一種組件式透射式成像光譜儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種組件式透射式成像光譜儀。該組件式透射式成像光譜儀由望遠(yuǎn)物鏡、狹縫、準(zhǔn)直物鏡、透射式平面衍射光柵、成像物鏡、CCD相機(jī)依次放置組成；望遠(yuǎn)物鏡和準(zhǔn)直物鏡在同光軸上，且望遠(yuǎn)物鏡和準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)都在狹縫上；狹縫垂直于光軸，且狹縫寬度方向與透射式平面衍射光柵的色散方向一致；透射式衍射光柵垂直于光軸；成像物鏡與光軸的夾角設(shè)置為光柵衍射角；CCD相機(jī)的焦平面在成像物鏡的焦點(diǎn)上。其全部組件使用通用光學(xué)組件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，在減少雜散光的影響的同時(shí)降低了裝調(diào)難度和成本。
【專利說明】一種組件式透射式成像光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成像光譜【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種組件式透射式成像光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]成像光譜技術(shù)是成像技術(shù)和光譜技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，在獲得目標(biāo)二維空間信息的同時(shí)，也提供了目標(biāo)的光譜信息，這為分析目標(biāo)的屬性提供了更好地依據(jù)。在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水質(zhì)監(jiān)測、大氣污染監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)調(diào)查及城市調(diào)查等諸多領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用和廣泛的前景。近年來，伴隨著光譜成像技術(shù)的飛速發(fā)展以及各國相關(guān)領(lǐng)域研究人員的重視，國內(nèi)外已經(jīng)研制成功并投入使用成像光譜儀種類繁多，性能各具特色，在各個(gè)領(lǐng)域嶄露頭角，結(jié)構(gòu)也因應(yīng)用場合的不同而特點(diǎn)各異，代表結(jié)構(gòu)主要有Czerny-Turner系統(tǒng)和Offner系統(tǒng)。
[0003]中國專利申請201010585825.6公開了一種“寬波段平面光柵色散型成像光譜儀的光學(xué)裝置”，該方案采用Czerny-Turner系統(tǒng)，以兩塊凹面反射鏡分別作為準(zhǔn)直物鏡和成像物鏡，以平面反射光柵作為分光器件構(gòu)成光譜成像系統(tǒng)。但由于采用反射式光學(xué)器件，往往會(huì)受到漏光雜散光的影響，即部分光未按照所設(shè)定的光束限制直接進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，到達(dá)光柵的邊緣形成二次衍射，這樣經(jīng)過二次衍射或者多次衍射使得其他波長的光重疊到儀器設(shè)定的出射波長的光束上去，增大了儀器的雜散光，為了減少雜散光的影響，通常需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的光路結(jié)構(gòu)；此外采用反射器件，使得該系統(tǒng)的光軸發(fā)生折轉(zhuǎn)，從而給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及裝調(diào)帶來困難。
[0004]崔繼承等在《光譜學(xué)與光譜分析》[J].2012，32(3)發(fā)表的“成像光譜儀一體化設(shè)計(jì)” 一文中，闡述了以凸面光柵成像光譜儀，采用現(xiàn)有典型的Offner光路結(jié)構(gòu)，核心是以凸面光柵作為色散元件，借助于兩個(gè)同心凹面反射鏡構(gòu)成分光系統(tǒng)，能消除一定的像差，但是相對平面光柵而言，凸面光柵加工制作困難、價(jià)格昂貴，并且在對元件的半徑及口徑都有特殊要求的系統(tǒng)中，需要定制元件，限制了設(shè)計(jì)和裝配的自由度，提高了整個(gè)系統(tǒng)的制造成本，通用性差；而且，該結(jié)構(gòu)通過調(diào)整多個(gè)反射器件達(dá)到同心實(shí)現(xiàn)降低多種相差影響，這在實(shí)際裝配時(shí)很難實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決反射式成像光譜系統(tǒng)容易產(chǎn)生雜散光和成像系統(tǒng)裝調(diào)難度大等問題，本發(fā)明提供一種組件式透射式成像光譜儀，其全部組件使用通用光學(xué)組件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，在減少雜散光的影響的同時(shí)降低了裝調(diào)難度和成本。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種組件式透射式成像光譜儀，其特征在于，所述組件式透射式成像光譜儀由望遠(yuǎn)物鏡、狹縫、準(zhǔn)直物鏡、透射式平面衍射光柵、成像物鏡、CCD相機(jī)依次放置組成；望遠(yuǎn)物鏡和準(zhǔn)直物鏡在同光軸上，且望遠(yuǎn)物鏡和準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)都在狹縫上；狹縫垂直于光軸，且狹縫寬度方向與透射式平面衍射光柵的色散方向一致；透射式衍射光柵垂直于光軸；成像物鏡與光軸的夾角設(shè)置為光柵衍射角；CCD相機(jī)的焦平面在成像物鏡的焦點(diǎn)上。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于:
[0008]本發(fā)明設(shè)置為透射式光路結(jié)構(gòu)，減少了透射面殘余反射雜散光以及多次衍射的影響，提高了光譜的純度；本發(fā)明所使用的準(zhǔn)直物鏡、成像物鏡及平面透射光柵均為普通元件、加工制作工藝比較成熟、無需定制，價(jià)格便宜，裝調(diào)容易；本發(fā)明為組件式光學(xué)系統(tǒng)，對于望遠(yuǎn)物鏡、準(zhǔn)直物鏡及成像物鏡除滿足一定的焦距外也沒有特殊的限制，常用的相機(jī)鏡頭即可使用、不用定制，而且可以根據(jù)應(yīng)用場合的需要進(jìn)行更換，結(jié)構(gòu)簡單、裝配和調(diào)試系統(tǒng)方便、通用性強(qiáng)，適用于應(yīng)用場景多變光譜信息差異很大的場合，較傳統(tǒng)成像光譜儀有更廣的適用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明組件式透射式成像光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是使用本發(fā)明組件式透射式成像光譜儀測量的低壓汞燈光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示，本發(fā)明組件式透射式成像光譜儀由望遠(yuǎn)物鏡1、狹縫2、準(zhǔn)直物鏡3、透射式平面衍射光柵4、成像物鏡5、CXD相機(jī)6依次放置組成；其中，望遠(yuǎn)物鏡I和準(zhǔn)直物鏡3在同光軸7上，且望遠(yuǎn)物鏡I和準(zhǔn)直物鏡3的焦點(diǎn)都在狹縫2上；狹縫2垂直于光軸7，且狹縫2寬度方向與透射式平面衍射光柵4的色散方向一致；透射式衍射光柵4垂直于光軸7 ;成像物鏡5與光軸7的夾角設(shè)置為光柵衍射角；CCD相機(jī)6的焦平面在成像物鏡5的焦點(diǎn)上。
[0012]工作時(shí)，外部光源或者目標(biāo)的反射光線經(jīng)望遠(yuǎn)物鏡I匯聚到狹縫2上，通過狹縫2的光經(jīng)過準(zhǔn)直物鏡3準(zhǔn)直后將變成平行光，當(dāng)平行光垂直入射到透射式平面衍射光柵4上時(shí)，經(jīng)過衍射分光后的光束到達(dá)成像物鏡5，最后匯聚在CCD相機(jī)6上形成狹縫對應(yīng)目標(biāo)的光譜圖像。
[0013]進(jìn)一步，所述望遠(yuǎn)物鏡I可以根據(jù)應(yīng)用場合的不同選用不同類型的鏡頭，如采用焦距為50mm、光圈大小為1.4的相機(jī)鏡頭，或者為了大視場的需要采用焦距為25mm、光圈大小為1.2的相機(jī)鏡頭。
[0014]進(jìn)一步,所述狹縫2的寬度為20um。
[0015]進(jìn)一步，所述準(zhǔn)直物鏡3或成像物鏡5均可以采用焦距為25mm、光圈為1.2的鏡頭。
[0016]進(jìn)一步，所述透射式平面衍射光柵4的刻線密度為300線/毫米。
[0017]進(jìn)一步，所述成像物鏡5采用焦距為25mm、光圈大小為1.2的鏡頭。
[0018]進(jìn)一步，所述CXD相機(jī)6的分辨率大小為1280*1024，像元大小為5um。
[0019]本發(fā)明經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了滿意應(yīng)用效果:
[0020]圖2是使用本發(fā)明組件式透射式成像光譜儀測量的低壓汞燈光譜圖，可以看出，本發(fā)明成像光譜儀可以完全把577nm和579nm的譜線分開，因此可以近似地認(rèn)為，在波長578nm處的光譜分辨率為2nm，說明本發(fā)明具有同樣高的光譜分辨率。
【權(quán)利要求】
1.一種組件式透射式成像光譜儀，其特征在于，所述組件式透射式成像光譜儀由望遠(yuǎn)物鏡(I)、狹縫(2 )、準(zhǔn)直物鏡(3 )、透射式平面衍射光柵(4 )、成像物鏡(5 )、C⑶相機(jī)(6 )依次放置組成；其中， 所述望遠(yuǎn)物鏡(I)和準(zhǔn)直物鏡(3 )在同光軸(7 )上，且望遠(yuǎn)物鏡(I)和準(zhǔn)直物鏡(3 )的焦點(diǎn)都在狹縫(2)上； 所述狹縫(2)垂直于光軸(7)，且狹縫(2)寬度方向與透射式平面衍射光柵(4)的色散方向一致； 所述透射式衍射光柵(4)垂直于光軸(7)； 所述成像物鏡(5)與光軸(7)的夾角設(shè)置為光柵衍射角； 所述C⑶相機(jī)(6)的焦平面在成像物鏡(5)的焦點(diǎn)上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種組件式透射式成像光譜儀，其特征在于，所述望遠(yuǎn)物鏡(I)米用焦距為50mm、光圈大小為1.4的相機(jī)鏡頭。
3.如權(quán)利要求1所述的一種組件式透射式成像光譜儀，其特征在于，所述望遠(yuǎn)物鏡(I)米用焦距為25mm、光圈大小為1.2的相機(jī)鏡頭。
4.如權(quán)利要求1所述的一種組件式透射式成像光譜儀，其特征在于，所述狹縫(2)的寬度為20um。
5.如權(quán)利要求1所述的一種組件式透射式成像光譜儀，其特征在于，所述準(zhǔn)直物鏡(3)采用焦距為25mm、光圈大小為1.2的鏡頭。
6.如權(quán)利要求1所述的一種組件式透射式成像光譜儀，其特征在于，所述透射式平面衍射光柵(4)的刻線密度為300線/毫米。
7.如權(quán)利要求1所述的一種組件式透射式成像光譜儀，其特征在于，所述成像物鏡(5)采用焦距為25mm、光圈大小為1.2的鏡頭。
8.如權(quán)利要求1所述的一種組件式透射式成像光譜儀，其特征在于，所述C⑶相機(jī)(6)的分辨率大小為1280*1024，像元大小為5um。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK103438999SQ201310393817
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】柏連發(fā), 張毅, 岳江, 韓靜, 孫寶朋, 陳錢, 顧國華, 吳經(jīng)緯 申請人:南京理工大學(xué)