CN115655467A - 一种成像光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明的成像光谱仪，包括沿光轴依次设置的第一凹面透射镜(1)、第一胶合镜(2)、楔形光栅(3)、第二胶合镜(4)、第二透射镜(5)和探测器(6)，光源经所述第一凹面透射镜(1)入射进入所述第一胶合镜(2)，再经所述第一胶合镜(2)准直后进入所述楔形光栅(3)，经所述楔形光栅(3)衍射后再照射到所述第二胶合镜(4)上，并所述第二透射镜(5)会聚在所述探测器(6)表面，本申请提供的成像光谱仪系统在适用于400nm～1750nm的宽光谱条件下，具有结构设计简单、尺寸紧凑，共轴系统容易装调等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种成像光谱仪。
背景技术
成像光谱仪作为一种光学遥感器，不仅可以获得待测目标的空间信息同时也可获得光谱信息。成像光谱仪通过自身分光元件，对入射其系统中的复色光进行区分。由于待测目标对不同波长的反射或发射的能量不同，因此可以获得待测目标的光谱信息及空间信息。近年来成像光谱仪在大气、陆地、海洋等领域中广泛应用，例如空间大气探测、地球水域污染探测、地质观测、地球环境状态监测、农作物损伤检测等。
成像光谱仪可利用不同谱段对目标进行监测，通过待测目标反射或发射的辐射强度信息从而得到目标的物理或化学等特性。随着探测目标种类及范围越来越广泛，宽光谱成像光谱仪的应用需求与之剧增。在航空，航天对地探测等领域中不仅对成像光谱仪适用的光谱范围需求提高，同时要求成像光谱仪的体积、重量满足小型化、轻量化要求，以减轻搭载平台所受负载。目前已存在的适用于宽光谱的成像光谱仪均存在结构尺寸大，系统复杂、装调困难等缺点。例如专利“一种宽光谱offner成像光谱仪分光系统”(公开号103604498A)，该光谱仪系统采用offner结构，凸面反射光栅进行分光，系统采用反射式结构因此无色差影响，光谱范围为270nm～1300nm。但系统尺寸过大不够紧凑化。专利“一种宽光谱高分辨光谱仪”(公开号213274576U)，该光谱仪采用分时光谱切分组件，其可实现时域上切分光谱分别通过不同准直系统成像在探测器表面。但该光谱仪结构复杂所需滤光片数量过多，不满足系统简单化需求。
因此研制适用光谱范围较宽、小型化、结构简单的成像光谱仪具有十分重要的意义。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种成像光谱仪，以解决传统反射式成像光谱仪存在的适用光谱较窄、结构尺寸大，系统装调复杂等问题。
为解决上述技术问题，本申请采用下述技术方案：
本申请提供了一种成像光谱仪，包括沿光轴依次设置的第一凹面透射镜(1)、第一胶合镜(2)、楔形光栅(3)、第二胶合镜(4)、第二透射镜(5)和探测器(6)，其中：
光源经所述第一凹面透射镜(1)入射进入所述第一胶合镜(2)，再经所述第一胶合镜(2)(1)准直后进入所述楔形光栅(3)，经所述楔形光栅(3)衍射后再照射到所述第二胶合镜(4)上，再经过所述第二透射镜(5)会聚在所述探测器(6)表面。
在其中一些实施例中，所述凹面透射镜(1)的曲率半径为8.4mm，镜片厚度为2mm；所述凹面透射镜(1)到所述第一胶合镜(2)的光入射表面间距离为26.1mm。
在其中一些实施例中，所述第一胶合镜(2)的前表面的曲率半径为+24.6mm、中间表面的曲率半径为+14.1mm、后表面的曲率半径为-23.6mm；所述前表面到中间表面的间距离为6.2mm，所述中间表面到所述后表面的间距离为5.9mm。
在其中一些实施例中，所述楔形光栅(3)刻线数为100/mm，光栅厚度2mm，光栅后表面倾斜5°。
在其中一些实施例中，所述第二胶合镜(4)的前表面的曲率半径为20.3mm、中间表面的曲率半径为-11.3mm、后表面的曲率半径为-22.9mm；所述前表面到中间表面的间距离为5.4mm，所述中间表面到所述后表面的间距离为5.7mm。
在其中一些实施例中，所述第二胶合镜(4)到所述第二透射镜(5)间距离为2mm。
在其中一些实施例中，所述第二透射镜(5)的前表面的曲率半径为8.8mm、后表面的曲率半径为5.8mm；所述第二透射镜(5)中心厚度为5.4mm。
在其中一些实施例中，所述第二透射镜(5)到所述探测器(6)表面距离为18.6mm。
在其中一些实施例中，所述探测器(6)取+1级光谱。
本发明的成像光谱仪，相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明的成像光谱仪，包括沿光轴依次设置的第一凹面透射镜(1)、第一胶合镜(2)、楔形光栅(3)、第二胶合镜(4)、第二透射镜(5)和探测器(6)，光源经所述第一凹面透射镜(1)入射进入所述第一胶合镜(2)，再经所述第一胶合镜(2)准直后进入所述楔形光栅(3)，经所述楔形光栅(3)衍射后再照射到所述第二胶合镜(4)上，再经过所述第二透射镜(5)会聚在所述探测器(6)表面，本申请提供的成像光谱仪系统在适用于400nm～1750nm的宽光谱条件下，具有结构设计简单、尺寸紧凑，共轴系统容易装调等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例1提供的成像光谱仪的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本申请实施例提供了一种成像光谱仪，包括沿光轴依次设置的第一凹面透射镜(1)、第一胶合镜(2)、楔形光栅(3)、第二胶合镜(4)、第二透射镜(5)和探测器(6)，以下详细说明各个部件的实现方式。
在其中一些实施例中，所述凹面透射镜(1)的曲率半径为8.4mm，镜片厚度为2mm；所述凹面透射镜(1)到所述第一胶合镜(2)的光入射表面间距离为26.1mm。在其中一些实施例中，所述第一胶合镜(2)的前表面(21)的曲率半径为+24.6mm、中间表面(22)的曲率半径为+14.1mm、后表面(23)的曲率半径为-23.6mm；所述前表面到中间表面的间距离为6.2mm，所述中间表面到所述后表面的间距离为5.9mm。所述第一胶合镜(2)曲率半径组合为正-正-负组合，两片透镜存在光焦度，有利于校正系统像差并消除系统色差。
在其中一些实施例中，所述楔形光栅(3)刻线数为100/mm，光栅厚度2mm，光栅后表面倾斜5°。所述光栅表面倾斜5°是为保证中心入射光线与光轴重合，从而实现共轴式透射式光学系统，便于后期装调。
在其中一些实施例中，所述第二胶合镜(4)的前表面(41)的曲率半径为20.3mm、中间表面(42)的曲率半径为-11.3mm、后表面(43)的曲率半径为-22.9mm；所述前表面(41)到中间表面(42)的间距离为5.4mm，所述中间表面(42)到所述后表面(43)的间距离为5.7mm。所述第二胶合镜(4)曲率半径组合为正-负-负组合，两片透镜存在光焦度，有利于校正系统像差并消除系统色差。
在其中一些实施例中，所述第二胶合镜(4)到所述第二透射镜(5)间距离为2mm。
在其中一些实施例中，所述第二透射镜(5)的前表面(51)的曲率半径为8.8mm、后表面(52)的曲率半径为5.8mm；所述第二透射镜(5)中心厚度为5.4mm。所述第二透镜(5)为弯月透镜可有效校正系统球差，提高像面成像质量。
在其中一些实施例中，所述第二透射镜(5)到所述探测器(6)表面距离为18.6mm。
在其中一些实施例中，所述探测器(6)取+1级光谱。
本申请上述实施例提供的成像光谱仪，光源经所述第一凹面透射镜(1)入射进入所述第一胶合镜(2)，再经所述第一胶合镜(2)准直后进入所述楔形光栅(3)，经所述楔形光栅(3)衍射后再照射到所述第二胶合镜(4)上，再经过所述第二透射镜(5)会聚在所述探测器(6)表面。
本申请上述实施例提供的成像光谱仪，该分光系统焦距EFL＝9.4505mm，系统总长L＝85mm。本发明的透射式光谱仪系统可在400～1750nm波段实现高质量成像，点列图均方根＜8μm，MTF最小值大于0.5@35LP/mm，此成像光谱仪系统在适用于宽光谱分光条件下具有结构设计简单、尺寸紧凑，共轴系统容易装调等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种成像光谱仪，其特征在于，包括沿光轴依次设置的第一凹面透射镜(1)、第一胶合镜(2)、楔形光栅(3)、第二胶合镜(4)、第二透射镜(5)和探测器(6)，其中：
光源经所述第一凹面透射镜(1)入射进入所述第一胶合镜(2)，再经所述第一胶合镜(2)准直后进入所述楔形光栅(3)，经所述楔形光栅(3)衍射后再照射到所述第二胶合镜(4)上，并所述第二透射镜(5)会聚在所述探测器(6)表面。
2.如权利要求1所述的成像光谱仪，其特征在于，所述凹面透射镜(1)的曲率半径为8.4mm，镜片厚度为2mm；所述凹面透射镜(1)到所述第一胶合镜(2)的光入射表面间距离为26.1mm。
3.如权利要求1所述的成像光谱仪，其特征在于，所述第一胶合镜(2)的前表面的曲率半径为+24.6mm、中间表面的曲率半径为+14.1mm、后表面的曲率半径为-23.6mm；所述前表面到中间表面的间距离为6.2mm，所述中间表面到所述后表面的间距离为5.9mm。
4.如权利要求1所述的成像光谱仪，其特征在于，所述楔形光栅(3)刻线数为100/mm，光栅厚度2mm，光栅后表面倾斜5°。
5.如权利要求1所述的成像光谱仪，其特征在于，所述第二胶合镜(4)的前表面的曲率半径为20.3mm、中间表面的曲率半径为-11.3mm、后表面的曲率半径为-22.9mm；所述前表面到中间表面的间距离为5.4mm，所述中间表面到所述后表面的间距离为5.7mm。
6.如权利要求1所述的成像光谱仪，其特征在于，所述第二胶合镜(4)到所述第二透射镜(5)间距离为2mm。
7.如权利要求1所述的成像光谱仪，其特征在于，所述第二透射镜(5)的前表面的曲率半径为8.8mm、后表面的曲率半径为5.8mm；所述第二透射镜(5)中心厚度为5.4mm。
8.如权利要求1所述的成像光谱仪，其特征在于，所述第二透射镜(5)到所述探测器(6)表面距离为18.6mm。
9.如权利要求1所述的成像光谱仪，其特征在于，所述探测器(6)取+1级光谱。
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