技术领域
[0001] 本发明涉及光学镜头，具体涉及空间调制干涉型高光谱仪光学镜头及高光谱仪。
相关背景技术
[0002] 光谱仪既能获取图像信息又能获取光谱信息，因而在物质检测、气象、遥感等领域得到广泛应用。光谱仪根据其光谱分辨能力分为多光谱仪、高光谱仪和超高光谱仪，根据光谱信息获取方法又分为分光型、衍射型、干涉型光谱仪等。干涉型光谱仪又可分为时间调制干涉型光谱仪和空间调制干涉型光谱仪两大类，时间调制干涉型光谱仪是在迈克尔干涉仪基础上形成的，因其具有动机构，故实时性不好。空间调制干涉型光谱仪具有光谱分辨率高、实时性和稳定性好等特点，在机载、星载等领域受到广泛关注。目前，空间调制干涉型高光谱仪的主要难点在于干涉形成和光学镜头的设计，其中，现有的空间调制干涉型高光谱仪光学镜头通常包括沿入射光传播方向依次设置的前置物镜组、狭缝、干涉棱镜组、傅里叶镜组以及柱面镜组，各镜组的结构非常复杂，设计难度很大。
具体实施方式
[0069] 如图1‑图3所示，一种空间调制干涉型高光谱仪光学镜头，包括沿入射光传播方向依次设置的前置物镜组1、狭缝2、干涉棱镜组3、傅里叶镜组4和柱面镜组5。具体地，前置物镜组1的焦距为29.6mm～30.5mm，相对孔径的倒数为5.9～6.1，前置物镜组1用于采集物方光学信号，狭缝2位于前置物镜组1的像面21位置处，用于将物方光学信号中沿探测器6光谱维方向的成像信号滤波，干涉棱镜组3用于对滤波后的成像信号进行分光和相干干涉，形成干涉光谱图样，傅里叶镜组4的焦距为59.4mm～60.6mm，相对孔径的倒数为5.9～6.1，傅里叶镜组4用于对干涉光谱图样进行傅里叶光学变换，柱面镜组5的焦距为33.5mm～34.5mm，相对孔径的倒数为1.9～2.1，柱面镜组5用于对傅里叶光学变换后的干涉光谱图样进行光谱维扩展，形成干涉光谱图像并入射至外部探测器6，即入射光经过前置物镜组1与狭缝2后在干涉棱镜组3处实现90°旋转，反射光再由左至右经过傅里叶镜组4、柱面镜组5汇聚达到探测器6。狭缝2的宽度为0.03mm±0.003mm。该光学镜头的波长为400nm～900nm，视场角为36.9°，光谱分辨率≤8.2nm，光谱通道数高达140个。在含底板及结构件情况下，该光学镜头的体积≤400mm×150mm×78mm。本实施例中，该光学镜头、前置物镜组1、狭缝2、傅里叶镜组
4及柱面镜组5的参数如表1所示：
[0070] 表1
[0071]
[0072] 如图3所示，前置物镜组1包括沿光路传播方向依次设置的10片透镜，形成了20个光学表面和1个像面21，光线由左至右经过图中所示的20个表面到达像面21，第A1透镜第1面A1‑1与前置物镜组1的像面21之间的距离≤60mm，前置物镜组1的最大通光孔径≤25mm，重量≤35g。第A5透镜第2面与第A6透镜第1面A6‑1胶合。第A5透镜第1面A5‑1与第A4透镜第2面A4‑2之间的光路上设置有光阑11。本实施例中，各个透镜面的曲率半径、间距、折射率与色散系数如表2所示：
[0073] 表2
[0074]
[0075] 如图4所示，前置物镜组1的衍射调制传递函数在90lp/mm条件下可以达到0.3以上。
[0076] 如图5所示，干涉棱镜组3为第一半五角棱镜9和第二半五角棱镜10共同拼合成的五角棱镜结构，拼合边分别为第一半五角棱镜9的9‑2面和第二半五角棱镜10的10‑3面，干涉棱镜组3的通光孔径为35mm，等效光程为82mm，材质为石英。光线由图中第一半五角棱镜9的9‑1面入射，经过第一半五角棱镜9和第二半五角棱镜10的拼合面9‑2面和10‑3面进行分光，一束光经过9‑2面、9‑3面、9‑4面、9‑2面、10‑4面出射，另一束光经过10‑3面、10‑1面、10‑2面、10‑3面、10‑4面出射。9‑4面和10‑2面装配时需要满足：第一半五角棱镜9沿拼合边方向上的长度比第二半五角棱镜10沿拼合边方向上的长度小至多一个波长，以实现干涉图样。
[0077] 如图6所示，傅里叶镜组4包括沿光路传播方向依次设置的10片透镜，形成了15个光学表面和1个共焦面7。其中，第B1透镜第2面B1‑2与第B2透镜第1面胶合，第B3透镜第2面与第B4透镜第1面B4‑1胶合，第B4透镜第2面与第B5透镜第1面B5‑1胶合，第B6透镜第2面与第B7透镜第1面B7‑1胶合，第B8透镜第2面与第B9透镜第1面B9‑1胶合，第B10透镜第2面与傅里叶镜组4的出瞳面重合。光线由左至右从图中的共焦面7依次经过14个光学表面到达出瞳面即第B10透镜第2面。第B1透镜第1面B1‑1与第B10透镜第2面B10‑2之间的距离≤180mm，傅里叶镜组4的最大通光孔径≤60mm，重量≤500g。本实施例中，各个透镜面的曲率半径、间距、折射率与色散系数如表3所示：
[0078] 表3
[0079]
[0080] 如图7所示，傅里叶镜组4的衍射调制传递函数在90lp/mm条件下可以达到0.4以上。
[0081] 如图8所示，柱面镜组5包括沿光路传播方向依次设置的7片透镜，形成了13个光学表面和1个入瞳面8。其中，第C4透镜第2面与第C5透镜第1面C5‑1胶合，光线由左至右从图中所示的入瞳面8依次经过13个光学表面到达距离第C7透镜第2面C7‑2后方7.42424mm处的焦平面15，焦平面15是虚拟的。柱面镜组5的入瞳面8与焦平面15之间的距离≤57mm，柱面镜组5的最大通光孔径≤18mm，重量约30g。本实施例中，各个透镜面的曲率半径、间距、折射率与色散系数如表4所示：
[0082] 表4
[0083]
[0084] 如图9所示，柱面镜组5的衍射调制传递函数在90lp/mm条件下可以达到0.4以上。本实施例中，傅里叶镜组4的共焦面7与前置物镜组1的像面21重合。第B10透镜第2面B10‑2与柱面镜组5的入瞳面8共面，探测器6焦平面与柱面镜组5焦平面15共面。另外，本发明还提供了一种采用上述光学镜头的空间调制干涉型高光谱仪。
[0085] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明披露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
