[发明专利]自由曲面成像光谱仪系统

说明书

本发明涉及一种自由曲面成像光谱仪系统，包括：一主反射镜，简称主镜，位于光线的光路上，以该主反射镜顶点为原点定义一第一三维直角坐标系；一次反射镜，简称次镜，位于所述主反射镜光路上，以该次反射镜顶点为原点定义一第二三维直角坐标系；一第三反射镜，简称三镜，位于所述次反射镜的光路上，以该第三反射镜顶点为原点定义一第三三维直角坐标系；以及一探测器，光线依次经过所述主镜、次镜和三镜的反射后，被该探测器接收到并成像。所述次镜为系统的孔径光阑。所述主镜和三镜的反射面均为六次自由曲面。所述次镜为具有六次自由曲面面形的光栅，该自由曲面面形的光栅由一组等间距的平行平面与自由曲面相交而得到。

技术领域

本发明涉及光学设计领域，尤其涉及一种自由曲面成像光谱仪系统。

背景技术

成像光谱仪在生物医学、化学分析、地球遥感探测、宇宙探索等领域有着重要应用，其中的关键仪器是具有色散器件的光学系统。具有色散器件的光学系统具有更大的视场、更宽的光谱范围、更高的分辨率，能够推动相关应用领域学科的发展，是人们长期以来所不懈追求的目标。

自由曲面是指无法用球面或非球面系数来表示的非传统曲面，自由曲面是不具有对称性的复杂面形的光学曲面。自由曲面光学涵括了具有至少一个自由曲面的光学系统的设计。近十几年来，自由曲面光学的快速发展不但为光学系统的性能带来了全方位的提升，而且还实现了许多以往难以设计、或者从来没有过的光学系统，为光学设计领域带来了革命性的突破。

然而，现有的成像光谱仪较少采用自由曲面来设计，原因是自由曲面的变量较多，自由度太大，系统的体积、重量与镜片数量等考虑因素很多，很难设计出结构简单、成本低廉且具有较好成像效果的成像光谱仪。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种结构简单、成本低廉且具有较好成像效果的自由曲面成像光谱仪系统。

一种自由曲面成像光谱仪系统，在该自由曲面成像光谱仪系统的狭缝所在空间中，以狭缝上中心视场的物点作为原点定义一全局三维直角坐标系(X₀，Y₀，Z₀)，该自由曲面成像光谱仪系统包括：

一主镜，以所述主镜的顶点为第一原点定义一第一三维直角坐标系(X，Y，Z)，且该第一三维直角坐标系(X，Y，Z)为所述全局三维直角坐标系(X₀，Y₀，Z₀)沿Z轴正方向和Y轴正方向平移得到，在该第一三维直角坐标系(X，Y，Z)中，所述主镜的反射面为一xy多项式自由曲面；

一次镜，以所述次镜的顶点为第二原点定义一第二三维直角坐标系(X′，Y′，Z′)，且该第二三维直角坐标系(X′，Y′，Z′)为所述全局三维直角坐标系(X₀，Y₀，Z₀)沿Z轴正方向和Y轴负方向平移得到，在该第二三维直角坐标系(X′，Y′，Z′)中，所述次镜的反射面为一x′y′多项式自由曲面，该次镜为孔径光阑，且该次镜为具有自由曲面面形的光栅，该自由曲面面形的光栅由由一组等间距平行平面与自由曲面相交而得到；

一三镜，以所述三镜的顶点为第三原点定义一第三三维直角坐标系(X″，Y″，Z″)，且该该第三三维直角坐标系(X″，Y″，Z″)为所述全局三维直角坐标系(X₀，Y₀，Z₀)沿Z轴正方向和Y轴正方向平移得到，在该第三三维直角坐标系(X＂，Y″，Z″)中，所述三镜的反射面为一x″y″多项式自由曲面；以及

一探测器，光线依次经过所述主镜、次镜和三镜的反射后，被该探测器接收到并成像。

相较于现有技术，本发明提供的自由曲面成像光谱仪系统结构简单、成本低廉且具有较好成像效果，能够在保持紧凑结构的同时实现低畸变、长狭缝、宽光谱范围和高光谱分辨率，具有极高的综合性能。

附图说明