[發(fā)明專利]基于同心球聚焦元件的多光譜成像光學(xué)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710196448.9
• 申請(qǐng)日: 2017-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN106989820A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉智穎;趙宇;高柳絮;付躍剛;王加科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/02
• 分類號(hào): G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 北京中理通專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11633
• 代理人: 劉慧宇

基于同心球聚焦元件的新型多光譜成像光學(xué)系統(tǒng)，屬于多光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有多光譜成像裝置中所存在的問題，以滿足現(xiàn)代多光譜成像對(duì)實(shí)時(shí)、快速、精確成像的使用需求，入射光線經(jīng)過前置物鏡將光線會(huì)聚成像到狹縫，再入射到準(zhǔn)直透鏡上，光線經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直入射到分光光柵，分光光柵將光分成不同譜段的光，不同譜段的光通過同心球聚焦元件，將光譜采樣轉(zhuǎn)換成不同入射角的空間采樣，然后光經(jīng)中繼成像鏡組聚焦成像在CMOS探測(cè)器上，獲得光譜信息；該系統(tǒng)的中繼系統(tǒng)為同心球聚焦元件提供虛擬光闌，提高了同心球聚焦元件的光闌自由度，使不同角度的入射光具有相同的近軸特性，具有共光路多光軸特性，實(shí)現(xiàn)多光譜的凝視成像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于同心球聚焦元件的多光譜成像光學(xué)系統(tǒng)，屬于多光譜成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著光譜成像技術(shù)的逐漸發(fā)展，多光譜成像設(shè)備在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。因此，如何快速、準(zhǔn)確的得到多個(gè)不同波段的光譜圖像，對(duì)于光譜成像技術(shù)的研究具有非常重要的意義。中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椤?01010190068.2”，專利名稱為“多光譜面陣CCD成像儀的光學(xué)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)由兩套子系統(tǒng)組成，第一套子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了紫外、藍(lán)、綠、紅和近紅外波段的光譜信息，系統(tǒng)由兩個(gè)透鏡組和相應(yīng)的探測(cè)器獲得不同波段的信息并進(jìn)行成像；第二套子系統(tǒng)采用兩片鍺透鏡和長(zhǎng)波紅外探測(cè)器對(duì)獲得的信息成像，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)波紅外波段的光譜信息；該發(fā)明采用兩套光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)在六個(gè)波段同時(shí)成像。然而，該發(fā)明僅實(shí)現(xiàn)在六個(gè)波段同時(shí)成像，光譜成像范圍有限，同時(shí)利用多個(gè)分束鏡分光將會(huì)降低光學(xué)能量利用率。

中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椤?01510670422.4”，名稱為“一種共光路小型化多光譜成像系統(tǒng)”，公開了一種由成像物鏡、棱鏡分光系統(tǒng)、多光譜濾光片的組合系統(tǒng)、探測(cè)器系統(tǒng)以及信號(hào)處理系統(tǒng)組成的實(shí)現(xiàn)四路光譜信號(hào)的同時(shí)獲取和記錄的共光路多光譜成像系統(tǒng)，其中棱鏡分光系統(tǒng)包括三個(gè)分光棱鏡；探測(cè)器系統(tǒng)包括四個(gè)探測(cè)器；多光譜濾光片組合系統(tǒng)包括四組濾光片組。但是這種方法的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為：由12個(gè)不同中心波長(zhǎng)的濾光片獲得不同波段的光譜信息，系統(tǒng)光譜成像范圍有限；每當(dāng)濾光器件獲得一幀準(zhǔn)單色圖，光譜成像系統(tǒng)利用推掃，及改變通光參數(shù)得到特定目標(biāo)或場(chǎng)景的光譜和空間信息犧牲了時(shí)間分辨率，實(shí)時(shí)性較差；同時(shí)鍍膜工藝對(duì)多光譜成像效果影響很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有多光譜成像裝置中所存在的問題，提供一種基于同心球聚焦元件的實(shí)時(shí)多光譜成像光學(xué)系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)代多光譜成像對(duì)實(shí)時(shí)、快速、精確成像的使用需求。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

基于同心球聚焦元件的新型實(shí)時(shí)多光譜成像光學(xué)系統(tǒng)，其包括：前置物鏡組、準(zhǔn)直分光鏡組和多通道頻-空轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)，前置物鏡組發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直分光鏡組出射為平行光，平行光通過多通道頻-空轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多光譜成像；

前置物鏡組由前置物鏡和狹縫組成；

準(zhǔn)直分光系統(tǒng)由準(zhǔn)直透鏡和分光光柵組成；

多通道頻-空轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)由同心球聚焦元件、中繼成像鏡組和CMOS探測(cè)器組成，中繼成像鏡組的入瞳與同心球聚焦元件的中心位置重合；

入射光線經(jīng)過前置物鏡將光線會(huì)聚成像到狹縫，再入射到準(zhǔn)直透鏡上，光線經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直入射到分光光柵，分光光柵將光分成不同譜段的光，不同譜段的光通過同心球聚焦元件，將光譜采樣轉(zhuǎn)換成不同入射角的空間采樣，然后光經(jīng)中繼成像鏡組聚焦成像在CMOS探測(cè)器上，獲得光譜信息。

中繼成像鏡組在同心球聚焦元件上投影形成虛擬光闌。

所述的同心球聚焦元件是由多層折射率不同的透明光學(xué)材料制成的同心球，具有球?qū)ΨQ性。

對(duì)于紅外波段光譜成像，所述同心球聚焦元件由紅外光學(xué)材料鍺或硒化鋅制成；對(duì)于可見光波段光譜成像，所述同心球聚焦元件由普通的透明光學(xué)材料制成；對(duì)于紫外波段光譜成像，所述同心球聚焦元件由紫外光學(xué)材料氟化鎂或氟化鈣制成。