一種寬光譜影像成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，尤指一種寬光譜影像成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜儀是一種用于對光信號進(jìn)行頻譜分析的儀器，它具有光信號采集，色散，成像等幾大功能。目前，傳統(tǒng)的Czerny-Turner(C-T)結(jié)構(gòu)光譜儀考慮了消球差條件和消彗差條件，它采用兩鏡分離的方式，避免了 Ebert-Fastie結(jié)構(gòu)的二次和多次衍射所帶來的問題?，F(xiàn)在C-T結(jié)構(gòu)的分光系統(tǒng)以其簡單的結(jié)構(gòu)和良好的光譜分辨率，已廣泛應(yīng)用于拉曼光譜等微弱信號檢測和大氣遙感等領(lǐng)域。對于以光電倍增管作探測器的一維光譜儀系統(tǒng)，可以忽略像散所帶來的影響，但是對于能量利用率敏感的高速線陣CCD和CMOS探測器，像散的影響卻不容忽視，在二維成像光譜儀中，像散更是致命的缺點(diǎn)。
[0003]影響光譜儀影像性能的主要原因是像散的存在。像散產(chǎn)生的原因?yàn)榍蛎娣瓷溏R離軸導(dǎo)致的子午和弧矢焦距不一致，子午焦距減小，弧矢焦距增大。目前，普遍采用的方法是利用非球面鏡進(jìn)行像散校正，以提高影像。非球面鏡區(qū)別于球面鏡的是，子午方向和弧矢方向具有不同的曲率半徑，對應(yīng)不同的焦距，子午焦距大于弧矢焦距，從而可以補(bǔ)償像散，使子午和弧矢方向焦面一致。
[0004]反射光學(xué)系統(tǒng)中雖然不存在色差，但是不同波長的光對應(yīng)的衍射角不同，導(dǎo)致在成像鏡上的入射角不同。像散與主光線在成像鏡上入射角有關(guān)，所以不同波長對應(yīng)的像散不同。在成像鏡位置確定之后，即主波長對應(yīng)的主光線在成像鏡上的入射角確定之后，無法滿足所有波長的光都消像散。只有不同波長的光在成像鏡上的入射角基本一致時(shí)，才能滿足寬波段范圍內(nèi)無像散。
[0005]非球面鏡只能校正單一波長的像散，無法同時(shí)校正寬波段范圍的像散。所以導(dǎo)致最終的成像，中心波長影像好，越靠近探測器邊緣，影像越差，這樣縮小了寬波段的使用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]如【背景技術(shù)】所述，像散與主光線在成像鏡上入射角有關(guān)，不同波長的光對應(yīng)的衍射角不同，即在成像鏡上的入射角不同，導(dǎo)致不同波長對應(yīng)的像散不同。為解決上述問題，在采用非球面鏡的基礎(chǔ)上，當(dāng)光柵位置與成像鏡的球心共面時(shí)，經(jīng)光柵衍射后不同波長光在成像鏡上入射角基本一致，同時(shí)使光柵中心與成像鏡中心之間的距離等于成像鏡子午焦距的兩倍，使成像面傾斜一定的角度，可以完美的校正不同波長之間的像散，從而實(shí)現(xiàn)寬光譜影像。如圖1所示為采用本發(fā)明的寬光譜影像成像裝置所獲得的影像圖，圖2所示為利用現(xiàn)有技術(shù)(采用非球面鏡)獲得的影像圖，通過兩者的對比，可以很明顯的看出圖1在整個(gè)波段均進(jìn)行了影像校正，而圖2只有在中心波長位置影像最佳，越靠近邊緣，影像越差。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題克服中心波長影像好、邊緣影像差的問題，提升寬光譜影像。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種寬光譜影像成像裝置，包括:光源發(fā)射器、準(zhǔn)直鏡、反射光柵、成像鏡、圖像傳感器；其中，所述準(zhǔn)直鏡為非球面反射鏡，所述成像鏡為球面反射鏡；所述光源發(fā)射器用于發(fā)射初始光至所述準(zhǔn)直鏡，該準(zhǔn)直鏡反射出平行光源至所述反射光柵，該反射光柵將該平行光源衍射后，將不同波長光射入所述成像鏡，該成像鏡將所述不同波長光反射至所述圖像傳感器進(jìn)行寬光譜影像成像；其中，該反射光柵中心與該成像鏡中心之間的距離等于該成像鏡子午焦距的兩倍，使所述不同波長光在該成像鏡上入射角一致，并使所述圖像傳感器的成像面傾斜一定的角度，以校正不同波長光之間的像散，實(shí)現(xiàn)寬光譜影像成像。
[0008]進(jìn)一步的，該裝置還包括:反射鏡，用于改變反射光柵衍射出的不同波長光的光路方向，縮短光路，使裝置結(jié)構(gòu)更緊湊；所述反射光柵將該平行光源衍射后，將不同波長光射入所述反射鏡，該反射鏡將所述不同波長光反射至所述成像鏡。
[0009]通過本發(fā)明提出的寬光譜影像成像裝置可以提升整個(gè)CCD探測面的影像質(zhì)量，間接的增大了波段的使用范圍，更便于多通道光纖的使用。
【附圖說明】
[0010]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中:
[0011]圖1所示為采用本發(fā)明的寬光譜影像成像裝置所獲得的影像示意圖。
[0012]圖2所示為利用現(xiàn)有技術(shù)(采用非球面鏡)獲得的影像示意圖。
[0013]圖3所示為本發(fā)明一實(shí)施例的寬光譜影像成像裝置包含的硬件結(jié)構(gòu)及理論光路示意圖。
[0014]圖4所示為本發(fā)明一具體實(shí)施例的寬光譜影像成像裝置的實(shí)際光路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下配合圖示及本發(fā)明的較佳實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段。
[0016]請結(jié)合圖3、圖4所示，本發(fā)明的寬光譜影像成像裝置包括:光源發(fā)射器101、準(zhǔn)直鏡102、反射光柵103、成像鏡104、圖像傳感器105 (CCD，Charge-coupled Device，用于將光串換為數(shù)字信號進(jìn)行相應(yīng)處理)。
[0017]其中，準(zhǔn)直鏡102為非球面反射鏡，在成像時(shí)可以降低像差，成像鏡104為球面反射鏡。此外，該裝置還可以包括反射鏡106，反射鏡106為平面鏡，用于改變反射光柵103衍射出的不同波長光的光路方向。
[0018]參照圖3、圖4所示，光源發(fā)射器101用于發(fā)射初始光至準(zhǔn)直鏡102，該準(zhǔn)直鏡102反射出平行光源至反射光柵103，反射光柵103將該平行光源衍射后，將不同波長光射入反射鏡106，反射鏡106將不同波長光反射至成像鏡104，成像鏡104將不同波長光反射至圖像傳感器105進(jìn)行寬光譜影像成像。在圖像傳感器105的成像面上，寬光譜成像后從上至下依次為:紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，實(shí)際攝譜范圍由光柵配置決定(附圖中未表示出顏色變化)。
[0019]其中，本發(fā)明將反射光柵103中心與成像鏡104中心之間的距離設(shè)置為等于成像鏡104子午焦距的兩倍，這樣可以使不同波長光在成像鏡104上入射角一致，并使圖像傳感器105的成像面傾斜一定的角度，以達(dá)到較佳的校正不同波長光之間的像散，實(shí)現(xiàn)寬光譜影像成像。反射鏡106的作用可以改變光路方向，并不影響所要實(shí)現(xiàn)的效果。如圖3、圖4所示，反射鏡106還可以起到節(jié)省裝置安裝空間，使裝置部件之間更緊湊，同時(shí)起到增大反射光柵103與成像鏡104的距離的作用。該裝置通過增大反射光柵與成像鏡之間的距離使不同波長光在成像鏡上入射角一致，并使成像面傾斜一定的角度，以此提高了圖像傳感器成像面的影像質(zhì)量，并且間接的增大了波段的使用范圍，更便于多通道光纖的使用。
[0020]在本實(shí)施例中，如果不設(shè)置反射鏡106，則在設(shè)置反射光柵103中心與成像鏡104中心之間的距離等于成像鏡104子午焦距的兩倍時(shí)，該反射光柵的位置與該成像鏡的球心應(yīng)該是處于共面的。
[0021]在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直鏡102為非球面鏡，外徑尺寸為70mmX 70mm，兩個(gè)方向的曲率半徑不一致，分別為639.7mm和597.1mm ;成像鏡104為球面反射鏡，外徑尺寸為80mm，曲率半徑為639.7mm ;反射光柵103為反射型光柵，外徑尺寸為68mmX68mm。
[0022]由于反射光柵103的受光面比準(zhǔn)直鏡102小，所以準(zhǔn)直鏡102反射的一部分光不會(huì)在反射光柵103上衍射。
[0023]通過本發(fā)明提出的寬光譜影像成像裝置可以提升整個(gè)CCD探測面的影像質(zhì)量，間接的增大了波段的使用范圍，更便于多通道光纖的使用。
[0024]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種寬光譜影像成像裝置，其特征在于，包括:光源發(fā)射器、準(zhǔn)直鏡、反射光柵、成像鏡、圖像傳感器；其中，所述準(zhǔn)直鏡為非球面反射鏡，所述成像鏡為球面反射鏡； 所述光源發(fā)射器用于發(fā)射初始光至所述準(zhǔn)直鏡，該準(zhǔn)直鏡反射出平行光源至所述反射光柵，該反射光柵將該平行光源衍射后，將不同波長光射入所述成像鏡，該成像鏡將所述不同波長光反射至所述圖像傳感器進(jìn)行寬光譜影像成像； 其中，該反射光柵中心與該成像鏡中心之間的距離等于該成像鏡子午焦距的兩倍，使所述不同波長光在該成像鏡上入射角一致，并使所述圖像傳感器的成像面傾斜一定的角度，以校正不同波長光之間的像散，實(shí)現(xiàn)寬光譜影像成像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬光譜影像成像裝置，其特征在于，該裝置還包括:反射鏡，用于改變反射光柵衍射出的不同波長光的光路方向，縮短光路，使裝置結(jié)構(gòu)更緊湊； 所述反射光柵將該平行光源衍射后，將不同波長光射入所述反射鏡，該反射鏡將所述不同波長光反射至所述成像鏡。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬光譜影像成像裝置，其中，該裝置包括：光源發(fā)射器、準(zhǔn)直鏡、反射光柵、成像鏡、圖像傳感器；其中，準(zhǔn)直鏡為非球面反射鏡，成像鏡為球面反射鏡；光源發(fā)射器用于發(fā)射初始光至準(zhǔn)直鏡，準(zhǔn)直鏡反射出平行光源至反射光柵，反射光柵將平行光源衍射后，將不同波長光射入成像鏡，成像鏡將不同波長光反射至圖像傳感器進(jìn)行寬光譜影像成像；反射光柵中心與成像鏡中心之間的距離等于成像鏡子午焦距的兩倍，可使不同波長光在成像鏡上入射角一致，使圖像傳感器的成像面傾斜一定的角度，以校正不同波長光之間的像散。通過該裝置可以提高圖像傳感器成像面的影像質(zhì)量，間接的增大了波段的使用范圍，更便于多通道光纖的使用。
【IPC分類】G01J3/02, G01J3/28
【公開號】CN105115603
【申請?zhí)枴緾N201510590560
【發(fā)明人】康建梅
【申請人】北京卓立漢光儀器有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月15日