[发明专利]一种光谱仪光学系统及其设计方法

权利要求书

1.一种光谱仪光学系统，其特征在于，包括入射狭缝、球面反射镜、凸面光栅、自由曲面反射镜和探测器；

所述入射狭缝设置于光谱仪的进光口，用于为所述光谱仪提供物像；

所述球面反射镜位于所述入射狭缝之后，用于反射经所述入射狭缝入射的平行光；

所述凸面光栅位于所述球面反射镜的反射光路上，所述凸面光栅包括变形光阑，所述变形光阑用于增大所述光谱仪光学系统的数值孔径；

所述自由曲面反射镜位于所述凸面光栅的反射光路上，用于增大所述光谱仪光学系统的视场，同时对所述光谱仪光学系统的像差进行校正和补偿；

所述探测器位于所述光谱仪光学系统的像面处，用于接收所述自由曲面反射镜反射的光束并成像。

2.根据权利要求1所述的光谱仪光学系统，其特征在于，所述凸面光栅为矩形凸面光栅。

3.根据权利要求1所述的光谱仪光学系统，其特征在于，所述变形光阑为椭圆形光阑，所述变形光阑的长轴方向与所述入射狭缝的长度方向相同。

4.根据权利要求1或3所述的光谱仪光学系统，其特征在于，所述入射狭缝的方向为弧矢方向。

5.一种光谱仪光学系统设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

搭建全反射式光学系统为所述光谱仪光学系统的基础结构；

选择球面反射镜作为所述光谱仪光学系统的主镜；

选择凸表面为变形光阑的凸面光栅作为所述光谱仪光学系统的次镜，所述变形光阑的子午轴不与所述光谱仪光学系统的主光轴重合；

选择自由曲面反射镜作为所述光谱仪光学系统的三镜。

6.根据权利要求5所述的光谱仪光学系统设计方法，其特征在于，所述变形光阑的设计方法包括以下步骤：

步骤一、确定子午方向上的所述光谱仪光学系统在所述变形光阑的下边缘与孔径光线的无遮拦距离，所述孔径光线为经过所述球面反射镜汇聚的光束；

步骤二、根据所述孔径光线的无遮拦距离确定所述变形光阑的通光面积，得到所述变形光阑参数，所述变形光阑参数包括子午上半轴aR、子午下半轴bR、弧矢长半轴cR；

步骤三、根据所述变形光阑参数设置所述变形光阑的渐晕系数，完成所述变形光阑的偏置设计，使所述变形光阑的子午轴不与所述光谱仪光学系统的主光轴重合。

7.根据权利要求5所述的光谱仪光学系统设计方法，其特征在于，所述自由曲面反射镜为xy多项式自由曲面。