[发明专利]一种用于植被微弱荧光被动探测的高分辨率、高数值孔径成像光谱仪

说明书

本发明公开了一种用于植被微弱荧光探测的高分辨率、高数值孔径的成像光谱仪，该成像仪依次设置狭缝、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、平面透射光栅、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜、第十三透镜和像面。其中第一至第六透镜组成准直镜组；第八至第十三透镜组成聚焦镜组。孔径光阑位于平面透射光栅上；准直镜组将狭缝出射光投射在平面透射光栅上，平面透射光栅将准直光进行色散，并经聚焦镜组形成连续色散光谱成像投射到像面上。本发明光学系统数值孔径高，光谱分辨率高，组成元件简单易加工制造，易于装配，成像质量优越，全视场全波段均方根点列图半径值小于6.5μm，成像畸变低于0.5％。

技术领域

本发明属于超高光谱成像技术领域，具体涉及一种用于植被微弱荧光被动探测的高分辨率、高数值孔径成像光谱仪。

背景技术

高分辨率、高数值孔径成像光谱仪在植被日光诱导微弱荧光被动探测的研究领域具有重要的作用。植被受日光照射所发射的微弱荧光虽然微弱，却可以准确的反映植物的光合作用能力，更可以反映植物对环境胁迫的忍耐能力以及胁迫对植物器官产生的伤害程度，这种特性使得荧光完全可以作为植物健康状况和光合作用功能受损的早期“探针”，通过对这种微弱荧光的被动探测，可以在作物受胁迫因子伤害时进行早期预报，定量、快速、无损地监测植物的生理和生长情况，对现代植被生态研究和精准农业应用具有重要意义。使用高光谱成像仪对植被微弱荧光进行被动探测，可以实现这种荧光信息的提取，从而更好的完成相关研究。但是现有的普通性能的高光谱成像仪在植被被动荧光探测上仍然存在以下几个问题：

1、植被微弱荧光的探测机理不同于一般的高光谱探测，需利用太阳的夫琅和费线进行探测，一般的光谱分辨率容易产生虚假识别和混淆，需要仪器光学系统实现0.3nm以上的光谱分辨率；

2、荧光光谱辐射强度极其微弱，仅占植被叶片吸收总能量的1％-3％，因此对仪器的能量传输和信噪比要求高，需要系统的数值孔径达到0.25以上；

3、在超高光谱分辨率和高数值孔径的前提下，良好的光学成像能力实现困难。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有高数值孔径和良好光学成像能力数的超高光谱分辨率成像光谱仪光学系统，该系统为远心系统，成像质量优越，并在670nm-780nm的荧光特征观测波段具备0.265的数值孔径和0.2nm的光谱分辨率。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

用于植被微弱荧光探测的高分辨率、高数值孔径的成像光谱仪，该成像仪依次设置狭缝1、第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7、平面透射光栅8、第八透镜9、第九透镜10、第十透镜11、第十一透镜12、第十二透镜13、第十三透镜14和像面15。其中第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6和第六透镜7组成准直镜组；第八透镜9、第九透镜10、第十透镜11、第十一透镜12、第十二透镜13和第十三透镜14组成聚焦镜组。孔径光阑位于平面透射光栅8上；准直镜组将狭缝1出射光投射在平面透射光栅8上，平面透射光栅8将准直光进行色散，并经聚焦镜组形成连续色散光谱成像投射到像面上。

本发明的有益效果是：本发明光学系统数值孔径高，光谱分辨率高，组成元件简单易加工制造，易于装配，成像质量优越，全视场全波段均方根点列图半径值小于6.5μm，成像畸变低于0.5％。

附图说明

图1为本发明一种用于植被微弱荧光被动探测的高分辨率、高数值孔径成像光谱仪的结构图；

图2为本发明一种用于植被微弱荧光被动探测的高分辨率、高数值孔径成像光谱仪全视场全波段均方根半径点列图；

图3为本发明一种用于植被微弱荧光被动探测的高分辨率、高数值孔径成像光谱仪像面像斑印记图；