[发明专利]薄膜型像切分器装置及其工作系统

说明书

本发明公开了一种薄膜型像切分器装置及其工作系统。该装置包括主体棱镜、平板光学元件、光学膜，光学膜与平板光学元件第二表面之间形成反射腔，光学膜具有与反射腔中光束反射前进方向的投影方向呈夹角θ的斜边，光束在反射前进中反复经过斜边，像斑被切分为若干个等宽的切分像，若干个切分像沿与切分方向垂直的排列方向线性排布，每个切分像对应的光束主光线相互平行。本发明采用光学膜边缘替代经典的光学玻璃棱边作为切分像斑的工具，能够有效提高切分精度，抑制杂散光，成品率高，便于批量化生产，使用寿命长；可配合转向棱镜改变光束的出射方向，以匹配不同应用环境的需求。

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别是天文光学技术、光谱技术领域，具体涉及一种像切分器装置及其工作系统。

背景技术

地面开展天文光谱观测时，星光会聚在光谱仪的狭缝处，穿过狭缝后经色散形成具有一定分辨率的光谱。为了提高光谱分辨率往往需要将狭缝的宽度开得比星像直径更窄，导致大部分光被挡在狭缝之外而得不到利用。像切分器将星像沿狭缝宽度方向分成若干与狭缝等宽的切分像，并沿狭缝长度方向排列，使大部分星光都能进入光谱仪，解决光谱分辨率和星光利用率的矛盾问题。1938年，I.S.鲍恩首先设计一种迭片式像切分器。随着光学制造技术的进步，1980年代起逐渐应用到天文实测领域，出现了多种类型的像切分器。绝大部分的像切分器采用光学玻璃棱边作为切分像斑的工具，玻璃棱边的光学制造精度，包括棱边的崩边、直线度和角度，直接决定了像切分器的工作效果。直到1990年代末期，相关的光学制造技术才被逐渐攻克，但成品率低、易破损的现实问题仍未很好解决。其中，崩边会导致切分像斑的轮廓不规则，并且产生有害的杂散光；直线度和角度误差会导致无法等宽地切分像斑，降低工作效果。另一方面，现有的像切分器类型对光束出射方向都不具备转向功能，出射光束的指向均与入射光束的相同。

从现有技术的检索结果来看，目前的像切分器均保持使用光学玻璃棱边作为切分像斑的工具，因此不能有效解决上述问题；现有的像切分器国内专利均未涉及或通过其它部件来实现切分像的线性排列；现有的像切分器均未涉及或通过其它部件来实现出射光束的转向功能。

发明内容

本发明目的是：为了解决经典像切分器存在光学玻璃棱边因制造工艺缺陷导致工作效果不理想、成品率低和无法批量生产的问题，并可增加出射光束转向功能，提出一种薄膜型像切分器装置及其工作系统，具有切分精度高、使用寿命长、成品率高、批量化可行性强的技术特点，并可同时具备出射光束转向功能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种薄膜型像切分器装置，包括主体棱镜、平板光学元件、光学膜，所述主体棱镜包括相互之间呈夹角α的主体棱镜第一表面和主体棱镜第二表面，所述平板光学元件具有靠近主体棱镜第二表面的平板光学元件第一表面和远离主体棱镜第二表面的平板光学元件第二表面，所述主体棱镜和平板光学元件之间设置有光学膜，所述光学膜与平板光学元件第二表面之间形成反射腔，入射光束从主体棱镜第一表面入射，并在所述反射腔中以折线方式反射向前传输，所述光学膜具有与反射腔中光束反射前进方向的投影方向呈夹角θ的斜边，光束在反射前进中反复经过所述斜边，像斑被切分为若干个等宽的切分像，若干个所述切分像沿与切分方向垂直的排列方向线性排布。

更进一步的，所述入射光束为具有远心光路特性的慢焦比光束。

更进一步的，所述入射光束的焦比慢于F/15。

更进一步的，所述光学膜为镀制于主体棱镜第二表面上的光学外反射膜，和/或镀制于平板光学元件第一表面上的光学内反射膜。

更进一步的，还包括转向棱镜，所述主体棱镜还包括主体棱镜第三表面，光束从所述主体棱镜第三表面出射，所述转向棱镜包括转向棱镜第一表面、转向棱镜第二表面和转向棱镜第三表面，所述转向棱镜第一表面与主体棱镜第三表面相连，光束经转向棱镜第二表面折转方向后从转向棱镜第三表面出射，所述转向棱镜第一表面与转向棱镜第二表面的夹角为β。