專利名稱：一種柱面消像散光柵色散型成像光譜儀光路結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及光譜儀，尤其涉及光柵色散型成像光譜儀的光路結構。
背景技術：
成像光譜技術起源于上世紀70年代初期的多光譜遙感技術，并隨著對地觀測應用的需要而發展，是綜合了成像技術和光譜技術的新興領域。成像器獲取目標的影像信息， 追求高清晰度并研究其空間特性；光譜儀則把目標的輻射分離成不同波長的光譜輻射，追求高光譜分辨力，從而對目標進行測量和分析。這兩種技術融合的結晶——成像光譜儀能夠獲取待測目標特定波段的高光譜圖像，具有圖譜合一的優勢。色散型成像光譜儀一般使用光柵作為分光元件，全反射式的色散型成像光譜儀光路結構具有光譜分辨力高、波段范圍寬、可靠性好等優點。但是光路非遮擋的要求決定了全反射式的色散型光譜儀屬于離軸光學系統，如
圖1和圖2所示為傳統的切爾尼-特納型光譜儀光路結構包括狹縫。這類結構的像差較大，無法實現較高的光譜分辨力和成像分辨力。
發明內容
本發明涉及柱面消像散的光柵色散型成像光譜儀，包括狹縫，限制進入光譜儀分光系統的光束大小，其寬度決定光譜儀的光譜分辨力，其高度決定光譜儀的成像維視場角， 即單幅光譜圖像的成像范圍；準直物鏡，將通過狹縫的光反射到光柵上；光柵，對準直物鏡反射過來的平行復色光按波長分成相應衍射角的平行光束組；成像物鏡組，將分光后的平行光束組聚焦至探測器的光敏面處進行分光譜成像；探測器，二維探測器可以同時接收包含一維光譜信息和一維空間信息的光譜圖像。其中，光學系統中的各個光學元件除狹縫外均采用全反射式光學元件，所有反射元件均鍍高反射率膜。其中，光譜儀通光孔徑優選10 150mm;光譜維瞬時視場角優選0.01° 2. 0° ； 掃描視場角在10° 160°范圍內。其中，成像物鏡組由球面反射鏡和柱面反射鏡共同組成。其中，引入柱面鏡消除成像光譜儀在弧矢面內的像散。為了解決傳統全反射式的色散型光譜儀成像分辨力不高的問題，對光譜儀的光路結構進行三處創新其一是在不增加光學元件的基礎上，將成像物鏡與探測器之間的平面反射鏡替換為柱面反射鏡，利用柱面面型的成像特點消除影響成像光譜儀成像質量最大的像散，而不是利用加工難度很大的超環面鏡。其二是使準直物鏡與狹縫之間距離不等于準直物鏡的焦距，將該距離參數作為優化參量，即經過準直物鏡準直后的光束不是平行光，而是帶有一定發散角或者會聚角的非平行光，這種設計使得整個光學系統具有更多的優化變量。 其三是根據式1所示的成像光譜儀像差與光學結構的關系，計算出像差最小的一組結構，式1中符號所代表的意義如圖1所示。由式1可推導出當準直物鏡2到光柵3的距離為準直物鏡焦距的2倍(I1 = 2f' D，并且光柵3到成像物鏡4的距離為成像物鏡組焦距的2倍(I2 = 2f' 2)時成像光譜儀像差系數最小，所以成像光譜儀的像差也就最小。
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權利要求
1.柱面消像散的光柵色散型成像光譜儀，包括狹縫，限制進入光譜儀分光系統的光束大小，其寬度決定光譜儀的光譜分辨力，其高度決定光譜儀的成像維視場角，即單幅光譜圖像的成像范圍；準直物鏡，將通過狹縫的光準直并反射到光柵上；光柵，對準直物鏡反射過來的平行復色光按波長不同分成具有不同衍射角的平行光束組，每束平行光均為單色光成像物鏡組，將分光后的平行光束組聚焦至探測器的光敏面處進行分光譜成像；探測器，二維陣列探測器，采集光譜圖像數據。
2.根據權利要求1所述的準直物鏡，其特征在于經過準直物鏡準直后的光束可以是平行光、發散光或者會聚光。
3.根據權利要求1所述的成像物鏡組，其特征在于由球面反射鏡和柱面反射鏡組成。
4.根據權利要求1所述的光譜儀光路結構，其特征在于準直物鏡2到光柵3的距離為準直物鏡焦距的2倍，并且光柵3到成像物鏡組4的距離為成像物鏡組焦距的2倍。
5.根據權利要求1所述的光譜儀光路結構，其特征在于光學系統中的各個光學元件除狹縫外均采用全反射式光學元件，所有反射元件均鍍高反射率膜。
6.根據權利要求2所述的光譜儀光路結構，其特征在于，光譜儀通光孔徑優選10 150mm;光譜維瞬時視場角優選0.01° 2. 0°。
7.根據權利要求3所述的成像物鏡組，其特征在于引入柱面鏡消除成像光譜儀的像
全文摘要
一種柱面消像散光柵色散型成像光譜儀光路結構，包括狹縫(1)；準直物鏡(2)，將通過狹縫的光反射到光柵(3)上；光柵(3)，進行分光；成像物鏡組由球面反射鏡(4)和柱面反射鏡(5)組成，將分光后的光成像至探測器(6)的光敏面處進行分光譜成像。光譜儀采用全反射式光學元件，所有反射元件均鍍高反射率膜。該結構特點在于引入柱面鏡減小了光柵色散型成像光譜儀的弧矢面像散，極大的提高了光譜儀的光譜分辨力和成像分辨力。
文檔編號G01J3/44GK102183304SQ20111002314
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者倪國強, 劉健鵬, 吳雁, 唐義, 張止戈 申請人:北京理工大學