便携式快照型阵列多光谱成像仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型目的是提供一种便携式快照型阵列多光谱成像仪，包括依次设置在同一光路上的作为空间调制器的微透镜阵列、作为光谱调制器的多波段滤光片、中继成像耦合透镜以及用于成像的探测器。本实用新型便携式快照型阵列多光谱成像仪，体积小，重量轻，复原算法简单，可以手提，非常便携。
【专利说明】便携式快照型阵列多光谱成像仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型的基于微透镜阵列与多波段滤光器阵列的多光谱成像仪。
【背景技术】
[0002]光谱成像仪即在相机的基础上加入光谱信息，它既能得到普通相机同样的空间信息，又能得到普通相机所得不到的光谱信息，它所得到的最终数据是一个三维的数据立方体，其中两维是空间信息，一维是光谱信息。它在很多方面都有着重要用途。
[0003]传统的光谱成像仪，为了得到物体的全部信息，需要时间推扫或空间推扫，对于运动的物体很难进行光谱成像，目前，快照型光谱成像仪的研宄已经成为热点，快照型光谱仪既不需要空间扫描，也不需要时间扫描，非常适用于瞬间现象和运动物体的光谱成像。目前已进行研宄的快照型光谱成像仪有编码孔径光谱成像仪，层析光谱成像仪，光场成像光谱仪等，这些光谱仪普遍存在的缺点是体积较大，复原算法复杂。
实用新型内容
[0004]为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本实用新型目的是提供一种便携式快照型阵列多光谱成像仪，体积小，重量轻，复原算法简单，可以手提，非常便携。
[0005]本实用新型的技术解决方案:便携式快照型阵列多光谱成像仪，其特征在于:包括依次设置在同一光路上的作为空间调制器的微透镜阵列、作为光谱调制器的多波段滤光器、中继成像耦合透镜以及用于成像的探测器。
[0006]上述微透镜阵列包括多个自聚焦透镜，每个自聚焦透镜作为单透镜单独成像。
[0007]上述微透镜阵列包括12个自聚焦透镜，排布为3X4结构。
[0008]每个自聚焦透镜都能对目标成像，要使每个透镜所成的像都不重叠，自聚焦透镜到中继成像透镜的距离应当等于中继成像透镜到探测器的距离，且同时为中继成像透镜焦距的2倍。
[0009]上述自聚焦透镜的两端端面为平面。
[0010]上述中继耦合镜将微透镜阵列所成的像耦合到探测器上；中继耦合透镜需要满足大视场，短焦距的特点，具体结构形式根据目标物成像物性具体设计，并不拘泥于一种结构形式，其作用主要是完成将像耦合到探测器上。
[0011]上述多波段滤光器包括多个波长依次递增的窄带通滤光片，所述窄带通滤光片的个数和大小与自聚焦透镜的个数和大小相匹配，结构也是与自聚焦透镜保持一致。
[0012]本实用新型的有益效果:
[0013]I) 一次成像:便携式阵列光谱成像仪因为采用阵列，运用孔径复用原理，一次采集就能得到物体的数据立方体，可以对运动物体和瞬间现象光谱成像，扩大了光谱成像仪的应用范围；
[0014]2)经济简便:便携式阵列光谱成像仪采用了新的原理，将光谱成像仪的体积极大的缩小了，从而降低了重量，将实验室的实验仪器转变为便携式的手持仪器，扩大了光谱成像仪的应用场景，从而使光谱成像技术的应用更为简便。仪器加工制造比较容易，因此成体低，经济简便，从而可以实现产业化，做成商品；
[0015]3)本产品的关键核心技术已经成熟，可以实现标准化，从而对商品的产业化道路有着重要的指导意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的结构示意图；
[0017]图2是本实用新型微透镜阵列的结构示意图；
[0018]图3是微透镜阵列的成像示意图；
[0019]图4是多波段滤光器示意图；
[0020]图5.1—图5.2是本实用新型的应用示意图；
【具体实施方式】
[0021]参见图1，本实用新型阵列式多光谱成像仪即在普通相机的基础上加了空间调制器与光谱调制器组成，在一次成像的过程中就可同时获得目标的空间信息与光谱信息。主要由四部分组成，它包括作为空间调制器的微透镜阵列1，中继成像耦合透镜2，作为光谱调制器的多波段滤光器3，成像的探测器4。
[0022]作为空间光调制器的微透镜阵列I是整个仪器的核心器件之一，由12个自聚焦透镜组成，具体排列结构参见图2，
[0023]如图所示，其特点在于:每个自聚焦透镜都可作为单透镜单独成像，因此每个透镜都可对目标成像在探测器上，这样一次成像的过程中，在探测器4上即可得到12个目标像，如图3所示；图3中的3 X 4结构是根据目标物要求而定，排列结构形式也可以是别种，具体的结构形式主要根据成像目标物，以及探测器尺寸而定，不拘泥于一种结构形式。
[0024]可以看到每个透镜都能对目标成像，但是要使每个透镜所成的像都不重叠，因此透镜的焦距以及到探测器距离需满足一定的条件，由于自聚焦透镜本身的直径就很小，只有1.5mm，而且其特点是本身是梯度折射率透镜，因此其焦距也很短，几乎是在自聚焦透镜的端面成像，因此从原理上来说，只需要一个微透镜阵列就可满足其成像条件，但是由于自聚焦透镜本身的特点，还需在微透镜阵列后加一中继耦合透镜2。本透镜阵列还有一个特点，全部采用自聚焦透镜，成本低，成像效果好，而且自聚焦透镜的两端端面都是平的，这样便于多波段滤光器的进一步加工。
[0025]中继耦合透镜2的作用在于将微透镜阵列所成的像耦合到探测器上。将微透镜阵列放在此中继耦合透镜的物面上，探测器位于其像面上即可得多个目标像，完成空间光调制器的作用。
[0026]多波段滤光器3，这也是此仪器的核心器件之一，作为光谱调制器，它可以对所成的空间像进行滤光，从而起到光谱调制器的作用，其结构如图4所示:从短波到长波，每一个小方块代表一个谱段。其个数与微透镜阵列中微透镜的个数相匹配，从微透镜阵列所成的像再经过多波段滤光器的滤光，透过单波段的图，将所有单波段的图合成即成三维的数据立方体。对于多波段滤光器的加工有两种方式:
[0027](I)直接在透镜阵列的端面镀膜，受限于透镜材料，工艺上较难实现
[0028](2)将滤光片切割成与透镜大小形状，然后拼接成滤光片阵列，贴在透镜后端。
[0029]整个仪器的特征在于:每个物体经过微透镜阵列的单元阵列单独成像后又经过与每一个微透镜相匹配的滤光片，从而形成物体的单波段图像，又经过中继成像透镜，将同一景物每个波段的图像同时成像在探测器上，这样只需要一次采集，就可以既不需要空间扫描，也不需要时间扫描，可应用于瞬间物体和运动物体的光谱成像。附图5只是演示了这种仪器的其中一种应用，如图5.1、图5.2所示，图5.1是普通照相机照相得到的图片，图5.2右边是用我们的仪器观测得到的图片，从而可以进行笔迹鉴定，这只是这种仪器的其中一种用途。
【权利要求】
1.便携式快照型阵列多光谱成像仪，其特征在于:包括依次设置在同一光路上的作为空间调制器的微透镜阵列、作为光谱调制器的多波段滤光器、中继成像耦合透镜以及用于成像的探测器。
2.根据权利要求1所述的便携式快照型阵列多光谱成像仪，其特征在于:所述微透镜阵列包括多个自聚焦透镜，每个自聚焦透镜作为单透镜单独成像。
3.根据权利要求2所述的便携式快照型阵列多光谱成像仪，其特征在于:所述微透镜阵列包括12个自聚焦透镜，排布为3X4结构。
4.根据权利要求3所述的便携式快照型阵列多光谱成像仪，其特征在于:自聚焦透镜到中继成像耦合透镜的距离等于中继成像耦合透镜到探测器的距离，且同时为中继成像耦合透镜焦距的2倍。
5.根据权利要求4所述的便携式快照型阵列多光谱成像仪，其特征在于:所述自聚焦透镜的两端端面为平面。
6.根据权利要求1所述的便携式快照型阵列多光谱成像仪，其特征在于:所述中继耦合镜将微透镜阵列所成的像耦合到探测器上。
7.根据权利要求1所述的便携式快照型阵列多光谱成像仪，其特征在于:所述多波段滤光器包括多个波长依次递增的窄带通滤光片，所述窄带通滤光片的个数和大小与自聚焦透镜的个数和大小相匹配。
【文档编号】G01J3/28GK204202747SQ201420381002
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】李芸, 王爽, 朱军, 张耿, 于涛, 胡炳樑 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所