專利名稱：一種星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
一種星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于一種光學(xué)測量方法領(lǐng)域，具體的是一種收集、匯聚地表及天空紫外、可見散射光的星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，主要應(yīng)用于星載或機(jī)載平臺的多通道差分吸收光譜儀探測，由中繼光學(xué)系統(tǒng)和成像光譜儀系統(tǒng)兩部分組成。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外常用的星載、機(jī)載成像光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)主要有兩類色散型和傅里葉變換型。其中色散型高光譜成像儀又分為棱鏡色散和光柵色散兩種。絕大部分是采用色散分光方式，同時對于光譜分辨率要求較高的系統(tǒng)多選用光柵色散類型。通常，基于像差校正的平場凹面反射光柵的成像光譜儀，由于視場小以及光譜像質(zhì)不均勻，應(yīng)用受限。因為入射到平面光柵的光束要求必須是準(zhǔn)直的，而從平面光柵衍射出來的光也是準(zhǔn)直的，因此基于平面光柵的成像光譜儀必須連接一個準(zhǔn)直和聚光系統(tǒng)。為使光譜像質(zhì)提高，準(zhǔn)直和聚光系統(tǒng)往往復(fù)雜化，光能量損耗增加，光譜像常存在著從準(zhǔn)直系統(tǒng)和聚焦系統(tǒng)帶來的剩余像差，空間方向和光譜方向分辨率低，成像質(zhì)量難以提高。而且，系統(tǒng)整體裝調(diào)難度大、造價高。
某些國外星載光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，使用前置望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)將外界光直接導(dǎo)入光譜儀入射狹縫，入射光經(jīng)過凹面光柵色散后，再進(jìn)行聚焦。這樣整體光譜儀系統(tǒng)體積偏大，不利于系統(tǒng)發(fā)展的空間環(huán)境適應(yīng)性。
目前國內(nèi)外星載光譜儀系統(tǒng)，尤其是高分辨率的成像光譜儀多以可見光和近紅外光譜通道為主，在紫外/可見探測波段相對不寬，一般都是在310nm 500nm左右，探測通道相對較少。在大氣環(huán)境檢測領(lǐng)域，利用Offner形式光譜儀進(jìn)行紫外光譜多通道探測的研究尚屬空白。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，將分色片技術(shù)、反射式和透射式技術(shù)相結(jié)合，并有效的將多通道導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)和 Offner光譜儀相組合，來實現(xiàn)紫外通道及可見光通道的寬波段探測技術(shù)，解決了星載成像光譜儀光譜分辨率和空間分辨率偏低、紫外波段探測通道較少、成像光譜儀系統(tǒng)視場過小、 光學(xué)系統(tǒng)整體體積偏大、重量偏重等問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，包括中繼光學(xué)系統(tǒng)和Offner成像光譜儀系統(tǒng)；所述中繼光學(xué)系統(tǒng)包括視場光闌、中繼反射鏡、第一中繼鏡頭、第二中繼鏡頭、第三中繼鏡頭和第四中繼鏡頭及第一分色片、第二分色片、第三分色片和第四分色片；所述Offner成像光譜儀系統(tǒng)包括第一入射狹縫、第二入射狹縫、第三入射狹縫、第四入射狹縫、第一凸面光柵、第二凸面光柵、第三凸面光柵、第四凸面光柵及第一凹面反射鏡、第二凹面反射鏡、第三凹面反射鏡、第四凹面反射鏡；在視場光闌的后續(xù)光路上依次設(shè)置有中繼反射鏡、第一分色片、第二分色片、第三分色片和第四分色片；第一分色片、第二分色片、第三分色片和第四分色片將探測目標(biāo)物的光波段O40nm 710nm)依次分為四個通道，四個通道的波段范圍分別是第一紫外通道O40nm 315nm)、第二紫外通道 (3Ilnm 403nm)、第一可見光通道(40Inm 550nm)、第二可見光通道(545nm 710nm)； 目標(biāo)物為240 710nm波段的光從視場光闌處入射，經(jīng)中繼反射鏡反射后發(fā)生光路轉(zhuǎn)折并形成聚焦光束，經(jīng)過第一分色片，此時MOnm 315nm波段的光發(fā)生反射，形成第一紫外通道；240 315nm波段的反射光經(jīng)過第一中繼鏡頭聚焦到后續(xù)Offner光譜儀第一入射狹縫處，其余波段的光透過第一分色片后，經(jīng)第二分色片進(jìn)行二次分光，311nm 403nm波段的光發(fā)生反射，形成第二紫外通道，該反射光經(jīng)過第二中繼鏡頭聚焦到第二入射狹縫處，其余波段的光透過第二分色片后，經(jīng)第三分色片再次分光，401nm 550nm波段的光發(fā)生反射， 形成第一可見光通道，該反射光經(jīng)過第三中繼鏡頭聚焦到第三入射狹縫處，剩余波段的光透過第三分色片，經(jīng)第四分色片反射后經(jīng)第四中繼鏡頭聚焦到第四入射狹縫處；
第一紫外通道O40nm 315nm)波段光信息從第一入射狹縫進(jìn)入Offner成像光譜儀系統(tǒng)，由第一凹面反射鏡反射至第一凸面光柵，分光后轉(zhuǎn)折至第一凹面反射鏡處，聚焦到相應(yīng)的探測器上；第二紫外通道(311nm 403nm)波段光信息從第二入射狹縫進(jìn)入，由第二凹面反射鏡反射至第二凸面光柵，分光后轉(zhuǎn)折至第二凹面反射鏡處，聚焦到相應(yīng)的探測器上；第一可見光通道GOlnm 550nm)波段光信息從第三入射狹縫進(jìn)入，由第三凹面反射鏡反射至第三凸面光柵，分光后轉(zhuǎn)折至第三凹面反射鏡處，聚焦到相應(yīng)的探測器上；第二可見光通道(545nm 710nm)波段光信息從第四入射狹縫進(jìn)入，由第四凹面反射鏡反射至第四凸面光柵，分光后轉(zhuǎn)折至第四凹面反射鏡處，聚焦到相應(yīng)的探測器上。
本發(fā)明的原理包括兩大部分中繼光學(xué)系統(tǒng)和Offner成像光譜儀系統(tǒng)；所述中繼光學(xué)系統(tǒng)由中繼反射鏡、中繼鏡頭組及分色片組成；所述Offner成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)由入射狹縫、凸面光柵和凹面反射鏡構(gòu)成；所述中繼光學(xué)系統(tǒng)利用分色片將所探測波段 O40nm 710nm)進(jìn)行分光，形成四個接收通道，中繼光學(xué)系統(tǒng)的視場光闌，放置在前置望遠(yuǎn)鏡的像方焦面處，設(shè)置一個狹縫作為目標(biāo)物，探測目標(biāo)物的光經(jīng)過視場光闌的狹縫后入射到中繼反射鏡上，然后由中繼反射鏡轉(zhuǎn)折光路后，再通過相應(yīng)通道的分色片和中繼鏡頭分別聚焦到Offner成像光譜儀系統(tǒng)的入射狹縫處，通過控制視場光闌位置和中繼反射鏡的偏軸角度，以及各通道分色片的偏轉(zhuǎn)角度、中繼鏡頭和光譜儀入射狹縫的間距來調(diào)整星載差分吸收光譜儀的中繼光學(xué)系統(tǒng)成像效果，使Offner成像光譜儀入射狹縫處有良好的像質(zhì)；各波段信息的光從Offner成像光譜儀系統(tǒng)入射狹縫進(jìn)入，經(jīng)凹面反射鏡反射到凸面光柵分光后，再經(jīng)凹面反射鏡聚焦到相應(yīng)通道的探測器上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
(1)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)輻射能量利用效率高。本發(fā)明利用中繼反射鏡將光路轉(zhuǎn)折， 利用分色片將探測波段分為四個通道，簡化后續(xù)中繼鏡頭組設(shè)計，通過本發(fā)明中繼光學(xué)系統(tǒng)和Offner成像光譜儀的MTF傳遞函數(shù)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明在一定的空間頻率范圍內(nèi)具有良好的分辨率和對比度，從而提高系統(tǒng)的探測分辨率，保證測量的準(zhǔn)確性，滿足了成像光譜儀中繼光學(xué)系統(tǒng)的需求。星載差分吸收光譜儀光學(xué)系統(tǒng)在大視場范圍內(nèi)，在探測的紫外、可見寬波段內(nèi)均能取得良好的光譜分辨率和空間分辨率。
(2)本發(fā)明能夠取得的最小畸變。本發(fā)明的Offner光譜儀中采用的是凸面光柵， 這種結(jié)構(gòu)的成像光譜儀與原有的采用平面光柵或凹面光柵結(jié)構(gòu)的成像光譜儀相比，具有明顯的優(yōu)點。首先，光譜性能大大超過其他類型的光譜儀。一個微型Offner結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案可以使畸變小于一個像素的0. 1%，而在原有的成像光譜儀中，如采用凹面光柵的Dyson結(jié)構(gòu)成像光譜儀，在相同情況下能夠取得的最小畸變至少是Offner光譜儀的幾十倍。其次 Offner光譜儀容易實現(xiàn)儀器小型化和輕型化，適合空間技術(shù)的發(fā)展需要。在星載光譜儀測量中，尤其是紫外探測領(lǐng)域內(nèi)使用基于凸面光柵的Offner光譜儀系統(tǒng)進(jìn)行探測，在國內(nèi)外尚屬首次。
(3)本發(fā)明體積小，重量輕。本發(fā)明采用中繼反射鏡、四通道分色片、四通道中繼鏡頭組和四通道Offner光譜儀的連接使得整體的光學(xué)系統(tǒng)大為縮小，整體的光學(xué)體積緊湊， 重量相對其他星載同類產(chǎn)品大為減輕，且通過視場光闌和前置望遠(yuǎn)鏡的匹配可滿足大視場需求，適應(yīng)星載和機(jī)載平臺的不同需求。
(4)本發(fā)明是將多通道光譜探測的中繼光學(xué)系統(tǒng)和Offner光譜儀有機(jī)結(jié)合起來。 中繼光學(xué)系統(tǒng)的中繼反射鏡起到了很關(guān)鍵的作用，不僅將通過中繼望遠(yuǎn)鏡聚焦到狹縫后形成的發(fā)散光束變成匯聚光束，為后續(xù)的中繼鏡頭優(yōu)化帶來方便，同時本身也參與了后繼光路的中繼鏡頭優(yōu)化，中繼鏡頭設(shè)計可以較為簡單就能達(dá)到使用要求。另外，中繼反射鏡還起到了光路轉(zhuǎn)向作用，且中繼反射鏡和四組分色片均是偏軸設(shè)計，進(jìn)一步使整個中繼光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計較為緊湊，整體體積小，滿足星載光譜儀系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性的使用要求，且使得探測目標(biāo)物的輻射光進(jìn)入到光譜儀的入射狹縫像質(zhì)較好。
(5)此外，本發(fā)明中的中繼反射鏡和光譜儀里的反射鏡用結(jié)構(gòu)性能和熱性能都較好的微晶玻璃材料(krodur)及ULE玻璃材料，表面鍍鋁加氧化硅保護(hù)膜確保儀器工作光譜范圍都有90%以上的反射率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的中繼光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的Offner成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)圖。
具體實施方式
如圖1、2、3所示，本發(fā)明的中繼光學(xué)系統(tǒng)采用反射式、分色片分光和中繼鏡頭組相結(jié)合的系統(tǒng)，包括中繼光學(xué)系統(tǒng)和Offner成像光譜儀系統(tǒng)。中繼光學(xué)系統(tǒng)包括視場光闌 1、中繼反射鏡2、第一中繼鏡頭7、第二中繼鏡頭8、第三中繼鏡頭9和第四中繼鏡頭10及第一分色片3、第二分色片4、第三分色片5和第四分色片6。Offner成像光譜儀系統(tǒng)包括第一入射狹縫11、第二入射狹縫14、第三入射狹縫17、第四入射狹縫20、第一凸面光柵13、 第二凸面光柵16、第三凸面光柵19、第四凸面光柵22及第一凹面反射鏡12、第二凹面反射鏡15、第三凹面反射鏡18、第四凹面反射鏡21。在視場光闌1的后續(xù)光路上依次設(shè)置有中繼反射鏡2、第一分色片3、第二分色片4、第三分色片5和第四分色片6 ；第一分色片3、第二分色片4、第三分色片5和第四分色片6將探測目標(biāo)物的光波段O40nm 710nm)依次分為四個通道，四個通道的波段范圍分別是第一紫外通道O40nm 315nm)、第二紫外通道 (3Ilnm 403nm)、第一可見光通道(40Inm 550nm)、第二可見光通道(545nm 710nm)； 目標(biāo)物為240 710nm波段的光從視場光闌1處入射，經(jīng)中繼反射鏡2反射后發(fā)生光路轉(zhuǎn)折并形成聚焦光束，經(jīng)過第一分色片3，此時MOnm 315nm波段的光發(fā)生反射，形成第一紫外通道；240 315nm波段的反射光經(jīng)過第一中繼鏡頭7聚焦到后續(xù)Offner光譜儀第一入射狹縫11處，其余波段的光透過第一分色片3后，經(jīng)第二分色片4進(jìn)行二次分光，311nm 403nm波段的光發(fā)生反射，形成第二紫外通道，該反射光經(jīng)過第二中繼鏡頭8聚焦到第二入射狹縫14處，其余波段的光透過第二分色片4后，經(jīng)第三分色片5再次分光，401nm 550nm 波段的光發(fā)生反射，形成第一可見光通道，該反射光經(jīng)過第三中繼鏡頭9聚焦到第三入射狹縫17處，剩余波段的光透過第三分色片5，經(jīng)第四分色片6反射后經(jīng)第四中繼鏡頭10聚焦到第四入射狹縫20處。
第一紫外通道O40nm 315nm)波段光信息從第一入射狹縫11進(jìn)入Offner成像光譜儀系統(tǒng)，由第一凹面反射鏡12反射至第一凸面光柵13，分光后轉(zhuǎn)折至第一凹面反射鏡 12處，聚焦到位于第一入射狹縫11的上方的第一探測器上(圖中未畫出，該第一探測器位于第一入射狹縫11的上方，其它探測器同理)；第二紫外通道(311nm 403nm)波段光信息從第二入射狹縫14進(jìn)入，由第二凹面反射鏡15反射至第二凸面光柵16，分光后轉(zhuǎn)折至第二凹面反射鏡15處，聚焦到位于第二入射狹縫14的上方的第二探測器上；第一可見光通道GOlnm 550nm)波段光信息從第三入射狹縫17進(jìn)入，由第三凹面反射鏡18反射至第三凸面光柵19，分光后轉(zhuǎn)折至第三凹面反射鏡18處，聚焦到位于第三入射狹縫17上方的第三探測器上；第二可見光通道(545nm 710nm)波段光信息從第四入射狹縫20進(jìn)入，由第四凹面反射鏡21反射至第四凸面光柵22，分光后轉(zhuǎn)折至第四凹面反射鏡21處，聚焦到第四入射狹縫20上方的第四探測器上。
通過控制所述視場光闌1的位置、中繼反射鏡2的偏軸角度、四個通道的分色片偏轉(zhuǎn)角度、四個中繼鏡頭和Offner光譜儀四個入射狹縫的間距(鏡頭后截距)，以及上述系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)來使得星載差分吸收光譜儀的中繼光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到最理想的成像效果，從而在Offner 光譜儀入射狹縫處有良好的像質(zhì)。這里，通過偏軸角度設(shè)置和中繼鏡頭的優(yōu)化設(shè)計，盡可能使得光譜儀入射狹縫處的光斑RMS值達(dá)到理想狀況，從而為后續(xù)Offner光譜儀的設(shè)計簡化，也使得Offner成像光譜儀的光譜分辨率和空間分辨率獲得高分辨率成為可能。
如圖2、3所示，本發(fā)明中繼光學(xué)系統(tǒng)中的中繼反射鏡2、第一中繼鏡頭7、第二中繼鏡頭8、第三中繼鏡頭9和第四中繼鏡頭10及第一分色片3、第二分色片4、第三分色片5和第四分色片6，及Offner成像光譜儀系統(tǒng)中第一凸面光柵13、第二凸面光柵16、第三凸面光柵19、第四凸面光柵22及第一凹面反射鏡12、第二凹面反射鏡15、第三凹面反射鏡18、第四凹面反射鏡21均為偏軸設(shè)計。本實施例中的中繼反射鏡2偏軸角為5°，第一分色片、第二分色片、第三分色片、第四分色片的偏軸角度依次為5°、13°、26°、47°、68.5°。
如圖2所示，本發(fā)明中的中繼反射鏡2是由凹面反射鏡組成，可以以球面鏡設(shè)計， 也可以為非球面設(shè)計，為了裝調(diào)方便，本發(fā)明實施擬選用球面鏡設(shè)計，材料為微晶玻璃材料 (Zerodur)，中繼反射鏡2的鏡面鍍鋁膜，鋁膜帶寬為240nm 710nm。本發(fā)明實施例的中繼反射鏡2是偏軸放置，偏軸角度為5°。
本發(fā)明中的第一中繼鏡頭7、第二中繼鏡頭8、第三中繼鏡頭9和第四中繼鏡頭10 可以分別由二塊或三塊球面鏡組成。本實施例中第一中繼鏡頭7、第二中繼鏡頭8均是由三塊球面鏡組成，材料為紫外波段透過的玻璃材料構(gòu)成，具體可以是熔融石英和氟化鈣。第三中繼鏡頭9和第四中繼鏡頭10由二塊球面鏡組成，第三中繼鏡頭9分別是BK7和ZF3材料，第四中繼鏡頭10為由BK7和ZF12兩種玻璃材料構(gòu)成的膠合鏡。第一中繼鏡頭7、第二中繼鏡頭8、第三中繼鏡頭9和第四中繼鏡頭10分別在240 315nm、311 403nm、401 550nm、545nm 710nm波段內(nèi)鍍增透膜。本發(fā)明中的第一分色片3、第二分色片4、第三分色片5和第四分色片6鍍分色膜，保證相應(yīng)通道波段反射，其余波段透射，即在240 710nm 波段范圍內(nèi)，第一分色片3鍍分色膜，滿足240 315nm波段的光全反射，315nm以上波段的光全部透射；第二分色片4鍍分色膜，滿足311 403nm波段的光全反射，403nm以上波段的光盡可能全透射；第三分色片5鍍分色膜，滿足401 550nm波段的光全反射，550nm以上波段的光盡可能全透射；第四分色片6鍍?nèi)茨ぁＳ捎诓ǘ谓徊嫖恢?，分色膜難以同時做到很高的反射和透射，尤其是光線入射角度偏大時，需要在設(shè)計時考慮交叉帶波段部分盡量避開所探測物質(zhì)吸收波段。
如圖3所示，本發(fā)明Offner成像光譜儀系統(tǒng)中第一凸面光柵13、第二凸面光柵 16、第三凸面光柵19、第四凸面光柵22可以是凸面的Rowland光柵，也可以是凸面的像差校正光柵。本發(fā)明中的凸面光柵是Offner成像光譜儀的關(guān)鍵件。利用凸面光柵的Offner成像光譜儀在空間和光譜方向都有較好的分辨率，廣泛地被用于低色散、大視場的圖像分光儀中。這里的凸面光柵都是根據(jù)各自通道特點單獨設(shè)計技術(shù)參數(shù)，如刻劃線等，以盡可能達(dá)到較高的衍射效率。衍射的-1級往往被用來成像。當(dāng)光柵的條紋數(shù)增加，較長的波長入1 的衍射光經(jīng)凹面反射鏡的第二次反射后被凸面光柵阻擋，故光柵的色散不能過大。另一方面如果光柵的條紋數(shù)足夠大，使衍射光向上射向凹面鏡，這就成了 Offner的Littrow形式。 因為凸面光柵條紋數(shù)高，色散大，這為需要高色散的系統(tǒng)提供了可能性。因為譜段不同，四通道Offner光譜儀的凸面光柵參數(shù)各不一樣，本發(fā)明實施例根據(jù)波段不同，實際設(shè)置為第一紫外通道(240 315nm)，刻劃線為28301/mm、第二紫外通道(311 403nm)，刻劃線為 22721/mm、第一可見光通道001 550nm)，刻劃線為17621/mm、第二可見光通道(545 710nm)，刻劃線為 13791/mm。
如圖3所示，本發(fā)明中的Offner成像光譜儀的第一凹面反射鏡12、第二凹面反射鏡15、第三凹面反射鏡18、第四凹面反射鏡21均采用ULE光學(xué)玻璃；且第一凹面反射鏡12、 第二凹面反射鏡15、第三凹面反射鏡18、第四凹面反射鏡21分別鍍相應(yīng)通道波段的反射鋁膜。上述各凹面反射鏡可以是一只，也可以是兩只，且可以具有不同的曲率半徑。
總之，本發(fā)明利用中繼反射鏡將光路轉(zhuǎn)折，利用分色片將探測波段分為四個通道， 同時用反射結(jié)合透射的中繼光學(xué)系統(tǒng)與Offner成像光譜儀非常巧妙地結(jié)合起來，可簡化后續(xù)中繼鏡頭組設(shè)計，從而提高系統(tǒng)的探測分辨率，保證測量的準(zhǔn)確性，且使得整個光學(xué)系統(tǒng)體積緊湊。Offner光譜儀光譜成像性能優(yōu)異，尤其是畸變的改善，并且易于整個系統(tǒng)的小型化和輕型化，實現(xiàn)了紫外/可見的寬波段探測高光譜分辨率和空間分辨率的要求，特別適合空間技術(shù)應(yīng)用。
本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)系統(tǒng)包括中繼光學(xué)系統(tǒng)和Offner成像光譜儀系統(tǒng)；所述中繼光學(xué)系統(tǒng)包括視場光闌(1)、中繼反射鏡O)、第一中繼鏡頭(7)、第二中繼鏡頭(8)、第三中繼鏡頭(9)和第四中繼鏡頭(10)及第一分色片(3)、第二分色片G)、第三分色片( 和第四分色片(6)；所述Offner成像光譜儀系統(tǒng)包括第一入射狹縫(11)、第二入射狹縫(14)、第三入射狹縫(17)、第四入射狹縫00)、第一凸面光柵(13)、第二凸面光柵(16)、第三凸面光柵(19)、第四凸面光柵02)及第一凹面反射鏡(12)、第二凹面反射鏡(15)、第三凹面反射鏡(18)、第四凹面反射鏡；在視場光闌(1)的后續(xù)光路上依次設(shè)置有中繼反射鏡O)、第一分色片(3)、第二分色片G)、第三分色片( 和第四分色片(6)；第一分色片(3)、第二分色片G)、第三分色片( 和第四分色片(6)將探測目標(biāo)物的光波段O40nm 710nm)依次分為四個通道，四個通道的波段范圍分別是第一紫外通道O40nm 315歷)、第二紫外通道(311nm 403歷)、第一可見光通道 (40Inm 550nm)、第二可見光通道(545nm 710nm)；目標(biāo)物為240 710nm波段的光從視場光闌(1)處入射，經(jīng)中繼反射鏡( 反射后發(fā)生光路轉(zhuǎn)折并形成聚焦光束，經(jīng)過第一分色片(3)，此時240nm 315nm波段的光發(fā)生反射，形成第一紫外通道；240 315nm波段的反射光經(jīng)過第一中繼鏡頭(7)聚焦到后續(xù)Offner光譜儀第一入射狹縫(11)處，其余波段的光透過第一分色片(3)后，經(jīng)第二分色片(4)進(jìn)行二次分光，311nm 403nm波段的光發(fā)生反射，形成第二紫外通道，該反射光經(jīng)過第二中繼鏡頭(8)聚焦到第二入射狹縫(14)處， 其余波段的光透過第二分色片(4)后，經(jīng)第三分色片( 再次分光，401nm 550nm波段的光發(fā)生反射，形成第一可見光通道，該反射光經(jīng)過第三中繼鏡頭(9)聚焦到第三入射狹縫 (17)處，剩余波段的光透過第三分色片(5)，經(jīng)第四分色片(6)反射后經(jīng)第四中繼鏡頭(10) 聚焦到第四入射狹縫OO)處；第一紫外通道O40nm 315nm)波段光信息從第一入射狹縫(11)進(jìn)入Offner成像光譜儀系統(tǒng)，由第一凹面反射鏡(12)反射至第一凸面光柵(13)，分光后轉(zhuǎn)折至第一凹面反射鏡(12)處，聚焦到相應(yīng)的探測器上；第二紫外通道(311nm 403nm)波段光信息從第二入射狹縫(14)進(jìn)入，由第二凹面反射鏡(1 反射至第二凸面光柵(16)，分光后轉(zhuǎn)折至第二凹面反射鏡(15)處，聚焦到相應(yīng)的探測器上；第一可見光通道GOlnm 550nm)波段光信息從第三入射狹縫(17)進(jìn)入，由第三凹面反射鏡(18)反射至第三凸面光柵(19)，分光后轉(zhuǎn)折至第三凹面反射鏡(18)處，聚焦到相應(yīng)的探測器上；第二可見光通道(545nm 710nm)波段光信息從第四入射狹縫OO)進(jìn)入，由第四凹面反射鏡反射至第四凸面光柵(22)，分光后轉(zhuǎn)折至第四凹面反射鏡處，聚焦到相應(yīng)的探測器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述中繼光學(xué)系統(tǒng)中的中繼反射鏡、四個分色片及Offner光譜儀中的四個凹面反射鏡和四個凸面光柵均為偏軸設(shè)計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于通過控制所述視場光闌(1)的位置和中繼反射鏡( 的偏軸角度，以及四個通道分色片的偏轉(zhuǎn)角度、四個中繼鏡頭和Offner光譜儀四個入射狹縫的間距來調(diào)整星載差分吸收光譜儀的中繼光學(xué)系統(tǒng)成像效果，使Offner光譜儀入射狹縫處有良好的像質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述中繼反射鏡(2)由凹面反射鏡組成，可以為球面鏡設(shè)計或非球面設(shè)計，且反射鏡(2)鍍鋁膜作為反射膜；所述中繼反射鏡( 采用微晶材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一中繼鏡頭(7)、第二中繼鏡頭(8)、第三中繼鏡頭(9)和第四中繼鏡頭(10)分別由二塊或三塊球面鏡組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一中繼鏡頭(7)、第二中繼鏡頭(8)為二片球面鏡組成，均由紫外波段透過的玻璃材料構(gòu)成，為熔融石英和氟化鈣材料；第三中繼鏡頭(9)為二塊球面鏡組成，使用BK7和ZF3光學(xué)玻璃；第四中繼鏡頭(10)為二塊球面鏡膠合而成，使用BK7和ZF12光學(xué)玻璃材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一凸面光柵(13)、第二凸面光柵(16)、第三凸面光柵(19)和第四凸面光柵0 是凸面的 Rowland光柵，或是凸面的像差校正光柵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一凹面反射鏡(12)、第二凹面反射鏡(15)、第三凹面反射鏡(18)和第四凹面反射鏡均采用ULE光學(xué)玻璃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一分色片(3)、第二分色片G)、第三分色片( 和第四分色片(6)鍍分色膜，保證相應(yīng)通道波段反射，其余波段透射，即在240 710nm波段范圍內(nèi)，第一分色片(3)鍍分色膜，滿足240 315nm波段的光全反射，315nm以上波段的光盡可能全部透射；第二分色片⑷鍍分色膜，滿足311 403nm波段的光全反射，403nm以上波段的光盡可能全透射；第三分色片(5)鍍分色膜，滿足401 550nm波段的光全反射，550nm以上波段的光盡可能全透射；第四分色片 (6)鍍?nèi)茨ぃ凰龅谝恢欣^鏡頭(7)、第二中繼鏡頭(8)、第三中繼鏡頭(9)和第四中繼鏡頭(10)分別在240 315nm、311 403nm、401 550nm、545nm 710nm波段內(nèi)鍍增透膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一凹面反射鏡(12)、第二凹面反射鏡(15)、第三凹面反射鏡(18)和第四凹面反射鏡分別鍍相應(yīng)通道波段的反射鋁膜。
全文摘要
一種星載差分吸收光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，由中繼光學(xué)系統(tǒng)和Offner成像光譜儀系統(tǒng)組成，中繼光學(xué)系統(tǒng)由中繼反射鏡、中繼鏡頭及分色片構(gòu)成；Offner成像光譜儀系統(tǒng)由入射狹縫、凸面光柵和凹面反射鏡構(gòu)成；中繼光學(xué)系統(tǒng)利用分色片將探測波段分光形成四通道，分別由四組中繼鏡頭聚集到光譜儀入射狹縫處。各波段光從光譜儀入射狹縫進(jìn)入光譜儀，經(jīng)凸面光柵分光后，光路轉(zhuǎn)折聚焦到探測器上。本發(fā)明利用中繼反射鏡將光路轉(zhuǎn)折，利用分色片將探測波段分為四個通道，從而提高系統(tǒng)的探測分辨率，保證測量準(zhǔn)確性，使得整個光學(xué)系統(tǒng)體積緊湊。Offner成像光譜儀成像光譜性能優(yōu)異，尤其對畸變的改善，易于整個系統(tǒng)的小型化、輕型化，適合空間技術(shù)應(yīng)用。
文檔編號G02B17/06GK102519595SQ201110406650
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者劉建國, 劉文清, 司福祺, 江宇, 江慶五, 相連欽, 薛輝, 謝品華 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院