一種偏軸球面藍(lán)寶石棱鏡中波紅外成像光譜儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于偏軸球面藍(lán)寶石棱鏡分光的中波紅外成像光譜儀，光譜儀由狹縫、凹面反射鏡、球面藍(lán)寶石棱鏡、凹面反射鏡、探測器光敏元組成；所述的第一凹面反射鏡為凹扁球形反射鏡，所述球面藍(lán)寶石棱鏡第一面為透射球面，所述球面藍(lán)寶石棱鏡第二面為內(nèi)反射面，所述的第二凹面反射鏡為橢球形反射鏡；所述狹縫與第一凹面反射鏡相對排列，第一凹面反射鏡與球面藍(lán)寶石棱鏡相對排列，球面藍(lán)寶石棱鏡與第二凹面反射鏡相對排列，第二凹面反射鏡與探測器光敏元相對排列；采用本發(fā)明的中波紅外高光譜成像儀體積緊湊，像質(zhì)好，集光能力強(qiáng)，光學(xué)效率高，可以應(yīng)用于化學(xué)氣體探測、礦物探測等領(lǐng)域。
【專利說明】一種偏軸球面藍(lán)寶石棱鏡中波紅外成像光譜儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種中波紅外成像光譜儀，具體涉及一種偏軸球面藍(lán)寶石棱鏡中波紅 外成像光譜儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 高光譜成像技術(shù)在遙感領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，目前公開的高光譜成像儀主要工作在 可見光、近紅外、短波紅外波段。中波紅外高光譜成像儀技術(shù)難度大，目前僅見的技術(shù)方案 是利用光柵分光。
[0003] 光柵分光成像光譜儀分為平面光柵、凹面光柵、凸面光柵三種，相比較而言，基于 平面光柵和凹面光柵的成像光譜儀存在較嚴(yán)重的光譜彎曲；而中波紅外凸面光柵成像光譜 儀雖然像質(zhì)好，但刻線密度通常較低，實(shí)現(xiàn)閃耀的成本很高。
[0004] 目前僅見公開的芬蘭Specim公司研制M50中波成像光譜儀的光學(xué)效率約為40%。
[0005] 本發(fā)明提出的基于偏軸球面藍(lán)寶石棱鏡的成像光譜儀，像質(zhì)優(yōu)良，光學(xué)效率高 (可以達(dá)到80%以上），可以廣泛應(yīng)用于中波紅外高光譜成像儀的研制與應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種像質(zhì)優(yōu)良、分光效率高的中波紅外成像光譜儀，解決 現(xiàn)有光譜儀存在的光學(xué)效率低、成像質(zhì)量不理想的技術(shù)問題。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種棱鏡光譜儀系統(tǒng)，參見圖1，采用離軸折反式光 學(xué)結(jié)構(gòu)，光線經(jīng)物鏡成像在狹縫面1上，依次經(jīng)過狹縫1、準(zhǔn)直反射鏡2、偏軸球面藍(lán)寶石棱 鏡3、匯聚反射鏡4,最終會聚成像到探測器光敏面5。系統(tǒng)滿足物、像方遠(yuǎn)心。
[0008] 所述的反射鏡2為離軸使用的凹扁球形反射面；
[0009] 所述的偏軸球面藍(lán)寶石棱鏡3的第一面301和第二面302的光學(xué)表面均為球面， 其中第一面301為內(nèi)反射面，第二面302為透射表面，經(jīng)反射鏡2反射的光線先經(jīng)過第二面 302,再經(jīng)過第一面301內(nèi)反射后，再由第二面302射向匯聚反射鏡4 ;
[0010] 所述的匯聚反射鏡4為離軸使用的凹橢球形反射面；
[0011] 如附圖2所示，所述各光學(xué)面的光軸或法線存在相對偏轉(zhuǎn)關(guān)系，其中：
[0012] 偏軸球面藍(lán)寶石3的第一面301光軸與準(zhǔn)直反射鏡2光軸偏置，兩者之間的偏角 為a，其取值范圍為ae[3.99564°，5. 43426° ];
[0013] 偏軸球面藍(lán)寶石3的第二面302光軸與第一面301光軸偏置，兩者之間的偏角為 其取值范圍為Pe[1.76325°，8. 25127° ];
[0014] 匯聚反射鏡4光軸與偏軸球面藍(lán)寶石3的第二面302光軸偏置，兩者之間的偏角 為Y，其取值范圍為Ye[1.57215°，3. 96927° ];
[0015] 探測器光敏面所在平面的法線相對于匯聚反射鏡4光軸偏置，兩者之間的偏角為 S，其取值范圍為sG[2.19065°，2. 62970° ]。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0017] 相比傳統(tǒng)光譜儀，該棱鏡光譜儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，像質(zhì)好，光學(xué)效率 商。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1偏軸球面藍(lán)寶石棱鏡成像光譜儀光學(xué)結(jié)構(gòu)。
[0019] 圖2各光學(xué)表面相對偏軸示意圖。
[0020] 圖3實(shí)施案例1 (色散寬度0. 3mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（2. 5iim波段）。
[0021] 圖4實(shí)施案例1 (色散寬度0. 3mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（3. 4iim波段）。
[0022] 圖5實(shí)施案例1 (色散寬度0. 3mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（4. 2iim波段）。
[0023] 圖6實(shí)施案例1 (色散寬度1. 2mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（5. 0iim波段）。
[0024] 圖7實(shí)施案例2 (色散寬度1. 2mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（2. 5iim波段）。
[0025] 圖8實(shí)施案例2 (色散寬度1. 2mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（3. 4iim波段）。
[0026] 圖9實(shí)施案例2 (色散寬度1. 2mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（4. 2iim波段）。
[0027] 圖10實(shí)施案例2 (色散寬度1. 2mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（5. 0 iim波段）。
[0028] 圖11實(shí)施案例3 (色散寬度1. 8mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（2. 5 iim波段）。
[0029] 圖12實(shí)施案例3 (色散寬度1. 8mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（3. 4 iim波段）。
[0030] 圖13實(shí)施案例3 (色散寬度1. 8mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（4. 2 iim波段）。
[0031] 圖14實(shí)施案例3 (色散寬度1. 8mm)設(shè)計傳遞函數(shù)（5. 0 iim波段）。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 根據(jù)上述技術(shù)方案，設(shè)計了三個具有相同的相對孔徑、工作波段和狹縫長度，但 色散寬度不同的偏軸球面藍(lán)寶石中波紅外棱鏡光譜儀。
[0033] 實(shí)施例1 :
[0034] F# = 2. 5,工作波段為2. 狹縫長度12mm，色散寬度0? 3mm(采用30iim 像元，可以實(shí)現(xiàn)10個波段的探測）。鏡片參數(shù)如下表：
[0035] 鏡片參數(shù)表
[0036]

【權(quán)利要求】
1. 一種偏軸球面藍(lán)寶石棱鏡中波紅外成像光譜儀，光線經(jīng)物鏡成像在狹縫面（1)上， 依次經(jīng)過狹縫（1)、準(zhǔn)直反射鏡（2)、偏軸球面藍(lán)寶石棱鏡（3)、匯聚反射鏡（4)，最終會聚成 像到探測器光敏面（5)，其特征在于： 所述的準(zhǔn)直反射鏡（2)為離軸使用的凹扁球形反射面； 所述的匯聚反射鏡（4)為離軸使用的凹橢球形反射面； 所述的偏軸球面藍(lán)寶石棱鏡（3)的第一面（301)和第二面（302)的光學(xué)表面均為球 面，其中第一面（301)為內(nèi)反射面，第二面（302)為透射表面； 光譜儀各部分之間位置關(guān)系為： 所述的偏軸球面藍(lán)寶石（3)的第一面（301)光軸與準(zhǔn)直反射鏡（2)光軸偏置，兩者之 間的偏角為a，其取值范圍為a e [3.99564°，5. 43426° ]; 所述的偏軸球面藍(lán)寶石（3)的第二面（302)光軸與第一面（301)光軸偏置，兩者之間 的偏角為其取值范圍為@ e [1.76325°，8. 25127° ]; 所述的匯聚反射鏡（4)光軸與偏軸球面藍(lán)寶石（3)的第二面（302)光軸偏置，兩者之 間的偏角為Y，其取值范圍為Y e [1.57215°，3. 96927° ]; 所述的探測器光敏面所在平面的法線相對于匯聚反射鏡（4)光軸偏置，兩者之間的偏 角為S，其取值范圍為S G [2.19065°，2. 62970° ]。
【文檔編號】G01J3/28GK104330158SQ201410546699
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】王躍明, 王建宇, 肖喜中, 馬駿, 黃文俊, 鮑智康, 王晟瑋 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所