CN202471250U

CN202471250U - 一种便携式光谱成像仪

Info

Publication number: CN202471250U
Application number: CN2012200696917U
Authority: CN
Inventors: 黄旻; 付强; 相里斌; 王新全
Original assignee: Qingdao Academy for Opto Electronics Engineering
Current assignee: Qingdao Academy for Opto Electronics Engineering
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2022-02-28

Abstract

本实用新型公开了一种便携式光谱成像仪，包括机身以及设置在机身内的液晶可调谐滤光片、中继成像镜组、探测器，所述机身的镜头接口连接有物镜，所述中继成像镜组和物镜的光轴重合，所述液晶可调谐滤光片的中心位于中继成像镜组和物镜的光轴上，且液晶可调谐滤光片与该光轴垂直。本实用新型的便携式光谱成像仪采用液晶可调谐滤光片作为分光元件，通过设置相机卡口转接环，可以连接不同卡口类型的物镜，以及通过设置中继成像镜组，对目标进行二次成像，解决了连接不同物镜时无法对任意距离的目标清晰成像的问题，光谱成像仪不受物理尺寸的限制，提高了仪器的灵活性。

Description

一种便携式光谱成像仪

技术领域

本实用新型涉及一种采用液晶可调谐滤光片作为分光元件的多光谱成像仪，属于光机电一体化和光谱成像技术领域。

背景技术

光谱成像仪是一种将成像和光谱探测集于一身的仪器，近三十年的发展使其在工业、农业、军事等诸多领域得到了广泛应用。按照分光方式的不同，光谱成像仪可以分为滤光片型、棱镜色散型、光栅衍射型和干涉型等几类。滤光片型原理简单，结构紧凑，能同时获得二维空间信息和单波段光谱信息，可作为轻小型结构的选择形式，但获得完整数据立方体需要进行时间维扫描；棱镜色散型通过材料的色散特性同时获得一维空间信息和一维光谱信息，能量利用率高，但须在另一空间维进行推扫，而且存在光谱曲线弯曲等内在缺陷；光栅衍射型利用衍射分光的原理，同时获得一维空间信息和一维光谱信息，光谱分辨率高，在机载和星载平台有很多应用，但存在能量利用率较低等缺点；干涉型采用获取目标干涉图，通过傅里叶变换的方法进行光谱复原，具有高通量，高光谱分辨率等优点，缺点是数据量大，需要进行数据反演才能得到光谱信息。不同类型的光谱成像仪各有优缺点，在不同应用环境下各有优势。

液晶可调谐滤光片是根据液晶电控双折射效应制成的一种分光元件，可以用在光谱成像仪中作为分光元件，能发挥其体积小，响应快，调谐范围宽，带宽窄，光谱分辨率高等优点，而且功耗低，无运动部件，适合用作便携式光谱成像仪的分光元件。但是由于物理尺寸的限制，液晶可调谐滤光片和商业成像物镜、工业相机卡口等存在接口尺寸矛盾的问题，若直接将三者级联作为光谱成像仪，无法对任意距离的目标清晰成像，降低了仪器的灵活性。

基于此，如何研发一种便携式光谱成像仪，使用可调谐滤光片作为分光元件，使得所使用的成像物镜不受限制，而且可以对不同距离目标清晰成像，光谱成像仪体积小，使用灵活、方便，是本实用新型主要解决的问题。

发明内容

本实用新型提供了一种便携式光谱成像仪，使光谱成像仪不受物理尺寸的限制，对于所连接的不同物镜，可以对不同距离目标清晰成像，机身便携，使用方便。

本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种便携式光谱成像仪，包括机身，以及设置在机身内的液晶可调谐滤光片、中继成像镜组、探测器，所述机身的镜头接口连接有物镜，所述中继成像镜组和物镜的光轴重合，所述液晶可调谐滤光片的中心位于中继成像镜组和物镜的光轴上，且液晶可调谐滤光片与该光轴垂直，目标经过物镜形成一次像，该一次像依次经过中继成像镜组的转像、液晶可调谐滤光片的分光后到达探测器的靶面，或者一次像依次经过液晶可调谐滤光片的分光、中继成像镜组的转像后到达探测器的靶面。

进一步的，由于所接物镜的卡口类型不一定一样，为了提高光谱成像仪的通用性，所述的光谱成像仪还包括相机卡口转接环，机身的镜头接口通过所述相机卡口转接环连接物镜，这样，可以根据实际需要连接不同类型的物镜。

前面已经提到，本光谱成像仪适合多种类型的物镜，所述的物镜可以为照相物镜或者显微物镜。

所述液晶可调谐滤光片可以设置在物镜和中继成像镜组之间。

或者，所述液晶可调谐滤光片也可以设置在中继成像镜组和探测器之间。

优选的，所述的中继成像镜组的垂轴放大率为-1。

又进一步的，在机身中集成有液晶可调谐滤光片的控制电路，该控制电路通过USB接口连接外部设备。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的便携式光谱成像仪使用液晶可调谐滤光片作为分光元件，发挥了其体积小，响应快，调谐范围宽，带宽窄，光谱分辨率高等优点，而且功耗低，无运动部件，通过设置相机卡口转接环，可以连接不同卡口类型的物镜，以及通过设置中继成像镜组，对目标进行二次成像，解决了连接不同物镜时无法对任意距离的目标清晰成像的问题，使光谱成像仪不受物理尺寸的限制，提高了仪器的灵活性。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的便携式光谱成像仪外部结构示意图；

图2是图1中内部光路原理图；

图3是本实用新型所提出的便携式光谱成像仪另外一种实施例中内部光路原理图。

具体实施方式

本实用新型针对目前的光谱成像仪的缺点，提供了一种便携式光谱成像仪，通过在机身内设置液晶可调谐滤光片、中继成像镜组、以及探测器，目标经过物镜的一次成像后，再经过中继成像镜组进行二次成像，解决了现有光谱成像仪受物理尺寸的限制的问题，液晶可调谐滤光片的位置设置灵活，可以设置在物镜与中继成像镜组之间的任意位置，也可以设置在中继成像镜组与探测器之间的任意位置，可以根据实际需要方便设置。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，参见图1所示，本实施例的便携式光谱成像仪，包括机身1，所述机身1的镜头接口连接有物镜2，参见图2所示，还包括设置在机身1内的液晶可调谐滤光片4、中继成像镜组3、探测器5，所述中继成像镜组3和物镜2的光轴重合，所述液晶可调谐滤光片4的中心位于中继成像镜组3和物镜2的光轴上，且液晶可调谐滤光片4与该光轴垂直，目标经过物镜2形成一次像，该一次像依次经过中继成像镜组3的转像、液晶可调谐滤光片4的分光后到达探测器5的靶面，或者一次像依次经过液晶可调谐滤光片4的分光、中继成像镜组3的转像后到达探测器5的靶面。需要说明的是，物镜2的后焦面与中继成像镜组3的前焦面相重合。在本实施例中，所述中继成像镜组3设置于物镜2与液晶可调谐滤光片4之间。

由于所接物镜的卡口类型不一定一样，在实际使用过程中会涉及到多种卡口类型，为了提高光谱成像仪的通用性，所述的光谱成像仪还包括相机卡口转接环（图中未显示），机身的镜头接口通过所述相机卡口转接环连接物镜2，这样，可以根据实际需要连接不同类型的物镜。

前面已经提到，本光谱成像仪适合多种类型的物镜，所述的物镜可以为照相物镜（比如商业成像物镜、工业镜头等）或者显微物镜。若采用数码相机镜头作为系统的物镜，则需要采用仪器附件相机卡口转接环。根据选用的相机镜头不同，卡口也不同，如选用的相机镜头为尼康（Nikon）规格的F卡口，则采用F卡口转接C卡口转接环；如采用的相机镜头为佳能（Canon）规格的EF卡口，则采用EF卡口转接C卡口转接环，其他因此类推。若与显微物镜结合使用，则无需采用相机卡口转接环，直接将显微物镜与通过机身的C卡口连接。

所述的中继成像镜组的垂轴放大率为-1，这样可以成等比例的倒立的像，以供后续设备对图像信号的探测处理。

所述的探测器优选为面阵图像传感器。光谱成像仪工作时，通过程序设定初始化液晶可调谐滤光片4，稳定后液晶可调谐滤光片4通光。调节物镜2使目标物清晰成像，完成光谱成像前的光学参数配置。根据光谱探测的实际需要，通过液晶可调谐滤光片4的控制程序，设定扫描光谱范围、扫描步长等参数，对同一目标在光谱维扫描成像并储存各波段图像，形成多光谱图像的数据源，以备进一步的图像处理。

值得指出的是，本发明的采用液晶可调谐滤光片的便携式光谱成像仪可以作为模块化仪器使用，可以与多种物镜通过C卡口连接。便携式光谱成像仪内部参数优化，结构紧凑，体积小，方便实验室、野外工作等多种工作环境下使用。

实施例二，参见图3所示，本实施例中将所述液晶可调谐滤光片4设置于物镜2与中继成像镜组3之间。只要满足中继成像镜组3和物镜2的光轴重合，所述液晶可调谐滤光片4的中心位于中继成像镜组3和物镜2的光轴上，且液晶可调谐滤光片4与该光轴垂直，即可达到与实施例一中一样的技术效果，一次像首先经过液晶可调谐滤光片4的分光、再经过中继成像镜组3的转像后到达探测器5的靶面。本实施例中的其他结构与实施例一中的一致，在此不做赘述。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种便携式光谱成像仪，其特征在于：包括机身以及设置在机身内的液晶可调谐滤光片、中继成像镜组、探测器，所述机身的镜头接口连接有物镜，所述中继成像镜组和物镜的光轴重合，所述液晶可调谐滤光片的中心位于中继成像镜组和物镜的光轴上，且液晶可调谐滤光片与该光轴垂直。

2.根据权利要求1所述的光谱成像仪，其特征在于：所述的光谱成像仪还包括相机卡口转接环，机身的镜头接口通过所述相机卡口转接环连接物镜。

3.根据权利要求1所述的光谱成像仪，其特征在于：所述的物镜为照相物镜或者显微物镜。

4.根据权利要求1所述的光谱成像仪，其特征在于：所述的中继成像镜组的垂轴放大率为-1。

5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的光谱成像仪，其特征在于：所述液晶可调谐滤光片设置在物镜和中继成像镜组之间。

6.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的光谱成像仪，其特征在于：所述液晶可调谐滤光片设置在中继成像镜组和探测器之间。

7.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的光谱成像仪，其特征在于：在机身中集成有液晶可调谐滤光片的控制电路，该控制电路通过USB接口连接外部设备。