[發明專利]一種小型成像光譜儀

在審

• 申請號: 202010695260.0
• 申請日: 2020-07-19
• 公開（公告）號: CN111750998A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 蔡夫鴻;臧會雙
• 申請（專利權）人: 海南和光儀器科技有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/18;G01J3/02;G01J3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種小型成像光譜儀，在該系統中使用折疊式分光鏡使得整個光路系統扁平化，使其便于集成化，同時折疊式分光鏡可將光路分為兩個部分，在成像光譜儀中增加了一個等焦距的圖像采集模組，一部分光線被成像光譜儀采集并衍射為光譜圖像，另一部分光線被圖像采集模組探測并獲得二維空間圖像信號，利用圖像采集模組的圖像信號實現成像光譜儀采集的光譜數據在探測物體中的定位。

技術領域

本發明屬于成像技術領域，具體涉及一種小型成像光譜儀。

背景技術

成像光譜儀是一種重要的光譜探測系統，可以用于獲取空間中一個線狀區域的光譜數據，被廣泛應用于遙感領域。借助成像光譜儀，可以高通量的獲取探測物體的光譜數據，并且可以結合圖像信息，對探測對象的不同組分進行精確的分類。近年來，隨著光機電等相關技術的不斷發展，成像光譜儀的尺寸逐漸減小，并且開始被人們應用于日常生活應用中。然而，直到現在尚沒有真正產業化的小型成像光譜儀。在本專利中，我們提出使用反射折疊式光學結構，實現成像光譜儀的扁平化，使其便于產品化。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種小型成像光譜儀，利用反射折疊式光學結構實現成像光譜儀的扁平化，再結合圖像采集模塊，實現高速小型化光譜圖像探測。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

本發明包括折疊式分光鏡、成像光譜儀模組以及圖像采集模組，折疊式分光鏡用于將探測物體發出的光線分為兩個部分，一部分從垂直方向反射為水平方向傳播，另一部分透射傳播，在折疊分光鏡的兩側分別設置成像光譜儀模組與圖像采集模組，成像光譜儀模組與圖像采集模組各有一個成像鏡頭，其光學參數相同，成像光譜儀模組中的準直透鏡與聚焦透鏡的焦距相同，用于實現實像的等比傳遞，成像光譜儀模組與圖像采集模組中的數字相機的像素數目以及像素尺寸相同，成像光譜儀模組與圖像采集模組在運行過程中同步采集數據，組合為時間序列圖像立方體。

所述折疊式分光鏡，同時起到分光以及光線折疊作用，分光功能是將入射光線分為兩部分，一部分供成像光譜儀模組采集線空間光譜，另一部分供圖像采集模組采集二維空間圖像，成像光譜儀模組采集到的線空間與圖像采集模組采集到的二維空間圖像的中線區域對應于同一個探測目標。

所述成像光譜儀模組，由光譜成像鏡頭、狹縫、準直透鏡、光柵、聚焦透鏡以及數字相機組成，光譜成像鏡頭的焦面處放置狹縫，狹縫后放置準直透鏡，準直透鏡的前焦面與狹縫重合，入射光線被光譜成像鏡頭聚焦在狹縫處，通過狹縫后由準直透鏡準直，再進一步通過準直透鏡后的光柵，光柵將準直光線衍射分光，并進一步被聚焦透鏡成像在數字相機的感光面上，準直透鏡與聚焦透鏡的焦距相同。

所述圖像采集模組，有一個圖像成像鏡頭與數字相機組成，圖像成像鏡頭的位置與光譜成像鏡頭的位置對于折疊式分光鏡互成虛實像位置，數字相機的感光面與圖像成像鏡頭的焦面重合，圖像成像鏡頭的焦距與光譜成像鏡頭的焦距相同，圖像采集模組的數字相機與成像光譜儀模組的數字相機輸出的數據由同一個數字處理芯片采集并處理。

所述時間序列圖像立方體，是在系統工作時間內，隨著時間推移成像光譜儀模組與圖像采集模組各自采集T副圖像，共2T副圖像，每副圖像的像素數目為M×N，M、N和T均是大于1的整數，將上述2T副圖像組合為三維數組Specimg[M,N,2T]，其中Specimg[M,N,2×j-1]表示成像光譜儀模組采集的圖像，Specimg[M,N,2×j]表示圖像采集模組采集的圖像，j是取值范圍在1到T的整數， Specimg[M,N,2×j-1]和Specimg[M,N,2×j]是同一個時刻成像光譜儀模組與圖像采集模組分別采集的圖像，Specimg[M,N,2×j-1]包含了光譜圖像數據，Specimg[M,N,2×j]包含了圖像數據。

本發明的有益效果：