[实用新型]瞬态高成像分辨率的光谱成像系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种使用高速二维滤波技术的瞬态高成像分辨率的光谱成像系统。

背景技术

传统用于光谱成像的器件有基于棱镜光栅对的一维滤波器件，也有液晶滤波器件和声光光栅滤波器件等二维滤波器件。一维滤波器件不但要对光谱进行扫描，而且还需要对样品进行推扫，进而进行图像拼接才能得到一幅完整的二维图像。而采用液晶滤波器件和声光光栅滤波器件等则可以不需要对样品进行推扫，仅进行光谱扫描即可。然而，这些二维滤波器件的光谱扫描速度相对较慢，如果进行5nm分辨率以下的高光谱成像，扫描需要数百毫秒到数秒才能完成。这大大限制了光谱成像技术对动态样品的监测能力，也不方便架设在高铁、无人机等高速行驶的物体上进行拍摄。

因此，各种瞬态光谱成像技术应运而生。目前，主要的方法是将入射光分光后照射到CCD的不同位置，每个波长的光在特定位置成像，即在一个CCD面上同时拍摄了各个波长的像。然而，由于CCD的尺寸有限，这种技术如果进行高光谱成像，每个波长仅能采用几千到一万个像素成像，其成像质量极差。为了克服进行瞬态光谱成像时，成像分辨率极低的缺点，本专利提供了一种全新的光谱成像方法，在保证其成像质量的情况下，高速获取光谱图像。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种瞬态高成像分辨率的光谱成像系统。

本实用新型的技术方案如下：一种瞬态高成像分辨率的光谱成像系统，包括：聚焦透镜、色散棱镜、多通道线偏振波导板、格兰泰勒旋转偏振器、成像透镜组和成像设备；可见光波段的光波通过聚焦透镜聚集后，被色散棱镜分光，所述色散棱镜与多通道线偏振波导板进行角度匹配，使得不同波长的光能够依次进入多通道线偏振波导板中的不同通道；所述多通道线偏振波导板将不同波长的光波导入格兰泰勒旋转偏振器，再通过成像透镜组将不同波长的光波在成像设备上进行光谱成像。

进一步地，所述的聚焦透镜为常规的球面透镜或者优化的非球面透镜，用于收集目标物或样品发出的光并聚焦到色散棱镜上，使得色散棱镜能够有效地对入射光进行分光。

进一步地，所述的色散棱镜为常规的三角棱镜、贝林-布洛卡棱镜、阿贝棱镜；用于对入射光进行分光，使得不同波长的光能够被区分开来，沿不同方向进行传输。

进一步地，所述的多通道线偏振波导板包括若干通道，所述通道入口处刻写有起偏线，且每个通道的偏振方向不同；每个通道可以将特定波长的光进行波导传输，使得不同波长的光具有不同的偏振态。

进一步地，所述的多通道线偏振波导板的通道数量可选，多通道线偏振波导板的通道数量越多光谱分辨率则越高。

进一步地，所述的瞬态高成像分辨率的光谱成像系统还包括一高速电机，所述的格兰泰勒旋转偏振器配置在高速电机上，包括输入孔和格兰泰勒棱镜；入射光通过输入孔进入格兰泰勒棱镜，当高速电机不动时，仅有其中一个偏振方向的光能够通过格兰泰勒旋转偏振器射出，当高速电机高速旋转，则可通过的格兰泰勒旋转偏振器射出的光的偏振方向依次改变，由于入射光的不同光波在本系统中具有不同的偏振方向，从而实现了不同波长的光依次通过。

进一步地，所述成像透镜组包括若干成像透镜，用于对经滤波后的光波进行收集并聚焦到成像设备的感光面上。

进一步地，所述的成像设备的光谱成像速度与格兰泰勒旋转偏振器转动速度相对应，所述格兰泰勒旋转偏振器每旋转一个角度，成像设备进行一次拍摄，所述格兰泰勒旋转偏振器旋转360°，则光谱图像完成全部拍摄。多通道线偏振波导板每个通道偏振方向的间隔角度为：360°/通道个数。单次拍摄的间隔时间为：电机旋转一周的时间/通道个数。

进一步地，所述的成像设备的感光面包括CCD、CMOS器件；所述的成像设备为高速成像设备，帧速不低于500fps。

进一步地，所述高速电机转速超过30000转/分钟，所述高度电机为无刷马达。

本实用新型通过色散棱镜、多通道线偏振波导板以及格兰泰勒旋转偏振器实现二维滤波。其中，色散棱镜能将不同波长的光波分开后，再投射入多通道线偏振波导板，实现不同波长的光波独立传输，多通道线偏振波导板还使得每个波长的光波拥有不同的偏振方向。因此，当这些偏振方向不同的光波进入静止不动的格兰泰勒旋转偏振器后仅有其中一个偏振方向的光波能够穿透，即仅有一个波长的光能够穿透。当旋转格兰泰勒旋转偏振器，则可以让不同波长的光分别穿透而进行成像。