅 外透射材料制得，則探測(cè)器106必須是IR探測(cè)器，可基于碲化親鎘(HgCdTe)或 亞銻酸銦(InSb)。
上述單片歐浮納分光計(jì)102具有一些理想的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中的一些描述如
下
與傳統(tǒng)的室外歐浮納分光計(jì)(由單獨(dú)的部件構(gòu)造)相比，所述單片歐浮納 分光計(jì)102重量輕；
'所述單片歐浮納分光計(jì)102容易絕熱(athermalize)，這一性能在航天/空中
用途中是理想的性能；
所述單片歐浮納分光計(jì)102占較小的面積，這使其不僅成本經(jīng)濟(jì)，還對(duì)例 如醫(yī)療、分析、平視顯示器(HUD)、夜視和安裝盔的顯示器(HMD)用途具有 吸引力；
，如果需要，所述單片歐浮納分光計(jì)102可具有形成在其中的圓錐形和非球 面的外形；
，與具有相同光柵段(凹槽間距)的室外衍射光柵相比，所述衍射光柵112 具有更大的波長(zhǎng)(顏色)分布/分離。
參看圖2，圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的用于制造直接加工的單片歐浮納分光計(jì) 102的優(yōu)選方法200的步驟的流程圖。在步驟202中，需要選擇用于形成單片歐浮 納分光計(jì)102的透射材料101。該單片歐浮納分光計(jì)102可由任意種類的金剛石可 加工的透射(折射的光學(xué)的)材料如PMMA、聚苯乙烯、聚碳酸酯、硅、鍺、桉 葉烯(selinide)鋅、硫化鋅制得。但是，還有一些因素在應(yīng)該選擇何種類型的透射 材料101中起作用，這些因素包括對(duì)具體的用途有用的光譜區(qū)域，以及透射材料 101的折射率。
當(dāng)選擇好透射材料101后，將其安裝并固定在計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)金剛石車 床上，使得金剛石工具可用來(lái)形成單片歐浮納分光計(jì)102。在步驟204中，金剛石 工具用來(lái)對(duì)透射材料101進(jìn)行金剛石加工，以形成入口表面116。在步驟206中， 金剛石工具用來(lái)對(duì)透射材料101進(jìn)行金剛石加工，以形成將成為第一鏡110的材料。 在步驟208中，金剛石工具用來(lái)對(duì)透射材料101進(jìn)行金剛石加工，以形成將成為衍 射光柵112 (與圖5-8所示的衍射光柵具有相同的形狀)的材料。在步驟210中，金剛石工具用來(lái)對(duì)透射材料101進(jìn)行金剛石加工，以形成將成為第二鏡114的材料。
在步驟212中，金剛石工具用來(lái)對(duì)透射材料101進(jìn)行金剛石加工，以形成將成為第 二鏡114的材料。在步驟212中，金剛石工具用來(lái)對(duì)透射材料101進(jìn)行金剛石加工， 以形成出口表面116。在金剛石加工步驟204、 206、 208、 210和212完成后，在 步驟214中，將反射涂層118 (背表面涂層118)施加到金剛石透射材料101的相 關(guān)的暴露的部分上，以形成第一鏡IIO、衍射光柵112和第二鏡114。例如，反射 涂層118可通過(guò)使用光學(xué)工業(yè)中普遍使用的真空技術(shù)中的任一種來(lái)施加。此時(shí)，已 制得了直接加工的單片歐浮納分光計(jì)102 (參見圖l)。
參看圖3，圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的用于制造模制的單片歐浮納分光計(jì)102的 優(yōu)選方法300的步驟的流程圖。在步驟302中，第一模具402 (可由鎳制造)安裝 并固定在CNC金剛石車床上。然后，將金剛石工具用于對(duì)第一模具402進(jìn)行金剛 石加工，以在其中形成鏡像404和406，所述鏡像404和406分別與要成為第一鏡 IIO和第二鏡114的部件相關(guān)(步驟304)。圖4是顯示在其中形成鏡像404和406 的例舉的第一模具402的圖，所述鏡像404和406分別與要成為第一鏡IIO和第二 鏡114的部件相關(guān)。
在步驟306中，第二模具408 (可由鎳制造)安裝并固定在CNC金剛石車床 上。然后，將金剛石工具用于對(duì)第二模具408進(jìn)行金剛石加工，以在其中形成鏡像 410、 412和414，所述鏡像410、 412和414分別與要成為入口表面108、衍射光 柵112 (與圖5-8所示的衍射光柵具有相同的形狀)和出口表面114的材料相關(guān)(步 驟308)。圖4是顯示在其中形成鏡像410、 412和414的示范性第二模具408的 圖，所述鏡像410、 412和414分別與要成為入口表面108、衍射光柵112和出口 表面114的部件相關(guān)。
在步驟310中，第一模具402和第二模具408各自與模具空腔416的相對(duì)的 端相連/連接。在步驟312中，將透射材料101倒入/注射入形成在第一模具402、 第二模具408和模腔416內(nèi)的空腔中。例如，步驟312可以是注塑法、壓塑 (compression molding)法或澆鑄法的一部分。所述透射材料101可以是任意類型 的折射光學(xué)材料如PMMA、聚苯乙烯、聚碳酸酯。但是，有一些因素會(huì)在應(yīng)該使 用何種類型的透射材料101時(shí)起作用，這些因素包括對(duì)具體的用途有用的光譜區(qū) 域，以及透射材料101的折射率。在步驟314中，第一模具402、第二模具408和模腔416相互分開，以露出被 模制的透射材料101。在步驟316中，將反射材料118 (背表面涂層118)施加到 模制的透射材料101上的暴露的背面部分上，以形成第一鏡110、衍射光柵112和 第二鏡114。并且，反射涂層U8可通過(guò)使用光學(xué)工業(yè)中普遍使用的真空技術(shù)中的 任一種來(lái)施加。此時(shí)，已制得了模制的單片歐浮納分光計(jì)102 (參見圖l)
參看圖5，圖5是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的單獨(dú)的衍射光柵502的框圖(該單獨(dú)的衍 射光柵502具有與上述圖1中討論的衍射光柵類似的特征，但是并不相同)。如圖 所示，衍射光柵502具有大量形成在電動(dòng)表面506 (例如，球形表面506、圓環(huán)形 表面506)內(nèi)的直線光柵504。各個(gè)直線光柵504具有閃耀表面508 (或者雙面閃 耀表面508a或電動(dòng)閃耀表面508b)，該表面508根據(jù)在電動(dòng)表面506上變化的閃 耀角510傾斜。并且，各個(gè)直線光柵504具有由兩條格線514a和514b之間的間距 限定的段512。各條格線514a和514b具有在本文中被稱為閃耀復(fù)位器(blaze reset)516的材料。在下述對(duì)圖6的討論中提供了對(duì)于如何制造衍射光柵502的討論。
參看圖6，圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明的用于制造直接加工的衍射光柵502的優(yōu)選 方法600的步驟的流程圖。在步驟602中，光柵坯料502'(未來(lái)的衍射光柵502) 安裝并固定在CNC金剛石車床上。在一個(gè)實(shí)施方式中，光柵坯料502'與CNC金 剛石車床的主軸線呈90。安裝。因此，在一個(gè)平面內(nèi)，光柵坯料502'顯示出圓形 剖面。而在另一個(gè)平面內(nèi)，光柵坯料502'顯示出根據(jù)CNC程序的金剛石加工的面， 以形成預(yù)定的衍射光柵502。
在步驟602中，CNC程序通過(guò)由光柵曲面限定的路徑來(lái)控制金剛石工具520 (其優(yōu)選地具有小于閃耀復(fù)位器516的半徑的半徑)的操作和移動(dòng)，以在電動(dòng)表面 506 (彎曲表面506)上形成直線光柵504。閃耀角510沿電動(dòng)表面506的改變也可 由CNC程序控制。該方法可用來(lái)形成范圍在幾微米至幾毫米之間的光柵段。圖7A 和7B分別示出了有關(guān)根據(jù)本發(fā)明制造的例舉的衍射光柵的照片和兩個(gè)分布測(cè)定結(jié) 果。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，金剛石工具520具有半徑為0.5-20微米的尖端。由于 金剛石工具的尖端半徑非常小，CNC金剛石車床需要具有非常慢的給料速率，以 得到所要求的光學(xué)精加工。并且，所述CNC金剛石車床需要以小于10nm的反饋 分辨率操作。這種制造方法需要很長(zhǎng)的時(shí)間，從而導(dǎo)致光柵段512的均勻性會(huì)變得對(duì)CNC金剛石車床的熱穩(wěn)定性呈敏感。為了解決這一擔(dān)憂，可首先加工閃耀表面 508/閃耀角510，然后使用一個(gè)單獨(dú)的時(shí)間效率更高的CNC程序來(lái)加工閃耀復(fù)位器 516 (其限定了段512)。如果這樣做的話，則衍射光柵512將具有表面精加工， 其具有特征"指紋"。圖8是顯示可由在一個(gè)閃耀表面508上的光學(xué)靠模銑床 (profiler)看見的示范性特征"指紋"的重復(fù)結(jié)構(gòu)的圖。這一具體的特征"指紋" 的粗糙度(Ra)約為lnm。這一特征"指紋"的重復(fù)結(jié)構(gòu)是可用來(lái)確定衍射光柵是 否根據(jù)本發(fā)明制造的一種方式。
上述制造方法600和制得的衍射光柵512具有理想的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中的一 些描述如下
，所述制造方法600可用于制造凸表面或凹表面，這意味著可以制造用于復(fù) 制多個(gè)衍射光柵502的模具(例如參見圖4)。這是理想的，因?yàn)槟Ｖ频难苌涔鈻?502可以有效的成本以及商業(yè)用途所需的高容量來(lái)制造。
該制造方法600可用于制造衍射光柵112，該衍射光柵112如作為上述參照 圖l-4討論的單片歐浮納分光計(jì)102的一部分的衍射光柵。在這種情況下，所述衍 射光柵112具有以下特征(1)直線光柵504; (2)電動(dòng)表面506; (3)閃耀表 面508 (雙面閃耀表面508a，電動(dòng)閃耀表面508b) ; (4)閃耀角510 (改變的閃 耀角510);以及(5)閃耀復(fù)位器516。
，所述衍射光柵502是機(jī)械和環(huán)境穩(wěn)定的，因?yàn)槠渫庑沃苯蛹庸榻饘?例如， 鎳、銅、鋁)或者玻璃類材料(例如，鍺、硅、CaF2)。
，該衍射光柵502也可具有在加工過(guò)程中在其中加工得到的安裝和準(zhǔn)直特征(例 如，螺紋孔)。
-所述CNC程序和小金剛石工具520 —起工作，以確保閃耀角510的變化處理 為與在電動(dòng)表面506上的具體的點(diǎn)的具體的光的入射角匹配。該閃耀角510的變化 改善了效率。另外，該閃耀角510的變化是過(guò)去不能開發(fā)的設(shè)計(jì)自由度的其他角度。
所述閃耀表面508不必是具有為一個(gè)波長(zhǎng)優(yōu)化的閃耀角510的平坦表面。相 反地，該閃耀表面508可以是平面的，或"電動(dòng)的"以在擴(kuò)展的可操作的波長(zhǎng)范圍 內(nèi)優(yōu)化性能。圖5示出了例舉的雙面閃耀表面508a和例具的電動(dòng)閃耀表面508b。
設(shè)計(jì)者可控制該制備方法以改變段512，從而糾正光學(xué)偏差。或者，設(shè)計(jì)者 可改變段512從而可以使用在普通基材上具有不同段的多個(gè)孔。 該位于兩個(gè)閃耀表面之間的閃耀復(fù)位器516可具有與閃耀角510的改變類似 的改變的角度。但是，在這不是本發(fā)明的要求。所述小金剛石工具520使得使用者 使用在工具520上的相同的點(diǎn)，使其具有在與和閃耀表面508相關(guān)的閃耀角510不 同的角度改變閃耀復(fù)位器516的角度。
該制造方法已被證明為可用于鎳鍍、銅鍍、結(jié)晶材料(例如，鍺、硅等)， 以及鋁合金(例如，康寧奈特奧普塔克斯股份有限公司(Coming NetOptix)鋁合 金)。該鋁合金是特別令人感興趣的，因?yàn)樵S多軍事用途需要具有鋁安裝結(jié)構(gòu)，并 且還需要寬的操作溫度。因此，由鋁合金制造衍射光柵502的能力是有益的，因?yàn)?其在由雙金屬(涂覆的)基材制造時(shí)幾乎不變形。
參看圖9A-9D，它們是各種顯示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的狹縫900的圖。實(shí)踐中，狹 縫900放置在分光計(jì)的入口表面之前。例如，狹縫900可以放置在圖1所示的單片 歐浮納分光計(jì)102的入口便面108之前。應(yīng)當(dāng)注意的是，大多數(shù)分光計(jì)(包括單片 歐浮納分光計(jì)102)的主要作用是將一行圖像光譜地分裂為兩維圖像，使得一 維是立體的，而另一維是光譜的。并且，狹縫900的主要作用是用作場(chǎng)闌，僅 僅接受單行圖像(通常比單獨(dú)的探測(cè)器元件寬一點(diǎn)點(diǎn))。
所示的狹縫900可由具有第一面904的可金剛石加工的基材902(例如，銅、 鎳、鋁、硅、鍺、金、氟化鈣)制得，所述第一面904具有通過(guò)金剛石球嘴研 磨方法(參見圖10中的步驟1002)從其上除去的一部分以限定狹縫孔908的 長(zhǎng)度。該可金剛石加工的基材902也具有第二面910，該第二面910具有通過(guò) 金剛石飛切方法(參見圖10中的步驟1004)從其上除去的部分912以形成凹 槽914，該凹槽914穿過(guò)第一面904以形成狹縫孔908。最后可金剛石加工的 基材902可具有形成在其中的精確安裝特征916 (參見圖10中的步驟1006)。 有關(guān)如何制造狹縫卯O的詳細(xì)描述將在以下參看圖11-12時(shí)提供。
參看圖11A-11B，它們是兩張根據(jù)本發(fā)明制造的示范性狹縫900的照片。這一 特定的狹縫900通過(guò)采用應(yīng)力松弛的鋁坯料902、并將其用約0.015"的化學(xué)鍍鎳(圖 9A-9D中示出的元件902)來(lái)制造。鎳的使用是因?yàn)槠渚哂斜蠕X明顯小的延展性， 并產(chǎn)生比僅使用鋁得到的質(zhì)量好得多的狹縫908。然后在金剛石加工車床上對(duì)該部 件902的面進(jìn)行金剛石飛切，以從各面上除去約0.005"以保持精確的平行性。將 具有單凹槽球嘴端的金剛石工具1202 (參看圖12A)安裝在3軸金剛石加工系統(tǒng)(類似于3軸研磨機(jī)，但是具有更高的精確性、空間方位(airbearings)等)中。 該金剛石工具1202用來(lái)加工圓柱形槽906、，狹縫908的長(zhǎng)度，通過(guò)鎳、鋁、以 及約0.005"進(jìn)入部件902的第二面上的鎳層(參見圖10中的步驟1002)(圖9A-9D 中示出的元件906、 908和910)。此時(shí)在狹縫區(qū)域中剩余約0.005"厚的鎳"皮"。 然后，將部件902安裝在不同的已知為3軸飛切機(jī)的車床上。將金剛石工具1204
(參見圖12B)安裝在飛切機(jī)頭的外徑上，所述飛切機(jī)頭的尖"端"從飛切機(jī)的旋 轉(zhuǎn)軸徑向向外延伸。金剛石工具1204具有由狹縫孔908的光學(xué)F弁以及寬度限定的 幾何形狀，在光學(xué)F弁處，狹縫900需要起作用。然后，固定該部件902，使得V 形凹槽914切穿第二面910，形成最終狹縫908 (圖9A-9D中示出的元件902、 908、 910和914)切割出V形凹槽914。圖11B是30微米寬的狹縫908的400x圖像， 示出了可由該制造方法IOOO產(chǎn)生的質(zhì)量。
上述制造方法1000和制得的狹縫900具有一些理想的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的一些 討論如下
該狹縫900可由與光學(xué)外殼(作為歐浮納分光計(jì)或其他分光計(jì)的外殼)相
同的材料制造。這是理想的，因?yàn)檫@會(huì)增加成像系統(tǒng)的熱性能和結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性。例如，
用于狹縫的兩種已知的制造方法利用由鉻/玻璃和銅電鍍制得的基材。這些材料都 不具有與鋁外殼匹配的良好熱性能。
所述金剛石工具1202和1204可具有多種幾何形狀中的任一種，如輻射形 (radius)、平面形、尖形等。
該制造方法1000允許在狹縫900內(nèi)形成精確安裝特征916，所述特征916用 來(lái)確定狹縫900在最終組件中的位置和取向。大多數(shù)成像系統(tǒng)需要在狹縫900與衍 射光柵112和502 (參看圖1和5)之間的精確對(duì)準(zhǔn)，因此，在制造狹縫900時(shí)通 過(guò)形成這些安裝特征916可得到明顯的優(yōu)點(diǎn)。
參看圖13A-13B，圖13A-13B是兩個(gè)分別顯示本發(fā)明的具有彎曲狹縫孔908' 的狹縫900，和具有多個(gè)狹縫孔908"的狹縫900，的圖。為了制造狹縫900',方法1000 的金剛石加工步驟1004可通過(guò)在金剛石車床上安裝離軸基材902來(lái)進(jìn)行。如果這 樣做，則可制得彎曲的狹縫孔908'。在歐浮納分光計(jì)和戴森(Dyson)分光計(jì)中， 彎曲的狹縫900，是有益的，因?yàn)樵谂c分光計(jì)的軸對(duì)稱的曲線上得到了最好的光學(xué)性 能。這通常不使用，因?yàn)樘綔y(cè)器通常具有直排的象素。但是，對(duì)于某些應(yīng)用，會(huì)要求使用彎曲的狹縫900'。并且，為了制造狹縫900"，方法1000的金剛石加工步驟 1002和1004可在基材902上重復(fù)一次以上。狹縫900'，可用在3D高光譜成像系統(tǒng) 中。
雖然已在附圖和前述具體實(shí)施方式
部分中描述了本發(fā)明的一些實(shí)施方式，但是 應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明不限于所述實(shí)施方式，而是可以在不偏離前述以及以下權(quán)利要求 書限定的本發(fā)明的精神的前提下進(jìn)行大量的重新排列、改變和替換。
權(quán)利要求
1. 一種高光譜成像系統(tǒng)，包括外殼；與所述外殼連接的狹縫；與所述外殼連接的探測(cè)器；以及設(shè)置在所述外殼內(nèi)的單片歐浮納分光計(jì)。
2. 如權(quán)利要求l所述的高光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述單片歐浮納分光 計(jì)包括透光材料，它具有 入口表面；第一表面，該第一表面具有施加在其上的第一反射涂層，用以形成用于 接收和反射通過(guò)所述入口表面的光束的第一鏡；第二表面，該第二表面具有施加在其上的第二反射涂層，用以形成用于 接收、衍射和反射所述光束的衍射光柵；第三表面，該第三表面具有施加在其上的第三反射涂層，用以形成用于 接收和反射所述衍射的光束的第二鏡；以及出口表面，該出口表面用于通過(guò)從所述第二鏡反射的衍射的光束。
3. 如權(quán)利要求2所述的高光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述衍射光柵具有有 多個(gè)直線光柵的電動(dòng)表面，各個(gè)直線光柵具有有變化的閃耀角的傾斜表面。
4. 如權(quán)利要求1所述的高光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述狹縫包括 具有第一面的基材，該第一面具有通過(guò)金剛石球嘴研磨方法除去的部分，用以限定狹縫孔的長(zhǎng)度；以及所述基材具有第二面，該第二面具有通過(guò)金剛石飛切方法除去的部分，用以 切割出穿過(guò)該第一面的凹槽，以形成狹縫孔。
5. 如權(quán)利要求1所述的高光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼和狹縫由相 同的材料制造。
6. —種單片歐浮納分光計(jì)，包括透光材料，它具有入口表面；第一表面，該第一表面具有施加在其上的第一反射涂層，用以形成用于 接收和反射通過(guò)所述入口表面的光束的第一鏡；第二表面，該第二表面具有施加在其上的第二反射涂層，用以形成用于 接收、衍射和反射所述光束的衍射光柵；第三表面，該第三表面具有施加在其上的第三反射涂層，用以形成用于 接收和反射所述衍射的光束的第二鏡；以及出口表面，該出口表面用于通過(guò)從所述第二鏡反射的衍射的光束。
7. 如權(quán)利要求6所述的單片歐浮納分光計(jì)，其特征在于，所述透光材料是在 金剛石加工的模具中模制的。
8. 如權(quán)利要求6所述的單片歐浮納分光計(jì)，其特征在于，所述透光材料被金 剛石加工以在其中形成所述入口表面、第一鏡、衍射光柵、第二鏡和出口表面。
9. 如權(quán)利要求6所述的單片歐浮納分光計(jì)，其特征在于，所述衍射光柵具有 有多個(gè)直線光柵的電動(dòng)表面，各個(gè)直線光柵具有有變化的閃耀角的傾斜表面。
10.如權(quán)利要求6所述的單片歐浮納分光計(jì)，其特征在于，所述透光材料是 丙烯酸、聚碳酸酯、或者適用于可見用途的其他塑料。
11. 如權(quán)利要求6所述的單片歐浮納分光計(jì)，其特征在于，所述透光材料是 鍺、硅、或者適用于紅外用途的其他材料。
12. —種用于制造單片歐浮納分光計(jì)的方法，該方法包括以下步驟 金剛石加工透光材料以在其中形成入口表面；金剛石加工所述透光材料以在其中形成第一表面，然后向其施加第一反射涂 層以形成第一鏡；金剛石加工所述透光材料以在其中形成第二表面，然后向其施加第二反射涂 層以形成衍射光柵；金剛石加工所述透光材料以在其中形成第三表面，然后向其施加第三反射涂 層以形成第二鏡；以及金剛石加工所述透光材料以在其中形成出口表面。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述衍射光柵具有有多個(gè)直線 光柵的電動(dòng)表面，各個(gè)直線光柵具有有變化的閃耀角的傾斜表面。
14. 一種用于制造單片歐浮納分光計(jì)的方法，該方法包括以下步驟金剛石加工第一模具以在其中形成第一鏡和第二鏡的鏡像；金剛石加工第二模具以在其中形成入口表面、衍射光柵和出口表面的鏡像； 將所述第一模具和第二模具連接在模具空腔的相對(duì)的末端上； 用透光材料填充所述第一模具、第二模具和模具空腔； 除去所述第一模具、第二模具和模具空腔以露出透光材料；以及 將反射涂層施加在所述透光材料的露出的表面上，以在其中形成所述第一 鏡、衍射光柵和第二鏡。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述填充步驟還包括使用以下 方式中的一種注塑法；壓塑法；或者 澆鑄法。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述衍射光柵具有有多個(gè)直線光柵的電動(dòng)表面，各個(gè)直線光柵具有有改變的閃耀角的傾斜表面。
17. —種狹縫，包括-具有第一面的基材，該第一面具有通過(guò)金剛石球嘴研磨方法除去的部分，用 以限定出狹縫孔的長(zhǎng)度；以及所述基材具有第二面，該第二面具有通過(guò)金剛石飛切方法除去的部分，用以 切割出穿過(guò)該第一面的凹槽，以形成狹縫孔。
18. 如權(quán)利要求17所述的狹縫，其特征在于，所述狹縫孔是彎曲的狹縫孔。
19. 一種制造狹縫的方法，所述方法包括以下步驟金剛石加工基材的第一面以除去一部分，用以限定出狹縫孔的長(zhǎng)度；以及 金剛石加工所述基材的第二面以除去一部分，用以形成穿過(guò)該第一面的凹 槽，以形成狹縫孔。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一金剛石加工步驟是用 在三軸金剛石車床上的金剛石工具進(jìn)行的金剛石球嘴研磨步驟。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二金剛石加工步驟是用在三軸金剛石車床上的金剛石工具進(jìn)行的金剛石球飛切步驟。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二金剛石加工步驟是用 以下方式進(jìn)行的所述基材離軸安裝在能夠形成彎曲狹縫孔的三軸金剛石車床上。
23. —種衍射光柵，包括-具有多個(gè)直線光柵的電動(dòng)表面，各個(gè)直線光柵具有有改變的閃耀角的傾斜表面。
24. 如權(quán)利要求23所述的衍射光柵，其特征在于，所述電動(dòng)表面具有有不同 尺寸的段的直線光柵。
25. 如權(quán)利要求23所述的衍射光柵，其特征在于，所述傾斜表面是 雙面表面；或者電動(dòng)的雙面表面。
26. —種制造衍射光柵的方法，該方法包括以下步驟 將材料固定在金剛石機(jī)器上；以及金剛石加工所述材料，形成具有有多個(gè)直線光柵的電動(dòng)表面的衍射光柵，各 個(gè)直線光柵具有有改變的閃耀角的閃耀表面。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所屬金剛石加工步驟還包括 金剛石以較慢的速度加工所述材料以形成閃耀表面；以及 金剛石以較快的速度加工所述材料以形成限定所述直線光柵的段的復(fù)位器。
28. —種制造用于生產(chǎn)衍射光柵的模具的方法，該方法包括以下步驟 將材料固定在金剛石機(jī)器上；以及金剛石加工所述材料，形成所述模具，所述模具具有形成在其中的所述衍射 光柵的鏡像，所述衍射光柵具有有多個(gè)直線光柵的電動(dòng)表面，各個(gè)直線光柵具有 有改變的閃耀角的閃耀表面。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所屬金剛石加工步驟還包括 金剛石以較慢的速度加工所述模具以形成閃耀表面的鏡像；以及 金剛石以較快的速度加工所述模具以形成限定所述直線光柵的段的復(fù)位器的鏡像。
全文摘要
本發(fā)明描述了單片歐浮納分光計(jì)，以及各種部件如衍射光柵和狹縫，所有這些部件都采用現(xiàn)有技術(shù)的金剛石加工方法來(lái)制造。在一個(gè)實(shí)施方式中，單片歐浮納分光計(jì)直接使用金剛石加工方法制造。在另一個(gè)實(shí)施方式中，單片歐浮納分光計(jì)使用由金剛石加工方法制得的模具來(lái)制造。在另一個(gè)實(shí)施方式中，衍射光柵直接使用金剛石加工方法制造。在另一個(gè)實(shí)施方式中，衍射光柵使用由金剛石加工方法制得的模具來(lái)制造。在另一個(gè)實(shí)施方式中，狹縫直接使用金剛石加工方法制造。
文檔編號(hào)G01J3/28GK101432605SQ200780015125
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2007年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者L·E·科默斯科特二世 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司