基于柱面鏡的Wadsworth光柵成像光譜儀的制作方法
【專利摘要】基于柱面透鏡的Wadsworth光柵成像光譜儀，屬于光譜【技術(shù)領(lǐng)域】，為了解決傳統(tǒng)Wadsworth光譜儀工作波段內(nèi)的各波長(zhǎng)像散會(huì)隨工作波段的擴(kuò)展而逐漸增大，存在光譜彎曲，不易實(shí)現(xiàn)平像場(chǎng)，難以應(yīng)用在成像光譜儀中的問(wèn)題，該光柵成像光譜儀包括狹縫、準(zhǔn)直鏡、凹面光柵和柱面透鏡；準(zhǔn)直鏡為離軸拋物鏡，狹縫位于準(zhǔn)直鏡的焦點(diǎn)位置；由狹縫出射的發(fā)散光經(jīng)準(zhǔn)直鏡后成為平行光束，所述平行光束入射在凹面光柵上，經(jīng)凹面光柵色散后的出射光束的中心波長(zhǎng)需位于凹面光柵的法線上；出射的色散光束經(jīng)柱面透鏡后重新聚焦在像面上；柱面透鏡在凹面光柵和像面間的擺放位置、傾斜角度和柱面透鏡的自身楔角需要一定條件。
【專利說(shuō)明】基于柱面鏡的Wadsworth光柵成像光譜儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型的基于柱面透鏡的改進(jìn)型Wadsworth光柵色散成像光譜儀， 屬于光譜【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 成像光譜儀的基本組成包括狹縫、準(zhǔn)直系統(tǒng)、色散系統(tǒng)、聚焦系統(tǒng)和探測(cè)器系統(tǒng)。 在進(jìn)行成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了可以在寬波段上實(shí)現(xiàn)對(duì)狹縫像的高分辨率光譜成 像，需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：
[0003] (1)盡可能的實(shí)現(xiàn)全波段的像散消除；
[0004] (2)盡量消除光譜彎曲，使得像面為平像場(chǎng)；
[0005] (3)對(duì)狹縫上任意點(diǎn)對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)角均實(shí)現(xiàn)像差消除。
[0006]Wadsworth光譜儀系統(tǒng)的發(fā)明時(shí)間很早，且由于其可對(duì)中心波長(zhǎng)完善會(huì)聚，體積 小，組成元件簡(jiǎn)單易裝調(diào)的特點(diǎn)而得到了一定的使用。但是，傳統(tǒng)Wadsworth光譜儀系統(tǒng)的 缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，其工作波段內(nèi)的各波長(zhǎng)像散會(huì)隨工作波段的擴(kuò)展而逐漸增大，存在 光譜彎曲，不易實(shí)現(xiàn)平像場(chǎng)，因此通常很少用于較寬波段的成像光譜儀系統(tǒng)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)Wadsworth光譜儀工作波段內(nèi)的各波長(zhǎng)像散會(huì)隨工作波段 的擴(kuò)展而逐漸增大，存在光譜彎曲，不易實(shí)現(xiàn)平像場(chǎng)，難以應(yīng)用在成像光譜儀中的問(wèn)題，提 供一種適用于寬波段探測(cè)的基于柱面鏡的Wadsworth色散成像光譜儀，通過(guò)在光路中增加 帶有楔角和一定傾斜角度的柱面透鏡，使改進(jìn)系統(tǒng)在寬波段上獲得了完善的成像效果，提 升了同類結(jié)構(gòu)的光學(xué)成像性能。
[0008] 本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：
[0009] 基于柱面鏡的Wadsworth光柵成像光譜儀，其包括狹縫、準(zhǔn)直鏡、凹面光柵和柱面 透鏡；準(zhǔn)直鏡為離軸拋物鏡，狹縫位于準(zhǔn)直鏡的焦點(diǎn)位置；由狹縫出射的發(fā)散光經(jīng)準(zhǔn)直鏡 后成為平行光束，所述平行光束入射在凹面光柵上，經(jīng)凹面光柵色散后的出射光束的中心 波長(zhǎng)需位于凹面光柵的法線上；出射的色散光束經(jīng)柱面透鏡后重新聚焦在像面上；柱面透 鏡在凹面光柵和像面間的擺放位置、傾斜角度和柱面透鏡的自身楔角需要滿足以下三個(gè)條 件：
[0010] (a)柱面透鏡到凹面光柵的距離Lec為：Lec=d-t
[0011] 其中rs為Wadsworth系統(tǒng)的弧矢像距，des為柱面透鏡到原始像面的距離，t為柱 面透鏡的厚度；
[0012] (b)柱面透鏡的傾斜角度a為：
[0013]

【權(quán)利要求】
1.基于柱面鏡的Wadsworth光柵成像光譜儀，其特征是，其包括狹縫（I)、準(zhǔn)直鏡（2)、 凹面光柵⑶和柱面透鏡⑷；準(zhǔn)直鏡⑵為離軸拋物鏡，狹縫⑴位于準(zhǔn)直鏡⑵的焦點(diǎn) 位置；由狹縫（1)出射的發(fā)散光經(jīng)準(zhǔn)直鏡（2)后成為平行光束，所述平行光束入射在凹面光 柵（3)上，經(jīng)凹面光柵（3)色散后的出射光束的中心波長(zhǎng)需位于凹面光柵（3)的法線上；出 射的色散光束經(jīng)柱面透鏡（4)后重新聚焦在像面（5)上；柱面透鏡（4)在凹面光柵（3)和 像面（5)間的擺放位置、傾斜角度和柱面透鏡（4)的自身楔角需要滿足以下三個(gè)條件： (a) 柱面透鏡⑷到凹面光柵⑶的距離Lcc為：Lcc = d-t 其中rs為Wadsworth系統(tǒng)的弧矢像距，dcs為柱面透鏡（4)到原始像面的距離，t為柱 面透鏡（4)的厚度； (b) 柱面透鏡⑷的傾斜角度a為：
式中fes為柱面透鏡（4)弧矢方向曲率半徑，A為Wadsworth系統(tǒng)的子午像距!^和弧 矢像距rs會(huì)聚距離差，A為衍射波長(zhǎng)，0為對(duì)應(yīng)的光柵衍射角，H為入射在柱面透鏡（4)上 的光線的高度； (c) 柱面透鏡（4)的自身楔角X由以下三式可以計(jì)算得出：
Y '為有楔角的柱面透鏡（4)后端面與像面（5)之間的夾角，S為柱面透鏡（4)在有 楔角和無(wú)楔角的時(shí)候中心波長(zhǎng)從柱面透鏡（4)到像面（5)的光程的改變角度，n為柱面透 鏡（4)材料的折射率。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK104330161SQ201410617243
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】于磊, 王淑榮, 林冠宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所