[发明专利]一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪

说明书

本发明涉及一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪，由中继透镜系统、图像映射器、聚光透镜、色散单元、微透镜阵列、成像传感器组成，其中图像映射器由超薄玻璃层叠组成，超薄玻璃的端面具有M*N个二维倾角，采用层叠、研磨抛光等步骤加工，倾角的端面镀有反射膜。其中光学图像通过中继透镜系统成像于图像映射器表面，图像映射器将图像进行分割并反射，反射图像从聚光透镜平行出射经过色散单元色散，最后色散光通过微透镜阵列成像于成像传感器上，得到图像的空间信息和光谱信息。本发明提出一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪，解决图像映射型成像光谱技术加工研制困难和成本昂贵的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪，适用于快速分析物体成像的光谱情况，属于成像光谱领域。

背景技术

图像映射型成像光谱仪是新一代光谱成像技术，它利用图像二维映射元件将一次成像面按不同行分别投影在不同二维空间角上，然后图像信息经过色散后在成像传感器上完成不同行的光谱数据获取。

图像映射型成像光谱仪在生物医学、遥感和环境监测等方面有重要应用前景。荧光成像是生物学研究不可或缺的工具。在细胞研究中，通过用各种荧光团染色细胞并在显微镜下成像，可以定量表征大量的颜色编码过程。成像光谱仪可监控荧光团组合的光谱瞬时变化，得到荧光探针的光谱信息。成像光谱仪可与医学内窥镜相结合，实现人体内组织生物标记的动态成像光谱检测。在遥感领域中，成像光谱仪在矿物研究方面通过对矿物元素的光谱特征分析，能够实现对矿物成分及其矿物丰度信息的提取。在植被研究中通过光谱数据进行分析植被的物理和化学参数，可用于植被长势监测、产值估计等。环境监测方面，成像光谱仪可应用于油气田以及石化炼油厂等地区的逃逸性气体的检测，针对大气中可能存在的污染物例如甲烷或其它挥发性气体，实现实时监控。

在这些领域不仅要求高的空间、光谱分辨率，对时间分辨率也有很高的要求。图像映射成像光谱仪通过简单的实时映射，不需要通过扫描，几乎不需要图像的后处理和重建。该技术具有空间分辨率高、信噪比高、数据处理简单等优点，并具备单次曝光全谱成像能力。然而，实际研制图像映射成像光谱技术过程中，核心元件二维图像映射器的设计和制造非常困难。目前工艺上成像光谱仪采用的核心器件图像映射器是采用金刚石在铝块上加工而成，金刚石加工出现磨边现象，造成各条反射镜反射效率的不一致和整体成像质量的下降。另外，该加工工艺的成本很高，单片加工价格昂贵，导致成像光谱仪制作成本上升。

发明内容

本发明的目的是：提出一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪，解决图像映射型成像光谱技术加工研制困难和成本昂贵的问题。

本发明的技术解决方案是：一种基于叠层玻璃映射的成像光谱仪，包括中继透镜系统、图像映射器、聚光透镜、色散单元、微透镜阵列、成像传感器；

其中中继透镜系统由孔径光阑和中继透镜组成，图像映射器由超薄玻璃层叠组成，所述的超薄玻璃由三脚研抛器侧抛加工，端面镀有反射膜并且具有二维倾角，图像映射器的反射面具有M*N个不同的倾角，实现超薄玻璃侧抛的三脚研抛器由壳体、数字倾角仪和螺旋测微器组成，壳体边缘开有三个通孔，通孔位置呈三角形分布，在通孔位置分别安装螺旋测微器，壳体上表面安装数字倾角仪，壳体下方设置有一侧开有螺纹孔的固定槽，光学图像通过中继透镜系统成像于图像映射器表面，图像映射器将图像进行分割并反射，反射图像从聚光透镜平行出射经过色散单元色散，最后色散光通过微透镜阵列成像于成像传感器上，得到图像的空间信息和光谱信息。

所述的图像映射器的制作方法包括：

第一步骤，超薄玻璃层叠，取相同大小的超薄玻璃，彼此平行对齐重叠，用紫外固化胶粘合，在紫外灯光照下固化，在超薄玻璃两侧各粘合一块光学玻璃进行保护，形成超薄玻璃块；

第二步骤，研磨抛光，将超薄玻璃块通过紧定螺钉固定安装在三脚研抛器的固定槽上，对超薄玻璃块端面和侧面进行研磨抛光，使端面与水平面成特定角度，侧面相互平行，研磨抛光时选用不同粒度的研磨片，研磨片粒度逐步减小，降低玻璃表面粗糙度；