[實用新型]基于自由曲面的成像光譜儀

有效

• 申請號: 201821978415.6
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN209102214U
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 胡松婷;殷海瑋;邵婉婷
• 申請（專利權）人: 上海復享光學股份有限公司
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 曾耀先

該實用新型涉及一種基于自由曲面的成像光譜儀，包括狹縫，第一自由曲面鏡，反射光柵，第二自由曲面鏡，以及光譜圖像接收器件。本實用新型中的基于自由曲面的成像光譜儀中設置有第一自由曲面鏡和第二自由曲面鏡，由第一自由曲面鏡和第二自由曲面鏡在光束傳播過程中的聚焦和矯正作用來最大程度消除成像光譜儀系統中產生的各種像差問題，使得最終在光譜圖像接收器件的成像靶面的成像質量最優，最大程度減小各種像差對采譜的干擾。

技術領域

本實用新型涉及成像光譜儀技術領域，特別涉及一種自由曲面的成像光譜儀。

背景技術

光譜儀是由棱鏡或衍射光柵等分光器件，將成分復雜的復色光分解為光譜線的科學儀器。光譜儀具有分析精度高、測試靈敏度高、測量范圍大、測量速度快等優點。成像光譜儀是20世紀80年代以來以光譜遙感成像技術為基礎發展起來的一種能同時獲取物體空間和光譜信息的光學儀器，具有圖譜合一性。因此，其被廣泛應用于石油化工、醫藥生物、環境監測、地質勘探等部門，也可應用于衛星遙感、軍事偵察、宇宙與海洋探索、資源和水文勘測等，同時服務于生產制造、色度學、生態學等相關領域。

成像光譜儀類型一般為色散型光譜儀，此類光譜儀普遍存在的三種像差問題，球差，慧差，象散。球差主要由于成像光譜儀系統中使用了球面反射鏡，邊緣光線與中心光線經過球面鏡反射后不能聚焦與同一點，造成像點的模糊。Czerny-Turner型成像光譜儀中的準直反射鏡和聚焦反射鏡都在離軸條件下使用，會產生了一定的彗差。光譜儀的彗差會使得譜線產生單邊擴散效應，這樣既降低了光譜分辨率，也容易造成假譜線。像散的產生可歸因于球面反射鏡子午面與弧矢面的曲率半徑相同，導致其在離軸成像時子午焦距與弧矢焦距不等造成的。要實現光譜儀優質的成像成譜目的，必須把這三種像差在成像光譜儀系統中消除。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種基于自由曲面的成像光譜儀，能夠最大程度地消除成像光譜儀系統中產生的各種像差問題，使得最終CCD成像靶面的成像質量最優，最大程度減小各種像差對采譜的干擾。

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種基于自由曲面的成像光譜儀，包括：狹縫，設置于所述成像光譜儀的進光口，用于給所述成像光譜儀提供物像；第一自由曲面鏡，設置于自所述狹縫出射的光束的光路上，用于對經所述狹縫出射的光束進行準直與矯正；反射光柵，設置于自所述第一自由曲面鏡出射的光束的光路上，用于對自所述第一自由曲面鏡出射的光束進行色散分光處理，使自所述第一自由曲面鏡出射的光束中包含的不同波長的光通過不同的角度繼續傳播；第二自由曲面鏡，設置于所述反射光柵出射的光束的光路上，用于對自所述反射光柵出射的光束進行聚焦和矯正；光譜圖像接收器件，設置于自所述第二自由曲面鏡出射的光束的光路上，用于采集自所述第二自由曲面鏡出射的光束，形成對應的光譜圖像。

可選的，所述第一自由曲面鏡為Zernike自由曲面，所述Zernike自由曲面的表達式為：

其中，為所述Zernike自由曲面的表達式，其中第一項表示Conic曲面，具有旋轉對稱性，第二部分表示Zernike多項式，被化解為Zernike多項式的徑向坐標ρ，以及Zernike多項式的角度坐標c為所述Zernike自由曲面的頂點的曲率，k為所述Zernike自由曲面的二次曲面系數，r為Zernike自由曲面上點相對于旋轉對稱軸的徑向距離，N為被采用的Zernike自由曲面的表達式的項數，C_i為每取一項i時所對應的新的系數，其中i為大于1的整數。

可選的，所述第二自由曲面鏡為XY自由曲面，所述XY自由曲面的表達式為：

E_i＝x^myⁿ；

i＝(m+n)²+m+3n)/2+1；