[发明专利]基于反射式棱镜-光栅分光模块的成像光谱仪

说明书

本发明提出一种基于反射式棱镜‑光栅分光模块的成像光谱仪，至少包括入射狭缝、准直组、反射式棱镜‑光栅模块、成像组和焦平面探测器，其中反射式棱镜‑光栅模块包括一个透射式三棱镜和一个反射式平面衍射光栅；该成像光谱仪的对特定的反射式光路的应用场景，通过光线追迹计算，可确定三棱镜的顶角和平面衍射光栅的刻线密度的组合，在该参数组合下可对特定波长消除谱线弯曲；反射式棱镜‑光栅模块最大优点是可应用于反射式光路结构，对于航天光谱设备而言，在太空中经历的温度和气压变化较大，因此采用切尼‑特纳Czerny‑Turner反射式光路结构，有利于在温度和气压条件变化时保持系统性能的稳定。

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，特别涉及一种基于反射式棱镜-光栅分光模块的成像光谱仪。

背景技术

成像光谱仪器中光谱线的谱线弯曲对于仪器性能具有重要影响，而以单个棱镜或光栅为色散元件的光路，谱线弯曲难以校正，而由于棱镜分光与光栅分光的特性不同，导致棱镜谱线弯曲与光栅谱线弯曲的方向不同，因此采用棱镜-光栅模块分光的形式可以校正谱线弯曲。常规的棱镜-光栅组合均采用透射形式，对于航天光谱设备而言，在太空中经历的温度和气压变化较大，透射式光路性能会受到严重影响，而反射式光路对温度和气压变化的敏感度很低，光学系统更加稳定。

为了克服上述缺点，设计一种新的基于反射式棱镜-光栅分光模块的成像光谱仪。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于反射式棱镜-光栅分光模块的成像光谱仪，采用棱镜与反射式光栅的组合消除谱线弯曲，同时采用反射式光路结构，降低在温度和气压条件变化时对系统性能的影响。

本发明实施例中提供一种基于反射式棱镜-光栅分光模块的成像光谱仪，其至少包括入射狭缝、准直组、反射式棱镜-光栅模块、成像组和焦平面探测器，所述反射式棱镜-光栅模块包括一个透射式三棱镜和一个反射式平面衍射光栅；其中，首先入射光线由所述入射狭缝入射至所述准直组，被所述准直组反射成为平行光，平行光入射至所述反射式棱镜-光栅模块，依次经过所述透射式三棱镜的第一次分光、所述反射式平面衍射光栅的分光并反射和所述透射式三棱镜的第二次分光，然后再入射到所述成像组，经所述成像组反射成像于所述焦平面探测器上。

可选地，所述成像光谱仪采用切尼-特纳光路结构，所述准直组采用凹面反射镜，所述成像组采用凹面反射镜。

可选地，所述透射式三棱镜设有第一侧面、第二侧面以及底面，所述第一侧面与所述底面垂直，所述第一侧面与所述反射式平面衍射光栅之间的距离D1大于零，且所述第一侧面与所述反射式平面衍射光栅之间的距离D1小于所述第二侧面与所述反射式平面衍射光栅之间的距离D2。

可选地，所述第一侧面与所述反射式平面衍射光栅的平面平行放置。

可选地，所述透射式三棱镜顶角为12.5°。

可选地，所述反射式平面衍射光栅刻线密度为180l/mm。

本发明的基于反射式棱镜-光栅分光模块的成像光谱仪，通过棱镜与反射式光栅的组合，所述透射式三棱镜的所述第一侧面与所述反射式平面衍射光栅的平面平行放置，通过光线追迹可确定透射式三棱镜的顶角与反射式平面衍射光栅的刻线密度的组合，针对特定的波长校正了谱线弯曲，并且采用切尼-特纳光路结构，反射式光路有利于在温度和气压条件变化时保持系统性能的稳定。

附图说明

图1为本发明一个实施例的成像光谱仪的光路结构示意图；

图2为本发明一个实施例的反射式棱镜-光栅模块光线追迹示意图。

附图标记：入射狭缝1；准直组2；反射式棱镜-光栅模块3；成像组4；焦平面探测器5；透射式三棱镜31；反射式平面衍射光栅32；第一个折射面311；第二个折射面312；光栅面321。

具体实施方式