專利名稱：棱鏡-光柵-棱鏡分光的成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及光學(xué)元件、系統(tǒng)，具體是指ー種基于棱鏡-光柵-棱鏡分光的成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
成像光譜儀是一種用來獲取目標(biāo)ニ維空間信息和光譜信息的儀器，以高光譜分辨率得到目標(biāo)的光譜圖像，用來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)識(shí)別和物質(zhì)成分分析等，在國(guó)民生產(chǎn)、軍事和科學(xué)研究等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。色散型光譜成像系統(tǒng)一般有Offner、Dyson、PGP、棱鏡及平面光柵等結(jié)構(gòu)。Offner和Dyson結(jié)構(gòu)狹縫彎曲非常小，是光譜成像系統(tǒng)非常好的選擇，但是曲面光柵制造成本高昂。PGP結(jié)構(gòu)是一種棱鏡和光柵的組合形式,光柵為透射式體全息相位光柵,光柵基底為ー 種明膠物質(zhì)，前后表面粘有保護(hù)玻璃。受基底材料和エ藝的限制，不易獲得寬譜段低刻線數(shù)的體積相位光柵。
發(fā)明內(nèi)容本專利的技術(shù)解決問題是基于上述已有技術(shù)存在的一些問題，本專利的目的是提供ー種基于棱鏡-光柵-棱鏡分光的折反式成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其光譜彎曲低，光學(xué)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，譜段選擇靈活。本專利的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意如圖I所示。光學(xué)系統(tǒng)由視場(chǎng)光闌及光束轉(zhuǎn)折組件I、準(zhǔn)直鏡2、分光組件3、會(huì)聚鏡組4及濾光片5組成。從視場(chǎng)光闌7處發(fā)出的光束發(fā)射至準(zhǔn)直鏡2，光束準(zhǔn)直之后經(jīng)平面反射鏡8折轉(zhuǎn)至分光組件3，由會(huì)聚鏡組4會(huì)聚，經(jīng)濾光片5消ニ級(jí)光譜后，在像平面6上成像。如圖2所示，所述的視場(chǎng)光闌及光束轉(zhuǎn)折組件I由視場(chǎng)光闌7和平面反射鏡8貼合而成，平面反射鏡8中心開有一條矩形通光槽，其后表面鍍有反射膜。所述的準(zhǔn)直鏡2為凹球面反射鏡。所述的分光組件3為棱鏡-光柵-棱鏡形式，其光柵為反射式平面光柵，第一棱鏡和第二棱鏡分別分布在平面反射光柵的前后，光柵刻線數(shù)根據(jù)會(huì)聚鏡組焦距和光敏面上的光譜維長(zhǎng)度確定。在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件中，可將棱鏡的某ー邊設(shè)置為傾斜面，將傾斜角度設(shè)置為優(yōu)化量，在優(yōu)化函數(shù)中設(shè)置光譜彎曲優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化。兩個(gè)棱鏡分別在平面光柵的前和后，棱鏡的頂角取值用來校正分光系統(tǒng)光譜彎曲。所述的會(huì)聚鏡組4的透鏡為球面透鏡，用于會(huì)聚衍射光束，同時(shí)校正準(zhǔn)直鏡2引入的球差和分光系統(tǒng)的其它像差。分光組件3與會(huì)聚鏡組4在光軸方向有一定的夾角0，將此夾角設(shè)置為優(yōu)化量，進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化校正分光系統(tǒng)中殘余光譜彎曲。所述的濾光片5，根據(jù)所選擇的波段經(jīng)分光組件3產(chǎn)生的ニ級(jí)光譜的位置和波長(zhǎng)，采用局部表面鍍前截止膜來消ニ級(jí)光譜。本專利光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是[0013]I.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，加工、裝校エ藝成熟。2.采用折反式光路結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)直鏡采用凹球面反射鏡，減少了光學(xué)元件，提高了系統(tǒng)的光學(xué)效率，與會(huì)聚鏡組組合，易于做到大物方數(shù)值孔徑、長(zhǎng)線視場(chǎng)設(shè)計(jì)。3.分光組件米用棱鏡-光柵-棱鏡，棱鏡的頂角作為優(yōu)化變量可校正系統(tǒng)光譜彎曲，亦可獲得線性色散光譜；分光組件與會(huì)聚鏡組在光軸方向上的夾角作為優(yōu)化變量可校正系統(tǒng)中殘余光譜彎曲；采用平面反射光柵，譜段選擇不受光柵材料的限制。

圖I為光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為光譜儀視場(chǎng)光闌及光束轉(zhuǎn)折組件的光路示意圖；圖中I為視場(chǎng)光闌及光束轉(zhuǎn)折組件；2為準(zhǔn)直鏡；3為分光組件；4為會(huì)聚鏡組；5為濾光片；6為像面；7為視場(chǎng)光闌；8為平面反射鏡。
具體實(shí)施方式
根據(jù)圖I的結(jié)構(gòu)示意圖，設(shè)計(jì)了一棱鏡-光柵-棱鏡分光的折反式光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，成像質(zhì)量接近衍射極限，光譜彎曲低。光學(xué)系統(tǒng)指標(biāo)列于表I，光學(xué)系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)參數(shù)列于表2。所述的視場(chǎng)光闌及光束轉(zhuǎn)折組件I由視場(chǎng)光闌7和平面反射鏡8貼合而成，平面反射鏡8中心開有一條矩形通光槽，其后表面鍍有反射膜；所述的準(zhǔn)直鏡2為凹球面反射鏡；所述的分光組件3為棱鏡-光柵-棱鏡結(jié)構(gòu),其中光柵為反射式平面光柵,第一棱鏡和第二棱鏡分別在平面反射光柵的前后，分光組件3與會(huì)聚鏡組4在光軸方向上有一定的夾角；所述的會(huì)聚鏡組4的透鏡為球面透鏡，用于會(huì)聚衍射光束，同時(shí)校正準(zhǔn)直鏡2引入的球差和分光系統(tǒng)的其它像差；所述的濾光片5，采用局部表面鍍前截止膜來消ニ級(jí)光譜；從視場(chǎng)光闌7處發(fā)出的光束發(fā)射至準(zhǔn)直鏡2，光束準(zhǔn)直之后經(jīng)平面反射鏡8折轉(zhuǎn)至分光組件3，由會(huì)聚鏡組4會(huì)聚，經(jīng)濾光片5消ニ級(jí)光譜后，在像平面6上成像。表I
光譜范圍物方數(shù)值孔徑狹縫長(zhǎng)度色散寬度光譜分辨率光譜彎ft
450nm IOOOnm 0.215.36mm 7.68mm2. 15nm/pixel <3um表權(quán)利要求1.一種棱鏡-光柵-棱鏡分光的成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，它由視場(chǎng)光闌及光束轉(zhuǎn)折組件(I)、準(zhǔn)直鏡(2)、分光組件(3)、會(huì)聚鏡組(4)及濾光片(5)組成，其特征在于 所述的視場(chǎng)光闌及光束轉(zhuǎn)折組件(I)由視場(chǎng)光闌(7)和平面反射鏡(8)貼合而成，平面反射鏡(8)中心開有一條矩形通光槽，其后表面鍍有反射膜； 所述的準(zhǔn)直鏡(2)為凹球面反射鏡； 所述的分光組件(3)為棱鏡-光柵-棱鏡結(jié)構(gòu),其中光柵為反射式平面光柵,第一棱鏡和第二棱鏡分別在平面反射光柵的前后，分光組件(3)與會(huì)聚鏡組(4)在光軸方向上有一定的夾角； 所述的會(huì)聚鏡組(4)的透鏡為球面透鏡，用于會(huì)聚衍射光束，同時(shí)校正準(zhǔn)直鏡(2)引入的球差和分光系統(tǒng)的其它像差； 所述的濾光片(5)，采用局部表面鍍前截止膜來消ニ級(jí)光譜； 從視場(chǎng)光闌(7 )處發(fā)出的光束發(fā)射至準(zhǔn)直鏡(2 )，光束準(zhǔn)直之后經(jīng)平面反射鏡(8 )折轉(zhuǎn)至分光組件(3)，由會(huì)聚鏡組(4)會(huì)聚，經(jīng)濾光片(5)消ニ級(jí)光譜后，在像平面(6)上成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種棱鏡-光柵-棱鏡分光的成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的分光組件(3)中的平面反射光柵的光柵刻線數(shù)根據(jù)會(huì)聚鏡組焦距和光敏面上的光譜維長(zhǎng)度確定。
專利摘要本專利公開了一種棱鏡-光柵-棱鏡分光的成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)。其特征在于光學(xué)系統(tǒng)從物方至像方按順序由視場(chǎng)光闌、準(zhǔn)直鏡、平面反射鏡、分光組件、會(huì)聚鏡組及濾光片組成。光學(xué)系統(tǒng)為折反式，準(zhǔn)直鏡為一凹球面反射鏡，會(huì)聚鏡組為一球面透鏡組。分光組件采用棱鏡-光柵-棱鏡的形式，棱鏡和光柵組合校正分光系統(tǒng)中的光譜彎曲，光柵為反射式平面光柵。會(huì)聚鏡組與分光組件在光軸方向有一個(gè)夾角，用來校正光學(xué)系統(tǒng)中殘余的光譜彎曲。本專利的優(yōu)點(diǎn)是光譜彎曲變低，光學(xué)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，加工和裝校簡(jiǎn)單，譜段選擇靈活。
文檔編號(hào)G02B27/10GK202661169SQ201120397578
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者袁立銀, 何志平, 舒嶸, 王建宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所