[發(fā)明專利]一種掃描成像光譜儀光路結(jié)構(gòu)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010271621.5
• 申請(qǐng)日: 2010-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN101975610A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐義;吳雁;劉健鵬;倪國(guó)強(qiáng);張止戈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜儀，尤其涉及掃描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所示為傳統(tǒng)的交叉的切爾尼-特納型光譜儀光路結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)的像差較大，無法實(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)明涉及一種掃描成像光譜儀光路結(jié)構(gòu)，包括掃描反射鏡，對(duì)來自目標(biāo)的入射光線進(jìn)行反射，并進(jìn)行一維成像掃描；

光闌，用于接收掃描反射鏡的反射光，并選擇一定視場(chǎng)角范圍內(nèi)的光進(jìn)入光譜儀；

望遠(yuǎn)物鏡，將來自光闌的光聚焦到狹縫上，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)目標(biāo)的一次成像；

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，將通過狹縫的光反射到光柵上；

光柵，用來進(jìn)行分光；

聚焦物鏡，將分光后的光聚焦至探測(cè)器的光敏面處進(jìn)行分光光譜成像；

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，通過對(duì)光譜維的掃描可以獲得二維空間的光譜數(shù)據(jù)，經(jīng)過光譜重建最終得到待測(cè)目標(biāo)的高光譜圖像。

其中，光學(xué)系統(tǒng)中的各個(gè)光學(xué)元件除光闌和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，望遠(yuǎn)物鏡可以是球面反射鏡或者離軸拋物面反射鏡。

其中，準(zhǔn)直物鏡和聚焦物鏡可以是球面反射鏡或者超環(huán)面反射鏡。

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題，對(duì)光譜儀的光路結(jié)構(gòu)進(jìn)行兩處創(chuàng)新：

其一是在保證各光學(xué)元件空間位置互不重疊且不增加光譜儀體積的基礎(chǔ)上，打破了原有的成像光譜儀望遠(yuǎn)成像光路與分光成像光路各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)模式，使望遠(yuǎn)成像光路與分光成像光路在空間上相互交疊，增大掃描反射鏡與望遠(yuǎn)物鏡、準(zhǔn)直物鏡與光柵之間的距離，減小了望遠(yuǎn)物鏡和準(zhǔn)直物鏡的離軸角，從而減小了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的像差；

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。

與相同體積、使用相同參數(shù)光學(xué)元件的傳統(tǒng)全反射式的色散型光譜儀光路結(jié)構(gòu)相比，這種光路結(jié)構(gòu)可以大大提高光譜儀的光譜分辨力和成像分辨力。

附圖說明

圖1所示為傳統(tǒng)的成像光譜儀的光路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的成像光譜儀的光路結(jié)構(gòu)示意圖。

(附圖中各部件的尺寸和距離等并沒有嚴(yán)格按照比例畫出)。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的掃描成像光譜儀光路結(jié)構(gòu)示意圖。該光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)包括a)掃描反射鏡1，b)光闌2，c)望遠(yuǎn)物鏡3，d)狹縫4，e)準(zhǔn)直物鏡5，f)平面光柵6，g)聚焦物鏡7，h)探測(cè)器8。

被掃描反射鏡l反射的入射光線經(jīng)光闌2后由望遠(yuǎn)物鏡3反射聚焦至狹縫4，然后經(jīng)由準(zhǔn)直物鏡5反射至平面光柵6上進(jìn)行分光后由聚焦物鏡7聚焦至探測(cè)器8的光敏面上成像。

由圖1可以看出，傳統(tǒng)的交叉的切爾尼-特納型光路與前置望遠(yuǎn)物鏡是分離的，光譜儀部分與望遠(yuǎn)物鏡通過狹縫相連接。因此其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易理解，雜散光較少并且易于裝調(diào)。但是這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)限制了成像光譜儀參數(shù)的變化，也就限制了進(jìn)一步減小像差的可能。本發(fā)明打破了這種光譜儀與前置望遠(yuǎn)物鏡分離的限制，對(duì)光譜儀與前置望遠(yuǎn)物鏡進(jìn)行整體優(yōu)化。優(yōu)化思想如下：