CN114235152A - 小型化的成像光谱仪分光光路 - Google Patents

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CN114235152A
CN114235152A CN202111482617.8A CN202111482617A CN114235152A CN 114235152 A CN114235152 A CN 114235152A CN 202111482617 A CN202111482617 A CN 202111482617A CN 114235152 A CN114235152 A CN 114235152A
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王健
韩希珍
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Suzhou Oriental Croto Photoelectric Technology Co ltd
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Suzhou Oriental Croto Photoelectric Technology Co ltd
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及一种小型化的成像光谱仪分光光路，该光路包括狭缝、准直镜、平面闪耀光栅；所述的狭缝设置在准直镜前焦面上，其开口长度方向垂直光轴并平行于以光轴为轴心的圆的切线；平面闪耀光栅的中心位于准直镜后焦面上，其角度可根据入射光的波长范围调节；经狭缝透射的光线经准直镜准直后入射到平面闪耀光栅，被平面闪耀光栅分光后再返回到准直镜；返回的光线经准直镜后在设置于准直镜前焦面上的面阵探测器上成像。本发明能够实现成像光谱仪中狭缝的色散分光和成像，避免高成本的凸面闪耀光栅和凹面闪耀光栅的使用，降低了装调难度，使成像光谱仪结构更加紧凑；本发明主要适用于光谱仪高光谱成像。

Description

小型化的成像光谱仪分光光路
技术领域
本发明属于成像光谱技术领域，涉及一种小型化的基于平面闪耀光栅的小型化的成像光谱仪分光光路。
背景技术
成像光谱仪通过结合成像技术和光谱技术，能同时获得被测场景的二维空间信息和一维光谱信息，具有“图谱合一”的优点，被广泛应用于卫星遥感、军事、农业、林业、地质等领域。
分光单元是成像光谱仪的核心部件。按照分光方式进行分类，成像光谱仪分为色散型和干涉型两种，其中以闪耀光栅作为分光元件的色散型光谱仪市场分布最广。在现有的成像光谱仪的设计中，通常把准直、分光、聚焦三部分进行组合设计，其中应用最广的设计形式是Offner成像光谱仪和Dyson成像光谱仪。但是，这两种主流设计形式的分光光栅都采用了曲面光栅，Offner结构采用凸面光栅，Dyson结构采用凹面闪耀光栅，曲面光栅的加工难度大，价格较高，并且反射面较多装配难度大；而基于平面光栅结构的光谱仪结构中包含准直、分光、聚焦三个部分，结构难以小型化。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种小型化的成像光谱仪分光光路，该光路能够克服现有基于闪耀光栅的成像光谱仪由于使用曲面闪耀光栅和多反射镜结构带来的加工困难、价格高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的小型化的成像光谱仪分光光路包括狭缝、准直镜、平面闪耀光栅；所述的狭缝设置在准直镜前焦面上，其开口长度方向垂直光轴并平行于以光轴为轴心的圆的切线；平面闪耀光栅的中心位于准直镜后焦面上，其角度可根据入射光的波长范围调节；经狭缝透射的光线经准直镜准直后入射到平面闪耀光栅，被平面闪耀光栅分光后再返回到准直镜；返回的光线经准直镜后在设置于准直镜前焦面上的面阵探测器上成像。
设入射光的波长范围为λ1～λ2，由准直镜出射并入射到平面闪耀光栅的主光线与光轴间的夹角为θ；平面闪耀光栅的光栅常数为d，工作时的有效衍射级次为m；准直镜的焦距为f；则狭缝的中心到光轴的垂直距离h满足公式(1)，平面闪耀光栅的法线与光轴之间的夹角α满足公式(2)；
Figure RE-GDA0003518087240000021
2d sinαcosθ＝mλ1 (2)
所述的准直镜可以是单透镜或镜头组。
有益效果
本发明采用将平面闪耀光栅中心设置在准直镜后焦面上的分光方式，通过透射式准直镜对入射光线进行准直并使返回的光线成像在面阵探测器上，实现成像光谱仪中狭缝的色散分光和成像，避免了高成本的凸面闪耀光栅和凹面闪耀光栅的使用，降低了装调难度，使成像光谱仪结构更加紧凑；本发明主要适用于光谱仪高光谱成像。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1.狭缝，2.准直镜，3.平面闪耀光栅，4.面阵探测器，5.准直镜前焦面，6.准直镜后焦面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义的理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况具体理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或者仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本发明的小型化的成像光谱仪分光光路包括狭缝1、准直镜 2、平面闪耀光栅3；所述的狭缝1设置在准直镜前焦面5上，平面闪耀光栅3 的中心位于准直镜后焦面6上，其角度可根据入射光波长调节；狭缝1的开口长度方向为水平方向且垂直光轴，其开口长度方向垂直光轴并平行于以光轴为轴心的圆的切线(即图1中垂直于光轴并沿水平方向延伸)；面阵探测器4设置于准直镜前焦面5上且垂直于光轴；经狭缝1透射的光线经准直镜2准直后入射到平面闪耀光栅3，被平面闪耀光栅3分光后再返回到准直镜2；返回的光线经准直镜2后在面阵探测器4上成像。
所述的准直镜2可以是单透镜或镜头组。
设入射光的波长范围为λ1～λ2，由准直镜2出射并入射到平面闪耀光栅3 的主光线与光轴间的夹角为θ，由平面闪耀光栅3衍射并返回到准直镜2主光线与光轴夹角也为θ，平面闪耀光栅3的法线相对于光轴的夹角为α，光栅常数为d，高光谱工作时的有效衍射级次为m，准直镜2的焦距为f；则狭缝1的中心到光轴的垂直距离h满足公式(1)，平面闪耀光栅3的法线相对于光轴的夹角为α满足公式(2)；
Figure RE-GDA0003518087240000041
2d sinαcosθ＝mλ1 (2)
本发明通过以上这种远心自准直的参数配置实现了镜组的紧凑式设计。

Claims (3)

1.一种小型化的成像光谱仪分光光路，其特征在于包括狭缝、准直镜、平面闪耀光栅；所述的狭缝设置在准直镜前焦面上，其开口长度方向垂直光轴并平行于以光轴为轴心的圆的切线；平面闪耀光栅的中心位于准直镜后焦面上，其角度可根据入射光的波长范围调节；经狭缝透射的光线经准直镜准直后入射到平面闪耀光栅，被平面闪耀光栅分光后再返回到准直镜；返回的光线经准直镜后在设置于准直镜前焦面上的面阵探测器上成像。
2.根据权利要求1所述的小型化的成像光谱仪分光光路，其特征在于设入射光的波长范围为λ1～λ2，由准直镜出射并入射到平面闪耀光栅的主光线与光轴间的夹角为θ；平面闪耀光栅的光栅常数为d，工作时的有效衍射级次为m；准直镜的焦距为f；则狭缝的中心到光轴的垂直距离h满足公式(1)，平面闪耀光栅的法线与光轴之间的夹角α满足公式(2)；
Figure FDA0003395912410000011
2d sinαcosθ＝mλ1 (2)。
3.根据权利要求1或2所述的小型化的成像光谱仪分光光路，其特征在于所述的准直镜是单透镜或镜头组。
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