(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202221355487.1 (22)申请日 2022.06.01 (73)专利权人 苏州大学 地址 215137 江苏省苏州市相城区济学路8 号 (72)发明人 季轶群　韩继周　 (74)专利代理 机构 苏州创元专利商标事务所有 限公司 3210 3 专利代理师 陶海锋 (51)Int.Cl. G01J 3/28(2006.01) G01J 3/02(2006.01) G01N 21/25(2006.01) G01N 21/359(2014.01) G01N 21/01(2006.01)G02B 17/06(2006.01) (54)实用新型名称 一种基于离轴四反结构的成像光谱仪 (57)摘要 本实用新型涉及一种基于离轴四反结构的 成像光谱仪。 物方光线由狭缝入射， 依次经过主 反射镜、 反射式光栅， 次反射镜， 三反射镜， 其中 经过反射式光栅时进行分光， 最后光线到达可见 近红外探测器并成像； 成像光谱仪光学系统中的 主反射镜、 次反射镜及三反射镜的反射面均为6 阶XY多项式型自由曲面； 反射式光栅为圆锥曲面 凸面光栅。 本实用新型提供的成像光谱仪的工作 波段为400～1000n m， 具有长狭缝， 结构紧凑的特 点， 较好的控制了全波段全视场像差， 获得较好 的成像质量和分辨率， 其结构轻小的优点具有广 泛的应用前 景。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 217930558 U 2022.11.29 CN 217930558 U 1.一种基于离轴四反结构的成像光谱仪， 其特征在于： 它的光学系统包括狭缝 （1） 、 主 反射镜 （2） ， 反射式光栅 （3） 、 次反射镜 （4） 、 三反射镜 （5） 和可见近红外探测器 （6） ； 物方光线 通过狭缝入射， 经主反射镜反射至反射式光栅， 经反射式光栅分光后再依 次经次反射镜及 三反射镜反射， 至可 见近红外 探测器成像； 以所述狭缝的中心为原点， 光线入射方向为Z1轴正方向， Y1轴正方向向上， X1轴正方向 为垂直纸面向里， 构建第一 三维直角坐标系(x1， y1， z1)； 以所述主反射镜所在的空间为第二三维直角坐标系(x2， y2， z2)， 第二三维直角坐标系 (x2， y2， z2)的原点设在所述第一三维直角坐标系(x1， y1， z1)原点向z1正方向平移49～50mm 处， z2轴正方向相对于第一 三维直角坐标系(x1， y1， z1)的z1轴正方向顺时针旋转15 °～16°； 以所述反射式光栅所在的空间为第三三维直角坐标系(x3， y3， z3)， 第三三维直角坐标 系(x3， y3， z3)的原点设在所述第二三维直角坐标系(x2， y2， z2) 原点向y2正方向平移12～ 13mm， 向z2负方向平移46～47mm处， z3轴正方向相对于第二三维直角坐标系(x2， y2， z2)的z2 轴正方向顺时针旋转3 5°～36°； 以所述次反射镜所在的空间为第四三维直角坐标系  (x4， y4， z4)， 第四三维直角坐标系   (x4， y4， z4)的原点设在所述第三三维直角坐标系(x3， y3， z3)原点向y3负方向平移9～10mm， 向z3正方向平移37～38mm处， z4轴正方向相对于第三三维直角坐标系(x3， y3， z3)的z3轴正方 向顺时针旋转26 °～27°； 以所述三反射镜所在的空间为第五三维直角坐标系  (x5， y5， z5)， 第五三维直角坐标系   (x5， y5， z5)的原点设在所述第四三维直角坐标系  (x4， y4， z4) 原点向y4正方向平移13～ 14mm， 向z4负方向平移 36～37mm处， z5轴正方向相对于第四三维直角坐标系  (x4， y4， z4)的z4 轴正方向逆时针旋转25 °～26°； 以所述可见近红外探测器所在的空间为第六三维直角坐标系(x6， y6， z6)， 第六三维直 角坐标系(x6， y6， z6)的原点设在所述第五三维直角坐标系  (x5， y5， z5) 原点向y5负方向平 移18～19mm， 向z5正方向平移42～43mm处， z6轴正方向相对于第五三维直角坐标系  (x5， y5， z5)的z5轴正方向顺时针旋转59 °～60°； 所述成像光谱仪的主反射镜、 次反射镜和三反射镜的面型为6次XY多项式自由曲面， 自 由曲面的面型表达式z为： ； 其中， c为曲率； k 为二次曲面系数； A1～A27为多项式系数； 主反射镜、 次反射镜和三反射镜的面型数学描述分别对应为在第二三维直角坐标系 (x2， y2， z2)、 第四三维直角坐标系(x4， y4， z4)和第五三维直角坐标系  (x5， y5， z5)中的6次XY 多项式自由曲面；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 217930558 U 2所述成像光谱仪的反射式光 栅的面型为圆锥曲面， 面型表达式z为： ； 其中， c为曲率， c= ‑0.00494； k为二次曲面系数， k=1 ×102； 反射式光栅的面型数学描述 对应在第三 三维直角坐标系(x3， y3， z3)中。 2.根据权利要求1所述的一种基于离轴四反结构的成像光谱仪， 其特征在于： 主反射 镜、 次反射镜和三反射镜的6次XY多项式自由曲面， 其曲率c、 二次曲面系数k、 多项式系数A1 ～A27的取值分别为： 主反射镜 次反射镜 三反射镜 c ‑0.01461 0.00655 0.01220 k ‑0.96997 ‑27.94154 ‑2.99679 A10 0 0 A2‑0.01113 1.28094 4.59073 A30.14271 ‑1.49661 ‑1.93378 A40 0 0 A50.08832 ‑0.13979 0.16915 A60 0 0 A7‑0.01424 0.65214 0.54851 A80 0 0 A90.06605 0.25281 0.22774 A10‑0.10449 0.12598 0.36132 A110 0 0 A12‑0.23128 0.24804 0.80822 A130 0 0 A14‑0.12593 0.12149 0.58969 A150 0 0 A16‑7.12052E‑03 0.03601 0.09474 A170 0 0 A18‑1.70289E ‑03 0.05770 0.14943 A190 0 0 A20‑2.92509E‑04 ‑0.03671 ‑0.04661 A21‑9.10609E‑03 ‑0.01191 ‑0.01814 A220 0 0 A23‑0.02811 ‑0.02086 ‑0.01424 A240 0 0 A25‑0.02865 ‑0.03063 0.10196 A260 0 0 A270.03436 0.05126 0.08482 。 3.根据权利要求1所述的一种基于离轴四反结构的成像光谱仪， 其特征在于： 光学系统 的孔径光阑设在反射式光 栅上。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 217930558 U 3