[发明专利]一种实体化Offner光路结构光谱成像仪光学系统

说明书

本发明的目的在于克服目前Offner光路结构光谱成像仪存在的不足，提出了一种实体化光谱成像仪光学系统，具有轻小型、大相对孔径的特点。本发明系统光路采用全实体化设计方法，各光学元件集成于实体化玻璃上，使得光束传播均在实体化玻璃中进行，由于玻璃折射率明显高于空气，因此可大大缩短光程，从而可明显缩小光谱成像仪的外形尺寸，进而实现小型化。由于采用实体化光路结构设计方法，光束在各镜面上的入射角相对于传统的Offner光路结构明显缩小，在保证系统性能指标的情况下，可使得相对孔径设计到1/2，甚至更大。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，涉及一种实体化光谱成像仪光学系统。

背景技术

光谱成像技术是成像技术与光谱技术相结合的产物，不仅可实现待观察目标几何形态信息的识别与分析，同时可从分子水平对观察目标进行物理属性的定量化分析与分类识别，其应用不仅限于星载遥感领域，在资源调查、环境监测、农业生产、生物医学、药物分选、食品安全、刑侦和司法鉴定等多个应用领域均发挥着不可替代的作用。

Offner光路结构的光谱成像仪是在1973年Offner提出的同心三反射成像光学系统的基础上演变而来，由于其具有高光谱分辨率、光学系统像差易于校准和宽谱段的特点，已经成为一种很重要的光谱成像仪光路结构形式。标准的Offner光谱成像仪光路结构由一个大的凹面反射镜和一个同心球面凸面光栅组成，该设计可使得三级像差为零。为提高系统性能，研究人员将Offner光谱成像仪中大的凹面反射镜换成两个小凹面反射镜分别作为准直镜和成像镜，该光路结构通过改变两球面反射镜半径的方式来增加优化的自由度，以校准场曲和像散从而提高系统的成像质量。受光路结构形式的限制，目前的Offner光路结构光谱成像仪存在如下缺点：

1、相对孔径较小

为了提高光谱成像仪信号强度，一种有效的技术途径就是增大光谱成像仪光学系统的相对孔径，然而目前的Offner光路结构光谱成像仪其相对孔径较小，一般在1/3左右，在一定程度上限制了系统信噪比的提升。

2、体积较大难以实现小型化

目前的Offner光路结构光谱成像仪由于采用分体式光路结构设计，入射狭缝、准直镜、凸面光栅、成像镜以及最佳成像焦面之间的光程较长，难以实现小型化设计。

3、系统装调工艺较为复杂

现有的Offner光路结构光谱成像仪对装调同心度要求较高，为保证Offner光谱成像仪系统性能指标须开展精密装调，使得装调工艺较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服目前Offner光路结构光谱成像仪存在的不足，提出了一种实体化光谱成像仪光学系统，具有轻小型、大相对孔径的特点。

本发明的技术方案是：

一种实体化Offner光路结构光谱成像仪光学系统，其特殊之处在于：

包括入射狭缝和实体化玻璃；

根据设计的光学系统光路，在实体玻璃的外表面顺序依次加工有第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、第五侧面、第六侧面和第七侧面；

其中，

第三侧面、第四侧面和第五侧面均为球面；第二侧面和第六侧面均为平面；

在第二侧面、第三侧面、第五侧面和第六侧面上均镀有内反射膜，分别形成第一折轴反射镜、第一球面反射镜、第二球面反射镜和第二折轴反射镜；

在第四侧面上加工有凸面光栅，并镀有内反射膜；

入射狭缝设置在第一侧面附近；