[發(fā)明專利]一種快照式成像光譜儀

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310148552.6
• 申請日: 2023-02-22
• 公開（公告）號: CN116202624A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱嘉誠;沈為民
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G02B17/08;G01J3/02
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 朱振德

本發(fā)明涉及一種快照式成像光譜儀，其包括用于離散采樣的場積分元件、離軸三反鏡、色散與反射組件、折疊鏡以及焦平面探測器，所述場積分元件、色散與反射組件、折疊鏡以及焦平面探測器位于所述離軸三反鏡的同一側(cè)，所述離軸三反鏡關(guān)于對稱平面對稱，所述場積分元件與所述焦平面探測器位于所述對稱平面的兩側(cè)；其中，光線由所述場積分元件入射，經(jīng)所述離軸三反鏡反射至所述色散與反射組件，通過所述色散與反射組件再反射回所述離軸三反鏡，經(jīng)所述離軸三反鏡二次反射后，光線通過所述折疊鏡成像至所述焦平面探測器。本發(fā)明體積緊湊,光成像性能優(yōu)，光譜畸變低，有效提高圖譜數(shù)據(jù)保真度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及成像光譜技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種快照式成像光譜儀。

背景技術(shù)

成像光譜儀可獲得目標(biāo)空間信息和光譜信息，具有圖譜合一的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品衛(wèi)生、真?zhèn)伪鎰e、光源檢測、礦物勘探、農(nóng)林業(yè)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)成像光譜儀常通過分時掃描的方式獲取三維圖譜信息。

基于狹縫的色散型成像光譜儀在同一時刻可獲得沿狹縫方向的一維空間信息和光譜信息，而垂直于狹縫的空間圖像需通過沿該方向的推掃或擺掃獲得，此類成像光譜儀廣泛應(yīng)用于星載和機(jī)載平臺。基于濾光片輪的成像光譜儀在同一時刻可獲得在某一波長處的二維空間圖像，而不同波長處的信息獲取需通過更換濾光片即掃描波長來獲得，此類成像光譜儀通常用在地面固定場景。近年，隨著無人機(jī)技術(shù)的日趨成熟，高光譜成像技術(shù)在行業(yè)應(yīng)用中普及開來，而無人機(jī)等輕小平臺在工作過程中易產(chǎn)生震動，導(dǎo)致搭載的掃描式成像光譜儀難以獲得穩(wěn)定高質(zhì)量的圖譜數(shù)據(jù)。快照式成像光譜儀一次曝光即可同時獲得二維空間信息和一維光譜信息，得到三維數(shù)據(jù)立方體，不受震動影響，環(huán)境適應(yīng)性強，十分適用于無人機(jī)高光譜遙感和運動目標(biāo)的高光譜成像。

現(xiàn)有技術(shù)方案中，快照式成像光譜儀的準(zhǔn)直鏡組和聚焦鏡組為兩個獨立組件，分布在色散元件兩側(cè)，這種同軸結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)。但是在大場積分元件、高空間分辨率、和高光譜分辨率的指標(biāo)要求下，準(zhǔn)直鏡組和聚焦鏡組也要求有長焦距，這將導(dǎo)致系統(tǒng)尺寸過長，體積龐大，導(dǎo)致在無人機(jī)平臺的使用受限。另外，此類以棱鏡或棱柵為色散元件的同軸光學(xué)系統(tǒng)很難消除光譜畸變，采集的光譜數(shù)據(jù)存在殘余譜線彎曲和色畸變，影響數(shù)據(jù)保真度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種快照式成像光譜儀，其系統(tǒng)體積緊湊,光成像性能優(yōu)，光譜畸變低，有效提高圖譜數(shù)據(jù)保真度。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述快照式成像光譜儀包括用于離散采樣的場積分元件、離軸三反鏡、色散與反射組件、離軸三反鏡折疊鏡以及焦平面探測器，所述場積分元件、色散與反射組件、折疊鏡以及焦平面探測器位于所述離軸三反鏡的同一側(cè)，所述場積分元件所在平面與所述焦平面探測器所在平面相交，所述離軸三反鏡關(guān)于對稱平面對稱，所述場積分元件與所述焦平面探測器位于所述對稱平面的兩側(cè)；

其中，光線由所述場積分元件入射，經(jīng)所述離軸三反鏡反射至所述色散與反射組件，通過所述色散與反射組件再反射回所述離軸三反鏡，經(jīng)所述離軸三反鏡二次反射后，光線通過所述折疊鏡成像至所述焦平面探測器。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述離軸三反鏡包括主鏡、次鏡以及三鏡，所述主鏡以及三鏡位于所述次鏡的同一側(cè)，所述離軸三反鏡的面型均為非球面。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述色散與反射組件為反射式衍射光柵。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述色散與反射組件包括色散元件以及平面反射鏡，所述平面反射鏡位于所述離軸三反鏡瞳面。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述色散元件為單棱鏡、膠合棱鏡、分離棱鏡組以及衍射光柵中的一種。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述場積分元件為狹縫陣列、小孔陣列、微透鏡陣列以及光纖陣列中的一種。

在本發(fā)明的一個實施例中，還包括焦平面探測器，所述焦平面探測器與所述焦平面連接，所述焦平面探測器的對角線尺寸為5mm～62mm。