[發明專利]畫幅式色散成像光譜裝置及其探測方法

在審

• 申請號: 201410385661.0
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN105371949A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 李建欣;孟鑫;孫宇聲;劉德芳;朱日宏;郭仁慧;沈華;馬駿;陳磊;何勇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

1.一種畫幅式色散成像光譜裝置，其特征在于：包括前置光學系統(1)、半透半反鏡(2)、色散元件(3)、第一成像物鏡(4)、反射狹縫(5)、第二成像物鏡(6)、面陣探測器(7)和信號處理系統(8)；沿光路方向依次設置前置光學系統(1)、半透半反鏡(2)、色散元件(3)、第一成像物鏡(4)、反射狹縫(5)，前置光學系統(1)包括共光軸依次設置的前置物鏡(11)和準直物鏡(12)，前置成像物鏡(11)的像面和準直物鏡(12)的前焦面重合；反射狹縫(5)位于第一成像物鏡(4)的后焦面處，第二成像物鏡(6)位于半透半反鏡(2)的第二次反射光路上，面陣探測器(7)的探測靶面位于第二成像物鏡(6)的后焦面處，面陣探測器(7)和信號處理系統(8)通過導線連接；所有光學元件相對于基底同軸等高，即相對于光學平臺或儀器底座同軸等高；光路走向如下：探測場景物點的出射光束經過前置物鏡(11)確定目標視場，消除雜散光進入準直物鏡(12)形成的準直光束后入射到半透半反鏡(2)，其中透射光束第一次通過色散元件(3)，發生色散；色散光束隨后第一次經過第一成像物鏡(4)成像在其后焦面的反射狹縫(5)上，色散圖像的一列圖像的光被反射狹縫(5)反射，第二次經過第一成像物鏡(4)，再次到達色散元件(3)，發生第二次色散，隨后第二次色散的光束第二次入射到半透半透鏡(2)，其中反射光束經過第二成像物鏡(6)后成像在其后焦面的面陣探測器(7)上，光信號轉化為電信號并傳到信號處理系統(8)，單次獲取探測場景三維光譜立方體的一個斜切面，該斜切面包含完整的探測場景的二維圖像信息，最終獲取探測場景完整的三維光譜立方體。

2.根據權利要求1所述的畫幅式色散成像光譜裝置，其特征在于：上述色散元件(3)為透射式色散光柵、反射式色散光柵或色散棱鏡。

3.根據權利要求1所述的畫幅式色散成像光譜裝置，其特征在于：上述反射狹縫(5)能夠反射成像物鏡(4)后焦面上面一列圖像的光線，讓這一列反射光束返回成像物鏡(4)。

4.根據權利要求1所述的畫幅式色散成像光譜裝置，其特征在于：上述信號處理系統(8)通過系統整體推掃或者沿垂直于第二成像物鏡(4)的光軸方向平移反射狹縫(5)，獲取探測場景完整的三維光譜立方體。

5.一種基于權利要求1所述的畫幅式色散成像光譜裝置的成像光譜探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：來自探測場景各點的入射光進入前置光學系統(1)，通過前置成像物鏡(11)成像在其像面上，消除雜散光，隨后經過準直物鏡(12)，形成準直光束，以準直光束形式入射到半透半反鏡(2)；

步驟二：通過前置光學系統(1)的準直光束入射到半透半反鏡(2)，其中透射光束第一次經過色散元件(3)，發射第一次色散，隨后色散光束經過第一成像物鏡(4)成像在其后焦面處的反射狹縫(5)上面；

步驟三：反射狹縫(5)將第一成像物鏡(4)所成的色散圖像中的一列圖像的光束反射，光束第二次經過成像物鏡(4)形成平行光束，然后再次經過色散元件(3)發生第二次色散，色散后的光束第二次入射到半透半反鏡(2)，其中的反射光束入射到第二成像物鏡(6)；

步驟四：入射到第二成像物鏡(6)的色散光束成像在其后焦面處的面陣探測器(7)的靶面上，光信號轉化為電信號，進入信號處理系統(8)，單次獲取探測場景三維光譜立方體的一個斜切面，該斜切面包含完整的探測場景的二維圖像信息，通過系統整體推掃或者沿垂直于第二成像物鏡(4)的光軸方向平移反射狹縫(5)，獲取探測場景完整的三維光譜立方體。