基于微透镜阵列的光谱成像系统设计与实现

Lithium

来源：光学学报，发表时间：2024-08-13

李东睿1，刘金涛2*，吴松华1,3

1 中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院；2 中国海洋大学信息科学与工程学部电子工程学院；3 崂山实验室

摘 要 文章研制了基于微透镜阵列的快照式光谱成像系统，采用微透镜阵列对像平面进行分割与积分、楔形棱镜进行色散，从而实现在单次曝光时间内对二维空间的三维光谱成像；系统在二维空间范围内包含12000 个通道，光谱维覆盖范围为450 nm—685 nm，理论最小分辨率为25 nm。通过对微透镜阵列积分的理论分析与光线追迹仿真，得出不同入射锥角对微透镜阵列在积分效果的影响；对准直与聚焦透镜焦距对系统光谱分辨能力的计算与光线追迹仿真，得出适当提升准直透镜焦距有助于提升系统光谱分辨能力，从而为系统成像镜头、准直以及聚焦镜头参数的选择提供了一定的理论依据。分别使用6 种不同中心波长的带通滤色片对各波段下光斑中心位置进行定标，验证光线追迹结果；利用不同间距条纹进行系统空间分辨率测试，三维光谱图像和二维空间图像对30 m 处目标可以分别提供1.2 mm 和0.5 mm 的空间分辨率。利用24 色色板进行三维光谱成像测试，得到了不同波段
下的光谱图像结果；验证了该系统能够满足设计要求，为对地三维光谱成像提供了一种可行性方案。

关键词 多光谱成像；微透镜阵列；成像光谱仪；场积分式光谱成像；快照式光谱成像