本实用新型涉及一种用于快照式光谱成像仪的棱镜型分光成像系统,由一片半球透镜和两片曲面棱镜构成,为同心折返共光路结构,按光线入射方向,依次为前表面为平面的半球透镜,弯向光线入射方向的第一片曲面棱镜,弯向光线入射方向的第二片曲面棱镜;两片棱镜相互胶合,顶角相对设置,在第二片曲面棱镜的后表面镀有高反射膜,设置系统的孔径光阑;第一片曲面棱镜为低折射率、高阿贝数的材料,第二片曲面棱镜为高折射率、低阿贝数的材料。由于系统采用了共光路结构,光线两次经过半球透镜和两片曲面棱镜,有效提升了色散能力,且结构紧凑。本实用新型提供的分光成像系统具有大数值孔径、高光能利用率、高光谱分辨率、结构紧凑等特点,应用前景广泛。

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种宽工作波段、大数值孔径、高光谱分辨率、结构紧凑的用于快照式光谱成像仪的棱镜型分光成像系统。实现本实用新型发明目的的技术方案是提供一种用于快照式光谱成像仪的棱镜型分光成像系统，它为同心折返共光路结构，按光线入射方向，光学元件依次为：前表面为平面的半球透镜，弯向光线入射方向的第一片曲面棱镜，弯向光线入射方向的第二片曲面棱镜；所述的第一片曲面棱镜的后表面与第二片曲面棱镜的前表面相互胶合，两片棱镜的顶角相对设置，在第二片曲面棱镜的后表面镀有高反射膜，系统的孔径光阑设置于第二片曲面棱镜的后表面；第一片曲面棱镜、第二片曲面棱镜的折射率依次为n3和n4，阿贝数依次为v3和v4，满足条件：1.69≤n3≤1.71，1.90≤n4≤1.94； 56≤v3≤60，19≤v4≤23。

本实用新型涉及一种快照式光谱成像仪的分光成像系统，具体涉及一种棱镜型分光成像系统。

背景技术

对运动目标进行实时精确定位与物质变化分析，是人类研究事物运动变化规律的重要手段。传统扫描型成像光谱仪通过对目标物逐点扫描、逐线扫描或逐波长扫描，在扫描过程中多次曝光，获取目标物完整的空间信息和光谱信息，即传统扫描式高光谱成像技术需通过一定时间的扫描才能获取目标区域的完整空间信息和光谱信息，将此类系统用于动态场景捕获时会产生运动伪影，影响探测质量，因此不具备实时性；为获取更广空间范围及更多空间细节的目标图像信息并进行更精确的分析鉴别，人们对高光谱成像光学系统提出了更高的要求，要求获取动态目标信息及即时获取高空间和高光谱分辨率的目标区域信息，而快照式高光谱成像技术利用二维焦平面探测器阵列对目标区域进行实时的完整三维数据立方的获取，可实现对运动目标进行实时精确定位与分析，是人类研究事物运动变化规律的重要内容。快照式光谱技术由于其独特的优势在国计民生等诸多领域，例如，在军事领域，包括坦克、飞弹等运动目标，通过快照式高光谱成像系统可实现对运动目标的准确识别与跟踪；在生物医学领域，可通过快照式高光谱成像系统分析细胞时序。

分光元件作为快照式光谱成像系统的分光成像系统的核心部分，决定了系统的成像性能及光谱分辨率。传统分光色散元件主要为光栅与棱镜，与棱镜色散分光型快照式光谱成像系统相比，光栅分光型快照式光谱成像系统存在光谱叠级问题，导致其成像视场与工作波段存在制约，因此难以同时实现宽波段和大成像视场的快照式高光谱成像，且光能利用率低。近年来，由于曲面棱镜加工技术的进步，曲面棱镜在光学系统设计中得到了广泛使用。曲面棱镜由标准球面玻璃材料构成，它对很宽光谱范围内的光能利用率都较高，是许多宽谱段中高等分辨率光谱成像系统的优选方案。采用曲面棱镜可有效避免光栅的低衍射效率、低光通量、高级衍射杂光等缺点，且在发散及会聚光束中，曲面棱镜的引入也能较好约束像差，减小系统的体积，减轻系统受杂光影响。

因此，提供一种大数值孔径、高光能量利用率的用于快照式光谱成像仪的分光成像系统，以解决目前大多分光成像系统存在的问题，对于光谱成像技术的推广及应用具有重大实际意义。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种宽工作波段、大数值孔径、高光谱分辨率、结构紧凑的用于快照式光谱成像仪的棱镜型分光成像系统。

发明人：季轶群 赵世家苏州大学坐落于素有“人间天堂”之称的历史文化名城苏州，是国家“211工程”“2011计划”首批入列高校，是教育部与江苏省人民政府共建“双一流”建设高校、国家航天局共建高校，是江苏省属重点综合性大学。苏州大学前身是Soochow University（东吴大学，1900年创办），开现代高等教育之先河，融中西文化之菁华，是中国最早以现代大学学科体系举办的大学。在中国高等教育史上，东吴大学是最早开展研究生教育并授予硕士学位、最先开展法学（英美法）专业教育，也是第一家创办学报的大学。1952年中国大陆院系调整，由东吴大学之文理学院、苏南文化教育学院、江南大学之数理系合并组建苏南师范学院，同年更名为江苏师范学院。1982年，学校更名苏州大学（Soochow University）。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型提供的分光成像系统，仅用两片折射率不同的曲面棱镜构成系统分光部分，采用共轴同心共光路结构，提升系统的分光能力与光能量利用率，具备结构紧凑、易于加工装调、稳定性强的特点。

2.本实用新型通过对两片曲面棱镜折射率的合理选择，提升系统分光能力，有效平衡由于曲面棱镜子午方向失去对称性而引入的像散，同时光谱畸变改善明显，谱线弯曲控制在1.2μm内，色畸变控制在1.2μm内，利于光谱标定和后期图像处理。

3.本实用新型结合同心光学系统和曲面棱镜的优势，数值孔径大、成像视场宽、入射光通量高，半球透镜和两片曲面棱镜的表面面型均为标准球面，降低镜头加工难度及成本，结构紧凑，易于装调，具有实际应用价值。

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