[发明专利]一种宽光谱Offner成像光谱仪分光系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱仪器，特别涉及一种宽光谱Offner成像光谱仪分光系统。

背景技术

成像光谱仪是20世纪80年代以来以光谱遥感成像技术为基础发展起来的一种能同时采集地物形貌特征和光谱特征的光学遥感仪器，具有图谱合一性。广泛应用在卫星遥感技术、林业、农业、地质、医药、军事、海洋、地质勘探、生产制造、色度学、生态学等相关领域。而在各类型成像光谱仪中，Offner成像光谱仪因其具有结构紧凑、固有像差小，光能利用率高，成像质量好，分辨率高等优点，使它受到了更为广泛的关注，并已成功用于国外多颗遥感器。

对于Offner 型成像光谱仪结构，已有一些相关报道，如专利“Convex diffraction grating imaging spectrometers” （授权专利号5880834）所提出的离轴三反射结构，该成像光谱仪分光系统在设计时，是基于罗兰圆结构，而对于此结构只能在消像散方面起到良好的效果，并不能同时兼顾其他像差的影响。专利“平像场成像光谱仪的分光成像系统”(公开号 102331299A)所提出的分光成像系统已具备很多优点，但是其结构参数偏大，不够小型化，光谱范围在短波红外波段，应用范围较小。因此，研制结构简单、设计方便，光谱范围宽、成像质量高、应用范围广，小型化的Offner成像光谱仪是十分迫切的，并具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明是针对现有分光系统结构复杂，设计困难，光谱范围较窄的问题，提出了一种宽光谱Offner成像光谱仪分光系统，用凸面光栅与两个凹面反射镜来构成同心分光系统。通过对该结构的仿真与优化，确定出最佳成像时分光系统的物像位置与各结构参数，结构简单，设计方便。

本发明的技术方案为：一种宽光谱Offner成像光谱仪分光系统，包括光源、两个凹面反射镜、凸面光栅和面阵探测器，凸面光栅凸面对着两块凹面反射镜凹面放置，使三者的球心均置于光轴Z上，光源放置在垂直于光轴Z的平面内，并位于第一凹面反射镜凹面前方，光源发出的光束照射到第一凹面反射镜上，经过第一凹面反射镜反射到凸面光栅上，经过凸面光栅后得到的衍射光谱再照射到第二凹面反射镜上，最后经第二凹面反射镜汇聚到面阵探测器上。

所述凸面光栅的曲率半径为88.7mm，刻线数为100/mm的等间距刻槽，第一凹面反射镜的曲率半径为160.9mm，第二凹面反射镜的曲率半径为160.1mm，将凸面光栅和两凹面反射镜的球心均置于光轴Z上。所述光源距离第一凹面反射镜为123.9mm，此距离是指光源在Z轴上的垂点和第一凹面反射镜与Z轴的交点之间的距离；两凹面反射镜与凸面光栅的距离同时为75.7mm，此距离是指两凹面反射镜和凸面光栅分别与Z轴的交点之间的距离；将面阵探测器放置在距离第二凹面反射镜189.4mm处，此距离是指面阵探测器在Z轴上的垂点和第二凹面反射镜与Z轴的交点之间的距离，面阵探测器取-1级光谱。

本发明的有益效果在于：本发明一种宽光谱Offner成像光谱仪分光系统，使光谱像连续分布在一个平面上，具有结构简单，设计方便，易于安装调试，成像质量高，光谱范围宽，应用范围广等优点。

附图说明

图1为本发明宽光谱Offner成像光谱仪分光系统光路示意图。

具体实施方式

如图1所示宽光谱Offner成像光谱仪分光系统光路，系统包括光源5、第一凹面反射镜1、凸面光栅2、凹面反射镜二3和面阵探测器4。凸面光栅2凸面对着两块凹面反射镜1、3凹面放置，使三者的球心均置于光轴Z上，光源放置在垂直于光轴Z的平面内，并位于第一凹面反射镜凹面前方。光源5所发出的光束照射到第一凹面反射镜1上，经过第一凹面反射镜1反射到凸面光栅2上，经过凸面光栅2后得到的衍射光谱再照射到第二凹面反射镜3上，最后经第二凹面反射镜3汇聚到面阵探测器4上。