[发明专利]一种变光谱分辨率光谱仪以及设计方法

权利要求书

1.一种变光谱分辨率光谱仪的设计方法，其特征在于，包括：

步骤一，设计经典的Offner光谱系统，确定初始结构；

步骤二，取狭缝处任意一根光线进行光线追迹，推算凸面光栅的光栅密度与光线到达像面的坐标的关系；

步骤三，设计多块离轴凸面光栅，用以替换步骤一中Offner光谱系统中的凸面光栅；根据步骤二中的推算结论，设计优化多块离轴凸面光栅的基本参数，得到多块离轴凸面光栅光谱仪初始系统结构，具体为：

S301、设置各离轴凸面光栅的光栅密度和离轴偏心量，根据步骤一的推算结论，得到每个离轴凸面光栅中心光线的入射角；

S302、根据波长范围和中心波长，计算得到每个离轴凸面光栅中心光线在像面的坐标，由此得到每个离轴凸面光栅衍射在像面上形成的子光谱图像宽度；

S303、判断是否满足如下条件：

所有离轴凸面光栅的子光谱图像的宽度之和小于或等于像面的有效探测靶面尺寸，并且相邻离轴凸面光栅的子光谱图像未有重叠；

如果满足上述条件，则此时各离轴凸面光栅的光栅密度和离轴偏心量满足要求，得到多块离轴凸面光栅光谱仪初始系统结构；

如果不满足上述条件，调整各离轴凸面光栅的光栅密度，重新计算所述入射角和在像面的坐标，继而得到子光谱图像宽度，并再次判断是否满足条件；以此类推，直到满足条件，输出多块离轴凸面光栅光谱仪初始系统结构。

2.如权利要求1所述的一种变光谱分辨率光谱仪的设计方法，其特征在于，基于步骤三得到的多块离轴凸面光栅光谱仪初始系统，分离主镜和三镜，使两者具有不同的曲率，同时控制smile畸变和keystone畸变，优化系统直到使其达到满足要求的成像性能。

3.如权利要求2所述的一种变光谱分辨率光谱仪的设计方法，其特征在于，基于步骤三得到的多块离轴凸面光栅光谱仪初始系统，调整离轴凸面光栅的离轴偏心量值，使得探测器的利用率最大化。

4.如权利要求1、2或3所述的一种变光谱分辨率光谱仪的设计方法，其特征在于，各光栅密度大于40g/mm且小于1000g/mm。

5.一种应用权利要求1所述方法的变光谱分辨率光谱仪，基于Offner型光谱仪的结构，包括狭缝、主镜、凸面光栅、三镜以及像面，其特征在于，所述凸面光栅包括多块离轴凸面光栅，每块所述离轴凸面光栅为基底凸面、具有一定离轴偏心量，通过调整各离轴凸面光栅的光栅密度和离轴偏心量，以及每块离轴凸面光栅中心光线在像面的坐标，各离轴凸面光栅在像面上产生不同光谱分辨率且互相不重叠的子光谱图像。

6.如权利要求5所述的一种变光谱分辨率光谱仪，其特征在于，所述主镜和三镜在不同平面上。

7.如权利要求5所述的一种变光谱分辨率光谱仪，其特征在于，所述主镜和三镜具有不同曲率。