[发明专利]一种多次像面光谱仪的光学系统

说明书

一种多次像面光谱仪的光学系统，属于成像光谱技术领域。该光学系统由前组透射式镜组、孔径光阑、中间像面、多通道滤光片、后组对称透射式成像镜组、焦平面组成。系统具有大视场、结构紧凑、高光谱分辨率的特点。系统孔径光阑位于前组透射式镜组内部，成像光线经过前组透射式镜组后形成系统的一次像面，多通道滤光片位于系统一次像面处对一次成像光束进行光谱分光。再利用后组对称透射式成像镜组对各通道光谱进行成像。最终将光谱图像成像在系统焦平面上。本发明所有镜片均为球面面形且采用常规透射式光学材料，多通道滤光片基底材料为硅材料，易于获取与加工。该系统广泛应用农作物普查、食品药品检测、文物鉴定、自然灾害评估、航空遥感等领域。

技术领域

本发明属于成像光谱技术领域，具体涉及一种多次像面光谱仪的光学系统。

背景技术

光谱成像仪可以同时获取目标的图像和光谱信息，具有图谱合一的优点，因此广泛而深入的应用于农作物普查、食品药品检测、文物鉴定、环境监控、生物医学检测等各个领域，一直是光学设备中广泛关注的重点之一。

现有的光谱成像仪光学系统主要基于多镜头结构和单镜头结合分光器件两种设计方案。多镜头结构如中国发明专利公开的(申请号为200410066548.2)多光谱成像系统，利用前置摆扫镜及双镜头实现对同一目标不同谱段的扫描成像，并通过图像配准对各镜头之间的视差进行校正。而单镜头结构的设计方案主要利用棱镜、光栅、傅里叶变换、声光可调谐滤光片或液晶可调谐滤光片等分光元件实现光谱成像，上述分光器件在应用过程中存在结构相对复杂、视场相对较小、光能利用率相对较低的局限性，成为光谱成像仪小型化、轻量化设计的瓶颈。同时受到成像体制的限制，成像过程中需要配合摆扫镜进行推扫成像，无法实现视频成像模式，限制了光谱成像仪的应用范围。因此，小型化、可实现视频成像的光谱仪成为光谱成像领域的迫切需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种多次像面光谱仪的光学系统，解决了现有光谱成像仪光学系统由于受到光学系统的视场、成像体制及分光器件的限制，导致当前各成像光谱仪难以满足小型化、视频成像的应用需求的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种多次像面光谱仪的光学系统，该系统包括：按照入射光传播方向依次同轴设置的前组透射式成像镜组、孔径光阑、中间像面、多通道滤光片、后组对称透射式成像镜组和焦平面；所述孔径光阑设置在所述前组透射式成像镜组内；目标入射光线经过所述前组透射式成像镜组后在所述中间像面成像后，进入多通道滤光片，多通道滤光片对入射光线进行分光，所得到的目标光谱特性经过后组对称透射式成像镜组后成像在系统焦平面，实现对目标光谱特性的视频成像。

优选的，所述前组透射式成像镜组包括：按照入射光传播方向依次同轴排列的具有正折射力的第一正透镜、具有正折射力的第二正透镜、具有负折射力的第一负透镜、具有负折射力的第一胶合镜组、具有正折射力的第三正透镜和具有正折射力的第四正透镜。

优选的，所述孔径光阑设置在所述第一负透镜出射光面上。

优选的，所述前组透射式成像镜组的视场角为16°，相对孔径1/4，通光孔径25mm，光学长度小于138mm，工作波长在475nm～875nm。

优选的，所述多通道滤光片的入射光面位于所述中间像面处。

优选的，所述多通道滤光片通光尺寸为Φ30mm。

优选的，所述多通道滤光片入射光面镀多通道滤光膜，出射光面镀截止膜。

优选的，所述多通道滤光膜周期为N×N，工作波长在475nm～875nm，将工作波长分为N²个通道。