一种用于高光谱成像的镜头组件和高光谱成像系统的制作方法

相关申请

本申请要求保护在2019年10月22日提交的申请号为201921779131.9的中国专利申请的优先权，该申请的全部内容以引用的方式结合到本文中。

本实用新型属于高光谱成像检测领域，具体涉及一种用于高光谱成像的镜头组件和高光谱成像系统。

背景技术：

高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。目前高光谱成像技术发展迅速，已经广泛应用于食品安全、航天领域、矿物勘探和医学诊断等各个领域，但都是尺寸非常大且价格昂贵的产品。

高光谱成像检测系统主要包括滤光片、分光器以及成像芯片等部件，分光方式一般包括傅里叶干涉分光型、光栅分光型以及色散分光型等。

分光器是高光谱成像系统中重要的的部分之一，分光器对与其搭配使用的相机也有特殊要求，以不影响光谱解析度为前提条件，目前市场上的相机多用于成像，不一定满足分光器的使用要求，并且可利用光的波段不一定能满足高光谱成像。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提出一种用于高光谱成像的镜头组件和高光谱成像系统，采用独特加工方式，高效准确分光，每次拍摄不同波长下的空间信息，实现光谱维度的扫描，解决了现有技术中采集效率和分辨率相对较低的问题。

根据本实用新型的一方面，提出了一种用于高光谱成像的镜头组件，包括第一镜筒、第二镜筒和分光器，第一镜筒的中心设有准直镜头，第二镜筒的中心设有聚焦镜头，第一镜筒和第二镜筒包围形成密封腔体，分光器被设置在密封腔体中，并且在准直镜头和聚焦镜头之间。整个模组体积小巧，制造简单，减少占用空间，降低制造成本，携带方便，有利于在工业上推广应用。

优选的，准直镜头与第一镜筒一体形成，聚焦镜头与第二镜筒一体形成。准直镜头主要用于准直光线，聚焦镜头主要将光线聚焦到成像芯片上。

优选的，准直镜头与第一镜筒是分立形成的，并且准直镜头通过螺纹固定和/或胶水粘合的方式被固定在第一镜筒上，聚焦镜头与第二镜筒是分立形成的，并且聚焦镜头通过螺纹固定和/或胶水粘合的方式被固定在第二镜筒上。第一镜筒和第二镜筒主要用于密封分光器。

优选的，还包括第一线路板，第一线路板设置于第一镜筒和第二镜筒表面。将第一线路板设置于第一镜筒和第二镜筒表面，可以减小第一镜筒和第二镜筒形成的空腔的体积，进而缩小镜头模组的体积。

优选的，第一镜筒和第二镜筒形成用于容纳分光器的腔体，分光器与第一线路板通过线路软板连接。利用线路软板连接腔体内的分光器和第一线路板，使整体结构更加简单合理。

优选的，第一镜筒朝向第二镜筒的一端具有用于容纳分光器的凹槽，第二镜筒朝向第一镜筒的一端具有用于与凹槽配合的凸台。凭借凹槽和凸台的设置，可使第一镜筒和第二镜筒配合形成用于放置分光器的腔体。

优选的，第二镜筒朝向第一镜筒的一端具有用于容纳分光器的凹槽，第一镜筒朝向第二镜筒的一端具有用于与凹槽配合的凸台。

优选的，凹槽的中心设置有凸起，分光器被架设在凸起上。分光器包括fpi分光器，使得单波段的光可以通过。

优选的，分光器设置在第二线路板的中心孔上，并且分光器被设置在准直镜头与聚焦镜头之间的光路上。第二线路板为分光器供电，并且控制分光器的运行。

优选的，第二线路板在光路通过的位置设置有通孔，通孔周围均匀布设有用以驱动分光器的电子器件。将第二线路板设置于俩镜筒之间的腔体内可使得镜头模组的结构更为简洁。

优选的，第二线路板上设置有连接器，连接器连接有线路软板，线路软板经由第一镜筒或第二镜筒中的通道或第一镜筒与第二镜筒之间的通道连接到外部。第二线路板通过连接器与线路软板连接，第二线路板通过线路软板与外部连接。

优选的，还包括被设置在镜头组件的光路上的滤光片。

优选的，滤光片被设置在聚焦镜头后端的凹槽内。滤光片主要将不需要波段的光截止，不让其透过。

根据本实用新型的另一方面，提出了一种高光谱成像系统，该系统包括上述的高光谱成像的镜头组件，还包括设置在镜头组件的光学后端的成像芯片。成像芯片可以是高灵敏ccd或cmos芯片。

优选的，还包括镜座和第三线路板，镜座固定于第三线路板上，聚焦镜头的后端部通过螺纹固定和/或胶水粘合的方式连接到镜座的内环，成像芯片被固定于聚焦镜头的后端部。镜座主要用来固定聚焦镜头以及密封成像芯片。

优选的，成像芯片被设置于第三线路板上，成像芯片通过第三线路板被固定于聚焦镜头的后端部。成像芯片主要将图像转换成电信号。

本实用新型提出了一种用于高光谱成像的镜头组件和高光谱成像系统，主要包括分光器、成像镜头以及成像芯片等部件。光(物像)经过准直镜头时，使光线尽可能的垂直进入分光器，光从分光器出来后经过聚焦镜头，最后光聚焦在成像芯片的成像面上，经过成像芯片传输到外部处理器，光在聚焦之前，会先通过滤光片。高光谱成像技术可以同时获得光谱分辨率和图像分辨率，可以进行快速、高性能地获得光谱信息和图像信息，集成度高，成本低。本实用新型的一种用于高光谱成像的镜头组件结构紧凑，体积小巧，实用性强，整个模组总长度不超过60mm，结合光谱算法处理，即能成为一个高光谱成像与检测的相机模组，非常适合一些需要便携式的高光谱成像的产品。当然，也适用于其他领域，例如食品检测、皮肤检测以及化妆品检测等方面。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是根据本实用新型的第一个实施例的用于高光谱成像的镜头模组的截面图；

图2是根据本实用新型的实施例的用于高光谱成像的镜头模组的第一镜筒和第二镜筒的示意图；

图3是根据本实用新型的第二个实施例的用于高光谱成像的镜头模组的截面图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合附图1对本实用新型作详细的介绍，本实用新型的第一个实施例中提出了一种用于高光谱成像的镜头组件，包括第一镜筒2、第二镜筒7和分光器6，第一镜筒2的中心设有准直镜头1，第二镜筒7的中心设有聚焦镜头8，第一镜筒2和第二镜筒7包围形成密封腔体，分光器6和第二线路板3被设置在密封腔体中，并且在准直镜头1和聚焦镜头8之间。该镜头组件由于结构简单，体积小巧，易于制造等优势，非常适合一些需要便携式的高光谱成像的产品。

在具体的实施例中，准直镜头1与第一镜筒2一体形成，聚焦镜头8与第二镜筒7一体形成。准直镜头1主要用于准直光线，聚焦镜头8主要用于将光线聚焦到成像芯片11上。光(物像)经过准直镜头1时，使光线尽可能的垂直进入分光器6。

图2示出了本实用新型的实施例的一种用于高光谱成像的镜头模组的第一镜筒2和第二镜筒7的示意图，如图2所示，准直镜头1与第一镜筒2是分立形成的，准直镜头1设置有外螺纹，第一镜筒2设置有内螺纹，准直镜头1通过螺纹固定和/或胶水粘合的方式被固定在第一镜筒2上。聚焦镜头8与第二镜筒7是分立形成的，聚焦镜头8设置有外螺纹，第二镜筒7设置有内螺纹，聚焦镜头8通过螺纹固定和/或胶水粘合的方式被固定在第二镜筒7上。第一镜筒2和第二镜筒7主要用于密封分光器6和第二线路板3。

在具体的实施例中，第一镜筒2朝向第二镜筒7的一端具有用于容纳分光器6和第二线路板3的凹槽，第二镜筒7朝向第一镜筒2的一端具有用于与凹槽配合的凸台，通过螺栓或是连接销等方式固定。凭借凹槽和凸台的设置，可使第一镜筒2和第二镜筒7配合形成用于放置分光器6和第二线路板3腔体。

在具体的实施例中，第二镜筒7朝向第一镜筒2的一端具有用于容纳分光器6和第二线路板3的凹槽，第一镜筒2朝向第二镜筒7的一端具有用于与凹槽配合的凸台，通过螺栓或是连接销等方式固定。

在具体的实施例中，凹槽的中心设置有凸起，第二线路板3被架设在凸起上，凹槽的大小可以根据步线情况设置，分光器6固定在第二线路板3的上面。分光器6包括fpi分光器，使得单波段的光可以通过。光进入分光器6时，分光器6根据不同的电信号输入对不同波段的光进行放行使其透过，从而起到分光作用。光经过分光器6进入聚焦镜头7，聚焦镜头7将光聚焦在成像芯片11的成像面上，光在聚焦前，会先通过滤光片9。

在具体的实施例中，分光器6设置在第二线路板3的中心孔上，分光器6被设置在准直镜头1与聚焦镜头8之间的光路上。第二线路板3的长度略小于凹槽的长度，通过胶水粘合的方式被固定于第一镜筒2上。分光器6通过导线导通和胶水固定的方式与第二线路板3连接，第二线路板3主要为分光器6供电，并且控制分光器6的运行。可替代的，第二线路板3固定于第一镜筒2或第二镜筒7的方式也可以采用螺栓固定，分光器6与第二线路板3的固定方式，也可以是分光器6和第二线路板3底部设计有相对应的焊盘，焊盘之间通过焊锡或者导电胶导电固定，同样可以实现本实用新型的技术效果。

在具体的实施例中，第二线路板3的中部设置有用于光路通过的通孔，通孔的四周布设有用于驱动分光器6的电子器件，将第二线路板3设置于第一镜筒2和第二镜筒7配合形成用于放置分光器6的腔体内，可以有效简化镜头组件的整体结构。

在具体的实施例中，第二线路板3上设置有连接器4，连接器4连接有线路软板5，线路软板5经由第一镜筒2或第二镜筒7中的通道或第一镜筒2与第二镜筒7之间的通道连接到外部。第二线路板3通过连接器4与线路软板5相连接，第二线路板3通过线路软板5与外部相连接。可替代的，第二线路板3与线路软板5也可以做成一体或是通过插针的方式导通连接，同样可以实现本实用新型的技术效果。

在另一个的实施例中，如图3所示，第一线路板3'还可以设置于第一镜筒2和第二镜筒7的外部，可利用螺栓或胶水等方式固定于第一镜筒2的表面，并利用螺栓连接的方式固定于第二镜筒7的上面，第一线路板3'上面设置有控制分光器6所需的电子元器件，第一镜筒2与第二镜筒7之间形成腔体，线路软板5和分光器6设置于该腔体内，第二镜筒7上预留有供线路软板5的开槽，线路软板5上预留有用于光路通过的通孔，线路软板5的一部分在腔体内与分光器6连接，另一部分从预留开槽中引出与第一线路板3'上对应的连接器4连接，将第一线路板3'设置于第一镜筒2和第二镜筒7的外部，可缩小第一镜筒2和第二镜筒7的体积，简化整个镜头组的体积。

在具体的实施例中，分光器6装设于焊盘上，焊盘固定于第一镜筒2或第二镜筒7上，线路软板5与焊盘通过焊锡、导电胶等方式导通，利用胶水固定于第一镜筒2或第二镜筒7上。应当认识到，导通方式还可以为导线连接等方式实现线路软板5与分光器6之间的连接，固定方式也不限于胶水，亦可使用螺栓、卡扣等固定方式，同样可以实现本实用新型的技术效果。

在具体的实施例中，对于将线路软板5外置的镜头组件，可在镜头模组的外部增设外壳，以保护外置的线路软板5以及整个镜头模组。

在具体的实施例中，还包括被设置在镜头组件的光路上的滤光片9。在光路上设置滤光片9可以保证光线可以有效的通过滤光片9，实现滤光的效果。

在具体的实施例中，滤光片9通过胶水粘合的方式被设置在聚焦镜头8的后端的凹槽内。滤光片9主要将不需要波段的光截止，不让其透过。

在具体的实施例中，还包括设置在镜头组件的光学后端的成像芯片11，成像芯片11可以是高灵敏ccd或cmos芯片。经过滤光片9后的光会进入成像芯片11，成像芯片11可以捕捉单波段二维的图像信息和每个像素的光谱信息，通过电信号传输到外部处理器，外部处理器根据算法将捕捉多个的二维图片信息和光谱信息，整合成照片和光谱曲线，最后根据光谱曲线做相关的应用和分析。

在具体的实施例中，还包括镜座10和第三线路板12，镜座10固定于第三线路板12上，聚焦镜头8的后端部通过螺纹固定和/或胶水粘合的方式连接到镜座10的内环，成像芯片11被固定于聚焦镜头8的后端部。成像芯片11主要将图像转换成电信号。镜座10主要用来固定聚焦镜头8以及密封成像芯片11。

在具体的实施例中，成像芯片11被设置于第三线路板12上，成像芯片11通过第三线路板12被固定于聚焦镜头8的后端部。成像芯片11通过焊锡导通的方式固定于第三线路板12上，第三线路板12通过螺纹固定和/或胶水粘合的方式被固定于聚焦镜头8的后端部。可替代的，成像芯片11与第三线路板12也可以采用导线导通和胶水粘合的方式固定，同样可以实现本实用新型的技术效果。

在具体的实施例中，第一镜筒2和第二镜筒7外形结构可以为中空的圆柱状结构、方形结构等其余规则或不规则的结构，可以根据实际镜头的设计需求进行选择，用以适配不同的光学设备。

虽然在图1和3中将成像芯片11示为设置于镜座的后端部，但应当认识到，成像芯片11可以设置在其中心与准直镜头1和聚焦镜头8的中心在同一轴线上的其他位置，例如在聚焦镜头8凸出镜座10时，成像芯片11可以设置于聚焦镜头8的后端部，同样可以实现本实用新型的技术效果。

本申请提出了一种用于高光谱成像的镜头组件，主要包括分光器6、成像镜头以及成像芯片11等部件。光(物像)经过准直镜头1时，使光线尽可能的垂直进入分光器6，光从分光器6出来后经过聚焦镜头8，最后光聚焦在成像芯片11的成像面上，经过成像芯片11传输到外部处理器，光在聚焦之前，会先通过滤光片9。高光谱成像技术可以同时获得光谱分辨率和图像分辨率，可以进行快速、高性能地获得光谱信息和图像信息，集成度高，成本低。本实用新型的一种用于高光谱成像的镜头组件结构紧凑，体积小巧，实用性强，整个模组总长度不超过60mm，结合光谱算法处理，即能成为一个高光谱成像与检测的相机模组，非常适合一些需要便携式的高光谱成像的产品。当然，也适用于其他领域，例如食品检测、皮肤检测以及化妆品检测等方面。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。