[實用新型]瞬態高成像分辨率的光譜成像系統

有效

• 申請號: 201720386955.4
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN206670797U
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 胡海亮
• 申請（專利權）人: 萊森光學（深圳）有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 深圳市中科創為專利代理有限公司44384
• 代理人: 曹紅梅,蘇芳

技術領域

本實用新型涉及光譜成像技術領域，尤其涉及一種使用高速二維濾波技術的瞬態高成像分辨率的光譜成像系統。

背景技術

傳統用于光譜成像的器件有基于棱鏡光柵對的一維濾波器件，也有液晶濾波器件和聲光光柵濾波器件等二維濾波器件。一維濾波器件不但要對光譜進行掃描，而且還需要對樣品進行推掃，進而進行圖像拼接才能得到一幅完整的二維圖像。而采用液晶濾波器件和聲光光柵濾波器件等則可以不需要對樣品進行推掃，僅進行光譜掃描即可。然而，這些二維濾波器件的光譜掃描速度相對較慢，如果進行5nm分辨率以下的高光譜成像，掃描需要數百毫秒到數秒才能完成。這大大限制了光譜成像技術對動態樣品的監測能力，也不方便架設在高鐵、無人機等高速行駛的物體上進行拍攝。

因此，各種瞬態光譜成像技術應運而生。目前，主要的方法是將入射光分光后照射到CCD的不同位置，每個波長的光在特定位置成像，即在一個CCD面上同時拍攝了各個波長的像。然而，由于CCD的尺寸有限，這種技術如果進行高光譜成像，每個波長僅能采用幾千到一萬個像素成像，其成像質量極差。為了克服進行瞬態光譜成像時，成像分辨率極低的缺點，本專利提供了一種全新的光譜成像方法，在保證其成像質量的情況下，高速獲取光譜圖像。

因此，現有技術存在缺陷，需要改進。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種瞬態高成像分辨率的光譜成像系統。

本實用新型的技術方案如下：一種瞬態高成像分辨率的光譜成像系統，包括：聚焦透鏡、色散棱鏡、多通道線偏振波導板、格蘭泰勒旋轉偏振器、成像透鏡組和成像設備；可見光波段的光波通過聚焦透鏡聚集后，被色散棱鏡分光，所述色散棱鏡與多通道線偏振波導板進行角度匹配，使得不同波長的光能夠依次進入多通道線偏振波導板中的不同通道；所述多通道線偏振波導板將不同波長的光波導入格蘭泰勒旋轉偏振器，再通過成像透鏡組將不同波長的光波在成像設備上進行光譜成像。

進一步地，所述的聚焦透鏡為常規的球面透鏡或者優化的非球面透鏡，用于收集目標物或樣品發出的光并聚焦到色散棱鏡上，使得色散棱鏡能夠有效地對入射光進行分光。

進一步地，所述的色散棱鏡為常規的三角棱鏡、貝林-布洛卡棱鏡、阿貝棱鏡；用于對入射光進行分光，使得不同波長的光能夠被區分開來，沿不同方向進行傳輸。

進一步地，所述的多通道線偏振波導板包括若干通道，所述通道入口處刻寫有起偏線，且每個通道的偏振方向不同；每個通道可以將特定波長的光進行波導傳輸，使得不同波長的光具有不同的偏振態。

進一步地，所述的多通道線偏振波導板的通道數量可選，多通道線偏振波導板的通道數量越多光譜分辨率則越高。

進一步地，所述的瞬態高成像分辨率的光譜成像系統還包括一高速電機，所述的格蘭泰勒旋轉偏振器配置在高速電機上，包括輸入孔和格蘭泰勒棱鏡；入射光通過輸入孔進入格蘭泰勒棱鏡，當高速電機不動時，僅有其中一個偏振方向的光能夠通過格蘭泰勒旋轉偏振器射出，當高速電機高速旋轉，則可通過的格蘭泰勒旋轉偏振器射出的光的偏振方向依次改變，由于入射光的不同光波在本系統中具有不同的偏振方向，從而實現了不同波長的光依次通過。

進一步地，所述成像透鏡組包括若干成像透鏡，用于對經濾波后的光波進行收集并聚焦到成像設備的感光面上。

進一步地，所述的成像設備的光譜成像速度與格蘭泰勒旋轉偏振器轉動速度相對應，所述格蘭泰勒旋轉偏振器每旋轉一個角度，成像設備進行一次拍攝，所述格蘭泰勒旋轉偏振器旋轉360°，則光譜圖像完成全部拍攝。多通道線偏振波導板每個通道偏振方向的間隔角度為：360°/通道個數。單次拍攝的間隔時間為：電機旋轉一周的時間/通道個數。

進一步地，所述的成像設備的感光面包括CCD、CMOS器件；所述的成像設備為高速成像設備，幀速不低于500fps。

進一步地，所述高速電機轉速超過30000轉/分鐘，所述高度電機為無刷馬達。

本實用新型通過色散棱鏡、多通道線偏振波導板以及格蘭泰勒旋轉偏振器實現二維濾波。其中，色散棱鏡能將不同波長的光波分開后，再投射入多通道線偏振波導板，實現不同波長的光波獨立傳輸，多通道線偏振波導板還使得每個波長的光波擁有不同的偏振方向。因此，當這些偏振方向不同的光波進入靜止不動的格蘭泰勒旋轉偏振器后僅有其中一個偏振方向的光波能夠穿透，即僅有一個波長的光能夠穿透。當旋轉格蘭泰勒旋轉偏振器，則可以讓不同波長的光分別穿透而進行成像。