一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法与流程

本发明涉及窄视场成像领域，尤其涉及针对窄狭缝目标观测的色散型或干涉型光谱仪的一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法。

背景技术：

1、光谱分析仪简称光谱仪，是将成分复杂的复合光分解为光谱线并进行测量和计算的科学仪器，被广泛应用于辐射度学分析、颜色测量、化学成份分析等领域，在冶金、地质、水文、医药、石油化工、环境保护、宇宙探索等行业发挥着重要作用。狭缝的作用是控制入射光线的宽度，在入射光的照射下形成光谱仪成像系统的物点，其大小直接影响到光谱仪的分辨率。成像光谱仪是在单帧采集获取狭缝目标光谱的同时获取狭缝目标的像。狭缝越窄对应的光谱带宽较小，光谱分辨率就越高，但是过窄的狭缝其能成像的视场较小，通常在光谱维仅能够对单一目标进行光谱数据获取和分析。较宽的狭缝可以增加成像视场，提高信噪比，较远探测距离下，可以同时对多个目标进行光谱数据获取和分析，但狭缝越宽对应的光谱带宽也较大，且光谱分辨率也会降低。因此应用基于结构的狭缝窄视场拓展方法，可以在不过分增加狭缝宽度满足一定的光谱分辨率的同时，实现单帧采集下对多个目标进行光谱数据获取和分析，更加适用于多目标和运动目标的成像光谱分析。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明针对目前色散型成像光谱仪等具有窄狭缝的窄视场成像光学系统，其成像视场较小无法实时获取狭缝宽度方向多目标及运动目标成像信息的特点，提供一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法。利用非对称结构对不同方向上的光线聚焦能力不同，不过分增加狭缝宽度，通过光束整形拓展目标在狭缝内的成像视场。当窄视场成像光学系统为成像光谱仪时，基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法既能满足光谱分辨率要求，又能在单帧采集时实现对多个目标进行光谱数据获取和分析。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、非对称结构通常是指在传统对称光学成像结构中加入非对称面型镜片实现的。由于非对称面型镜片子午面和弧矢面的曲率不同，使得非对称光学成像结构对子午和弧矢两个方向的聚光能力强弱不同。如柱面，其中一个方向的曲率为无穷，即对光线在该方向上无聚光能力，而另一个方向曲率为有限值，光线在该方向上最终会会聚。

6、如图2所示，在色散型成像光谱仪等窄视场成像光学系统的前置物镜成像系统中加入一片或多片如柱面的非对称面型镜片，构成非对称光学成像结构。

7、利用非对称光学成像结构对不同方向上的光线聚焦能力不同，适当放宽图像畸变等限制条件，运用光学设计软件改变前置物镜成像系统中各个镜片的曲率半径、圆锥系数等参数变量，对于折射系统则增加光学玻璃材料和厚度变量，实现光束整形。

8、通过光束整形过程优化前置物镜成像系统的像面形状，将传统对称光学成像结构的圆形视场的圆形像压缩为椭圆形像，使得后级窄视场成像光学系统能够有效利用前置物镜成像视场，即通过狭缝可接收大部分或全部的前置物镜成像系统椭圆形像，实现后级窄视场成像光学系统狭缝窄成像视场拓展。

9、狭缝窄成像视场拓展后，后级窄视场成像光学系统可有效利用普通前置物镜的大部分或全部成像视场，可用于狭缝宽度方向上的多目标及运动目标的实时信息数据获取。

10、(三)有益效果

11、本发明的有益效果是：目前窄狭缝成像系统的物镜视场未能够充分有效利用，狭缝成像视场较小无法单帧实现单个较大目标或在狭缝宽度方向上分布的多个目标的信息数据获取和分析，且不便于对运动目标跟踪。因此提出一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法，在前置物镜成像系统中加入非对称面型镜片，有效利用前置物镜成像视场，基于非对称结构对不同方向上的光线聚焦能力不同的原理，通过光束整形使得入射到狭缝上圆形光束在狭缝宽度方向再聚焦。当窄狭缝成像系统为成像光谱仪时，可以在不过分增加狭缝宽度满足一定的光谱分辨率的同时，实现单帧对单个较大目标或在狭缝宽度方向上分布的多个目标的成像光谱数据获取和分析，或对运动目标跟踪。

技术特征：

1.一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法，其特征在于，针对窄视场成像光学系统，在其普通前置物镜成像系统中加入非对称面型镜片构成非对称光学成像结构，通过光学设计优化完成光束整形，即可以实现窄视场成像光学系统的狭缝窄成像视场拓展。

2.一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法，其特征在于，权利1所述的窄视场成像光学系统，其成像的时间可为实时成像或者获取全部数据后的重建成像，其类型包括但不限于：

3.一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法，其特征在于，权利1所述的普通前置物镜成像系统为圆形视场，其成像面为圆形，不考虑镜片裁切及非圆形光阑等情况。

4.一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法，其特征在于，权利1所述的非对称面型镜片指子午面和弧矢面曲率不同的面，如柱面，且非对称光学成像结构中可加入不止1片非对称面型镜片。

5.一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法，其特征在于，针对狭缝窄视场成像光学系统，在普通前置物镜成像系统改为非对称光学成像结构后，狭缝面上的物镜成像视场多为椭圆形。

6.一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法，其特征在于，权利5所述的椭圆形成像视场能够大部分或全部从后级的窄视场成像光学系统的狭缝中透过，能够有效利用前置物镜成像视场。

7.一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法，其特征在于，狭缝窄视场拓展后，窄视场成像光学系统可用于狭缝宽度方向上的多目标及运动目标的实时信息数据获取。

技术总结
本发明涉及一种基于非对称结构的狭缝窄视场拓展方法。狭缝窄视场拓展的原理是利用非对称结构对不同方向上的光线聚焦能力不同，在具有窄狭缝的窄视场成像光学系统前置物镜成像系统中，加入非对称面型镜片构成非对称光学成像结构，通过光束整形使得入射到狭缝上的圆形光束在狭缝宽度方向再聚焦，从而使得窄视场成像光学系统能够有效利用前置物镜成像视场，实现狭缝窄视场拓展，可在单帧采集下对狭缝宽度上的多个目标或运动目标的信息数据获取和分析。

技术研发人员：唐义,刘婉玉
受保护的技术使用者：视维光电科技（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12