CN112763065A - 三支路大视场pgp成像光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三支路大视场PGP成像光谱仪，涉及成像光谱技术领域，解决现有PGP成像光谱仪狭缝长度小，不能适应大范围的光谱探测的问题。该高光谱相机包括前置望远镜组，狭缝，折转镜组，准直镜组，棱镜‑光栅‑棱镜(PGP,Prism Grating Prism)分光元件组，聚焦镜组，相机和镜筒。携带目标信息的复色光经过前置望远镜组会聚和狭缝选通后再被折转镜组分为三部分，分别进入三个分光支路，最终在相机上得到目标的光谱；光线在分光元件上入射角度的不同会引起光谱弯曲，从而影响光谱探测的精度，且光谱弯曲的大小与狭缝长度正相关。本发明通过三分狭缝的方式减小了每个相机上的光谱弯曲，从而减小了光谱弯曲对狭缝长度的制约，增大了PGP成像光谱仪的视场。
Description
技术领域
本发明涉及成像光谱技术领域，具体涉及一种三支路大视场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，而光谱弯曲反过来制约了PGP光谱仪的狭缝长度，导致PGP光谱仪的狭缝长度普遍较小，不能适应大范围的光谱探测。
发明内容
本发明为解决现有PGP成像光谱仪视场小、光谱弯曲大以及PGP光谱仪的狭缝长度普遍较小，不能适应大范围的光谱探测的问题，提供一种三支路大视场PGP成像光谱仪。三支路大视场PGP成像光谱仪，包括前置望远镜组，狭缝，折转镜组，准直镜组，PGP分光元件组，聚焦镜组，相机和镜筒；所述折转镜组包括折转镜a，折转镜b，折转镜c和折转镜d；所述狭缝位于所述前置望远镜组的焦点处，入射光经过狭缝后被折转镜组中的折转镜a和折转镜b分成三部分，分别进入上中下三个支路；
在每个支路中，入射的复色光均通过准直镜组中的准直镜准直为平行光后进入PGP分光元件组中对应的PGP分光元件，PGP分光元件将对应支路中的复色光分散为按波长顺序排布的多束单色光，单色光再经过聚焦镜组中对应的聚焦镜会聚至相机上。
本发明的有益效果：
本发明通过三等分狭缝长度的方式，缩小了每个支路的狭缝长度，来减小相机上的光谱弯曲，从而降低了光谱弯曲对狭缝长度的制约，增大了PGP成像光谱仪的总体视场。
本发明每个分光支路的光学参数相同，具有相同的空间分辨率和光谱分辨率，并且折转镜的安装位置使三个相机之间存在搭接像元，因此，三个相机获得的数据可以处理为同一图像。
本发明总体视场的光谱数据立方体由三个相机分别输出，降低了每个相机的数据传输压力，有助于光谱数据立方体的高帧频输出。
本发明保留了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。具有覆盖范围广、光能利用率高、光轴线性方便装调的特点。
附图说明
图1为本发明三支路大视场PGP成像光谱仪的结构示意图示意图。
图2为本发明三支路大视场PGP成像光谱仪的狭缝和转折镜部分的局部放大图。
图3为本发明三支路大视场PGP成像光谱仪的光路图。
具体实施方式
结合图1至图3说明本实施方式，三支路大视场PGP成像光谱仪，包括前置望远镜组1，狭缝2，折转镜组3，准直镜组4，PGP分光元件组5，聚焦镜组6，相机7和镜筒8。所述折转镜组3包括折转镜a 32，折转镜b 33，折转镜c 31和折转镜d 34，所述狭缝2位于所述前置望远镜组1的焦点处，选择部分目标进行分光和成像。入射光经过狭缝2后被折转镜a 32和折转镜b 33分成三部分，分别进入上中下三个支路。
在所述的每个支路中，准直镜组4将入射的复色光准直为平行光，然后再进入PGP分光元件组5，PGP分光元件组5将复色光分散为按波长顺序排布的多束单色光，单色光再经过聚焦镜组6会聚至相机7上。
本实施方式中，所述的单色光的排布方向为垂直纸面方向；所述折转镜a 32和折转镜b 33将狭缝2的长度分为三等份，通过缩小每个支路的狭缝长度，来减小每个支路在各自相机7上的光谱弯曲，从而减小光谱弯曲对光谱仪视场的影响，在该实施例中，狭缝2长度为22mm，每个支路承担的狭缝长度不足7.5mm，相机7在400-800nm光谱范围内的谱线弯曲均小于8μm。
所述折转镜a 32和折转镜b 33在光轴方向与狭缝2间隔约0.5mm，使得折转镜a 32和折转镜b 33在靠近狭缝中心的一侧只将光束的部分光线折转，其他光线继续向前传播进入中间支路，如图2所示，从而使得相机72与相机71有搭接视场T1-T3、相机72与相机73有搭接视场T4-T6，方便三个相机的图像拼合。
本实施方式中，三个相机的图像拼合实现了三个支路视场的拼接，增大了PGP成像光谱仪的总体视场。所述折转镜a 32和折转镜b 33通过支架与狭缝2面板相连，折转镜c 31和折转镜d 34通过支架与镜筒8相连，保证了光路折转的稳定性；所述折转镜a 32和折转镜b 33在靠近光轴9的边缘经过倒角处理，如图2所示，能够尽可能小的减小对光线的遮挡。
本实施方式中，所述的PGP分光元件组5均采用相同参数的棱镜-光栅-棱镜，色散能力相同，且方便加工。所述棱镜-光栅-棱镜选用合适的参数组合，使632.8nm的光直线通过，方便成像光谱仪的光路装调。在该实施例中，光栅刻线数为225lp/mm，两个棱镜的顶角均为7.89°。
本实施方式中，所述准直镜组4内的准直镜41、准直镜42和准直镜43的焦距、相对口径相同，所述的聚焦镜组6内的聚焦镜61、聚焦镜62和聚焦镜63的焦距、相对口径相同，在该实施例中，所有准直镜和聚焦镜的焦距均为103mm，相对口径均为1/4，这使得相机71、相机72和相机73上的空间分辨率和光谱分辨率均相同。
本实施方式中，所述上支路准直镜41和下支路准直镜43的结构参数相同，聚焦镜61、聚焦镜62和聚焦镜63的结构参数相同，如图3所示，方便加工和组装。
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 (8)
1.三支路大视场PGP成像光谱仪，其特征是：包括前置望远镜组(1)，狭缝(2)，折转镜组，准直镜组(4)，PGP分光元件组(5)，聚焦镜组(6)，相机(7)和镜筒(8)；所述折转镜组包括折转镜a(32)，折转镜b(33)，折转镜c(31)和折转镜d(34)；
所述狭缝(2)位于所述前置望远镜组(1)的焦点处，入射光经过狭缝(2)后被折转镜组中的折转镜a(32)和折转镜b(33)分成三部分，分别进入上中下三个支路；
在每个支路中，入射的复色光均通过准直镜组(4)中的准直镜准直为平行光后进入PGP分光元件组(5)中对应的PGP分光元件，PGP分光元件将对应支路中的复色光分散为按波长顺序排布的多束单色光，单色光再经过聚焦镜组(6)中对应的聚焦镜会聚至对应的相机上。
2.根据权利要求1所述的三支路大视场PGP成像光谱仪，其特征在于：所述单色光的排布方向为垂直纸面方向。
3.根据权利要求1所述的三支路大视场PGP成像光谱仪，其特征在于：所述折转镜a(32)和折转镜b(33)将狭缝(2)的长度分为三等份，所述折转镜a(32)和折转镜b(33)在光轴方向与狭缝(2)间隔一定的距离，使得折转镜a(32)和折转镜b(33)在靠近狭缝(2)中心的一侧只将光束的部分光线折转，其他光线继续向前传播进入中间支路，使三个支路之间有搭接视场，通过三个相机的图像拼合，实现三个支路视场的拼接。
4.根据权利要求1所述的三支路大视场PGP成像光谱仪，其特征在于：所述折转镜a(32)和折转镜b(33)在靠近狭缝(2)中心的边缘处进行倒角处理。
5.根据权利要求1所述的三支路大视场PGP成像光谱仪，其特征在于：所述折转镜a(32)和折转镜b(33)通过支架与狭缝面板相连，折转镜c(31)和折转镜d(34)通过支架与镜筒(8)连接。
6.根据权利要求1所述的三支路大视场PGP成像光谱仪，其特征在于：所述PGP分光元件组(5)均采用相同参数的棱镜-光栅-棱镜。
7.根据权利要求1所述的三支路大视场PGP成像光谱仪，其特征在于：所述准直镜组(4)内所有的准直镜的焦距相同，相对口径相同，所述聚焦镜组(6)内所有的聚焦镜的焦距相同，相对口径相同。
8.根据权利要求1所述的三支路大视场PGP成像光谱仪，其特征在于：三个支路中，上支路中的准直镜和下支路的准直镜的结构参数相同，每个支路中的聚焦镜的结构参数均相同。
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