專利名稱: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)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及光學(xué)元件、系統(tǒng),具體是指一種基于棱鏡-光柵-棱鏡分光的折反式成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
成像光譜儀是一種用來獲取目標(biāo)二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,用來對目標(biāo)進行探測識別和物質(zhì)成分分析等,在國民生產(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0ffner、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,光柵基底為一種明膠物質(zhì),前后表面粘有保護玻璃。受基底材料和工藝的限制,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
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是基于上述已有技術(shù)存在的一些問題,本發(fā)明的目的是提供一種基于棱鏡-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。
本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。光學(xué)系統(tǒng)由視場光闌及光束轉(zhuǎn)折組件1、準(zhǔn)直鏡2、分光組件3、會聚鏡組4及濾光片5組成。
從視場光闌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,由會聚鏡組4會聚,經(jīng)濾光片5消二級光譜后,在像平面6上成像。
如圖2所示,所述的視場光闌及光束轉(zhuǎn)折組件1由視場光闌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)會聚鏡組焦距和光敏面上的光譜維長度確定。在光學(xué)設(shè)計軟件中,可將棱鏡的某一邊設(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),進行自動優(yōu)化。兩個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。
所述的會聚鏡組4的透鏡為球面透鏡,用于會聚衍射光束,同時校正準(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與會聚鏡組4在光軸方向有一定的夾角Θ,將此夾角設(shè)置為優(yōu)化量,進行自動優(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)生的二級光譜的位置和波長, 采用局部表面鍍前截止膜來消二級光譜。
本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點是
1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,加工、裝校工藝成熟。
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,與會聚鏡組組合,易于做到大物方數(shù)值孔徑、長線視場設(shè)計。
3.分光組件采用棱鏡-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1為光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖中
1為視場光闌及光束轉(zhuǎn)折組件;
3為分光組件;
5為濾光片;
7為視場光闌;2為準(zhǔn)直鏡; 4為會聚鏡組; 6為像面; 8為平面反射鏡t具體實施方式
根據(jù)圖1的結(jié)構(gòu)示意圖,設(shè)計了一棱鏡-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1,光學(xué)系統(tǒng)具體設(shè)計參數(shù)列于表2。
表 權(quán)利要求
1.一種棱鏡-光柵-棱鏡分光的折反式成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng),它由視場光闌及光束轉(zhuǎn)折組件(1)、準(zhǔn)直鏡O)、分光組件(3)、會聚鏡組(4)及濾光片( 組成,其特征在于所述的視場光闌及光束轉(zhuǎn)折組件(1)由視場光闌(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( 為凹球面反射鏡;所述的分光組件C3)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C3)與會聚鏡組(4)在光軸方向上有一定的夾角;所述的會聚鏡組(4)的透鏡為球面透鏡,用于會聚衍射光束,同時校正準(zhǔn)直鏡( 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二級光譜;從視場光闌(7)處發(fā)出的光束發(fā)射至準(zhǔn)直鏡O),光束準(zhǔn)直之后經(jīng)平面反射鏡(8)折轉(zhuǎn)至分光組件(3),由會聚鏡組(4)會聚,經(jīng)濾光片( 消二級光譜后,在像平面(6)上成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種棱鏡-光柵-棱鏡分光的折反式成像光譜儀光學(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)會聚鏡組焦距和光敏面上的光譜維長度確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種棱鏡-光柵-棱鏡分光的折反式成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng), 其特征在于所述的分光組件(3)中的兩個棱鏡的頂角用來校正分光系統(tǒng)光譜彎曲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種棱鏡-光柵-棱鏡分光的折反式成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng), 其特征在于所述的分光組件(3)與會聚鏡組(4)在光軸方向上的夾角用來校正分光系統(tǒng)中殘余光譜彎曲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于棱鏡-光柵-棱鏡分光的折反式成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)。其特征在于光學(xué)系統(tǒng)從物方至像方按順序由視場光闌、準(zhǔn)直鏡、平面反射鏡、分光組件、會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。會聚鏡組與分光組件在光軸方向有一個夾角,用來校正光學(xué)系統(tǒng)中殘余的光譜彎曲。本發(fā)明的優(yōu)點是光譜彎曲變低,光學(xué)效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,加工和裝校簡單,譜段選擇靈活。
文檔編號G01J3/18GK102507001SQ20111031611
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者何志平, 王建宇, 舒嶸, 袁立銀 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所