RU2567448C1 - Mirror spectrometer - Google Patents
Mirror spectrometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2567448C1 RU2567448C1 RU2014131327/28A RU2014131327A RU2567448C1 RU 2567448 C1 RU2567448 C1 RU 2567448C1 RU 2014131327/28 A RU2014131327/28 A RU 2014131327/28A RU 2014131327 A RU2014131327 A RU 2014131327A RU 2567448 C1 RU2567448 C1 RU 2567448C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- spectrometer
- entrance slit
- diffraction grating
- optical axis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в наземных, авиационных и космических видеоспектрометрах.The invention relates to optical instrumentation and can be used in terrestrial, aviation and space video spectrometers.
Известны проекционные системы с единичным увеличением, например, изображающая система Оффнера с увеличением 1×, описанная в патенте США №3748015, МПК G02B17/00, G02B 17/06, опубликованном 24.06.1973. Она состоит из вогнутого и выпуклого сферических зеркал, установленных таким образом, что центры кривизны отражающих поверхностей находятся в одной точке. Оба зеркала расположены так, чтобы организовать две внеосевые области, оптически сопряженные друг с другом с единичным увеличением и находящиеся в плоскости, содержащей общий центр кривизны зеркал. Оптической осью системы является ось, перпендикулярная к данной плоскости и проходящая через указанную точку (общий центр кривизны зеркал). Предмет расположен вне оптической оси в плоскости, ей перпендикулярной и проходящей через общий центр кривизны зеркал. Излучение от предмета проходит через зеркала, последовательно отражаясь от первого вогнутого сферического зеркала, от второго выпуклого сферического зеркала, снова от первого вогнутого сферического зеркала и фокусируется в некоторой области, расположенной в той же самой плоскости, перпендикулярной оптической оси и проходящей через общий центр кривизны зеркал, в которой расположен предмет, но с противоположной от него стороны относительно оптической оси. Тем самым оптическая система формирует внеосевое изображение предмета, имеющее единичное увеличение. Полученная в результате оптическая система свободна от сферической аберрации, комы и дисторсии, имеет дифракционное качество изображения при средних апертурах и угловых полях, но не позволяет получать разложенное в спектр изображение предмета.Known projection systems with a unit magnification, for example, depicting an Offner system with a magnification of 1 × , are described in US patent No. 3748015, IPC G02B17 / 00, G02B 17/06, published on 06.24.1973. It consists of concave and convex spherical mirrors mounted in such a way that the centers of curvature of the reflecting surfaces are at one point. Both mirrors are arranged so as to organize two off-axis areas optically conjugated to each other with a unit magnification and located in a plane containing a common center of curvature of the mirrors. The optical axis of the system is the axis perpendicular to this plane and passing through the specified point (the common center of curvature of the mirrors). The object is located outside the optical axis in a plane perpendicular to it and passing through the common center of curvature of the mirrors. The radiation from the object passes through the mirrors, successively reflecting from the first concave spherical mirror, from the second convex spherical mirror, again from the first concave spherical mirror and focuses in a certain area located in the same plane perpendicular to the optical axis and passing through the common center of curvature of the mirrors , in which the object is located, but on the opposite side from it relative to the optical axis. Thus, the optical system forms an off-axis image of an object having a unit magnification. The resulting optical system is free from spherical aberration, coma and distortion, has diffraction image quality at medium apertures and angular fields, but does not allow to obtain an image of an object decomposed into a spectrum.
Известен спектрометр с дифракционной решеткой в соответствии с публикацией Deborah Kwo, George Lawrence, Michael Chrisp «Design Of A Grating Spectrometer From A 1:1 Offner Mirror System», SPIE, 818, 275-9, 1987 г., основанный на изображающей системе Оффнера с увеличением 1× для предмета, расположенного вне оптической оси. Данный спектрометр состоит из первичного большого вогнутого сферического зеркала, перед которым концентрично установлено выпуклое вторичное зеркало, причем совпадающие центры кривизны зеркал расположены в плоскости, которая содержит предмет (щель) с одной стороны от выпуклого вторичного зеркала и приемник с другой стороны, напротив щели. Вторичное выпуклое зеркало представляет собой отражательную дифракционную решетку с прямолинейными штрихами, перпендикулярными плоскости симметрии и параллельными входной щели, что позволяет получать на приемнике разложенное в спектр изображение предмета. В данном спектрометре для исправления астигматизма штрихи дифракционной решетки выполняются с небольшими отклонениями от прямолинейности, что создает технологические сложности при изготовлении дифракционной решетки, кроме того, выпуклая дифракционная решетка наклоняется на небольшой угол, что нарушает симметрию системы и вносит кому в изображение входной щели, и тем самым ухудшает качество изображения, а также создает технологические трудности при сборке и юстировке спектрометра.Known diffraction grating spectrometer in accordance with the publication of Deborah Kwo, George Lawrence, Michael Chrisp "Design Of A Grating Spectrometer From A 1: 1 Offner Mirror System", SPIE, 818, 275-9, 1987, based on the Offner imaging system with a magnification of 1 × for an object located outside the optical axis. This spectrometer consists of a primary large concave spherical mirror in front of which a convex secondary mirror is concentrically mounted, and the coincident centers of curvature of the mirrors are located in a plane that contains an object (slit) on one side of the convex secondary mirror and the receiver on the other side, opposite the slit. The secondary convex mirror is a reflective diffraction grating with rectilinear strokes perpendicular to the plane of symmetry and parallel to the entrance slit, which makes it possible to obtain an object image decomposed into the spectrum on the receiver. In this spectrometer, to correct astigmatism, the strokes of the diffraction grating are performed with small deviations from straightness, which creates technological difficulties in the manufacture of the diffraction grating, in addition, the convex diffraction grating tilts at a small angle, which violates the symmetry of the system and introduces someone into the image of the entrance slit, and it worsens the image quality, and also creates technological difficulties in the assembly and alignment of the spectrometer.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является изображающий спектрометр на основе выпуклой дифракционной решетки, описанный в патенте США №5880834, МПК G01J 3/18, опубликованном 09.03.1999 г. Он работает в спектральном диапазоне 0,4-1,4 мкм и состоит из входной щели, первого и второго зеркал, отражательной выпуклой сферической дифракционной решетки и фотоприемного устройства. Входная щель имеет прямоугольную форму, т.е. ее размер в одном направлении больше, чем в другом, длинная сторона входной щели перпендикулярна меридиональному сечению спектрометра, и в этом сечении входная щель смещена относительно оптической оси, причем короткая сторона входной щели перпендикулярна оптической оси. Первое зеркало выполнено в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического положительного зеркала, обращенного вогнутостью к входной щели, в меридиональном сечении спектрометра смещенного относительно оптической оси и расположенного с той же стороны, что и входная щель. Дифракционная решетка является отражательной, сферической, выпуклой, с отрицательной оптической силой, и в меридиональном сечении спектрометра симметрично расположена на оптической оси, имеет равномерно расположенные на выпуклой поверхности штрихи параллельные длинной стороне входной щели. Второе зеркало выполнено в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического положительного зеркала, обращенного вогнутостью к входной щели, в меридиональном сечении спектрометра смещенного с оптической оси и расположенного со стороны, противоположной входной щели и первому зеркалу. Радиусы кривизны первого и второго зеркал отличаются друг от друга, а расстояние между первым зеркалом и дифракционной решеткой меньше расстояния между вторым зеркалом и дифракционной решеткой. Угол между падающим на первое зеркало главным лучом пучка лучей, выходящих из центра входной щели, и отраженным от первого зеркала тем же самым главным лучом больше угла между падающим на второе зеркало тем же самым главным лучом и отраженным от второго зеркала тем же самым главным лучом. Разложенное в спектр изображение входной щели расположено в плоскости, перпендикулярной оптической оси, в меридиональном сечении спектрометра смещено относительно оптической оси и расположено со стороны противоположной входной щели и первому зеркалу. Центры кривизны всех сферических поверхностей лежат на одной общей оси, являющейся оптической осью спектрометра, и совпадают друг с другом. Данный спектрометр работает в спектральном диапазоне 0,4-1,4 мкм, в то время как потребителей гиперспектральной информации все больше интересует диапазон 0,8-2,5 мкм. Также спектрометр имеет малую длину входной щели 10 мм и большую для современных гиперспектральных систем кривизну спектрального изображения входной щели 2 мкм.Closest to the proposed invention is an imaging spectrometer based on a convex diffraction grating, described in US patent No. 5880834, IPC G01J 3/18, published 09.03.1999, It operates in the spectral range of 0.4-1.4 μm and consists of an input slits, the first and second mirrors, a reflective convex spherical diffraction grating, and a photodetector. The entrance slit has a rectangular shape, i.e. its size in one direction is larger than in the other, the long side of the entrance slit is perpendicular to the meridional section of the spectrometer, and in this section the entrance slit is offset relative to the optical axis, and the short side of the entrance slit is perpendicular to the optical axis. The first mirror is made in the form of an off-axis fragment of a concave spherical positive mirror, facing concave to the entrance slit, in the meridional section of the spectrometer displaced relative to the optical axis and located on the same side as the entrance slit. The diffraction grating is reflective, spherical, convex, with negative optical power, and in the meridional section of the spectrometer it is symmetrically located on the optical axis, it has streaks evenly distributed on the convex surface parallel to the long side of the entrance slit. The second mirror is made in the form of an off-axis fragment of a concave spherical positive mirror, facing concave to the entrance slit, in the meridional section of the spectrometer displaced from the optical axis and located on the side opposite to the entrance slit and the first mirror. The radii of curvature of the first and second mirrors differ from each other, and the distance between the first mirror and the diffraction grating is less than the distance between the second mirror and the diffraction grating. The angle between the main beam incident on the first mirror and the beam reflected from the first mirror and the same main beam reflected from the first mirror is greater than the angle between the same main beam incident on the second mirror and the same main beam reflected from the second mirror. The spectral image of the entrance slit is arranged in a plane perpendicular to the optical axis; in the meridional section of the spectrometer it is shifted relative to the optical axis and is located on the side of the opposite entrance slit and the first mirror. The centers of curvature of all spherical surfaces lie on one common axis, which is the optical axis of the spectrometer, and coincide with each other. This spectrometer operates in the spectral range of 0.4-1.4 microns, while consumers of hyperspectral information are increasingly interested in the range of 0.8-2.5 microns. The spectrometer also has a short entrance slit length of 10 mm and a curvature of the entrance slit spectral image of 2 μm, large for modern hyperspectral systems.
Задачей данного изобретения является создание зеркального спектрометра с повышенными эксплуатационными характеристиками.The objective of the invention is to provide a mirror spectrometer with enhanced performance.
Технический результат - создание зеркального спектрометра с повышенной технологичностью, малыми габаритами и массой, имеющего относительное отверстие 1:3,8, при сохранении высокого качества изображения в расширенном спектральном диапазоне 0,8-2,5 мкм и исправления кривизны спектрального изображения входной щели длиной 30 мм.EFFECT: creation of a mirror spectrometer with improved manufacturability, small dimensions and mass, having a relative aperture of 1: 3.8, while maintaining high image quality in the expanded spectral range of 0.8-2.5 μm and correcting the curvature of the spectral image of the entrance slit with a length of 30 mm
Это достигается тем, что в зеркальном спектрометре, состоящем из последовательно по ходу луча установленных входной щели, первого зеркала, дифракционной решетки, второго зеркала и фотоприемного устройства, в котором входная щель прямоугольная, длинная сторона которой перпендикулярна плоскости меридионального сечения зеркального спектрометра, первое зеркало выполнено в виде внеосевого фрагмента вогнутого положительного сферического зеркала, обращенного вогнутостью к входной щели, дифракционная решетка выполнена выпуклой сферической, с отрицательной оптической силой, имеющей равномерно расположенные на выпуклой поверхности штрихи параллельные длинной стороне входной щели, второе зеркало выполнено в виде внеосевого фрагмента вогнутого положительного сферического зеркала, обращенного вогнутостью к входной щели, фотоприемное устройство расположено в фокальной плоскости зеркального спектрометра, причем в меридиональном сечении зеркального спектрометра входная щель и первое зеркало смещены относительно оптической оси и расположены по одну сторону от нее, дифракционная решетка расположена осесимметрично на оптической оси, второе зеркало и фотоприемное устройство смещены относительно оптической оси и расположены со стороны, противоположной входной щели и первому зеркалу, причем центры кривизны всех сферических поверхностей расположены в одной точке на одной общей оси, являющейся оптической осью зеркального спектрометра, в отличие от известного, входная щель в меридиональном сечении наклонена на угол α, значение которого удовлетворяет неравенствуThis is achieved by the fact that in a mirror spectrometer consisting of a successive entrance slit, a first mirror, a diffraction grating, a second mirror and a photodetector in which the entrance slit is rectangular, the long side of which is perpendicular to the plane of the meridional section of the mirror spectrometer, the first mirror is made in the form of an off-axis fragment of a concave positive spherical mirror facing concavity to the entrance slit, the diffraction grating is made convex spherical d, with negative optical power, having strokes uniformly located on a convex surface parallel to the long side of the entrance slit, the second mirror is made in the form of an off-axis fragment of a concave positive spherical mirror facing concave to the entrance slit, the photodetector is located in the focal plane of the mirror spectrometer, and in the meridional plane the cross section of the mirror spectrometer, the entrance slit and the first mirror are offset relative to the optical axis and are located on one side of it, the diff the lattice is located axisymmetrically on the optical axis, the second mirror and photodetector are offset from the optical axis and are located on the side opposite to the entrance slit and the first mirror, and the centers of curvature of all spherical surfaces are located at one point on one common axis, which is the optical axis of the mirror spectrometer, in contrast to the known one, the entrance slit in the meridional section is inclined by an angle α, the value of which satisfies the inequality
-1°≤α≤1°,-1 ° ≤α≤1 °,
абсолютное значение расстояния от первого зеркала до дифракционной решетки больше абсолютного значения расстояния от второго зеркала до дифракционной решетки, апертурная диафрагма совпадает с оправой выпуклой поверхности дифракционной решетки, фотоприемное устройство в меридиональном сечении наклонено на угол β, значение которого удовлетворяет неравенствуthe absolute value of the distance from the first mirror to the diffraction grating is greater than the absolute value of the distance from the second mirror to the grating, the aperture diaphragm coincides with the rim of the convex surface of the diffraction grating, the photodetector in the meridional section is inclined by an angle β, the value of which satisfies the inequality
-0,5°≤β≤0,5°,-0.5 ° ≤β≤0.5 °
при этом рабочий диапазон длин волн составляет 0,8-2,5 мкм.while the operating wavelength range is 0.8-2.5 microns.
Кроме того, абсолютное значение радиуса кривизны первого зеркала может быть больше абсолютного значения радиуса кривизны второго зеркала, а в меридиональном сечении угол между линией, проходящей через геометрические центры входной щели и первого зеркала, и линией, проходящей через геометрические центры первого зеркала и дифракционной решетки, может быть меньше угла между линией, проходящей через геометрические центры дифракционной решетки и второго зеркала, и линией, проходящей через геометрические центры второго зеркала и фоточувствительной поверхности фотоприемного устройства.In addition, the absolute value of the radius of curvature of the first mirror may be greater than the absolute value of the radius of curvature of the second mirror, and in the meridional section, the angle between the line passing through the geometric centers of the entrance slit and the first mirror and the line passing through the geometric centers of the first mirror and diffraction grating, may be less than the angle between the line passing through the geometric centers of the diffraction grating and the second mirror, and the line passing through the geometric centers of the second mirror and photosensitivity itelnoy surface of the photodetector.
Кроме того, зеркальный спектрометр может быть дополнен установленной за входной щелью плоскопараллельной пластиной, толщина d и показатель преломления n которой удовлетворяют неравенствуIn addition, the mirror spectrometer can be supplemented by a plane-parallel plate installed behind the entrance slit, the thickness d of which and the refractive index n of which satisfy the inequality
0,005|R1|≤d·n≤0,01|R1|,0.005 | R1 | ≤d · n≤0.01 | R1 |,
где R1 - радиус кривизны первого зеркала.where R1 is the radius of curvature of the first mirror.
Кроме того, перед зеркальным спектрометром может быть установлен входной изображающий объектив, плоскость изображения которого совпадает со входной щелью зеркального спектрометра.In addition, an input imaging lens can be installed in front of the mirror spectrometer, the image plane of which coincides with the entrance slit of the mirror spectrometer.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема зеркального спектрометра. На фиг. 2 представлена принципиальная схема зеркального спектрометра с входным изображающим объективом. На фиг. 3 представлены точечные диаграммы зеркального спектрометра для трех длин волн для центра и края входной щели. На фиг. 4 представлены графики монохроматической модуляционной передаточной функции (МПФ) для трех длин волн для центра и края входной щели. На фиг. 5 представлены графики, характеризующие кривизну разложенного в спектр изображения входной щели.In FIG. 1 is a schematic diagram of a mirror spectrometer. In FIG. 2 is a schematic diagram of a mirror spectrometer with an input imaging lens. In FIG. Figure 3 presents scatter plots of a mirror spectrometer for three wavelengths for the center and edge of the entrance slit. In FIG. Figure 4 shows graphs of a monochromatic modulation transfer function (MPF) for three wavelengths for the center and edge of the entrance slit. In FIG. Figure 5 presents graphs characterizing the curvature of the input slit decomposed into the spectrum of the image.
Зеркальный спектрометр (фиг. 1) состоит из последовательно, по ходу луча установленных входной щели 1, первого зеркала 2, дифракционной решетки 3, второго зеркала 4, фотоприемного устройства 5 установленного в плоскости изображения зеркального спектрометра. На дифракционной решетке 3 установлена апертурная диафрагма 6. Входная щель 1 имеет прямоугольную форму, т.е. ее размер в одном направлении существенно больше, чем в другом. Длинная сторона входной щели 1 имеющая размер 30 мм, перпендикулярна меридиональному сечению зеркального спектрометра, и в меридиональном же сечении входная щель 1 смещена относительно оптической оси и расположена, выше или, например, ниже оптической оси, как показано на фиг. 1. Короткая сторона входной щели 1 для получения лучшего качества изображения не перпендикулярна оптической оси спектрометра, а наклонена на угол α, значение которого удовлетворяет неравенству -1°≤α≤1°. Первое зеркало 2 выполнено в виде внеосевого фрагмента вогнутого положительного сферического зеркала, обращенного вогнутостью к входной щели 1, в меридиональном сечении смещенного с оптической оси и расположенного с той же стороны, что и входная щель 1, например, ниже оптической оси, как показано на фиг. 1. Дифракционная решетка 3 является выпуклой сферической, имеет отрицательную оптическую силу, в меридиональном сечении зеркального спектрометра расположена осесимметрично на оптической оси и имеет равномерно (на одинаковом расстоянии друг от друга) расположенные на выпуклой поверхности штрихи параллельные длинной стороне входной щели 1. С оправой выпуклой поверхности дифракционной решетки 3 совпадает апертурная диафрагма 6, выполненная, например, круглой. Второе зеркало 4 выполнено в виде внеосевого фрагмента вогнутого положительного сферического зеркала, обращенного вогнутостью к входной щели 1, в меридиональном сечении смещенного относительно оптической оси и расположенного со стороны противоположной входной щели 1 и первому зеркалу 2, например, выше оптической оси, как показано на фиг. 1. Причем абсолютное значение расстояния от первого зеркала 2 до дифракционной решетки 3 больше абсолютного значения расстояния от второго зеркала 4 до дифракционной решетки 3. Для обеспечения регистрации и последующей обработки разложенного в спектр изображения входной щели 1 в плоскости изображения зеркального спектрометра устанавливается фотоприемное устройство 5. Фотоприемное устройство 5 в меридиональном сечении спектрометра смещено относительно оптической оси, расположено со стороны противоположной входной щели 1 и первому зеркалу 2, например, выше оптической оси, как показано на фиг. 1. Для получения лучшего качества разложенного в спектр изображения входной щели 1 фотоприемное устройство 5 наклонено на угол β, значение которого удовлетворяет неравенству -0,5°≤β≤0,5°. Центры кривизны сферических поверхностей первого зеркала 2, дифракционной решетки 3, второго зеркала 4 лежат на одной общей оси, являющейся оптической осью спектрометра, и совпадают друг с другом. Спектрометр обеспечивает получение разложенного в спектр изображения входной щели 1 в спектральном диапазоне 0,8-2,5 мкм на фоточувствительной поверхности фотоприемного устройства 5. Также в зеркальном спектрометре абсолютное значение радиуса кривизны первого зеркала 2 может быть больше абсолютного значения радиуса кривизны второго зеркала 4, а в меридиональном сечении угол между линией, проходящей через геометрические центры входной щели 1 и первого зеркала 2, и линией, проходящей через геометрические центры первого зеркала 2 и дифракционной решетки 3, меньше угла между линией, проходящей через геометрические центры дифракционной решетки 3 и второго зеркала 4, и линией, проходящей через геометрические центры второго зеркала 4 и фоточувствительной поверхности фотоприемного устройства 5. Кроме того, зеркальный спектрометр с целью учета одного из возможных вариантов изготовления входной щели 1, когда она изготавливается фотолитографическим путем на одной стеклянной подложке, а затем заклеивается другой стеклянной подложкой, может быть дополнен установленной за входной щелью 1 плоскопараллельной пластиной 7, толщина d и показатель преломления n которой удовлетворяют неравенству 0,005|R1|≤d·n≤0,01|R1|, где R1 - радиус кривизны первого зеркала 2. Также перед зеркальным спектрометром может быть установлен входной изображающий объектив 8 (фиг. 2), плоскость изображения которого совпадает с входной щелью 1 зеркального спектрометра, обеспечивая тем самым получение изображения объектов во входной щели 1 зеркального спектрометра.The mirror spectrometer (Fig. 1) consists of sequentially, along the beam of the installed
Зеркальный спектрометр работает следующим образом (фиг. 1). Свет от источника излучения попадает на входную щель 1 проходит через нее и плоскопараллельную пластину 7, попадает на первое зеркало 2, отражается от него и попадает на дифракционную решетку 3, где претерпевает разложение в спектр. Разложенное в спектр излучение отражается от дифракционной решетки 3 и попадает на второе зеркало 4, которое фокусирует излучение на фотоприемном устройстве 5, где получается разложенное в спектр изображение входной щели.Mirror spectrometer works as follows (Fig. 1). The light from the radiation source enters the entrance slit 1 and passes through it and the plane-
Зеркальный спектрометр, дополненный входным изображающим объективом, работает следующим образом (фиг. 2). Свет от источника излучения попадает во входной изображающий объектив 8, который строит изображение источника на входной щели 1 спектрометра. Излучение проходит через входную щель 1, плоскопараллельную пластину 7, попадает на первое зеркало 2, отражается от него и попадает на дифракционную решетку 3, где претерпевает разложение в спектр. Разложенное в спектр излучение отражается от дифракционной решетки 3 и попадает на второе зеркало 4, которое фокусирует излучение на фотоприемном устройстве 5, где получается разложенное в спектр изображение источника излучения.A mirror spectrometer, supplemented by an input imaging lens, operates as follows (Fig. 2). The light from the radiation source enters the
В соответствии с предложенным техническим решением рассчитан зеркальный спектрометр, конструктивные параметры которого приведены в таблице 1.In accordance with the proposed technical solution, a specular spectrometer was calculated, the design parameters of which are given in table 1.
Зеркальный спектрометр имеет следующие характеристики. Рабочий спектральный диапазон: 0,8-2,5 мкм. Относительное отверстие объектива: 1:3,8.Mirror spectrometer has the following characteristics. Working spectral range: 0.8-2.5 microns. The relative aperture of the lens: 1: 3.8.
Длина входной щели (линейное поле в пространстве предметов): 30 мм.Entrance slit length (linear field in the space of objects): 30 mm.
Линейное поле в пространстве изображений: 7,7×30 мм.Linear field in image space: 7.7 × 30 mm.
Спектрометр имеет следующие характеристики качества изображения:The spectrometer has the following image quality characteristics:
- максимальный диаметр точечной диаграммы 17 мкм;- maximum diameter of the scatter plot 17 μm;
- МПФ на пространственной частоте 17 мм-1 не менее 0,75 во всем рабочем спектральном диапазоне для всех точек линейного поля в пространстве предметов;- MPF at a spatial frequency of 17 mm -1 not less than 0.75 in the entire working spectral range for all points of the linear field in the space of objects;
- кривизна спектральных линий во всем рабочем спектральном диапазоне менее 0,2 мкм;- the curvature of the spectral lines in the entire working spectral range of less than 0.2 microns;
- линейная дисперсия 0,221 нм/мкм.- linear dispersion of 0.221 nm / μm.
Таким образом, создан зеркальный спектрометр с относительным отверстием 1:3,8, имеющий близкое к дифракционному качество изображения входной щели длиной 30 мм в пределах широкого спектрального диапазона 0,8-2,5 мкм с минимизированной кривизной спектральных линий. Схемное решение зеркального спектрометра позволяет минимизировать его габариты и массу за счет использования не более чем трех зеркальных элементов, причем один из зеркальных элементов выполняет одновременно функции дисперсионного устройства. Использование в зеркальном спектрометре не более чем трех сферических зеркальных элементов повышает его технологичность и значительно упрощает его сборку, юстировку и контроль.Thus, a mirror spectrometer with a relative aperture of 1: 3.8 was created, which has a near-diffraction image quality of the entrance slit with a length of 30 mm within a wide spectral range of 0.8-2.5 μm with minimized curvature of the spectral lines. The circuit design of the mirror spectrometer allows one to minimize its dimensions and weight by using no more than three mirror elements, and one of the mirror elements simultaneously performs the functions of a dispersion device. The use of no more than three spherical mirror elements in a mirror spectrometer increases its manufacturability and greatly simplifies its assembly, alignment, and control.
Claims (5)
-1°≤α≤1°,
абсолютное значение расстояния от первого зеркала до дифракционной решетки больше абсолютного значения расстояния от второго зеркала до дифракционной решетки, апертурная диафрагма совпадает с оправой выпуклой поверхности дифракционной решетки, фотоприемное устройство в меридиональном сечении наклонено на угол β, значение которого удовлетворяет неравенству
-0,5°≤β≤0,5°,
при этом рабочий диапазон длин волн составляет 0,8-2,5 мкм.1. Mirror spectrometer, consisting of a successively installed entrance slit, a first mirror, a diffraction grating, a second mirror and a photodetector in which the entrance slit is rectangular, the long side of which is perpendicular to the plane of the meridional section of the mirror spectrometer, the first mirror is made in the form of an off-axis fragment a concave positive spherical mirror facing concave to the entrance slit, the diffraction grating is made convex spherical, with negative optical force, having strokes uniformly located on a convex surface, parallel to the long side of the entrance slit, the second mirror is made in the form of an off-axis fragment of a concave positive spherical mirror facing concavity to the entrance slit, the photodetector is located in the focal plane of the mirror spectrometer, and in the meridional section of the mirror spectrometer the entrance slit and the first mirror are offset relative to the optical axis and are located on one side of it, the diffraction grating is located axisymmetrically on the optical axis, the second mirror and photodetector are offset relative to the optical axis and are located on the side opposite to the entrance slit and the first mirror, and the centers of curvature of all spherical surfaces are located at one point on one common axis, which is the optical axis of the mirror spectrometer, characterized in that the entrance slit in the meridional section is inclined at an angle α, the value of which satisfies the inequality
-1 ° ≤α≤1 °,
the absolute value of the distance from the first mirror to the diffraction grating is greater than the absolute value of the distance from the second mirror to the grating, the aperture diaphragm coincides with the rim of the convex surface of the diffraction grating, the photodetector in the meridional section is inclined by an angle β, the value of which satisfies the inequality
-0.5 ° ≤β≤0.5 °
while the operating wavelength range is 0.8-2.5 microns.
0,005|R1|≤d·n≤0,01|R1|,
где R1 - радиус кривизны первого зеркала.4. The mirror spectrometer according to claim 1, characterized in that a plane-parallel plate is installed behind the entrance slit, the thickness d of which and the refractive index n of which satisfy the inequality
0.005 | R1 | ≤d · n≤0.01 | R1 |,
where R1 is the radius of curvature of the first mirror.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014131327/28A RU2567448C1 (en) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | Mirror spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014131327/28A RU2567448C1 (en) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | Mirror spectrometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2567448C1 true RU2567448C1 (en) | 2015-11-10 |
Family
ID=54537031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014131327/28A RU2567448C1 (en) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | Mirror spectrometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2567448C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5768040A (en) * | 1995-10-06 | 1998-06-16 | Orbital Sciences Corporation | Wide field-of-view imaging spectrometer |
| US5880834A (en) * | 1996-10-16 | 1999-03-09 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Convex diffraction grating imaging spectrometer |
| RU81800U1 (en) * | 2008-11-10 | 2009-03-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вмк-Оптоэлектроника" | MULTI-CHANNEL SPECTROMETER |
| US8284397B2 (en) * | 2007-02-28 | 2012-10-09 | Horiba Jobin Yvon Sas | Inclined-slit spectrograph |
-
2014
- 2014-07-30 RU RU2014131327/28A patent/RU2567448C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5768040A (en) * | 1995-10-06 | 1998-06-16 | Orbital Sciences Corporation | Wide field-of-view imaging spectrometer |
| US5880834A (en) * | 1996-10-16 | 1999-03-09 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Convex diffraction grating imaging spectrometer |
| US8284397B2 (en) * | 2007-02-28 | 2012-10-09 | Horiba Jobin Yvon Sas | Inclined-slit spectrograph |
| RU81800U1 (en) * | 2008-11-10 | 2009-03-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вмк-Оптоэлектроника" | MULTI-CHANNEL SPECTROMETER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9689744B2 (en) | Visible-infrared plane grating imaging spectrometer | |
| JP2721095B2 (en) | Re-imaging optical system using refractive and diffractive optical elements | |
| JP5970129B2 (en) | A real-eye telecentric imager with total reflection | |
| US10976537B2 (en) | Compact telescope having a plurality of focal lengths compensated for by a deformable mirror | |
| US8965193B1 (en) | Mirrored lens for wide field of view and wide spectrum | |
| CN109781257B (en) | Optical system of free-form surface prism spectrometer | |
| US9377612B2 (en) | IR microscope with image field curvature compensation, in particular with additional illumination optimization | |
| TW201638565A (en) | Optical forms for multi-channel double-pass dispersive spectrometers | |
| WO2019035047A1 (en) | Compact freeform echelle spectrometer | |
| US9677932B2 (en) | Field lens corrected three mirror anastigmat spectrograph | |
| CN110146166B (en) | Spectrum light splitting system of free-form surface prism | |
| Byard et al. | MODS: optical design for a multi-object dual spectrograph | |
| RU2419113C1 (en) | Optical system with pinhole aperture for middle infrared range | |
| RU2678957C1 (en) | Wide-angle high-power infrared lens | |
| RU2348953C1 (en) | Infrared rapid three-lens objective | |
| RU2567448C1 (en) | Mirror spectrometer | |
| RU2621364C1 (en) | Autocollimation spectrometer with spectral decomposition in sagittal direction | |
| RU134671U1 (en) | LIGHT LIGHT FOR IR IR SPECTRUM | |
| RU2650055C1 (en) | Catadioptric telescope | |
| RU2672703C1 (en) | Two-channel mirror-lens system | |
| RU2521249C1 (en) | Reflecting autocollimating spectrometer | |
| RU2567447C1 (en) | Mirror autocollimator spectrometer | |
| RU182711U1 (en) | OPTICAL SYSTEM OF OPTICAL ELECTRONIC COORDINATOR | |
| RU2586273C1 (en) | High-aperture lens | |
| KR20160143969A (en) | Spectroscopic instrument using plane mirror and lens |