[發明專利]一種入射光瞳離軸像映射光譜儀結構

有效

• 申請號: 202110338339.2
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113029340B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 周鵬威;徐華盛;盧田
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種入射光瞳離軸像映射光譜儀包括離軸的孔闌(11)、前置透鏡組(12)、圖像映射器(13)、色散元件(14)、微透鏡陣列(15)、成像傳感器(16)。通過使孔闌離軸和復用中繼透鏡組，解決了現有結構中圖像像質和光通量相互限制的問題，同時使整體結構更加緊湊，裝配更加容易。

技術領域

本發明涉及一種入射光瞳離軸像映射光譜儀結構及其設計方案，適用于高光譜和多光譜成像領域。

背景技術

像映射光譜儀(Image Mapping Spectromertry,IMS)是一種通過圖像映射器把多個共享同一二維傾斜角度的圖像切片映射到同一光瞳的快照式光譜成像系統。像映射光譜儀目前在熒光顯微技術、體內檢查、遙感觀測、食品安全檢測等民用領域已取得重要進展，同時由于其單次曝光獲取全部光譜圖像數據的特點，在軍用等高時效性需求的領域也具有巨大的發展潛力。

像映射光譜儀系統中的每個光瞳由多個相同二維傾角的切片共享以獲得更高的空間分辨率。其中關鍵的設計步驟是保證進入圖像映射器的光束和反射光束無串擾的分離。

現有反射式結構的像映射光譜儀主要有兩種：第一種通過改變圖像映射器的角度，保證反射光線在導入后續系統的過程中不會和入射光發生串擾。該結構雖然保證了光通量，但是圖像映射器傾斜導致成像離焦會使像質變差。第二種結構不改變圖像映射器的角度，反射光通過前置透鏡組后由環形反射鏡或光束分束器導出。該結構雖然保證了圖像映射器上的一次成像效果，但是犧牲了光通量，使成像傳感器上接收的光強減小。上述兩種缺點限制了像映射光譜儀的高通量高像質應用。

現階段采取結構不能夠保證在高光通量的情況下仍然保持高像質，導致像映射光譜儀難以在遠距離高像質要求的工作場景中發揮其作用。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中光通量和圖像像質相互制約的缺陷，提出了一種入射光瞳離軸像映射光譜儀結構，該結構同時縮小了系統體積。可應用于高光譜和多光譜成像領域。

本發明的技術解決方案是：一種新的像映射光譜儀結構，通過把孔闌離軸，利用前置透鏡組的邊緣把光線遠心中繼到圖像映射器上，反射光再次通過同一前置透鏡組準直后進入后續系統。此結構下無需傾斜圖像映射器，避免了像質下降，也無需使用分束器，從而避免光通量下降。該結構包含離軸的孔闌、前置透鏡組、圖像映射器、色散元件、微透鏡陣列、成像傳感器；其中前置透鏡組既接受入射光遠心中繼到圖像映射器上，又把反射回來的光重新準直成平行光束，光束經過色散元件進行色散，色散光經過微透鏡陣列收集后成像于成像傳感器件。

與現有技術相比本發明的有益效果：通過孔闌離軸和復用前置透鏡組解決了光通量和圖像像質的互相制約的缺點。因為復用前置透鏡，所以整體結構更加緊湊，裝配難度下降。該結構提高了像映射光譜儀整體的成像質量。

附圖說明

圖1是總體方案設計結構圖。

圖2是出射光線位置計算介紹圖。

圖3是實施例一次成像的成像點列圖。

圖4是實施例一次成像的MTF曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明。

本文中所指的坐標是以光軸為z坐標，垂直于光軸平面建立x、y坐標。

本文中所提到的離軸是指孔徑光闌中心和前置透鏡組的主光軸非共軸。

本文中所提到的前置透鏡組可以由球面透鏡、非球面透鏡、自由曲面透鏡等透鏡自由組合而成。

本文中所提到的圖像映射器由幾到幾百片二維傾角不相同的切片組成。其中單個切片二維傾角是(α_m，β_n)，α_m表示x方向傾角，β_n表示y方向傾角。