[發明專利]一種成像光譜儀

無效

• 申請號: 201110398695.X
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102410878A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 相里斌;聶云峰;周錦松;黃旻;呂群波
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光學成像技術，尤其涉及一種成像光譜儀。

背景技術

利用光譜成像技術能夠同時獲取目標的二維空間圖像信息和一維光譜信息。二維空間圖像信息和一維光譜信息分別能直觀地反映被測目標的幾何形貌和被測目標的理化屬性，可以將該光譜成像技術作為一種圖譜結合的探測手段。上個世紀八十年代以來，光譜成像技術開始被廣泛應用于航天航空遙感成像。通過飛行器搭載，在礦產與石油資源探測、水質及大氣污染監測、精準農業和林業等領域取得了矚目成就。目前，這項技術已經逐步滲透到生物醫學、藝術品防偽鑒定、食品安全監測、疾病的控制與治療等民用領域，獲得了越來越廣泛的研究與運用。

光譜成像技術從原理上分，主要有：色散型、干涉型、濾光片型、計算層析型和衍射光學元件型等。其中，色散型成像光譜儀是最早提出并獲得實用化的成像光譜儀器，它具有原理簡單、易于實現等優點，包含棱鏡色散和光柵色散兩種基本的結構形式。

圖1示出了現有的透射式棱鏡色散成像光譜儀的結構。如圖1所示，該成像光譜儀包括：前置物鏡、準直鏡、復合棱鏡、成像鏡、狹縫和探測器。通過狹縫的光線依次通過準直鏡、復合棱鏡和成像鏡的透射后最終被探測器接收。在此類系統中，需要在寬譜段范圍內校正空間維像差，尤其是要復消色差，這就要求在準直鏡和成像鏡中設置多個不同面形的透鏡。

由上可見，由于準直鏡和成像鏡均需校正寬譜段內多種像差，需要引入多組透鏡，使得鏡頭結構復雜，必然會導致整個系統的裝調和測試困難、研制周期長和成本高。每一塊棱鏡的微小傾斜和偏心都會給系統的圖像質量帶來嚴重的影響，必然會使整個系統的穩定性降低。由于光線要經過多組透鏡才能到達探測器，每次折射都會帶來光能的損失，必然會導致系統光能利用率低。此外，傳統三棱鏡色散還會帶來譜線彎曲等問題。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供一種結構簡單、易裝調的成像光譜儀，用于降低系統的裝調和測試的難度，縮短研制周期和降低成本。

本發明實施例提供一種成像光譜儀，包括：第一棱鏡和第二棱鏡，其中，所述第一棱鏡包括一個凹面和一個凸面，所述第二棱鏡包括：一個凹面和一個凸面，所述第一棱鏡的凸面和所述第二棱鏡的凹面膠合在一起，在所述第一棱鏡的凸面和所述第二棱鏡的凹面上形成的區域為膠合面，在所述膠合面和所述第二棱鏡的凹面的邊緣之間有一個接收入射光線的第一區域，在所述膠合面和所述第二棱鏡的凹面的另一側邊緣之間有一個出射光線通過的第二區域，所述第一棱鏡包括一個在所述第一棱鏡的凹面上鍍內反射膜而形成的第一反射面，所述第二棱鏡包括一個在所述第二棱鏡的凸面上鍍內反射膜而形成的第二反射面，其中，所述第一反射面的曲率半徑為R1，所述第一棱鏡的凸面、所述第二棱鏡的凹面和所述膠合面有相同的曲率半徑R2，所述第二反射面的曲率半徑為R3，按光線的入射方向，相對于鏡頭焦距對上述R1，R2和R3歸一化時得到的數值范圍為：-0.1≤R1＜-0.05，-0.1＜R2≤-0.05，-0.2≤R3≤-0.1，所述膠合面的曲率中心和頂點在光軸上，所述第一反射面和所述第二反射面的曲率中心相對于所述光軸的偏心距離分別為D1和D2，相對于鏡頭焦距對上述D1和D2歸一化時得到的數值范圍為：0＜|D1|≤0.03，0＜|D2|≤0.03。

在本發明一較佳實施例中，所述膠合面與光軸的交點到所述第一反射面與光軸的交點之間的距離為T1，所述膠合面與光軸的交點到所述第二反射面與光軸的交點之間的距離為T2，其中，相對于鏡頭焦距對上述T1和T2歸一化時得到的數值范圍為：0.05＜T1≤0.2，0.01＜T2≤0.03。

在本發明一較佳實施例中，所述第一棱鏡和第二棱鏡采用的材料為光學玻璃或者晶體材料，所述第一棱鏡和第二棱鏡所采用的材料的折射率分別為n1和n2，其中，1＜n1＜2，1＜n2＜2。

在本發明一較佳實施例中，所述第一棱鏡的凹面、第一棱鏡的凸面、第二棱鏡的凹面和第二棱鏡的凸面為球面或者非球面。

在本發明一較佳實施例中，所述n2＞n1，所述第一棱鏡所采用的材料的阿貝數大于所述第二棱鏡所采用的材料的阿貝數。

在本發明一較佳實施例中，所述第一棱鏡和第二棱鏡包括三棱鏡。

由上可見，本發明實施例提供的成像光譜儀僅包含按上述要求膠合在一起的第一棱鏡和第二棱鏡，與現有技術中的包含準直鏡，復合棱鏡和成像鏡的成像光譜儀相比，本發明實施例提供的成像光譜儀結構簡單，容易裝調和測試，能夠在一定程度上縮短研制周期，降低成本。

附圖說明

圖1為現有的透射式棱鏡色散成像光譜儀的結構示意圖；