[發明專利]高效率多通道光譜儀

有效

• 申請號: 201380039223.2
• 申請日: 2013-04-23
• 公開（公告）號: CN104508439B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 伊恩·S·羅賓遜;埃里克·M·莫斯昆;萊西·G·庫克
• 申請（專利權）人: 雷神公司
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/18;G01J3/28;G01J3/36
• 代理公司: 北京市正見永申律師事務所11497
• 代理人: 黃小臨,馮玉清

背景技術

在寬范圍的光譜波段中形成高分辨率圖像的成像光譜儀被應用于科研、軍事和遙感應用中。成像光譜儀用于提供圖像以及圖像的在所關注的選定波長波段中的光譜分析。光譜儀可以對通過一個或多個狹縫(slit)落在組裝于光譜儀光學系統的焦平面處的一個或多個圖像傳感器上的電磁輻射進行成像。在諸如雙程光譜儀(double-pass?spectrometer)之類的一些光譜儀中，狹縫和圖像傳感器可以彼此相鄰地安置于焦平面處。

廣泛用于遙感應用的光譜儀的一個示例是歐浮納光譜儀(Offner?spectrometer)。歐浮納光譜儀結構具有同心結構，該同心結構包括狹縫、兩個凹面鏡和設置在位于所述兩個凹面鏡之間的凸面鏡上的衍射光柵。在小視場上，歐浮納光譜儀用少量光學元件提供非常低的失真(distortion)。但是，隨著視場增大，結構的尺寸變得非常大。此外，需要多個光譜儀來覆蓋寬波長范圍或分開的多個光譜區域，每個光譜儀配置為覆蓋單獨的光譜波段。因此，這些系統通常由于多個光譜儀光學系統(spectrometer?optics)和多個圖像傳感器而具有大的尺寸、重量和功率要求。

通過引用將其整體并入本文的美國專利No.5260767描述了使用雙程反射三元組(double?pass?reflective?triplet)結構的純反射(all-reflective)成像光譜儀的示例。該光譜儀包括用作其物鏡的三反射鏡(three-mirror)消像散透鏡(anastigmat)和帶有色散元件的用于提供光譜儀校準器和成像器的反射三元組(reflective?triplet)。通過引用將其整體并入本文的美國專利No.6122051描述了單波段多狹縫光譜儀，其使用二維檢測器陣列來實現若干目標的同時光譜分析。在通過引用將其整體并入本文的美國專利No.7382498中描述了雙波段雙狹縫成像光譜儀的示例。根據美國專利No.7382498，雙通道光譜儀具有共享物鏡和在公共像平面處的一對狹縫。每個狹縫接收共享物鏡的輸出光束的一部分，并且被優化以便透射不同的波長。共享雙程反射三元組接收狹縫的這些輸出光束。反射三元組的輸出入射到分束器上，分束器向第一色散元件發送第一波長的已校準的第一反射三元組輸出，并且向第二色散元件發送第二波長的已校準的第二反射三元組輸出。各色散元件的輸出被引導回到分束器和反射三元組，抵達位于公共像平面的兩個不同位置處的成像檢測器。

發明內容

一些方面和實施例涉及提供一種具有線性色散的在寬光譜波段上具有高信噪比的成像光譜儀。

根據一實施例，一種多通道成像光譜儀包括：雙程反射三元組光學子系統，其配置為接收和校準入射電磁輻射，并且提供校準輸出光束；至少一個入口狹縫，其配置為將所述入射電磁輻射引導至所述反射三元組；至少一個分束器，其配置為從所述反射三元組接收所述校準輸出光束，并且將所述校準輸出光束分離成多個光譜通道；以及至少兩個色散元件，每個色散元件配置為接收并且在光譜上色散所述多個光譜通道中的相應光譜通道，色散元件的數目提供對應數目的色散輸出，其中所述反射三元組還配置為將所述多個色散輸出聚焦到與所述至少一個入口狹縫共同定位(co-located)的至少一個焦平面上，以便從所述多個色散輸出產生圖像，并且其中所述色散元件的數目超過所述焦平面的數目。

在一示例中，所述反射三元組包括：正光功率的第一反射物鏡，其配置為接收來自入口狹縫的所述入射電磁輻射，并且將所述第一和第二色散輸出聚焦到所述焦平面；負光功率的第二反射物鏡，其光學耦合到所述第一反射物鏡；以及正光功率的第三反射物鏡，其光學耦合到所述第二反射物鏡和所述至少一個分束器。所述多通道成像光譜儀還可以包括：圖像傳感器，其位于所述至少一個焦平面處并且光學耦合到所述雙程反射三元組。