一種基于曲面棱鏡的光譜成像裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于曲面棱鏡的光譜成像裝置。所述裝置包括物平面、一大一小兩個反射鏡、曲面棱鏡和探測器陣列，其中所述物平面上設置有多個狹縫，目標圖像的光輻射從物平面上的多個狹縫進入；兩個反射鏡用于折轉光路和成像，所述曲面棱鏡用于色散和校正像差，通過兩個反射鏡的折轉使入射光線兩次經過曲面棱鏡，具體為從多個狹縫通過的出射光經過大反射鏡反射后入射到所述曲面棱鏡，再經過小反射鏡反射后，再次入射到曲面棱鏡，并到達大反射鏡；經過所述大反射鏡反射成像后，最終被所述探測器陣列接收，其中，所述探測器陣列的行接收所述目標圖像的空間信息，所述探測器陣列的列接收所述目標圖像的多組光譜信息。該光譜成像裝置能夠在大大提高系統信噪比的同時提高能量利用率，并進一步提高探測器的利用率和空間分辨率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光譜成像
，尤其涉及一種基于曲面棱鏡的光譜成像裝置。
技術介紹
光譜成像技術是光譜技術和成像技術有機融合的產物，依據這一原理制作的光譜成像儀器既能對目標成像又可以測量目標的光譜特性，是一種圖譜結合的探測手段。光譜成像儀主要有色散型、干涉型、濾光片型、計算層析型和衍射光學元件型等幾種類型。其中，色散型光譜成像儀是最早提出并獲得實用化的光譜成像儀器，而棱鏡色散型又以原理簡潔、制作加工簡單等優點，獲得了廣泛的應用。如圖I所示為現有技術中傳統棱鏡色散型光譜成像儀的結構示意圖，圖I中包括前置鏡組、準直鏡組和成像鏡組三組鏡頭，以及一組用于色散的棱鏡組，但該傳統色散棱鏡需要放置于平行光路中，才能獲得良好的圖譜質量，具有局限性。·現有技術中還有一種特殊的棱鏡色散器件一曲面棱鏡，它同時具有棱鏡的色散功能和透鏡的成像功能，而且可以放置于會聚或發散光路中，能通過加入反射光學元件縮短光路，獲得緊湊的結構。但現有的技術方案多是采用單狹縫方式，每次曝光獲得的數據包含一維空間目標圖像和一維光譜信息，并且光譜維遠遠小于空間維(10倍以上的差距)，而現有相機上常見的CXD或CMOS探測器件的長寬比絕大多數是1:1、3:2或2:1，這就造成了探測器感光面的極大浪費。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于曲面棱鏡的光譜成像裝置，能夠在大大提高系統信噪比的同時提高能量利用率，并進一步提高探測器的利用率和空間分辨率。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的，一種基于曲面棱鏡的光譜成像裝置，所述裝置包括物平面、一大一小兩個反射鏡、曲面棱鏡和探測器陣列，其中所述物平面上設置有多個狹縫，目標圖像的光輻射從物平面上的多個狹縫進入；兩個反射鏡用于折轉光路和成像，所述曲面棱鏡用于色散和校正像差，通過兩個反射鏡的折轉使入射光線兩次經過曲面棱鏡，具體為從多個狹縫通過的出射光經過大反射鏡反射后入射到所述曲面棱鏡，再經過小反射鏡反射后，再次入射到曲面棱鏡，并到達大反射鏡；經過所述大反射鏡反射成像后，最終被所述探測器陣列接收，其中，所述探測器陣列的行接收所述目標圖像的空間信息，所述探測器陣列的列接收所述目標圖像的多組光譜信息。所述兩個反射鏡的曲率中心位置大致相同，均靠近光軸上的某一點。所述兩個反射鏡所采用的材料為光學玻璃或光學晶體；或通過在金屬表面鍍反射膜獲得所需要的反射率來實現；其中，大反射鏡制作成一個或由兩個小反射鏡組合來實現。所述曲面棱鏡的前后通光面都是球面，且所述曲面棱鏡所采用的材料為光學玻璃或光學晶體，其折射率η的取值范圍為1〈η〈2。所述探測器陣列中的探測器采用常規CCD或者CMOS感光器件，且所述探測器的寬度大于所述物平面上所設置的狹縫個數與光譜色散長度的乘積。由上述本專利技術提供的技術方案可以看出，所述裝置包括物平面、一大一小兩個反射鏡、曲面棱鏡和探測器陣列，其中所述物平面上設置有多個狹縫，目標圖像的光輻射從物平面上的多個狹縫進入；兩個反射鏡用于折轉光路和成像，所述曲面棱鏡用于色散和校正像差，通過兩個反射鏡的折轉使入射光線兩次經過曲面棱鏡，具體為從多個狹縫通過的出射光經過大反射鏡反射后入射到所述曲面棱鏡，再經過小反射鏡反射后，再次入射到曲面棱鏡，并到達大反射鏡；經過所述大反射鏡反射成像后，最終被所述探測器陣列接收，其中，所述探測器陣列的行接收所述目標圖像的空間信息，所述探測器陣列的列接收所述目標圖像的多組光譜信息。該光譜成像裝置能夠在大大提高系統信噪比的同時提高能量利用率，并進一步提高探測器的利用率和空間分辨率。附圖說明 為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。圖I為現有技術中傳統棱鏡色散型光譜成像儀的結構示意圖；圖2為本專利技術實施例提供的基于曲面棱鏡的光譜成像裝置的結構示意圖；圖3為本專利技術實施例提供的基于曲面棱鏡的光譜成像裝置的光路示意圖。具體實施例方式下面結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術的保護范圍。本專利技術實施例所述基于曲面棱鏡的光譜成像裝置通過推掃對同一目標圖像的多次探測，能獲取同一目標圖像的多組圖像，通過亞像元拼接，提高圖像的空間分辨率和信噪t匕。下面將結合附圖對本專利技術實施例作進一步地詳細描述，如圖2所示為本專利技術實施例提供的基于曲面棱鏡的光譜成像裝置的結構示意圖，所述光譜成像裝置包括物平面、一大一小兩個反射鏡、曲面棱鏡和探測器陣列，光路過程如圖2中箭頭所示，其中所述物平面上設置有多個狹縫，目標圖像的光輻射從物平面上的多個狹縫進入。兩個反射鏡用于折轉光路和成像，所述曲面棱鏡用于色散和校正像差，通過兩個反射鏡的折轉使入射光線兩次經過曲面棱鏡，有助于增加色散率，提高光譜分辨率。另外，還可以在靠近像面的地方加入一個離軸校正鏡，進一步校正畸變和其他殘余像差。上述具體實現過程為從多個狹縫通過的出射光經過大反射鏡反射后入射到所述曲面棱鏡，再經過小反射鏡反射后，再次入射到曲面棱鏡，并到達大反射鏡。經過所述大反射鏡反射成像后，最終被所述探測器陣列接收，所述探測器陣列的行接收所述目標圖像的空間信息，列接收所述目標圖像的多組光譜信息。在具體實現過程中，兩個反射鏡可以為球面，也可以是非球面，它們的曲率中心位置大致相同，都靠近光軸上的某一點。兩個反射鏡所采用的材料為光學玻璃或光學晶體；或通過在金屬表面鍍反射膜獲得所需要的反射率來實現。其中，大反射鏡可以制作成一個或由兩個小反射鏡組合來實現，這樣有助于減重、加工和裝調。上述曲面棱鏡的前后通光面都是球面，且所述曲面棱鏡所采用的材料為光學玻璃或光學晶體，其折射率η的取值范圍為1〈η〈2。上述探測器陣列中的探測器采用常規的CCD或者CMOS感光器件來實現，且探測器的尺寸首先滿足空間維的需求，而光譜維的色散長度決定了可以設置的狹縫個數，具體應滿足的原則是I)不同狹縫的通道所獲得的光譜圖像不能混疊； 2)所述探測器的寬度略大于所述物平面上所設置的狹縫個數與光譜色散長度的乘積。具體實現中，由于物平面上放置了多個狹縫而非傳統設計的單狹縫，它能使目標圖像多次經過系統，從而獲得目標圖像的多組光譜維圖像；對這多組光譜維圖像進行處理，可以提高信噪比；而由于同一目標圖像的不同圖像之間存在微小差別，可以進行圖像的亞像元分辨率增強，最終達到提高圖像空間分辨率的作用。下面以具體的實例來對本專利技術實施例所述光譜成像裝置的工作過程進行說明，如圖3所示為本專利技術實施例提供的基于曲面棱鏡的光譜成像裝置的光路示意圖，圖3中1、2、3為物平面上的狹縫；4為大反射鏡；5為曲面棱鏡；6為小反射鏡；7、8、9為探測器陣列上的不同面元塊，系統具體參數見表I所示。面半徑/mm 玻璃材料間隔/mm 離軸量/mm X傾斜/° 狹縫I59狹縫 2Infinity-23055O 狹縫351-226. 716 (y)O大反射鏡4微晶玻璃 93. 86O -225. 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于曲面棱鏡的光譜成像裝置，其特征在于，所述裝置包括物平面、一大一小兩個反射鏡、曲面棱鏡和探測器陣列，其中：所述物平面上設置有多個狹縫，目標圖像的光輻射從物平面上的多個狹縫進入；兩個反射鏡用于折轉光路和成像，所述曲面棱鏡用于色散和校正像差，通過兩個反射鏡的折轉使入射光線兩次經過曲面棱鏡，具體為：從多個狹縫通過的出射光經過大反射鏡反射后入射到所述曲面棱鏡，再經過小反射鏡反射后，再次入射到曲面棱鏡，并到達大反射鏡；經過所述大反射鏡反射成像后，最終被所述探測器陣列接收，其中，所述探測器陣列的行接收所述目標圖像的空間信息，所述探測器陣列的列接收所述目標圖像的多組光譜信息。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：相里斌，聶云峰，周錦松，黃旻，呂群波，
申請(專利權)人：中國科學院光電研究院，
類型：發明
國別省市：