[发明专利]基于光纤光学成像波导的轻型光谱成像仪

说明书

本发明涉及一种基于光纤光学成像波导的轻型成像光谱仪，包括成像光学模块、光纤光学光谱成像与探测器模块、电学系统；成像光学模块将携带有成像光谱信号的入射光聚焦到光纤光学光谱成像与探测器模块表面，光纤光学光谱成像与探测器模块具有光纤光学波导，用于传播成像光谱信号并将其转变为电信号发送至电学系统，电学系统用于对所述电信号进行获取、采样、缓存、传输、与上位机通信，同时对光纤光学光谱成像与探测器模块进行驱动和控制。本发明无任何运动部件，光谱分光与成像模块与探测器阵列采用一体化封装模块，简化了光谱分光和光谱成像的光学系统设计，显著提高了入射光耦合能力，减小了传统成像光学系统存在的畸变并可以消除光谱串扰。

技术领域

本发明属于光谱成像仪领域，具体涉及一种基于光纤光学成像波导的轻型光谱成像仪。

背景技术

近年来，随着遥感探测、防伪检测、物料分选、石油化工、国土资源调查、环境监测、生物医药、科技农业、军事分析以及工业流程控制等领域的现代化发展，对于用于分析、科学研究等用途的近红外光谱成像仪提出了非常迫切的小型化、轻量化、高性价比、高灵敏度、高集成度、高可靠性、系统简单等要求。在特殊应用场合下（如环保、野外、现场检测等）还要求仪器坚固抗震。

目前常用的基于滤波、棱镜、光栅、或者傅里叶变换体制的典型光谱成像仪，通常由相机和光谱仪组成，通常体积较大，并且需要使用复杂的光学系统以获取高质量的光谱成像数据。虽然目前常通过采用先进的光学设计手段和新型器件以降低光谱成像仪的尺寸，但是这往往会导致更加复杂的光学系统设计，以及由此带来的低光学效率。这一现状往往导致了应用于现场环境的光谱成像仪需要采用额外的加固等措施，以保证仪器能正常工作。这不但限制了仪器的应用场合，而且急剧增加了仪器的使用成本，这显然限制了近红外光谱成像技术的应用范围。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于光纤光学成像波导的轻型光谱成像仪，本发明将光谱仪和成像系统融为一体，实现了光学系统与探测器的一体化封装，减少了系统组件数量，有效降低了光学系统的装调难度，从而使得整体体积相比之前有了很大下降。

本发明采用下面的技术方案：

一种基于光纤光学成像波导的轻型成像光谱仪，包括成像光学模块、光纤光学光谱成像与探测器模块、电学系统；

所述成像光学模块将携带有成像光谱信号的入射光聚焦到光纤光学光谱成像与探测器模块表面，光纤光学光谱成像与探测器模块具有光纤光学波导，用于传播成像光谱信号并将其转变为电信号发送至电学系统，电学系统用于对所述电信号进行获取、采样、缓存、传输、与上位机通信，同时对所述光纤光学光谱成像与探测器模块进行驱动和控制。

进一步的，所述光纤光学光谱成像与探测器模块包括渐变滤光片薄膜、光纤光学波导和探测器阵列；渐变滤光片薄膜与探测器阵列之间采用光纤光学波导耦合，所述渐变滤光片薄膜、光纤光学波导、探测器阵列通过光学粘合剂封装为一体。

进一步的，所述成像光学模块包括双高斯透镜，用于将入射光转换为设定光束类型，并聚焦到渐变滤光片薄膜表面。

进一步的，所述光学粘合剂采用光学树脂。

进一步的，所述光学粘合剂的折射率分别与渐变滤光片薄膜、光纤光学波导的纤芯折射率相匹配。

进一步的，所述渐变滤光片薄膜在为10mm宽*10mm长以下。

进一步的，所述电学系统包括信号调理模块、探测器驱动电路、A/D转换模块、时序控制模块和接口模块；

所述信号调理模块对探测器阵列发送模拟信号进行噪声抑制、增益调整，用于改善所述电信号的质量；

所述探测器驱动电路用于提供探测器阵列处于工作状态时所选的时序、逻辑控制命令；