[发明专利]一种光谱成像装置

权利要求书

1.一种光谱成像装置，具有同一个穿过所有中心线的中心平面的光学系统，其特征在于：包括光输入装置、狭缝或者针孔、折射校正镜、凹面反射镜、凸面光栅和探测器，所述凹面反射镜位于所述折射校正镜与所述凸面光栅之间，其中：

所述光输入装置，是用于从光源接收入射光，将所述光传递到所述狭缝或所述针孔上的光纤系统，也可以是前置望远系统，所述前置望远系统为离轴三反系统或离轴二反系统；

所述针孔，是在空间方向上具有一个针孔以上的阵列式针孔，调节光学系统的光谱分辨率和检验空间分辨率，所述入射光穿过针孔传递到所述折射校正镜；

所述折射校正镜，用于对穿过的光线会聚并校正像差，增大光学系统的数值孔径NA，所述光穿过折射校正镜传递到所述凹面反射镜；

所述凹面反射镜，用于和所述折射校正镜对经过的光线会聚并校正像差，所述光经过凹面反射镜反射到凸面光栅；

所述凸面光栅，通过衍射光栅的色散特性把所述入射光中不同波长分开形成光谱，所述光谱传回所述凹面反射镜，经反射回所述折射校正镜，所述折射校正镜结合所述凹面反射镜对光谱线会聚并校正像差，最后光谱聚焦到所述探测器上；

所述光学系统具有同一个穿过所有中心线的中心平面(YOZ)，用于从光源接收入射光，将所述入射光投射到凸面光栅上，再将从所述凸面光栅传回的所述光谱聚焦到探测器上；所述狭缝或针孔和所述探测器在所述中心平面的相反侧上是对称位置的，并且投射到所述凸面光栅上的所述入射光和从所述凸面光栅而传回的所述光谱各自经过相同光学元件，且所述入射光不加准直就被传递到所述凸面光栅，在中心平面(YOZ)上的投影，所述入射光与从所述凸面光栅而传回的所述光谱中的短波长光束重合；

光学系统的相对孔径从1/2.8≤1/F#≤1/1.5,实现高信噪比；

所述凸面光栅的表面为球形表面，所述凸面光栅的刻线为正弦型；

所述探测器具有一条垂直所述探测器的轴线，并且所述探测器轴线相对所述中心平面倾斜；

从所述光源发出的穿过所述光学系统的光在物理上与从所述凸面衍射光栅传回的光分开，并且关于所述中心平面对称。

2.根据权利要求1所述的光谱成像装置，其特征在于：所述折射校正镜是由一个或者一个以上单透镜光学元件的透镜组组成，其中所述单透镜光学元件具一个或一个以上表面为球形表面或者非球形表面。

3.根据权利要求2所述的光谱成像装置，其特征在于：所述折射校正镜与所述狭缝的距离比与所述凸面光栅的距离远。

4.根据权利要求1所述的光谱成像装置，其特征在于：还包括位于所述狭缝与所述探测器之间的场透镜或柱面镜。

5.根据权利要求1所述的光谱成像装置，其特征在于：所述狭缝或所述针孔与所述折射校正镜之间的折叠镜或具有全内反射的棱镜。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的光谱成像装置，其特征在于：通过商业光学设计软件优化光谱成像装置中折射校正镜，能够适用紫外(UV)波长、可见光和近红外(VNIR)波长、短红外(SWIR)波长、中红外(NWIR)波长、远红外(LWIR)波长。

7.根据权利要求1所述的光谱成像装置，其特征在于：进一步光学地连接到所述光谱成像装置的分叉光纤，使得光穿过不止一个狭缝进入所述光谱成像仪或摄谱仪。