光谱成像系统技术方案

本实用新型专利技术的一种光谱成像系统，通过对接收信号光会聚，并利用小孔或狭缝提高信噪比，后经光学系统准直，并采用色散元件色散后，再次聚焦于像面，会聚区域光谱分布由λ1到λ

【技术实现步骤摘要】
光谱成像系统


[0001]本技术涉及光学成像领域，尤其涉及一种光谱成像系统。

技术介绍

[0002]光谱仪，是一种可实现复杂复色光的分解和测量的仪器。复色光进入光谱仪后，可被分光元件分解成不同的单色光，对单色光收集和处理可得到光谱。因此，光谱仪被广泛应用于光辐射测量、环境污染检测、元素分析、地质分析和食品安全检测等领域。常用的光谱仪依据分光器件类型可分为：色散型、干涉型和滤光片型光谱仪。
[0003]棱镜光谱仪属于色散型光谱仪，利用棱镜对不同波长的光的折射率不同的原理，可将复色光分解成单色光；光栅光谱仪则利用光栅的衍射特性将复色光分解成单色光。
[0004]现有技术中，光谱仪的设计大多只能将数值孔径做到0.25，进光量不足，且仅能覆盖波段近红外或可见光，这就导致了成像光斑尺寸大，测试精度不足的问题。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于解决上述问题，提供一种将混合波谱光源重新成像，并以不同光谱成像位置不同的形式排列于像面的光谱成像系统，增大孔径数值，保证成像光斑大小，提升测试精度。。
[0006]为实现上述目的，本技术提供一种光谱成像系统，用于获取光源的光谱信息，所述光谱成像系统沿光源至像面依次包括：
[0007]用于接收并会聚光信号的第一透镜组，所述第一透镜组至少设置有一个光焦度为正的透镜；
[0008]具有准直功能的第二透镜组；
[0009]具有色散功能的分光元件；
[0010]用于将分光元件分散的光谱会聚成像的第三透镜组；
[0011]所述第二透镜组中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，第三透镜组中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜。
[0012]在上述技术方案中，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组中的透镜总数不少于17枚。
[0013]在上述技术方案中，所述第一透镜组与所述第二透镜组之间设置有小孔或狭缝。
[0014]在上述技术方案中，所述第一透镜组至少含有六枚透镜，至少一枚透镜的阿贝数满足Vd1＜40，且至少一枚透镜的折射率满足nd＞1.7。
[0015]在上述技术方案中，所述第二透镜组中至少含有5枚透镜，首枚透镜为弯月透镜，弯曲朝向狭缝或小孔，最后一枚透镜具有正光焦度。
[0016]在上述技术方案中，所述第二头透镜组中至少一枚光焦度为负的透镜设置于反射元件与最后一枚透镜之间。
[0017]在上述技术方案中，所述第二透镜组包括至少一枚阿贝数Vd2小于40的透镜，且包
括至少一枚折射率nd大于1.7的透镜。
[0018]在上述技术方案中，所述第三透镜组至少包括六枚透镜，零视场外光线与主光线在所述第三透镜组的首枚镜片的入射高度差H1与零视场外光线与主光线在所述第三透镜组最低的入射高度差H2满足如下关系：0.2＜H1/H2＜0.5。
[0019]在上述技术方案中，所述第三透镜组中至少包括一枚透镜的阿贝数Vd3小于40，至少包括一枚透镜的折射率nd大于1.7。
[0020]在上述技术方案中，所述光谱成像系统的成像范围为450nm
‑
1150nm。
[0021]在上述技术方案中，所述第一透镜组或所述第二透镜组中至少包含一个用于转折光路的反射元件，反射元件与小孔或狭缝之间的距离在5～40mm范围内，反射元件与色散元件之间的距离大于40mm。
[0022]在上述技术方案中，所述第三透镜组中最靠近像面的透镜为弯月透镜，弯月方向朝向像面。
[0023]本技术的一种光谱成像系统，通过对接收信号光会聚，并利用小孔或狭缝提高信噪比，后经光学系统准直，并采用色散元件色散后，再次聚焦于像面，会聚区域光谱分布由λ1到λ
n
，从y方向自下往上依次为由短波谱到长波谱依次排布或由长波谱到短波谱依次排布，有利于控制光斑尺寸，实现了分波谱成像的功能，通过对成像系统会聚区域的光谱成像分析其能量、位置等信息，通过软件算法分析出光源包含的光谱信息及各光谱能量值，并通过合理配置透镜方式，使该系统同时具备高的光谱分辨率和宽的光谱范围，且采用转折式设计方案可以压缩系统所占空间，使得系统整体趋于小型化，适用于对外形尺寸的长宽有要求的仪器中，第二透镜组G2中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，该负光焦度透镜的前后透镜组整体为正光焦度，形成正
‑
负
‑
正结构形态，有利于矫正场曲，提高外视场成像质量。第三透镜组G4也是正
‑
负
‑
正的结构形态，两个正
‑
负
‑
正结构放于色散元件两侧，有利于矫正轴外相差。
[0024]本技术可将数值孔径达到0.3以上，设计波段覆盖可见光和近红外波段，最大视场可以达到30mm，且保证全视场成像光斑尺寸小于10um，从而提升测试精度。
附图说明
[0025]图1为本技术中实施例1的转折式光谱成像系统的平面示意图；
[0026]图2为本技术中实施例1的转折式光谱成像系统的0视场光谱分布图；
[0027]图3为本技术中实施例1的转折式光谱成像系统的450nm光谱的全视场横向像差图；
[0028]图4为本技术中实施例1的转折式光谱成像系统的500nm光谱的全视场横向像差图；
[0029]图5为本技术中实施例1的转折式光谱成像系统的650nm光谱的全视场横向像差图；
[0030]图6为本技术中实施例2的转折式光谱成像系统的平面示意图；
[0031]图7为本技术中实施例2的转折式光谱成像系统的0视场光谱分布图；
[0032]图8为本技术中实施例2的转折式光谱成像系统的450nm光谱的全视场横向像差图；
[0033]图9为本技术中实施例2的转折式光谱成像系统的500nm光谱的全视场横向像差图；
[0034]图10为本技术中实施例2的转折式光谱成像系统的650nm光谱的全视场横向像差图；
[0035]图11为本技术中实施例3的转折式光谱成像系统的平面示意图；
[0036]图12为本技术中实施例3的转折式光谱成像系统的0视场光谱分布图；
[0037]图13为本技术中实施例3的转折式光谱成像系统的700nm光谱的全视场横向像差图；
[0038]图14为本技术中实施例3的转折式光谱成像系统的900nm光谱的全视场横向像差图；
[0039]图15为本技术中实施例3的转折式光谱成像系统的1150nm光谱的全视场横向像差图。
具体实施方式
[0040]为了更清楚地说明本技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱成像系统，其特征在于，用于获取光源的光谱信息，所述光谱成像系统沿光源至像面依次包括：用于接收并会聚光信号的第一透镜组(G1)，所述第一透镜组(G1)至少设置有一个光焦度为正的透镜；具有准直功能的第二透镜组(G2)；具有色散功能的分光元件(G3)；用于将分光元件分散的光谱会聚成像的第三透镜组(G4)；所述第二透镜组(G2)中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，第三透镜组(G4)中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜。2.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述第一透镜组(G1)、所述第二透镜组(G2)和所述第三透镜组(G4)中的透镜总数不少于17枚。3.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述第一透镜组(G1)与所述第二透镜组(G2)之间设置有小孔或狭缝。4.根据权利要求1所述的光谱成像系统，其特征在于，所述第一透镜组(G1)至少含有六枚透镜，至少一枚透镜的阿贝数满足Vd1＜40，且至少一枚透镜的折射率满足nd＞1.7。5.根据权利要求3所述的光谱成像系统，其特征在于，所述第二透镜组(G2)中至少含有5枚透镜，首枚透镜为弯月透镜，弯曲朝向狭缝或小孔，最后一枚透镜具有正光焦度。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷梦婷，李伸朋，胡森虎，
申请(专利权)人：宁波舜宇仪器有限公司，
类型：新型
国别省市：