CN104792414A - 凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，包括：双狭缝组件、主反射镜、凸面光栅、成像物镜以及焦面探测器；其中，从前置的望远镜系统或者光纤出射远心系统出射的光以一定方向从双狭缝组件的入射狭缝进入；入射光经过主反射镜反射后，以会聚光束的形式入射到所述凸面光栅上，经过所述凸面光栅反射之后实现光谱分光，同时将会聚光束变成发散光束；最后由所述成像物镜成像；所述焦面探测器位于所述成像物镜的焦面上，采集在所述成像物镜上所形成的图像。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，特别涉及一种凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统。
背景技术
光谱仪系统是遥感光谱仪器的核心，特别是对光谱成像质量较高，且对连续谱成像的仪器中。传统的光谱仪结构形式主要有Czerny-Turner结构，Offner结构、交叉型Czerny-Turner结构、Rowland圆结构等等，这些结构对于波段范围较窄或者是光谱分辨率不高的系统能够很好的满足仪器设计指标要求。但是对于光谱范围较宽并且光谱分辨率较高的高光谱、超光谱系统而言，只能采用双色镜的形式，将光谱范围分成多段，再采用上述结构形式的系统结构复杂，体积庞大。
星载成像光谱仪、空基成像光谱仪和部分地基光谱仪一般对仪器的重量、体积等几何物理量要求较高，过大的体积和重量导致仪器的生产、制造、发射等成本成几何级数增加，尤其是星载光谱仪，对仪器的重量和体积要求更为严格。
到目前为止，大部分星载光谱仪尤其是高光谱和超光谱系统，为了满足其光谱范围的需要，其一般采用多通道的形式，即将光谱范围利用双色镜分成多个波段范围，每个波段范围再分别设计对应的光谱仪系统，最终成像在对应的探测器上。同时为了缩小系统外形尺寸，光路中一般增加平面反射镜反射，将光路进行折叠以缩小体积。该种结构形式能够满足仪器的指标要求，但是对于一些空间方向视场较小的仪器而言，CCD或者CMOS面阵探测器在空间维的利用率很低，只采用很少一部分的像元数。因此上述结构导致了仪器的体积和重量增加很多，一些资源较为紧张的卫星或者飞机以及地基上无法满足使用要求，并且该种结构研制成本高，装调麻烦。
发明内容
本发明的目的在于克服已有的光谱仪体积、重量较大，无法应用于空间资源较为紧张的场合的缺陷，从而提供一种体积小、重量轻，具有广泛适用范围的多光谱系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，包括：双狭缝组件、主反射镜、凸面光栅、成像物镜以及焦面探测器；其中，从前 置的望远镜系统或者光纤出射远心系统出射的光以一定方向从双狭缝组件的入射狭缝进入；入射光经过主反射镜反射后，以会聚光束的形式入射到所述凸面光栅上，经过所述凸面光栅反射之后实现光谱分光，同时将会聚光束变成发散光束；最后由所述成像物镜成像；所述焦面探测器位于所述成像物镜的焦面上，采集在所述成像物镜上所形成的图像。
上述技术方案中，所述双狭缝组采用左右和上下分离的双狭缝将不同波段的光引入。
上述技术方案中，所述双狭缝组包括第一入射狭缝和第二入射狭缝；其中，所述第一入射狭缝位于左上侧，所述第二入射狭缝位于右下侧。
上述技术方案中，所述双狭缝组中狭缝的宽度根据光谱分辨率加以调整。
上述技术方案中，所述主反射镜的表面镀有全波段的反射膜。
上述技术方案中，所述双狭缝组件、主反射镜、成像物镜以及焦面探测器的光轴与所述凸面光栅的光轴在一个平面内。
上述技术方案中，所述凸面光栅的刻线数根据线分辨率要求确定。
上述技术方案中，所述成像物镜为反射式光学系统。
上述技术方案中，所述成像物镜为球面反射式光学系统，或非球面光学系统，或者由球面、非球面组成的多反射式光学系统。
本发明的优点在于：
1、本发明的多光谱系统中的入射狭缝包括有两个狭缝，两个狭缝的位置可以由机械加工精确确定，通过调整两个狭缝的宽度可调整两个通道的分辨率；
2、本发明的多光谱系统将不同波段的光同时成像在一个探测器上的不同区域，可以充分提高面阵探测器的利用效率，降低对资源的要求；
3、本发明的多光谱系统中不同波段的光公用了一套光学系统、一个探测器，降低了仪器的研发成本，缩小了仪器的体积，减轻了重量，对于星载、空载和部分地基成像光谱仪有广泛的应用范围；
4、本系统所有系统均为反射式结构，系统中元件的调整与传统Offner结构一致，没有增加仪器的装调难度。
附图说明
图1是本发明的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统的结构示意图；
图2是本发明的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统中的双狭缝组的示意图；
图3是本发明的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统的传递函数曲线图；
图4是本发明的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统各个视场的弥散斑半径随波长变化曲线的示意图；
图5(a)是在一个实施例中，入射狭缝1-1各视场弥散斑半径随波长的变化曲线示意图；
图5(b)是在一个实施例中，入射狭缝1-2各视场弥散斑半径随波长的变化曲线示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
参考图1，本发明的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统包括：双狭缝组件1、主反射镜2、凸面光栅3、成像物镜4以及焦面探测器5；其中，从前置望远镜系统或者光纤出射远心系统出射的光以一定方向从双狭缝组件1的入射狭缝进入多光谱系统；入射光经过主反射镜2反射后，以会聚光束的形式入射到凸面光栅3上，经过凸面光栅3反射之后实现了光谱分光，同时将会聚光束变成了发散光束；最后由成像物镜4成像；所述焦面探测器5采集在成像物镜4上所形成的图像。
下面对本发明的多光谱系统中的各个部件做进一步的说明。
参考图2，双狭缝组1采用左右和上下分离的双狭缝将不同波段的光引入多光谱系统，它包括第一入射狭缝1-1和第二入射狭缝1-2；通过所述第一入射狭缝1-1入射的入射光覆盖一定的光谱范围，通过所述第二入射狭缝1-2入射的入射光覆盖另一光谱范围，两个入射狭缝的光谱范围覆盖仪器要求的全部光谱范围。所述双狭缝组1通过狭缝左右位置差异，保证不同波段范围的光在焦面探测器5上不发生重叠；通过上下位置的差异，保证光谱的连续性，并且保证不同波段的光能够成像在单个探测器上。由于入射狭缝的宽度决定了入射光的波长(频率)，而多光谱系统的入射光波长越长，光谱分辨率会越低，因此可根据需要调整双狭缝组1的两个入射狭缝的宽度，从而调整两个通道的分辨率。此外，双狭缝组1中的每个入射狭缝的波段范围和视场方向应与仪器要求一致；狭缝出射光的方向应与前置望远镜系统或者光纤出射远心系统的方向一致。
所述主反射镜2的表面镀有全波段的反射膜，其将从双狭缝组1的两个入射狭缝出射的光同时反射到凸面光栅3上。主反射镜2可采用普通的球面反射镜实现。
所述凸面光栅3的光轴为整个多光谱系统的光轴，双狭缝组件1、主反射镜2、成像物镜4以及焦面探测器5的光轴与凸面光栅2的光轴在一个平面内。凸面光栅3 的刻线数根据线分辨率要求确定，其表面的曲率根据系统基本参数和成像质量要求确定。
所述成像物镜4用于将凸面光栅3反射的光聚焦到焦面探测器5上，成像物镜4的曲率、倾斜和偏心根据系统的要求确定。成像物镜4是反射式光学系统，具体的说，可以是球面反射式光学系统，或非球面光学系统，或者由球面、非球面组成的多反射式光学系统。
所述焦面探测器5位于成像物镜4的焦面上，用于将双狭缝组1中两个入射狭缝出射的光同时获取，获得对应方向的光谱信息。所述焦面探测器5为面阵探测器，可采用如胶片、CCD器件、CMOS器件等实现。
在一个实施例中，参考图1，本发明的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统为一近紫外至近红外波段的多光谱系统，其具体指标为：
光谱范围：320nm～840nm；
光谱分辨率：0.4nm；
探测器：1024*1024CCD面阵(像元大小：13μm*13μm)；
单个入射狭缝长度：4.5mm。
该多光谱系统的具体指标参见表1，图3为该多光谱系统的传递函数曲线图，从图中可以看出，系统的传递函数能够满足CCD特征频率的要求；图4为该多光谱系统各个视场的弥散斑半径随波长变化曲线的示意图，从图中可以看出，光学系统各个视场的弥散斑半径小于CCD的像素大小；图5(a)为在一个实施例中，入射狭缝1-1各视场弥散斑半径随波长的变化曲线示意图；图5(b)为在一个实施例中，入射狭缝1-2各视场弥散斑半径随波长的变化曲线示意图。
表1
| 参量 | 参数值 |
| 入射狭缝 | |
| 入射狭缝宽度 | 4.5mm*0.05mm |
| 入射狭缝左右偏移 | ±1mm |
| 入射狭缝上下偏移 | ±4.49mm |
| 入射狭缝至反射镜2的距离 | 281.57mm |
| 反射镜2 | |
| 曲率半径 | -282.2 |
| 偏心 | 60mm |
| 口径 | Φ110 |
| 倾斜 | 0 |
| 至凸面光栅3的距离 | -138.56 |
| 凸面光栅 | |
| 曲率半径 | -143.58 |
| 刻线数 | 240g/mm |
| 至成像物镜4的距离 | 120.16mm |
| 口径 | Φ50 |
| 偏心 | 0 |
| 倾斜 | 0 |
| 成像物镜 | |
| 曲率半径 | -263 |
| 偏心 | -75 |
| 倾斜 | -1° |
| 至像面的距离 | 264.4mm |
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，其特征在于，包括：双狭缝组件(1)、主反射镜(2)、凸面光栅(3)、成像物镜(4)以及焦面探测器(5)；其中，从前置的望远镜系统或者光纤出射远心系统出射的光以一定方向从双狭缝组件(1)的入射狭缝进入；入射光经过主反射镜(2)反射后，以会聚光束的形式入射到所述凸面光栅(3)上，经过所述凸面光栅(3)反射之后实现光谱分光，同时将会聚光束变成发散光束；最后由所述成像物镜(4)成像；所述焦面探测器(5)位于所述成像物镜(4)的焦面上，采集在所述成像物镜(4)上所形成的图像。
2.根据权利要求1所述的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，其特征在于，所述双狭缝组(1)采用左右和上下分离的双狭缝将不同波段的光引入。
3.根据权利要求2所述的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，其特征在于，所述双狭缝组(1)包括第一入射狭缝(1-1)和第二入射狭缝(1-2)；其中，所述第一入射狭缝(1-1)位于左上侧，所述第二入射狭缝(1-2)位于右下侧。
4.根据权利要求2所述的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，其特征在于，所述双狭缝组(1)中狭缝的宽度根据光谱分辨率加以调整。
5.根据权利要求1所述的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，其特征在于，所述主反射镜(2)的表面镀有全波段的反射膜。
6.根据权利要求1所述的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，其特征在于，所述双狭缝组件(1)、主反射镜(2)、成像物镜(4)以及焦面探测器(5)的光轴与所述凸面光栅(2)的光轴在一个平面内。
7.根据权利要求1所述的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，其特征在于，所述凸面光栅(3)的刻线数根据线分辨率要求确定。
8.根据权利要求1所述的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，其特征在于，所述成像物镜(4)为反射式光学系统。
9.根据权利要求8所述的凸面光栅Offner结构双狭缝多光谱系统，其特征在于，所述成像物镜(4)为球面反射式光学系统，或非球面光学系统，或者由球面、非球面组成的多反射式光学系统。
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|---|---|
| CN (1) | CN104792414A (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106525237A (zh) * | 2016-10-24 | 2017-03-22 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种交叉车尼尔特纳结构多狭缝多光谱系统 |
| CN107144350A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-09-08 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种双入射狭缝高分辨率成像光谱系统 |
| CN107941336A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-04-20 | 钢研纳克检测技术股份有限公司 | 一种双狭缝切换的二维高分辨率光谱仪光学系统 |
| CN108106729A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-06-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种双光栅共ccd光谱仪 |
| CN108827469A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-16 | 长春理工大学 | DMD空间维编码对称Offner色散双色红外光谱成像装置 |
| CN108896483A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-11-27 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光谱探测系统 |
| CN108981914A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-12-11 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | Offner双路结构成像光谱仪及方法 |
| CN109239916A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-01-18 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 基于施密特望远镜和奥夫纳分光的高光谱成像仪光学系统 |
| CN109724931A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-05-07 | 台州市维谱智能科技有限公司 | 一种实时校准的光谱传感系统及其光谱处理方法 |
| CN113108906A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-07-13 | 苏州大学 | 一种高数值孔径成像光谱仪及其成像方法 |
| CN113804631A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-17 | 中国科学院国家空间科学中心 | 光谱信息取获的监视系统 |
-
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106525237A (zh) * | 2016-10-24 | 2017-03-22 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种交叉车尼尔特纳结构多狭缝多光谱系统 |
| CN107144350A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-09-08 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种双入射狭缝高分辨率成像光谱系统 |
| CN107941336A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-04-20 | 钢研纳克检测技术股份有限公司 | 一种双狭缝切换的二维高分辨率光谱仪光学系统 |
| CN108106729A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-06-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种双光栅共ccd光谱仪 |
| CN108981914A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-12-11 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | Offner双路结构成像光谱仪及方法 |
| CN108827469A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-16 | 长春理工大学 | DMD空间维编码对称Offner色散双色红外光谱成像装置 |
| CN108896483A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-11-27 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光谱探测系统 |
| CN109239916A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-01-18 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 基于施密特望远镜和奥夫纳分光的高光谱成像仪光学系统 |
| CN109239916B (zh) * | 2018-10-10 | 2023-09-12 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 基于施密特望远镜和奥夫纳分光的高光谱成像仪光学系统 |
| CN109724931A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-05-07 | 台州市维谱智能科技有限公司 | 一种实时校准的光谱传感系统及其光谱处理方法 |
| CN109724931B (zh) * | 2019-03-06 | 2023-04-07 | 台州市维谱智能科技有限公司 | 一种实时校准的光谱传感系统及其光谱处理方法 |
| CN113108906A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-07-13 | 苏州大学 | 一种高数值孔径成像光谱仪及其成像方法 |
| CN113804631A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-17 | 中国科学院国家空间科学中心 | 光谱信息取获的监视系统 |
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