[发明专利]一种用于三维光学成像的紧凑型光谱成像方法及系统

权利要求书

1.一种用于三维光学成像的紧凑型光谱成像系统，其特征在于：它为离轴全反射式光学成像结构，系统满足物方、像方远心成像；沿光线入射方向，依次为第一块凹面反射镜（2），凸面反射光栅（3），第二块凹面反射镜（4），场镜（5）；所述的第一块凹面反射镜（2）、凸面反射光栅（3）和第二块凹面反射镜（4）的表面为球面，所述的场镜（5）的表面为非球面，它们对系统焦距的归一化值依次对应为f’₁、f’₂、f’₃和f’₄，满足条件-0.3≤f’₁≤-0.25、0.15≤f’₂≤0.2、-0.31≤f’₃≤-0.23、0.8≤f’₄≤0.95；所述场镜（5）的前表面的非球面系数依次为e₄₁₂、e₄₁₄、e₄₁₆，后表面的非球面系数依次为e₄₂₂、e₄₂₄、e₄₂₆，满足条件-4.085E-4≤e₄₁₂≤-4.070E-4，3.35E-4≤e₄₁₄≤3.65E-4，-1.33E-05≤e₄₁₆≤-1.30E-5，-2.16E-3≤e₄₂₂≤-2.04E-3，-2.55E-4≤e₄₂₄≤-2.68E-4，1.63E-5≤e₄₂₆≤1.70E-5。

2.根据权利要求1所述的一种用于三维光学成像的紧凑型光谱成像系统，其特征在于：凸面反射光栅（3）的凸面顶点处的光栅槽密度为每毫米100～120线对。

3.根据权利要求1所述的一种用于三维光学成像的紧凑型光谱成像系统，其特征在于：所述的第一块凹面反射镜（2）和第二块凹面反射镜（4）同心。

4.一种用于三维光学成像的紧凑型光谱成像方法，其特征在于：被测物发出的成像光束经第一块凹面反射镜（2）会聚成像至凸面反射光栅（3），再经分光和发散成像，将不同波长的成像光束入射至第二块凹面反射镜（4），经进一步会聚成像，不同波长的成像光线达到非球面场镜（5），由场镜校正剩余像差后，被测物的不同波长的光谱像会聚在CCD焦平面探测器上；

所述的第一块凹面反射镜（2），凸面反射光栅（3），第二块凹面反射镜（4），场镜（5），沿光线入射方向呈离轴全反射式光学成像结构依次设置，满足物方、像方远心成像；

所述的第一块凹面反射镜（2）、凸面反射光栅（3）和第二块凹面反射镜（4）的表面为球面，所述的场镜（5）的表面为非球面，它们对系统焦距的归一化值依次对应为f’₁、f’₂、f’₃和f’₄，满足条件-0.3≤f’₁≤-0.25、0.15≤f’₂≤0.2、-0.31≤f’₃≤-0.23、0.8≤f’₄≤0.95；所述场镜（5）的前表面的非球面系数依次为e₄₁₂、e₄₁₄、e₄₁₆，后表面的非球面系数依次为e₄₂₂、e₄₂₄、e₄₂₆，满足条件-4.085E-4≤e₄₁₂≤-4.070E-4，3.35E-4≤e₄₁₄≤3.65E-4，-1.33E-05≤e₄₁₆≤-1.30E-5，-2.16E-3≤e₄₂₂≤-2.04E-3，-2.55E-4≤e₄₂₄≤-2.68E-4，1.63E-5≤e₄₂₆≤1.70E-5；

所述的凸面反射光栅采用全息记录方法制作，全息记录系统包括两个点光源（7和8）、一块凸面反射光栅基片（10）和一块凹球面反射镜（9），凸面反射光栅基片（10）置于全息记录系统的光栏上，凹面反射镜（9）的曲率半径R为155mm≤R≤163mm；由两个点光源发出的两束球面波经凹面反射镜（9）反射汇聚后，在凸面反射光栅基片的（10）表面重合，形成干涉条纹，得到凸面反射光栅。