CN111044145A - 一种便携式成像光谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高光谱遥感技术领域，具体涉及一种便携式成像光谱仪。本发明中，仪器各组成部分均置于同一平面上，并位于外框内部，其中光线入射装置、半透半反镜、声光可调滤光器组、光电转换组四部分位于同一轴线x上，另一个声光可调滤光器组、光电转换组与半透半反镜位于同一轴线y上，且该轴线y垂直于轴线x；声光可调滤光器组位于光电转换组和半透半反镜之间；声光可调滤光器组通过电缆与射频信号发射器组连接，射频信号发射器组通过电缆与显示系统连接，显示系统分别于存储系统、电源系统连接。本发明可将入射光线快速、高分辨率分光，速度快，精确度高，分辨率高，波长稳定性好，信噪比高，实现电子谱段全谱扫描，且体积小巧，功耗低。

Description

一种便携式成像光谱仪
技术领域
本发明属于高光谱遥感技术领域，具体涉及一种便携式成像光谱仪。
背景技术
成像光谱仪获取的数据具有“图谱合一”的特点，不仅可以获得被测物的图像信息，还可以测量物质反射光谱，在物质鉴别等多方面有着广泛应用。传统光谱仪的分光装置多为机械分光或LCTF分光。
现有技术的不足为：机械分光的光谱仪体积大、不便携；
LCTF分光的光谱仪响应速度慢、功耗高，能量损耗也比较大，在仪器便携性上均存在不足。
发明内容
本发明解决的技术问题：
本发明提供一种便携式成像光谱仪，该装置可将入射光线快速、高分辨率分光，速度快，精确度高，分辨率高，波长稳定性好，信噪比高，实现电子谱段全谱扫描，且体积小巧，功耗低。
本发明采用的技术方案：
一种便携式成像光谱仪，包括光线入射装置、半透半反镜；声光可调滤光器组；射频信号发射器组；光电转换组、控制及数据处理、显示系统、存储系统、电源系统、外框，仪器各组成部分均置于同一平面上，并位于外框内部，其中光线入射装置、半透半反镜、声光可调滤光器组、光电转换组四部分位于同一轴线x上，另一个声光可调滤光器组、光电转换组与半透半反镜位于同一轴线y上，且该轴线y垂直于轴线x；声光可调滤光器组位于光电转换组和半透半反镜之间；声光可调滤光器组通过电缆与射频信号发射器组连接，射频信号发射器组通过电缆与显示系统连接，显示系统分别于存储系统、电源系统连接。
光线入射装置内部包含镜筒，其内部依次放置凹透镜、凸透镜、准直镜，且各部分均位于轴线x上；所有透镜表面镀多层通透膜保证光通透率达到最大，光经光线入射装置后为直径R的平行光束。
半透半反镜口径超过R，半透半反镜表面镀多层透射和反射膜保证透过光和反射光可以分开，根据实际需要将光谱波长范围位于200nm-4000nm之间的光线分为2路、4路或更多路，每路光的波段范围不一样。
声光可调滤光器组为多个口径为R，光谱波段工作范围不同的AOTF组，与半透半反镜分出的光的路数和波段范围相对应，总体工作范围介于200nm-4000nm之间。
射频信号发射器组可控制发射不同频率信号，每一个都与AOTF工作波段相对应。
光电转换组内部包含镜筒，其内部依次放置发散镜、焦平面CCD，且各部分均位于同一轴线上；发散镜保证声光可调滤光器组出射的光经发散后可投到焦平面CCD之上，焦平面CCD光电转换能力与AOTF的波段工作范围一致。
显示系统，控制及处理系统采用FPGA，可以控制射频信号发射器组中的射频信号发射器组，进而控制AOTF，显示系统为液晶显示器；存储系统由可插拔式SD卡或U盘组成；电源系统由锂电池构成。
本发明的有益技术效果在于：
(1)本发明提供的便携式成像光谱仪，可将入射光线快速、高分辨率分光，速度快，精确度高，分辨率高，波长稳定性好，信噪比高，实现电子谱段全谱扫描；
(2)本发明提供的便携式成像光谱仪，体积小巧，便于携带；
(3)本发明提供的便携式成像光谱仪，功耗低。
附图说明
图1为本发明提供的便携式成像光谱仪结构示意图；
图中：1-光线入射装置、101-入射镜筒、102-凹透镜、103-凸透镜、104-准直镜；
2-半透半反镜；3-声光可调滤光器组；4-射频信号发射器组；
5-光电转换组、501-光电转换镜筒，502-发散镜、503-焦平面CCD；
6-控制及数据处理、显示系统；7-存储系统；8-电源系统；9-外框。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的便携式成像光谱仪作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的便携式成像光谱仪，包括：光线入射装置1、半透半反镜2；声光可调滤光器组3；射频信号发射器组4；光电转换组5、控制及数据处理、显示系统6、存储系统7、电源系统8、外框9，
仪器各组成部分均置于同一平面上，并位于外框9内部，其中光线入射装置1、半透半反镜2、声光可调滤光器组3、光电转换组5四部分位于同一轴线x上，另一个声光可调滤光器组3、光电转换组5与半透半反镜2位于同一轴线y上，且该轴线y垂直于轴线x；
声光可调滤光器组3位于光电转换组5和半透半反镜2之间；
声光可调滤光器组3通过电缆与射频信号发射器组4连接，射频信号发射器组4通过电缆与控制及数据处理、显示系统6连接，控制及数据处理、显示系统6分别于存储系统7、电源系统8连接；焦平面CCD503与控制及数据处理、显示系统6连接。
光线入射装置1内部包含镜筒101，其内部依次放置凹透镜102、凸透镜103、准直镜104，且各部分均位于轴线x上；
光电转换组5内部包含镜筒501，其内部依次放置发散镜502、焦平面CCD503，且各部分均位于同一轴线上；
光线入射装置1包括凹透镜101、凸透镜102、准直镜103，所有透镜表面镀多层通透膜保证光通透率达到最大，光经光线入射装置1后为直径R的平行光束；
半透半反镜2口径超过R，半透半反镜2表面镀多层透射和反射膜保证透过光和反射光可以分开，根据实际需要将光谱波长范围位于200nm-4000nm之间的光线分为2路、4路或更多路，每路光的波段范围不一样；
声光可调滤光器组3为多个口径为R，光谱波段工作范围不同的AOTF组，与半透半反镜2分出的光的路数和波段范围相对应，总体工作范围介于200nm-4000nm之间；
射频信号发射器组4可控制发射不同频率信号，每一个都与AOTF工作波段相对应；
光电转换组5包括发散镜501和焦平面CCD502，发散镜501保证声光可调滤光器组3出射的光经发散后可投到焦平面CCD502之上，焦平面CCD502光电转换能力与AOTF的波段工作范围一致；
控制及数据处理、显示系统6，控制及处理系统采用FPGA，可以控制射频信号发射器组4中的射频信号发射器组，进而控制AOTF，显示系统为液晶显示器；
存储系统7由可插拔式SD卡或U盘组成；
电源系统8由锂电池构成。
本发明的工作原理为：
步骤1，打开仪器并将光线射入；
具体操作方式为：将电源线接通仪器，并将仪器打开。然后将镜头对准待测物体，光线射入镜头；
步骤2，操作控制系统进行分光；
具体操作步骤为：操作控制系统，调整射频信号发射器，发出不同的射频信号，使AOTF实现不同波段的分光；
步骤3，接收光信号转换为电信号并存储显示；
具体操作步骤为：CCD成像相机组分别接收分光之后光信号，并将光信号转换成电信号，通过控制系统传输给存储系统、显示系统，将数据存储到存储单元，并在显示器进行显示。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (7)

1.一种便携式成像光谱仪，其特征在于：包括光线入射装置(1)、半透半反镜(2)；声光可调滤光器组(3)；射频信号发射器组(4)；光电转换组(5)、控制及数据处理、显示系统(6)、存储系统(7)、电源系统(8)、外框(9)，仪器各组成部分均置于同一平面上，并位于外框(9)内部，其中光线入射装置(1)、半透半反镜(2)、声光可调滤光器组(3)、光电转换组(5)四部分位于同一轴线x上，另一个声光可调滤光器组(3)、光电转换组(5)与半透半反镜(2)位于同一轴线y上，且该轴线y垂直于轴线x；声光可调滤光器组(3)位于光电转换组(5)和半透半反镜(2)之间；声光可调滤光器组(3)通过电缆与射频信号发射器组(4)连接，射频信号发射器组(4)通过电缆与显示系统(6)连接，显示系统(6)分别于存储系统(7)、电源系统(8)连接。
2.如权利要求1所述的一种便携式成像光谱仪，其特征在于：光线入射装置(1)内部包含镜筒(101)，其内部依次放置凹透镜(102)、凸透镜(103)、准直镜(104)，且各部分均位于轴线x上；所有透镜表面镀多层通透膜保证光通透率达到最大，光经光线入射装置(1)后为直径R的平行光束。
3.如权利要求2所述的一种便携式成像光谱仪，其特征在于：半透半反镜(2)口径超过R，半透半反镜(2)表面镀多层透射和反射膜保证透过光和反射光可以分开，根据实际需要将光谱波长范围位于200nm-4000nm之间的光线分为2路、4路或更多路，每路光的波段范围不一样。
4.如权利要求3所述的一种便携式成像光谱仪，其特征在于：声光可调滤光器组(3)为多个口径为R，光谱波段工作范围不同的AOTF组，与半透半反镜(2)分出的光的路数和波段范围相对应，总体工作范围介于200nm-4000nm之间。
5.如权利要求4所述的一种便携式成像光谱仪，其特征在于：射频信号发射器组(4)可控制发射不同频率信号，每一个都与AOTF工作波段相对应。
6.如权利要求5所述的一种便携式成像光谱仪，其特征在于：光电转换组(5)内部包含镜筒(501)，其内部依次放置发散镜(502)、焦平面CCD(503)，且各部分均位于同一轴线上；发散镜(501)保证声光可调滤光器组(3)出射的光经发散后可投到焦平面CCD(502)之上，焦平面CCD(502)光电转换能力与AOTF的波段工作范围一致。
7.如权利要求1所述的一种便携式成像光谱仪，其特征在于：显示系统(6，)控制及处理系统采用FPGA，可以控制射频信号发射器组(4)中的射频信号发射器组，进而控制AOTF，显示系统为液晶显示器；存储系统(7)由可插拔式SD卡或U盘组成；电源系统(8)由锂电池构成。
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