[实用新型]一种成像光谱仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术，尤其涉及一种成像光谱仪。

背景技术

利用光谱成像技术能够同时获取目标的二维空间图像信息和一维光谱信息。二维空间图像信息和一维光谱信息分别能直观地反映被测目标的几何形貌和被测目标的理化属性，可以将该光谱成像技术作为一种图谱结合的探测手段。上个世纪八十年代以来，光谱成像技术开始被广泛应用于航天航空遥感成像。通过飞行器搭载，在矿产与石油资源探测、水质及大气污染监测、精准农业和林业等领域取得了瞩目成就。目前，这项技术已经逐步渗透到生物医学、艺术品防伪鉴定、食品安全监测、疾病的控制与治疗等民用领域，获得了越来越广泛的研究与运用。

光谱成像技术从原理上分，主要有：色散型、干涉型、滤光片型、计算层析型和衍射光学元件型等。其中，色散型成像光谱仪是最早提出并获得实用化的成像光谱仪器，它具有原理简单、易于实现等优点，包含棱镜色散和光栅色散两种基本的结构形式。

图1示出了现有的透射式棱镜色散成像光谱仪的结构。如图1所示，该成像光谱仪包括：前置物镜、准直镜、复合棱镜、成像镜、狭缝和探测器。通过狭缝的光线依次通过准直镜、复合棱镜和成像镜的透射后最终被探测器接收。在此类系统中，需要在宽谱段范围内校正空间维像差，尤其是要复消色差，这就要求在准直镜和成像镜中设置多个不同面形的透镜。

由上可见，由于准直镜和成像镜均需校正宽谱段内多种像差，需要引入多组透镜，使得镜头结构复杂，必然会导致整个系统的装调和测试困难、研制周期长和成本高。每一块棱镜的微小倾斜和偏心都会给系统的图像质量带来严重的影响，必然会使整个系统的稳定性降低。由于光线要经过多组透镜才能到达探测器，每次折射都会带来光能的损失，必然会导致系统光能利用率低。此外，传统三棱镜色散还会带来谱线弯曲等问题。

发明内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种结构简单、易装调的成像光谱仪，用于降低系统的装调和测试的难度，缩短研制周期和降低成本。

本实用新型实施例提供一种成像光谱仪，包括：第一棱镜和第二棱镜，其中，所述第一棱镜包括一个凹面和一个凸面，所述第二棱镜包括：一个凹面和一个凸面，所述第一棱镜的凸面和所述第二棱镜的凹面胶合在一起，在所述第一棱镜的凸面和所述第二棱镜的凹面上形成的区域为胶合面，在所述胶合面和所述第二棱镜的凹面的边缘之间有一个接收入射光线的第一区域，在所述胶合面和所述第二棱镜的凹面的另一侧边缘之间有一个出射光线通过的第二区域，所述第一棱镜包括一个在所述第一棱镜的凹面上镀内反射膜而形成的第一反射面，所述第二棱镜包括一个在所述第二棱镜的凸面上镀内反射膜而形成的第二反射面，其中，所述第一反射面的曲率半径为R1，所述第一棱镜的凸面、所述第二棱镜的凹面和所述胶合面有相同的曲率半径R2，所述第二反射面的曲率半径为R3，按光线的入射方向，相对于镜头焦距对上述R1，R2和R3归一化时得到的数值范围为：-0.1≤R1＜-0.05，-0.1＜R2≤-0.05，-0.2≤R3≤-0.1，所述胶合面的曲率中心和顶点在光轴上，所述第一反射面和所述第二反射面的曲率中心相对于所述光轴的偏心距离分别为D1和D2，相对于镜头焦距对上述D1和D2归一化时得到的数值范围为：0＜|D1|≤0.03，0＜|D2|≤0.03。

在本实用新型一较佳实施例中，所述胶合面与光轴的交点到所述第一反射面与光轴的交点之间的距离为T1，所述胶合面与光轴的交点到所述第二反射面与光轴的交点之间的距离为T2，其中，相对于镜头焦距对上述T1和T2归一化时得到的数值范围为：0.05＜T1≤0.2，0.01＜T2≤0.03。

在本实用新型一较佳实施例中，所述第一棱镜和第二棱镜采用的材料为光学玻璃或者晶体材料，所述第一棱镜和第二棱镜所采用的材料的折射率分别为n1和n2，其中，1＜n1＜2，1＜n2＜2。

在本实用新型一较佳实施例中，所述第一棱镜的凹面、第一棱镜的凸面、第二棱镜的凹面和第二棱镜的凸面为球面或者非球面。

在本实用新型一较佳实施例中，所述n2＞n1，所述第一棱镜所采用的材料的阿贝数大于所述第二棱镜所采用的材料的阿贝数。

在本实用新型一较佳实施例中，所述第一棱镜和第二棱镜包括三棱镜。

由上可见，本实用新型实施例提供的成像光谱仪仅包含按上述要求胶合在一起的第一棱镜和第二棱镜，与现有技术中的包含准直镜，复合棱镜和成像镜的成像光谱仪相比，本实用新型实施例提供的成像光谱仪结构简单，容易装调和测试，能够在一定程度上缩短研制周期，降低成本。

附图说明