[發明專利]基于同心離軸雙反射系統的成像光譜儀

有效

• 申請號: 201310369721.5
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN103411673A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 唐義;陳廷愛;張麗君;鄭成;南一冰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 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

技術領域

本發明涉及成像光譜技術領域，尤其涉及光柵色散型成像光譜儀，具體涉及為基于同心離軸雙反射系統的成像光譜儀。

背景技術

成像光譜技術起源于上世紀80年代初期的多光譜遙感技術，是一種將成像技術和光譜技術相結合的新型多維信息獲取技術，它能夠得到被探測目標的空間信息與光譜信息。由于其卓越的信息獲取能力，在空間探測與地表觀測中得到了廣泛的應用，逐漸成為光學遙感探測的一個強有力手段。

光柵色散型成像光譜儀相對于其他類型的成像光譜儀具有光譜分辨力高、波段范圍寬、、色散均勻、性能穩定的優點。改進的Czerny-Turner型光譜儀結構是應用較多的平面光柵成像光譜儀結構。雖然此結構的光譜儀可以得到較高的光譜分辨率。但是，Czerny-Turner型光譜儀結構本身的局限性造成了由其改進的成像光譜儀不會有很高的成像分辨率。即不能很好的同時校正彗差與像散。

發明內容

本發明為解決現有平面光柵成像光譜儀因不能同時校正彗差與像散導致光譜分辨與成像率分辨率不高的問題，提出一種基于同心離軸雙反射系統的成像光譜儀結構。

基于同心離軸雙反射系統的成像光譜儀包括：

（1）入射狹縫1，限定成像光譜儀系統的成像范圍，其大小尺寸同時決定進入成像光譜儀系統能量的多少。狹縫寬度決定成像光譜儀光譜維的光譜帶寬，即成像光譜儀的光譜分辨率；狹縫高度決定成像光譜儀成像維的視場角，即單幅光譜圖像的成像范圍。

（2）準直光學系統，由兩塊球面反射鏡（一塊凹面反射鏡2，一塊凸面反射鏡3）組成的同心離軸反射系統。將通過入射狹縫的光準直并反射到平面光柵上。

（3）平面光柵4，是成像光譜儀系統的孔徑光闌。對經過準直光學系統出射的復色平行光按波長不同色散為具有不同衍射角的單色平行光束組。

（4）聚焦光學系統，由兩塊球面反射鏡（一塊凸面反射鏡5，一塊凹面反射鏡6）組成的同心離軸反射系統。將分光后的單色平行光束組分別聚焦至陣列探測器光敏面的不同位置處。

（5）陣列探測器7，采集光譜圖像數據，將光信號轉換為電信號。

相對于現有的改進型Czerny-Turner型成像光譜儀結構，基于同心離軸雙反射系統的成像光譜儀具有以下優勢：

(a)成像光譜儀所有反射鏡的光學面均為球面，保證光學加工難度與加工成本。

(b)成像光譜儀采用同心對稱結構，四片反射鏡具有公共球心，有利于光學裝調與工程實現。

(c)成像光譜儀系統中的平面光柵工作于準直光環境，平面光柵單獨不引入像散。

(d)準直光學系統與聚焦光學系統分別采用可消除像散的同心離軸雙反射結構，保證成像光譜儀的成像分辨率；準直光學系統與聚焦光學系統相對于光柵中心與公共球心連線對稱，實現彗差正負互補，保證成像光譜儀的光譜分辨率。

本發明提供了一種結構簡單、加工成本低、易于裝調、光譜分辨率與成像分辨率都較高的成像光譜系統。

附圖說明

圖1所示為同心離軸雙反射系統結構示意圖

圖2所示為基于同心離軸雙反射系統的成像光譜儀結構圖

圖3所示為基于同心離軸雙反射系統成像光譜儀光路圖，圖中：1為入射狹縫、2為準直光學系統中的主鏡（對應同心離軸雙反射系統的次鏡）、3為準直光學系統中的次鏡（對應同心離軸雙反射系統的主鏡）、4為平面光柵、5為聚焦光學系統中的主鏡（對應同心離軸雙反射系統的主鏡）、6為聚焦光學系統中的次鏡（對應同心離軸雙反射系統的次鏡）、7為陣列探測器。

具體實施方式

下面，結合附圖詳細描述根據本發明的優選實施例。

圖3所示為根據本發明實施方式的成像光譜儀光路圖。該成像光譜儀的光學系統包括：入射狹縫1、準直光學系統中的主鏡2（對應同心離軸雙反射系統的次鏡）、準直光學系統中的次鏡3（對應同心離軸雙反射系統的主鏡）、平面光柵4、聚焦光學系統中的主鏡5（對應同心離軸雙反射系統的主鏡）、聚焦光學系統中的次鏡6（對應同心離軸雙反射系統的次鏡）、陣列探測器7。

被觀測物體置于狹縫1處（或被觀測物體經前級望遠系統所成的實像在狹縫1處）。物體或物體實像所發出的光線經過狹縫1，由準直光學系統主鏡2與準直光學系統次鏡3實現光束準直并反射至平面光柵4上，由平面光柵4進行分光，然后由聚焦光學系統主鏡5與聚焦光學系統次鏡6將光束聚焦在探測器7的光敏面上成像。