一种小型高光谱成像相机的制作方法

本发明涉及光学检测工具，具体为一种小型高光谱成像相机。

背景技术：

1、光谱仪是对物质的结构和成分进行测量的检测工具，其应用范围涵盖几乎渗透到了所有的科学领域，例如生物学、毒品检测、遥感、化工业、农业等诸多领域。

2、在工作光谱范围内，光谱通道数越多，表示光谱分辨率越高，对地物的精细识别和分类能力就越强，但光谱分辨率的一味提高，意味着单个光谱通道内探测器所接收的能量就越小，造成信噪比的降低，因此需要合理确定光谱仪的光谱分辨率，不具备扫描范围宽和光谱分辨率高的功能。

3、其次传统台式实验室光谱仪系统都具有体积庞大的光学元件、运动部件和较大的路径长度。虽然这些光谱仪在光谱分辨率和宽光谱方面有难以比拟的优势，但是由于体形硕大、笨重、难以携带的缺点极大限制了光谱仪的应用领域。所以在某些应用场景下降低物理尺寸、成本或功耗的必要性要优先于高性能的需求。传统大型光谱仪的体积重量比较大，不利于便携测量，且检测时间长，价格昂贵，对检测环境要求苛刻，也就限制了很多应用场景，不具备小体积易携带的功能。

4、除此之外，在保证高空间分辨率、大相对孔径的基础上，还要保证体积的小型化，操作上简单可靠。如将光谱仪搭乘在无人机上作业，可以实时准确的传达出现场的第一手信息，与资源勘测、抢险或者军事侦察等领域进行紧密的配合，不具备便于更换前置镜头的功能。

5、现在，提出一种新型的小型高光谱成像相机解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种小型高光谱成像相机，以解决上述背景技术中提出的不具备扫描范围宽和光谱分辨率高的功能的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种小型高光谱成像相机，包括相机壳体，所述相机壳体一侧的内部设置有镜头卡口槽，所述相机壳体内部的一侧设置有第三安装腔，所述第三安装腔的左边设置有第二安装腔，所述第二安装腔的左边设置有第一安装腔，所述镜头卡口槽内部的一侧固定连接有狭缝座，所述狭缝座一侧的内部安装有狭缝主体，所述第二安装腔内部的一侧安装有第一透镜，所述第二安装腔内部的另一侧安装有第二透镜，所述第三安装腔内部的一侧安装有第三透镜，所述第三安装腔内部的中间位置处安装有第四透镜，所述第三安装腔内部的另一侧安装有第五透镜，所述相机壳体另一侧的内部固定连接有平面闪耀全息光栅，所述相机壳体的另一侧固定连接有光栅盖，所述第一安装腔一侧的底部固定连接有反射镜座，所述反射镜座的一侧安装有反射镜主体。

3、优选的，所述相机壳体长为77mm，所述相机壳体宽为46mm，所述相机壳体高为46mm。

4、优选的，所述狭缝主体采用的是玻璃狭缝，材质为不透明的铬真空镀膜光学玻璃片。

5、优选的，所述狭缝主体采用光敏胶固定在狭缝座上，所述狭缝座通过螺钉固定在相机壳体上。

6、优选的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的中心光轴同轴，所述第五透镜距离光栅的距离为2mm。

7、优选的，所述平面闪耀全息光栅为反射式光栅。

8、优选的，所述光栅盖外部的形状尺寸和相机壳体另一侧内部的形状尺寸相一致，所述光栅盖的一侧和平面闪耀全息光栅的一侧紧密贴合。

9、优选的，所述相机壳体底部一侧的前端安装有探测器主体，所述探测器主体的底部固定连接有探测器封盖，所述探测器主体的像元尺寸为2.9μm。

10、优选的，所述镜头卡口槽的内部车有标准镜头c口螺纹。

11、优选的，所述相机壳体的顶端设置有连接螺纹孔，所述连接螺纹孔内径为6.35mm，所述连接螺纹孔的内部车有螺纹。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：该小型高光谱成像相机不仅实现了扫描范围宽和光谱分辨率高的功能，实现了小体积易携带的功能，而且实现了便于更换前置镜头的功能；

13、(1)通过设置有狭缝座、狭缝主体、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、光栅盖、平面闪耀全息光栅、反射镜主体、反射镜座、探测器主体和探测器封盖，使用时，狭缝主体上的狭缝位于前置望远物镜的像面位置，并作为光谱相机的视场光阑，此时像面位置包含地物目标的空间信息和光谱信息，通过狭缝主体上的狭缝并经第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜构成的透镜组准直的复色光，经平面闪耀全息光栅按波长在垂直狭缝方向进行色散分光，然后再经透镜组及反射镜座上的反射镜主体聚焦成像在探测器主体上，实现对探测目标的一维空间信息以及光谱信息的获取，在小型化、光谱性能和仪器成本之间达到了平衡，不仅实现了小体积低成本，还拥有较宽的光谱扫描范围和较高的光谱分辨率，相比凸面光栅和凹面光栅的较高的装调难度和加工难度以及价格比较昂贵，国内加工技术尚未成熟，平面闪耀全息光栅装调难度低、价格适中，是最优的选择，性价比较高。最后，高光谱成像相机可以通过机载平台相对地面进行扫描以获取探测目标的二维空间信息以及相应各物点的光谱信息，从而获得探测目标的三维数据立方体，实现了扫描范围宽和光谱分辨率高的功能；

14、(2)通过设置有相机壳体和连接螺纹孔，使用时，由于采用了采用反射镜将光路折返入探测器，探测器不会遮挡入射光路，节省了空间，缩小了设备的体积，并且相机壳体的长为77mm，宽为46mm，高为46mm，四周进行了挖空减重处理，极大的减小了设备重量，整体重量比较轻，以便于携带测量，连接螺纹孔可以装支架上手持测试或者加装在无人机机载拍摄，能应用在多种场景下，实现了小体积易携带的功能；

15、(3)通过设置有镜头卡口槽，使用时，镜头卡口槽内部车有标准镜头c口螺纹，可以根据不同的场景测试需要更换不同的标准前置镜头，实现光学设计多样化及测试的多样性，便于二次开发，具有良好的可拓展性，实现了便于更换前置镜头的功能。

技术特征：

1.一种小型高光谱成像相机，包括相机壳体(1)，其特征在于：所述相机壳体(1)一侧的内部设置有镜头卡口槽(15)，所述相机壳体(1)内部的一侧设置有第三安装腔(18)，所述第三安装腔(18)的左边设置有第二安装腔(17)，所述第二安装腔(17)的左边设置有第一安装腔(16)，所述镜头卡口槽(15)内部的一侧固定连接有狭缝座(2)，所述狭缝座(2)一侧的内部安装有狭缝主体(3)，所述第二安装腔(17)内部的一侧安装有第一透镜(4)，所述第二安装腔(17)内部的另一侧安装有第二透镜(5)，所述第三安装腔(18)内部的一侧安装有第三透镜(6)，所述第三安装腔(18)内部的中间位置处安装有第四透镜(7)，所述第三安装腔(18)内部的另一侧安装有第五透镜(8)，所述相机壳体(1)另一侧的内部固定连接有平面闪耀全息光栅(10)，所述相机壳体(1)的另一侧固定连接有光栅盖(9)，所述第一安装腔(16)一侧的底部固定连接有反射镜座(12)，所述反射镜座(12)的一侧安装有反射镜主体(11)。

2.根据权利要求1所述的一种小型高光谱成像相机，其特征在于：所述相机壳体(1)长为77mm，所述相机壳体(1)宽为46mm，所述相机壳体(1)高为46mm。

3.根据权利要求1所述的一种小型高光谱成像相机，其特征在于：所述狭缝主体(3)采用的是玻璃狭缝，材质为不透明的铬真空镀膜光学玻璃片。

4.根据权利要求1所述的一种小型高光谱成像相机，其特征在于：所述狭缝主体(3)采用光敏胶固定在狭缝座(2)上，所述狭缝座(2)通过螺钉固定在相机壳体(1)上。

5.根据权利要求1所述的一种小型高光谱成像相机，其特征在于：所述第一透镜(4)、第二透镜(5)、第三透镜(6)、第四透镜(7)、第五透镜(8)的中心光轴同轴，所述第五透镜(8)距离光栅的距离为2mm。

6.根据权利要求1所述的一种小型高光谱成像相机，其特征在于：所述平面闪耀全息光栅(10)为反射式光栅。

7.根据权利要求1所述的一种小型高光谱成像相机，其特征在于：所述光栅盖(9)外部的形状尺寸和相机壳体(1)另一侧内部的形状尺寸相一致，所述光栅盖(9)的一侧和平面闪耀全息光栅(10)的一侧紧密贴合。

8.根据权利要求1所述的一种小型高光谱成像相机，其特征在于：所述相机壳体(1)底部一侧的前端安装有探测器主体(13)，所述探测器主体(13)的底部固定连接有探测器封盖(14)，所述探测器主体(13)的像元尺寸为2.9μm。

9.根据权利要求1所述的一种小型高光谱成像相机，其特征在于：所述镜头卡口槽(15)的内部车有标准镜头c口螺纹。

10.根据权利要求1所述的一种小型高光谱成像相机，其特征在于：所述相机壳体(1)的顶端设置有连接螺纹孔(19)，所述连接螺纹孔(19)内径为6.35mm，所述连接螺纹孔(19)的内部车有螺纹。

技术总结
本发明公开了一种小型高光谱成像相机，包括相机壳体，所述相机壳体一侧的内部设置有镜头卡口槽，所述第二安装腔内部的一侧安装有第一透镜，所述相机壳体另一侧的内部固定连接有平面闪耀全息光栅。该小型高光谱成像相机通过设置有狭缝座、狭缝主体、第一透镜、平面闪耀全息光栅、探测器主体和探测器封盖，使用时，光线通过狭缝主体上的狭缝并经透镜组准直的复色光，经平面闪耀全息光栅按波长在垂直狭缝方向进行色散分光，然后再经透镜组及反射镜座上的反射镜主体聚焦成像在探测器主体上，实现了扫描范围宽和光谱分辨率高的功能，解决的是装置不具备扫描范围宽和光谱分辨率高的功能的问题。

技术研发人员：王滕,唐汝刚,孙佳雯,孙靖涵,朱鑫,张和志
受保护的技术使用者：青岛国科虹成光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17