專利名稱：一種便攜式光譜成像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用液晶可調(diào)諧濾光片作為分光元件的多光譜成像儀，屬于光機電一體化和光譜成像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光譜成像儀是一種將成像和光譜探測集于一身的儀器，近三十年的發(fā)展使其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。按照分光方式的不同，光譜成像儀可以分為濾光片型、棱鏡色散型、光柵衍射型和干涉型等幾類。濾光片型原理簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，能同時獲得二維空間信息和單波段光譜信息，可作為輕小型結(jié) 構(gòu)的選擇形式，但獲得完整數(shù)據(jù)立方體需要進(jìn)行時間維掃描；棱鏡色散型通過材料的色散特性同時獲得一維空間信息和一維光譜信息，能量利用率高，但須在另一空間維進(jìn)行推掃，而且存在光譜曲線彎曲等內(nèi)在缺陷；光柵衍射型利用衍射分光的原理，同時獲得一維空間信息和一維光譜信息，光譜分辨率高，在機載和星載平臺有很多應(yīng)用，但存在能量利用率較低等缺點；干涉型采用獲取目標(biāo)干涉圖，通過傅里葉變換的方法進(jìn)行光譜復(fù)原，具有高通量，高光譜分辨率等優(yōu)點，缺點是數(shù)據(jù)量大，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)反演才能得到光譜信息。不同類型的光譜成像儀各有優(yōu)缺點，在不同應(yīng)用環(huán)境下各有優(yōu)勢。液晶可調(diào)諧濾光片是根據(jù)液晶電控雙折射效應(yīng)制成的一種分光元件，可以用在光譜成像儀中作為分光元件，能發(fā)揮其體積小，響應(yīng)快，調(diào)諧范圍寬，帶寬窄，光譜分辨率高等優(yōu)點，而且功耗低，無運動部件，適合用作便攜式光譜成像儀的分光元件。但是由于物理尺寸的限制，液晶可調(diào)諧濾光片和商業(yè)成像物鏡、工業(yè)相機卡口等存在接口尺寸矛盾的問題，若直接將三者級聯(lián)作為光譜成像儀，無法對任意距離的目標(biāo)清晰成像，降低了儀器的靈活性?；诖?，如何研發(fā)一種便攜式光譜成像儀，使用可調(diào)諧濾光片作為分光元件，使得所使用的成像物鏡不受限制，而且可以對不同距離目標(biāo)清晰成像，光譜成像儀體積小，使用靈活、方便，是本實用新型主要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種便攜式光譜成像儀，使光譜成像儀不受物理尺寸的限制，對于所連接的不同物鏡，可以對不同距離目標(biāo)清晰成像，機身便攜，使用方便。本實用新型采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)—種便攜式光譜成像儀，包括機身，以及設(shè)置在機身內(nèi)的液晶可調(diào)諧濾光片、中繼成像鏡組、探測器，所述機身的鏡頭接口連接有物鏡，所述中繼成像鏡組和物鏡的光軸重合，所述液晶可調(diào)諧濾光片的中心位于中繼成像鏡組和物鏡的光軸上，且液晶可調(diào)諧濾光片與該光軸垂直，目標(biāo)經(jīng)過物鏡形成一次像，該一次像依次經(jīng)過中繼成像鏡組的轉(zhuǎn)像、液晶可調(diào)諧濾光片的分光后到達(dá)探測器的靶面，或者一次像依次經(jīng)過液晶可調(diào)諧濾光片的分光、中繼成像鏡組的轉(zhuǎn)像后到達(dá)探測器的靶面。[0008]進(jìn)一步的，由于所接物鏡的卡口類型不一定一樣，為了提高光譜成像儀的通用性，所述的光譜成像儀還包括相機卡口轉(zhuǎn)接環(huán)，機身的鏡頭接口通過所述相機卡口轉(zhuǎn)接環(huán)連接物鏡，這樣，可以根據(jù)實際需要連接不同類型的物鏡。前面已經(jīng)提到，本光譜成像儀適合多種類型的物鏡，所述的物鏡可以為照相物鏡或者顯微物鏡。 所述液晶可調(diào)諧濾光片可以設(shè)置在物鏡和中繼成像鏡組之間。或者，所述液晶可調(diào)諧濾光片也可以設(shè)置在中繼成像鏡組和探測器之間。優(yōu)選的，所述的中繼成像鏡組的垂軸放大率為-I。又進(jìn)一步的，在機身中集成有液晶可調(diào)諧濾光片的控制電路，該控制電路通過USB接口連接外部設(shè)備。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果是本實用新型的便攜式光譜成像儀使用液晶可調(diào)諧濾光片作為分光元件，發(fā)揮了其體積小，響應(yīng)快，調(diào)諧范圍寬，帶寬窄，光譜分辨率高等優(yōu)點，而且功耗低，無運動部件，通過設(shè)置相機卡口轉(zhuǎn)接環(huán)，可以連接不同卡口類型的物鏡，以及通過設(shè)置中繼成像鏡組，對目標(biāo)進(jìn)行二次成像，解決了連接不同物鏡時無法對任意距離的目標(biāo)清晰成像的問題，使光譜成像儀不受物理尺寸的限制，提高了儀器的靈活性。結(jié)合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細(xì)描述后，本實用新型的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。

圖I是本實用新型所提出的便攜式光譜成像儀外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中內(nèi)部光路原理圖；圖3是本實用新型所提出的便攜式光譜成像儀另外一種實施例中內(nèi)部光路原理圖。
具體實施方式
本實用新型針對目前的光譜成像儀的缺點，提供了一種便攜式光譜成像儀，通過在機身內(nèi)設(shè)置液晶可調(diào)諧濾光片、中繼成像鏡組、以及探測器，目標(biāo)經(jīng)過物鏡的一次成像后，再經(jīng)過中繼成像鏡組進(jìn)行二次成像，解決了現(xiàn)有光譜成像儀受物理尺寸的限制的問題，液晶可調(diào)諧濾光片的位置設(shè)置靈活，可以設(shè)置在物鏡與中繼成像鏡組之間的任意位置，也可以設(shè)置在中繼成像鏡組與探測器之間的任意位置，可以根據(jù)實際需要方便設(shè)置。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。實施例一,參見圖I所示,本實施例的便攜式光譜成像儀,包括機身I,所述機身I的鏡頭接口連接有物鏡2，參見圖2所示，還包括設(shè)置在機身I內(nèi)的液晶可調(diào)諧濾光片4、中繼成像鏡組3、探測器5，所述中繼成像鏡組3和物鏡2的光軸重合，所述液晶可調(diào)諧濾光片4的中心位于中繼成像鏡組3和物鏡2的光軸上，且液晶可調(diào)諧濾光片4與該光軸垂直，目標(biāo)經(jīng)過物鏡2形成一次像，該一次像依次經(jīng)過中繼成像鏡組3的轉(zhuǎn)像、液晶可調(diào)諧濾光片4的分光后到達(dá)探測器5的靶面，或者一次像依次經(jīng)過液晶可調(diào)諧濾光片4的分光、中繼成像鏡組3的轉(zhuǎn)像后到達(dá)探測器5的靶面。需要說明的是，物鏡2的后焦面與中繼成像鏡組3的前焦面相重合。在本實施例中，所述中繼成像鏡組3設(shè)置于物鏡2與液晶可調(diào)諧濾光片4之間。由于所接物鏡的卡口類型不一定一樣，在實際使用過程中會涉及到多種卡口類型，為了提高光譜成像儀的通用性，所述的光譜成像儀還包括相機卡口轉(zhuǎn)接環(huán)(圖中未顯示)，機身的鏡頭接口通過所述相機卡口轉(zhuǎn)接環(huán)連接物鏡2，這樣，可以根據(jù)實際需要連接不同類型的物鏡。前面已經(jīng)提到，本光譜成像儀適合多種類型的物鏡，所述的物鏡可以為照相物鏡(比如商業(yè)成像物鏡、工業(yè)鏡頭等)或者顯微物鏡。若采用數(shù)碼相機鏡頭作為系統(tǒng)的物鏡，則需要采用儀器附件相機卡口轉(zhuǎn)接環(huán)。根據(jù)選用的相機鏡頭不同，卡口也不同，如選用的相機鏡頭為尼康(Nikon)規(guī)格的F卡口，則采用F卡口轉(zhuǎn)接C卡口轉(zhuǎn)接環(huán)；如采用的相機鏡頭為佳能(Canon)規(guī)格的EF卡口，則采用EF卡口轉(zhuǎn)接C卡口轉(zhuǎn)接環(huán)，其他因此類推。若與顯微物鏡結(jié)合使用，則無需采用相機卡口轉(zhuǎn)接環(huán)，直接將顯微物鏡與通過機身的C卡口連接。所述的中繼成像鏡組的垂軸放大率為-1，這樣可以成等比例的倒立的像，以供后續(xù)設(shè)備對圖像信號的探測處理。所述的探測器優(yōu)選為面陣圖像傳感器。光譜成像儀工作時，通過程序設(shè)定初始化液晶可調(diào)諧濾光片4，穩(wěn)定后液晶可調(diào)諧濾光片4通光。調(diào)節(jié)物鏡2使目標(biāo)物清晰成像，完成光譜成像前的光學(xué)參數(shù)配置。根據(jù)光譜探測的實際需要，通過液晶可調(diào)諧濾光片4的控制程序，設(shè)定掃描光譜范圍、掃描步長等參數(shù)，對同一目標(biāo)在光譜維掃描成像并儲存各波段圖像，形成多光譜圖像的數(shù)據(jù)源，以備進(jìn)一步的圖像處理。又進(jìn)一步的，在機身中集成有液晶可調(diào)諧濾光片的控制電路，該控制電路通過USB接口連接外部設(shè)備。值得指出的是，本發(fā)明的采用液晶可調(diào)諧濾光片的便攜式光譜成像儀可以作為模塊化儀器使用，可以與多種物鏡通過C卡口連接。便攜式光譜成像儀內(nèi)部參數(shù)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，方便實驗室、野外工作等多種工作環(huán)境下使用。實施例二，參見圖3所示，本實施例中將所述液晶可調(diào)諧濾光片4設(shè)置于物鏡2與中繼成像鏡組3之間。只要滿足中繼成像鏡組3和物鏡2的光軸重合，所述液晶可調(diào)諧濾光片4的中心位于中繼成像鏡組3和物鏡2的光軸上，且液晶可調(diào)諧濾光片4與該光軸垂直，即可達(dá)到與實施例一中一樣的技術(shù)效果，一次像首先經(jīng)過液晶可調(diào)諧濾光片4的分光、再經(jīng)過中繼成像鏡組3的轉(zhuǎn)像后到達(dá)探測器5的靶面。本實施例中的其他結(jié)構(gòu)與實施例一中的一致，在此不做贅述。當(dāng)然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種便攜式光譜成像儀，其特征在于包括機身以及設(shè)置在機身內(nèi)的液晶可調(diào)諧濾光片、中繼成像鏡組、探測器，所述機身的鏡頭接口連接有物鏡，所述中繼成像鏡組和物鏡的光軸重合，所述液晶可調(diào)諧濾光片的中心位于中繼成像鏡組和物鏡的光軸上，且液晶可調(diào)諧濾光片與該光軸垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光譜成像儀，其特征在于所述的光譜成像儀還包括相機卡口轉(zhuǎn)接環(huán)，機身的鏡頭接口通過所述相機卡口轉(zhuǎn)接環(huán)連接物鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光譜成像儀，其特征在于所述的物鏡為照相物鏡或者顯微物鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光譜成像儀，其特征在于所述的中繼成像鏡組的垂軸放大率為_1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項權(quán)利要求所述的光譜成像儀，其特征在于所述液晶可調(diào)諧濾光片設(shè)置在物鏡和中繼成像鏡組之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項權(quán)利要求所述的光譜成像儀，其特征在于所述液晶可調(diào)諧濾光片設(shè)置在中繼成像鏡組和探測器之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項權(quán)利要求所述的光譜成像儀，其特征在于在機身中集成有液晶可調(diào)諧濾光片的控制電路，該控制電路通過USB接口連接外部設(shè)備。
專利摘要本實用新型公開了一種便攜式光譜成像儀，包括機身以及設(shè)置在機身內(nèi)的液晶可調(diào)諧濾光片、中繼成像鏡組、探測器，所述機身的鏡頭接口連接有物鏡，所述中繼成像鏡組和物鏡的光軸重合，所述液晶可調(diào)諧濾光片的中心位于中繼成像鏡組和物鏡的光軸上，且液晶可調(diào)諧濾光片與該光軸垂直。本實用新型的便攜式光譜成像儀采用液晶可調(diào)諧濾光片作為分光元件，通過設(shè)置相機卡口轉(zhuǎn)接環(huán)，可以連接不同卡口類型的物鏡，以及通過設(shè)置中繼成像鏡組，對目標(biāo)進(jìn)行二次成像，解決了連接不同物鏡時無法對任意距離的目標(biāo)清晰成像的問題，光譜成像儀不受物理尺寸的限制，提高了儀器的靈活性。
文檔編號G01J3/28GK202471250SQ20122006969
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者付強, 王新全, 相里斌, 黃旻 申請人:青島市光電工程技術(shù)研究院