[發明專利]一種長狹縫光譜儀光學系統

在審

• 申請號: 201911093496.0
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110879104A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 袁立銀;王躍明;謝佳楠;何志平
• 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;G01J3/02;G01J3/18
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種長狹縫光譜儀光學系統，由視場光欄、折反鏡組、偏軸透鏡、光柵和濾光片組成，其中折反鏡組有一片正透鏡和一片內反射負透鏡組成。光學系統為折反射式，來自物方的光線從視場光欄出發，經折反鏡組內反射后再經折反鏡組透射至偏軸透鏡達到光柵，經其衍射后再經過偏軸透鏡至折反鏡組內反射及透射后出射至濾光片，到達像面。折反鏡組被光線四次經過，有利于壓縮系統體積，實現基于平面光柵分光的長狹縫緊湊結構和低畸變設計，偏軸透鏡有利于進一步校正光譜畸變。本發明的優點是：成本相對曲面光柵較低，能適應長狹縫設計需求，像差校正能力強，畸變低，結構緊湊。

技術領域

本發明涉及光學系統和光學設計，特別是指一種長狹縫光譜儀光學系統及其設計。

背景技術

成像光譜儀是一種能獲取探測目標的二維幾何信息和光譜信息的儀器，在航天航空遙感和科學研究領域應用廣泛。隨著應用需求的不斷提高，儀器的性能要求也隨之提升。大視場或者大幅寬的遙感應用需求，對成像光譜儀的望遠物鏡和光譜儀光學系統都提出了挑戰。比較傳統的解決方案是，多個成像光譜儀外拼接，或者多個光譜儀內拼接，但對資源緊張的衛星和飛行平臺，體積重量約束很強，用單個高性能光學系統比多個模塊拼接需求更迫切。

大視場或大幅寬的成像光譜儀通常采用色散分光技術。分光元件主要為平面棱鏡、曲面棱鏡、平面光柵、凸面光柵、凹面光柵以及棱鏡和光柵的組合體。然而大視場或者大幅寬的應用需求，通常需要長狹縫光譜儀，這對性價比相對較高的平面光柵光譜儀而言難度很大。

目前比較適用于長狹縫設計的光譜儀光學結構主要有：基于凸面光柵的offner結構、基于凹面光柵的dyson結構、基于曲面棱鏡的Féry結構、基于棱柵組合的PG結構以及基于平面光柵的RT結構等。

現有技術存在的主要問題是：

(1)中低刻線數的曲面光柵價格昂貴。(2)不復雜化面型，通常的球面和偶次非球面系統，隨狹縫增長，則像差校正困難，除offner結構以外，其余結構在體積和F數約束下，很難實現長狹縫設計，比較文獻發現比較長的狹縫長度一般在30mm左右。

發明內容

本發明的目的是彌補現有技術的不足，提供一種長狹縫光譜儀光學系統。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

圖1是本發明的光譜儀光路示意圖，光譜儀光學系統由視場光欄1、折反鏡組2、偏軸透鏡3、光柵4和濾光片5組成，折反鏡組2包括透鏡2.1和內反射透鏡2.2。

本發明中的光學系統為折反射式，來自物方的光線從視場光欄1出發，經過透鏡2.1至內反射透鏡2.2，經其內反射后再經透鏡2.1至偏軸透鏡3達到光柵4，經其衍射后再經偏軸透鏡3折射至透鏡2.1至內反射透鏡2.2，經其內反射后再經透鏡2.1出射至濾光片5，到達像面。

本發明中的折反鏡組2，被光線四次經過；透鏡2.1為正透鏡，內反射透鏡2.2為負透鏡，其后表面為內反射表面。透鏡2.1的前后表面為偶次非球面，內反射透鏡2.2的前表面為偶次非球面，后表面為球面。如在可見光波段使用，透鏡材料可選擇消色差的冕牌和火石玻璃的組合。為實現更長狹縫的設計，達到更好的像差校正效果，折反鏡組2可以復雜化設計，設計成三片式結構。

本發明中的偏軸透鏡3，其自身是同軸透鏡，前后表面面型均為球面或平面；在系統中偏軸透鏡3與系統光軸略有沿y軸的輕微離軸和繞x軸的輕微傾斜。

本發明通過折反鏡組2和偏軸透鏡3實現基于平面光柵的長狹縫光譜儀光學系統的緊湊低畸變設計，其中，前者有利于實現緊湊設計，后者有利于進一步實現低光譜畸變設計。