一种大相对孔径成像光谱仪镜头制造技术

本发明专利技术公开了一种大相对孔径成像光谱仪镜头，工作波段覆盖400nm

【技术实现步骤摘要】
一种大相对孔径成像光谱仪镜头


[0001]本专利技术涉及光谱分光镜头
，特别涉及一种大相对孔径成像光谱仪镜头。

技术介绍

[0002]推扫式成像光谱仪常用透射式光谱分光镜头实现高光谱线扫描成像，透射式光谱分光镜头由于镜片组件设计自由度高，消像差能力强，在可见光和近红外波段具有谱线畸变小、相对孔径大、光谱分辨率高等优势。但透射式光谱分光镜头的消像差设计要求镜组复杂化，并增加使用玻璃材料的类型，镜片数量的增加和透过率低材料的引入会大大增加镜头对光的吸收，导致透射式光谱分光镜头相对孔径大的优势被抵消。例如消色差常用的高色散重火石类玻璃材料在400
‑
450nm波段具有很强的吸收，在使用多片重火石玻璃材料后，在短波长光谱波段整个镜头的透过率可能会降至30%以下。
[0003]CN101377569A中公开了一种棱镜－光栅－棱镜光谱成像系统，其将透射光栅和聚焦透镜一体化或将准直元件、透射光栅和聚焦透镜一体化，以此实现透过率均匀的光谱仪，但其结构较为复杂，实际量产难度大。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的一种大相对孔径成像光谱仪镜头，至少可解决现有成像光谱仪镜头在短波波段光学效率低、信号衰减严重的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出了以下技术方案：一种大相对孔径成像光谱仪镜头，所述成像光谱仪镜头包括依次排列的狭缝、准直透镜组、棱镜
‑
光栅组合色散元件和聚焦透镜组，其中：所述准直透镜组用于将从狭缝中出射的光调整为准直光束；所述棱镜r/>‑
光栅组合色散元件用于对所述准直光束进行分光，由依次排列的一棱镜和一透射光栅组成，其中所述棱镜的顶角为2.29度，所述透射光栅的刻线密度为150线每毫米，所述透射光栅的衍射面设置于远离棱镜的一侧；所述聚焦透镜组用于将分光后的光束进行聚焦。
[0006]进一步地，所述棱镜口径为25.4毫米，中心厚度为4毫米；所述透射光栅口径为25.4毫米，厚度为2毫米。
[0007]进一步地，所述成像光谱仪镜头的焦距为f，所述准直透镜组由依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五胶合透镜、第六透镜组成，其中：所述第一透镜为正凸透镜，具有正焦距f1，满足
‑
0.15<f1/f<
‑
0.11；所述第二透镜为正弯月透镜，具有正焦距f2，满足
‑
0.15<f2/f<
‑
0.11；所述第三透镜为负凹透镜，具有负焦距f3，满足0.05<f3/f<0.09；所述第四透镜为正弯月透镜，具有正焦距f4，满足
‑
0.14<f4/f<
‑
0.10；所述第五胶合透镜具有负焦距fc5，满足0.20<fc5/f<0.24；所述第六透镜为正凸透镜，具有正焦距f6，满足
‑
0.25<f6/f<
‑
0.21。
[0008]进一步地，所述成像光谱仪镜头的焦距为f，所述聚焦透镜组由依次排列的第七透镜、第八胶合透镜、第九透镜和第十透镜组成，其中：所述第七透镜为正凸透镜，具有正焦距f7，满足
‑
0.57<f7/f<
‑
0.53；所述第八胶合透镜具有负焦距fc8，满足0.42<fc8/f<0.44；所述第九透镜为正凸透镜，具有正焦距f9，满足
‑
0.39<f9/f<
‑
0.35；所述第十透镜为正弯月透镜，具有正焦距f10，满足
‑
0.48<f10/f<
‑
0.44。
[0009]进一步地，所述聚焦透镜组将分光后的光束聚焦至像面进行成像，所述棱镜
‑
光栅组合色散元件与所述第七透镜之间的空气间隔为5毫米，所述聚焦透镜组的光轴与所述像面的法线之间的夹角为7度。
[0010]进一步地，所述聚焦透镜组的光轴以狭缝所在直线方向为旋转轴旋转1.645度。
[0011]进一步地，所述棱镜
‑
光栅组合色散元件和聚焦透镜组之间，还包括：平面反射镜，其中：所述准直透镜组的光轴与所述聚焦透镜组的光轴垂直；所述平面反射镜的法线与所述准直透镜组的光轴之间的夹角为45.82度。
[0012]进一步地，所述聚焦透镜组将分光后的光束聚焦至像面进行成像，所述棱镜
‑
光栅组合色散元件与所述聚焦透镜组之间的有效光程为30毫米，所述聚焦透镜组的光轴与所述像面的法线之间的夹角为7度。
[0013]进一步地，所述棱镜和所述光栅的材质为K9L玻璃。
[0014]本专利技术提出的一种大相对孔径成像光谱仪镜头，工作波段覆盖400nm
‑
1000nm，主要包括12片10组球面玻璃镜片和棱镜
‑
光栅组合分光元件，通过对上述元件的特殊参数设计，可在10.2mm横向视场下实现F/2.0的大相对孔径，全工作波段均方根光斑半径小于4um的高光谱分辨率成像，并实现了短波段超过60%的透过率、长波段超过80%的透过率。可充分利用工作波段内的光通量，实现更高速的高光谱成像。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例1中成像光谱仪镜头垂直于狭缝的剖视图和光路图；图2是本专利技术实施例1中成像光谱仪镜头平行于狭缝的剖视图和光路图；图3是本专利技术实施例1中的成像光谱仪镜头在波长为400nm、700nm和1000nm下的成像调制传递函数（MTF）曲线图；图4是本专利技术实施例1中的成像光谱仪镜头在全工作波段均方根(RMS)光斑半径图；图5是本专利技术实施例2中的成像光谱仪镜头垂直于狭缝的剖视图和光路图；图6是本专利技术实施例2中的成像光谱仪镜头在波长为400nm、700nm和1000nm下的成像调制传递函数（MTF）曲线图；图7是本专利技术实施例2中的成像光谱仪镜头在全工作波段均方根(RMS)光斑半径图。
[0016]图中：101
‑
第一透镜；102
‑
第二透镜；103
‑
第三透镜；104
‑
第四透镜；105
‑
第五胶合透镜；106
‑
第六透镜；107
‑
第七透镜；108
‑
第八胶合透镜；109
‑
第九透镜；110
‑
第十透镜；201
‑
棱镜；202
‑
透射光栅；301
‑
狭缝；302
‑
像面；401
‑
平面反射镜。
实施方式
[0017]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大相对孔径成像光谱仪镜头，其特征在于，所述成像光谱仪镜头包括依次排列的狭缝、准直透镜组、棱镜
‑
光栅组合色散元件和聚焦透镜组，其中：所述准直透镜组用于将从狭缝中出射的光调整为准直光束；所述棱镜
‑
光栅组合色散元件用于对所述准直光束进行分光，由依次排列的一棱镜和一透射光栅组成，其中所述棱镜的顶角为2.29度，所述透射光栅的刻线密度为150线每毫米，所述透射光栅的衍射面设置于远离棱镜的一侧；所述聚焦透镜组用于将分光后的光束进行聚焦。2.根据权利要求1所述的大相对孔径成像光谱仪镜头，其特征在于，所述棱镜口径为25.4毫米，中心厚度为4毫米；所述透射光栅口径为25.4毫米，厚度为2毫米。3.根据权利要求1所述的大相对孔径成像光谱仪镜头，其特征在于，所述成像光谱仪镜头的焦距为f，所述准直透镜组由依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五胶合透镜、第六透镜组成，其中：所述第一透镜为正凸透镜，具有正焦距f1，满足
‑
0.15<f1/f<
‑
0.11；所述第二透镜为正弯月透镜，具有正焦距f2，满足
‑
0.15<f2/f<
‑
0.11；所述第三透镜为负凹透镜，具有负焦距f3，满足0.05<f3/f<0.09；所述第四透镜为正弯月透镜，具有正焦距f4，满足
‑
0.14<f4/f<
‑
0.10；所述第五胶合透镜具有负焦距fc5，满足0.20<fc5/f<0.24；所述第六透镜为正凸透镜，具有正焦距f6，满足
‑
0.25<f6/f<
‑
0.21。4.根据权利要求1所述的大相对孔径成像光谱仪镜头，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐俊峰，白皓轩，夏云鹏，曹桂平，董宁，
申请(专利权)人：合肥埃科光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：