一种光谱成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光谱成像装置，包括依次设置的镜头、闪耀光栅、带通滤波器、消色差中继透镜组，柱透镜阵列，相机，相机中每个柱透镜对应一组子像素条。本发明专利技术通过独特的光路设计，通过像素分区复用实现将三维光谱数据记录在二维像素空间，此时单通道成像的横向分辨率与光谱分辨率互相折中，二者为反比关系，同时单通道成像的纵向分辨率没有影响，即可以实现对三维光谱图像的单次曝光获取，像素区域充分利用；本发明专利技术装置可以实时获取场景光谱数据并且实时显示，数据获取和数据处理过程没有时间延迟；可以获得动态场景的光谱数据，并且光源亮度适中，不会对生物样本造成光漂白等伤害。不会对生物样本造成光漂白等伤害。不会对生物样本造成光漂白等伤害。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱成像装置


[0001]本专利技术涉及光谱成像领域，是一种光谱成像装置。
技术背景
[0002]相比于传统的成像技术，光谱成像会在拍摄场景二维图像的同时，记录其光谱信息，将二维空间与一维光谱信息记录下来。光谱成像技术可以增加记录信息的丰富程度，有利于后期分析与处理。光谱成像技术初期，使用的是传统的方法获取光谱信息，即通过窄带滤光片来记录对应波长处的二维空间信息与光谱信息。该方法精度高，易于实现，缺点是只能够获取有限多个光谱通道信息，且光谱信息不连贯。同时，此方法无法同时记录不同光谱通道上的光谱信息，因此只能实现静态场景的光谱成像。
[0003]本光谱成像装置可以实现多个光谱通道的获取，因此光谱数据更加丰富，同时没有牺牲像素阵列空间，因此对像素空间利用率更高。因此，本光谱成像装置可以有效地解决早期光谱成像技术中光谱通道少，无法处理动态场景图像获取的问题。

技术实现思路
：
[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提出一种本光谱成像装置。该装置可以同时记录二维空间信息和一维光谱信息，并且可以用于记录动态场景的光谱显微成像。
[0005]一种光谱成像装置，包括依次设置的镜头(1)、闪耀光栅(2)、带通滤波器(3)、消色差中继透镜组(4)，柱透镜阵列(5)，相机(6)，相机中每个柱透镜对应一组子像素条(7)。
[0006]自然光下，镜头(1)观测到的场景图像汇聚在镜头(1)后焦面，在后焦面处设置有闪耀光栅(2)，闪耀光栅(2)将镜头(1)记录的场景图像进行色散，经过消色差中继透镜组(4)中继到柱透镜阵列(5)基板一面，此时，闪耀光栅(2)处和柱面镜阵列(5)处的场景图像没有色散，场景图像从闪耀光栅(2)传播到柱透镜阵列(5)的过程中是有色散的。相机(6)的像素阵列位于柱透镜阵列(5)的后焦面处，汇聚在柱透镜阵列(5)上的场景图像不同波长的光信号存在不同的出射角，因此经过柱透镜阵列(5)的场景图像的不同波长光信号会沿着柱透镜法向发生色散，遍布相机(6)的像素阵列，而柱透镜切向场景图像不发生色散。
[0007]本专利技术有益效果如下：
[0008]一、本专利技术通过独特的光路设计，通过像素分区复用实现将三维光谱数据记录在二维像素空间，此时单通道成像的横向分辨率与光谱分辨率互相折中，二者为反比关系，同时单通道成像的纵向分辨率没有影响，即可以实现对三维光谱图像的单次曝光获取，像素区域充分利用；
[0009]二、本专利技术装置可以实时获取场景光谱数据并且实时显示，数据获取和数据处理过程没有时间延迟；
[0010]三、本专利技术装置可以获得动态场景的光谱数据，并且光源亮度适中，不会对生物样本造成光漂白等伤害。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例光谱成像装置结构图；
[0012]其中，1
‑
镜头，2
‑
闪耀光栅，3
‑
带通滤波器，4
‑
消色差中继透镜组，5
‑
柱透镜阵列，6
‑
相机，7
‑
子像素条。
[0013]图2为本专利技术实施例光谱成像装置初始成像数据示意图。
具体实施方式
[0014]一种光谱成像装置，本专利技术特征在于单次曝光获取生物样本连续多个光谱信息，包括以下步骤：
[0015]参看图1，根据本专利技术实施例的用于光谱成像装置包括依次设置的镜头1，闪耀光栅2，带通滤波器3，消色差中继透镜组4，柱透镜阵列5，相机6，子像素条7。
[0016]实现方法如下：
[0017]步骤一：镜头1将场景图像的实像成像在后焦面处的闪耀光栅2上，场景图像光信号经过闪耀光栅2后发生色散，通过带通滤波器3对场景图像色散后的光谱信号进行筛选，保留其中的光谱波段为λ1至λ
n
，发生混叠的光谱信号经过消色差中继透镜4重新聚焦在柱透镜阵列5上；
[0018]步骤二：柱透镜阵列5处场景图像的不同波长光谱信号存在不同的出射角，光线经过柱透镜5的切向时不受影响，光线经过柱透镜5的法向时会对入射光数值孔径NA
o
会被放大，覆盖在相机6的像素阵列上。在每个柱面镜覆盖的子像素区域7中，设子像素条7沿柱面镜法向宽度为n个像素，场景图像光谱信号沿柱面镜法向展开分布，沿柱面镜切向场景图像无色散；
[0019]步骤三：将光谱波段为λ1至λ
n
均匀分成n份，即λ1，λ2，
…
，λ
n
，将像素区域中柱透镜对应覆盖的子像素条7中第i列组合在一起得到图片P
i
。此时，图片P
i
为场景在光谱波长λ
i
光照射下的成像，其中i＝1,2,
…
,n。
[0020]进一步的，投射到柱透镜阵列5上的场景图像光信号必须尽量与柱透镜整列5的数值孔径匹配。具体如下：
[0021]设镜头1在后方聚焦面2处光束的数值孔径为NA
o
，消色差透镜组4的放大倍数为N，则光栅对场景在λ1至λ
n
波段光谱信号数值孔径的放大倍数M为：
[0022][0023]其中，α＝arcsin(NA
o
)/2，d＝a+b，其中a为光栅刻画线的透光缝宽，b为不透光刻画部分宽度。
[0024]设柱透镜阵列5的F数为F
#
，则
[0025][0026]上式等号成立为最优解。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱成像装置，其特征在于，包括依次设置的镜头(1)、闪耀光栅(2)、带通滤波器(3)、消色差中继透镜组(4)，柱透镜阵列(5)，相机(6)，相机中每个柱透镜对应一组子像素条(7)；自然光下，镜头(1)观测到的场景图像汇聚在镜头(1)后焦面，在后焦面处设置有闪耀光栅(2)，闪耀光栅(2)将镜头(1)记录的场景图像进行色散，经过消色差中继透镜组(4)中继到柱透镜阵列(5)基板一面，此时，闪耀光栅(2)处和柱面镜阵列(5)处的场景图像没有色散，场景图像从闪耀光栅(2)传播到柱透镜阵列(5)的过程中是有色散的；相机(6)的像素阵列位于柱透镜阵列(5)的后焦面处，汇聚在柱透镜阵列(5)上的场景图像不同波长的光信号存在不同的出射角，因此经过柱透镜阵列(5)的场景图像的不同波长光信号会沿着柱透镜法向发生色散，遍布相机(6)的像素阵列，而柱透镜切向场景图像不发生色散。2.根据权利要求1所述的一种光谱成像装置，其特征在于，一种光谱成像装置的实现方法如下：步骤一：镜头(1)将场景图像的实像成像在后焦面处的闪耀光栅(2)上，场景图像光信号经过闪耀光栅(2)后发生色散，通过带通滤波器(3)对场景图像色散后的光谱信号进行筛选，保留其中的光谱波段为λ1至λ
n
，发生混叠的光谱信号经过消色差中继透镜(4)重新聚焦在柱透镜阵列(5)上；步骤二：柱透镜阵列(5)处场景图像的不同波长光谱信号存在不同的出射角，光线经过柱透镜(5)的切向时不受影响，光线...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜成钢，吕彬彬，孙垚棋，张继勇，李宗鹏，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：