自由曲面凹面光栅成像光谱仪制造技术

一种自由曲面凹面光栅成像光谱仪，包括一狭缝、一自由曲面凹面光栅和一像面，从狭缝入射的光线照射到所述自由曲面凹面光栅上发生色散并反射形成一反射光束，该反射光束照射到所述像面上，使得狭缝入射的不同波长的光线分开并分别成像在像面上。本发明专利技术还涉及一种所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法。自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法。自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法。

【技术实现步骤摘要】
自由曲面凹面光栅成像光谱仪


[0001]本专利技术涉及光学领域，尤其涉及一种自由曲面凹面光栅成像光谱仪。

技术介绍

[0002]光谱信息非常重要，在生物科学、医疗健康、制药、能源、食品和农业等领域有着广泛的应用。光谱信息的获取依赖光谱仪和成像光谱仪。成像光谱仪中关键的元件是具有色散功能的光学系统。具有色散功能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。
[0003]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。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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，确有必要提供一种自由曲面凹面光栅成像光谱仪，该自由曲面凹面光栅成像光谱仪结构简单、成本低廉且具有较好的成像效果。
[0006]一种自由曲面凹面光栅成像光谱仪，包括一狭缝、一自由曲面凹面光栅和一像面，从所述狭缝入射的光线照射到所述自由曲面凹面光栅上发生色散并反射形成一反射光束，该反射光束照射到所述像面上，使得狭缝入射的不同波长的光线分开并分别成像在所述像面上。
[0007]与现有技术相比，本专利技术提供的自由曲面凹面光栅成像光谱仪仅含有自由曲面凹面光栅这一个光学元件，该自由曲面凹面光栅同时作为色散元件和成像元件，从而使得所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪结构简单、体积小、成本低廉，而且还具有较好的成像效果。
附图说明
[0008]图1为本专利技术第一实施例提供的自由曲面凹面光栅成像光谱仪的光路图。
[0009]图2为本专利技术第一实施例提供的自由曲面凹面光栅成像光谱仪的结构示意图。
[0010]图3为本专利技术第一实施例提供的系统1不同视场和不同波长的波像差。
[0011]图4为本专利技术第二实施例提供的自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法的流程图。
[0012]主要元件符号说明
[0013]自由曲面凹面光栅成像光谱仪
ꢀꢀꢀꢀꢀ
100
[0014]狭缝
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
102
[0015]凹面光栅
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
104
[0016]探测器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
106
[0017]像面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
108
[0018]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0019]下面将结合附图及具体实施例对本专利技术提供的自由曲面凹面光栅成像光谱仪作进一步的详细说明。
[0020]请参见图1和图2，本专利技术第一实施例提供一种自由曲面凹面光栅成像光谱仪100，该自由曲面凹面光栅成像光谱仪100包括一狭缝102、一凹面光栅104和一像面108。光线通过所述狭缝102照射到所述凹面光栅104上发生色散并反射形成一反射光束，该反射光束照射到所述像面108成像。所述凹面光栅104具有一自由曲面，因此所述凹面光栅104为自由曲面凹面光栅104。所述自由曲面凹面光栅104同时作为所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪100的色散元件和成像元件，也即所述自由曲面凹面光栅104同时具有色散和成像的功能。也即，从狭缝102入射的光线照射到所述自由曲面凹面光栅104上发生色散并反射，反射光束照射到所述像面108上，使得狭缝102入射的不同波长的光线分开并分别成像在像面108上。
[0021]所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪100仅含有单个光学元件，该单个光学元件就是所述凹面光栅104。也即，所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪100仅含有凹面光栅104这一个光学元件。所述狭缝102和所述像面108位于所述凹面光栅104的同一侧。
[0022]所述狭缝102是一条宽度可调、狭窄细长的缝孔。所述狭缝102可以是固定的狭缝102、单边可调的非对称式狭缝102和双边可调的对称狭缝102。本实施例中，所述狭缝102是双边可调的对称狭缝102。
[0023]所述凹面光栅104的线距可以固定，也可以变化。当凹面光栅104的线距固定时，说明该凹面光栅104具有定线距，该凹面光栅104为定线距凹面光栅104。当凹面光栅104的线距变化时，说明该凹面光栅104具有变线距，该凹面光栅104为变线距凹面光栅104。一实施例中，所述凹面光栅104为定线距自由曲面凹面光栅104；另一实施例中，所述凹面光栅104为变线距自由曲面凹面光栅104。
[0024]自由曲面上光栅栅线距离固定或是变化、栅线的形状弯曲或是笔直，对应着栅线在光栅局部坐标系的xy平面上的投影线的距离和形状。所述变线距凹面光栅104指的是直条纹的变线距光栅，镜面上某一点(x,y)处栅线距离d满足：
[0025]d(x,y)＝d0+d1y+d2y2+d3y3+
…ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0026]所述成像光学系统进一步包括一探测器106，该探测器106位于所述像面108的位置，用于记录所述像面108的信息。所述探测器106也可以为胶片等。本实施例中，所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪100由所述狭缝102、所述凹面光栅104、所述像面108和所述探测器106组成。
[0027]表1为凹面光栅104分别为不同的定线距凹面光栅104和不同的变线距凹面光栅104时，所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪100的性能参数。表1中，Constant指定线距凹面
光栅104，Variable指变线距凹面光栅104，System No.指系统编号(该系统就是所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪100，简称系统)，Grating line
‑
space指凹面光栅104线距，Spectral bandwidth指光谱带宽，Spectral dispersion指光谱色散，Slit length指狭缝102长度，Numerical aperture指数值孔径，System length指系统长度(系统长度是指所述狭缝102至所述凹面光栅104的距离)，Spectral resolving power指光谱分辨力，光谱带宽的单位为nm(纳米)，光谱色散的单位为nm/mm(纳米每毫米)，狭缝102长度和系统长度的单位均为mm(毫米)。
[0028]表1所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪100的性能参数
[0029][0030]由表1可知，所述凹面光栅104为定线距凹面光栅104时，所述自由曲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自由曲面凹面光栅成像光谱仪，包括一像面，其特征在于，所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪进一步包括一狭缝和一自由曲面凹面光栅，从所述狭缝入射的光线照射到所述自由曲面凹面光栅上发生色散并反射形成一反射光束，该反射光束照射到所述像面上，使得狭缝入射的不同波长的光线分开并分别成像在所述像面上。2.如权利要求1所述的自由曲面凹面光栅成像光谱仪，其特征在于，所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪仅含有所述自由曲面凹面光栅一个光学元件。3.如权利要求1所述的自由曲面凹面光栅成像光谱仪，其特征在于，所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪进一步包括一探测器，用于记录所述像面的信息。4.如权利要求3所述的自由曲面凹面光栅成像光谱仪，其特征在于，所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪由所述狭缝、所述像面、所述自由曲面凹面光栅和所述探测器组成。5.如权利要求1所述的自由曲面凹面光栅成像光谱仪，其特征在于，所述狭缝和所述像面位于所述自由曲面凹面光栅的同一侧。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：朱钧，张本奇，谭益林，金国藩，范守善，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：