【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于成像光谱，具体涉及一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪。
技术介绍
1、紫外成像光谱仪的结构大多为沿光轴依次设置的狭缝、光栅和ccd，在申请号为“202211529115.0”的文件中公开了“一种基于自由曲面的littrow短波成像光谱系统，包括沿光路依次设置的狭缝、littrow光学模块和平面光栅，以及位于狭缝上方的探测模块；所述狭缝与探测模块分别位于光轴的两侧；所述littrow光学模块为光路复用透镜组，包括第一透镜组、折轴镜以及第二透镜组。现有技术存在的问题是：1、由于紫外波长非常短，现有系统的焦深小，像差难校正；2、针对紫外波长，所能用到的透镜材料非常有限，而现有结构，基本都采用全反射式结构模型进行设计。3、由于反射式光谱仪自身结构模型限制的原因，很难实现大相对孔径设计，从而导致系统的信噪比低，很难实现高信噪比的使用要求。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪，以解决现有技术中存在的系统的焦深小、像差难校正，信噪比低，难以实现大数值孔径和长狭缝设计的问题。
2、为达到本专利技术的目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪，包括沿光轴依次设置的狭缝组件、校正镜组件和凹面罗兰光栅，在狭缝组件同侧的相面位置上设置有ccd；所述校正镜组件包括第一校正镜、第二校正镜和第三校正镜，第一校正镜为双凸正透镜，第二校正镜为弯月正透镜、第三校正镜为弯月负透镜；所述第一校正镜、第二校正镜和第三校正镜均为康宁7
3、进一步的，上述第一校正镜、第二校正镜和第三校正镜均由nd＝1.4585，vd＝67.821的光学材料制成。
4、进一步的，上述第一校正镜光焦度为0.0128，第二校正镜光焦度为0.000698，第三校正镜光焦度为-0.0081。
5、进一步的，上述狭缝组件与第一校正镜之间的空气间隔为19.2mm，第一校正镜与第二校正镜之间的空气间隔为66.24mm，第二校正镜与第三校正镜之间的空气间隔为3.14mm，第三校正镜与凹面罗兰光栅之间的空气间隔为6.072mm，校正镜与ccd之间的空气间隔为18.93mm。
6、进一步的，上述狭缝组件尺寸为14mm×12μm。狭缝组件与光轴之间的偏离量为5.1mm。
7、进一步的，上述凹面罗兰光栅的曲率半径r为112.3mm，刻线密度为100g/mm，衍射波长范围为0.25μm～0.7μm。
8、与现有技术相比，本专利技术的优点是：
9、1、本专利技术的结构中特殊的地方是利用两种材料实现的像差优化和光焦度的匹配，且利用紫外凹面光栅的特有性质，实现了衍射波长在0.25～0.7μm的光谱模块，而基于自由曲面的littrow短波成像光谱仪工作波长为0.9～1.7μm，与之相比有长足的进步。
10、2、本专利技术使用凹面罗兰光栅与校正镜相结合，实现了大相对孔径，长狭缝设计，与专利号：202010019875.1相比较，具有明显优势：本专利技术专利衍射波长范围0.25～0.7μm，数值孔径0.25，狭缝尺寸为14mm×12μm。而基于一种大视场高分辨率对地观测紫外成像光谱仪光学系统而言，其衍射波长范围0.3～0.5μm，相对孔径为1/3，与之相比有长足的进步。
11、3、本专利技术中的所使用的校正镜组件均为常规同心透镜，将凹面罗兰光栅与校正镜组配合使用，首先基于凹面罗兰光栅的光谱色散模块具有高信噪比，高动态范围光谱成像特点，且根据凹面罗兰光栅同心圆的光谱成像特性，整个系统位于罗兰圆上，具有零像差成像特性。然后基于凹面罗兰光栅同心特性，利用校正组件的光学特性，有效抑制补偿了全系统的光谱弯曲，使得光学系统的光谱性能有了非常大的改善，同时平面光栅的高衍射效率实现了系统的高信噪比，高动态测量范围。
12、4、校正镜组件中的三个校正镜均为球面，加工，检测，装配更加简单，进一步解决了工程实现难度，同时使用同一种光学材料，在紫外光谱仪器未见报道。这是因为紫外光谱仪一般都是全反射式系统，并未见到透射式紫外光谱仪。存在难度是，在紫外波段透射式光谱仪所能使用的高透过率材料非常少，尤其是波长在400nm以下，几乎没有能透过的光学玻璃，所以紫外光谱仪基本都是反射式光路，但是反射式光路很难做到大相对孔径，基于此，本专利技术利用在紫外部分透过率极高的紫外石英进行设计，结合凹面光栅的罗兰圆特性，设计了一款大视场，大数值孔径孔径光谱仪。
13、5、利用凹面罗兰圆光栅与校正镜相结合进行光谱仪设计，有利于实现系统的大数值孔径设计。
14、6、或者由于采用凹面罗兰光栅的罗兰圆特性，因此结构紧凑，体积小，重量轻，同时装配工艺简单，对各光学元件之间的间距和相对位置无特殊需求，只要满足组装工艺即可。
15、7、本专利技术利用罗兰光栅罗兰圆的同心性像差成像特性，结合康宁7979石英的紫外高透光学特性，在0.25～0.7μm长范围内，光谱仪的光谱分辨率优于1nm，畸变小于0.1％，满足国际高分辨率要求。所提供的紫外光成像仪的数值孔径为0.25，畸变＜0.1％，通过原理仿真，验证了本专利技术可实现低畸变长狭缝的光谱模块设计。
16、8、本专利技术有利于实现各种机载平台和小卫星平台，由于本专利技术所设计的光谱仪结构紧凑，镜片数量少，都为同轴透镜，且所有透镜材料的膨胀系数一致，因此可在-40℃～60℃的环境温度下工作。可广泛应用于农作物生态健康检测，水质水体成份检测，植物植被病虫害检测，大气成分检测，火焰/尾焰成份及含量检测。
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1.一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪，其特征在于：包括沿光轴依次设置的狭缝组件(1)、校正镜组件(2)和凹面罗兰光栅(3)，在狭缝组件(1) 同侧的相面位置上设置有CCD(4);所述校正镜组件(2)包括第一校正镜（2-1）、第二校正镜（2-2）和第三校正镜（2-3），第一校正镜（2-1）为双凸正透镜，第二校正镜（2-2）为弯月正透镜、第三校正镜（2-3）为弯月负透镜；所述第一校正镜（2-1）第二校正镜（2-2），第三校正镜（2-3）均为康宁7979紫外石英。
2.根据权利要求1所述的一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪，其特征在于：所述第一校正镜（2-1）、第二校正镜（2-2）和第三校正镜（2-3）均由nd=1.4585，vd=67.821的光学材料制成。
3.根据权利要求2所述的一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪，其特征在于：所述第一校正镜（2-1）光焦度为0.0128，第二校正镜（2-2）光焦度为0.000698，第三校正镜（2-3）光焦度为-0.0081。
4.根据权利要求1-3任意权利要求所述的一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪
5.根据权利要求4所述的一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪设计方法，其特征在于：所述狭缝组件（1）尺寸为14mm×12μm，狭缝组件（1）与光轴之间的偏离量为5.1mm。
6.根据权利要求5所述的一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪设计方法，其特征在于：所述凹面罗兰光栅（3）的曲率半径R为112.3mm，刻线密度为100g/mm，衍射波长范围为0.25μm~0.7μm。
...【技术特征摘要】
1.一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪，其特征在于：包括沿光轴依次设置的狭缝组件(1)、校正镜组件(2)和凹面罗兰光栅(3)，在狭缝组件(1) 同侧的相面位置上设置有ccd(4);所述校正镜组件(2)包括第一校正镜（2-1）、第二校正镜（2-2）和第三校正镜（2-3），第一校正镜（2-1）为双凸正透镜，第二校正镜（2-2）为弯月正透镜、第三校正镜（2-3）为弯月负透镜；所述第一校正镜（2-1）第二校正镜（2-2），第三校正镜（2-3）均为康宁7979紫外石英。
2.根据权利要求1所述的一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪，其特征在于：所述第一校正镜（2-1）、第二校正镜（2-2）和第三校正镜（2-3）均由nd=1.4585，vd=67.821的光学材料制成。
3.根据权利要求2所述的一种大数值孔径高分辨率紫外成像光谱仪，其特征在于：所述第一校正镜（2-1）光焦度为0.0128，第二校正镜（2-2）光焦度为0.000698，第三校正镜（2-3...
【专利技术属性】
技术研发人员：高明，李西杰，刘钧，石峰，焦岗成，袁渊，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：
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