[發明專利]一種偏軸球面藍寶石棱鏡中波紅外成像光譜儀

有效

• 申請號: 201410546699.1
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104330158A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 王躍明;王建宇;肖喜中;馬駿;黃文俊;鮑智康;王晟瑋
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及一種中波紅外成像光譜儀，具體涉及一種偏軸球面藍寶石棱鏡中波紅外成像光譜儀。

背景技術

高光譜成像技術在遙感領域有著重要應用，目前公開的高光譜成像儀主要工作在可見光、近紅外、短波紅外波段。中波紅外高光譜成像儀技術難度大，目前僅見的技術方案是利用光柵分光。

光柵分光成像光譜儀分為平面光柵、凹面光柵、凸面光柵三種，相比較而言，基于平面光柵和凹面光柵的成像光譜儀存在較嚴重的光譜彎曲；而中波紅外凸面光柵成像光譜儀雖然像質好，但刻線密度通常較低，實現閃耀的成本很高。

目前僅見公開的芬蘭Specim公司研制M50中波成像光譜儀的光學效率約為40％。

本發明提出的基于偏軸球面藍寶石棱鏡的成像光譜儀，像質優良，光學效率高(可以達到80％以上)，可以廣泛應用于中波紅外高光譜成像儀的研制與應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種像質優良、分光效率高的中波紅外成像光譜儀，解決現有光譜儀存在的光學效率低、成像質量不理想的技術問題。

本發明所采用的技術方案是：一種棱鏡光譜儀系統，參見圖1，采用離軸折反式光學結構，光線經物鏡成像在狹縫面1上，依次經過狹縫1、準直反射鏡2、偏軸球面藍寶石棱鏡3、匯聚反射鏡4，最終會聚成像到探測器光敏面5。系統滿足物、像方遠心。

所述的反射鏡2為離軸使用的凹扁球形反射面；

所述的偏軸球面藍寶石棱鏡3的第一面301和第二面302的光學表面均為球面，其中第一面301為內反射面，第二面302為透射表面，經反射鏡2反射的光線先經過第二面302，再經過第一面301內反射后，再由第二面302射向匯聚反射鏡4；

所述的匯聚反射鏡4為離軸使用的凹橢球形反射面；

如附圖2所示，所述各光學面的光軸或法線存在相對偏轉關系，其中：

偏軸球面藍寶石3的第一面301光軸與準直反射鏡2光軸偏置，兩者之間的偏角為α，其取值范圍為α∈[3.99564°，5.43426°]；

偏軸球面藍寶石3的第二面302光軸與第一面301光軸偏置，兩者之間的偏角為β，其取值范圍為β∈[1.76325°，8.25127°]；

匯聚反射鏡4光軸與偏軸球面藍寶石3的第二面302光軸偏置，兩者之間的偏角為γ，其取值范圍為γ∈[1.57215°，3.96927°]；

探測器光敏面所在平面的法線相對于匯聚反射鏡4光軸偏置，兩者之間的偏角為δ，其取值范圍為δ∈[2.19065°，2.62970°]。

本發明的優點是：

相比傳統光譜儀，該棱鏡光譜儀系統結構簡單，體積小，重量輕，像質好，光學效率高。

附圖說明

圖1偏軸球面藍寶石棱鏡成像光譜儀光學結構。

圖2各光學表面相對偏軸示意圖。

圖3實施案例1(色散寬度0.3mm)設計傳遞函數(2.5μm波段)。

圖4實施案例1(色散寬度0.3mm)設計傳遞函數(3.4μm波段)。

圖5實施案例1(色散寬度0.3mm)設計傳遞函數(4.2μm波段)。

圖6實施案例1(色散寬度1.2mm)設計傳遞函數(5.0μm波段)。

圖7實施案例2(色散寬度1.2mm)設計傳遞函數(2.5μm波段)。

圖8實施案例2(色散寬度1.2mm)設計傳遞函數(3.4μm波段)。

圖9實施案例2(色散寬度1.2mm)設計傳遞函數(4.2μm波段)。

圖10實施案例2(色散寬度1.2mm)設計傳遞函數(5.0μm波段)。

圖11實施案例3(色散寬度1.8mm)設計傳遞函數(2.5μm波段)。

圖12實施案例3(色散寬度1.8mm)設計傳遞函數(3.4μm波段)。

圖13實施案例3(色散寬度1.8mm)設計傳遞函數(4.2μm波段)。

圖14實施案例3(色散寬度1.8mm)設計傳遞函數(5.0μm波段)。

具體實施方式

根據上述技術方案，設計了三個具有相同的相對孔徑、工作波段和狹縫長度,但色散寬度不同的偏軸球面藍寶石中波紅外棱鏡光譜儀。

實施例1：

F#＝2.5，工作波段為2.5μm-5μm，狹縫長度12mm，色散寬度0.3mm(采用30μm像元，可以實現10個波段的探測)。鏡片參數如下表：

鏡片參數表