[發明專利]一種成像光譜儀

在審

• 申請號: 202211413570.4
• 申請日: 2022-11-11
• 公開（公告）號: CN115655467A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 李博;張旭;林冠宇;葉新;李寒霜;王曉旭;顧國超
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 劉建偉

本發明的成像光譜儀，包括沿光軸依次設置的第一凹面透射鏡(1)、第一膠合鏡(2)、楔形光柵(3)、第二膠合鏡(4)、第二透射鏡(5)和探測器(6)，光源經所述第一凹面透射鏡(1)入射進入所述第一膠合鏡(2)，再經所述第一膠合鏡(2)準直后進入所述楔形光柵(3)，經所述楔形光柵(3)衍射后再照射到所述第二膠合鏡(4)上，并所述第二透射鏡(5)會聚在所述探測器(6)表面，本申請提供的成像光譜儀系統在適用于400nm～1750nm的寬光譜條件下，具有結構設計簡單、尺寸緊湊，共軸系統容易裝調等優點。

技術領域

本發明涉及光學器件技術領域，尤其涉及一種成像光譜儀。

背景技術

成像光譜儀作為一種光學遙感器，不僅可以獲得待測目標的空間信息同時也可獲得光譜信息。成像光譜儀通過自身分光元件，對入射其系統中的復色光進行區分。由于待測目標對不同波長的反射或發射的能量不同，因此可以獲得待測目標的光譜信息及空間信息。近年來成像光譜儀在大氣、陸地、海洋等領域中廣泛應用，例如空間大氣探測、地球水域污染探測、地質觀測、地球環境狀態監測、農作物損傷檢測等。

成像光譜儀可利用不同譜段對目標進行監測，通過待測目標反射或發射的輻射強度信息從而得到目標的物理或化學等特性。隨著探測目標種類及范圍越來越廣泛，寬光譜成像光譜儀的應用需求與之劇增。在航空，航天對地探測等領域中不僅對成像光譜儀適用的光譜范圍需求提高，同時要求成像光譜儀的體積、重量滿足小型化、輕量化要求，以減輕搭載平臺所受負載。目前已存在的適用于寬光譜的成像光譜儀均存在結構尺寸大，系統復雜、裝調困難等缺點。例如專利“一種寬光譜offner成像光譜儀分光系統”(公開號103604498A)，該光譜儀系統采用offner結構，凸面反射光柵進行分光，系統采用反射式結構因此無色差影響，光譜范圍為270nm～1300nm。但系統尺寸過大不夠緊湊化。專利“一種寬光譜高分辨光譜儀”(公開號213274576U)，該光譜儀采用分時光譜切分組件，其可實現時域上切分光譜分別通過不同準直系統成像在探測器表面。但該光譜儀結構復雜所需濾光片數量過多，不滿足系統簡單化需求。

因此研制適用光譜范圍較寬、小型化、結構簡單的成像光譜儀具有十分重要的意義。

發明內容

鑒于現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種成像光譜儀，以解決傳統反射式成像光譜儀存在的適用光譜較窄、結構尺寸大，系統裝調復雜等問題。

為解決上述技術問題，本申請采用下述技術方案：

本申請提供了一種成像光譜儀，包括沿光軸依次設置的第一凹面透射鏡(1)、第一膠合鏡(2)、楔形光柵(3)、第二膠合鏡(4)、第二透射鏡(5)和探測器(6)，其中：

光源經所述第一凹面透射鏡(1)入射進入所述第一膠合鏡(2)，再經所述第一膠合鏡(2)(1)準直后進入所述楔形光柵(3)，經所述楔形光柵(3)衍射后再照射到所述第二膠合鏡(4)上，再經過所述第二透射鏡(5)會聚在所述探測器(6)表面。

在其中一些實施例中，所述凹面透射鏡(1)的曲率半徑為8.4mm，鏡片厚度為2mm；所述凹面透射鏡(1)到所述第一膠合鏡(2)的光入射表面間距離為26.1mm。

在其中一些實施例中，所述第一膠合鏡(2)的前表面的曲率半徑為+24.6mm、中間表面的曲率半徑為+14.1mm、后表面的曲率半徑為-23.6mm；所述前表面到中間表面的間距離為6.2mm，所述中間表面到所述后表面的間距離為5.9mm。

在其中一些實施例中，所述楔形光柵(3)刻線數為100/mm，光柵厚度2mm，光柵后表面傾斜5°。

在其中一些實施例中，所述第二膠合鏡(4)的前表面的曲率半徑為20.3mm、中間表面的曲率半徑為-11.3mm、后表面的曲率半徑為-22.9mm；所述前表面到中間表面的間距離為5.4mm，所述中間表面到所述后表面的間距離為5.7mm。