CN112747824A - 紧凑型双支路pgp成像光谱仪 - Google Patents
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Abstract
紧凑型双支路PGP成像光谱仪，涉及成像光谱技术领域，解决现有PGP成像光谱仪光轴方向尺寸过大的问题。包括狭缝，折转镜组，聚焦镜a，聚焦镜b，折转镜c，折转镜d，相机和镜筒。入射的复色光经过狭缝后被折转镜分成上下两个支路；两个支路的复色光线经准直镜准直为平行光后被同一个PGP分光元件分为单色光，单色光经聚焦镜会聚在相机上，从而得到目标的光谱。本发明通过二等分狭缝的方式减小每个支路准直镜的准直压力，使得准直镜和聚焦镜的焦距下降，从而减小PGP光谱仪的轴向长度；同时，通过双支路共用PGP和相机减小两个支路的轴间距离，使成像光谱仪更加紧凑。本发明能够大幅缩小PGP成像光谱仪在光轴方向的长度，且具有衍射效率高、光轴直视的特点。
Description
技术领域
本发明涉及成像光谱技术领域，具体涉及一种紧凑型双支路PGP成像光谱仪。
背景技术
光谱成像技术以物质的光谱分析理论为基础，将光谱和成像技术相结合，获得地物的空间信息、辐射信息和几十或几百个波段的连续光谱信息。高光谱成像光谱仪以光谱成像技术为基础，实现了对目标特性的综合探测感知与识别，极大地扩展了遥感探测技术的目标识别、监测能力，被广泛应用于资源探测、环境监测、刑事鉴定等各种领域。
PGP光谱仪是一种新型的成像光谱仪，它继承了光栅光谱仪光谱分辨力强、色散线性的特点，又有衍射效率高的优点，因此，PGP光谱仪在光谱探测领域广受欢迎。同时，通过调节棱镜角度和光栅参数，能够使某一波长的光在分光前后保持直视，极大的减少装调周期。
但是PGP光谱仪同样存在一定的局限性，与PG光谱仪相比，其光谱弯曲严重，而光谱弯曲增加了PGP光谱仪准直镜的准直压力，PGP光谱仪的光轴方向的尺寸过长，安装与使用时有些许的不便。
发明内容
本发明为解决现有PGP光谱仪的光轴方向的尺寸过长，安装与使用时存在不方便等问题，提供一种紧凑型双支路PGP成像光谱仪。
紧凑型双支路PGP成像光谱仪，包括狭缝、折转镜a、折转镜b、准直镜a、准直镜b、PGP、聚焦镜a、聚焦镜b、折转镜c、折转镜d、相机和镜筒；入射的复色光经过狭缝后被折转镜a分成两路支路；
进入上支路的复色光经准直镜a准直为平行光后被PGP分为按波长顺序排布的多束单色光，所述多束单色光经聚焦镜a、折转镜c和折转镜d后会聚在相机上，获得狭缝上半部分对应目标的光谱；
进入下支路的复色光经准直镜b准直为平行光后被PGP分为按波长顺序排布的多束单色光，多束单色光经聚焦镜b会聚在相机上，获得狭缝下半部分对应目标的光谱。
本发明具有以下有益效果：本发明所述的PGP成像光谱仪解决了现有的PGP成像光谱仪光轴方向尺寸过长的问题，具有结构紧凑、光能利用率高、光轴线性方便装调的特点。
本发明所述的PGP成像光谱仪质量轻小体积紧凑，二等分的狭缝长度减小了每个支路光线准直的压力，进而减小准直镜和聚焦镜的焦距，大幅缩小了成像光谱仪在光轴方向的长度，同时共用PGP元件和相机进一步减小了成像光谱仪的体积和重量。
本发明所述的PGP成像光谱仪保留了PGP成像光谱仪衍射效率高、光谱线性、光轴直视性的特点，为仪器的装调和后期使用提供了便利。
附图说明
图1为本发明所述的紧凑型双支路PGP成像光谱仪的结构示意图。
图2为本发明实施例中相机上的谱线弯曲大小随准直镜焦距的变化情况。
具体实施方式
结合图1和图2说明本实施方式，紧凑型双支路PGP成像光谱仪，包括狭缝1，折转镜a2，折转镜b3，准直镜a4，准直镜b5，棱镜-光栅-棱镜(PGP)6，聚焦镜a7，聚焦镜b8，折转镜c9，折转镜d10，相机11和镜筒12。入射的复色光经过狭缝1后被折转镜2分成两部分，分别进入上下两个支路。
所述的进入上支路的复色光经准直镜a4准直为平行光后被PGP 6分为按波长顺序排布的多束单色光，不同颜色的单色光经聚焦镜a7会聚在相机11上，得到狭缝上半部分对应目标的光谱；
所述的进入下支路的复色光经准直镜b5准直为平行光后被PGP 6分为按波长顺序排布的多束单色光，不同颜色的单色光经聚焦镜b8会聚在相机11上，得到狭缝下半部分对应目标的光谱；
所述的PGP 6选用合适的棱镜和光栅组合，使632.8nm的光沿光轴通过PGP6时保持直视，方便光路装调。在该实施例中，光栅刻线数为200lp/mm，两个棱镜的顶角均为7.02°；
所述的折转镜a 2将狭缝1的长度分为两等份，通过缩小每个支路的狭缝长度，来减小各支路的准直压力。在该实施例中，狭缝总长度为12mm，准直镜和聚焦镜的焦距采用1:1设计，图2给出了PGP分光元件的固有谱线弯曲随准直镜焦距的变化情况：在后期图像处理所能承受的相同谱线弯曲下，双支路的准直镜焦距约为单支路的准直镜焦距的1/4。准直镜焦距和聚焦镜焦距的大幅下降能极大地缩小成像光谱仪在光轴方向的长度。
本实施方式中，所述折转镜a2、折转镜b3均为平面反射镜，通过调整折转镜a2和折转镜b3的角度组合使上支路的光轴与下支路的光轴保持平行，优化了双支路成像光谱仪的布局，减小了空间占用。
本实施方式中，所述PGP6为上支路和下支路共用，其降低了加工成本、减小了上下两个支路的光轴间距，使该成像光谱仪更加紧凑；所述相机11为上支路和下支路共用，进一步减小了该成像光谱仪的尺寸和重量。上支路和下支路的光线分别使用PGP 6和相机11的不同部分，不会发生光谱混叠；
本实施方式中，所述的折转镜a2的下边缘和狭缝1在光轴方向间隔1.5mm，经过折转镜a2反射的光束不会被狭缝1的面板遮挡。所述折转镜c9和折转镜d10均为平面镜，负责改变聚焦镜a 7的光路方向；所述折转镜c9和折转镜d10均通过修整垫与镜筒12相连，装调时通过调整两个修整垫的厚度确保聚焦镜a7和聚焦镜b8的焦面完全重合。
本实施方式所述的准直镜a4、准直镜b5、聚焦镜a7，聚焦镜b8的光学参数相同，使得上半部分狭缝和下半部分狭缝在相机11上的成像情况相同。准直镜a4和聚焦镜a7的结构参数相同，方便加工和装调；准直镜b5和聚焦镜b8的结构参数相同，方便加工和装调。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.紧凑型双支路PGP成像光谱仪，包括狭缝、折转镜a、折转镜b、准直镜a、准直镜b、PGP、聚焦镜a、聚焦镜b、折转镜c、折转镜d、相机和镜筒；其特征是：入射的复色光经过狭缝后被折转镜a分成两路支路；
进入上支路的复色光经准直镜a准直为平行光后被PGP分为按波长顺序排布的多束单色光，所述多束单色光经聚焦镜a、折转镜c和折转镜d后会聚在相机上，获得狭缝上半部分对应目标的光谱；
进入下支路的复色光经准直镜b准直为平行光后被PGP分为按波长顺序排布的多束单色光，多束单色光经聚焦镜b会聚在相机上，获得狭缝下半部分对应目标的光谱。
2.根据权利要求1所述的紧凑型双支路PGP成像光谱仪，其特征在于：所述折转镜a和折转镜b均为平面反射镜，通过调整折转镜a和折转镜b的角度组合使上支路的光轴与下支路的光轴保持平行。
3.根据权利要求1所述的紧凑型双支路PGP成像光谱仪，其特征在于：所述PGP为上支路和下支路共用，所述上支路和下支路的光线分别使用PGP和相机的不同部分，上支路和下支路的光线不发生光谱混叠。
4.根据权利要求1所述的紧凑型双支路PGP成像光谱仪，其特征在于：所述折转镜a的下边缘和狭缝在光轴方向间隔一定的距离，经过折转镜a反射的光束不会被狭缝的面板遮挡。
5.根据权利要求1所述的紧凑型双支路PGP成像光谱仪，其特征在于：所述折转镜c和折转镜d均为平面镜，用于改变经聚焦镜a出射的光路方向。
6.根据权利要求1所述的紧凑型双支路PGP成像光谱仪，其特征在于：所述折转镜c和折转镜d均通过修整垫与镜筒连接，装调时通过调整两个修整垫的厚度确定聚焦镜a和聚焦镜b的焦面完全重合。
7.根据权利要求1所述的紧凑型双支路PGP成像光谱仪，其特征在于：所述准直镜a和准直镜b的光学参数相同，聚焦镜a和聚焦镜b的光学参数相同，使得上半部分狭缝和下半部分狭缝在相机上的成像情况相同。
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