一种微型化线性渐变滤光片型成像光谱仪的制作方法

文档序号:6191204
一种微型化线性渐变滤光片型成像光谱仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高集成度微型化线性渐变滤光片成像光谱仪,包括:线性渐变滤光片LVF和探测器,其中,所述线性渐变滤光片LVF的两端分别具有托翼,所述托翼安装于基底上,其一面与LVF的非镀膜面在一个平面上,所述LVF的镀膜面靠近所述探测器的光敏面,所述镀膜面与所述光敏面具有一定间距。本发明技术方案相比于常规的成像光谱仪具有如下优点:(1)集成度高,结构稳定,易于实现微型化,可安装在运动平台、航空航天器等设备上;(2)研制周期短,成本低,应用面广。
【专利说明】一种微型化线性渐变滤光片型成像光谱仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电【技术领域】,尤其涉及一种高集成度微型化线性渐变滤光片成像光谱仪。
【背景技术】
[0002]光谱成像技术将相机与光谱仪器相结合,可以获得目标二维空间和一维光谱图谱合一的光谱图像信息,可直接反映出目标的光谱特征及几何形状信息,实现对目标特性的综合探测感知与识别。将其应用于航空航天遥感、精细农业、食品安全、环境监测和资源探测等领域,具有单一相机或光谱仪无法比拟的优势.[0003]根据分光原理的不同,成像光谱仪一般分为色散型、干涉型和滤光型三个种类。这三种类型的成像光谱仪可获得高精度、高分辨率的光谱图像,但是这些仪器结构复杂、研制周期长、生产成本高。因此,一些要求不高的应用中,也使用成套的窄带滤光片完成色散任务。
[0004]线性渐变滤光片是一种在玻璃基地上镀膜的带通滤光片,沿光谱维透过滤光片的波长峰值明显变换且光谱分辨率较高。因此可以利用LVF作为分光器件,将其放置在CCD之前,可以获得目标多个波段的影像,且每列对应的中心波长不同。但是这一类型的成像光谱仪光谱混叠现象非常严重,光谱分辨率与L V F与探测器间距离近似为指数关系。
[0005]为了减少光谱混叠现象及提高光谱分辨率,2010年Dami等提出一种将LVF直接胶合到CCD光敏面的集成技术。这种方案的成像光谱仪能减轻光谱混叠现象,提高光谱分辨率较高,且能避免鬼像的形成。但是因为距离较近,容易形成干涉现象。
[0006]为了解决光谱混叠及干涉现象,本发明提出一种高集成度微型化的线性渐变滤光片成像光谱仪,一次成像得到视场内目标多个波段的影像,并通过推扫获取同一目标不同波段的影像,然后通过影像配准算法生成数据立方体。该方案将LVF与探测器高度集成,LVF与探测器光敏面间距离可以保证在获得高光谱分辨率的同时不产生鬼像。系统集成技术简单、研发及生产周期短、集成度高,适合于航空航天平台、地面运动平台推扫成像。

【发明内容】

[0007](一)要解决的技术问题
[0008]本发明要解决的技术问题是:如何提出一种基于线性渐变滤光片(LVF)的高集成度微型化成像光谱仪,以解决线性渐变滤光片与探测器间距离过长产生的光谱分辨率降低现象及鬼像现象,克服当前成像光谱仪研发周期长、结构复杂、成本高等缺点。
[0009](二)技术方案
[0010]为解决上述问题,本发明提供一种高集成度微型化线性渐变滤光片成像光谱仪,包括:线性渐变滤光片和探测器,其中,所述线性渐变滤光片的两端分别具有托翼,所述托翼安装于基底上,其一面与的非镀膜面在一个平面上,所述线性渐变滤光片的镀膜面靠近所述探测器的光敏面,所述镀膜面与所述光敏面具有一定间距。[0011 ] 优选地,所述基底为陶瓷基底。
[0012]优选地,所述图像探测器为(XD。
[0013]优选地,所述图像探测器为CMOS。
[0014]优选地,还包括:前置光学镜头,其将平行入射光线汇聚于探测器上成像,所述线性渐变滤光片使不同位置透过光线中心波长不同。
[0015]优选地,所述线性渐变滤光片LVF的厚度为1.2-1.5mm,所述托翼的厚度约为
1.1-1.3mm。
[0016]优选地,所述镀膜面与所述光敏面的间距约为0.1mm-0.3mm。
[0017](三)有益效果
[0018]本发明技术方案相比于常规的成像光谱仪具有如下优点:
[0019](1)集成度高,结构稳定,易于实现微型化,可安装在运动平台、航空航天器等设备上;
[0020](2)研制周期短,成本低,应用面广。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1为依照本发明实施例的高集成度微型化线性渐变滤光片型成像光谱仪的结构示意图;
[0022]图2为依照本发明实施例的线性渐变滤光片LVF与探测器集成的结构示意图;
[0023]图3为依照本发明实施例的从成像光谱仪获得的图像到数据立方体的算法流程图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例,对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
[0025]图1为本发明所提出的高集成度微型化线性渐变滤光片型成像光谱仪示意图,其光学结构由前置光学镜头3、线性渐变滤光片LVF2和探测器3三部分组成。前置光学镜头3将平行入射光线汇聚于探测器上成像,线性渐变滤光片使不同位置透过光线中心波长不同。
[0026]线性渐变滤光片沿波长方向使不同位置透过光线的中心波长不一致,通过推扫成像,达到获得物体高光谱图像的目的。LVF分为光谱维与空间维,光谱维上每个点对应中心波长值及透过率不同,相同空间维上所有点对应的中心波长及透过率均相等,探测器集成时,将LVF的光谱维与探测器的列方向平行,空间维与探测器的行方向平行。
[0027]集成后,探测器每一列像元对应的光谱中心波长相同,第j列像元对应中心波长入j、色散系数P、物距S、入瞳直径A、LVF与探测器距离Stl、探测器像元尺寸d,LVF的色散系数以及探测器最边缘一列正上方LVF的中心波长λ 0有关,其计算关系式为
[0028]λj=(j_l) Χρ+λo
[0029]混叠区域长度可按下式计算得到,
[0030]
【权利要求】
1.一种微型化线性渐变滤光片型成像光谱仪,其特征在于,包括:线性渐变滤光片和探测器,其中,所述线性渐变滤光片的两端分别具有托翼,所述托翼安装于基底上,其一面与线性渐变滤光片的非镀膜面在一个平面上,所述线性渐变滤光片的镀膜面靠近所述探测器的光敏面,所述镀膜面与所述光敏面具有间距。
2.如权利要求1所述的光谱仪,其特征在于,所述基底为陶瓷基底。
3.如权利要求1所述的光谱仪,其特征在于,所述探测器为CCD。
4.如权利要求1所述的光谱仪,其特征在于,所述探测器为CMOS。
5.如权利要求1?4中任一项所述的光谱仪,其特征在于,还包括:前置光学镜头,其将入射光线汇聚于探测器上成像,所述线性渐变滤光片使不同位置透过光线中心波长不同。
6.如权利要求1所述的光谱仪,其特征在于,所述线性渐变滤光片的厚度为.1.2-1.5mm,所述托翼的厚度为1.1-1.3mm。
7.如权利要求1所述的光谱仪,其特征在于,所述镀膜面与所述光敏面的间距为.0.lmm-0.3mm η
【文档编号】G01J3/02GK103698010SQ201310753173
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】张桂峰, 相里斌, 易俐娜, 张金刚, 吕群波, 黄旻, 明星 申请人:中国科学院光电研究院
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