[發(fā)明專利]一種四維高光譜探測系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911400809.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN111156926A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何賽靈;徐展鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25;G01N21/25;G01N21/88
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

1.一種四維高光譜探測系統(tǒng)，其特征在于：包括光片探測模塊、成像光譜儀模塊和掃描移動(dòng)模塊；所述的光片探測模塊用于產(chǎn)生光片并捕獲被待測樣品表面調(diào)制的線光，所述的成像光譜儀模塊用于獲取相同區(qū)域的高光譜圖像；所述的掃描移動(dòng)模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)待測樣品的掃描探測；

應(yīng)用激光三角法分析光片探測模塊的光路結(jié)構(gòu)，建立軸向高度計(jì)算模型及橫向長寬計(jì)算模型，從而標(biāo)定待測樣品的空間三軸尺度，同時(shí)對(duì)成像光譜儀進(jìn)行波長標(biāo)定，最后將高光譜圖像中的空間二維信息與三維形貌相對(duì)應(yīng)，使得三維形貌上的每一點(diǎn)都包含高光譜信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四維高光譜探測系統(tǒng)，其特征在于：所述的光片探測模塊包括：沿著光路傳播與探測的寬帶光源（1）、準(zhǔn)直器（2）、柱面透鏡（3）、第一偏振片（4）、第二偏振片（5）、成像鏡頭（6）、第一管透鏡（7）、CMOS相機(jī)（8）；所述的寬帶光源（1）發(fā)出激光斜45°入射到準(zhǔn)直器（2）上，經(jīng)過準(zhǔn)直器（2）擴(kuò)束后再入射到柱面透鏡（3）上，柱面透鏡（3）將準(zhǔn)直光斑壓縮為光片，經(jīng)過第一偏振片（4）后以線光的形式照射到待測樣品（16）上；線光被待測樣品（16）表面調(diào)制后，被垂直于入射光方向且同樣斜45°放置的探測光路采集，彈性散射光首先通過第二偏振片（5），濾除部分雜散光，隨后被成像鏡頭（6）收集，經(jīng)過第一管透鏡（7）最終聚焦在CMOS相機(jī)（8）上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四維高光譜探測系統(tǒng)，其特征在于：所述的激光三角法分析：當(dāng)入射光照射到待測樣品表面時(shí)，因表面高度不同，CMOS相機(jī)捕獲的彈性散射光也會(huì)在像面上發(fā)生像素偏移，由此依據(jù)激光三角法建立計(jì)算模型：其中激光入射角為α，散射角為β，散射光與CMOS相機(jī)的夾角為θ，物點(diǎn)到成像透鏡的距離為l，像點(diǎn)到成像透鏡的距離為d，實(shí)際表面相對(duì)參考表面的高度為z，像點(diǎn)在CMOS像面上的像素偏移為x，高度計(jì)算式如下：

選取光源45°斜入射，同時(shí)垂直于入射方向采集散射光，CMOS相機(jī)與成像透鏡平行的光路結(jié)構(gòu)，即α=β=45°，θ=90°，上述的高度計(jì)算式簡化為：

即高度與像素偏移成線性關(guān)系，由此根據(jù)像素的偏移來標(biāo)定系統(tǒng)軸向高度分辨率并計(jì)算高度值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四維高光譜探測系統(tǒng)，其特征在于：所述的光片探測模塊獲取待測樣品表面的橫向分辨率取決于成像鏡頭的特性，其中線光方向的分辨率通過拍攝測微尺來進(jìn)行標(biāo)定，掃描方向的分辨率取決于掃描移動(dòng)模塊的移動(dòng)精度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四維高光譜探測系統(tǒng)，其特征在于：所述的樣品表面的彈性散射光，同時(shí)被豎直方向的成像鏡頭（9）捕獲，入射到成像透鏡（10），狹縫（11）用于選擇對(duì)應(yīng)狹縫寬度范圍成像，準(zhǔn)直透鏡（12）將散射光信號(hào)準(zhǔn)直，入射到棱鏡光柵組（13）上，分光后再經(jīng)第二管透鏡（14）會(huì)聚到CMOS像面（15）上，CMOS像面收集到待測樣品表面二維像信息以及高光譜信息，實(shí)現(xiàn)高光譜成像。