一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪制造技术

技术编号:21030541 阅读:22 留言:0更新日期:2019-05-04 04:07
本发明专利技术涉及一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪,由中继透镜系统、图像映射器、聚光透镜、色散单元、微透镜阵列、成像传感器组成,其中图像映射器由超薄玻璃层叠组成,超薄玻璃的端面具有M*N个二维倾角,采用层叠、研磨抛光等步骤加工,倾角的端面镀有反射膜。其中光学图像通过中继透镜系统成像于图像映射器表面,图像映射器将图像进行分割并反射,反射图像从聚光透镜平行出射经过色散单元色散,最后色散光通过微透镜阵列成像于成像传感器上,得到图像的空间信息和光谱信息。本发明专利技术提出一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪,解决图像映射型成像光谱技术加工研制困难和成本昂贵的问题。

An Imaging Spectrometer Based on Laminated Glass Mapping

The present invention relates to an imaging spectrometer based on laminated glass mapping, which consists of a relay lens system, an image mapper, a concentrating lens, a dispersion unit, a microlens array and an imaging sensor. The image mapper consists of a super-thin glass layer. The end face of the super-thin glass has M*N two-dimensional inclination angles, and is processed by layering, polishing and other steps. The end face of the inclination angle is coated with an inverse angle. Film ejection. The optical image is imaged on the surface of the image mapper through the relay lens system. The image mapper divides and reflects the image. The reflected image is projected parallel from the focusing lens through the dispersion unit. Finally, the dispersive light is imaged on the imaging sensor through the microlens array to obtain the spatial and spectral information of the image. The invention provides an imaging spectrometer based on laminated glass mapping, which solves the problems of difficult processing and expensive cost of image mapping imaging spectrometry technology.

【技术实现步骤摘要】
一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪
本专利技术涉及一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪,适用于快速分析物体成像的光谱情况,属于成像光谱领域。
技术介绍
图像映射型成像光谱仪是新一代光谱成像技术,它利用图像二维映射元件将一次成像面按不同行分别投影在不同二维空间角上,然后图像信息经过色散后在成像传感器上完成不同行的光谱数据获取。图像映射型成像光谱仪在生物医学、遥感和环境监测等方面有重要应用前景。荧光成像是生物学研究不可或缺的工具。在细胞研究中,通过用各种荧光团染色细胞并在显微镜下成像,可以定量表征大量的颜色编码过程。成像光谱仪可监控荧光团组合的光谱瞬时变化,得到荧光探针的光谱信息。成像光谱仪可与医学内窥镜相结合,实现人体内组织生物标记的动态成像光谱检测。在遥感领域中,成像光谱仪在矿物研究方面通过对矿物元素的光谱特征分析,能够实现对矿物成分及其矿物丰度信息的提取。在植被研究中通过光谱数据进行分析植被的物理和化学参数,可用于植被长势监测、产值估计等。环境监测方面,成像光谱仪可应用于油气田以及石化炼油厂等地区的逃逸性气体的检测,针对大气中可能存在的污染物例如甲烷或其它挥发性气体,实现实时监控。在这些领域不仅要求高的空间、光谱分辨率,对时间分辨率也有很高的要求。图像映射成像光谱仪通过简单的实时映射,不需要通过扫描,几乎不需要图像的后处理和重建。该技术具有空间分辨率高、信噪比高、数据处理简单等优点,并具备单次曝光全谱成像能力。然而,实际研制图像映射成像光谱技术过程中,核心元件二维图像映射器的设计和制造非常困难。目前工艺上成像光谱仪采用的核心器件图像映射器是采用金刚石在铝块上加工而成,金刚石加工出现磨边现象,造成各条反射镜反射效率的不一致和整体成像质量的下降。另外,该加工工艺的成本很高,单片加工价格昂贵,导致成像光谱仪制作成本上升。
技术实现思路
本专利技术的目的是:提出一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪,解决图像映射型成像光谱技术加工研制困难和成本昂贵的问题。本专利技术的技术解决方案是:一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪,包括中继透镜系统、图像映射器、聚光透镜、色散单元、微透镜阵列、成像传感器;其中中继透镜系统由孔径光阑和中继透镜组成,图像映射器由超薄玻璃层叠组成,所述的超薄玻璃的端面镀有反射膜并且具有二维倾角,图像映射器的反射面具有M*N个不同的倾角,光学图像通过中继透镜系统成像于图像映射器表面,图像映射器将图像进行分割并反射,反射图像从聚光透镜平行出射经过色散单元色散,最后色散光通过微透镜阵列成像于成像传感器上,得到图像的空间信息和光谱信息。一种制造图像映射器的方法,包括:第一步骤,超薄玻璃层叠,取相同大小的超薄玻璃,彼此平行对齐重叠,用紫外固化胶粘合,在紫外灯光照下固化,在超薄玻璃两侧各粘合一块光学玻璃进行保护,形成超薄玻璃块;第二步骤,研磨抛光,将超薄玻璃块固定在三脚研抛器上,对超薄玻璃块端面和侧面进行研磨抛光,使端面与水平面成特定角度,侧面相互平行,研磨抛光时选用不同粒度的研磨片,研磨片粒度逐步减小,降低玻璃表面粗糙度;第三步骤,解胶镀膜,将研磨抛光后的超薄玻璃块放置在超声波清洗机中进行高温水解,将水解后的超薄玻璃重叠进行磁控溅射镀反射膜;第四步骤,粘合,将超薄玻璃按端面的倾角分组,相同Y倾角不同X倾角为一组进行粘合,得到超薄玻璃组,将各组粘合得到图像映射器。所述的三脚研抛器由壳体、数字倾角仪和螺旋测微器组成,壳体边缘开有三个通孔,通孔位置呈三角形分布,在通孔位置分别安装螺旋测微器,壳体上表面安装数字倾角仪,壳体下方设置有一侧开有螺纹孔的固定槽,超薄玻璃块通过紧定螺钉固定安装在固定槽中。本专利技术的有益效果是:本专利技术通过将超薄玻璃的端面进行不同XY倾角的研磨和抛光,然后镀上反射膜,就构成了一条具有二维倾角的微反射镜,通过将成百片这样的超薄玻璃粘合,就等效实现了具有不同二维倾角的反射式图像映射器。大大提高了加工的成功率和生产效率,体积小,而且不会出现磨边现象,提高了光谱仪的成像质量,降低了加工成本。附图说明图1是基于叠层玻璃映射的成像光谱仪示意图;图2是图像映射器的加工示意图;图3是三脚研抛器的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。如图1所示,本专利技术的基于叠层玻璃的成像光谱仪包括中继透镜系统11、图像映射器12、聚光透镜13、色散单元14、微透镜阵列15、成像传感器16。中继透镜系统11由孔径光阑和中继透镜组成,中继透镜的焦距为f1,光阑的孔径为D1,孔径光阑位于中继透镜前,用于限制进入光学系统的成像光束口径,中继透镜将光学图像成像于图像映射器12上,使得图像的点扩散函数的大小与微反射镜的大小相匹配以保证图像的分辨率,中继透镜在图像映射器12的一侧保证严格的远心,保证成像光线平行于光轴。图像映射器12由超薄玻璃层叠组成,超薄玻璃的端面22镀有反射膜并且具有二维倾角,图像映射器12的反射面具有M*N个不同的倾角,其中M为X轴不同倾角的个数,N为Y轴不同倾角的个数。光线在图像映射器12上反射得到不同倾角的图像。聚光透镜13的焦距为f2,图像映射器12位于聚光透镜13的焦平面上,从图像映射器12反射的光通过聚光透镜13将平行出射,形成M*N个子图像。为避免M*N个子图像相互重叠,光阑的孔径D1应满足D1<=2f1*η,η为最小倾角差值。聚光透镜13应选取大视场角的透镜。此时图像包含了空间信息,为了获取光谱信息,插入色散单元14得到色散光谱,最后色散光通过微透镜阵列15完整成像在成像传感器16上。微透镜阵列15为M*N阵列,透镜的焦距均为f3。在一种实施例中,超薄玻璃反射面与X轴、Y轴的倾角为(α,β),其中,α、β取0,±0.05rad,±0.1rad中的任意值,此时M*N为5*5。采用色散棱镜14获取光谱信息,微透镜阵列15为5*5阵列。最小倾角差值η为0.05rad。该装置可以直接测量物体中光谱的分布情况,在成像传感器16的位置编码图像上同时获得包含初始图像中的空间和光谱信息。本专利技术中图像映射器12的加工方法如图2所示。图像映射器12的加工方法包括:第一步骤,第二步骤,第三步骤,第四步骤。第一步骤为超薄玻璃层叠步骤。取相同大小的超薄玻璃,彼此平行对齐重叠,采用玻璃层叠加工技术,将未加工的超薄玻璃用紫外固化胶粘合在一起,紫外灯光照一定时间进行固化。为防止加工过程造成崩裂,在粘合好的超薄玻璃两侧,各再粘合一片厚度为1mm的光学玻璃进行保护,形成超薄玻璃块21。第二步骤为研磨抛光步骤,将层叠好的超薄玻璃块21固定在三脚研抛器上,层叠玻璃的底面紧贴三脚研抛器固定槽34底部,将三脚研抛器放置在研磨抛光机上,对超薄玻璃块21进行研磨抛光,使薄玻璃块的端面22与水平面呈特定倾角,二维倾角同时进行研磨抛光,能够提高加工效率。在研磨抛光机上安装研磨片,研磨加工时玻璃表面会造成一些表面损伤,选择不同粒度的研磨片,研磨片粒度逐步减小,可以逐渐降低玻璃的表面粗糙度。例如研磨时可分别选择9、3、1um研磨片进行研磨,抛光时选择0.02um的研磨片抛光。对超薄玻璃进行二维倾角加工时,得到的不同超薄玻璃有高度差,层叠粘合时会有较大的离焦,将侧面23进行研磨抛光,使侧面23相互平行,粘合时以侧面23为基准面。第三步本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪,包括中继透镜系统(11)、图像映射器(12)、聚光透镜(13)、色散单元(14)、微透镜阵列(15)、成像传感器(16),其特征在于:图像映射器(12)由超薄玻璃层叠组成,所述的超薄玻璃的端面(22)镀有反射膜并且具有二维倾角,图像映射器(12)的反射面具有M*N个不同的倾角;其中中继透镜系统(11)由孔径光阑和中继透镜组成,光学图像通过中继透镜系统(11)成像于图像映射器(12)表面,图像映射器(12)将图像进行分割并反射,反射图像从聚光透镜(13)平行出射经过色散单元(14)色散,最后色散光通过微透镜阵列(15)成像于成像传感器(16)上,得到图像的空间信息和光谱信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪,包括中继透镜系统(11)、图像映射器(12)、聚光透镜(13)、色散单元(14)、微透镜阵列(15)、成像传感器(16),其特征在于:图像映射器(12)由超薄玻璃层叠组成,所述的超薄玻璃的端面(22)镀有反射膜并且具有二维倾角,图像映射器(12)的反射面具有M*N个不同的倾角;其中中继透镜系统(11)由孔径光阑和中继透镜组成,光学图像通过中继透镜系统(11)成像于图像映射器(12)表面,图像映射器(12)将图像进行分割并反射,反射图像从聚光透镜(13)平行出射经过色散单元(14)色散,最后色散光通过微透镜阵列(15)成像于成像传感器(16)上,得到图像的空间信息和光谱信息。2.一种制造权利要求1所述的图像映射器的方法,包括:第一步骤,超薄玻璃层叠,取相同大小的超薄玻璃,彼此平行对齐重叠,用紫外固化胶粘合,在紫外灯光照下固化,在超薄玻璃两侧各粘合一块光学玻璃进行保护,形成超薄玻璃块(21);第二步骤,研磨抛光,...

【专利技术属性】
技术研发人员:周鹏威胡世传凃冲卢田
申请(专利权)人:中国计量大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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