CN115468652A - 光谱照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种光谱照明系统，光源发出的光经第一透镜组收集，后经分光元件分散成不同方向的光，再经第二透镜组成像于会聚区域，会聚区域位于像面上，会聚区域光谱分布由λ1到λn，从y方向自下往上依次为由短波谱到长波谱依次排布或由长波谱到短波谱依次排布有利于控制光斑尺寸，实现了分波谱成像的功能，通过对成像系统会聚区域的光谱成像分析其能量、位置等信息，通过软件算法分析出光源包含的光谱信息及各光谱能量值，同时，利用会聚区域的光对待测物进行照射，有利于保证光强度，从而提升探测灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种光谱照明系统。
背景技术
光谱仪，是一种可实现复杂复色光的分解和测量的仪器。复色光进入光谱仪后，可被分光元件分解成不同的单色光，对单色光收集和处理可得到光谱。因此，光谱仪被广泛应用于光辐射测量、环境污染检测、元素分析、地质分析和食品安全检测等领域。常用的光谱仪依据分光器件类型可分为：色散型、干涉型和滤光片型光谱仪。
棱镜光谱仪属于色散型光谱仪，利用棱镜对不同波长的光的折射率不同的原理，可将复色光分解成单色光；光栅光谱仪则利用光栅的衍射特性将复色光分解成单色光。
现有技术中，光谱仪的设计大多只能将数值孔径做到0.25，进光量不足，且仅能覆盖波段近红外或可见光，这就导致了成像光斑尺寸大，测试精度不足的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种将混合波谱光源重新成像，并以不同光谱成像位置不同的形式排列于像面的光谱照明系统，增大孔径数值，保证成像光斑大小，提升测试精度。
为实现上述目的，本发明提供一种光谱照明系统，用于获取具有发散角的光源的光谱信息，所述光谱照明系统沿光源至像面依次包括：
用于接收光信号的第一透镜组，所述第一透镜组的具有正光焦度；
具有色散功能的分光元件；
用于将分光元件分散的光谱会聚成像的第二透镜组，所述第二透镜组为正光焦度的透镜组；
所述第一透镜组中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，所述第二透镜组中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，所述第二透镜组中沿光源至像面的首个透镜为双凸透镜。
在上述技术方案中，所述第一透镜组和所述第二透镜组至少包含11枚透镜。
在上述技术方案中，所述第一透镜组至少包含6枚透镜。
所述第一透镜组内包含至少一片折射率大于1.7的透镜，且至少一片透镜的阿贝数在18～50范围内。
在上述技术方案中，所述第二透镜组至少包含5枚透镜。
在上述技术方案中，所述第二透镜组内包含至少一片折射率大于1.7的透镜，且至少一片透镜的阿贝数在18～50范围内。
在上述技术方案中，零视场外光线从光源入射到所述第一透镜组的高度H1小于零视场外光线从所述第一透镜组初设的高度H3。
在上述技术方案中，所述第一透镜组内光焦度为负的镜片处零视场外光线的透射高度H2小于零视场外光线从所述第一透镜组初设的高度H3。
在上述技术方案中，所述第一透镜组内光焦度为负的镜片处零视场外光线的透射高度H2与零视场外光线从光源入射到所述第一透镜组的高度H1满足如下关系：
H2/H1＞0.7。
在上述技术方案中，所述第一透镜组内光焦度为负的镜片处零视场外光线的透射高度H2与零视场外光线从所述第一透镜组初设的高度H3满足如下关系：
H2/H3＞0.6。
本发明的一种光谱照明系统，光源发出的光经第一透镜组收集，后经分光元件分散成不同方向的光，再经第二透镜组成像于会聚区域，会聚区域位于像面上，会聚区域光谱分布由λ1到λn，从y方向自下往上依次为由短波谱到长波谱依次排布或由长波谱到短波谱依次排布有利于控制光斑尺寸，实现了分波谱成像的功能，通过对成像系统会聚区域的光谱成像分析其能量、位置等信息，通过软件算法分析出光源包含的光谱信息及各光谱能量值，同时，利用会聚区域的光对待测物进行照射，有利于保证光强度，从而提升探测灵敏度。
本发明可将数值孔径做到0.35，设计波段覆盖可见光和近红外波段，视场最大可以做到30mm，且保证全视场成像光斑尺寸小于10um。
第一透镜组内首枚透镜与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，该负光焦度透镜的前后透镜组整体为正光焦度，形成正-负-正结构形态，有利于矫正场曲，提高外视场成像质量。第二透镜组也是正负正的结构形态，两个正负正结构放于色散元件两旁，有利于矫正轴外相差。
第一透镜组和第二透镜组内包含至少一片折射率大于1.7的材料，且至少一片镜片的阿贝数满足区间18-50之间，使得光谱照明系统具有较好的校正球差和色差。
附图说明
图1为本发明中实施例1的光谱照明系统的平面示意图；
图2为本发明中实施例1的光谱照明系统的0视场光谱分布图；
图3为本发明中实施例1的光谱照明系统的450nm光谱的全视场横向像差图；
图4为本发明中实施例1的光谱照明系统的500nm光谱的全视场横向像差图；
图5为本发明中实施例1的光谱照明系统的650nm光谱的全视场横向像差图；
图6为本发明中本实施例2的光谱照明系统的平面示意图；
图7为本发明中实施例2的光谱照明系统的0视场光谱分布图；
图8为本发明中实施例2的光谱照明系统的450nm光谱的全视场横向像差图；
图9为本发明中实施例2的光谱照明系统的500nm光谱的全视场横向像差图；
图10为本发明中实施例2的光谱照明系统的650nm光谱的全视场横向像差图；
图11为本发明中实施例2的光谱照明系统的0视场扩展光谱分布图；
图12为本发明中本实施例3的光谱照明系统的平面示意图；
图13为本发明中实施例3的光谱照明系统的0视场光谱分布图；
图14为本发明中实施例3的光谱照明系统的450nm光谱的全视场横向像差图；
图15为本发明中实施例3的光谱照明系统的500nm光谱的全视场横向像差图；
图16为本发明中实施例3的光谱照明系统的650nm光谱的全视场横向像差图；
图17为本发明中实施例3的光谱照明系统的全视场光谱分布图；
图18为本发明中本实施例4的光谱照明系统的平面示意图；
图19为本发明中实施例4的光谱照明系统的0视场光谱分布图；
图20为本发明中实施例4的光谱照明系统的450nm光谱的全视场横向像差图；
图21为本发明中实施例4的光谱照明系统的500nm光谱的全视场横向像差图；
图22为本发明中实施例4的光谱照明系统的650nm光谱的全视场横向像差图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
如图1至图22所示，本发明的一种光谱照明系统，
用于获取具有发散角的光源的光谱信息，所述光谱照明系统沿光源至像面依次包括：
用于接收光信号的第一透镜组G1，所述第一透镜组G1的具有正光焦度；
具有色散功能的分光元件G2；
用于将分光元件G2分散的光谱会聚成像的第二透镜组G3，所述第二透镜组G3为正光焦度的透镜组；
所述第一透镜组G1中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，所述第二透镜组G3中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，所述第二透镜组G3中沿光源至像面的首个透镜为双凸透镜。
光源发出的光经第一透镜组G1收集，后经分光元件G2分散成不同方向的光，再经第二透镜组G3成像于会聚区域，会聚区域位于像面上，会聚区域光谱分布由λ1到λn，从y方向自下往上依次为由短波谱到长波谱依次排布或由长波谱到短波谱依次排布有利于控制光斑尺寸，实现了分波谱成像的功能，通过对成像系统会聚区域的光谱成像分析其能量、位置等信息，通过软件算法分析出光源包含的光谱信息及各光谱能量值，同时，利用会聚区域的光对待测物进行照射，有利于保证光强度，从而提升探测灵敏度。
可将数值孔径做到0.35，设计波段覆盖可见光和近红外波段，视场最大可以做到30mm，且保证全视场成像光斑尺寸小于10um，从而提升检测精度。
进一步地，第一透镜组内首枚透镜与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，该负光焦度透镜的前后透镜组整体为正光焦度，形成正-负-正结构形态，有利于矫正场曲，提高外视场成像质量。第二透镜组也是正-负-正的结构形态，两个正-负-正结构放于色散元件两侧，有利于矫正轴外相差。
在本发明的一个实施例中，优选地，所述第一透镜组G1和所述第二透镜组G3至少包含11枚透镜。
在本发明的一个实施例中，优选地，所述第一透镜组G1至少包含6枚透镜。
在本发明的一个实施例中，优选地，所述第一透镜组G1内包含至少一片折射率大于1.7的透镜，且至少一片透镜的阿贝数在18～50范围内。
在本发明的一个实施例中，优选地，所述第二透镜组G3至少包含5枚透镜。
在本发明的一个实施例中，优选地，所述第二透镜组G3内包含至少一片折射率大于1.7的透镜，且至少一片透镜的阿贝数在18～50范围内。
在该实施例中，第一透镜组和第二透镜组内包含至少一片折射率大于1.7的透镜，使得光谱照明系统具有较好的校正球差和色差。
在本发明的一个实施例中，优选地，零视场外光线从光源入射到所述第一透镜组G1的高度H1小于零视场外光线从所述第一透镜组G1初设的高度H3。
在本发明的一个实施例中，优选地，所述第一透镜组G1内光焦度为负的镜片处零视场外光线的透射高度H2小于零视场外光线从所述第一透镜组G1初设的高度H3。
在本发明的一个实施例中，优选地，所述第一透镜组G1内光焦度为负的镜片处零视场外光线的透射高度H2与零视场外光线从光源入射到所述第一透镜组G1的高度H1满足如下关系：
H2/H1＞0.7。
在本发明的一个实施例中，优选地，所述第一透镜组G1内光焦度为负的镜片处零视场外光线的透射高度H2与零视场外光线从所述第一透镜组G1初设的高度H3满足如下关系：
H2/H3＞0.6。
发明发明在本发明的一个实施例中，优选地，第一透镜组G1的透镜与第二透镜组G3中的透镜关于分光元件对称设置，对应的两个透镜形状、尺寸相同。
在该实施例中，第一透镜组G1的透镜与第二透镜组G3中的透镜关于分光元件对称设置，可以有效地消除垂轴像差，且有利于批量生产。
在本发明的一个实施例中，优选地，分光元件G2包括棱镜和/或衍射光栅。
发明发明发明在本发明的一个实施例中，优选地，第一透镜组G1和第二透镜组G3中任一透镜的表面到下一个面的轴上距离h与该表面的曲率半径R满足如下关系：0＜|h/R|＜1。
在本发明的一个实施例中，优选地，光源所在平面与最佳会聚面可以不是90度关系，依据外观尺寸及便捷美观自行设计该角度。
以下以四个具体的实施例来具体说明该光谱照明系统。在下列各个具体的实施例中，将胶合透镜的胶合面记为一面，例如由2枚透镜胶合组成的一个双胶合透镜共有3个面。
实施例1
如图1至图5所示，本实施例光谱照明系统的第一透镜组G1包括顺次设置的：第一透镜L1双凸形透镜、第二透镜L2为弯月透镜，弯月方向朝向光源，第三透镜L3为双凸透镜，第四透镜L4为双凹透镜，第三透镜L3和第四透镜L4胶合在一起，第五片透镜L5为弯月透镜，弯月方向朝向光源，第六片透镜L6为双凸透镜。
本实施例中，光谱照明系统的分光元件G2包括顺次设置的：棱镜和衍射光栅。
本实施例中，光谱照明系统的第二透镜组G3包括顺次设置的：第七透镜L7为双凸透镜、第八透镜L8为平凸透镜，第九透镜L9为双凹透镜，第十透镜L10为双凸透镜，第十一透镜L11为弯月透镜，弯月方向朝向会聚面。
作为一种具体的实施例，该光谱照明系统的与光源的距离L＝25.4mm，第一透镜L1口径D＝32.5mm。衍射光栅为120线对光栅。
本实施例的光谱照明系统，光谱范围为450nm～650nm，视场范围为12mm，数值孔径0.35。
本实施例的光谱照明系统的各透镜的相关参数，包括曲率半径R值、厚度、材料的折射率Nd和阿贝数Vd，如下表1所示：
| 表面 | R值(mm) | 厚度(mm) | Nd | Vd |
| S1 | 81.23 | 9 | 1.85 | 24 |
| S2 | -49.03 | 22 | ||
| S3 | -29.14 | 9 | 1.62 | 60 |
| S4 | -34.44 | 15.5 | ||
| S5 | 366 | 15 | 1.62 | 60 |
| S6 | -64.35 | 8 | 1.85 | 24 |
| S7 | 159.33 | 8 | ||
| S8 | -97.09 | 10 | 1.85 | 24 |
| S9 | 256.74 | 1.8 | ||
| S10 | Infinity | 12 | 1.62 | 60 |
| S11 | -80.04 | 30 | ||
| S12 | 棱镜 | |||
| S13 | 衍射元件 | 30 | ||
| S14 | 129.38 | 11 | 1.62 | 60 |
| S15 | -386.95 | 0.5 | ||
| S16 | 92.96 | 11.72 | 1.88 | 39 |
| S17 | Infinity | 6.3 | ||
| S18 | -190.54 | 14.4 | 1.85 | 24 |
| S19 | 76.17 | 38.4 | ||
| S20 | Infinity | 11 | 1.88 | 39 |
| S21 | -100.85 | 0.5 | ||
| S22 | 62.55 | 13.08 | 1.85 | 24 |
| S23 | 77.56 | 72.9 |
表1
其中，R值是指表面的曲率半径，厚度是指当前表面到下一个表面的轴上距离，例如表面S1的厚度即为S1到S2的距离，其可能是介质或透镜的轴上厚度，也可能是它们之间的轴上空气间隙。
图1为实施例1的光谱照明系统的平面示意图，第一透镜组G1包含六枚透镜，分光元件G2包含e1和e2色散元件，第三透镜组包含五枚透镜，并在聚焦区域处实现聚焦。
图2为实施例1的光谱照明系统的0视场光谱分布图，由下至上光谱分布从450nm-650nm依次排开，覆盖面积3.2mm*12mm，点列图可以看出光斑尺寸控制结果较好，且实现了分波谱成像的功能。
图3为实施例1的光谱照明系统的450nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±50微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
图4为实施例1的光谱照明系统的500nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±50微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
图5为实施例1的光谱照明系统的650nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±50微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
实施例2
如图6至图11所示，本实施例光谱照明系统中，第一透镜组G1包括顺次设置的：第一透镜L1平凸形透镜、第二透镜L2为平凸透镜，第三透镜L3为弯月透镜，弯月方向朝向光源，第四透镜L4为双凹透镜，L3和L4胶合在一起，第五透镜L5为弯月透镜，弯月方向朝向光源，第六透镜L6为平凸透镜。
本实施例中，光谱照明系统的分光元件G2为棱镜。
本发明光谱照明系统的第二透镜组G3包括顺次设置的：第七透镜L7为双凸透镜、第八透镜L8为弯月透镜，弯月方向朝向会聚面，第九透镜L9为双凹透镜，第十透镜L10为弯月透镜，弯月方向朝向光源，第十一透镜L11为弯月透镜，弯月方向朝向会聚面。
作为一种具体的实施例，该光谱照明系统的与光源的距离L＝35.2mm，第一透镜L1的直径D＝43.2mm。
本实施例的光谱照明系统，光谱范围为410nm～900nm，视场范围为12mm，数值孔径0.35。
本实施例的光谱照明系统的各透镜的相关参数，包括曲率半径R值、厚度、材料的折射率Nd和阿贝数Vd，如下表2所示：
表2
其中，R值是指表面的曲率半径，厚度是指当前表面到下一个表面的轴上距离，例如表面S1的厚度即为S1到S2的距离，其可能是介质或透镜的轴上厚度，也可能是它们之间的轴上空气间隙。
图6为实施例2的光谱照明系统的平面示意图，第一透镜组G1包含六枚透镜，分光元件G2为e1色散元件，第二透镜组G3包含五枚透镜，并在聚焦区域处实现聚焦。
图7为实施例2的光谱照明系统的0视场光谱分布图，由上至下光谱分布从450nm-650nm依次排开，点列图可以看出光斑尺寸控制结果较好，且实现了分波谱成像的功能。
图8为实施例2的光谱照明系统的450nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±50微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
图9为实施例2的光谱照明系统的500nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±50微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
图10为实施例2的光谱照明系统的650nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±50微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
图11为实施例2的光谱照明系统的0视场光谱分布图，由上至光谱分布从410nm-900nm依次排开，点列图可以看出光斑尺寸控制结果较好，且实现了分波谱成像的功能。
实施例3
如图12至图17所示，本实施例光谱照明系统的第一透镜组G1包括顺次设置的：第一透镜L1为平凸形透镜，第二透镜L2为弯月透镜，弯月方向背离光源，第三片L3为平凸透镜，第四透镜L4为弯月透镜，弯月方向朝向光源，第五片L5为双凹透镜，第六片透镜L6为弯月透镜，弯月方向朝向光源，第七片透镜L7为双凸透镜。
本实施例中，光谱照明系统的分光元件G2为棱镜。
本实施例中，光谱照明系统的第二透镜组G3与第一透镜组G1的透镜数量相同，且七个透镜形状一致，对称设置，即第一透镜组G1整体朝向光源，而第二透镜组G3整体朝向会聚面，对称设计可以有效消除垂轴像差。
作为一种具体的实施例，该光谱照明系统的与光源的距离L＝64mm，第一透镜L1的直径D＝65mm。
本实施例的光谱照明系统，光谱范围为410nm～900nm，视场范围为18mm，数值孔径0.35。
本实施例的光谱照明系统的各透镜的相关参数，包括曲率半径R值、厚度、材料的折射率Nd和阿贝数Vd，如下表3所示：
| 表面 | R值(mm) | 厚度(mm) | Nd | Vd |
| S1 | Infinity | 8 | 1.85 | 24 |
| S2 | -98.52 | 0.5 | ||
| S3 | 155.62 | 7 | 1.62 | 60 |
| S4 | 302.26 | 0.5 | ||
| S5 | 170.16 | 8 | 1.62 | 60 |
| S6 | Infinity | 15 | ||
| S7 | -190.63 | 9 | 1.62 | 60 |
| S8 | -88.55 | 2 | ||
| S9 | -92.15 | 8 | 1.85 | 24 |
| S10 | 185.74 | 9 | ||
| S11 | -129.46 | 8 | 1.88 | 39 |
| S12 | -88.55 | 0.5 | ||
| S13 | 339.48 | 9.5 | 1.88 | 39 |
| S14 | -191.56 | 40 | ||
| S15 | 棱镜 |
表3
其中，R值是指表面的曲率半径，厚度是指当前表面到下一个表面的轴上距离，例如表面S1的厚度即为S1到S2的距离，其可能是介质或透镜的轴上厚度，也可能是它们之间的轴上空气间隙。
图12为实施例3的光谱照明系统的平面示意图，第一透镜组G1包含七枚透镜，分光元件G2为e1色散元件，第二透镜组G3包含七枚透镜，并在聚焦区域处实现聚焦。
图13为实施例3的光谱照明系统的0视场光谱分布图，由上至下光谱分布从410nm-900nm依次排开，点列图可以看出光斑尺寸控制结果较好，且实现了分波谱成像的功能。
图14为实施例3的光谱照明系统的450nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±50微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
图15为实施例3的光谱照明系统的500nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±50微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
图16为实施例3的光谱照明系统的650nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±50微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
图17为实施例3的光谱照明系统的全视场光谱分布图，由上至下光谱分布从410nm-900nm依次排开，点列图可以看出全视场光斑尺寸控制结果较好，且实现了分波谱成像的功能。
实施例4
如图18至图22所示，本实施例光谱照明系统的第一透镜组G1包括顺次设置的：第一透镜L1为平凸形透镜，第二透镜L2为弯月透镜，弯月方向背离光源，第三透镜L3为平凸透镜，第四透镜L4为弯月透镜，弯月方向朝向光源，第五透镜L5为双凹透镜，第六透镜L6为弯月透镜，弯月方向朝向光源，第七透镜L7为双凸透镜。
本实施例中，光谱照明系统的分光元件G2为棱镜。
本实施例中，光谱照明系统的第二透镜组G3与第一透镜组G1的透镜数量相同，且七个透镜形状一致，对称设置，即第一透镜组G1整体朝向光源，而第二透镜组G3整体朝向会聚面，对称设计可以有效消除垂轴像差。
作为一种具体的实施例，该光谱照明系统的与光源的距离L＝64mm，第一透镜L1口径D＝46mm。
本实施例的光谱照明系统，光谱范围为410nm～900nm，视场范围为30mm，数值孔径0.15。
本实施例的光谱照明系统的各透镜的相关参数，包括曲率半径R值、厚度、材料的折射率Nd和阿贝数Vd，如下表4所示：
| 表面 | R值(mm) | 厚度(mm) | Nd | Vd |
| S1 | Infinity | 8 | 1.85 | 24 |
| S2 | -77.48 | 0.5 | ||
| S3 | 128.91 | 7 | 1.62 | 60 |
| S4 | 299.24 | 0.5 | ||
| S5 | 190.28 | 8 | 1.62 | 60 |
| S6 | Infinity | 15 | ||
| S7 | -165.43 | 9 | 1.62 | 60 |
| S8 | -79.63 | 2 | ||
| S9 | -109.17 | 8 | 1.85 | 24 |
| S10 | 175.66 | 9 | ||
| S11 | -135.44 | 8 | 1.88 | 39 |
| S12 | -79.63 | 0.5 | ||
| S13 | 412.37 | 9.5 | 1.88 | 39 |
| S14 | -205.78 | 40 | ||
| S15 | 棱镜 |
表4
其中，R值是指表面的曲率半径，厚度是指当前表面到下一个表面的轴上距离，例如表面S1的厚度即为S1到S2的距离，其可能是介质或透镜的轴上厚度，也可能是它们之间的轴上空气间隙。
图18为实施例4的光谱照明系统的平面示意图，第一透镜组G1包含七枚透镜，分光元件G2为e1色散元件，第二透镜组G3包含七枚透镜，并在聚焦区域处实现聚焦。
图19为实施例4的光谱照明系统的0视场光谱分布图，由上至下光谱分布从410nm-900nm依次排开，点列图可以看出光斑尺寸控制结果较好，且实现了分波谱成像的功能。
图20为实施例4的光谱照明系统的450nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±100微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
图21为实施例4的光谱照明系统的500nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±100微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
图22为实施例4的光谱照明系统的650nm光谱的全视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，标尺为±100微米，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向。
本发明的一种光谱照明系统，光源发出的光经第一透镜组收集，后经分光元件分散成不同方向的光，再经第二透镜组成像于会聚区域，会聚区域位于像面上，会聚区域光谱分布由λ1到λn，从y方向自下往上依次为由短波谱到长波谱依次排布或由长波谱到短波谱依次排布有利于控制光斑尺寸，实现了分波谱成像的功能，通过对成像系统会聚区域的光谱成像分析其能量、位置等信息，通过软件算法分析出光源包含的光谱信息及各光谱能量值，同时，利用会聚区域的光对待测物进行照射，有利于保证光强度，从而提升探测灵敏度。
本发明可将数值孔径做到0.35，设计波段覆盖可见光和近红外波段，视场最大可以做到30mm，且保证全视场成像光斑尺寸小于10um。
第一透镜组内首枚透镜与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，该负光焦度透镜的前后透镜组整体为正光焦度，形成正-负-正结构形态，有利于矫正场曲，提高外视场成像质量。第二透镜组也是正负正的结构形态，两个正负正结构放于色散元件两旁，有利于矫正轴外相差。
第一透镜组和第二透镜组内包含至少一片折射率大于1.7的材料，且至少一片镜片的阿贝数满足区间18-50之间，使得光谱照明系统具有较好的校正球差和色差。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光谱照明系统，其特征在于，用于获取具有发散角的光源的光谱信息，所述光谱照明系统沿光源至像面依次包括：
用于接收光信号的第一透镜组(G1)，所述第一透镜组(G1)的具有正光焦度；
具有色散功能的分光元件(G2)；
用于将分光元件(G2)分散的光谱会聚成像的第二透镜组(G3)，所述第二透镜组(G3)为正光焦度的透镜组；
所述第一透镜组(G1)中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，所述第二透镜组(G3)中首枚与最后一枚透镜之间至少存在一枚负光焦度透镜，所述第二透镜组(G3)中沿光源至像面的首个透镜为双凸透镜。
2.根据权利要求1所述的光谱照明系统，其特征在于，所述第一透镜组(G1)和所述第二透镜组(G3)至少包含11枚透镜。
3.根据权利要求1所述的光谱照明系统，其特征在于，所述第一透镜组(G1)至少包含6枚透镜。
4.根据权利要求3所述的光谱照明系统，其特征在于，所述第一透镜组(G1)内包含至少一片折射率大于1.7的透镜，且至少一片透镜的阿贝数在18～50范围内。
5.根据权利要求1所述的光谱照明系统，其特征在于，所述第二透镜组(G3)至少包含5枚透镜。
6.根据权利要求5所述的光谱照明系统，其特征在于，所述第二透镜组(G3)内包含至少一片折射率大于1.7的透镜，且至少一片透镜的阿贝数在18～50范围内。
7.根据权利要求1所述的光谱照明系统，其特征在于，零视场外光线从光源入射到所述第一透镜组(G1)的高度H1小于零视场外光线从所述第一透镜组(G1)初设的高度H3。
8.根据权利要求1所述的光谱照明系统，其特征在于，所述第一透镜组(G1)内光焦度为负的镜片处零视场外光线的透射高度H2小于零视场外光线从所述第一透镜组(G1)初设的高度H3。
9.根据权利要求1所述的光谱照明系统，其特征在于，所述第一透镜组(G1)内光焦度为负的镜片处零视场外光线的透射高度H2与零视场外光线从光源入射到所述第一透镜组(G1)的高度H1满足如下关系：
H2/H1＞0.7。
10.根据权利要求1所述的光谱照明系统，其特征在于，所述第一透镜组(G1)内光焦度为负的镜片处零视场外光线的透射高度H2与零视场外光线从所述第一透镜组(G1)初设的高度H3满足如下关系：
H2/H3＞0.6。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211009055.XA CN115468652A (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 光谱照明系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN115468652A true CN115468652A (zh) | 2022-12-13 |
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Family Applications (1)
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| CN202211009055.XA Pending CN115468652A (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 光谱照明系统 |
Country Status (1)
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|---|---|
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-
2022
- 2022-08-22 CN CN202211009055.XA patent/CN115468652A/zh active Pending
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