一种光谱成像系统技术方案

本申请提供了一种光谱成像系统，包括：前置成像子系统、色散分光‑合光子系统、反相滤光移像子系统以及光探测子系统；前置成像子系统对目标物成像并将光线出射至色散分光‑合光子系统；色散分光‑合光子系统对光线依次进行处理后出射至反相滤光移像子系统；反相滤光移像子系统该光线采取无滤光处理及传像后的光线发射至色散分光‑合光子系统；以及对该光线滤除目标待测光线及传像后的光线发射至色散分光‑合光子系统；色散分光‑合光子系统，还用于分别对滤光处理后和无滤光处理的光线进行处理后出射至光探测子系统；光探测子系统得到目标待测光线的光谱数据。本申请实施例能够在目标能量较弱的情况下，得到高分辨率、高灵敏度的目标光谱信号。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱成像系统
本申请涉及光电
，具体而言，涉及一种光谱成像系统。
技术介绍
光谱成像技术可同时获取目标的一维光谱信息和二维空间信息，在光学遥感、光谱颜色复制、光谱防伪鉴别、医疗和环境监测等领域，正在得到越来越广泛的应用。棱镜色散光谱仪由于杂散光少、波长范围宽、加工成本低和可靠性高等特点，具有较高的应用价值。传统的棱镜色散光谱成像装置一般由望远物镜、狭缝、准直物镜、色散棱镜、成像物镜和面阵探测器组成。通过望远物镜将目标物缩小成像于狭缝处，目标物的像经过狭缝、准直镜后变为平行光，平行光经过色散棱镜后按照不同波长分成多束发散光，多束发散光经过成像物镜后在面阵探测器上形成多条以波长散开的狭缝像，面阵探测器进而对这狭缝像进行检测。当目标物能量较弱的情况下，对应的目标物的像也较弱，经过色散棱镜后按照不同波长分成的多束发散光中，有些波长的光线的能量及其微弱，导致面阵探测器难以对这些能量极其微弱的狭缝像检测。
技术实现思路
有鉴于此，本申请的目的在于提供光谱成像系统，以提高对目标物进行光谱检测的灵敏度和精度。第一方面，本申请实施例提供了一种光谱成像系统，包括：前置成像子系统、色散分光-合光子系统、反相滤光移像子系统以及光探测子系统；所述前置成像子系统，用于对目标物成像形成第一目标物像，并将所述第一目标物像的第一光线出射至所述色散分光-合光子系统；所述色散分光-合光子系统，用于对所述第一光线依次进行准直、色散、逆反射和合光后得到第一逆反射光线，并将所述第一逆反射光线出射至所述反相滤光移像子系统；所述反相滤光移像子系统，用于对所述第一逆反射光线形成第二目标物像，并将所述第二目标物像采取无滤光处理及传像后的第二光线发射至所述色散分光-合光子系统；以及用于对所述第一逆反射光线形成第二目标物像，并对所述第二目标物像滤除目标待测光线及传像后的第三光线发射至所述色散分光-合光子系统，所述目标待测光线为所述第二目标物像中一个设定波长区间对应的光线；所述色散分光-合光子系统，还用于对所述第二光线依次进行准直、色散、逆反射和合光后得到第二逆反射光线，对所述第三光线依次进行准直、色散、逆反射和合光后得到第三逆反射光线，并分别将所述第二逆反射光线和所述第三逆反光线出射至所述光探测子系统；所述光探测子系统，用于基于所述第二逆反射光线得到第二光谱数据，基于所述第三逆反射光线得到所述第三光谱数据，并基于所述第二光谱数据和所述第三光谱数据得到所述目标待测光线的光谱数据。结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述前置成像子系统包括成像物镜和狭缝；所述成像物镜，用于将所述目标物缩小成像于狭缝位置处形成所述第一目标物像；所述狭缝中的所述第一目标物像发出的光线出射至所述色散分光-合光子系统；其中，所述狭缝的位置在所述成像物镜的像面处。结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述色散分光-合光子系统包括准直镜和色散棱镜；所述准直镜，用于将所述前置成像系子统成像后发出的第一光线准直为第一平行光，以及用于将所述反相滤光移像子系统发射的所述第二光线和所述第三光线分别准直为第二平行光和第三平行光；所述色散棱镜，用于将准直后的第一平行光按照不同波长进行色散分光，并将色散后的平行光逆反射至所述准直镜，并在其焦点处合光，得到第一逆反射光，将所述第一逆反射光出射至所述反相滤光移像子系统；以及用于将准直后的第二平行光和第三平行光按照不同波长进行色散分光，并将色散后的第二平行光和第三平行光分别逆反射至所述准直镜，并在其焦点处合光，分别得到所述第二逆反射光线和所述第三逆反射光线，将第二逆反射光线和所述第三逆反射光线分别成像至所述光探测子系统。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，所述准直镜的焦点处是指目标物在所述前置成像子系统中的狭缝位置；所述色散棱镜的入射面也是出射面，镀有增透膜；所述色散棱镜内反射面镀有增反膜；所述色散棱镜的顶角范围为10°-20°。结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述反相滤光移像子系统包括平面折转镜、反相滤光器件和传像器件；所述平面折转镜，用于改变所述第一逆反射光的方向，形成所述第二目标物像，并将所述第二目标物像出射至所述反相滤光器件；所述反相滤光器件，用于分别对所述第二目标物像进行无滤光处理和滤除目标待测光线处理后发射至所述传像器件，其中，所述第一目标物像的每一行光线对应一个波长区间，且每次滤光所述第二目标物像的一行；其中，所述第二目标物像进行无滤光处理后的光线为所述第二光线，所述第二目标物像进行滤除目标待测光线处理后的光线为所述第三光线；所述传像器件，用于对所述第二光线传像后形成第三目标物像，并将所述第三目标物像的光线出射至所述平面折转镜；对所述第三光线传像后形成第四目标物像，并将所述第四目标物像的光线出射至所述平面折转镜；所述平面折转镜，还用于将所述第三目标物像的光线和所述第四目标物像的光线反射至所述色散分光-合光子系统。结合第一方面的第四种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，所述平面折转镜为中部具有圆形通光孔径的整块平面反射镜。结合第一方面的第四种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，所述反相滤光器件的位置在所述第一逆反射光线经所述平面折转镜反射后形成的所述第二目标物像的像面上。结合第一方面的第六种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，所述反相滤光器件采用逐行控制光线透过的液晶空间光调制器，其限制光线透过的行像元方向与前置成像子系统中狭缝的长度方向一致，与所述第二目标物像中的色散方向垂直；或采用位置可控的细丝，其在孔径光阑平面内沿前置成像子系统中狭缝的色散方向运动，所述细丝的长度方向与狭缝的长度方向一致，与所述第二目标物像中的色散方向垂直。结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，所述光探测子系统包括光探测器和数据处理器；所述光探测器，用于获取所述第二逆反射光线所形成的色散像，并将所述第二逆反射光线所形成的色散像的光信号转换为对应的第一电信号，用于获取所述第三逆反射光线所成的色散像，并将所述第三逆反射光线所成的色散像的光信号转换为对应的第二电信号，以及用于将所述第一电信号和所述第二电信号发送至所述数据处理器；所述数据处理器，用于对接收到的所述第一电信号和所述电信号进行模数转换后作差，得到所述目标待测光线的光谱数据。结合第一方面的第八种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，所述光探测器为线阵探测器，其位于所述第二逆反射光线所形成的色散像或所述第三逆反射光线所成的色散像的像面位置。与现有技术中相比，本申请实施例提供的光谱成像系统，通过色散分光-合光子系统和反相滤光移像子系统，分别使得光探测子系统获得到目标物的光谱数据以及得到滤除设定波长区间的目标待测光线后的光谱数据，这样，就可以精确得到该设定波长区间的目标待测光线的光谱数据，当该设定波长区间的目标待测光线很弱时，通过直接获取目标待测光线并不能较为灵敏、精确地得到该目标待测光线的光谱数据，但是本申请实施例通过直接获得的目标物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱成像系统，其特征在于，包括：前置成像子系统、色散分光‑合光子系统、反相滤光移像子系统以及光探测子系统；所述前置成像子系统，用于对目标物成像形成第一目标物像，并将所述第一目标物像的第一光线出射至所述色散分光‑合光子系统；所述色散分光‑合光子系统，用于对所述第一光线依次进行准直、色散、逆反射和合光后得到第一逆反射光线，并将所述第一逆反射光线出射至所述反相滤光移像子系统；所述反相滤光移像子系统，用于对所述第一逆反射光线形成第二目标物像，并将所述第二目标物像采取无滤光处理及传像后的第二光线发射至所述色散分光‑合光子系统；以及用于对所述第一逆反射光线形成第二目标物像，并对所述第二目标物像滤除目标待测光线及传像后的第三光线发射至所述色散分光‑合光子系统，所述目标待测光线为所述第二目标物像中一个设定波长区间对应的光线；所述色散分光‑合光子系统，还用于对所述第二光线依次进行准直、色散、逆反射和合光后得到第二逆反射光线，对所述第三光线依次进行准直、色散、逆反射和合光后得到第三逆反射光线，并分别将所述第二逆反射光线和所述第三逆反光线出射至所述光探测子系统；所述光探测子系统，用于基于所述第二逆反射光线得到第二光谱数据，基于所述第三逆反射光线得到所述第三光谱数据，并基于所述第二光谱数据和所述第三光谱数据得到所述目标待测光线的光谱数据。...

【技术特征摘要】
1.一种光谱成像系统，其特征在于，包括：前置成像子系统、色散分光-合光子系统、反相滤光移像子系统以及光探测子系统；所述前置成像子系统，用于对目标物成像形成第一目标物像，并将所述第一目标物像的第一光线出射至所述色散分光-合光子系统；所述色散分光-合光子系统，用于对所述第一光线依次进行准直、色散、逆反射和合光后得到第一逆反射光线，并将所述第一逆反射光线出射至所述反相滤光移像子系统；所述反相滤光移像子系统，用于对所述第一逆反射光线形成第二目标物像，并将所述第二目标物像采取无滤光处理及传像后的第二光线发射至所述色散分光-合光子系统；以及用于对所述第一逆反射光线形成第二目标物像，并对所述第二目标物像滤除目标待测光线及传像后的第三光线发射至所述色散分光-合光子系统，所述目标待测光线为所述第二目标物像中一个设定波长区间对应的光线；所述色散分光-合光子系统，还用于对所述第二光线依次进行准直、色散、逆反射和合光后得到第二逆反射光线，对所述第三光线依次进行准直、色散、逆反射和合光后得到第三逆反射光线，并分别将所述第二逆反射光线和所述第三逆反光线出射至所述光探测子系统；所述光探测子系统，用于基于所述第二逆反射光线得到第二光谱数据，基于所述第三逆反射光线得到所述第三光谱数据，并基于所述第二光谱数据和所述第三光谱数据得到所述目标待测光线的光谱数据。2.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述前置成像子系统包括成像物镜和狭缝；所述成像物镜，用于将所述目标物缩小成像于狭缝位置处形成所述第一目标物像；所述狭缝中的所述第一目标物像发出的光线出射至所述色散分光-合光子系统；其中，所述狭缝的位置在所述成像物镜的像面处。3.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述色散分光-合光子系统包括准直镜和色散棱镜；所述准直镜，用于将所述前置成像子系统成像后发出的第一光线准直为第一平行光，以及用于将所述反相滤光移像子系统发射的所述第二光线和所述第三光线分别准直为第二平行光和第三平行光；所述色散棱镜，用于将准直后的第一平行光按照不同波长进行色散分光，并将色散后的平行光逆反射至所述准直镜，并在其焦点处合光，得到第一逆反射光，将所述第一逆反射光出射至所述反相滤光移像子系统；以及用于将准直后的第二平行光和第三平行光按照不同波长进行色散分光，并将色散后的第二平行光和第三平行光分别逆反射至所述准直镜，并在其焦点处合光，分别得到所述第二逆反射光线和所述第三逆反射光线，将第二逆反射光线和所述第三逆反射光线分别成像至所述光探测子系统。4.根据权利要求3所述的光谱成像系统，其特征在于，所述准直镜的焦点处是指目标物在所述前置成像子系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉玉生，刘艳星，胡晓婕，金杨，徐艳芳，黄敏，
申请(专利权)人：北京印刷学院，
类型：发明
国别省市：北京,11