微型可见/近红外实时成像光谱仪的光学系统创新设计

6 下载量 81 浏览量 更新于2024-08-31 2 收藏 3.76MB PDF 举报
本文主要探讨了轻小型可见/近红外实时成像光谱仪的光学系统设计,针对传统成像光谱仪在实时光谱和图像获取方面的局限性,提出了一种创新的解决方案。该设计的核心在于采用多狭缝分光成像技术,将大视场光谱图像进行区域化处理,取代传统的推帚型设计,以实现更高效的实时光谱成像。 光学系统的关键组成部分包括:低色散光学玻璃和双胶合透镜用于校正宽谱段下的像差,确保成像质量;前置望远物镜系统采用了双高斯结构,旨在减少畸变并实现不同视场狭缝处的能量均匀分布,这对于保证图像的稳定性至关重要。系统通过分光棱镜将光路一分为二,一方面,高分辨率全色相机直接接收,提供高空间分辨率的实时视频监控;另一方面,灰度相机则接收经过分光处理的部分,确保光谱分辨率的提升。 设计中特别强调了对分光元件的选择和优化,通过萤石-熔石英-萤石的理想棱镜组合,实现了光路同轴性和良好的色散线性度,这有助于减少光的失真和提高光谱分析的准确性。最终,设计的目标光谱范围被设定在400~1000纳米,焦距F数为3.5,前置望远物镜的奈奎斯特频率处的调制传递函数(MTF)超过0.5,表明其具有很高的成像性能。畸变控制在0.1%以下,而像面照度均匀性高达98%,显示了出色的光强度分布一致性。 整个系统在奈奎斯特频率处的MTF值大于0.44,这意味着在不同频率范围内,系统的成像清晰度保持较高水平。平均光谱分辨率被设定为10纳米,这意味着能够精细地解析出宽谱段内的细微光谱特征,这对于许多应用领域,如环境监测、工业检测、生物医学等都具有重要意义。 本文的光学系统设计为实现轻小型、高性能的可见/近红外实时成像光谱仪提供了关键的技术支持,有望推动光谱学领域的实时成像技术向前发展。