專利名稱：一種柱面消像散光柵色散型成像光譜儀光路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜儀，尤其涉及光柵色散型成像光譜儀的光路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
成像光譜技術(shù)起源于上世紀(jì)70年代初期的多光譜遙感技術(shù)，并隨著對(duì)地觀測(cè)應(yīng)用的需要而發(fā)展，是綜合了成像技術(shù)和光譜技術(shù)的新興領(lǐng)域。成像器獲取目標(biāo)的影像信息， 追求高清晰度并研究其空間特性；光譜儀則把目標(biāo)的輻射分離成不同波長(zhǎng)的光譜輻射，追求高光譜分辨力，從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和分析。這兩種技術(shù)融合的結(jié)晶——成像光譜儀能夠獲取待測(cè)目標(biāo)特定波段的高光譜圖像，具有圖譜合一的優(yōu)勢(shì)。色散型成像光譜儀一般使用光柵作為分光元件，全反射式的色散型成像光譜儀光路結(jié)構(gòu)具有光譜分辨力高、波段范圍寬、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。但是光路非遮擋的要求決定了全反射式的色散型光譜儀屬于離軸光學(xué)系統(tǒng)，如

圖1和圖2所示為傳統(tǒng)的切爾尼-特納型光譜儀光路結(jié)構(gòu)包括狹縫。這類結(jié)構(gòu)的像差較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較高的光譜分辨力和成像分辨力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及柱面消像散的光柵色散型成像光譜儀，包括狹縫，限制進(jìn)入光譜儀分光系統(tǒng)的光束大小，其寬度決定光譜儀的光譜分辨力，其高度決定光譜儀的成像維視場(chǎng)角， 即單幅光譜圖像的成像范圍；準(zhǔn)直物鏡，將通過(guò)狹縫的光反射到光柵上；光柵，對(duì)準(zhǔn)直物鏡反射過(guò)來(lái)的平行復(fù)色光按波長(zhǎng)分成相應(yīng)衍射角的平行光束組；成像物鏡組，將分光后的平行光束組聚焦至探測(cè)器的光敏面處進(jìn)行分光譜成像；探測(cè)器，二維探測(cè)器可以同時(shí)接收包含一維光譜信息和一維空間信息的光譜圖像。其中，光學(xué)系統(tǒng)中的各個(gè)光學(xué)元件除狹縫外均采用全反射式光學(xué)元件，所有反射元件均鍍高反射率膜。其中，光譜儀通光孔徑優(yōu)選10 150mm;光譜維瞬時(shí)視場(chǎng)角優(yōu)選0.01° 2. 0° ； 掃描視場(chǎng)角在10° 160°范圍內(nèi)。其中，成像物鏡組由球面反射鏡和柱面反射鏡共同組成。其中，引入柱面鏡消除成像光譜儀在弧矢面內(nèi)的像散。為了解決傳統(tǒng)全反射式的色散型光譜儀成像分辨力不高的問(wèn)題，對(duì)光譜儀的光路結(jié)構(gòu)進(jìn)行三處創(chuàng)新其一是在不增加光學(xué)元件的基礎(chǔ)上，將成像物鏡與探測(cè)器之間的平面反射鏡替換為柱面反射鏡，利用柱面面型的成像特點(diǎn)消除影響成像光譜儀成像質(zhì)量最大的像散，而不是利用加工難度很大的超環(huán)面鏡。其二是使準(zhǔn)直物鏡與狹縫之間距離不等于準(zhǔn)直物鏡的焦距，將該距離參數(shù)作為優(yōu)化參量，即經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直物鏡準(zhǔn)直后的光束不是平行光，而是帶有一定發(fā)散角或者會(huì)聚角的非平行光，這種設(shè)計(jì)使得整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)具有更多的優(yōu)化變量。 其三是根據(jù)式1所示的成像光譜儀像差與光學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，計(jì)算出像差最小的一組結(jié)構(gòu)，式1中符號(hào)所代表的意義如圖1所示。由式1可推導(dǎo)出當(dāng)準(zhǔn)直物鏡2到光柵3的距離為準(zhǔn)直物鏡焦距的2倍(I1 = 2f' D，并且光柵3到成像物鏡4的距離為成像物鏡組焦距的2倍(I2 = 2f' 2)時(shí)成像光譜儀像差系數(shù)最小，所以成像光譜儀的像差也就最小。
Jh2 ‘
權(quán)利要求
1.柱面消像散的光柵色散型成像光譜儀，包括狹縫，限制進(jìn)入光譜儀分光系統(tǒng)的光束大小，其寬度決定光譜儀的光譜分辨力，其高度決定光譜儀的成像維視場(chǎng)角，即單幅光譜圖像的成像范圍；準(zhǔn)直物鏡，將通過(guò)狹縫的光準(zhǔn)直并反射到光柵上；光柵，對(duì)準(zhǔn)直物鏡反射過(guò)來(lái)的平行復(fù)色光按波長(zhǎng)不同分成具有不同衍射角的平行光束組，每束平行光均為單色光成像物鏡組，將分光后的平行光束組聚焦至探測(cè)器的光敏面處進(jìn)行分光譜成像；探測(cè)器，二維陣列探測(cè)器，采集光譜圖像數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)直物鏡，其特征在于經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直物鏡準(zhǔn)直后的光束可以是平行光、發(fā)散光或者會(huì)聚光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像物鏡組，其特征在于由球面反射鏡和柱面反射鏡組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀光路結(jié)構(gòu)，其特征在于準(zhǔn)直物鏡2到光柵3的距離為準(zhǔn)直物鏡焦距的2倍，并且光柵3到成像物鏡組4的距離為成像物鏡組焦距的2倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀光路結(jié)構(gòu)，其特征在于光學(xué)系統(tǒng)中的各個(gè)光學(xué)元件除狹縫外均采用全反射式光學(xué)元件，所有反射元件均鍍高反射率膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光譜儀光路結(jié)構(gòu)，其特征在于，光譜儀通光孔徑優(yōu)選10 150mm;光譜維瞬時(shí)視場(chǎng)角優(yōu)選0.01° 2. 0°。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成像物鏡組，其特征在于引入柱面鏡消除成像光譜儀的像
全文摘要
一種柱面消像散光柵色散型成像光譜儀光路結(jié)構(gòu)，包括狹縫(1)；準(zhǔn)直物鏡(2)，將通過(guò)狹縫的光反射到光柵(3)上；光柵(3)，進(jìn)行分光；成像物鏡組由球面反射鏡(4)和柱面反射鏡(5)組成，將分光后的光成像至探測(cè)器(6)的光敏面處進(jìn)行分光譜成像。光譜儀采用全反射式光學(xué)元件，所有反射元件均鍍高反射率膜。該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于引入柱面鏡減小了光柵色散型成像光譜儀的弧矢面像散，極大的提高了光譜儀的光譜分辨力和成像分辨力。
文檔編號(hào)G01J3/44GK102183304SQ20111002314
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者倪國(guó)強(qiáng), 劉健鵬, 吳雁, 唐義, 張止戈 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)