[发明专利]光栅成像光谱仪

权利要求书

1.一种光栅成像光谱仪，其特征在于：包括：前置接收光学单元(1)、分光成像单元和光谱信号处理单元；其中，分光成像单元包括入射狭缝(2)、平面反射镜(3)、准直-聚焦系统(4)、光栅(5)；光谱信号处理单元包括面阵光电探测器(6)、信号处理系统(7)；

所述前置接收光学单元(1)的功能是收集目标物的信号光；

所述入射狭缝(2)的功能是准确定位所需要探测的信号光，防止其它光的干扰；

所述平面反射镜(3)的功能是改变光路；

所述准直-聚焦系统(4)的功能是对目标物的信号光起到准直作用，对光栅(5)的衍射光起到聚焦作用；

所述光栅(5)的功能是对准平行光进行分光；

所述面阵光电探测器(6)的功能是对目标物进行光谱成像，并将光信号变为电信号；

所述信号处理系统(7)的功能包括：①从面阵光电探测器(6)读取电信号；②将模拟信号转换为数字信号；③对数字信号进行处理，得到目标物的光谱的特征信息和空间位置信息；所述光谱的特征信息包括但不限于：光谱的波长以及强度；所述空间位置信息包括成像区域大小及目标物的空间相对位置；

上述各组成部分的连接关系为：

入射狭缝(2)的一侧是前置接收光学单元(1)，另一侧是平面反射镜(3)；入射狭缝(2)位于前置接收光学单元(1)的出射光线的焦点处并且与前置接收光学单元(1)的主平面平行，同时入射狭缝(2)在准直-聚焦系统(4)的焦平面以及准直-聚焦系统(4)之间；平面反射镜(3)与前置接收光学单元(1)的主平面不平行且前置接收光学单元(1)的出射光线穿过入射狭缝(2)后可到达平面反射镜(3)的反射面上，同时平面反射镜(3)不在准直-聚焦系统(4)的轴线上；准直-聚焦系统(4)位于平面反射镜(3)的反射光线上；光栅(5)位于平面反射镜(3)的反射光线经过准直-聚焦系统(4)准直后的出射光线上；准直-聚焦系统(4)与光栅(5)同轴；面阵光电探测器(6)位于光栅(5)的出射光线经过准直-聚焦系统(4)聚焦后的出射光线的焦点处；面阵光电探测器(6)的输出端连接信号处理系统(7)的输入端。

2.如权利要求1所述的一种光栅成像光谱仪，其特征在于：所述光栅成像光谱仪对目标物进行光谱成像的过程包括第1步至第6步，具体为：

第1步：目标物的信号光通过前置接收光学单元(1)到达入射狭缝(2)，穿过入射狭缝(2)后到达平面反射镜(3)；

第2步：目标物的信号光经过平面反射镜(3)的反射后，到达准直-聚焦系统(4)，经过准直-聚焦系统(4)的准直作用后，入射光变成准平行光；

第3步：准平行光到达光栅(5)，经过衍射分光后到达准直-聚焦系统(4)；

第4步：经过准直-聚焦系统(4)的聚焦作用后，变成汇聚光，到达面阵光电探测器(6)；

第5步：面阵光电探测器(6)将光信号变为电信号，发送到信号处理系统(7)；

第6步：信号处理系统(7)将接收到的电信号从模拟信号转换为数字信号；然后对数字信号进行处理，得到目标物的光谱特征信息和空间位置信息。

3.如权利要求1或2所述的一种光栅成像光谱仪，其特征在于：所述光栅(5)为闪耀光栅或者阶梯光栅。

4.如权利要求3所述的一种光栅成像光谱仪，其特征在于：所述闪耀光栅或阶梯光栅的倾斜角和刻划线数目由公式(1)确定：

2dsinθ＝mλ；                                  (1)

其中，d为光栅常数，具体为每毫米刻划线数目的倒数，单位为毫米；θ为光栅的倾斜角，单位为度；m为光栅的衍射级数；λ为选定的基准波长，单位为毫米。