[發(fā)明專利]光柵成像光譜儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210085114.1
• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN102620827A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳思穎;張寅超;葛憲瑩;陳和
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: 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)明涉及一種光柵成像光譜儀，適用于星載或機載環(huán)境中的對地觀察，屬于分析儀器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

成像光譜儀將成像技術(shù)和光譜技術(shù)結(jié)合在一起，是一種能夠獲取多維目標(biāo)信息的探測分析儀器。它通過對目標(biāo)空間信息和光譜信息的獲取，識別物質(zhì)種類，分析目標(biāo)的狀態(tài)。它本身可以獲取的目標(biāo)空間信息是二維的，借助于掃描技術(shù)和空間多通道探測技術(shù)可以獲得三維空間信息。自從成像光譜儀出現(xiàn)之后，其在環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、土地資源、礦產(chǎn)資源監(jiān)測等遙感領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并逐漸向生化分析、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域擴展，具有很高的研究價值。

成像光譜儀一般由接收光學(xué)系統(tǒng)、狹縫、準(zhǔn)直透鏡、衍射元件、會聚鏡、探測器及光譜信號的讀取、處理電路和分析軟件組成，在需要的情況下，還可以增加掃描結(jié)構(gòu)。成像的過程一般是：目標(biāo)物的輻射信息通過接收光學(xué)系統(tǒng)匯聚到狹縫處，經(jīng)過狹縫的調(diào)制到達準(zhǔn)直鏡，此時信號光變成準(zhǔn)平行光，之后按照不同時間順序到達色散元件，經(jīng)過色散元件的分光后不同波長的光會沿著不同的方向傳播，再經(jīng)過會聚鏡的成像作用將狹縫的像按照不同的波長會聚在探測器的不同位置，最后經(jīng)過處理電路及相應(yīng)軟件的處理得到目標(biāo)物的空間信息和光譜信息。

目前的光柵成像光譜儀多為OFFNER型成像光譜儀，此結(jié)構(gòu)具有像差小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，在具體設(shè)計時，多采用離軸三反結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)的主鏡、光柵、三鏡是分開的，能夠獲得較大的相對孔徑，但加工裝調(diào)都比較困難；此外，OFFNER型成像光譜儀多基于羅蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計，其成像面為曲面，而一般使用的探測器為平面的，這就形成了矛盾?？偟膩碇v，目前已有的成像光譜儀具有成像非平面、體積較大且加工裝調(diào)困難等缺點。因此研制光譜分辨率較高、穩(wěn)定性好、體積較小且使用平面探測器的成像光譜儀是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對目前已有的成像光譜儀存在的不足，提出的一種光柵成像光譜儀。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種光柵成像光譜儀，包括：前置接收光學(xué)單元(1)、分光成像單元和光譜信號處理單元。其中，分光成像單元包括入射狹縫(2)、平面反射鏡(3)、準(zhǔn)直-聚焦系統(tǒng)(4)、光柵(5)；光譜信號處理單元包括面陣光電探測器(6)、信號處理系統(tǒng)(7)。

所述前置接收光學(xué)單元(1)的功能是收集目標(biāo)物的信號光。

所述入射狹縫(2)的功能是準(zhǔn)確定位所需要探測的信號光，防止其它光的干擾。

所述平面反射鏡(3)的功能是改變光路。

所述準(zhǔn)直-聚焦系統(tǒng)(4)的功能是對目標(biāo)物的信號光起到準(zhǔn)直作用，對光柵(5)的衍射光起到聚焦作用。

所述光柵(5)的功能是對準(zhǔn)平行光進行分光；所述光柵(5)為閃耀光柵或者階梯光柵。

所述閃耀光柵或階梯光柵的傾斜角和刻劃線數(shù)目可由公式(1)確定：

2dsinθ＝mλ；?????????????????????????????????????(1)

其中，d為光柵常數(shù)，具體為每毫米刻劃線數(shù)目的倒數(shù)，單位為毫米(mm)；θ為光柵的傾斜角，單位為度(°)；m為光柵的衍射級數(shù)；λ為選定的基準(zhǔn)波長，單位為毫米(mm)。

所述面陣光電探測器(6)的功能是對目標(biāo)物進行光譜成像，并將光信號變?yōu)殡娦盘枴?/p>

所述信號處理系統(tǒng)(7)的功能包括：①從面陣光電探測器(6)讀取電信號；②將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；③對數(shù)字信號進行處理，得到目標(biāo)物的光譜的特征信息和空間位置信息；所述光譜的特征信息包括但不限于：光譜的波長以及強度；所述空間位置信息包括成像區(qū)域大小及目標(biāo)物的空間相對位置。

上述各組成部分的連接關(guān)系為：

入射狹縫(2)的一側(cè)是前置接收光學(xué)單元(1)，另一側(cè)是平面反射鏡(3)；入射狹縫(2)位于前置接收光學(xué)單元(1)的出射光線的焦點處并且與前置接收光學(xué)單元(1)的主平面平行，同時入射狹縫(2)在準(zhǔn)直-聚焦系統(tǒng)(4)的焦平面以及準(zhǔn)直-聚焦系統(tǒng)(4)之間；平面反射鏡(3)與前置接收光學(xué)單元(1)的主平面不平行且前置接收光學(xué)單元(1)的出射光線穿過入射狹縫(2)后可到達平面反射鏡(3)的反射面上，同時平面反射鏡(3)不在準(zhǔn)直-聚焦系統(tǒng)(4)的軸線上；準(zhǔn)直-聚焦系統(tǒng)(4)位于平面反射鏡(3)的反射光線上；光柵(5)位于平面反射鏡(3)的反射光線經(jīng)過準(zhǔn)直-聚焦系統(tǒng)(4)準(zhǔn)直后的出射光線上；準(zhǔn)直-聚焦系統(tǒng)(4)與光柵(5)同軸；面陣光電探測器(6)位于光柵(5)的出射光線經(jīng)過準(zhǔn)直-聚焦系統(tǒng)(4)聚焦后的出射光線的焦點處；面陣光電探測器(6)的輸出端連接信號處理系統(tǒng)(7)的輸入端。