[0017] 下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
[0018] 请参阅附图1，本发明的实施例提供一种自由曲面光谱仪系统100。其中，该自由曲面光谱仪系统100包括相邻且间隔设置的一主镜102、一次镜104，从光源出射的光依次经过所述主镜102和次镜104反射后，被一线阵探测器106接收并成像。
[0019] 所述主镜102和次镜104均为自由曲面。所述主镜102为孔径光阑，并且具有自由曲面面型的光栅，该自由曲面面型的光栅由一组等间距的平行平面与自由曲面相交而得到，平行平面之间的距离为栅距。本实施例中，自由曲面光栅由一组等间距的平行平面与自由曲面相交而得到，且所述光栅的栅距为0.0008333毫米，对应于1200线/毫米。
[0020] 为了描述方便，在光纤出口所在空间中。光纤出口中心的物点作为原点定义一全局三维直角坐标系(X0,Y0,Z0)，将所述主镜102所处的空间定义一第一三维直角坐标系(X,Y,Z)、次镜104所处的空间定义一第二三维直角坐标系(X’,Y’,Z’)。
[0021] 在全局三维直角坐标系中，X轴通过全局坐标系的原点并且垂直于图1所示的平面，向里为正、向外为负；Y轴在图1所示的平面内竖直，向上为正、向下为负；Z轴在图1所示的平面内方向水平，向右为正、向左为负。
[0022] 所述主镜102的顶点为所述第一三维直角坐标系(X,Y,Z)的原点。所述第一三维直角坐标系(X,Y,Z)为所述全局直角坐标系(X0,Y0,Z0)沿Z轴正方向移动获得。本实施例中，所述第一三维直角坐标系(X,Y,Z)由所述全局三维直角坐标系(X0,Y0,Z0)沿Z轴正方向平移约43.59毫米，再以X轴为旋转轴按逆时针方向旋转约37.84°得到。
[0023] 在所述第一三维直角坐标系(X,Y,Z)中，所述主镜102的反射面为xy的多项式自由曲面，该xy多项式自由曲面的方程式表达式为：
[0024]
[0025] 其中，z为曲面矢高，c为曲面曲率，k为二次曲面参数，Ai是多项式中的第i项系数。由于所述自由曲面光谱仪系统100关于YZ平面对称，因此，可以仅保留x的偶次项。优选的，所述主镜102的反射面一xy多项式自由曲面，所述xy多项式为x的偶次多项式，x的最高次数为6次、x和y最高幂次之和为7，该xy多项式自由曲面的方程式可表达为：
[0026]
[0027] 本实施例中，所述主镜102反射面的xy多项式中曲率c、二次曲面系数k以及各项系数Ai的值参见表1。可以理解，曲率c、二次曲面系数k以及各项系数Ai的值也不限于表1中所述，本领域技术人员可以根据实际需要调整。
[0028] 表1主镜的反射面的xy多项式中的各系数的值
[0029]
[0030]
[0031] 所述第二三维直角坐标系(X’,Y’,Z’)的原点为所述次镜104的顶点。所述第二三维直角坐标系(X’,Y’,Z’)为所述全局三维坐标系(X0,Y0,Z0)沿z轴正方向和y轴负方向平移得到。本实施例中，所述第二三维直角坐标系(X’,Y’,Z’)由所述全局直角坐标系(X0,Y0,Z0)沿z轴正方向平移约3.778毫米和y轴负方向平移约7.039毫米，然后以X轴为旋转轴沿顺时针方向旋转角度约20.840°得到。
[0032] 在所述第二三维直角坐标系(X’,Y’,Z’)中，所述次镜104的反射面为x’y’的多项式自由曲面，该x’y’多项式自由曲面的表达方程可以表达为：
[0033]
[0034] 其中，z’为曲面矢高，c’为曲面曲率，k’为二次曲面参数，Ai’是多项式中的第i项系数。由于所述自由曲面光谱仪系统100关于YZ平面对称，因此，可以仅保留x’的偶次项。优选的，所述主镜102的反射面一x’y’多项式自由曲面，所述x’y’多项式为x’的偶次多项式，x’的最高次数为6次、x’和y’最高幂次之和为7，该x’y’多项式自由曲面的方程式可表达为：
[0035]
[0036] 本实施例中，所述次镜104反射面的x’y’多项式中曲率c’、二次曲面系数k’以及各项系数Ai’的值参见表2。可以理解，曲率c’、二次曲面系数k’以及各项系数Ai’的值也不限于表2中所述，本领域技术人员可以根据实际需要调整。
[0037] 表2次镜的反射面的x’y’多项式中的各系数的值
[0038]曲率c’ 1/70.3663184767074
二次曲面系数k’ 0
A2’ 0
A3’ 0.00227443355251203
A5’ ‑0.0109979072920972
A7’ 0
A9’ ‑4.26007839329571e‑005
A10’ ‑1.41235304151946e‑007
A12’ ‑4.50906840427582e‑006
A14’ ‑4.45348409536242e‑006
A16’ 0
A18’ ‑6.39327861518365e‑008
A20’ 2.3835320814656e‑007
A21’ ‑9.70163330438864e‑008
A23’ ‑5.77057394902708e‑008
A25’ ‑3.92079936012784e‑008
A27’ 2.34560367979965e‑008
A29’ 0
A31’ 2.29018722521194e‑009
A33’ ‑8.05214591516604e‑010
A35’ 7.35792738568835e‑010
[0039] 所述主镜102、次镜104的材料不做要求，只要保证其具有较高的反射率即可。所述主镜102和次镜104可以采用金属材料，例如铝，也可以采用非金属材料。为了进一步增加主镜102和次镜104的反射率，可以在反射面上镀增反射膜层。
[0040] 所述线阵探测器的接受平面的中心为全局坐标系(X0,Y0,Z0)中的(0毫米，‑30.354毫米,12.749毫米)处，所述线阵探测器的接收平面与X轴平行，并且与XY平面的夹角为‑35.820°，即XY平面以X为旋转轴按照逆时顺方向旋转角度35.820°后得到的平面与所述线阵探测器的接收平面平行。
[0041] 用所述自由曲面光谱仪系统100的光谱波长范围为760纳米至920纳米，对应于11个波数。波长和波数的对应关系以及波数在线阵探测器接收表面上的入射点位置的关系如表3所述。
[0042] 表3自由曲面光谱仪系统100光谱范围内的波长和波数、像点中心位置的对应关系[0043]
[0044] 请参考表3，本发明实施例具有良好的波数线性度，以波数序号为自变量、到线阵探测器接收面上的像点中心位置到波数序号为1的像点中心位置的距离为因变量，进行拟2
合得到的R为0.9999，说明系统具有良好的波数线性度。
[0045] 当然，所述自由曲面光谱仪系统100的光谱波长并不局限于本实施例，本领域技术人员可以根据实际需求需要调整。
[0046] 所述自由曲面光谱仪系统的物方数值孔径大于等于0.13。本实施例中，所述自由曲面光谱仪系统的物方数值孔径为0.13。
[0047] 所述自由曲面光谱仪系统不同波数的光束在像面上的对应光斑点列图如图2所示，从RMS光斑尺寸可以看出本发明实施例具有优良的光学性能。
[0048] 另外，本领域技术人员还可以在本发明专利精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
