[發(fā)明專利]一種用于近紅外光譜感知節(jié)點(diǎn)的入射光學(xué)系統(tǒng)及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610169724.8
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105572880B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王麗麗;莊新港
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B1/00;G02B3/00;G02B3/06
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

一種用于近紅外光譜感知節(jié)點(diǎn)的入射光學(xué)系統(tǒng)，包括近紅外光光源、沿入射光傳播方向依次設(shè)置的平凸透鏡、正柱面鏡和感光元件，所述入射光依次穿過平凸透鏡的凸面?zhèn)群推矫鎮(zhèn)龋鋈肷涔庖来未┻^正柱面鏡的凸柱面?zhèn)群推矫鎮(zhèn)龋鼋t外光最終進(jìn)入感光元件。用于對1350nm至1550nm波段的近紅外光進(jìn)行光束整形和能量匯聚，該系統(tǒng)采用兩片透鏡，目的是將入瞳處圓形光束整形為與線列探測器光敏面尺寸相一致的線條型光束，不但減少光能損失，而且有利于降低系統(tǒng)的整體成本和體積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于近紅外光譜感知節(jié)點(diǎn)的入射光學(xué)系統(tǒng)及其工作方法，屬于光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

傳統(tǒng)近紅外光譜儀通常只用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)待分析樣品的圖譜檢測，無探測距離，漫反射光纖光譜儀的探測距離也都在厘米數(shù)量級；航天遙感常用的成像光譜儀，雖然可以實(shí)現(xiàn)大面積遠(yuǎn)距離同步觀測，但其數(shù)據(jù)獲取成本較高，數(shù)據(jù)精細(xì)程度不足，且無室內(nèi)感知能力。在微型近紅外光譜儀的基礎(chǔ)上首次發(fā)展了一種被動(dòng)光源近紅外光譜感知節(jié)點(diǎn)，用于構(gòu)建新型光譜傳感物聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)對局部范圍內(nèi)物質(zhì)成分的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知。光譜感知節(jié)點(diǎn)擬采用太陽光作為光源，遠(yuǎn)距離探測地面物體或其它待測物體的漫反射光譜，進(jìn)而利用化學(xué)計(jì)量學(xué)等算法實(shí)現(xiàn)待測物體內(nèi)在成分的動(dòng)態(tài)感知。隨著探測距離的提高，因大氣散射和吸收等作用導(dǎo)致到達(dá)感光元件的入射光能量降低；此外，在太陽光線較弱的天氣條件下，入射光強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)變?nèi)酢榇耍枰獮楣?jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)專門的入射光學(xué)系統(tǒng)：一方面用于光束整形，將入瞳處圓形光束整形為與線列探測器光敏面尺寸相一致的線條型光束，從而減少光能損失，提高能量利用率，進(jìn)而提高感知節(jié)點(diǎn)的探測距離；另一方面用于限制系統(tǒng)視場范圍，提高系統(tǒng)信噪比，減小雜散光對分析結(jié)果的影響。目前，具有光束整形和能量匯聚作用的光譜感知節(jié)點(diǎn)入射光學(xué)系統(tǒng)尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于近紅外光譜感知節(jié)點(diǎn)的入射光學(xué)系統(tǒng)。

本發(fā)明還提供上述光學(xué)系統(tǒng)的工作方法。

發(fā)明概述

一種用于近紅外光譜感知節(jié)點(diǎn)的入射光學(xué)系統(tǒng)，用于對1350nm至1550nm波段的近紅外光進(jìn)行光束整形和能量匯聚，該系統(tǒng)采用兩片透鏡，目的是將入瞳處圓形光束整形為與線列探測器光敏面尺寸相一致的線條型光束，不但減少光能損失，而且有利于降低系統(tǒng)的整體成本和體積。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于近紅外光譜感知節(jié)點(diǎn)的入射光學(xué)系統(tǒng)，包括近紅外光光源、沿入射光傳播方向依次設(shè)置的平凸透鏡、正柱面鏡和感光元件，所述入射光依次穿過平凸透鏡的凸面?zhèn)群推矫鎮(zhèn)龋鋈肷涔庖来未┻^正柱面鏡的凸柱面?zhèn)群推矫鎮(zhèn)龋鼋t外光最終進(jìn)入感光元件。本發(fā)明的基本原理為：平凸透鏡光焦度為正，具有各向同性的光學(xué)特點(diǎn)，對入射光線起到匯聚作用；正柱面鏡只在單一方向，圖2中豎直方向有光焦度，在水平方向無屈光能力，兩片鏡片相匹配后豎直方向的屈光能力高于水平方向，這樣即可實(shí)現(xiàn)將入瞳處的圓形光束整形為光敏元處的線條形光束。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述近紅外光光源為太陽光照射待探測物體后的反射光，具體是波長范圍為1350nm至1550nm波段的近紅外光。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述平凸透鏡的凸面?zhèn)鹊那拾霃綖?2.51mm；所述正柱面鏡的凸柱面?zhèn)鹊那拾霃綖?1.85mm。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述平凸透鏡的焦距為101.6mm、中心厚度為4mm，通光孔徑為25.4mm。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述正柱面鏡的焦距為100mm、中心厚度為3.16mm，通光孔徑為25mm。

優(yōu)選的，所述平凸透鏡和正柱面鏡均由H-K9L冕牌玻璃制成。優(yōu)選的，所述平凸透鏡的焦距公差±1％，尺寸公差0.0-0.1mm，中心厚度公差±0.1mm；所述正柱面鏡的焦距公差±2％，尺寸公差0.0-0.1mm，中心厚度公差±0.1mm。