模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀制造技術

本發明專利技術公開了一種模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，依次同軸設置透鏡、狹縫、第一非球面消色差透鏡、分光模塊、第二非球面消色差透鏡、面陣CMOS相機，外界光經透鏡聚焦到狹縫上，狹縫經第一非球面消色差透鏡準直，然后經過分光模塊進行分光，最后，經過第二非球面消色差透鏡，聚焦到面陣CMOS相機上。分光模塊由楔形棱鏡、透射光柵、楔形棱鏡組成，可以通過改變棱鏡的楔角，來調節相機上的光譜范圍。本發明專利技術采用非球面消色差透鏡作為準直透鏡和聚焦透鏡，簡化了系統結構，同時保證系統具有較好的色差表現；采用了模塊化設計，方便調節和組裝。采用CMOS相機作為感光元件，具有較低功耗和較高幀率。

【技術實現步驟摘要】
模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀
本專利技術涉及成像光譜
，通過改進傳統推掃式成像光譜儀結構，降低現有成像光譜儀的功耗、成本以及有效準直消色差，同時，進行了模塊化的系統設計，方便調試和組裝。
技術介紹
成像光譜儀，將數字成像技術和光譜技術結合在一起，能夠同時獲得目標的二維圖像信息和光譜信息，可以應用在航空、航天等觀測系統上，實現對地目標觀測，用來監控植物生長，鑒別植物類型，以及鑒別軍事偽裝等。按其掃描方式不同，成像光譜儀可以分為三類：擺掃式，推掃式，和凝視型成像光譜儀。按其分光方式不同，可以分為光柵型、棱鏡型、干涉型、濾光片型成像光譜儀。以光柵為分光器件的推掃式成像光譜儀一般由成像鏡頭，狹縫，準直鏡，光柵，匯聚鏡，面陣相機等組成。在此，我們提出了一種基于非球面消色差透鏡和面陣CMOS相機的推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，并對系統進行了模塊化設計，使系統具有結構緊湊，色差小，功耗小，光譜分辨率高，便于調試跟組裝等優點。
技術實現思路
1、專利技術目的。本專利技術提出了一種模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，以解決現有技術中結構比較復雜，成本比較高等問題。2、專利技術所采用的技術方案。本專利技術提出一種模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，依次同軸設置透鏡、狹縫、第一非球面消色差透鏡、分光模塊、第二非球面消色差透鏡、面陣CMOS相機。外界光經透鏡或者成像聚焦到狹縫上，狹縫經第一非球面消色差透鏡準直，然后經過分光模塊進行分光，最后，經過第二非球面消色差透鏡，聚焦到面陣CMOS相機上。為了降低成本，便于組裝，所述的分光模塊可拆卸設置。更進一步具體實施方式中，所述的分光模塊由第一楔形棱鏡、透射光柵和第二楔形棱鏡，同軸設置依次排列組成。更進一步具體實施方式中，所述的分光模塊組裝所采用的結構如下：所述的分光模塊包括棱鏡固定裝置、固定裝置，所述的棱鏡固定裝置和固定裝置都為圓柱形裝置，通過法蘭相對固定，其兩者相對的內部設有與方形透射光柵相匹配的凹槽用于固定方形透射光柵，外部端分別設置與圓形第一楔形棱鏡、第二楔形棱鏡相匹配的凹槽用于固定第一楔形棱鏡、第二楔形棱鏡。更進一步具體實施方式中，還包括第二固定卡環、第三固定卡環，第一楔形棱鏡通過第二固定卡環固定在棱鏡固定裝置上，第二楔形棱鏡通過第三固定卡環固定在固定裝置上。更進一步具體實施方式中，第一非球面消色差透鏡固定采用如下方式：還包括第一固定卡環、透鏡固定裝置，將第一非球面消色差透鏡放置在透鏡固定裝置中，通過第一固定卡環固定，透鏡固定裝置以螺紋連接的方式連接到分光模塊上。更進一步具體實施方式中，轉接件安裝使用方式如下：還包括轉接件、左端外殼，左端外殼以螺紋連接的方式與透鏡固定裝置連接，轉接件與相機以C口螺紋的方式連接，轉接件套在左端外殼上，通過調整轉接件和左端外殼之間的相對位置，來確保相機的感光面在第一非球面消色差透鏡的焦平面上。更進一步具體實施方式中，還包括第一轉接件，第二轉接件，第三轉接件，第二轉接件法蘭的形式連接到分光模塊，第二非球面消色差透鏡放置在第二轉接件中，然后用第四固定卡環固定。更進一步具體實施方式中，第三轉接件套在第一轉接件上，第二轉接件具有與第三轉接件相匹配的外螺紋和第二轉接件的導向槽，第三轉接件與第一轉接件通過螺釘固定，旋轉第三轉接件時，第二轉接件向前移動，狹縫固定在第二轉接件上，通過第三轉接件調節狹縫與透鏡之間的距離。更進一步具體實施方式中，還包括外殼右端、主體外殼和左端外殼，主體外殼與左端外殼以螺釘的形式連接，主體外殼與外殼右端以螺釘的形式連接。3、本專利技術所產生的技術效果。(1)本專利技術采用非球面消色差透鏡作為準直透鏡和聚焦透鏡，簡化了系統結構，同時保證系統具有較好的色差表現。(2)本專利技術采用了模塊化設計，方便調節和組裝。(3)本專利技術采用CMOS相機作為感光元件，具有較低功耗和較高幀率。附圖說明圖1為系統的光路結構。圖2為系統的整體外觀結構圖。圖3為系統的詳細結構。圖4為分光模塊組裝結構圖。圖5為組裝內部結構視圖。圖6為推掃式可見光/近紅外成像光譜儀與無人機安裝圖。圖7為分光模塊原理圖。附圖標記說明：透鏡1，狹縫2，第一非球面消色差透鏡3-1，第二非球面消色差透鏡3-2，分光模塊4，外殼右端5，面陣CMOS相機6,第一固定卡環7-1,第二固定卡環7-2,第三固定卡環7-3,第四固定卡環7-4，轉接件8，左端外殼9，透鏡固定裝置10，第一楔形棱鏡11-1和第二楔形棱鏡11-2，棱鏡固定裝置12，透射光柵13，固定裝置14，第一轉接件15-1，第二轉接件15-2，第三轉接件15-3，主體外殼16，無人機A,固定裝置B,推掃式可見光/近紅外成像光譜儀C。具體實施方式實施例1下面結合附圖1-6對本專利技術作進一步說明。1、具體結構：一種模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀光路結構如圖1所示。依次同軸設置透鏡1、狹縫2、第一非球面消色差透鏡3-1、分光模塊4、第二非球面消色差透鏡3-2、、面陣CMOS相機6,外界光經透鏡1聚焦到狹縫2上，狹縫經第一非球面消色差透鏡3-1準直，然后經過分光模塊4進行分光，最后，經過第二非球面消色差透鏡3-2，聚焦到面陣CMOS相機6上。分光模塊可拆卸設置，由第一楔形棱鏡11-1、透射光柵13和第二楔形棱鏡11-2，同軸設置依次排列組成。可以通過改變楔形棱鏡的楔角來調整相機上的光譜范圍，其原理如圖7所示。經過第一非球面消色差透鏡準直后的光線平行入射到楔形棱鏡上，棱鏡的楔角為a,光線經過棱鏡后發生折射，設其折射角為b，空氣的折射率為n1,棱鏡的折射率為n2,折射滿足斯涅耳定律:n1×sin(a)＝n2*sin(b)之后光線經過透射光柵分光，光線路徑滿足：d×(sin(b)-sin(c))＝mλ其中d為光柵常數，c為從光柵出射的階次為m的光線的出射角度。由以上公式可以看出，通過改變楔形棱鏡的楔角，可以調整面陣相機的光譜范圍，用以適應不同種類的相機。與傳統的推掃式成像光譜儀相比，系統采用了非球面消色差透鏡來代替非球面透鏡，或者透鏡組，在準直的同時，對系統的色差進行了校正，具有結構緊湊，色差小的特點。此外，使用CMOS相機作為感光元件，降低了系統的功耗。如圖4和圖5所示，所述的分光模塊還包括第一固定卡環7-1、第二固定卡環7-2、第三固定卡環7-3、透鏡固定裝置10、棱鏡固定裝置12、固定裝置14，所述的棱鏡固定裝置12和固定裝置14都為圓柱形裝置，通過法蘭相對固定，其兩者相對的內部設有與方形透射光柵13相匹配的凹槽用于固定方形透射光柵13，外部端分別設置與圓形第一楔形棱鏡11-1、第二楔形棱鏡11-2相匹配的凹槽用于固定第一楔形棱鏡11-1、第二楔形棱鏡11-2，第一楔形棱鏡11-1通過第二固定卡環7-2固定在棱鏡固定裝置12上，第二楔形棱鏡11-2通過第三固定卡環7-3固定在固定裝置14上，將第一非球面消色差透鏡3-1放置在透鏡固定裝置10中，通過第一固定卡環7-1固定，透鏡固定裝置10以螺紋連接的方式連接到分光模塊上。如圖3所示，本專利技術還包括第一轉接件15-1，第二轉接件15-2，第三轉接件15-3，第二轉接件15-2以法蘭的形式連接到分光模塊，然后用螺釘固定，第二非球面消色差透鏡3-2放置在第二轉接件15-2中，然后用第四固定卡環7-本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，其特征在于：依次同軸設置透鏡(1)、狹縫(2)、第一非球面消色差透鏡(3?1)、分光模塊(4)、第二非球面消色差透鏡(3?2)、面陣CMOS相機(6)。外界光經透鏡(1)聚焦到狹縫(2)上，狹縫經第一非球面消色差透鏡(3?1)準直，然后經過分光模塊(4)進行分光，最后，經過第二非球面消色差透鏡(3?2)，聚焦到面陣CMOS相機(6)上。

【技術特征摘要】
1.一種模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，其特征在于：依次同軸設置透鏡(1)、狹縫(2)、第一非球面消色差透鏡(3-1)、分光模塊(4)、第二非球面消色差透鏡(3-2)、面陣CMOS相機(6)。外界光經透鏡(1)聚焦到狹縫(2)上，狹縫經第一非球面消色差透鏡(3-1)準直，然后經過分光模塊(4)進行分光，最后，經過第二非球面消色差透鏡(3-2)，聚焦到面陣CMOS相機(6)上。2.根據權利要求1所述的模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，其特征在于：所述的分光模塊可拆卸設置。3.根據權利要求1所述的模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，其特征在于：分光模塊由第一楔形棱鏡(11-1)、透射光柵(13)和第二楔形棱鏡(11-2)，同軸設置依次排列組成。4.根據權利要求2或3所述的模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，其特征在于：所述的分光模塊還包括棱鏡固定裝置(12)、固定裝置(14)，所述的棱鏡固定裝置(12)和固定裝置(14)都為圓柱形裝置，通過法蘭相對固定，其兩者相對的內部設有與方形透射光柵(13)相匹配的凹槽用于固定方形透射光柵(13)，外部端分別設置與圓形第一楔形棱鏡(11-1)、第二楔形棱鏡(11-2)相匹配的凹槽用于固定第一楔形棱鏡(11-1)、第二楔形棱鏡(11-2)。5.根據權利要求4所述的模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，其特征在于：還包括第二固定卡環(7-2)、第三固定卡環(7-3)，第一楔形棱鏡(11-1)通過第二固定卡環(7-2)固定在棱鏡固定裝置(12)上，第二楔形棱鏡(11-2)通過第三固定卡環(7-3)固定在固定裝置(14)上。6.根據權利要求1所述的模塊化推掃式可見光/近紅外成像光譜儀，其特征在于：還包括第一固定卡環(7-1)、透...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何賽靈，李靜偉，蔡夫鴻，
申請(專利權)人：蘇州優函信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32