本申请公开基于反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪，涉及光谱仪领域，包括同轴反射外筒和同轴透射外筒，同轴反射外筒的入射端设置狭缝组件；狭缝组件上方设置有球面反射镜和平面反射镜；入射光线穿过平面反射镜，通过球面反射镜反射，平面反射镜再次反射送入同轴透射外筒；同轴透射外筒内沿透射方向设置有光栅棱镜模组和调焦内筒，调焦内筒设置有胶合透镜模组；胶合透镜模组固定设置在调焦内筒内，调焦内筒放置在同轴透射外筒的调节腔中，且调节腔的宽度大于调焦内筒的宽度。该光谱仪采用反射加透射一体式成像布局，实现高光通量、高集成度和焦距可调的优点，提高了光谱成像效果和灵活性。和灵活性。和灵活性。
【技术实现步骤摘要】
基于反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪
[0001]本申请实施例涉及光谱仪领域，特别涉及一种基于反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪。
技术介绍
[0002]高光谱成像仪也称光谱相机、高光谱相机和高光谱仪，是将成像光谱仪和面阵探测器完美结合，可同时、快速获取光谱和影像信息的无损检测分析仪器。高光谱成像仪的主要组成部分有：准直镜、分光计、聚焦透镜、面阵探测器。
[0003]成像光谱仪每次成目标上一条线的像，并分光使每个光谱成分对应线阵上的一个像素点。因此，每一幅来自光谱相机的图像结构包括一个空间轴维度上的线阵像素和另一个光谱轴维度上的光谱分布。
[0004]在相关Offner成像技术中，Offner结构成像光谱仪的分光结构普遍采用基于罗兰圆离轴三反射结构，即由两个凹球面反射镜和一个凸球面光栅组成，凸球面光栅位于两个凹面反射镜之间，所有反射球面的球心均位于同一点。从物面发出的光经第一个凹球面反射镜反射后，被凸球面光栅分光得到单色衍射光，单色衍射光被第二个凹球面反射镜反射聚焦于像面。除了子午面上不同角度出射的光线与经过主轴的主光线具有相同的光程差；其他平面上不同角度入射的光线与主光线的光程差都不相同。因此，罗兰圆离轴三反射的分光结构只能保证在子午面出射的光线与经过主轴的主光线具有相同的光程差，只能消除子午像差，并不能同时兼顾其他像差的影响。此外，反射式光栅由于表面必须镀金属反射膜，不可避免的造成不同偏振度光线的衍射效率不同，这种偏振效应的存在会造成测试目标反射率标定的误差，，成像质量有待提高。
专利
技术实现思路
[0005]本申请实施例提供一种基于反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪，解决离轴反射式成像结构的离轴部件存在偏差和偏振效应的问题。包括用于反射光路的同轴反射外筒和用于透射光路的同轴透射外筒，所述同轴反射外筒的入射端设置有用于采集入射光线的狭缝组件；所述狭缝组件上方设置有球面反射镜和平面反射镜；入射光线穿过所述平面反射镜，并通过所述球面反射镜发生一次反射，所述平面反射镜将一次反射的光线进行二次反射并送入所述同轴透射外筒进行透射；
[0006]所述同轴透射外筒内沿透射方向设置有光栅棱镜模组和调焦内筒，所述调焦内筒设置有胶合透镜模组，外筒末端连接内置探测器芯片和探测器成像面的成像机构；所述胶合透镜模组固定设置在所述调焦内筒内，所述调焦内筒放置在所述同轴透射外筒的调节腔中，且所述调节腔的宽度大于所述调焦内筒的宽度，用于改变与所述光栅棱镜模组和探测器芯片之间的距离。
[0007]可选的，所述狭缝组件包括狭缝座和前置接口，狭缝座上开设有锥形通道和矩形通道；所述锥形通道和所述矩形通道连通处形成狭缝，狭缝玻璃置入所述矩形通道中；
[0008]所述平面反射镜嵌在所述狭缝组件上，镜面朝向所述同轴透射外筒的透射光轴；所述平面反射镜上开设有和所述矩形通道连通的镜面孔隙，将外部光线引入内腔。
[0009]可选的，所述球面反射镜、所述镜面孔隙、所述锥形通道和所述矩形通道位于所述同轴反射外筒的反射光轴上；入射光线沿反射光轴穿过所述平面反射镜上的所述镜面孔隙，并通过所述球面反射镜反射至所述平面反射镜，所述平面反射镜将二次反射光线沿透射光轴送入所述同轴透射外筒中。
[0010]可选的，所述同轴透射外筒的入射端设置有环形卡槽，末端设置有可拆卸的环形连接头；所述环形连接头连接成像机构。
[0011]所述光栅棱镜模组固定安装在环形卡槽内，所述环形连接头的内径小于所述调焦内筒的外径，在所述环形卡槽和所述环形连接头之间形成所述调节腔。
[0012]可选的，所述光栅棱镜模组和胶合透镜模组垂直所述同轴透射外筒的透射光轴。
[0013]可选的，所述光栅棱镜模组包括环形镜片卡座、光栅和楔形棱镜；所述光栅和所述楔形棱镜按照透射方向固定在所述镜片卡座内。
[0014]可选的，所述胶合透镜模组按照透射方向依次包括第一单透镜、第一胶合透镜组、第二胶合透镜组和第二单透镜；
[0015]所述第一单透镜和所述第二单透镜为平凸透镜，分别通过固定卡座安装在所述调焦内筒的两个端部，凸面位于入射端方向。
[0016]可选的，所述第一胶合透镜组包括第一胶合凸透镜、第一胶合凹透镜和第一胶合镜座；所述第一胶合凸透镜和所述第一胶合凹透镜通过所述第一胶合镜座固定安装在所述调焦内筒；
[0017]所述第一胶合凸透镜的截面为月牙形，两侧凸面半径分别是41.69mm和21.837mm，波长范围是380nm
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1000nm，中心波长为632.8nm，中心透过率大于0.99；
[0018]所述第一胶合凹透镜为双侧凹透镜，两侧凹面半径分别是21.837mm和30.68mm，波长范围是380nm
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1000nm，中心波长为632.8nm，中心透过率大于0.99。
[0019]可选的，第二胶合透镜组包括第二胶合凸透镜、第二胶合凹透镜和第二胶合镜座；所述第二胶合凸透镜和所述第二胶合凹透镜通过所述第二胶合镜座固定安装在所述调焦内筒；
[0020]所述第二胶合凸透镜为双侧凸透镜，两侧凸面半径分别是21.24mm和41.48mm，波长范围是380nm
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1000nm，中心波长为632.8nm，中心透过率大于0.99；
[0021]所述第二胶合凹透镜的截面为月牙形，两侧凹面半径分别是21.24mm和37.4mm，波长范围是380nm
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1000nm，中心波长为632.8nm，中心透过率大于0.99。
[0022]可选的，所述调焦内筒外壁设置有卡箍和环形调焦槽，所述同轴透射外筒上开设有对应所述卡箍和所述环形调焦槽的调节孔，分别用于调节所述调焦内筒的紧固状态和焦距。
[0023]本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：采用反射加透射结构的一体式成像布局，就那个三反射缩减为两反射，实现高光通量的同时，又能确保成像质量达到最优。带镜面狭缝的平面反射镜的结构也确保了光能量损失最小，且成像质量不受到影响。球面反射镜使得成像距离约束在非常小的空间里，各透镜之间的空间布局又使得在体积缩小的同时，物方像和像方像之间成一个缩小比例的成像关系。确保光栅衍射效率和色
散效果达到最佳。而透射镜组之间的模块化设计，确保了狭缝、平面反射镜组、单透镜、胶合透镜组、探测器之间的成像关系的灵活调整，焦距可调，使得成像光谱仪的通用性更好。
附图说明
[0024]图1是反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪的结构图；
[0025]图2是反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪的侧视和剖视图；
[0026]图3是调焦内筒和同轴透射外筒内腔的结构图；
[0027]图4是同轴反射外筒内腔和狭缝组件的结构示意图；
[0028]图5是同轴透射外筒接收反射光路的示意图；
[0029]图6是狭缝和狭缝玻璃的细节图；
[0030]图7是反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪的光路示意图；...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪，其特征在于，包括用于反射光路的同轴反射外筒(100)和用于透射光路的同轴透射外筒(200)，所述同轴反射外筒(100)的入射端设置有用于采集入射光线的狭缝组件(110)；所述狭缝组件(110)上方设置有球面反射镜(130)和平面反射镜(120)；入射光线穿过所述平面反射镜(120)，并通过所述球面反射镜(130)发生一次反射，所述平面反射镜(120)将一次反射的光线进行二次反射并送入所述同轴透射外筒(200)进行透射；所述同轴透射外筒(200)内沿透射方向设置有光栅棱镜模组(300)和调焦内筒(210)，所述调焦内筒(210)设置有胶合透镜模组(400)，外筒末端连接内置探测器芯片和探测器成像面的成像机构；所述胶合透镜模组(400)固定设置在所述调焦内筒(210)内，所述调焦内筒(210)放置在所述同轴透射外筒(200)的调节腔(220)中，且所述调节腔(220)的宽度大于所述调焦内筒(210)的宽度，用于改变与所述光栅棱镜模组(300)和探测器芯片之间的距离。2.根据权利要求1所述的基于反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪，其特征在于，所述狭缝组件(110)包括狭缝座(111)和前置接口(112)，狭缝座(111)上开设有锥形通道(1111)和矩形通道(1112)；所述锥形通道(1111)和所述矩形通道(1112)连通处形成狭缝，狭缝玻璃(1113)置入所述矩形通道(1112)中；所述平面反射镜(120)嵌在所述狭缝组件(110)上，镜面朝向所述同轴透射外筒(200)的透射光轴；所述平面反射镜(120)上开设有和所述矩形通道(1112)连通的镜面孔隙(1201)，将外部光线引入内腔。3.根据权利要求2所述的基于反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪，其特征在于，所述球面反射镜(130)、所述镜面孔隙(1201)、所述锥形通道(1111)和所述矩形通道(1112)位于所述同轴反射外筒(100)的反射光轴上；入射光线沿反射光轴穿过所述平面反射镜(120)上的所述镜面孔隙(1201)，并通过所述球面反射镜(130)反射至所述平面反射镜(120)，所述平面反射镜(120)将二次反射光线沿透射光轴送入所述同轴透射外筒(200)中。4.根据权利要求3所述的基于反射和透射一体式结构的宽谱成像光谱仪，其特征在于，所述同轴透射外筒(200)的入射端设置有环形卡槽(230)，末端设置有可拆卸的环形连接头(240)；所述环形连接头(240)连接成像机构。所述光栅棱镜模组(300)固定安装在环形卡槽内，所述环形连接头(240)的内径小于所述调焦内筒(210)的外径，在所述环形卡槽(230)和所述环形连接头(240...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴海，刘业林，周艳秋，佟飞，
申请(专利权)人：江苏双利合谱科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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